PL206076B1 - Siłownia wiatrowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy siłowni wiatrowej. Wirnik siłowni wiatrowej posiada łopaty obrotowe względem podłużnej osi łopaty, przy czym kąt natarcia ustawia się za pomocą urządzenia regulacyjnego, które oddziaływuje na nasadę łopaty wirnika za pomocą co najmniej dwóch zespołów napędowych.

Takie siłownie wiatrowe są od dawna znane i są również opisane w literaturze specjalistycznej. Przykładowo w pracy „Windkraftanlagen” (Elektrownie wiatrowe), Erich Hau, Springer-Verlag, 2 wydanie, 1996, s. 231 i dalsze.

Urządzenie regulacyjne musi być skonstruowane w taki sposób, aby mogło ustawiać łopatę wirnika, albo łopaty wirnika (w przypadku centralnej regulacji łopat wirnika) w zadanym położeniu w czasie możliwym do zaakceptowania. W tym celu często stosuje się silnik, który musi mieć pewną minimalną moc wyjściową, która jest określona przez łopaty wirnika i ich obciążenie.

Niezależnie od rozważań dotyczących stosowania i konstrukcji układów napędowych można łatwo przewidzieć, że wraz ze wzrostem wymiarów elektrowni wiatrowej łopaty wirnika stają się również większe i dlatego silnik użyty do regulacji położenia łopat wirnika musi również dawać większą moc wyjściową. Ta większa moc wyjściowa nieuchronnie powoduje zwiększenie wymiarów silnika.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie elektrowni wiatrowej rodzaju opisanego we wstępie tak, że uniknie się przedstawionych niedogodności.

Urządzenie regulacyjne ma co najmniej dwa zespoły napędowe. Dzięki temu siła potrzebna do przestawienia łopaty lub łopat wirnika może być wywierana równocześnie w wielu miejscach na nasadę łopaty. W zależności od liczby zespołów napędowych każdy taki zespół napędowy działa na następne części składowe tylko odpowiednim ułamkiem całej potrzebnej siły. To z kolei pozwala, by te części były skonstruowane jako mniejsze.

Według wynalazku siłownia wiatrowa posiadająca wirnik z co najmniej jedną łopatą i urządzenie regulacyjne kąta natarcia łopaty wirnika, która jest obrotowa względem swej podłużnej osi, charakteryzuje się tym, że urządzenie regulacyjne posiada trzy zespoły napędowe, będące silnikami elektrycznymi, które są sprzężone z nasadą łopaty wirnika przy jej obrzeżu i są usytuowane w różnych miejscach wzdłuż obrzeża nasady łopaty wirnika.

Według wynalazku można stosować zespoły napędowe, które są już dostępne w dużych ilościach i które są już sprawdzone i przetestowane w ciągłej eksploatacji. Ponadto urządzenia i sposoby ich sterowania są już znane i wypróbowane. Zespołami napędowymi są korzystnie, jak było podane wyżej, silniki elektryczne, szczególnie korzystnie silniki prądu stałego. W przypadku uszkodzenia silniki elektryczne można dołączyć do istniejącego awaryjnego źródła zasilania, np. do akumulatora.

Możliwe jest również, jak wspomniano, zastosowanie trójfazowych silników asynchronicznych. Aby wytworzyć moment hamujący silniki te po wyłączeniu prądu trójfazowego, płynącego podczas przestawiania łopat wirnika, są zasilane prądem stałym tak, że w silnikach asynchronicznych wytwarzane jest stałe pole magnetyczne. W ten sposób silniki, które jeszcze się obracają, mogą być hamowane, a w nieruchomych silnikach utrzymywany jest moment hamujący.

Jeśli chodzi o dalszą procedurę eksploatacji związaną z regulacją ustawienia łopaty wirnika, należy wskazać również na niemieckie zgłoszenie patentowe nr 197 31 918.1. Jeśli chodzi o konfiguracje w przedmiotowym wynalazku, fachowiec mógłby również użyć konstrukcji tam opisanej. W miarę konieczności niniejszy opis powołuje się na powyższe zgłoszenie.

Przykład realizacji wynalazku opisano poniżej w odniesieniu do załączonych rysunków, na których:

fig. 1 przedstawia w sposób uproszczony nasadę łopaty wirnika z wieloma zespołami napędowymi, fig. 2 przedstawia w sposób uproszczony układ sterowania według wynalazku, a fig. 3 przedstawia w sposób uproszczony układ sterowania według wynalazku za pomocą silnika prądu stałego.

Figura 1 przedstawia w znacznym uproszczeniu nasadę 10 łopaty wirnika, na obrzeżu której usytuowane są trzy regulacyjne zespoły napędowe 12. Nasada 10 łopaty wirnika ma na swym obrzeżu zewnętrzne uzębienie 14, które jest zaznaczone linią przerywaną. Regulacyjne zespoły napędowe 12 są rozmieszczone w jednakowych odstępach na obrzeżu nasady 10 łopaty wirnika. Te regulacyjne zespoły napędowe korzystnie są za pomocą uzębienia sprzężone z obrotowym połączeniem kulowym, które stanowi obrotowe zamocowanie łopaty wirnika i służy do regulowania położenia łopaty wirnika. Teoretycznie byłoby zasadniczo możliwe, by regulacyjne zespoły napędowe były sprzężone

PL 206 076 B1 bezpośrednio z łopatą wirnika, ale w pewnych okolicznościach jest to niepożądane, ponieważ nasada łopaty wirnika - podobnie jak reszta łopaty wirnika - zawiera tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym itp. i bezpośrednie sprzężenie regulacyjnych zespołów napędowych z łopatą wirnika mogłoby spowodować jej uszkodzenie. Dzięki równoczesnemu działaniu wszystkich trzech zespołów napędowych 12 każdy zespół napędowy 12 wykorzystuje tylko jedną trzecią całej mocy wejściowej potrzebnej do przestawienia łopaty wirnika.

Ponadto na skutek tego, że każdy z regulacyjnych zespołów napędowych ma wywierać w przedstawionym przykładzie realizacji tylko jedną trzecią całej potrzebnej siły, ich wymiary mogą również być mniejsze niż wtedy, gdy stosuje się tylko jeden regulacyjny zespół napędowy 12. W razie uszkodzenia jednego z regulacyjnych zespołów napędowych 12 może być on nadal poruszany ręcznie, jeśli ma odpowiednie wymiary i można go wymienić, np. stosując wielokrążek i linę, w maszcie elektrowni wiatrowej.

Figura 2 przedstawia układ sterowania. Ten układ sterowania ma centralny zespół sterowania 20 oraz wiele składowych członów 22, które mogą mieć postać czujników pomiarowych i/lub generatorów wartości odniesienia, i/lub urządzeń wejściowych. Za pomocą tych członów składowych wytwarzane są informacje podawane na zespół 20 sterowania, który na podstawie tych informacji wyprowadza dane sterowania potrzebne do uruchomienia regulacyjnych zespołów napędowych 12.

Takie dane sterowania mogą przykładowo uruchamiać przełącznik 24, przez który zasilane są regulacyjne zespoły napędowe 12, mające postać trójfazowych silników asynchronicznych. Są one zasilane albo prądem trójfazowym, w celu regulowania położenia łopat 10 wirnika, albo prądem stałym, by w regulacyjnych zespołach napędowych 12 wytwarzać moment hamujący.

W ten sposób regulacyjne zespoły napędowe mogą wywierać działanie hamujące w razie gwałtownych zmian obciążenia łopat wirnika, np. przy porywistym wietrze, który gwałtownie i krótko zmienia kierunek tak, że nie jest możliwa znacząca regulacja łopat wirnika.

Te trzy regulacyjne zespoły napędowe 12 są skonstruowane tak, że regulację położenia łopat wirnika można utrzymywać nawet wtedy, jeśli jeden z nich jest uszkodzony. Nie trzeba zatem wyłączać całej elektrowni wiatrowej, jeżeli - niezależnie od powodów - jakiś regulacyjny zespół napędowy byłby uszkodzony, ponieważ wtedy odpowiednie potrzebne działanie regulacyjne może być jeszcze utrzymywane przez dwa pozostałe regulacyjne zespoły napędowe.

Jeżeli jeden z regulacyjnych zespołów napędowych zostanie uszkodzony, wówczas obciążenia dwóch pozostałych są wprawdzie większe niż poprzednio, ale należy zauważyć, że każdy regulacyjny zespół napędowy jest skonstruowany tak, że może działać w trybie przeciążenia nawet przez długi czas. W związku z tym każdy oddzielny regulacyjny zespół napędowy jest nieco przewymiarowany tak, że w sytuacji, gdy jeden z regulacyjnych zespołów napędowych jest uszkodzony, napędzanie może nadal odbywać się w trybie przeciążenia przez pewien czas, aby rozpocząć bezpieczne zatrzymanie elektrowni wiatrowej lub doprowadzić łopaty wirnika do położenia w chorągiewkę.

Na figurze 3 pokazano przykładowo jeden z zespołów napędowych 12, który jest połączony poprzez przekaźnik 24 z normalnym napięciem zasilania. W tym przypadku przekaźnik 24 jest w położeniu roboczym. Jeżeli teraz nastąpi zanik napięcia, wówczas przekaźnik 24 zostanie również pozbawiony napięcia i jego zestyk zostanie przełączony do położenia spoczynkowego, w którym następuje połączenie regulacyjnego zespołu napędowego 12 z akumulatorem 26 tak, że w takiej sytuacji możliwe jest niezawodne i bezpieczne przemieszczenie łopaty wirnika do położenia w chorągiewkę i przez to zatrzymanie elektrowni. W takim przypadku tolerowane jest (choć niechętnie) głębokie rozładowanie akumulatora, ponieważ jest to lepsze niż sytuacja, w której elektrownia byłaby w stanie nieokreślonym z niejasnym położeniem łopaty wirnika.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Siłownia wiatrowa posiadająca wirnik z co najmniej jedną łopatą i urządzenie regulacyjne kąta natarcia łopaty wirnika, która jest obrotowa względem swej podłużnej osi, znamienna tym, że urządzenie regulacyjne posiada trzy zespoły napędowe (12), będące silnikami elektrycznymi, które są sprzężone z nasadą łopaty wirnika przy jej obrzeżu i są usytuowane w różnych miejscach wzdłuż obrzeża nasady łopaty wirnika.