FI117352B

FI117352B - Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyttämiseksi

Info

Publication number: FI117352B
Application number: FI20050256A
Authority: FI
Inventors: Georg Boehmeke
Original assignee: Winwind Oy
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-15
Also published as: EP1701034A2; FI20050256A0; EP1701034A3

Description

! 117352

MENETELMÄ TUULIVOIMALAN ROOTTORIN PYSÄYTTÄMISEKSI KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä tuulivoimalan 5 roottorin pysäyttämiseksi ajoasennosta.

KEKSINNÖN TAUSTA

Tuulivoimalan torniin kohdistuu normaali s sa tuotantotilanteessa tuulen paineesta johtuva suhteel-10 lisen suuri voima, joka taivuttaa tornia tuulen suuntaan. Tuulivoimala pysäytetään kääntämällä lapojen la-pakulmat ajoasennosta jarrutusasentoon eli kohti myrs-kyasentoa. Kun tuulivoimalan roottori joudutaan pysäyttämään etenkin erilaisissa vikatilanteissa mahdol-15 lisimman nopeasti, synnyttää pyörivä roottori negatiivisen työntövoiman eli voimala imee itsensä tuulta vasten. Tällainen voimakas imu yhdessä tornin kimmoisuuden kanssa aiheuttaa torniin heilahdusliikkeen, joka voi olla tuulta vastaan suurempi kuin tuulen suun-20 täinen taipuma normaalissa tuotantotilanteessa.

# Jarrutustilanteissa ilmenevät taivutusmomen- '/··“ tit voivat vahingoittaa tornin rakenteita ja joka ta- i.i : pauksessa ne on otettava huomioon rakenteiden suunnit- * · *.**: telussa lisäten tarvittavia rakennevahvuuksia ja kas- ί.,.ϊ 25 vattaen kustannuksia.

« « · • · ·

····. KEKSINNÖN TARKOITUS

• · ·

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.

:"**· 30 Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen menetelmä, jolla tuulivoimala saa- t · t daan pysäytetyksi nopeasti mutta kuitenkin niin, että * * '··** torniin kohdistuu mahdollisimman vähän sitä taivutta- :T: via ja rasittavia voimia.

35 • t ··· 2 117352

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön mukaiselle tuulivoimalan roottorin pysäytysmenetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

5 Keksinnön mukainen menetelmä kohdistuu tuu livoimalan roottorin pysäyttämiseen normaalista toimintatilanteesta tai normaalissa toimintatilanteessa havaitussa vikatilanteessa, kun lapakulmat ovat ajoasennossa ja torni on kallistuneena tuulen paineesta 10 johtuen tuulen suuntaan. Keksinnön mukaisessa menetelmässä roottorin lapojen lapakulmia säädetään ajoasennosta kohti myrskyasentoa siten, että ensimmäisessä vaiheessa roottorin lapojen lapakulmia käännetään ensimmäisellä lapakulmanopeudella siten, että roottori 15 jarruttaa, jolloin mahdollisesti jopa ylikierroksilla pyörivän roottorin pyörimisnopeus saadaan nopeasti laskemaan. Toisessa vaiheessa alkujarrutuksen jälkeen lapakulmanopeutta alennetaan siten, että roottori toimii ajoasennossa tornin heilahduksen vaimentamiseksi 20 tuulta vastaan. Kolmannessa vaiheessa tornin heilah duksen kääntyessä tuulen suuntaiseksi lapakulmanopeut-. ta nostetaan lapojen jarrutuksen lisäämiseksi.

•*[*# Täten keksinnössä on olennaista, että rootto- • * * y/ l ria ei jarruteta mahdollisimman nopeasti ja heti täy- 25 sin pysähdyksiin, vaan vain aluksi pyörimisnopeutta • » ***** lasketaan mahdollisimman tehokkaasti. Sitten ennen * * • ♦ « I.: Ϊ kuin torni ehtii kallistua voimakkaasti jarrutuksen • « · ·...· vaikutuksesta tuulta kohti kaartuvaan asentoon, lapa- kulmien säätöä eli lapakulmanopeutta muutetaan niin, · 30 että roottori toimii ajoasennossa. Tällöin roottorin iJlj aiheuttama voima torniin vaimentaa tornin värähdyslii- :**·, kettä suorasta perusasennosta tuuleen päin. Kolmannes- £ * ,··'β sa vaiheessa tornin vaimennetun värähdysliikkeen käänsi* tyessä takaisin tuulen suuntaiseksi muutetaan lapakul- *·' : 35 manopeutta jälleen niin, että lavat jarruttavat.

··

Yleensä jo tällä tornin tuulensuuntaisella liikeradalla roottori saadaan pysähtymään. Joka tapauksessa 3 117352 roottorin pyörimisnopeus saadaan tässä kolmannessa vaiheessa lasketuksi niin alhaiselle tasolle, että jarrutusta voidaan jatkaa tästä eteenpäin jatkuvasti roottorin pysähdykseen asti. Pienellä roottorin pyöri-5 misnopeudella tornin taipuminen tuulen suunnassa jompaankumpaan suuntaan on merkityksettömän vähäistä.

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu lapojen lapakulmanopeuden sopivaan säätöön niin, että lapakul-manopeus eli lavan lapakulman kääntönopeus ajoasennos-10 ta myrskyäsentoon vaihtelee sopivasti roottorin pyörimisnopeuden mukaan siten, että välillä lavat jarruttavat ja välillä kiihdyttävät roottorin pyörimisnopeutta.

Edullisesti ensimmäisen vaiheen jarrutusasento 15 lopetetaan tornin ollessa olennaisesti pystysuorassa asennossa. On kuitenkin mahdollista, että ensimmäisen vaiheen roottorin jarrutus muutetaan tornin heilahduksen vaimennukseen muullakin hetkellä ennen tai jälkeen tornin pystysuoran asennon. Tämän hetken määritykseen 20 voi vaikuttaa esimerkiksi roottorin pyörimisnopeus, käytettävä jarrutusteho tai tornin värähdysominaisuu- . det, kuten värähdysamplitudi.

* * * /*** Edullisesti kolmannessa vaiheessa lapakulmat • * ··· : pidetään jarrutusasennossa roottorin pysähtymiseen * * *.**: 25 saakka eli kolmannessa vaiheessa lavat lopuksi käänne- * ** tään myrskyasentoon.

Myös on mahdollista, että lapakulmien säätö ajoasennon ja jarrutusasennon välillä tornin kallis- * * * tusliikkeen suunnan mukaan lopetetaan roottorin pyöri-: 3 0 misnopeuden laskettua määrätyn rajan alapuolelle, min- • I i ,···[ kä jälkeen roottori pysäytetään lapojen jarrutusasen- * * nossa.

M · : '.· Keksinnössä lapakulmanopeudet voidaan pitää olennaisen vakioina aina tiettyj en koko vaiheiden .···. 3 5 ajan, mutta myös on mahdollista olennaisesti jatkuvat * * * lapakulmanopeuksien muutokset pysäytyksen eri vaihei- • · den mukaan.. Olennaista on lapakulmanopeuksien valinnat 4 117352 siten, että roottorin pyörimisnopeuteen sovitettuna lavat välillä jarruttavat roottoria ja välillä vaimentavat tornin heilahtelua ohjatulla tavalla.

Keksinnön mukaisella pysäytysmenetelmällä on 5 merkittäviä etuja tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Keksinnön avulla roottori saadaan pysähtymään turvallisesti voimalan tornia rasittamatta. Tämä taas johtaa säästöihin tornin rakenteissa sekä käyttökustannuksissa.

10 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityis kohtaisesti oheisten piirustusten avulla, joissa kuva 1 esittää kaavioilisesti tuulivoimalan tornin liikkeitä pysäytyksessä ja kuva 2 esittää lapakulmanopeuden ja lapakul-15 man muutosta ajan funktiona keksinnön mukaisessa menetelmässä.

Kuvassa 1 on esitetty kaaviollisesti tuulivoimalan torni 1, joka on ajoasennossa A normaalissa tuotantotilanteessa eli tuulen w suuntaisesti kallis-20 tuneena. Tällöin kuvan 2 mukaisesti lapakulmanopeus on 0 °/s ja lapakulma 0°.

. Kun roottori halutaan pysäyttää nopeasti eli *···" lapakulmat kääntää 90° myrskyasentoon tapahtuu se kek- * * * *·· l sinnön mukaisesti seuraavasti. Aluksi lapakulmanopeus *,*·: 25 nostetaan vaiheen I alussa riittäväksi niin, että * l # roottori jarruttaa voimakkaasti. Lapakulmanopeus on esimerkiksi noin 15°/s. Tällöin roottori imeytyy tuul- :***: ta vasten ja torni alkaa kääntyä voimakkaasti sekä * * roottorin vaikutuksesta että tornin kimmoisuudesta : ,·. 30 johtuen suoraksi kohti tuulta.

! * * ..." Kun torni on olennaisesti suoristunut eli on • ♦ • · T pystysuorassa asennossa, siirrytään toiseen vaiheeseen ** :'V 11 * esimerkiksi noin 0,75 sekunnin kuluttua. Tällöin :[[[: lapakulmat ovat kääntyneet noin 10°. Tässä vaiheessa m*\·. 35 lapakulmanopeus pudotetaan kolmannekseen eli nopeuteen * * t I,.' noin 5°/s. Tällöin roottori ei enää jarruta, vaan se ***** toimii generaattorina ja tekee työtä tuulta w vastaan.

5 117352 Näin se vaiheessa II vaimentaa tornin heilahdusliiket-tä tuuleen päin.

Kun tornin heilahdus on saavuttanut ääriasentonsa tuuleen päin, siirrytään vaiheeseen III. Tässä 5 vaiheessa lapakulmat ovat noin 14° ja lapakulmanopeus nostetaan takaisin vaiheen I arvoon eli noin 15°/s. Tornin kallistuessa tuulen suuntaan jarruttava roottori vaimentaa tehokkaasti myös tornin heilahdusliiket-tä. Tällä nopeudella lapakulmat voidaan kääntää myrs-10 kyasentoon ja roottori pysähtyy. Vaikka torni heilah-täisikin vielä takaisin tuulta vasten ennen pysähtymistä, ei sillä ole enää haitallisia vaikutuksia tornin rakenteisiin, koska roottorin pyörimisnopeus ja tornin heilahdusliike ovat merkittävästi pienentyneet 15 jarrutuksen aloitushetkestä.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä esimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

* · · • 1 · ·· · • · • · · » « i • · « · • · • · φ • t· • » • ·· • · « 1 ···, • · • · · • 1 · »·· · • Il

• I

* ·

• M

• · · • · ·

• M

• » • 1

III

M I • · · • # • 1 IM • · • I « « · *

IM

• · I

• « · ·1 • · • 1 • · ·

Claims

117352 I PATENTTIVAATIMUKSET

1. Menetelmä tuulivoimalan roottorin pysäyt- I tämiseksi lapakulmien ollessa ajoasennossa ja tornin I kallistuneena tuulen suuntaan, jossa menetelmässä I 5 roottorin lapojen lapakulmia säädetään ajoasennosta I kohti myrskyasentoa siten, että I - ensimmäisessä vaiheessa lapakulmia käänne- I tään ensimmäisellä lapakulmanopeudella si- I ten, että roottori jarruttaa, I 10 tunnettu siitä, että I - toisessa vaiheessa lapakulmanopeutta alen- I netaan siten, että roottori toimii ajoasen- I nossa tornin heilahduksen vaimentamiseksi I tuulta vastaan ja I 15 kolmannessa vaiheessa tornin heilahduksen I kääntyessä tuulen suuntaiseksi lapakulmano- I peutta nostetaan lapojen jarrutuksen lisää- I miseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, H 20 tunnettu siitä, että ensimmäisen vaiheen jarru- I tusasento lopetetaan tornin ollessa olennaisesti pys- # tysuorassa asennossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene- H ; telmä, tunnettu siitä, että lapakulmanopeudet 25 ovat vakioita vastaavien vaiheiden ajan. H j"":

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene- *** telmä, tunnettu siitä, että lapakulmanopeudet .··. ovat olennaisen jatkuvasti muuttuvia vastaavien vaihei- den ajan. . 30

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen vaiheen lapakulmano-"···" peus pidetään olennaisesti pienempänä, kuten alle puo- ·;· let, ensimmäisen vaiheen lapakulmanopeudesta,

.***; 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että toisessa vaiheessa lapakul-···· manopeus on nolla. 117352