DK141791B - Servoanlæg til regulering af drejningsstillingen af en vindmotors rotorblade. - Google Patents

Description

(φ \ga (11) FREMLÆ6G ELSESSKRIFT 1^1791 DANMARK (6” lnt 013 F 03 D 7/02 «(21) Ansøgning nr. II8O/78 (22) Indleveret den 16. ΓΗΟΓ · 1978 (23) Løbedag 16. mST. 1978

(44) Ansøgningen fremlagt og Q

fremlsaggolsesskriftet offentliggjort den 16· Jun · 1 980

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den <71> P. L. SMIDTH & CO. å/s, Vigerslev Alle 77, 2500 Valby, DK.

(72) Opfinder: Knud Kristensen Mariager, Vigerslev Alle 77, 2500 Valby, Mi Eigil Johannes Christian Jørgensen, Vigerslev Alle 77, 2500 Valby, DK: Børge Vester, Vigerslev Alle 77, 2500 Valby, DK: Steen Ebbe Tølbøll,

VlgersTev Alle 77, 2500 Valby, DK: Per Birch, Vigerslev Alle“"77, 2500 Valby, DK.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling; (54) Servoanlæg til regulering af drejningsstillingen af en vindmotors rotorblade.

Opfindelsen angår et servoanlæg til regulering af drejningsstillingen af en vindmotors rotorblade, der er drejelige om radiale akser i rotoren og drejes ved påvirkning gennem en træk/ trykstang, der betjenes af en styrehydraulikcylinder, idet rotorbladene, når træk/trykstangen står i sin trækyderstilling, står i neutral stilling, d-v.s. en stilling, hvor de under vindens påvirkning ikke yder noget drejningsmoment om rotoraksen. Et sådant servoanlæg har til formål at regulere drejningsstillingen af vindmotorens rotorblade, således at der opnås størst mulig ydelse ved den øjeblikkelige vindhastighed. Endvidere kan servoanlægget tjene til at bringe rotorbladene i neutral stilling, således at møllen 2 U1791 standses, hvad enten standsningen er ønsket eller resultatet af et udløst nødstop.

Med den senere tids udvikling af stadig større vindmotorer har man imidlertid fundet det uønsket, at nødstopfunktionen er knyttet til servoanlæggets styrehydraulikcylinder, idet man ønsker et selvstændigt nødstoparrangement, der fungerer uafhængigt af møllens servostyring.

Et sådant uafhængigt nødstoparrangement opnås ved et servo-anlæg af den i indledningen nævnte art, der ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at styrehydraulikcylinderen er anbragt mellem træk/trykstangen og et åg, fra hvilket reaktionskræfter overføres til møllehattens fundament gennem én eller flere passive hydraulikcylindre, og at der til åget er koblet en akkumulator for lagring af potentiel energi, der før eller under den af de passive cylindres fyldning bevirkede forskydning af åget oplades med tilstrækkelig energi til at føre rotorbladene i neutral stilling, og at hydraulikcylindrenes slaglængder er afpasset således, at bladene netop står i neutral stilling, når styrecylinderens stempel står i sin yderste stilling, og de passive cylindres stempler står i den stilling, hvori akkumulatoren er i sin mindst opladede tilstand. De passive cylindre udgør her et selvstændigt nødstoparrangement, idet en nødvendig betingelse for møllens drift er, at de passive cylindre er fyldt. I forbindelse med deres fyldning oplades akkumulatoren for potentiel energi netop tilstrækkeligt til, at den i påkommende tilfælde kan føre rotorbladene i neutral stilling.

Anlægget ifølge opfindelsen udmærker sig overfor sådanne kendte anlæg, hvor styrecylinderen virker imod en fjeder, der kan bringe rotorens blade i neutral stilling, når trykket lukkes af styrecylinderen, ved at de passive cylindre betjenes, og akkumulatoren oplades uafhængigt af styrecylinderen, før møllen sættes i drift. Styrecylinderen skal således kun udføre det arbejde, der kræves for at dreje rotorbladet, medens det til opladning af akkumulatoren nødvendige arbejde udføres før eller under fyldningen af de passive cylindre, når møllen bringes i driftklar tilstand, hvorefter disse passive cylindre kun belaster hydraulikpumpen i ringe grad.

X en hensigtsmæssig udførelsesform er anlægget ifølge opfindelsen udformet således, at såvel styrecylinderen som de passive cylindre er fastgjort på åget, medens deres s tempels tænger er forbundet henholdsvis til træk/trykstangen og møllehattens fundament.

3 141791

Ifølge opfindelsen kan energiakkumulatoren være en i mølletårnet ophængt kontravægt, der hæves, når de passive cylindre fyl des. En sådan kontravægt udgør en yderst simpel energiakkumulator, der kun kræver minimal vedligeholdelse, og som leverer en konstant kraft på åget uanset dettes vandring, i modsætning til hvad der er tilfældet for fjedre, scan hidtil har været anvendt til returføring af bladene på mindre møller.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken figur 1 skematisk viser en udførelsesform for servo-anlægget ifølge opfindelsen i tre stillinger, nemlig stop, drift og nødstop, og figur 2 viser en anden udførelsesform i fire stillinger svarende til stop, start, drift og nødstop.

På figur 1 ses et rotorblad 1, der over en vægtstangsmekanisme betjenes af en træk/trykstang 2, der over et træk/tryk-leje 3 står i forbindelse med stempelstemgen 4 på en hydraulikcylinder 5. Styrehydraulikcylinderen 5 er fastgjort på et åg 6, på hvilket yderligere to passive hydraulikcylindre er fastgjort, medens disses stempelstænger 8 er fastgjort til møllehattens fundament 9. Åget 6 trækkes af et par wirer 10 mod højre med en kraft hidrørende fra en akkumulator for potentiel energi, f.eks. en i mølletårnet ophængt kontravægt.

X nødstopstillingen er åget trukket så langt til højre, som de passive cylindre tillader, idet disses stempler er trykket i bund. Styrecylinderens stempel er trukket i sin yderste stilling, og træk/trykstangen er ført i sin træk-yderstilling, i hvilken stilling rotorbladet er stillet praktisk talt parallelt med rotoraksen. I denne tilstand kan rotorbladene ikke ved betjening af styrecylinderen bringes ud af neutralstillingen.

Ønsker man nu at bringe vindmotoren i beredskabsstilling, d.v.s. i en tilstand, hvor rotorbladene kan betjenes ved hjælp af styrecylinderen, fyldes de passive cylindre 7, medens styrecylinderen 5's ventiler holdes åbne, således at dens stempel føres i bund, når åget ved styrecylindrenes fyldning føres mod venstre. På denne måde forbliver rotorbladene stående i stopstillingen, medens akkumulatoren for potentiel energi oplades ved, at åget 6 imod kontravægtens træk føres mod venstre til sin yderstilling. Styrecylinderen kan herefter anvendes til indstilling af den ønskede bladvinkel strækkende sig fra stopstillingen med rotorbladene parallelle 4 141791 med rotoraksen til en driftsstilling, hvor rotorbladene er drejet mere eller mindre ud fra den neutrale stilling.

Indtræffer en situation, der udløser et nødstop, lukkes trykket af de passive cylindre 7, hvorefter kontravægten over wirer ne 10 trækker åget 6 imod højre. Derved udøves et træk i træk/ trykstangen, der vil bringe rotorbladet 1 i neutral stilling. Selvom styrecylinderens stempel ved en funktionsfejl skulle være fastlåst i en mellemstilling, vil træk/trykstangen bringes til sin ved et stop bestemte træk-yderstilling uafhængigt af styrestemplets stilling, idet kontravægten, selv når styrestemplet er i sin yderstilling, vil bevæge åget 6 tilstrækkeligt langt mod højre til at bringe træk/trykstangen til sin yderste trækstilling. Kan styrestemplet ikke bringes i sin yderstilling, standser ågets vandring mod højre, når trækstangens stop standser trækstangens bevægelse. Åget er da ikke ført så langt mod højre, som de passive cylindre tillader, men hvis styrestemplet siden løsner sig, vil åget blot forskydes mod højre, uden at rotorbladene bringes ud af deres neutrale stilling.

Når vindmotoren bringes fra sin nødstopstilling til sin beredskabsstilling, skal servoanlæggets hydraulikpumpe blot levere det arbejde, der kræves for at hæve kontravægten, når åget føres til venstre. Der kræves herefter kun minimalt arbejde af hydraulikpumpen for at holde de passive cylindre i denne stilling, idet pumpen kun skal supplere den hydraulikvædske, der gennem utætheder forlader cylindrene 7. Efter at vindmotoren er bragt i beredskabsstilling, kan hydraulikpumpens fulde kapacitet anvendes til styrefunktionen. De passive cylindre kan være lukket af en magnetventil, der holdes lukket, når den er aktiveret. Magnetventilens aktiveringskredsløb kan herefter være indrettet således, at det brydes ved begivenheder, der skal udløse et nødstop, og elsvigt vil automatisk udløse et sådant.

I den ovenfor beskrevne udførelsesform stilles rotorbladene ved nødstop i en stilling, hvor de er parallelle med rotoraksen, og følgelig ikke giver noget drejningsmoment om denne. Der findes en anden stilling, i hvilken rotorbladene heller ikke giver noget drejningsmoment omkring rotoraksen, nemlig en stilling, hvor bladene er drejet så meget ud fra et plan vinkelret på rotoraksen, at møllen netop ikke drives baglæns. I den i fig. 2 viste udførelsesform, hvis enkelte elementer er betegnet med samme henvisnings-betegnelser som de tilsvarende ifølge fig. 1, er rotorbladet i nødstopstillingen drejet ud i denne neutrale stilling. Da den nødvendige drejning af rotorbladet fra stopstillingen til driftsstillin- 5 141791 gen er betydelig mindre end ved den i figur 1 viste udførelsesform, er den passive cylinder 7's slaglængde tilsvarende mindre.

Til illustration af, at samme type hydraulikcylindre kan anvendes ved begge udførelsesformer, er cylindrene 7's slaglængde ifølge figur 2 begrænset ved indføjelse af en stopklods 11, men det er klart, at der lige vel kunne være anvendt passive cylindre med en tilsvarende kortere slaglængde.

Også ved denne udførelsesform bringes vindmotoren fra sin nødstopstilling til sin beredskabsstilling ved, at de passive cylindre fyldes, medens styrecylinderens stempel frit kan bevæge sig i styrecylinderen.

Bringes styrecylinderens stempel herefter til sin yderstilling, vil rotorbladene bringes i en sådan stilling i forhold til planet vinkelret på rotoraksen, at møllens start lettes. Herefter kan bladenes stilling ved hjælp af styrecylinderen stilles i den til enhver tid optimale stilling under hensyntagen til den herskende vind, ligesom rotorbladene kan bringes i stopstillingen.

Også ved denne udførelsesform er der ved fyldningen af de passive cylindre 7 oplagret tilstrækkelig energi i energiakkumulatoren til, at denne i tilfælde af nødstop kan føre rotorbladene i deres neutrale stilling, idet det erindres, at træk/trykstangen forsynes med stop, der begrænser dens trækbevægelse til den stilling, hvor rotorbladet er bragt i neutral stilling, medens trykbevægelsen er begrænset af den yderste stilling af stemplerne i styrecylinderen og de passive cylindre.

Det er klart, at udformningen kan varieres indenfor opfindelsens rammer, f.eks. ved at anbringe de passive cylindre på møllens fundament og fastgøre deres stempelstænger til åget. Ligeledes kan der anvendes andre former for akkumulatorer for potentiel energi, f.eks. til åget koblede hydraulikcylindre, der er forbundet med en trykakkumulator af blæretypen. Selve de passive cylindre kan gøre det ud for en sådan til åget koblet hydraulikcylinder, idet det rum, der ligger på den anden side af stemplet, i forhold til rummet, der fyldes, når møllen bringes i beredskabsstilling, kan være forbundet til en trykakkumulator. Imidlertid foretrækkes en i mølletårnet ophængt kontravægt som den enkleste og mest robuste løsning, der ikke som trykakkumulatorer ødelægges ved ældning, og som endog i modsætning til den hydrauliske løsning udløser nødstop ved større olielækager.