專利名稱：逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)及其操作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明適用于一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，并且涉及一種逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，該逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)具有一個帶有多個葉片的轉(zhuǎn)子，所述葉片安裝在機(jī)艙的前部，該機(jī)艙被支撐在一個支撐件上用以旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)子借助風(fēng)力旋轉(zhuǎn)，以便通過一個轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動一個從動機(jī)械、例如一個發(fā)電機(jī)，并且涉及其操作方法。
背景技術(shù)：
在高地例如丘陵或山的頂部上、或者例如在風(fēng)速很高的海上等地點(diǎn)可以建立風(fēng)力渦輪發(fā)電廠，該風(fēng)力渦輪發(fā)電廠通過建立多個風(fēng)力渦輪發(fā)電單元，具有很高的產(chǎn)生電能的能力，所述各風(fēng)力渦輪發(fā)電單元利用通過向多個葉片施加風(fēng)力產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，以便經(jīng)由一個旋轉(zhuǎn)軸線來驅(qū)動發(fā)電機(jī)從而發(fā)電。通常通過調(diào)整連接到風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子上的葉片的螺旋角來控制該發(fā)電機(jī)組，用以保持與工作時的風(fēng)能和要消耗的能量(所需要產(chǎn)生的能量)相應(yīng)的所需能量的產(chǎn)生。
在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)單元的應(yīng)用中，流行采用一種逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其轉(zhuǎn)子具有安裝在支撐于一支撐件上的機(jī)艙前部的葉片。
在日本專利申請公開No.5-60053中公開了一種類似的逆流型風(fēng)力渦輪機(jī)，它具有一個借助一個主軸(渦輪轉(zhuǎn)子軸)支撐渦輪轉(zhuǎn)子的機(jī)艙(風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子支撐體)，在機(jī)艙中裝有一個能量轉(zhuǎn)換單元、例如一個發(fā)電機(jī)和一個用于將主軸的旋轉(zhuǎn)傳遞給能量轉(zhuǎn)換單元的傳遞機(jī)構(gòu)，并且對所述機(jī)艙進(jìn)行支撐，用以在一個豎立于地面或船上的支撐件上的一個水平面中旋轉(zhuǎn)。
如專利文獻(xiàn)1(日本專利申請公開No.8-82277)中所示，在一個風(fēng)力渦輪發(fā)電單元中，采用一個偏向控制(方位控制)裝置保持葉片的旋轉(zhuǎn)表面始終朝向風(fēng)的方向，以便通過旋轉(zhuǎn)支撐風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)艙使風(fēng)力有效地作用于葉片上，所述機(jī)艙用于根據(jù)風(fēng)的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該裝配有一個偏向控制裝置的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)有一個偏轉(zhuǎn)制動器，用于當(dāng)由于臺風(fēng)等原因風(fēng)力很強(qiáng)時對可以根據(jù)風(fēng)的方向旋轉(zhuǎn)的機(jī)艙進(jìn)行制動。
如

圖13和以透視圖表示圖13中的Z部分的細(xì)節(jié)的圖14中所示，偏轉(zhuǎn)制動器3用于鎖定由葉片101、一個轉(zhuǎn)子105、一個轉(zhuǎn)子軸和一個機(jī)艙102組成的風(fēng)力渦輪機(jī)主體(wind turbine proper)100A。一個旋轉(zhuǎn)座軸承3 12位于支撐件106的頂面和安裝在支撐件106上的風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A之間。制動盤304安裝在支撐件106和軸承312之間。一個具有液壓缸301a、301b和一個制動卡鉗的液壓致動盤制動單元310夾著制動盤304。通過用液壓致動盤制動單元310從上、下側(cè)壓住制動盤，對風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A相對于支撐件106的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。
在裝配有偏向控制裝置和偏轉(zhuǎn)制動器的所述逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中，在正常操作中利用偏向控制裝置控制機(jī)艙進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以便葉片的旋轉(zhuǎn)表面總是朝向風(fēng)的方向。當(dāng)由于驟風(fēng)或臺風(fēng)引起的強(qiáng)風(fēng)等而產(chǎn)生停電時，不可能進(jìn)行偏向控制，從而通過啟動所述偏向制動器將機(jī)艙鎖住。
如上所述，采用所述專利文獻(xiàn)1中公開的現(xiàn)有技術(shù)，主要是通過啟動偏向制動器來鎖住機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)，以便當(dāng)由于驟風(fēng)或臺風(fēng)引起的強(qiáng)風(fēng)造成停電時，使機(jī)艙保持穩(wěn)定狀態(tài)。因此，當(dāng)在機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)被鎖定在一個穩(wěn)定狀態(tài)下的情況下強(qiáng)風(fēng)沿著一個斜向的方向吹到葉片上時，由于過大的偏載荷沿著斜向方向作用在葉片上，所以在葉片中經(jīng)常發(fā)生斷裂。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的問題而做出的。本發(fā)明的一個目的是提供一種逆風(fēng)型渦輪，其結(jié)構(gòu)使得它具有一個用于通過一個主軸(風(fēng)力渦輪軸)來支撐一個風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)艙，所述機(jī)艙中裝有一個能量轉(zhuǎn)換單元、例如一個發(fā)電機(jī)和一個用于將主軸的旋轉(zhuǎn)傳遞給能量轉(zhuǎn)換單元的傳動機(jī)構(gòu)，并且對它進(jìn)行支撐，以便在一個豎立于地面或船上的支撐件上于一個水平面中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而通過即使在吹過強(qiáng)風(fēng)而停電時仍能避免不均勻的過大載荷、例如沿著斜向方向作用的載荷的作用，而防止葉片斷裂的發(fā)生，并且本發(fā)明涉及該風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法。
采用風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電單元具有變大的尺寸，并且風(fēng)力渦輪機(jī)的能力將連續(xù)增強(qiáng)。因而，為減小風(fēng)力渦輪機(jī)的重量和成本，減小空氣動力載荷是絕對必要的。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)及其操作方法，其中，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有一個借助作用在固定于其上的葉片上的風(fēng)力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和一個通過轉(zhuǎn)子軸支撐該轉(zhuǎn)子的機(jī)艙，機(jī)艙受到支撐以在一個豎立在地面或船上的支撐件上旋轉(zhuǎn)，可以在一個水平面中自由旋轉(zhuǎn)，借助所述特征的優(yōu)點(diǎn)，可以減小由因?yàn)榕_風(fēng)、旋風(fēng)或驟風(fēng)而產(chǎn)生的強(qiáng)大風(fēng)力施加的臨界載荷(對于風(fēng)力渦輪機(jī)部件的強(qiáng)度造成故障的載荷)。
本發(fā)明解決了前述問題。第一個發(fā)明是逆風(fēng)型渦輪機(jī)，其構(gòu)成如下，一個風(fēng)力渦輪機(jī)主體，包括一個支撐著的機(jī)艙，用以在一個豎立在地面或船上的支撐件上于一個水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和一個具有多個葉片的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子設(shè)置在機(jī)艙的前部并且借助風(fēng)力旋轉(zhuǎn)，通過一個與所述轉(zhuǎn)子連接的轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動一個待驅(qū)動機(jī)構(gòu)、例如一個發(fā)電機(jī)，其中，設(shè)有一個設(shè)置在所述支撐件和所述機(jī)艙之間的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于旋轉(zhuǎn)所述風(fēng)力渦輪機(jī)主體，并且設(shè)有一個用于借助朝向順風(fēng)位置的葉片以在90°和270°之間的任意角度旋轉(zhuǎn)該轉(zhuǎn)子的控制器，優(yōu)選地，根據(jù)接受到的風(fēng)速、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度和待驅(qū)動的機(jī)械的異常信號中的至少一個信號，以180°的正順風(fēng)位置將轉(zhuǎn)子保持在一個備用條件下。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述控制信號是這樣一些信號組合，其中一個信號是檢測作用于葉片上的速度比切斷風(fēng)速(例如20～25km/h)大的信號，另一個信號是檢測風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)入怠速操作狀態(tài)的的信號，該切斷風(fēng)速作為用于移至怠速操作狀態(tài)的預(yù)定參考風(fēng)速。
進(jìn)而，優(yōu)選地，所述控制信號是這樣一些信號的組合，其中一個信號是一個檢測作用在葉片上的風(fēng)速比作為渦輪機(jī)支架將要移至一個怠速操作狀態(tài)的參考速度的切斷風(fēng)速大的信號，另一個信號是檢測風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)入怠速操作狀態(tài)的信號，再一個信號是檢測作用在葉片上的風(fēng)速大于用于避免過載且比預(yù)定切斷風(fēng)速大的臨界風(fēng)速的信號，該臨界風(fēng)速(移至順風(fēng)軟支撐位置的平均風(fēng)速)是由作用在葉片上的風(fēng)力引起的在風(fēng)力渦輪機(jī)主體的關(guān)鍵部分上的應(yīng)力比從強(qiáng)度角度考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)主體的允許臨界應(yīng)力低大約3～4σ(σ是關(guān)于有關(guān)材料的疲勞壽命的分散標(biāo)準(zhǔn)偏差)的風(fēng)速。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，一個用于允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體從順風(fēng)位置返回最初的逆風(fēng)位置的恢復(fù)信號，是一個確定作用在葉片上的風(fēng)速低于所述臨界風(fēng)速(移至順風(fēng)軟支撐位置的平均風(fēng)速)的信號，其中所述臨界風(fēng)速高于所述確定用于避免在風(fēng)力渦輪機(jī)主體上產(chǎn)生過載的切斷風(fēng)速。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，設(shè)有一個用于檢測作用在葉片上的風(fēng)速的風(fēng)速檢測器，和一個用于檢測主軸的旋轉(zhuǎn)速度的風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度檢測器，并且所述控制器設(shè)有一個用于對由所述風(fēng)速檢測器檢測的風(fēng)速和預(yù)定的切斷風(fēng)速進(jìn)行比較的裝置，和一個用于當(dāng)檢測的風(fēng)速高于切斷風(fēng)速時、借助從所述風(fēng)力旋轉(zhuǎn)速度檢測器輸入的風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度信號檢測風(fēng)力渦輪機(jī)主體是否處于怠速操作狀態(tài)的裝置。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，一個與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成一體的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動體設(shè)有一個制動裝置，并且當(dāng)其從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)時，利用所述制動裝置抑制用于旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體的旋轉(zhuǎn)力。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，提供一種偏向制動操作控制裝置，該裝置當(dāng)處于順風(fēng)位置時可以將用于固定風(fēng)力渦輪機(jī)主體支撐方向的偏向制動裝置釋放。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，一個發(fā)電單元作為一個被驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接到所述轉(zhuǎn)軸上，設(shè)有一個用于檢測發(fā)電機(jī)停電的停電檢測器，并且所述控制器設(shè)有一個用于啟動一個電池的電池控制裝置，以便當(dāng)從所述停電檢測器輸出發(fā)電單元的停電檢測信號時，使風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，設(shè)有一個偏向馬達(dá)，用于繞著支撐在支撐件上的機(jī)艙旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體，并且執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)主體和用于對其旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向馬達(dá)制動器的偏向控制(方位控制)，并且，所述控制器允許停止偏向控制、釋放所述偏向制動器，和使要施加的所述偏向馬達(dá)啟動，以便在風(fēng)力渦輪機(jī)主體移至一個順風(fēng)位置之后、允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體自然地追隨風(fēng)的方向。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，將一個發(fā)電機(jī)單元作為待驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接到所述轉(zhuǎn)子軸上，并且設(shè)有一個用于檢測發(fā)電機(jī)單元的停電的停電檢測器，一個用于繞著支撐在支撐件上的機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體并對風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)行的偏向控制(方位控制)的偏向馬達(dá)，和一個用于對其旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的馬達(dá)制動器，并且，當(dāng)從所述停電檢測器輸入一個發(fā)電機(jī)單元的停電檢測信號時，所述控制器允許釋放所述偏向制動，并且使所述偏向馬達(dá)啟動，以便能夠限制機(jī)艙從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置的旋轉(zhuǎn)速度。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，將發(fā)電機(jī)單元作為一個待驅(qū)動的機(jī)構(gòu)連接到所述主軸上，設(shè)有一個用于檢測發(fā)電機(jī)單元的停電的停電檢測器，并且，當(dāng)從所述停電檢測器輸入停電信號時，所述控制器允許以低速緩慢釋放所述偏向制動，并且使所述風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的第二個發(fā)明是一種逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法，所述逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)包括一個風(fēng)力渦輪機(jī)主體，該風(fēng)力渦輪機(jī)主體包括一個受到支撐以便在一個豎立于地面或船上的支撐件上且在一個水平面中旋轉(zhuǎn)的機(jī)艙、和一個具有多個葉片的馬達(dá)，該馬達(dá)設(shè)置在機(jī)艙的前部且借助風(fēng)力旋轉(zhuǎn)，通過一個連接到所述轉(zhuǎn)子上的主軸驅(qū)動一個待驅(qū)動的機(jī)械、例如一個發(fā)電機(jī)，其中，使所述具有葉片的轉(zhuǎn)子以在90°和270°之間的任意角度向著一個順風(fēng)方向旋轉(zhuǎn)，以便根據(jù)接收到的風(fēng)速、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度、和待驅(qū)動的機(jī)械的異常信號中的至少一個信號，將該轉(zhuǎn)子保持在一個備用條件下。
在本發(fā)明中優(yōu)選地，在風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)入怠速操作狀態(tài)之后，當(dāng)檢測到作用在葉片上的風(fēng)速比作為用于移至怠速操作狀態(tài)的參考風(fēng)速的切斷風(fēng)速大時，風(fēng)力渦輪機(jī)主體旋轉(zhuǎn)90°和270°之間的任意角度。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，根據(jù)一個檢測作用在葉片上的風(fēng)速大于切斷風(fēng)速的信號、和一個在檢測到風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)入怠速操作狀態(tài)之后對最大瞬時風(fēng)速進(jìn)行檢測的第三信號，在90°和270°之間旋轉(zhuǎn)該風(fēng)力渦輪機(jī)架。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，所述第三信號是一個檢測所述第三風(fēng)速大于最大瞬時風(fēng)速(移至順風(fēng)軟支撐位置的風(fēng)速)的信號，所述風(fēng)速是作用在風(fēng)力渦輪機(jī)主體上的風(fēng)力比從強(qiáng)度角度考慮風(fēng)力渦輪機(jī)主體所允許的臨界風(fēng)力低一定量時的風(fēng)速。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，當(dāng)確定在所述備用狀態(tài)下的最大瞬時風(fēng)速等于或低于最大瞬時風(fēng)速(移至順風(fēng)軟支撐位置時的風(fēng)速)之后，風(fēng)力渦輪機(jī)主體從順風(fēng)位置中的怠速操作狀態(tài)返回到初始的逆風(fēng)位置，所述后一最大瞬時風(fēng)速是作用在風(fēng)力渦輪機(jī)主體上的風(fēng)力比從強(qiáng)度角度考慮風(fēng)力渦輪機(jī)主體所允許的臨界力低一定量時的風(fēng)速。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，通過所述風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度檢測信號檢測所述怠速操作狀態(tài)。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)時，利用一個制動裝置抑制用于旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體的力。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，釋放用于對風(fēng)力渦輪機(jī)主體的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向制動器，以便在其移動至順風(fēng)位置之后，允許該主體保持可以隨著風(fēng)向自由擺動的備用狀態(tài)下。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，在移至一個順風(fēng)位置之后，執(zhí)行用于根據(jù)風(fēng)向改變風(fēng)力渦輪機(jī)主體方向的偏向控制(方位控制)。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，釋放偏向制動器，并且允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體隨著風(fēng)自由地向一個順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)，同時啟動一個偏向馬達(dá)制動器，以便對一個偏向馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動，所述偏向馬達(dá)的結(jié)構(gòu)使其繞著支撐件旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體，并且執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)主體的偏向控制(方位控制)。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，在所述具有作為從動機(jī)構(gòu)而連接到主軸上的發(fā)電機(jī)的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作中，當(dāng)輸入發(fā)電機(jī)單元的停電信號時，以90°和270°之間一個任意的角度旋轉(zhuǎn)該風(fēng)力渦輪機(jī)主體。
進(jìn)而，在本發(fā)明中優(yōu)選地，當(dāng)檢測到具有作為從動機(jī)構(gòu)連接到主軸上的發(fā)電機(jī)的所述風(fēng)力渦輪發(fā)電單元停電時，釋放用于對所述風(fēng)力渦輪機(jī)主體的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向制動器，啟動一個電池，以便繞著支撐件旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體，同時啟動一個偏向馬達(dá)，以便對偏向馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動，所述偏向馬達(dá)使風(fēng)力渦輪機(jī)主體繞著支撐件旋轉(zhuǎn)并且執(zhí)行風(fēng)力渦輪機(jī)主體的偏向控制(方位控制)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在正常操作中，該風(fēng)力渦輪機(jī)按照風(fēng)向旋轉(zhuǎn)以便受到控制，從而使葉片的旋轉(zhuǎn)面始終與風(fēng)向相對。
另一方面，當(dāng)從風(fēng)速檢測器向控制器輸入的檢測風(fēng)速高于在控制器中預(yù)先設(shè)定的切斷風(fēng)速，并且在驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)作用在風(fēng)力渦輪機(jī)上的情況下、從風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度檢測器輸入的風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度變成怠速操作狀態(tài)下的速度時，控制器允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體從逆風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)一個90°和270°之間的角度以轉(zhuǎn)移到順風(fēng)位置，并且保持在備用狀態(tài)下。
當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)處于葉片旋轉(zhuǎn)平面位于支撐件的順風(fēng)方向的順風(fēng)位置上時，以沿著與葉片旋轉(zhuǎn)平面傾斜的方向吹的風(fēng)發(fā)揮作用，以便使轉(zhuǎn)子的主軸指向風(fēng)的方向，從而當(dāng)產(chǎn)生驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)時，允許逆風(fēng)型渦輪機(jī)向著順風(fēng)方向移動，優(yōu)選移動至一個完全順風(fēng)的位置，并且在該處保持備用狀態(tài)，該風(fēng)力渦輪機(jī)可以跟隨風(fēng)向而不需要專門的偏向控制。
借此，即使當(dāng)驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)沿斜向方向作用在葉片上時，允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體自動地跟隨風(fēng)的方向、并且避免不均勻的過大載荷沿著斜向方向作用在葉片上，從而防止由于過載造成葉片損壞。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，在風(fēng)力渦輪機(jī)主體借助一個控制裝置從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動并且固定在該處之后，通過釋放偏向制動器并且將其保持在釋放狀態(tài)下，可以提高風(fēng)力渦輪機(jī)主體追隨風(fēng)向改變的自由度，并且，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)沿斜向方向吹到葉片上時，可以更可靠地避免不均勻的過大載荷作用在葉片上。
根據(jù)本發(fā)明，還可以進(jìn)行偏向控制，即，與處于逆風(fēng)位置中時類似，在風(fēng)力渦輪機(jī)主體移至一個順風(fēng)位置之后，根據(jù)風(fēng)向改變風(fēng)力渦輪機(jī)主體的方向。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，在當(dāng)由于驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備故障而產(chǎn)生停電而使偏向控制變?yōu)椴豢赡艿那闆r下，可以利用控制器接通電池，允許借助電池的能量使該風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)一個90°～270°的角度，優(yōu)選利用電池能量從逆風(fēng)位置向完全順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)180°，并且在該處保持備用狀態(tài)，并且隨后釋放偏向制動器。因此，通過利用電池的能量將風(fēng)力渦輪機(jī)移動至一個順風(fēng)位置并隨后釋放偏向制動器，風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)架可以隨風(fēng)向自由改變，而不需要設(shè)置特定的電源，并且當(dāng)強(qiáng)風(fēng)吹沿著斜向方向吹到葉片上時，可以避免不均勻的過大載荷作用在葉片上。
如果一個逆風(fēng)型渦輪機(jī)這樣構(gòu)成，使得當(dāng)作用在葉片上的風(fēng)速高于切斷速度時，風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動，所述切斷速度是用于向一個怠速操作狀態(tài)改變的參考風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速強(qiáng)烈地波動時，頻繁地產(chǎn)生一種狀態(tài)，即，被檢測風(fēng)速的平均值超過預(yù)定的切斷風(fēng)速(平均值)，并且在每次產(chǎn)生上述條件時都需要將風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置，從而造成風(fēng)力渦輪機(jī)的操作效率大大下降。
然而，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)與考慮到風(fēng)力渦輪機(jī)強(qiáng)度的最大允許載荷一致的最大瞬時風(fēng)速(臨界風(fēng)速)檢測第三風(fēng)速，該第三風(fēng)速大于作為用于移動至怠速操作狀態(tài)的參考風(fēng)速的切斷風(fēng)速，并且，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度處于空轉(zhuǎn)操作狀態(tài)時，當(dāng)作用在葉片上的風(fēng)速變得高于臨界風(fēng)速(用于移動至順風(fēng)軟支撐位置的平均風(fēng)速)時，可以利用控制器將該風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置并釋放偏向制動器。
為了更加明確，根據(jù)本發(fā)明，即使當(dāng)風(fēng)速劇烈波動時，在所述臨界風(fēng)速下使風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動，所述臨界風(fēng)速是與作用在葉片上的風(fēng)力所產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪機(jī)主體關(guān)鍵部位上的應(yīng)力達(dá)到風(fēng)力渦輪機(jī)主體強(qiáng)度允許值時的風(fēng)速相應(yīng)的最大瞬時風(fēng)速，該值比風(fēng)力渦輪機(jī)強(qiáng)度的臨界允許值小3～4σ(σ是前面解釋過的標(biāo)準(zhǔn)偏差)，從而，在進(jìn)入怠速操作狀態(tài)之后，該風(fēng)力渦輪機(jī)主體不會立即從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置移動，而是僅當(dāng)實(shí)際風(fēng)速超過考慮到風(fēng)力渦輪機(jī)主體的強(qiáng)度而確定的所述最大允許瞬時風(fēng)速時才移動。
因此，根據(jù)本發(fā)明，即使當(dāng)風(fēng)速劇烈波動時，也可以避免機(jī)艙從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置頻繁移動，并且可以僅在實(shí)際風(fēng)速超過最大允許瞬時風(fēng)速時，使機(jī)艙溫和地從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置移動，并且充分提高了風(fēng)力渦輪機(jī)主體的可控性。
如前面所述，當(dāng)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)處于一個順風(fēng)位置中時，葉片的旋轉(zhuǎn)平面位于支撐件的順風(fēng)位置上，并且以沿著與葉片的旋轉(zhuǎn)平面傾斜的方向吹的風(fēng)發(fā)揮作用，以便使主軸朝向風(fēng)的方向。
因此，在正常操作中，通過在正常操作中移動至順風(fēng)位置之后停止偏向控制，并且當(dāng)發(fā)生停電時允許機(jī)艙自然地追隨風(fēng)向，即使不均勻載荷傾斜著作用在葉片上，由于不需要特殊控制即可產(chǎn)生作用于葉片上的矯正轉(zhuǎn)矩，所以葉片的旋轉(zhuǎn)平面會自動地追隨風(fēng)向，并且可以防止由于不均勻載荷造成葉片和旋轉(zhuǎn)部件的損傷。
然而，如果釋放偏向制動器和偏向馬達(dá)制動器以允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體自然地隨著風(fēng)向朝向順風(fēng)方向，則由于機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)被沿著增加轉(zhuǎn)速的方向傳遞給偏向馬達(dá)，所以偏向馬達(dá)會借助所述矯正轉(zhuǎn)矩的作用以過大的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，而偏向馬達(dá)對機(jī)艙的驅(qū)動是減小旋轉(zhuǎn)速度的，并且偏向馬達(dá)會由于過大的旋轉(zhuǎn)速度而受到損傷。
根據(jù)本發(fā)明，在將風(fēng)力渦輪機(jī)移動至一個順風(fēng)位置之后，應(yīng)用用于對偏轉(zhuǎn)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的馬達(dá)制動器，以便適當(dāng)限制偏向馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，從而避免像上面所述的那樣產(chǎn)生過大的偏向馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度，并防止由于過大的旋轉(zhuǎn)速度造成偏向馬達(dá)受損。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)作用在葉片上時，通過從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置時逐漸地釋放偏向制動器，風(fēng)力渦輪機(jī)主體可以向著一個順風(fēng)位置平穩(wěn)移動，而不會在偏向控制裝置、例如偏向馬達(dá)上作用過大的力。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，在從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置之后，通過確定用于返回逆風(fēng)位置的返回點(diǎn)風(fēng)速，該返回點(diǎn)風(fēng)速將是一個在臨界風(fēng)速和切斷風(fēng)速之間的中間風(fēng)速，在位置改變循環(huán)、即逆風(fēng)→順風(fēng)→逆風(fēng)循環(huán)中造成滯后，并且不會由于風(fēng)速中的較小變化而將機(jī)艙移動返回到相反的位置上，從而形成從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置的穩(wěn)定移動。
附圖的簡單說明圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個實(shí)施例的具有控制裝置的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖。
圖2是用于控制第一個實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)的框圖。
圖3是解釋風(fēng)力渦輪機(jī)從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動的圖示。
圖4是用于控制圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)的基本框圖。
圖5(A)是根據(jù)本發(fā)明第二個實(shí)施例的具有控制裝置的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖，圖5(B)是圖5(A)的Y部分的放大視圖。
圖6是在第二個實(shí)施例的情況中用于控制從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置的位置移動的框圖。
圖7是用于控制第二個實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)的基本框圖。
圖8是第二個實(shí)施例的控制流程(1)。
圖9是第二個實(shí)施例的控制流程(2)。
圖10是第二個實(shí)施例的控制流程(3)。
圖11是偏向控制裝置的透視圖。
圖12是偏向馬達(dá)和馬達(dá)制動器的示意剖視圖。
圖13是用于解釋風(fēng)力渦輪機(jī)的動作的圖示，(A)是一個示意平面圖，(B)是一個示意側(cè)視圖。
圖14是表示偏向制動器的結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖15是表示節(jié)距控制裝置的主要部分的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明現(xiàn)在，將參照附圖描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例。然而，除非有特殊的說明，否則在實(shí)施例中的尺寸、材料、相對位置以及前述構(gòu)成部件應(yīng)當(dāng)僅作為示例來解釋，而不能限制本發(fā)明的范圍。
參照表示本發(fā)明第一個實(shí)施例的圖1，參考標(biāo)號100是一個逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)。一個設(shè)有多個葉片101的轉(zhuǎn)子105位于一個機(jī)艙102的前部，即支撐在一個支撐件106上的機(jī)艙102的旋轉(zhuǎn)軸線104的前向，該轉(zhuǎn)子105可以借助風(fēng)力旋轉(zhuǎn)，并且借助所述葉片101產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，通過一個連接到所述轉(zhuǎn)子105上的主軸103驅(qū)動一個裝在機(jī)艙102內(nèi)的從動機(jī)械、例如一個發(fā)電機(jī)。
多個葉片101以恒定的間隔安裝在所述轉(zhuǎn)子105的外周上。通過一個節(jié)距控制裝置(在附圖中未示出)可以改變各葉片101的節(jié)距角。
在日本專利申請公開No.5-149237和No.7-4333等中公開了可改變節(jié)距的機(jī)構(gòu)。在此將參照圖15對可改變節(jié)距角的機(jī)構(gòu)進(jìn)行解釋。一個用于控制節(jié)距角的伺服馬達(dá)321被固定在一個風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的中空馬達(dá)105的中間部分上。
一個主斜齒輪313a安裝到在轉(zhuǎn)子105內(nèi)延伸的馬達(dá)軸312a上。一個葉片101借助一個葉片軸承316安裝到所述轉(zhuǎn)子105上，并且一個副斜齒輪314a安裝到所述葉片的根部側(cè)上。副斜齒輪314a的位置使其旋轉(zhuǎn)軸線與所述主斜齒輪313a的旋轉(zhuǎn)軸線垂直。副斜齒輪314a的旋轉(zhuǎn)軸線與葉片101的旋轉(zhuǎn)軸線重合，并且葉片101可以通過所述葉片軸承6相對于轉(zhuǎn)子105旋轉(zhuǎn)。
采用按上述構(gòu)成的可改變?nèi)~片節(jié)距角的機(jī)構(gòu)320，當(dāng)改變?nèi)~片101的節(jié)距角，以便控制由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能時，以從圖中未示出的控制裝置而來的指令驅(qū)動伺服馬達(dá)312，以便沿著指示方向旋轉(zhuǎn)主斜齒輪313a。主斜齒輪313a與副斜齒輪嚙合，以便各副斜齒輪314a以相同的角度沿著相同方向旋轉(zhuǎn)，副斜齒輪的數(shù)量與葉片101的數(shù)目相同，例如可以為三個。因此，三個葉片101的每一個以相同的節(jié)距角旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)主斜齒輪313a與三個副斜齒輪314a嚙合時，各葉片101可以以相同的節(jié)距角旋轉(zhuǎn)。
可改變節(jié)距角的機(jī)構(gòu)是通過將一個液壓缸和連桿機(jī)構(gòu)結(jié)合起來構(gòu)成的，或者各個葉片由單獨(dú)的馬達(dá)驅(qū)動的結(jié)構(gòu)也可以作為所述可改變節(jié)距的機(jī)構(gòu)。
參照圖1，所述主軸103的輸出側(cè)端部與一個圖中未示出的發(fā)電機(jī)(除發(fā)電機(jī)之外還可以為其它任何用于能量再生的從動機(jī)械)連接起來。機(jī)艙102裝有運(yùn)動部件、例如所述主軸103和軸承，以及所述發(fā)電機(jī)等。參考標(biāo)號106是一個豎立在地面或船上的支撐件。該機(jī)艙102安裝在支撐件106上，以便在一個水平面中旋轉(zhuǎn)。
參考標(biāo)號1是一個固定于所述機(jī)艙102下部上的環(huán)形齒輪(內(nèi)齒輪)，參考標(biāo)號2是一個小齒輪，借助一個軸承由所述支撐件106支撐用以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且與所述環(huán)形齒輪1嚙合。
通過旋轉(zhuǎn)所述小齒輪2以旋轉(zhuǎn)與該小齒輪嚙合的環(huán)形齒輪，可以將所述機(jī)艙102繞著所述機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)360°，利用一個偏向馬達(dá)30通過一個減速齒輪31(參見圖11)旋轉(zhuǎn)所述被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的小齒輪，偏向馬達(dá)30的操作受到一個機(jī)艙驅(qū)動裝置4的控制。
參考標(biāo)號5是一個位于所述機(jī)艙102內(nèi)的電池。
與這個例子相反，如后面所述，也可以將環(huán)形齒輪固定到支撐件106的頂部上，并且小齒輪2和偏向馬達(dá)30可以安裝到機(jī)艙102上。
參考標(biāo)號3是一個用于對所述機(jī)艙102的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向制動器。該偏向制動器如圖14所示。其結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域中是已知的。參照圖14，偏向制動器3用于鎖定風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A，該風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A由葉片101、一個轉(zhuǎn)子105、一個主軸和一個機(jī)艙102構(gòu)成。一個旋轉(zhuǎn)座軸承312位于支撐件106的頂面和安裝在支撐件106之上的風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A之間，一個制動盤304安裝在支撐件106和軸承312之間，并且一個液壓致動盤制動單元310具有一個液壓缸301a、301b和一個夾持制動盤304的制動卡鉗308。通過從上、下側(cè)對制動盤加壓，對風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A相對于支撐件106的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。
在圖1中，參考標(biāo)號6是一個用于檢測作用在葉片101上的風(fēng)速的風(fēng)速檢測器，標(biāo)號7是一個用于檢測主軸103的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測器，標(biāo)號8是一個用于檢測包括風(fēng)力渦輪機(jī)100和發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)是否停電(當(dāng)由于發(fā)電機(jī)或電路異常而產(chǎn)生斷路時)的停電檢測器，標(biāo)號10是一個控制器。
由所述風(fēng)速檢測器6檢測到的風(fēng)速信號、由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測器7檢測到的渦輪機(jī)主軸103的旋轉(zhuǎn)速度信號和發(fā)電機(jī)的停電信號被輸入給控制器。該控制器10根據(jù)所述信號進(jìn)行計算，并且控制所述機(jī)艙驅(qū)動裝置4、偏向制動器3和電池5的操作。
采用逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)100的這種結(jié)構(gòu)，在通常的操作中，利用所述控制器100和機(jī)艙驅(qū)動裝置4將機(jī)艙102的位置設(shè)置到一個向前的位置上，在該位置中，葉片101定位于機(jī)艙104旋轉(zhuǎn)軸線的向前的方向，即如圖1和圖3中點(diǎn)劃線所示的一個逆風(fēng)位置上。當(dāng)風(fēng)向偏轉(zhuǎn)超過一個預(yù)定偏離角度時，釋放偏向制動器，以便允許機(jī)艙與風(fēng)向一致地在一個水平面中繞著旋轉(zhuǎn)軸線104旋轉(zhuǎn)預(yù)定的角度，因此，執(zhí)行偏向控制(方位控制)，用于反抗風(fēng)力將風(fēng)力渦輪機(jī)引導(dǎo)至一個適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。即，由葉片101、轉(zhuǎn)子105和機(jī)艙102構(gòu)成的風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A始終固定在與風(fēng)向偏離一個預(yù)定角度的范圍內(nèi)，并且當(dāng)風(fēng)向偏轉(zhuǎn)超過預(yù)定偏轉(zhuǎn)量時，釋放偏向制動器，并且使風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A旋轉(zhuǎn)，以便將其固定到一個在與風(fēng)向偏離預(yù)定角度范圍內(nèi)的成角度位置上。
下面，參照表示控制框圖的圖2和表示基本控制框圖的圖4，說明當(dāng)由于臺風(fēng)等而產(chǎn)生驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)時，逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法。
將由所述風(fēng)速檢測器6檢測出的風(fēng)速輸入到控制器10的一個風(fēng)速比較部12中。參考標(biāo)號11是一個切斷風(fēng)速設(shè)定部，在其中設(shè)定切斷風(fēng)速，該切斷風(fēng)速是移至怠速操作狀態(tài)時的參考風(fēng)速，即，當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)100到發(fā)電機(jī)的連接被切斷以便使發(fā)電機(jī)的工作停止時的限制風(fēng)速(例如25m/s)。在所述風(fēng)速比較部12中將所述檢測到的風(fēng)速與切斷風(fēng)速進(jìn)行比較，并且將比較結(jié)果輸出給一個機(jī)艙方向控制部13(圖4中的步驟(1))。
由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測器7檢測到的風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度(主軸103的旋轉(zhuǎn)速度)被輸入給所述機(jī)艙方向控制部12。
該機(jī)艙方向控制部13向所述機(jī)艙驅(qū)動裝置4輸出一個操作信號，以便當(dāng)所述檢測到的風(fēng)速大于切斷速度且風(fēng)力渦輪機(jī)根據(jù)檢測到的風(fēng)速處于怠速操作狀態(tài)中時，將該機(jī)艙旋轉(zhuǎn)至一個順風(fēng)方向(逆風(fēng)位置是當(dāng)帶有葉片101的轉(zhuǎn)子105位于機(jī)艙旋轉(zhuǎn)軸線104的上游時的位置，而順風(fēng)位置是當(dāng)轉(zhuǎn)子105位于機(jī)艙旋轉(zhuǎn)軸線104的下游側(cè)(位于偏離風(fēng)向90～270°、優(yōu)選180°處)時的位置)(圖4的步驟(2))。
機(jī)艙驅(qū)動裝置4允許機(jī)艙102在一個水平面中繞著旋轉(zhuǎn)軸線104旋轉(zhuǎn)180°，以便根據(jù)所述操作信號，借助所述小齒輪2和環(huán)形齒輪1，從圖3中的點(diǎn)劃線所示的位置向?qū)嵕€所示的向后位置移動(圖4的步驟(3))。
通過這一操作，風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A到達(dá)一個順風(fēng)位置并且被固定在該處(圖4的步驟(4))。
返回圖2，參考標(biāo)號15是一個偏向制動器操作控制部，在風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A位于一個將要固定在該處的順風(fēng)位置之后，可以通過向用于釋放偏向制動器的偏向制動器操作裝置16發(fā)送一個信號來釋放偏向制動器3。通過這樣的操作，釋放偏向制動器13，并且機(jī)艙102和葉片101可以根據(jù)風(fēng)向自由改變方向。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)吹到葉片上時，機(jī)艙旋轉(zhuǎn)，從而葉片的旋轉(zhuǎn)面位于一個順風(fēng)位置中，即，沿著風(fēng)向的機(jī)艙旋轉(zhuǎn)軸線朝向下游側(cè)位置，并且被偏向制動器3固定在該位置上，然后，釋放偏向制動器。因而，如果風(fēng)斜著吹到葉片101的旋轉(zhuǎn)平面上，則具有葉片101的轉(zhuǎn)子105的旋轉(zhuǎn)軸線指向風(fēng)的方向，并且風(fēng)力渦輪機(jī)可以對風(fēng)向作出響應(yīng)而不需要專門的偏向控制。
因此，即使當(dāng)驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)斜著吹到葉片101上時，轉(zhuǎn)子105也可以自動對風(fēng)向作出響應(yīng)，可以避免不均勻的過大載荷沿斜向方向作用在葉片101。
特別地，通過在將風(fēng)力渦輪機(jī)定位并固定在一個順風(fēng)位置中之后釋放偏向制動器，風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A變得易于自由追隨風(fēng)向的改變，并且當(dāng)強(qiáng)風(fēng)沿著斜向方向吹到葉片101上時，可以更加可靠地避免不均勻的過大載荷沿斜向方向作用在葉片101上。
進(jìn)而，在當(dāng)由于臺風(fēng)或颶風(fēng)等吹過而造成驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)時，由于發(fā)電機(jī)的操作失敗產(chǎn)生停電，這時偏向控制器不再工作，利用停電檢測器檢測出停電(圖4的步驟(5))，并且將停電信號輸入給一個所述控制器10的電池控制部14和所述偏向制動器操作控制部15，以使它們工作。
具體而言，所述電池控制部14可以根據(jù)接收到的停電信號啟動電池5(圖4的步驟(6))，并且，利用從電池而來的能量以與前面有關(guān)機(jī)艙方向控制部13的描述中類似的方式將機(jī)艙102從一個逆風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)180°到達(dá)一個順風(fēng)位置，并且將其固定在該處，以便將風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A固定在順風(fēng)位置上。
在風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A進(jìn)入備用狀態(tài)之后，偏向制動操作控制部15向偏向制動操作裝置16輸出一個操作信號，以便釋放制動器。采用這樣的操作，將偏向制動器3釋放，并且通過根據(jù)風(fēng)向在一個水平面中旋轉(zhuǎn)，包含機(jī)艙102和葉片101的風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A可以自由地改變其支承方向。
因此，根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)在臺風(fēng)、颶風(fēng)等吹過而引起驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)時，由于發(fā)電機(jī)的操作故障而產(chǎn)生停電且偏向控制不能工作，這時利用電池控制部14啟動電池5，從而將機(jī)艙102從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置，并且將風(fēng)力渦輪機(jī)固定在順風(fēng)位置中，然后通過偏向制動操作控制部和偏向制動操作裝置16釋放偏向制動器。因而，即使由于臺風(fēng)、颶風(fēng)等引起的驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致停電，通過將風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A移動至一個順風(fēng)方向并將其固定在該處、然后釋放偏向制動器3，仍可以使風(fēng)力渦輪機(jī)隨著風(fēng)向自由改變，而不需要設(shè)置專門的電源。
將副電池或太陽能電池作為所述電池應(yīng)用。在副電池的情況下，總是利用容納在機(jī)艙102中的發(fā)電機(jī)充電。
參照表示本發(fā)明第二個實(shí)施例的圖5，參考標(biāo)號100是一個類似于第一個實(shí)施例的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)。一個風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A安裝在豎立于地面上的支撐件106上，以便在一個水平面中旋轉(zhuǎn)。參考標(biāo)號105是一個轉(zhuǎn)子，在其外周上沿圓周方向以等間距安裝有多個葉片101，并且，可以改變?nèi)~片的節(jié)距角。參考標(biāo)號103是一個安裝到所述轉(zhuǎn)子105上的主軸，并且其輸出側(cè)端由一個離合器301連接到一個發(fā)電機(jī)300(可以是一個除發(fā)電機(jī)300以外的從動機(jī)構(gòu)、例如一個壓縮機(jī)或泵)。參考標(biāo)號102是一個機(jī)艙，其中裝有運(yùn)動部件、例如主軸103和軸承，和所述發(fā)電機(jī)300等，標(biāo)號106是一個支撐件，所述機(jī)艙102支撐于其上，以便在一個水平面中繞旋轉(zhuǎn)軸線104旋轉(zhuǎn)。
參考標(biāo)號3是用于對機(jī)艙102的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向制動器，標(biāo)號5是一個位于機(jī)艙102中的電池。
參照圖5(A)和(B)，參考標(biāo)號1是一個固定于支撐件106頂部上的環(huán)形齒輪(內(nèi)齒輪)，標(biāo)號2是一個由中間軸承32支撐用于被機(jī)艙102旋轉(zhuǎn)、且與所述環(huán)形齒輪1嚙合的小齒輪。利用一個由機(jī)艙驅(qū)動裝置4控制的偏向馬達(dá)30、通過一個減速齒輪31旋轉(zhuǎn)小齒輪2。通過允許小齒輪2與環(huán)形齒輪1嚙合、以便借助環(huán)形齒輪1的旋轉(zhuǎn)而繞旋轉(zhuǎn)軸線104旋轉(zhuǎn)，所述機(jī)艙102可以繞著機(jī)艙102的旋轉(zhuǎn)軸線104旋轉(zhuǎn)360°。參考標(biāo)號20是一個用于對所述偏向馬達(dá)30的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的馬達(dá)制動器。
稍后將說明所述偏向馬達(dá)30、減速齒輪31和馬達(dá)制動器20。
在圖11所示的實(shí)施例中，盡管兩個偏向馬達(dá)30設(shè)置在相對于機(jī)艙旋轉(zhuǎn)軸線對稱的位置上，也可以設(shè)有一個或三個、或者超過三個的偏向馬達(dá)。
參考標(biāo)號6是一個用于檢測作用于葉片101上的風(fēng)速的風(fēng)速檢測器，標(biāo)號7是一個用于檢測主軸103的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測器，標(biāo)號8是一個用于檢測風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)單元是否停電的停電檢測器，所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)單元包括容納在風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A的機(jī)艙102中的發(fā)電機(jī)30，并且標(biāo)號10是一個用于控制風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)支架100A繞機(jī)艙102的旋轉(zhuǎn)軸線104的旋轉(zhuǎn)的控制器。
由所述風(fēng)速信號檢測器6檢測的風(fēng)速信號、由所述旋轉(zhuǎn)速度檢測器7檢測的渦輪機(jī)主軸103的旋轉(zhuǎn)速度信號、和由停電檢測器8檢測的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)單元的停電信號被輸入給所述控制器10。該控制器10根據(jù)所述檢測信號進(jìn)行計算，并且控制所述機(jī)艙驅(qū)動裝置4、用于操作偏向制動器3的偏向制動操作裝置16、用于操作馬達(dá)制動器20的馬達(dá)制動操作裝置25和電池的操作。
在圖12中詳細(xì)表示出了由所述偏向馬達(dá)30、減速齒輪31、馬達(dá)制動器20等構(gòu)成的偏向馬達(dá)系統(tǒng)。
在該附圖中，所述偏向馬達(dá)30由一個轉(zhuǎn)子30和一個定子線圈30b構(gòu)成。參考標(biāo)號30c是一個連接到所述轉(zhuǎn)子30a上的輸出軸，標(biāo)號31是一個包括第一級減速齒輪31a和第二級減速齒輪31b的行星齒輪式兩級減速齒輪。減速齒輪31的輸出軸31c連接到小齒輪2上。
參考標(biāo)號20a是馬達(dá)制動器20的制動閘瓦，標(biāo)號20b是一個電磁線圈，標(biāo)號20c是一個將所述制動閘瓦20a推靠在所述轉(zhuǎn)子30a上的彈簧，標(biāo)號20d是一個用于調(diào)節(jié)所述彈簧20c的彈簧力、即用于調(diào)節(jié)所述制動閘瓦20a推靠在所述轉(zhuǎn)子30a上的力的調(diào)節(jié)螺栓。利用由彈簧20c施加的力、或者利用由電磁線圈20b反抗彈簧力所施加的電磁力，使該制動閘瓦20a相對于轉(zhuǎn)子30a的頂部錐面被推靠在其上或與其分離。
通過由第一減速齒輪31a和第二減速齒輪31b構(gòu)成的所述兩級行星齒輪式減速齒輪31，減小所述偏向馬達(dá)30的旋轉(zhuǎn)速度，以便旋轉(zhuǎn)連接在輸出軸31c上的小齒輪2。由于與固定在支撐件106上的環(huán)形齒輪1嚙合的小齒輪2的旋轉(zhuǎn)，使得機(jī)艙102旋轉(zhuǎn)。
在正常的操作中，利用電磁線圈20b的電磁力向上拉動所述制動閘瓦20a，以便使其與轉(zhuǎn)子30a分離，并且馬達(dá)制動器20處于釋放狀態(tài)。
為了進(jìn)行制動，切斷通向所述電磁線圈20a的電流，以便使電磁力消失，然后，利用彈簧20c的彈簧力將制動閘瓦20a向下推靠在轉(zhuǎn)子30a上，對轉(zhuǎn)子30a的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。
下面，將參照圖6至圖10說明在第二個實(shí)施例的情況下的操作。
在正常的操作中，通過釋放或利用偏向制動器3和馬達(dá)制動器，實(shí)施偏向控制。更具體地說，包括葉片101、轉(zhuǎn)子105和機(jī)艙102的風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A的偏向控制(方位控制)按下述方式進(jìn)行當(dāng)由風(fēng)向檢測器檢測出的風(fēng)向和機(jī)艙位置的支承方向之間的偏轉(zhuǎn)角度大于一個預(yù)定角度時，將機(jī)艙102固定在一個逆風(fēng)位置上，以便所述葉片101位于機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)軸線104的上游，釋放所述偏向制動器3，以便使機(jī)艙在一個水平面中與風(fēng)向一致地繞旋轉(zhuǎn)軸線104旋轉(zhuǎn)預(yù)定的角度，然后，作用偏向制動器3，以便將風(fēng)力渦輪機(jī)主體固定在葉片旋轉(zhuǎn)平面正好朝向風(fēng)向的位置上。
當(dāng)由于臺風(fēng)或颶風(fēng)引起驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)時，按下述方式實(shí)施逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)100從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置的移動(圖7和圖8的步驟(1))將由風(fēng)速檢測器6檢測出的風(fēng)速輸入給控制器10中切斷風(fēng)速比較部12(圖8的步驟(1-1))。參考標(biāo)號11是一個切斷風(fēng)速設(shè)定部，其中，一個切斷風(fēng)速、即通過釋放風(fēng)力渦輪機(jī)100的主軸103和發(fā)電機(jī)之間的連接而使欠載操作停止時的極限風(fēng)速(例如20～25m/s)。
對所述檢測到的風(fēng)速V與所述切斷風(fēng)速Vc進(jìn)行比較，如果檢測風(fēng)速V大于切斷風(fēng)速Vc(當(dāng)V＞Vc時)，Vc是將操作從欠載狀態(tài)向怠速狀態(tài)轉(zhuǎn)變時的參考風(fēng)速，則將比較結(jié)果信號輸入給一個怠速控制部012(圖7和8的步驟(2))。根據(jù)從怠速控制部012接收的信號使發(fā)電機(jī)300的離合器301分離，以便釋放主軸103與發(fā)電機(jī)300的連接，將風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)入怠速操作(圖8的步驟(2-1))。
當(dāng)檢測到的風(fēng)速V等于或小于切斷風(fēng)速Vc(當(dāng)V≤Vc時)時，通過使離合器嚙合而返回到逆風(fēng)位置中的正常的欠載操作狀態(tài)(圖7和8中的步驟(2))。
是否進(jìn)行怠速操作是通過下述步驟進(jìn)行判斷的
從旋轉(zhuǎn)速度檢測器7接收到的風(fēng)力渦輪機(jī)的檢測旋轉(zhuǎn)速度(主軸的旋轉(zhuǎn)速度)被輸入給一個機(jī)艙方向控制部13(圖8的步驟(2-3))。
機(jī)艙方向控制部13根據(jù)風(fēng)速渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度中的變化，判斷風(fēng)力渦輪機(jī)是否處于怠速操作狀態(tài)(圖7和8中的步驟(3))。當(dāng)其處于怠速操作狀態(tài)下時，從風(fēng)速檢測器6而來的信號被輸入給一個DWSS(用于移至順風(fēng)軟支撐位置的風(fēng)速)比較部21(圖8的步驟(3-1))。
參考標(biāo)號22是一個DWSS風(fēng)速設(shè)定部，其中設(shè)定有一個根據(jù)最大允許瞬時風(fēng)速確定的DWSS風(fēng)速Vd(用于移至順風(fēng)軟支撐位置的風(fēng)速，例如為22～30m/s)，所述最大允許瞬時風(fēng)速對應(yīng)于由作用于葉片上的風(fēng)力引起的風(fēng)力渦輪機(jī)主體的關(guān)鍵部位上的應(yīng)力比從強(qiáng)度角度考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)主體所允許的臨界應(yīng)力低3～4σ(σ是關(guān)于有關(guān)材料疲勞壽命的分散標(biāo)準(zhǔn)偏差)時的風(fēng)速。
在DWSS風(fēng)速比較部21中對所述檢測風(fēng)速V與所述DWSS風(fēng)速Vd進(jìn)行比較，如果檢測風(fēng)速V大于DWSS風(fēng)速Vd(當(dāng)V＞Vd時)，則將比較結(jié)果信號輸入給機(jī)艙方向控制部13(圖7和8的步驟(4))。在證實(shí)了怠速操作狀態(tài)之后，再次檢測風(fēng)速(圖8的步驟(3-1))，并且如果檢測風(fēng)速V等于或小于所述DWSS風(fēng)速Vd(當(dāng)V≤Vd時)，操作返回正常的偏向控制操作。
當(dāng)從所述DWSS輸入的比較結(jié)果為檢測風(fēng)速V大于DWSS風(fēng)速Vd(V＞Vd)時，機(jī)艙方向控制部13確定旋轉(zhuǎn)速度在怠速速度范圍內(nèi)(圖7和8的步驟(3))，然后向機(jī)艙驅(qū)動裝置4輸出一個操作指令，用以移至順風(fēng)位置。
如圖3所示，機(jī)艙驅(qū)動裝置4允許機(jī)艙102根據(jù)所述操作信號8借助小齒輪和環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)180°，從一個由點(diǎn)劃線表示的逆風(fēng)位置向后移動至一個由實(shí)線表示的順風(fēng)位置(圖7和8的步驟(5))。通過這一操作，風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A被旋轉(zhuǎn)至順風(fēng)位置(圖7的步驟(6))。
然后，在風(fēng)力渦輪機(jī)主體處于所述順風(fēng)位置的情況下檢測風(fēng)速V(圖8的步驟(5-1))，并且將該風(fēng)速V與自然追隨風(fēng)向的風(fēng)速Vf進(jìn)行比較，所述風(fēng)速Vf比DWSS風(fēng)速大(圖8的步驟(20))。
如果風(fēng)速V大于所述用于自然追隨風(fēng)向的風(fēng)速Vf，則進(jìn)行下述控制由于以葉片的旋轉(zhuǎn)面與風(fēng)向相對地取向且在一個逆風(fēng)位置上進(jìn)行偏向制動的方式操作風(fēng)力渦輪機(jī)，當(dāng)由機(jī)艙控制部13向機(jī)艙驅(qū)動裝置4輸入一個用于移動至順風(fēng)位置的操作信號時，偏向制動操作控制部15向偏向制動操作裝置16輸出一個用于釋放偏向制動3的信號。當(dāng)接收到該信號時，偏向制動操作裝置16使偏向制動器3被釋放(圖7和8的步驟(7))。
參考標(biāo)號24是一個馬達(dá)制動操作控制部，當(dāng)由機(jī)艙方向控制部13向機(jī)艙驅(qū)動裝置4輸出一個用于移動至順風(fēng)位置的操作信號時，該馬達(dá)制動操作控制部向一個馬達(dá)制動操作裝置25輸出一個用于使馬達(dá)制動器20對偏向馬達(dá)30進(jìn)行制動的指令信號。
當(dāng)接收到該信號時，馬達(dá)制動器操作裝置25切斷向圖12中所示的馬達(dá)制動器20的電磁線圈20b的電流通路，借此消除線圈20b的電磁力，并且利用彈簧20c的彈簧力將制動閘瓦20a壓在轉(zhuǎn)子30a上，以便抑制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)(圖8的步驟(8))。
在馬達(dá)制動器20工作的條件下，在順風(fēng)位置上進(jìn)行自然追隨風(fēng)向的操作(圖7和8的步驟(9))。
利用調(diào)節(jié)螺栓20d調(diào)節(jié)制動閘瓦20a對轉(zhuǎn)子30a的壓力(參見圖12)，以便馬達(dá)制動器20的制動力強(qiáng)度使其允許機(jī)艙102自然追隨風(fēng)向，并且當(dāng)在所述自然追隨風(fēng)向的狀態(tài)下操作該風(fēng)力渦輪機(jī)時，不會由于方向不均勻的強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)力造成的不均勻轉(zhuǎn)矩作用于在葉片101上而導(dǎo)致偏向馬達(dá)受到損壞。
所述轉(zhuǎn)矩用于旋轉(zhuǎn)機(jī)艙，所述機(jī)艙借助小齒輪和環(huán)形齒輪連接到偏向馬達(dá)30上。如果通過釋放偏向制動器3和馬達(dá)制動器20來允許機(jī)艙自然追隨風(fēng)向，則由作用于葉片101上的強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)力導(dǎo)致的過大轉(zhuǎn)矩的作用，使得沿著一個轉(zhuǎn)速增加的方向旋轉(zhuǎn)該偏向馬達(dá)30，并且過大的轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致偏向馬達(dá)30的損壞。
因此，在該實(shí)施例中，通過適當(dāng)限制偏轉(zhuǎn)馬達(dá)30的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角，避免偏轉(zhuǎn)馬達(dá)產(chǎn)生過高的旋轉(zhuǎn)速度，并且防止偏向馬達(dá)損壞。
當(dāng)風(fēng)速V等于或小于用于自然追隨風(fēng)向的風(fēng)速Vf(當(dāng)V≤Vf時)，如在風(fēng)力渦輪機(jī)的逆風(fēng)位置中那樣，按下述方式進(jìn)行偏向控制在該偏向控制中，以預(yù)定的時間間隔檢測風(fēng)向(圖8的步驟(21))。當(dāng)風(fēng)向的變化大于一個預(yù)定偏差時(圖8的步驟(22)，釋放偏向制動器3，并且通過啟動偏向制動器3，機(jī)艙102在一個水平面中繞著旋轉(zhuǎn)軸線104旋轉(zhuǎn)一個預(yù)定的角度，以便葉片的旋轉(zhuǎn)平面正好對著風(fēng)向，并且被固定在該處(圖8的步驟(23)、(24))。
如上所述，在該偏向控制中，包括葉片101、一個轉(zhuǎn)子105和一個機(jī)艙102的風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A始終固定在與風(fēng)向相對的預(yù)定角度范圍內(nèi)，并且當(dāng)風(fēng)向相對于葉片旋轉(zhuǎn)平面的偏轉(zhuǎn)角度超過預(yù)定值(表面方向表示一個垂直于表面的方向)時，釋放偏向制動器，以便旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A，從而使其朝著與風(fēng)向相對的方向并固定在那里。
另一方面，由于在發(fā)電機(jī)或電路中的故障而產(chǎn)生停電，并且利用偏向馬達(dá)30的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行的偏向控制變?yōu)椴豢赡?圖7和8的步驟(10))，由停電檢測器8檢測出停電，并且向電池控制部14輸入該檢測信號。
該電池控制部14向電池5的開關(guān)發(fā)送一個電池能量輸入信號，以便將其接通，從而從電池5向控制器一側(cè)輸入電能(圖7和8的步驟(11))，并且，如由機(jī)艙方向控制部13所作的類似，機(jī)艙102從一個逆風(fēng)位置向后側(cè)旋轉(zhuǎn)180°以便移動至一個順風(fēng)位置(圖7和8的步驟(5))。
當(dāng)馬達(dá)制動器20的電磁線圈20b由于停電而未被激活時，如前面所述，自動啟動馬達(dá)制動器20。
通過進(jìn)行上述操作，利用馬達(dá)制動器20進(jìn)行適當(dāng)制動時，其制動程度不會由于過大的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致偏向馬達(dá)30產(chǎn)生損傷，以風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A自然地追隨風(fēng)向的方式操作風(fēng)力渦輪機(jī)。
如上所述，根據(jù)第二個實(shí)施例，當(dāng)作用在葉片101上的風(fēng)速大于切斷風(fēng)速Vc時，使風(fēng)力渦輪機(jī)空轉(zhuǎn)，然后當(dāng)作用在葉片101上的風(fēng)速大于根據(jù)最大瞬時風(fēng)速(瞬時最大風(fēng)速對應(yīng)于當(dāng)由作用在葉片上的風(fēng)力引起的風(fēng)力渦輪機(jī)主體的關(guān)鍵部位上的應(yīng)力比從強(qiáng)度角度考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)主體的允許臨界應(yīng)力低3～4σ(σ是前面說明的標(biāo)準(zhǔn)偏差)時的風(fēng)速)確定的DWSS風(fēng)速Vd時，該控制器10借助機(jī)艙驅(qū)動裝置4使機(jī)艙102從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動，釋放該偏向制動器3，并且利用馬達(dá)制動器20的適當(dāng)?shù)闹苿恿ο拗茩C(jī)艙的旋轉(zhuǎn)。
因此，由于當(dāng)風(fēng)速超過切斷風(fēng)速時，風(fēng)力渦輪機(jī)首先進(jìn)入怠速操作狀態(tài)，然后當(dāng)風(fēng)速等于根據(jù)從強(qiáng)度角度考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)主體允許的最大瞬時風(fēng)速所確定的DWSS風(fēng)速Vd時，機(jī)艙102從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動，所以即使當(dāng)風(fēng)速強(qiáng)烈波動時，也不需要機(jī)艙102從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置頻繁地移動。
由于即使當(dāng)風(fēng)速強(qiáng)烈波動時也可以避免機(jī)艙102從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置的頻繁移動，并且僅當(dāng)實(shí)際平均風(fēng)速超過最大允許瞬時風(fēng)速時機(jī)艙可以從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置溫和地移動，所以充分提高了風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A的可控性。
圖9表示當(dāng)移動至一個順風(fēng)位置的機(jī)艙102返回一個逆風(fēng)位置時的控制流程。
參照圖9，當(dāng)如上所述在一個順風(fēng)位置中自然追隨風(fēng)向操作的風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A返回到一個逆風(fēng)位置時(圖9的步驟(9))，對風(fēng)速進(jìn)行檢測(圖9的步驟(10))，并且當(dāng)檢測風(fēng)速V等于或小于用于返回逆風(fēng)位置的風(fēng)速Ve(當(dāng)V≤Ve時)時(圖9的步驟(11))，偏向制動器3被釋放(圖9的步驟(12))，并且馬達(dá)制動器20也被釋放(圖9的步驟(13))，以便允許機(jī)艙102旋轉(zhuǎn)，從順風(fēng)位置向逆風(fēng)位置移動(圖9的步驟(14))。
在返回逆風(fēng)位置之后，在正常的偏向控制下操作風(fēng)力渦輪機(jī)，同時以預(yù)定的時間間隔重復(fù)風(fēng)速的檢測，并且利用釋放的馬達(dá)制動器20重復(fù)進(jìn)行偏向制動器的釋放和固定。
更具體地說，如圖9所示，以預(yù)定的時間間隔檢測風(fēng)速(圖9的步驟(219))。當(dāng)風(fēng)向超過預(yù)定角度偏差(圖9的步驟(22))時，釋放偏向制動器3，并且使機(jī)艙102在水平面上繞著旋轉(zhuǎn)軸線104旋轉(zhuǎn)預(yù)定的角度，到達(dá)葉片的旋轉(zhuǎn)面完全面對風(fēng)向的位置(圖9的步驟(24))，并且進(jìn)行偏向制動控制，用以進(jìn)行偏向制動，以便將機(jī)艙固定定位(圖9的步驟(23))。
在從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置之后的用于返回逆風(fēng)位置的風(fēng)速Ve被確定為低于DWSS風(fēng)速Vd和切斷風(fēng)速Vc之間的中間速度。
通過確定Ve，在位置改變循環(huán)、即逆風(fēng)→順風(fēng)→逆風(fēng)循環(huán)中產(chǎn)生滯后，并且機(jī)艙不會由于風(fēng)速的較小變化而移動返回到相反側(cè)，使得從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置的移動變得穩(wěn)定。
圖10表示當(dāng)在逆風(fēng)位置中操作時產(chǎn)生停電的情況下、從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動的控制流程的另一個例子。
在圖10中，當(dāng)在一個逆風(fēng)位置(圖10的步驟(1))中操作時、從停電檢測器8(圖10的步驟(15))發(fā)送一個停電信號時(圖10的步驟(15))的情況下，啟動電池5(圖7和10的步驟(11))，并且根據(jù)風(fēng)速選擇下述兩種控制方法中的任何一種(圖10的步驟(26))。
當(dāng)風(fēng)速等于或低于預(yù)定閥值時，選擇第一控制方法，其中，象通常那樣應(yīng)用偏向制動器3，并且向已經(jīng)做的那樣、將風(fēng)速渦輪機(jī)支架100A被固定在逆風(fēng)位置上(圖7和10的步驟(17))。
當(dāng)風(fēng)速大于預(yù)定閥值時，選擇第二控制方法，其中，以比一個確定速度低的釋放速度逐漸釋放偏向制動器3(圖7和10的步驟(18))，并且旋轉(zhuǎn)機(jī)艙102，將其移動至一個順風(fēng)位置(圖7和10的步驟(19))。
利用這種安排，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)作用在風(fēng)力渦輪機(jī)主體的葉片上時，從逆風(fēng)位置逐漸釋放偏向制動器3，風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A可以平穩(wěn)地移動至一個順風(fēng)位置，而不會在偏向控制裝置、例如偏向馬達(dá)20上作用過大的力。
工業(yè)實(shí)用性如前面所述，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在產(chǎn)生驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)的情況下風(fēng)速大于預(yù)先設(shè)置在控制器中的切斷風(fēng)速時，風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個正常的逆風(fēng)位置向后旋轉(zhuǎn)180°，以便移動至一個順風(fēng)位置，并且該風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)入順風(fēng)位置中的備用狀態(tài)。因此，不需要專門的偏向控制風(fēng)力渦輪機(jī)即可追隨風(fēng)向，以便沿斜向方向吹到葉片旋轉(zhuǎn)平面上的風(fēng)發(fā)揮作用以引導(dǎo)其葉片在風(fēng)向上的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線。
通過這樣，即使當(dāng)強(qiáng)風(fēng)沿與葉片旋轉(zhuǎn)面傾斜的方向作用于葉片時，可以允許轉(zhuǎn)子自動地追隨風(fēng)的方向，并且避免不均勻的過大載荷沿傾斜的方向作用在葉片上，可以防止由于過載而損壞葉片。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，通過在利用控制裝置將風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置、并且固定在該處之后釋放偏向制動器、并使其保持釋放狀態(tài)，提高了風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A相對于風(fēng)向變化的追隨效果，當(dāng)強(qiáng)風(fēng)沿斜向吹到葉片101上時，可以更可靠地避免不均勻的過大載荷作用在葉片上。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置、并以備用狀態(tài)保持在該處，然后當(dāng)由于驟風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)引起的發(fā)電設(shè)備的故障造成停電時，在偏向控制變得不可能的情況下，利用控制器釋放偏向制動。因此，通過利用現(xiàn)有電池的能量將風(fēng)力渦輪機(jī)移動至一個順風(fēng)位置，然后釋放偏向制動器，不需要設(shè)置專門的電源，風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A即可自由追隨風(fēng)向的變化，并且可以避免當(dāng)強(qiáng)風(fēng)吹沿斜向方向吹到葉片101時不均勻的過大載荷作用在葉片101上。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明，可以利用控制器將風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置移動至一個順風(fēng)位置，并且當(dāng)作用在葉片上的風(fēng)速高于臨界風(fēng)速DWSS(用于移動至一個順風(fēng)軟支撐位置的風(fēng)速)時，釋放偏向制動器，所述臨界風(fēng)速DWSS是根據(jù)高于切斷風(fēng)速的最大允許瞬時風(fēng)速確定的，并且同時風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度處于怠速范圍內(nèi)。因此，即使當(dāng)風(fēng)速劇烈波動時，根據(jù)以最大允許瞬時風(fēng)速為基礎(chǔ)確定的臨界風(fēng)速(DWSS風(fēng)速)，風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動，并且可以僅當(dāng)實(shí)際風(fēng)速超過最大允許瞬時風(fēng)速時，將風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動。
因此，由于即使當(dāng)風(fēng)速頻繁波動時，仍可避免風(fēng)力渦輪機(jī)主體從一個順風(fēng)位置向一個逆風(fēng)位置頻繁移動，并且，僅當(dāng)實(shí)際風(fēng)速超過最大允許瞬時風(fēng)速時，風(fēng)力渦輪機(jī)主體才溫和地從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置移動，所以充分提高了風(fēng)力渦輪機(jī)主體100A可控性。
進(jìn)而，在正常操作中，在風(fēng)力渦輪機(jī)移至一個順風(fēng)位置之后，停止偏向控制，并且在停電的情況下，風(fēng)力渦輪機(jī)可以追隨風(fēng)的方向，因而，當(dāng)不均勻載荷沿斜向作用于葉片上時，對于風(fēng)力渦輪機(jī)主體作用一個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，以便對其方向進(jìn)行矯正，以追隨風(fēng)向。結(jié)果，可以防止由于這種不均勻載荷造成的葉片和旋轉(zhuǎn)部件的損傷。
另外，由于所述校正轉(zhuǎn)矩，避免了偏向馬達(dá)的不適當(dāng)?shù)母咿D(zhuǎn)速，并且，通過啟動用于限制偏向馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)制動器以限制偏向馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，防止了由于過大的旋轉(zhuǎn)速度造成的偏向馬達(dá)的損壞。
權(quán)利要求
1.一種逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其構(gòu)成為，風(fēng)力渦輪機(jī)主體包括受到支撐的機(jī)艙，用以在豎立在地面或船上的支撐件上并在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和具有多個葉片的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子設(shè)置在機(jī)艙的前部并且借助風(fēng)力旋轉(zhuǎn)，通過連接到所述轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動待驅(qū)動機(jī)構(gòu)、例如一個發(fā)電機(jī)，其中，設(shè)有設(shè)置在所述支撐件和所述機(jī)艙之間的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于旋轉(zhuǎn)所述風(fēng)力渦輪機(jī)主體，并且設(shè)有用于借助朝向順風(fēng)位置的葉片以在90°和270°之間的任意角度旋轉(zhuǎn)該轉(zhuǎn)子的控制器，根據(jù)接受到的風(fēng)速信號、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度信號和待驅(qū)動機(jī)構(gòu)的異常信號中的至少一個信號，將轉(zhuǎn)子保持在備用條件下。
2.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述控制信號是信號的組合，其中一個信號是檢測作用在葉片上的風(fēng)速高于切斷風(fēng)速的信號，另一個信號是檢測通過根據(jù)接收到的檢測信號切斷風(fēng)力渦輪機(jī)主體與從動設(shè)備的連接而使風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)入怠速工作狀態(tài)的信號，所述切斷風(fēng)速是預(yù)定的參考風(fēng)速，在該參考風(fēng)速下由于風(fēng)速增加而會施加到風(fēng)力渦輪機(jī)主體上過大的載荷，風(fēng)力渦輪機(jī)主體與從動設(shè)備脫離連接并且移至怠速操作狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述控制信號是信號的組合，其中一個信號是檢測作用在葉片上的風(fēng)速大于切斷風(fēng)速的信號，一個信號是檢測風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)入怠速操作狀態(tài)的信號，另一個信號是檢測第三風(fēng)速的信號，所述第三風(fēng)速是考慮風(fēng)力渦輪機(jī)主體的強(qiáng)度因素而確定的且高于所述切斷風(fēng)速。
4.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述控制信號是檢測所述第三風(fēng)速高于最大瞬時風(fēng)速(移至下游軟支撐的風(fēng)速)的信號，所述最大瞬時風(fēng)速是作用在風(fēng)力渦輪機(jī)主體上的風(fēng)力比從強(qiáng)度角度考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)主體允許的臨界力低一定量的時的風(fēng)速。
5.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，用于允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體從順風(fēng)位置返回原始逆風(fēng)位置的恢復(fù)信號，是確定作用在葉片上的風(fēng)速高于所述切斷風(fēng)速且低于所述第三風(fēng)速的信號。
6.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，設(shè)有用于檢測作用在葉片上的風(fēng)速的風(fēng)速檢測器，和用于檢測所述主軸的旋轉(zhuǎn)速度的風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度檢測器；并且所述控制器設(shè)有用于對由所述風(fēng)速檢測器檢測的風(fēng)速與預(yù)定的切斷風(fēng)速進(jìn)行比較的裝置，和用于當(dāng)檢測風(fēng)速高于切斷風(fēng)速時、利用從所述風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度檢測器輸入的風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度信號檢測風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)支架是否處于怠速操作狀態(tài)的裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成一體的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動體設(shè)有制動裝置，并且當(dāng)從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)時，利用所述制動裝置對用于旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行制動。
8.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，設(shè)有偏向制動操作控制裝置，該裝置允許當(dāng)處于順風(fēng)位置時，釋放用于固定風(fēng)力渦輪機(jī)主體的支撐方向的偏向制動器。
9.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，發(fā)電機(jī)單元作為被驅(qū)動設(shè)備連接到所述主軸上，設(shè)有用于檢測發(fā)電機(jī)單元停電的停電檢測器，并且所述控制器設(shè)有用于啟動電池以便當(dāng)從所述停電檢測器輸入發(fā)電機(jī)停電檢測信號時，允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)的電池控制裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，設(shè)有用于繞著支撐在支撐件上的機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體并進(jìn)行風(fēng)力渦輪機(jī)主體的偏向控制(方位控制)的偏向馬達(dá)，和用于對其旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向馬達(dá)制動器，并且所述控制器可以使偏向控制停止、將所述偏向控制器釋放，并且在風(fēng)力渦輪機(jī)主體移至順風(fēng)位置之后，所述偏向馬達(dá)制動器允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體自然追隨風(fēng)向而動。
11.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，發(fā)電機(jī)單元作為被驅(qū)動設(shè)備連接到所述主軸上，設(shè)有用于檢測發(fā)電機(jī)單元停電的停電檢測器，用于繞支撐在支撐件上的機(jī)艙的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體并對該風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)行偏向控制(方位控制)的偏向馬達(dá)，和用于對其旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的馬達(dá)制動器，并且所述控制器可以釋放所述偏向制動器，并且當(dāng)從所述停電檢測器輸入發(fā)電機(jī)單元的停電檢測信號時，所述偏向馬達(dá)制動器能夠限制機(jī)艙從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置的旋轉(zhuǎn)速度。
12.如權(quán)利要求1所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述發(fā)電機(jī)單元作為被驅(qū)動設(shè)備連接到所述主軸上，設(shè)有用于檢測發(fā)電機(jī)單元的停電的停電檢測器，并且當(dāng)從所述停電檢測器輸入停電信號時，所述控制器可以以低速緩慢地釋放所述偏向制動器，并且將所述風(fēng)力渦輪機(jī)主體從逆風(fēng)位置轉(zhuǎn)向順風(fēng)位置。
13.一種逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法，所述逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)為，風(fēng)力渦輪機(jī)主體由支撐在豎立于地面或船上的支撐件上并在水平面中旋轉(zhuǎn)的機(jī)艙、和具有多個葉片的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，該轉(zhuǎn)子設(shè)置在機(jī)艙的前部并借助風(fēng)力旋轉(zhuǎn)，通過連接到所述轉(zhuǎn)子上的主軸驅(qū)動待驅(qū)動的設(shè)備、例如一個發(fā)電機(jī)，其中，根據(jù)接收到的風(fēng)速信號、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)信號、和被驅(qū)動設(shè)備的異常信號中的至少一個信號，將具有葉片的轉(zhuǎn)子向著順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)90°和270°之間的任意角度，以便將轉(zhuǎn)子保持在備用狀態(tài)下。
14.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)操作方法，其中，當(dāng)檢測到作用在葉片上的風(fēng)速高于切斷風(fēng)速時，在風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)入怠速操作狀態(tài)之后，使風(fēng)力渦輪機(jī)主體旋轉(zhuǎn)90°和270°之間的任意角度，所述切斷風(fēng)速是用于移至怠速操作狀態(tài)的參考風(fēng)速。
15.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)主體的操作方法，其中，在檢測到風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)入怠速操作狀態(tài)之后，根據(jù)檢測作用在葉片上的風(fēng)速大于切斷風(fēng)速的信號、和檢測最大瞬時風(fēng)速的第三信號，使風(fēng)力渦輪機(jī)主體旋轉(zhuǎn)90°和270°之間的任意角度。
16.如權(quán)利要求15所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)主體的操作方法，其中，所述第三信號是檢測第三風(fēng)速高于最大瞬時風(fēng)速(移至一個順風(fēng)軟支撐位置時的風(fēng)速)的信號，該最大瞬時風(fēng)速是作用在風(fēng)力渦輪機(jī)主體上的風(fēng)力比從強(qiáng)度角度考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)主體允許的臨界力低確定量時的風(fēng)速。
17.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)操作方法，其中，在確定備用狀態(tài)下的最大瞬時風(fēng)速等于或小于最大瞬時風(fēng)速(移至順風(fēng)軟支撐位置的風(fēng)速)之后，風(fēng)力渦輪機(jī)主體從順風(fēng)位置中的怠速操作狀態(tài)返回原始的逆風(fēng)位置，所述最大瞬時風(fēng)速是作用在風(fēng)力渦輪機(jī)主體上的風(fēng)力比從強(qiáng)度角度考慮的風(fēng)力渦輪機(jī)主體允許的臨界力低確定量時的風(fēng)速。
18.如權(quán)利要求14所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)操作方法，其中，通過渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)速度檢測信號，檢測所述怠速操作狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)操作方法，其中，當(dāng)從逆風(fēng)位置向順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)時，借助制動裝置緩沖用于旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體的力。
20.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)操作方法，其中，在移動至順風(fēng)位置之后，釋放用于對風(fēng)力渦輪機(jī)主體的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向制動器，以便允許其保持在備用狀態(tài)下，其中在該狀態(tài)下，風(fēng)力渦輪機(jī)主體可以隨著風(fēng)向自由擺動。
21.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法，其中，在移至順風(fēng)位置之后，執(zhí)行用于根據(jù)風(fēng)向改變風(fēng)力渦輪機(jī)主體方向的偏向控制(方位控制)。
22.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法，釋放用于對風(fēng)力渦輪機(jī)主體的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向制動器，并且允許風(fēng)力渦輪機(jī)主體自然地追隨風(fēng)向，以便朝著順風(fēng)方向旋轉(zhuǎn)，其中，同時起動偏向馬達(dá)制動器以便對偏向馬達(dá)進(jìn)行制動，所述偏向馬達(dá)的結(jié)構(gòu)使其繞著支撐件旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體，并且對風(fēng)力渦輪機(jī)主體進(jìn)行偏向控制(方位控制)。
23.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法，其中，在所述具有連接到其主軸上作為從動設(shè)備的發(fā)電機(jī)的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作中，當(dāng)輸入發(fā)電機(jī)單元的停電信號時，通過起用電池，使風(fēng)力渦輪機(jī)主體旋轉(zhuǎn)90°至270°之間的任意一個角度。
24.如權(quán)利要求13所述的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)的操作方法，其中，當(dāng)檢測出具有連接到其主軸上且作為從動設(shè)備的發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)停電時，釋放用于對所述風(fēng)力渦輪機(jī)主體的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動的偏向制動器，啟用電池以便繞著支撐件旋轉(zhuǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)主體，同時啟動偏向馬達(dá)，以便對偏向馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動，所述偏向馬達(dá)的結(jié)構(gòu)使其繞著支撐件旋轉(zhuǎn)所述風(fēng)力渦輪機(jī)主體，并且實(shí)施風(fēng)力渦輪機(jī)主體的偏向控制(方位控制)。
全文摘要
提供一種即使當(dāng)吹過強(qiáng)風(fēng)時發(fā)生停電的情況下，仍能夠通過避免過大的不均勻載荷沿傾斜方向作用在葉片上以防止葉片發(fā)生損壞的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)及其操作方法。在所述具有一個支撐在一個支撐件上用以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中，當(dāng)檢測風(fēng)速高于預(yù)定的切斷風(fēng)速時，該機(jī)艙從正常的逆風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)180°至一個順風(fēng)位置，并且在該順風(fēng)位置中保持備用狀態(tài)，所述切斷風(fēng)速是用于移至一個怠速操作狀態(tài)的參考風(fēng)速。當(dāng)所述檢測風(fēng)速高于根據(jù)最大允許瞬時風(fēng)速確定的DWSS風(fēng)速時，機(jī)艙從一個逆風(fēng)位置向一個順風(fēng)位置旋轉(zhuǎn)，并且釋放該偏向制動器。
文檔編號F03D7/04GK1549897SQ0281694
公開日2004年11月24日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月28日
發(fā)明者柴田昌明, 古川豐秋, 林羲之, 彌富裕治, 堤和久, 治, 秋 申請人:三菱重工業(yè)株式會社