TWI606179B - Horizontal axis type windmill and its standby method - Google Patents

Horizontal axis type windmill and its standby method Download PDF

Info

Publication number
TWI606179B
TWI606179B TW104120311A TW104120311A TWI606179B TW I606179 B TWI606179 B TW I606179B TW 104120311 A TW104120311 A TW 104120311A TW 104120311 A TW104120311 A TW 104120311A TW I606179 B TWI606179 B TW I606179B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
blade
pitch angle
pitch
blades
rotor
Prior art date
Application number
TW104120311A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201600716A (zh
Inventor
Souichiro Kiyoki
Ikuo Tobinaga
Mitsuru Saeki
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of TW201600716A publication Critical patent/TW201600716A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI606179B publication Critical patent/TWI606179B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0264—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for stopping; controlling in emergency situations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0264—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for stopping; controlling in emergency situations
    • F03D7/0268—Parking or storm protection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/79—Bearing, support or actuation arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/107—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/328—Blade pitch angle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Description

水平軸型風車及其待機方法
本發明係關於水平軸型風車及其待機方法，尤其是關於具有可改變葉片整體的角度之俯仰機構，當這個葉片的俯仰機構變得無法控制的情況下，可進行對應的水平軸型風車及其待機方法。
近年來，水平軸型風車已經廣泛地實際應用在風力發電等的商業用途上。這種水平軸型風車，大致上係由：將剖面形狀呈翼型的至少2個葉片安裝成從輪轂往外放射的轉子、經由連接於輪轂並且大致上朝水平方向延伸的旋轉軸來樞支轉子的機艙、大致上朝鉛直方向配置並且將機艙支承成可自由旋轉的塔架所構成的。此外，一般的水平軸型風車的結構中，係具有：可自由地驅動控制機艙的旋轉運動亦即轉向運動的轉向驅動手段、對於這種轉向運動進行制動的轉向制動器、對於轉子的旋轉進行制動的旋轉軸制動器。
屬於這種水平軸型風車的其中一種的下風型的水平軸型風車，被配置在較塔架更為下風側的轉子，是 利用葉片所承受到的風力而進行旋轉，該旋轉力被傳達到旋轉軸，藉此，可使得連接在旋轉軸的發電機被起動而進行發電。此外，利用被配置在塔架的上風側的轉子的旋轉而可進行發電的水平軸型風車，係被稱為上風型的水平軸型風車，是實際上被最多使用的商業用風車。
然而，在上述的水平軸型風車中，基於防止在強風時發生破損和崩倒之目的，將會停止進行發電而移行到待機狀態。即使是在水平軸型風車的待機狀態中，受風部的風車轉子還是暴露在風中，在暴風時，有時候會發生相當於風車的設計荷重之巨大的荷重。因此，水平軸型風車必須檢討出可以儘量不承受風壓的狀態來進行待機的方法。
作為在水平軸型風車的待機狀態中用來減少風壓的方法，目前已經廣泛實際應用的水平軸型風車，是具有可改變葉片整體的角度之俯仰機構。在這種具有可改變葉片整體的角度的俯仰機構之水平軸型風車中，當風車轉子正對於風時，一般所採用的對策，係以葉片對於風係保持平行的俯仰角的狀態，亦即，完全順槳(full feather)的狀態來進行待機。
另一方面，發生水平軸型風車的崩倒之類的重大事故，除了是在颱風時等的暴風之外，大多是在水平軸型風車故障時發生的。因此，在風車設計時，係被要求必須假想有這種狀況(例如：水平軸型風車發生了故障的狀況)來進行設計。因此，在水平軸型風車故障的狀況 下，針對於應如何減少水平軸型風車所承受的風壓的對策進行檢討的作法，對於降低發生重大事故的風險和進行具有經濟性的設計而言是有意義的。
作為這種水平軸型風車故障時降低風壓荷重的方法，例如係有專利文獻1所揭示的水平軸型風車。根據這種專利文獻1所揭示的水平軸型風車，即使轉向驅動手段沒有發揮功能時，都可以藉由讓轉子及葉片後緣處於下風中，因而可以減少風壓荷重。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-16984號公報
在上述的水平軸型風車的故障類型當中，風險較大的故障，係有：俯仰機構的故障(例如：導致俯仰角無法進行改變之致動器(俯仰驅動機構)的故障或者編碼器的故障)。
但是，俯仰機構發生故障的話，就無法再維持可使風壓變小的完全順槳狀態的俯仰角，將會在葉片上發生很大的荷重。尤其是故障的俯仰機構的俯仰角成為葉片的受風面積變大的角度(平槳角(fine angle)附近)，當該 葉片位於上方(從正上方起算的±30度程度的範圍)的時候，將會在塔架頂部發生很大的彎曲力矩，風車崩倒的風險將會增大。
本發明是有鑒於上述的問題點而進行開發完成的，其目的是在於提供：可減少發生於塔架頂部的彎曲力矩，以減少風車崩倒的風險之水平軸型風車及其待機方法。
為了達成上述目的，本發明的水平軸型風車係具備：由輪轂與3片以上的葉片所構成的轉子、經由連接於前述輪轂的旋轉軸來樞支前述轉子的機艙、支承該機艙的塔架、至少控制前述葉片的俯仰角(pitch angle)的控制部，其特徵為：當前述控制部檢測出前述轉子正在空轉且1片的前述葉片的俯仰角變成無法控制，並且檢測出俯仰角無法控制的前述葉片的話，就將正常的前述葉片的俯仰角予以設定在：平槳側(fine side)或負平槳側(negative fine side)。
此外，為了達成上述目的，本發明的水平軸型風車的待機方法，其特徵為：當具備：由輪轂與3片以上的葉片所構成的轉子、經由連接於前述輪轂的旋轉軸來樞支前述轉子的機艙、支承該機艙的塔架、至少控制前述葉片的俯仰角的控制部，之水平軸型風車停止進行發電而移行到待機狀態時，當前述控制部檢測出前述轉子正在空 轉且1片的前述葉片的俯仰角變成無法控制的話，就將正常的前述葉片的俯仰角予以設定在：平槳側或負平槳側。
根據本發明，係具有：可減少發生於塔架頂部的彎曲力矩，而可減少風車崩倒的風險的效果。
1‧‧‧塔架
2‧‧‧輪轂
3‧‧‧機艙
4a、4b、4c‧‧‧葉片
5‧‧‧俯仰編碼器
6‧‧‧風速計
7‧‧‧控制裝置
8‧‧‧俯仰驅動裝置
10‧‧‧轉子
11a、11b、11c‧‧‧纜線
第1圖是將本發明的水平軸型風車的實施例1的下風型水平軸型風車從上風側觀察時的狀態圖。
第2圖是第1圖的側面圖。
第3圖是顯示搭載於本發明的水平軸型風車的實施例1的下風型水平軸型風車的控制部的結構之方塊圖。
第4圖是顯示搭載了第3圖所示的控制部的水平軸型風車之側面圖。
第5圖是用以說明在本發明的水平軸型風車也就是下風型水平軸型風車的塔架頂部發生彎曲力矩的機制之側面圖。
第6圖是用以說明在本發明的水平軸型風車也就是上風型水平軸型風車的塔架頂部發生彎曲力矩的機制之側面圖。
第7圖是用以說明調整本發明的水平軸型風車也就是下風型水平軸型風車中的正常的葉片的俯仰角而使推力變 大時之對於塔架頂部的彎曲力矩的影響之側面圖。
第8圖是用以說明調整本發明的水平軸型風車也就是上風型水平軸型風車中的正常的葉片的俯仰角而使推力變大時之對於塔架頂部的彎曲力矩的影響之側面圖。
第9圖是顯示本發明的水平軸型風車的實施例1中的轉子的旋轉速度對於葉片的流入風之影響的圖。
第10圖是用以說明當調整本發明的水平軸型風車的實施例1中的正常葉片的俯仰角以使發生於葉片的揚力變大時，對於塔架頂部的彎曲力矩造成的影響之正面圖。
第11圖是第10圖的側面圖。
第12圖是顯示對於一般的翼型的迎風角之揚力係數與阻力係數的關係圖。
第13圖是本發明人等為了確認本發明的效果而實施的電腦模擬結果，是顯示對於個案1的俯仰角之塔架頂部的彎曲力矩的關係的特性圖。
第14圖是本發明人等為了確認本發明的效果而實施的電腦模擬結果，是顯示對於個案2的俯仰角之塔架頂部的彎曲力矩的關係的特性圖。
第15圖是本發明人等為了確認本發明的效果而實施的電腦模擬結果，是顯示對於個案3的俯仰角之塔架頂部的彎曲力矩的關係的特性圖。
第16圖是本發明人等為了確認本發明的效果而實施的電腦模擬結果，是顯示對於個案4的俯仰角之塔架頂部的彎曲力矩的關係的特性圖。
第17圖是顯示對於上述個案1的俯仰角之轉子旋轉速度的關係的特性圖。
第18圖是顯示對於上述個案2的俯仰角之轉子旋轉速度的關係的特性圖。
第19圖是顯示對於上述個案3的俯仰角之轉子旋轉速度的關係的特性圖。
第20圖是顯示對於上述個案4的俯仰角之轉子旋轉速度的關係的特性圖。
以下，將依據圖示的實施例來說明本發明的水平軸型風車及其待機方法。此外，在各圖中，針對於同一個構成零件都使用同一元件符號。再者，下述的內容只是實施例而已，並非意圖將本發明的實施方式限定在這些實施例。
[實施例1]
第1圖及第2圖是顯示本發明的水平軸型風車的實施例1，是將轉子配置在較塔架更下風側之下風型水平軸型風車的例子。
如該圖所示，本實施例的水平軸型風車的大致上係由：將3片以上(在本實施例是3枚)剖面形狀呈非對稱的翼型之葉片4a、4b、4c安裝成從輪轂2放射出去的轉子10；經由連接於輪轂2並且大致朝水平方向延伸 的主軸(未圖示)來樞支轉子10的機艙3；大致朝鉛直方向配置並且將機艙3予以支承成可自由轉向的塔架1；用以控制葉片4a、4b、4c的俯仰角的控制部(容後詳述)所構成。此外，在機艙3的外面係安裝了風速計6(請參考第4圖)。
又，在機艙3的內部，則是收納著未圖示的增速機、發電機以及主軸制動器之類的動力傳達裝置，主軸則是連結到這些各動力傳達裝置。這個主軸，其前端是突出到機艙3的外部，在這個主軸的前端，安裝著與主軸一起旋轉的轉子10，轉子10係在中心部具有與主軸相連結的輪轂2，在輪轂2的旋轉方向的周面上，安裝有3片葉片4a、4b、4c呈放射狀。
在第3圖是顯示搭載於本實施例的水平軸型風車的控制部的結構，第4圖則是顯示搭載了該控制部的水平軸型風車。
如第3圖及第4圖所示，搭載於本實施例的水平軸型風車的控制部，係由：俯仰編碼器5、俯仰驅動裝置8以及控制裝置7所構成的，該俯仰編碼器5是為了計測各葉片4a、4b、4c的俯仰角而被設置在各葉片4a、4b、4c的安裝根部；該俯仰驅動裝置8是為了進行驅動以改變各葉片4a、4b、4c的俯仰角，而被設置在輪轂2與各葉片4a、4b、4c的境界部分；該控制裝置7是被設置在塔架1內的底部，並且分別經由纜線11a、11b來連接到俯仰編碼器5及俯仰驅動裝置8，依據俯仰編碼器5 所計測到的各葉片4a、4b、4c的俯仰角而對於俯仰驅動裝置8發出指令，以分別獨立地控制各葉片4a、4b、4c的俯仰角。
控制裝置7係依據由俯仰編碼器5所計測到的各葉片4a、4b、4c的俯仰角以及由經由纜線11c而連接到控制裝置7的風速計6所計測到的風速資料，對於各葉片4a、4b、4c的俯仰驅動裝置8發出指令，而可分別獨立地控制各葉片4a、4b、4c的俯仰角。
並且在本實施例中，當控制部檢測出轉子10正在空轉，且1片葉片4a的俯仰角變成無法控制，同時也檢測出俯仰角無法控制的葉片4a的話，就將正常的葉片4b、4c的俯仰角予以設定在容後詳述的平槳側或負平槳側。具體而言，當控制裝置7檢測出轉子10正在空轉，且1片葉片4a的俯仰角變成無法控制的話，俯仰驅動裝置8就會依據來自這個控制裝置7的指令，將正常的葉片4b、4c的俯仰角予以設定在平槳側或負平槳側。
所謂的檢測出1片葉片4a的俯仰角變成無法控制，乃是指：控制裝置7檢測出：來自控制裝置7的俯仰角指令值與由俯仰編碼器5所計測到的俯仰角有差異；或者，俯仰編碼器5故障時的旋轉速度與設計值的旋轉速度有差異。係依照這兩種方式來進行檢測的結果。
此外，當水平軸型風車處於待機時，係藉由將正常的葉片4b、4c之中的1個俯仰角保持在完全順槳角近傍(完全順槳位置)來進行待機，而可降低該正常的葉 片所承受到的來自風的推力，同時又可防止轉子10過度旋轉。
此外，所稱的完全順槳角，係指：當轉子10正對風的情況下，不朝任何一個方向進行旋轉時的俯仰角。具體而言，係指：實質上是90度。此處，所稱的「實質上」的含意，是意味著：雖然理想狀態是90度，但是並沒有必要嚴密地達到非90度不可的水準。
然而，當葉片4a、4b、4c之中的1片(例如：葉片4a)變成無法控制俯仰的情況下，將會有在塔架1的頂部發生很大的彎曲力矩之虞。其原因是如第5圖的下風型水平軸型風車及第6圖的上風型水平軸型風車所示，變成無法控制的葉片4a的俯仰角係變成平槳角或負平槳角附近(具體而言，是在-20~20度或是在160~200度左右)，當該葉片4a來到上方的時候所發生的。這個時候，係在轉子10的上側產生很大的推力F1，相對地，在轉子10的下側產生的推力F2比較小，因為兩者(F1與F2)的失衡，而導致在轉子10產生很大的彎曲力矩。這個彎曲力矩傳遞到塔架1的頂部，將會有使得位於塔架1的頂部的軸承等受到損壞之虞。
所稱的變成無法控制的葉片4a，係可舉出例如：俯仰已經卡死而葉片4a無法再傾轉的情況、或者用來固定俯仰的制動器失靈，葉片4a擅自傾轉的情況等。
此外，所稱的平槳角(fine angle)係指：當轉子10正對風的情況下，葉片4a與風向實質上是趨於垂 直，來自風的阻力是趨於最大值附近的角度。形成這種平槳角的方法，實質上係有0度與180度之兩種存在。所稱的平槳角，特別是指實質上是0度的情況，而所稱的負平槳角，特別是指實質上是180度的情況。此外，所稱的「實質上」的含意，是意味著：雖然理想狀態是0度或180度，但是並沒有必要嚴密地達到非0度或180度不可的水準。
此處，係針對於很大的彎曲力矩傳遞到上述塔架1的頂部時的荷重，藉由將正常的葉片4b、4c的俯仰角做適當的設定來減少荷重的方法進行檢討。
關於：將正常的葉片4b、4c的俯仰角從完全順槳角錯開的作法所導致的對於塔架1的頂部的彎曲力矩之影響，主要有下列的3種。
第一種，係如第7圖的下風型水平軸型風車及第8圖的上風型水平軸型風車所示，係在正常的葉片4b、4c發生了推力F3，藉由減少加諸在轉子10的推力F3的失衡程度的話，塔架1的頂部的彎曲力矩就會變小。
第二種，係如第9圖所示，轉子10的旋轉速度改變的話，流入葉片4a的風速和角度會發生變化。這種變化所導致的主要影響為：因為流入無法控制的葉片4a的風速變大，所以加諸在轉子10的上方的推力變大，因而塔架1的頂部的彎曲力矩也變大。
第三種，係如第10圖及第11圖所示，在正 常的葉片4b、4c產生揚力，因為該揚力的鉛直方向成分與轉子10及塔架1的中心發生錯位(offset)，因而在塔架1的頂部產生了彎曲力矩。當產生了鉛直往上方向的揚力H1的情況下，將會有朝往轉子10的相反側來扳倒風車的方向的彎曲力矩M1，作用到塔架1的頂部，如果是轉子10被配置較塔架1更下風側之下風型的水平軸型風車的情況下，塔架1的頂部的彎曲力矩將會減少。相反地，當產生了鉛直往下方向的揚力H2的情況下，將會有朝往轉子10側來扳倒風車的方向的彎曲力矩M2，作用到塔架1的頂部，如果是轉子10被配置較塔架1更上風側之上風型的水平軸型風車的情況下，塔架1的頂部的彎曲力矩將會減少。
在第12圖是顯示出對於典型的翼型中的迎風角之揚力係數及阻力係數的關係。當轉子10正對風的情況下，在完全順槳角(俯仰角實質上是90度)的情況下，迎風角實質上是0度，在平槳角(俯仰角實質上是0度)的情況下，迎風角實質上是90度，在負平槳角(俯仰角實質上是180度)的情況下，迎風角實質上是-90度。
如第12圖所示，阻力係數A在迎風角為0度附近時係不產生變化，因此，想要藉由上述第一種的影響來謀求降低荷重的話，必須將俯仰角從完全順槳角做比較大幅度地偏移。但是，如此做的話，轉子10的旋轉速度也會有上昇的傾向，因此，將會因為上述的第二種影響而導致荷重上昇，轉子10變成過度旋轉的風險會增高。另 一方面，如第12圖所示，揚力係數B在迎風角為0度附近時將會產生變化，因此，上述第三種影響所具有的優點是：即使不必將俯仰角從完全順槳角狀態做很大幅度的偏移，也會產生效果。
因此，本實施例主要是想要活用上述第三種影響，藉以謀求降低荷重。
亦即，如果是下風型的水平軸型風車的情況下，針對於從變成無法控制的葉片4a在通常旋轉方向上更往前0~180度的位置上的葉片，將其俯仰角予以設定成較完全順槳角更偏向負平槳側，針對於從變成無法控制的葉片4a在通常旋轉方向上更往後0~180度的位置上的葉片，將其俯仰角予以設定成較完全順槳角更偏向平槳側。
又，如果是上風型的水平軸型風車的情況下，針對於從變成無法控制的葉片4a在通常旋轉方向上更往前0~180度的位置上的葉片，將其俯仰角予以設定成較完全順槳角更偏向平槳側，針對於從變成無法控制的葉片4a在通常旋轉方向上更往後0~180度的位置上的葉片，將其俯仰角予以設定成較完全順槳角更偏向負平槳側。從完全順槳角偏移的角度，例如：是設定在40度以下。
此外，為了降低轉子10之過度旋轉的風險，將正常的葉片4b、4c之中的一個，予以設定在完全順槳附近，也是一種方法。如果不這麼做的話，必須要注意是 以不讓轉子10的旋轉速度變大的方式來進行設定。
塔架1的頂部的彎曲力矩變大的現象，是風速高的時候比較顯著，因此，可以考慮適用例如在風速為30公尺/秒以上才實施本對策之類的風速制限。
藉由採用這樣的本實施例，當1片葉片的俯仰變成無法控制的情況下，既可抑制轉子過旋轉的風險的增加，又可以減少發生在塔架頂部的彎曲力矩，可降低風車崩倒的風險和可達成具有經濟性的風車設計。
其次，本發明人等係利用電腦模擬來確認了本發明的效果，因此將針對該效果進行說明。此外，風車則是想定為轉子10是位於塔架1的下風側之下風型的水平軸型風車。轉子10的旋轉方向，是將從上風側觀看時朝順時鐘方向旋轉的方向視為通常方向(座標軸的正)，葉片4a、4b、4c是設置在從上風側觀看時的順時鐘方向上。
作為解析個案，係實施了如表1所示的個案1~4共計4個。在任一的個案中，葉片4a是變成無法控制，係卡止固定在推力趨於最大之俯仰角為0度的狀態，將其他的正常的葉片4b、4c的俯仰角設定成可改變。
[表1]
針對於個案1及2，是將正常的葉片4b、4c的其中一方的俯仰角設定成完全順槳角90度，以抑制轉子10的旋轉速度上昇，並且將另一方的俯仰角設定成從平槳角0度起迄負平槳角180度的各種角度來進行解析。針對於個案3，是將正常的2片葉片4b、4c都設定在同一俯仰角，並且是設定在0~180度的各種角度來進行解析。針對於個案4，是將正常的2片葉片4b、4c以90度為境界設定成對稱的俯仰角，並且是設定在0~180度的各種角度來進行解析。
輸入到風車的風模式(wind model)是採用：平均風速為55公尺/秒的變動風，並且將機艙3的方位角與風向之間的差值，也就是轉向角的平均值設定為-8、0、8度的各種數值來進行解析。解析時間係設定為：每一次解析為10分鐘。
第13圖、第14圖、第15圖、第16圖係顯示：對於俯仰角之塔架1的頂部的彎曲力矩的解析時間10分鐘之中的各個個案的最大值。此處，為了確認從俯仰角90度起算的增減，係以俯仰角90度的最大值來作為 標準。又，第17圖、第18圖、第19圖、第20圖係顯示：轉子10的旋轉速度的平均值。
此處，嘗試對於塔架1的頂部的彎曲力矩進行評比。即使是相同的俯仰角也因為轉向角的不同，而有三種數據，依據風向的變化，每一種狀況都有可能會發生，因此係以最大值來進行評比。
可以得知：在將正常的葉片4b、4c的其中一方設定成90度之個案1及2中，對於在正常的旋轉方向上往後120度的葉片4c進行操作俯仰角的個案1(第13圖、第17圖)中，如果將俯仰角設定成較完全順槳角90度更為偏向平槳側(0度側)的話，塔架1的頂部的彎曲力矩就會變小。對於在正常的旋轉方向上往前120度的葉片4b進行操作俯仰角的個案2(第14圖、第18圖)中，如果將俯仰角設定成較完全順槳角90度更為偏向負平槳側(180度側)的話，塔架1的頂部的彎曲力矩就會變小。從完全順槳角90度起算的變位量若是減少到30~40度左右的話，彎曲力矩會減少，彎曲力矩變最小的是個案2(第14圖、第18圖)，從完全順槳起變位操作到40度負平槳側的情況(130度附近)，係減少40%的程度。
在將正常的葉片4b、4c都予以設定成同一個俯仰角的個案3(第15圖、第19圖)中，每一個俯仰角的角度都是在完全順槳角90度以上，無法獲得降低荷重的效果。
在將正常的2片葉片4b、4c以90度為境界 設定成對稱的角度的個案4(第16圖、第20圖)中，將對於在正常的旋轉方向上往前120度的葉片4b的俯仰角設定成：較完全順槳角90度更偏向負平槳側(180度側)的情況，將對於在正常的旋轉方向往前120度的葉片4b的俯仰角設定在平槳側(0度側)的情況下，雖然其降低荷重的效果很大，但是，如果與完全順槳角90度之間的偏差太大的話，轉子旋轉速度(請參考第20圖)將會變大，荷重將會增加，因此在設定俯仰角的時候必須特別注意。
經由以上的解析結果可得知：根據本發明，既可抑制因轉子的過旋轉所導致的風險的增加，又可以降低發生在塔架頂部的彎曲力矩。
此外，本發明並不是只限定在上述的實施例，亦包含了各種的變形例。例如：上述的實施例是為了比較容易讓人理解本發明而做了詳細的說明，並不是用來限定成所說明的所有構成要件都是必要元件。針對於實施例的構成要件的一部分，亦可做構成要件的追加、削除、置換。
4a‧‧‧葉片

Claims (14)

  1. 一種水平軸型風車，其係具備：由輪轂與3片以上的葉片所構成的轉子、經由連接於前述輪轂的旋轉軸來樞支前述轉子的機艙、用以支承該機艙的塔架、用以至少控制前述葉片的俯仰角(pitch angle)的控制部，其特徵為：當前述控制部檢測出前述轉子正在空轉且1片前述葉片的俯仰角變成無法控制，並且檢測出俯仰角無法控制的前述葉片的話，就將正常的前述葉片的俯仰角予以設定在：平槳側(fine side)或負平槳側(negative fine side)。
  2. 如請求項1所述的水平軸型風車，其中，前述控制部係由：用以計測前述各葉片的俯仰角的俯仰編碼器、為了改變前述各葉片的俯仰角而進行驅動的俯仰驅動裝置、依據前述俯仰編碼器所計測的前述各葉片的俯仰角，對於前述俯仰驅動裝置發出指令，並且對於前述各葉片的俯仰角獨立地進行控制的控制裝置所構成的，前述控制裝置檢測出前述轉子正在空轉，且1片前述葉片的俯仰角變成無法控制，前述俯仰驅動裝置就依照來自該控制裝置的指令，將正常的前述葉片的俯仰角予以設定在：平槳側或負平槳側。
  3. 如請求項2所述的水平軸型風車，其中，所謂的檢測出1片前述葉片的俯仰角變成無法控制，乃係指前述控制裝置檢測出：來自前述控制裝置的俯仰角指令值與前述俯仰編碼器所計測到的俯仰角有差異。
  4. 如請求項2所述的水平軸型風車，其中，所謂的檢測出1片前述葉片的俯仰角變成無法控制，乃係指前述控制裝置檢測出：前述俯仰編碼器故障時的旋轉速度與設計值的旋轉速度有差異。
  5. 如請求項1至請求項4中的任一項所述的水平軸型風車，其中，前述轉子配置在較前述塔架更下風側之下風型水平軸型風車，係將較前述無法控制的葉片在通常旋轉方向上更往後0~180度的葉片，予以設定在較完全順槳(full feather)位置更偏向平槳側；或者係將較前述無法控制的葉片在通常旋轉方向上更往前0~180度的葉片，予以設定在較完全順槳位置更偏向負平槳側。
  6. 如請求項1至請求項4中的任一項所述的水平軸型風車，其中，前述轉子配置在較前述塔架更上風側之上風型水平軸型風車，係將較前述無法控制的葉片在通常旋轉方向上更往前0~180度的葉片，予以設定在較完全順槳位置更偏向平槳側；或者係將較前述無法控制的葉片在通常旋轉方向上更往後0~180度的葉片，予以設定在較完全順槳位置更偏向負平槳側。
  7. 如請求項1所述的水平軸型風車，其中，前述水平軸型風車在待機時，係將正常的前述葉片的1個俯仰角，設定在完全順槳位置。
  8. 一種水平軸型風車的待機方法，其特徵為：當具備：由輪轂與3片以上的葉片所構成的轉子、經由連接於前述輪轂的旋轉軸來樞支前述轉子的機艙、支承 該機艙的塔架、至少控制前述葉片的俯仰角的控制部，之水平軸型風車停止進行發電而移行到待機狀態時，當前述控制部檢測出前述轉子正在空轉且1片的前述葉片的俯仰角變成無法控制的話，就將正常的前述葉片的俯仰角予以設定在：平槳側或負平槳側。
  9. 如請求項8所述的水平軸型風車的待機方法，其中，前述控制部係由：用以計測前述各葉片的俯仰角的俯仰編碼器、為了改變前述各葉片的俯仰角而對其進行驅動的俯仰驅動裝置、依據前述俯仰編碼器所計測的前述各葉片的俯仰角，對於前述俯仰驅動裝置發出指令，並且對於前述各葉片的俯仰角獨立地進行控制的控制裝置所構成的，前述控制裝置檢測出前述轉子正在空轉，且1片前述葉片的俯仰角變成無法控制之後，前述俯仰驅動裝置就依照來自該控制裝置的指令，將正常的前述葉片的俯仰角予以設定在：平槳側或負平槳側。
  10. 如請求項9所述的水平軸型風車的待機方法，其中，所謂的檢測出1片前述葉片的俯仰角變成無法控制，乃係指前述控制裝置檢測出：來自前述控制裝置的俯仰角指令值與前述俯仰編碼器所計測到的俯仰角有差異。
  11. 如請求項9所述的水平軸型風車的待機方法，其中，所謂的檢測出1片前述葉片的俯仰角變成無法控制，乃係指前述控制裝置檢測出：前述俯仰編碼器故障時的旋轉速度與設計值的旋轉速度有差異。
  12. 如請求項8至請求項11中的任一項所述的水平軸型風車的待機方法，其中，在前述轉子配置在較前述塔架更下風側之下風型水平軸型風車的情況下，係將較前述無法控制的葉片在通常旋轉方向上更往後0~180度的葉片，予以設定在較完全順槳位置更偏向平槳側；或者係將較前述無法控制的葉片在通常旋轉方向上更往前0~180度的葉片，予以設定在較完全順槳位置更偏向負平槳側。
  13. 如請求項8至請求項11中的任一項所述的水平軸型風車的待機方法，其中，在前述轉子配置在較前述塔架更上風側之上風型水平軸型風車的情況下，係將較前述無法控制的葉片在通常旋轉方向上更往前0~180度的葉片，予以設定在較完全順槳位置更偏向平槳側；或者係將較前述無法控制的葉片在通常旋轉方向上更往後0~180度的葉片，予以設定在較完全順槳位置更偏向負平槳側。
  14. 如請求項8所述的水平軸型風車的待機方法，其中，在前述水平軸型風車的待機時，係將正常的前述葉片的1個俯仰角，設定在完全順槳位置。
TW104120311A 2014-06-25 2015-06-24 Horizontal axis type windmill and its standby method TWI606179B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014129827A JP6345503B2 (ja) 2014-06-25 2014-06-25 水平軸型風車及びその待機方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201600716A TW201600716A (zh) 2016-01-01
TWI606179B true TWI606179B (zh) 2017-11-21

Family

ID=53487258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104120311A TWI606179B (zh) 2014-06-25 2015-06-24 Horizontal axis type windmill and its standby method

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2960491A1 (zh)
JP (1) JP6345503B2 (zh)
TW (1) TWI606179B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106762405A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种能够抑制风力发电机组超速的控制方法及装置
JP2019078223A (ja) * 2017-10-25 2019-05-23 株式会社日本製鋼所 水平軸風車の制御装置、水平軸風車、水平軸風車の制御プログラム
CN108953052B (zh) * 2018-06-27 2020-02-21 明阳智慧能源集团股份公司 一种降低风力发电机组停机工况下极端载荷的方法
CN113738578B (zh) * 2021-08-27 2023-04-07 东方电气风电股份有限公司 一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法
CN115263671B (zh) * 2022-08-30 2023-11-14 苏州新三力风电科技有限公司 一种变桨控制方法、装置、***及风力发电机组

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004011543A (ja) * 2002-06-07 2004-01-15 Fuji Heavy Ind Ltd 水平軸型風車
JP4468751B2 (ja) * 2004-06-30 2010-05-26 富士重工業株式会社 水平軸風車およびその待機方法
US20070231151A1 (en) * 2005-10-10 2007-10-04 General Electric Company Active flow control for wind turbine blades
ES2359105B1 (es) * 2008-01-31 2012-03-23 Gamesa Innovation & Technology S.L. Método para parar un aerogenerador.
JP5284872B2 (ja) * 2009-05-22 2013-09-11 株式会社日立製作所 水平軸風車
DE102012221289A1 (de) * 2012-11-21 2014-05-22 Repower Systems Se Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage und Windenergieanlage

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016008556A (ja) 2016-01-18
TW201600716A (zh) 2016-01-01
JP6345503B2 (ja) 2018-06-20
EP2960491A1 (en) 2015-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4468751B2 (ja) 水平軸風車およびその待機方法
TWI606179B (zh) Horizontal axis type windmill and its standby method
US8100647B2 (en) Method for operating a wind turbine, a wind turbine and use of the method
US9416771B2 (en) Method for controlling loads in a wind turbine
EP2003335B1 (en) Horizontal axis wind turbine
EP2706231B1 (en) Method of operating a wind turbine
JP6230967B2 (ja) 風力発電装置及びそのブレードピッチ角調整方法
US20120294715A1 (en) Wind turbine and wind turbine blade
CA2830930A1 (en) Wind turbine with an offset suction side
TW201602455A (zh) 風車及其停止方法
JP6227490B2 (ja) ダウンウインド型風車及びその停止方法
US20160305250A1 (en) Blade Flow Deflector
JP5711500B2 (ja) 風力発電装置
US20140169965A1 (en) Wind turbine and the operation method of the same
US11898534B2 (en) Hinged blade wind turbine with tilted axis and/or coned rotor
TWI777228B (zh) 風力發電裝置及其停止方法
TWI527962B (zh) Wind power plant
US8704391B2 (en) Method of parking double-bladed rotor of wind power plant
JP2002349412A (ja) 風力発電用風車及びその制御方法
TW201432143A (zh) 風力發電俯仰角調整機構
DK201070437A (en) Method for controlling a wind at high wind speeds