СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВКИ ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, ЦИФРОВОЙ НОСИТЕЛЬ ДАННЫХ И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
METHOD AND DEVICE FOR ADJUSTMENT FOR WIND POWER ENGINEERING, DIGITAL DATA MEDIA, AND WIND POWER PLANT

Изобретение относится к способу для эксплуатации ветроэнергетической установки, в котором ротор останавливается и стопорится, причем ротор тормозится, позиционируется в положение останова и фиксируется в положении останова. Изобретение относится также к устройству регулировки для эксплуатации ветроэнергетической установки, а также цифровому носителю данных с компьютерным программным продуктом. Изобретение относится также к ветроэнергетической установке с гондолой, в которой приводимый в движение ветром ротор соединен с передачей движения с генератором при помощи втулки ротора, причем ротор может останавливаться и стопориться посредством торможения, позиционирования и фиксации ротора.
Для ветроэнергетической установки указанного вначале типа известно, что предусматривают тормозящее действие для ротора, которое в состоянии тормозить ротор с номинального числа оборотов на замедленное число оборотов; соответственно в качестве части силовой передачи или, будучи соединено с ротором, предусмотрено, например, механическое или аэродинамическое, тормозящее действие для ротора. Механическое, тормозящее действие создается, в частности, в тех случаях, в которых аэродинамическое, тормозящее действие оказывается недостаточным. Аэродинамическое, тормозящее действие имеет место при перестановке угла лопастей ротора; это может очень эффективно переводить ротор на меньшее число оборотов, однако не может регулярно останавливать ротор или переводить его в надежное положение останова. Нежелательное, аэродинамическое, тормозящее действие имеет место при срыве потока на лопасти ротора или при подобном, нежелательном, аэродинамическом эффекте.
Если ветроэнергетическая установка находится в достаточном режиме останова работы ротора, то она может останавливаться при оценке остаточного числа оборотов ротора, а также времени подхода тормоза с механическим - приводимым в действие, например электромеханикой или гидравликой - тормозом, а также при оценке его замедляющего действия. Тем не менее, окончательное положение останова находится в пределах точности оценки обслуживающего персонала по отношению к вышеуказанным параметрам остаточного числа оборотов ротора, а также по отношению ко времени подхода и замедлению механического тормоза и в этом отношении является ненадежным. Таким образом, для того чтобы надежно осуществлять останов ротора, и для того чтобы обеспечить возможность фиксации его при остановке, ротор должен позиционироваться в пределах точности оценки таким образом, чтобы пригодное для фиксации положение достигалось точно, и ротор в этом положении оставался на протяжении достаточно длительного промежутка времени в состоянии останова. С другой стороны, оказывается затруднительным находить пригодное для фиксации, в частности для стопорения положение, так как положение фиксации, в частности стопорное положение в принципе не определено в рамках позиционирования во время процесса торможения, а зависит от опыта обслуживающего персонала.
Работы на роторе должны быть разрешены только в зафиксированном, в частности застопоренном положении ротора; таким образом, время для фиксации, в частности для стопорения ротора не совпадает с фактическим временем обслуживания и должно быть по возможности малым. В аварийной ситуации в виде исключения окончательное стопорение ротора может осуществляться в ускоренном режиме, например лишь посредством динамического закрепления болтом, при котором еще вращающийся ротор захватывается при помощи стопорного болта и тем самым резко останавливается. Тем не менее, принцип действий при динамическом закреплении болтом является неблагоприятным для стопорных частей ветроэнергетической установки, что, в частности, чревато катастрофическими последствиями, если повреждения возникают на устройстве фиксации. При попытке осуществлять динамическое закрепление болтом при вращающемся роторе, стопорный болт будет, например, скользить по стопорной распорке и при чрезмерной нагрузке войдет в зацепление со стопорным пазом; это приводит к износу стопорной распорки, и в области стопорного паза части стопорной распорки могут отламываться; это может приводить к тому, что стопорные части больше не могут обеспечивать стопорение ветроэнергетической установки. Желательно обеспечить надежное позиционирование ротора при торможении, для того чтобы исправно фиксировать, в частности стопорить, ротор. В частности, желательно предотвращать динамическое закрепление болтом.
Предлагается изобретение, задача которого состоит в предоставлении способа и устройства, обеспечивающие при останове ветроэнергетической установки возможность позиционирования ротора усовершенствованным образом, в частности обеспечивающие возможность его фиксации, предпочтительно стопорения. Предпочтительно это относится к способу для обусловленного производственными требованиями останова ветроэнергетической установки. В частности, позиционирование должно надежно осуществляться таким образом, что фиксация, в частности стопорение в положении останова, возможно без повреждения неподвижной части ветроэнергетической установки и автоматически. В частности, должно обеспечиваться позиционирование ротора в соответствии с предварительно установленным конечным положением.
В отношении способа задача решается изобретением по пункту 1 формулы изобретения, характеризующим способ для эксплуатации ветроэнергетической установки. Согласно изобретению предусмотрено то, что задается конечное положение, ротор, будучи отрегулирован на согласованное с конечным положением положение останова, тормозится и для позиционирования для заданного конечного положения ротор автоматически тормозится до останова в положении останова, а для фиксации, в частности для стопорения в положении останова, блокируется механическое устройство фиксации. В частности, механическое устройство фиксации может блокироваться автоматически.
В соответствии с изобретением предусмотрено устройство регулировки согласно пункту 21 формулы изобретения для ветроэнергетической установки, которое выполнено для осуществления соответствующего изобретению способа для эксплуатации ветроэнергетической установки, в частности для обусловленного производственными требованиями останова ветроэнергетической установки. Также в соответствии с изобретением заявляется цифровой носитель данных согласно пункту 22 формулы изобретения.
В отношении устройства задача решается изобретением по пункту 23 формулы изобретения, характеризующим ветроэнергетическую установку. Согласно изобретению ветроэнергетическая установка имеет устройство регулировки, которое выполнено для того, чтобы регистрировать ввод данных о конечном положении, регулировать торможение ротора относительно положения останова, согласованного с конечным положением, и при позиционировании заданного конечного положения автоматически тормозить ротор до останова в положении останова, и для фиксации, в частности для стопорения, в положении останова регистрировать блокировку механического устройства фиксации, в частности автоматически блокировать механическое устройство фиксации.
Концепт изобретения оказывается достаточно точным и надежным в отношении установки положения останова. В частности, в рамках наиболее предпочтительного, усовершенствованного варианта возможно, для фиксации, в частности для стопорения в положении останова, предусматривать механическое устройство фиксации, которое блокируется автоматически. Это может производиться при помощи сдерживающего крутящий момент усилия, которое рассчитано в соответствии с аэродинамическими усилиями на роторе, например, может быть рассчитано согласно имеющейся скорости ветра. В принципе также возможна ручная блокировка механического устройства фиксации. Как во время автоматического, так и во время ручного процесса блокировки оказывается предпочтительным то, что положение останова подходит для фиксации, в частности для стопорения. В частности, это оказывается предпочтительным для механического устройства фиксации, которое для стопорения в положении останова использует геометрическое замыкание между неподвижной частью ветроэнергетической установки и частью ротора. В принципе дополнительно или альтернативно возможно фрикционное замыкание. Тем самым концепт изобретения предоставляет основу для имеющей наименьшее сопротивление, а также для простой и надежной блокировки механического устройства фиксации, в частности для стопорения ротора в положении останова с целью предотвращения повторного запуска ротора.
В частности, ручной процесс закрепления болтом или процесс стопорения, который до сих пор юстировался вручную, теперь на основании данного решения в любом случае не зависит от личного опыта работы персонала. Также повышается безопасность труда, так как персонал не должен по необходимости передвигаться к вращающейся области ветроэнергетической установки в гондоле, для того чтобы с целью фиксации, в частности с целью стопорения, производить необходимое последующее позиционирование ротора. Так данное решение помимо этого может предусматривать, например, разделяющее защитное ограждение, которое должно открываться только после фиксации, в частности стопорения ротора в положении останова. В этом случае нет необходимости в упомянутом вначале динамическом закреплении болтом и вследствие этого предотвращаются возможные повреждения. Также сокращается время обслуживания в случае технического обслуживания, так как процесс торможения и позиционирования может инициироваться сначала автоматически, например, при прибытии обслуживающего персонала к основанию башни. При необходимости процесс фиксации, в частности процесс стопорения, может также инициироваться уже автоматически. В итоге тем самым сокращается время останова установки.
Предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения, и они являются частными усовершенствованными вариантами осуществления концепта изобретения в рамках поставленной задачи, а также, принимая во внимание предпочтительные варианты.
Наиболее предпочтительно предусмотрены одна или несколько различных функций торможения; это повышает эффективность тормозящего действия. В частности, может осуществляться регулируемое, механическое, тормозящее действие и/или регулируемое, аэродинамическое, тормозящее действие, и/или может регулироваться возбуждение генератора, в частности ротора генератора. Для этого может быть предусмотрена тормозная система с механическим рабочим тормозом, и/или с аэродинамическим тормозом лопасти, и/или с электромагнитным тормозом генератора, и/или с механическим стопорным устройством, в частности блокируемым посредством фрикционного и/или геометрического замыкания. В частности, обнаружилось то, что один или несколько из тормозов в пределах тормозной системы подключены к устройству регулировки для регулировки тормозящего действия. Таким образом, положение останова при помощи заданного конечного положения может сравнительно эффективно достигаться и надежно стопориться.
Предпочтительно для фиксации, в частности стопорения в положении останова, предусмотрено механическое устройство фиксации, которое блокируется автоматически. За счет этого в значительной степени отпадает необходимость в ручной фиксации или стопорении ротора при помощи приводимого в действие вручную тормоза или подобного управляемого вручную средства торможения и повышается безопасность в случае технического обслуживания.
Предпочтительно стопорение для защиты ротора от повторного запуска может осуществляться посредством геометрического замыкания, в частности дополнительно с фрикционным замыканием. Геометрическое замыкание может осуществляться, например, посредством нескольких стопорных устройств с геометрическим замыканием механического типа, как, например, посредством одного, двух или нескольких стопорных болтов для введения в стопорные пазы ротора. Вследствие этого ротор стопорится при сокращении времени технического обслуживания и, тем не менее, при повышенной надежности фиксации.
В рамках наиболее предпочтительного, выполненного с конструктивной точки зрения, усовершенствованного варианта, механический рабочий тормоз и механическое устройство фиксации могут быть совместно объединены в дисковый тормоз. Эту тормозную систему можно реализовать сравнительно компактно и надежно. Наиболее предпочтительно стопорное ребро, в частности тормозной диск, может быть установлен на вращающейся части ветроэнергетической установки, в частности на корпусе втулки ротора и/или на вращающейся части генератора, как, например, на роторе генератора, в частности на кольцевом роторе кольцевого генератора. Наиболее предпочтительно средство торможения - в частности, тормозная колодка и/или стопорный болт - может быть установлен на неподвижной части ветроэнергетической установки, в частности на корпусе машинного отделения и/или на неподвижной части генератора, как, например, на статоре генератора. В частности, тормозная колодка на неподвижной части ветроэнергетической установки может быть выполнена для блокировки стопорного ребра, в частности тормозного диска, а стопорное ребро, в частности тормозной диск, может иметь несколько стопорных пазов, которые согласованы с несколькими стопорными болтами, выполненными с возможностью входить в зацепление со стопорными пазами.
В рамках наиболее предпочтительного, усовершенствованного варианта положение останова устанавливается с использованием для стопорения момента фиксации генератора. В частности, конечное положение ротора задается благодаря тому, что задается угловое положение ротора, и угловое положение согласуется с положением фиксации генератора.
Предпочтительно непрерывная шкала установки угла конечного положения при помощи дискретной шкалы фиксации генератора согласуется с квазидискретной угловой шкалой положения останова, в частности дискретная шкала фиксации задана при помощи углового деления на генераторе, которое задано распределением стопорных пазов и/или полюсов по кольцу генератора, в частности по кольцу статора и/или ротора.
Наиболее эффективным и предпочтительно регулируемым оказался способ для торможения, в котором регулируется возбуждение генератора, в частности ротора генератора. Предпочтительно при торможении полюсные башмаки ротора генератора возбуждаются при помощи возбуждения, которое задается регулировкой возбуждения в зависимости от регулируемого параметра торможения возбуждением, в частности регулируемый параметр торможения возбуждением включает в себя один или несколько параметров, которые выбраны из группы параметров, включающих в себя число оборотов, замедление, температуру окружающей среды, скорость ветра.
В основу усовершенствованного варианта положена концепция, что торможение ротора можно достигать посредством возбуждения генератора, в частности ротора генератора, как, например, полюсного башмака генератора. Сверх этого в усовершенствованном варианте было обнаружено то, что подходящее для создания тормозящего действия возбуждение генератора может предпочтительно использоваться в рамках регулировки, для того чтобы регулируемо устанавливать положение останова, которое определенным заранее образом может согласовываться с предварительно установленным конечным положением. В итоге концепт допускает автоматическое позиционирование ротора относительно неподвижной части гондолы ветроэнергетической установки. Предпочтительно концепт допускает регулируемое торможение ротора до остановки в положении останова посредством регулировки возбуждения генератора.
В усовершенствованном варианте было предпочтительно обнаружено то, что благодаря использованию в целях стопорения возбуждения для замедления, замедление ротора может регулироваться значительно точнее, так как возбуждение для торможения или осуществления другого - замедления ротора может устанавливаться вручную. Например, возбуждение могло бы выбираться с определенным значением, таким как 30% или тому подобным. Наоборот электромеханический тормоз на сегодняшний день может находиться лишь в двух рабочих положениях, а именно обычно только в закрытом или открытом положении, кроме того, отчасти он функционирует ненадежно. Возбуждение же в пределах контура регулировки может устанавливаться в зависимости от нагрузки и сравнительно точно, так что в принципе созданы условия для предельно точного позиционирования ротора согласно предварительно установленному конечному положению.
Предпочтительно, по меньшей мере число оборотов и/или замедление ротора при торможении измеряются и используются для регулировки возбуждения. Для этого, например, инкрементный датчик может предоставлять измеренную величину относительно числа оборотов и/или замедления ротора в качестве фактического значения. Затем заданное число оборотов и заданное замедление могут устанавливаться в регуляторе, например в ПИД (пропрорционально-интегрально-дифференциальном) регуляторе или тому подобном со стопорным использованием возбуждения в качестве управляющего параметра.
В рамках наиболее предпочтительного, усовершенствованного варианта может использоваться момент фиксации генератора, для того чтобы устанавливать положение останова, которое согласовано с предварительно установленным конечным положением. Например, предпочтительно может предварительно устанавливаться конечное положение ротора, благодаря тому, что задается угловое положение ротора. Это может быть, например положение на 12-ть часов или другое угловое положение между 0° и 360°, например 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80°, 90° или кратное им положение. Если угловое положение ротора задано, то с угловым положением может согласовываться положение фиксации генератора. Другими словами предпочтительным оказалось то, что непрерывная шкала установки угла конечного положения согласуется с дискретной шкалой фиксации генератора. Это согласование может быть первым согласованием непосредственно после предварительной установки конечного положения ротора, и затем при торможении оно динамически адаптируется к первоочередной, обусловленной производственными требованиями ситуации при останове ветроэнергетической установки. Предпочтительно согласование между непрерывной шкалой установки угла и дискретной шкалой фиксации генератора не статично, а может динамически адаптироваться в пределах контура регулировки. Например, с предварительно установленным конечным положением сначала может согласовываться немного повышенное положение останова, а впоследствии немного пониженное положение останова, для того чтобы оставаться как можно ближе к предварительно установленному конечному положению.
Дискретная шкала фиксации задана, например, при помощи углового деления на генераторе. Угловое деление задано, в частности, распределением стопорных пазов и/или полюсов по кольцу генератора, в частности по кольцу статора и/или ротора в кольцевом генераторе.
В качестве регулируемого параметра торможения возбуждением может служить, например замедление частоты вращения, температура окружающей среды или скорость ветра. В качестве регулируемого параметра блокировки тормоза может служить, например, число оборотов, температура окружающей среды или скорость ветра. Другими словами возбуждение генератора, в частности ротора генератора, может устанавливаться в зависимости от измеренного в текущий момент числа оборотов и/или замедления ротора. Дополнительно может также использоваться температура окружающей среды и скорость ветра. В частности, скорость ветра может также использоваться для регулировки аэродинамического тормозящего действия лопасти ротора. Механический тормоз может также регулироваться согласно регулируемому параметру блокировки тормоза. Для этого может также использоваться, в частности, число оборотов и/или положение ротора. В качестве регулируемого параметра блокировки тормоза может также служить температура окружающей среды и скорость ветра. В частности, усовершенствованный вариант может предусматривать то, что механический тормоз блокируется только ниже порогового значения параметра блокировки тормоза. В этом усовершенствованном варианте способ во время первого раннего процесса торможения предпочтительно предусматривает лишь торможение посредством возбуждения генератора, а во время второго более позднего процесса торможения предусмотрено торможение при помощи возбуждения генератора и механического тормоза. Тем самым нагрузка механического тормоза предпочтительно уменьшается. В частности, механический тормоз может выполняться с меньшими расходами и, тем не менее, более эффективным. При необходимости механический тормоз может рассчитываться на меньший диапазон нагрузки.
В частности, в дополнение к регулируемому возбуждению и механическому рабочему тормозу для торможения ротора может также использоваться регулируемое, аэродинамическое, тормозящее действие лопасти ротора, благодаря тому, что лопасть ротора регулируемо выводится из потока ветра. Комбинация аэродинамического тормозящего действия и тормозящего действия возбуждением, а также механического тормоза для торможения ротора оказалась наиболее подходящей для контура регулировки. Предпочтительно в этом усовершенствованном варианте можно осуществлять способ, для того чтобы замедлять ветроэнергетическую установку до остановки ротора.
Наиболее предпочтительно устройство регулировки можно калибровать и/или выполнять в виде открытой системы для обучающейся оптимизации. В частности, это относится к блоку регулировки для регулировки блокировки тормоза, который может калиброваться и/или может быть выполнен в виде открытой системы для обучающейся оптимизации блокировки тормоза. В частности, дополнительно или альтернативно это относится к блоку регулировки для торможения возбуждением, который может быть или откалиброван и/или выполнен в виде открытой системы для обучающейся оптимизации. Таким образом, как при помощи калибровочного торможения, так и при помощи большого количества рабочих торможений оптимизируется устройство регулировки ветроэнергетической установки, и при возрастающем использовании стопорения уменьшается время технического обслуживания системы и увеличивается надежность позиционирования ротора в положении останова для стопорения.
Наиболее предпочтительным оказалось то, что распределение положений фиксации, в частности распределение стопорных положений, согласовано с распределением стопорных пазов и/или с распределением полюсов генератора таким образом, что стопорное положение распределения стопорных положений совпадает с положением фиксации ротора генератора, обусловленным моментом фиксации. В принципе каждое возбуждение создает так называемый момент фиксации, который позволяет останавливать ротор в определенных положениях, обусловленных механической структурой генератора. В частности, это относится к нескольким стопорным пазам и нескольким парам полюсов. Другие механические структуры генератора могут также способствовать созданию момента фиксации. Комбинация из стопорных пазов и полюсов генератора, а также стопорного паза может предпочтительно выбираться с конструктивной точки зрения таким образом, что полюсная чувствительность генератора, то есть обусловленное моментом фиксации позиционирование ротора, способствует закреплению болтами и/или стопорнению.
Предпочтительно ветроэнергетическая установка включает в себя:
- механический рабочий тормоз, и/или
- аэродинамический тормоз лопасти, и/или
- электромагнитный тормоз генератора, и/или
- механическое устройство фиксации, в частности блокируемое фрикционным и/или геометрическим замыканием, причем один или несколько из тормозов подключены с возможностью регулировки к устройству регулировки для регулировки тормозящего действия.
Предпочтительным оказалось то, что механический рабочий тормоз имеет первый блокирующий привод, при помощи которого средство торможения, в частности тормозная колодка, может блокировать движущееся средство, в частности стопорное ребро и/или тормозной диск. Предпочтительно механический рабочий тормоз имеет первое место соединения для устройства регулировки для регулировки тормозящего действия, в частности блокировки.
Предпочтительным оказалось то, что механическое устройство фиксации имеет второй блокирующий привод, при помощи которого средство торможения, в частности стопорный болт и/или тормозная колодка, может фиксироваться в стопорном средстве, в частности в стопорном пазу и/или тормозном диске. Предпочтительно механическое устройство фиксации имеет второе место соединения для устройства регулировки для регулировки стопорного действия.
Предпочтительным оказалось то, что аэродинамический тормоз лопасти имеет двигатель для вывода лопасти из потока ветра, при помощи которого может регулироваться угол наклона лопасти, и который имеет третье место соединения для устройства регулировки для регулировки тормозящего действия, в частности положения вывода лопасти из потока ветра.
Предпочтительным оказалось то, что электромагнитный тормоз генератора имеет четвертое место соединения для регулировки возбуждения полюсного башмака ротора генератора и/или пятое место соединения для передачи чувствительности фиксации генератора.
В способе может быть предусмотрено то, что первое, второе, третье, четвертое и/или пятое место соединения может управляться в контуре регулировки.
Предпочтительно в ветроэнергетической установке механический рабочий тормоз и механическое устройство фиксации объединены в дисковый тормоз. Предпочтительно стопорное ребро дискового тормоза, предпочтительно с несколькими стопорными пазами, в частности тормозной диск, установлено на вращающейся части ветроэнергетической установки, а средство торможения установлено на неподвижной части ветроэнергетической установки. Тормозной диск может быть установлен, например, на корпусе втулки ротора. В этом случае неподвижная часть ветроэнергетической установки предпочтительно установлена в корпусе машинного отделения.
Наиболее предпочтительно стопорное ребро, в частности тормозной диск, может быть установлено на вращающейся части генератора, как, например, на роторе генератора, в частности на кольцевом роторе кольцевого генератора. В этом случае неподвижная часть ветроэнергетической установки предпочтительно установлена на креплении статора, в частности на кронштейне статора.
Предпочтительно средство торможения является тормозным блоком, предпочтительно с тормозной колодкой и/или стопорным болтом или подобным средством фиксации, в частности дополнительно с подходящим приводом для средства фиксации.
Дополнительно или альтернативно механический тормоз может быть также выполнен в виде дискового тормоза в механической силовой передаче машинного отделения, в частности между втулкой ротора и генератором в силовой передаче.
Наиболее предпочтительно тормозная колодка на неподвижной части ветроэнергетической установки выполнена для блокировки тормозного диска, а тормозной диск имеет несколько стопорных пазов, которые согласованы с несколькими стопорными болтами, которые выполнены с возможностью входить в зацепление со стопорными пазами.
Сенсорная система, в частности с инкрементным датчиком и/или анемометром, выполнена для измерения регулируемых параметров торможения, которые выбраны из группы параметров, включающих в себя число оборотов, положение, температуру окружающей среды, скорость ветра; и сенсорная система подключена к устройству регулировки для регулировки тормозящего действия.
Варианты осуществления изобретения описываются далее при помощи чертежей. Примеры осуществления на них показаны не в масштабе, наоборот этот чертеж служит для разъяснения и выполнен в схематичном и/или немного искаженном виде. Принимая во внимание дополнения различимых непосредственно из чертежа технических решений, делается ссылка на соответствующий уровень техники. При этом следует учитывать то, что разнообразные модификации и изменения, относящиеся к форме и деталям варианта осуществления, могут производиться, не отклоняясь от общей идеи изобретения. Раскрытые в описании, на чертеже, а также в пунктах формулы изобретения признаки изобретения могут быть существенными для усовершенствованного варианта изобретения как по отдельности, так и в любой комбинации. Кроме того, все комбинации из по меньшей мере двух признаков, раскрытых в описании, на чертеже и/или в пунктах формулы изобретения, входят в рамки изобретения. Общая идея изобретения не ограничена точной формой или деталями показанного и описанного в последующем предпочтительного варианта осуществления или ограничена предметом изобретения, который был бы ограничен по сравнению с предметом изобретения, истребованным в пунктах формулы изобретения. При заданных диапазонах измерений значения, находящиеся также в пределах указанных границ, являются не установившимися значениями и могут применяться и задаваться произвольно. Дальнейшие преимущества, признаки и детали изобретения раскрываются в последующем описании предпочтительных примеров осуществления, а также при помощи чертежей, на которых показано:
фиг. 1 - предпочтительный вариант осуществления ветроэнергетической установки с гондолой, в которой приводимый в движение ветром ротор соединен через втулку ротора на головке ротора с приводом генератора, причем ротор может останавливаться и стопориться посредством регулируемого торможения, предопределенного позиционирования и автоматического стопорения ротора;
фиг. 2 - фрагмент изображения в перспективе гондолы ветроэнергетической установки согласно фиг. 1 с изображенным схематично устройством регулировки для торможения, позиционирования и стопорения ротора в положении останова, в данном случае с использованием одного или нескольких различных, функций торможения, а именно с использованием механического тормоза, и/или аэродинамического тормоза, и/или электромагнитного тормоза для замедления, и/или фиксации для стопорения в положении останова, причем для положения останова используется положение фиксации генератора;
фиг. 3 - на частичном виде в разрезе гондола согласно фиг. 2 с изображением наиболее предпочтительного механического устройства фиксации;
фиг. 4 - на другом частичном виде в перспективе наиболее предпочтительное механическое устройство фиксации для гондолы согласно фиг. 2;
фиг. 5 - примерное изображение предпочтительного механического устройства фиксации на генераторе, которое включает в себя механический тормоз в виде дискового тормоза, и у которого механически рабочий тормоз и фиксирующее устройство для стопорения ротора в положении останова, для того чтобы предотвращать повторный запуск ротора, объединены в дисковый тормоз, причем механическое устройство фиксации предусматривает геометрическое замыкание при помощи стопорных болтов и стопорных пазов и/или фрикционное замыкание;
фиг. 6 - на виде (А) в области детали X возможность для установки механического тормоза и/или фиксирующего устройства в виде механического устройства фиксации согласно одному варианту между корпусом машинного отделения и корпусом втулки ротора, а также на виде (В) деталь X с другого изображения в перспективе;
фиг. 7 блок-схема для способа согласно предпочтительному варианту осуществления.
На Фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 1000, включающая в себя башню 1, гондолу 2, а также ротор 3 с несколькими в данном случае тремя лопастями 3.1, 3.2, 3.3 ротора. Лопасти 3.1, 3.2, 3.3 ротора на головке 5 ротора при помощи обтекателя 4 с размещенной в нем втулкой 9 ротора, показанной более детально на фиг. 2, соединены с передачей движения с генератором 7, показанным на фиг. 2. Для этого лопасть 3.1, 3.2, 3.3 ротора при помощи изображенной на фиг. 2 опоры 8 лопасти соединена с втулкой 9 ротора или переходным элементом втулки, которая приводит в движение ротор 7.1 генератора 7 для генерирования электрического тока в неподвижном статоре 7.2 генератора 7. На Фиг. 2 показаны детали машинного отделения в гондоле 2 с упомянутой опорой 8 лопасти, втулкой 9 ротора, а также генератором 7, включающим в себя ротор 7.1 генератора и статор 7.2 генератора.
При вращающемся роторе 3 корпус 15 втулки ротора вращается по отношению к корпусу 12 машинного отделения, который окружает машинное отделение гондолы 2. В этом случае втулка 9 ротора и опора 8 лопасти входят в зацепление с корпусом 15 втулки ротора. Ротор 7.1 генератора, также как и втулка 9 ротора, установлен с возможностью вращения на осевой цапфе 19 таким образом, что вращательное движение ротора 3 приводит во вращательное движение ротор генератора.
Платформа 21 машинного отделения 20 служит опорой для нескольких азимутальных двигателей 22 для приведения в движение азимутальной опоры, для того чтобы выравнивать гондолу 2 с ее осью А в соответствии с направлением ветра. На платформе 21 может осуществляться локальное управление ветроэнергетической установкой через терминал 31, и при помощи терминала 31 можно получать доступ к схематично показанному на фиг. 2 устройству 30 регулировки ветроэнергетической установкой - так через терминал 31 могут вводиться команды и параметры, при помощи которых ветроэнергетическая установка 1000 может останавливаться в соответствии с производственными требованиями, например для обусловленного производственными требованиями случая технического обслуживания. Первый дополнительный терминал 31' в основании башни или на основании башни может быть подключен, например, к устройству 30 регулировки, а второй дополнительный терминал 31'' может быть предусмотрен в центральном пункте регулировки и через него может быть подключен к устройству 30 регулировки.
Если в случае технического обслуживания должны проводиться мероприятия в корпусе 15 втулки ротора - при необходимости также для других мероприятий на ветроэнергетической установке необходимо, чтобы ротор 3 останавливался и стопорился в положении останова, для того, чтобы в значительной степени предотвращать движение ротора, в частности же для того чтобы предотвращать повторный запуск ветроэнергетической установки. Например, на фиг. 6(А) показана остановленная ветроэнергетическая установка 1000А в первом положении Р1 останова ротора 3 с лопастью 3.1 ротора в положении на 12 ч, а фиг. 6(В) показывает остановленную ветроэнергетическую установку 1000В во время работы обслуживающего персонала Р во втором положении Р2 останова ротора 3 с лопастью 3.1 ротора в положении на 2 ч.
Для подготовки работы по техническому обслуживанию ветроэнергетическая установка 1000, 1000А, 1000В замедляется в соответствии с производственными требованиями до остановки ротора 3, благодаря тому, что ротор 3 механически и/или аэродинамически тормозится. Без использования описанного здесь концепта ротор 3 должен был бы останавливаться в нерабочем положении, которое получается благодаря торможению, с большей или меньшей возможностью оценки. Если это нерабочее положение не совпадает с застопориваемым ротор положением останова, то ротор 3 должен был бы переводиться из неподходящего нерабочего положения в застопориваемое положение останова. Следует предотвращать то, что ротор 3 останавливается в вышеупомянутом, неподходящем нерабочем положении, так как в этом случае требуются дополнительные трудозатраты, для того чтобы переводить ротор из неподходящего нерабочего положения в застопориваемое положение останова.
Существует также непредпочтительная возможность, резко останавливать еще вращающийся ротор 3 при помощи значительного по величине, остаточного, крутящего момента, благодаря тому, что ротор захватывался бы вручную непосредственно в застопориваемом положении останова; это называется также динамическим захватом. Таким образом, динамический захват происходит вследствие того, что еще вращающийся ротор 3 останавливается только посредством стопорения в положении останова. Вследствие этого принципа действий значительные нагрузки и моменты передаются на устройство фиксации, при помощи которого стопорится ротор 3, и устройство фиксации может существенно повреждаться; следовательно, это нужно предотвращать и по возможности исключать предпочтительно уже благодаря имеющимся техническим условиям.
Для замедления ветроэнергетической установки до остановки ротора может использоваться аэродинамическое тормозящее действие ротора 3 при соответствующем, регулируемом двигателями 61 вывода лопастей из потока ветра угле наклона лопастей 3.1, 3.2, 3.3 ротора, которое может выполняться изображенным схематично и условно аэродинамическим тормозом 60.
В дополнение к такому аэродинамическому тормозу 60 во время работы ротора - то есть при вращающемся роторе 3 - может использоваться механический рабочий тормоз. Предпочтительно механический рабочий тормоз может воздействовать на приводимую в движение ротором 3, вращающуюся часть, как, например, непосредственно на вращающийся вал (здесь не тот случай, и это не изображено). В случае силовой передачи ветроэнергетической установки при помощи раскрываемой неподвижной осевой цапфы 19 рабочий тормоз 40 - это предпочтительно представлено и в дальнейшем пояснено посредством фиг. 3 и 4 - может в принципе воздействовать на ротор генератора; в модифицированном варианте осуществления (не в этом случае, и это не изображено) рабочий тормоз 40 при необходимости может также воздействовать на другую вращающуюся часть силовой передачи, как, например, на втулку 9 ротора. В данном же случае первое средство торможения рабочего тормоза 40 установлено на статоре 7.2 генератора и воздействует на второе средство торможения на роторе 7.1 генератора; то есть рабочий тормоз 40 функционирует между статором 7.2 генератора и ротором 7.1 генератора и в этом отношении установлен между статором 7.2 генератора и ротором 7.1 генератора.
В модифицированном варианте осуществления рабочий тормоз мог бы воздействовать на опору на осевой цапфе 19, в частности на опору между ротором 7.1 генератора и осевой цапфой 19 (здесь не тот случай, и это не изображено).
Другой, описываемый в качестве примера механический рабочий тормоз 40 может быть дополнительно или альтернативно предусмотрен между вращающейся частью гондолы 2 и неподвижной частью гондолы 2, например, между вышеупомянутым корпусом 15 втулки ротора и корпусом 12 машинного отделения.
В дополнение или альтернативно к по меньшей мере одному из механических рабочих тормозов 40, 40', которые на фиг. 2 изображены схематично и в качестве примера, ветроэнергетическая установка 1000 имеет в гондоле 2 механический стопор, или соответственно стопорный тормоз, называемый также стояночным тормозом, причем стопорение выполнено при помощи механического устройства фиксации, для того чтобы стопорить ротор 3 в положении останова. Схематично и в качестве примера это устройство 50 фиксации показано более подробно на фиг. 3 и 4 - в виде стопорного тормоза - в комбинации с механическим рабочим тормозом 40, 40'; а именно в данном случае с механическим рабочим тормозом 40 между статором 7.2 генератора и ротором 7.1 генератора (и/или в модифицированном варианте осуществления с механическим рабочим тормозом 40' между корпусом 12 машинного отделения и корпусом 15 втулки ротора).
Далее устройство 50 фиксации, в частности с механическим рабочим тормозом 40 между статором 7.2 генератора и ротором 7.1 генератора, поясняется более детально со ссылкой на фиг. 3 и 4. Стопорение, с или без механического рабочего тормоза 40, может в принципе осуществляться разными способами, например посредством фрикционного и/или геометрического замыкания; пример геометрического замыкания для выполнения стопорения показан на фиг. 5.
Как правило, далее для осуществления фрикционного замыкания тормозные колодки, установленные на неподвижной части ветроэнергетической установки 1000, могут воздействовать на тормозной диск, установленный на вращающейся части ветроэнергетической установки 1000, для того чтобы удерживать или стопорить вращающуюся часть ветроэнергетической установки. Тормозные колодки неподвижной части ветроэнергетической установки 1000, которые воздействуют на тормозной диск вращающейся части ветроэнергетической установки, могут аналогично использоваться для механического рабочего тормоза. В частности, в этом случае механический рабочий тормоз 40 может быть выполнен в комбинации со стопором. В данном случае механический рабочий тормоз 40 используется с расширенными функциональными возможностями при дополнительно увеличенном давлении тормозных колодок в качестве первой части стопора.
Стопор, который выполнен при необходимости также отдельно, то есть также без вышеупомянутого механического рабочего тормоза 40, описывается далее при помощи устройства 50 фиксации согласно фиг. 3 и 4 - альтернативное расположение рабочего тормоза 40' для модифицированного устройства 50' фиксации схематично показано в виде детали X на фиг. 6(A) и 6(B).
В дальнейшем ради простоты для идентичных или аналогичных признаков или признаков идентичного или аналогичного действия используется одна и та же ссылочная позиция; устройство 50 фиксации описывается, прежде всего, ссылаясь на фиг. 3 и 4, причем по отношению к остальным признакам дана ссылка на предшествующее описание.
На фиг. 3 показана более детально структура системы 100 из ротора 3 и генератора 7 для выполнения силовой передачи. Ротор 3 при помощи втулки 9 ротора, точно также как генератор 7 при помощи ротора 7.1 генератора, установлен на подшипниках с возможностью вращения на осевой цапфе 19, причем вращательное движение ротора 3 может преобразовываться во вращательное движение ротора 7.1 генератора. При этом вращающийся в статоре 7.2 генератора ротор 7.1 генератора генерирует электрический ток согласно конструктивному исполнению генератора 7. Ротор генератора имеет расположенные соответственно по периметру полюса 7Р, а статор 7.2 генератора имеет подходящую статорную обмотку 7S.
Статор 7.2 генератора удерживается несколькими кронштейнами 17 статора, которые закреплены на звездочке 18 статора. Осевая цапфа 19 и звездочка статора удерживаются машинной рамой 24 на азимутальной опоре 23 в машинном отделении 20.
Для выполнения устройства 50 фиксации ротор 7.1 генератора имеет на краю несущей конструкции 17Р стопорное ребро 16 с несколькими стопорными пазами 16N и трущейся поверхностью 16S. Следует отметить то, что такое, не обозначенное более подробно, стопорное ребро может быть также образовано на краю корпуса втулки ротора. В данном случае стопорное ребро 16 действует совместно со стопорным средством 14 для выполнения вышеупомянутого устройства 50 фиксации (или в модифицированном варианте осуществления для выполнения устройства 50' фиксации между корпусом 12 машинного отделения и корпусом 15 втулки ротора). В общем и целом устройство 50 фиксации (или устройство 50' фиксации) разъяснено на фиг. 5.
Фиг. 4 увеличено показывает механический рабочий тормоз 40 для выполнения устройства 50 фиксации со стопорным ребром 16 или стопорными пазами 16N и поверхностью 16S трения на увеличенном изображении в перспективе между ротором 7.1 и статором 7.2 генератора 7. В частности на фиг. 4, со ссылкой на фиг. 5, в качестве части рабочего тормоза со стопорным действием можно увидеть основание для стопорного пальца 51, который предусмотрен для зацепления с обозначенным в общем ссылочной позицией 52 стопорным пазом 52 (здесь стопорным пазом 16N).
Как правило, для выполнения геометрического замыкания стопорный болт 51 может, например, входить в зацепление со стопорным пазом 52 вращающейся части ветроэнергетической установки 1000, для того чтобы удерживать вращающуюся часть ветроэнергетической установки. Тем самым может быть выполнен второй элемент стопорения.
В данном, показанном на фиг. 5 варианте осуществления механический рабочий тормоз 40 в качестве части, механического устройства 50 фиксации со стопорными средствами встроен в дисковый тормоз. Стопорное ребро 16 в виде тормозного диска 42 выполнено на вращающейся части ветроэнергетической установки - в данном случае на роторе 7.1 генератора. Средство торможения - в данном случае тормозная колодка 41 и стопорный болт 51 - установлено на неподвижной части ветроэнергетической установки - в данном случае на статоре 7.2 генератора. В модифицированном варианте осуществления стопорное ребро может быть также выполнено на корпусе 15 втулки ротора, а средство торможения на - корпусе 12 машинного отделения.
Тормозная колодка 41 выполнена для блокировки тормозного диска 42 и является основной частью механического рабочего тормоза 40. При остановке ротора 3 и повышенном, прижимном давлении тормозной колодки тормозная колодка 41 в комбинации с тормозным диском 42 служит в качестве первой части механического устройства 50 фиксации, при помощи которого ротор 3 может фиксироваться. Дополнительно тормозной диск 42 имеет несколько вышеупомянутых пазов 16N в качестве стопорных пазов 52, которые согласованы с несколькими стопорными болтами 51, которые способны входить в зацепление со стопорными пазами 52. Комбинация стопорных болтов 51 и стопорных пазов 52 в качестве второй части механического устройства 50 фиксации образует фактический стопор, который - будучи единожды выполнен - надежно и вне зависимости от внешних условий (как, например, скорость ветра или коэффициент готовности сети) выводит ротор 3 из эксплуатации и предотвращает опасность движения и уж тем более повторного запуска.
При этом в принципе возникает описанная выше в общем и целом проблема того, что в, частности, при использовании реализованного за счет геометрического замыкания стояночного тормоза или подобного устройства фиксации – как, например, при использовании описанной второй части механического устройства 50 фиксации - для стопорного положения рассматриваются только определенные положения останова, например положения P1, Р2 ротора 3 с фиг. 6, так как только в стопорном положении стопорный болт 51 стыкуется со стопорным пазом 52. Как правило, для этого остаточное число оборотов ротора 3 оценивается показанным на фиг. 6(В), обслуживающим персоналом Р. Учитывая как необходимое время подачи рабочего тормоза 40, 40' - например, при помощи электромеханического или гидравлического устройства блокировки, - так и замедление механического рабочего тормоза 40, 40', осуществляется попытка позиционировать ротор 3 таким образом, что стопорный паз 52 на тормозном диске 42 останавливается точно перед стопорным болтом 51. Только в таком случае стопор - то есть в данном случае вторая часть устройства 50 фиксации - мог бы затем стопориться, в частности стопорный болт 51 мог бы вводиться в стопорный паз 52.
Для устранения описанной проблематики на примере ветроэнергетической установки 1000 фиг. 2 показано устройство 30 регулировки, которое может обслуживаться через один или несколько обслуживающих терминалов 31, 31', 31'' и соединено с возможностью регулировки с функционально различными тормозами. Эти тормоза включают в себя:
- по меньшей мере один из рабочих тормозов 40, 40', из которых каждый может быть предусмотрен по отдельности, или может быть предусмотрена комбинация из них;
- аэродинамический тормоз 60, который может регулироваться несколькими воздействующими на угол вывода лопастей 3.1, 3.2, 3.3 ротора из потока ветра двигателями 61 вывода лопастей из потока ветра;
- образованный на генераторе 7 электромагнитный тормоз 70, который может регулироваться при возбуждении генератора 7, в частности ротора 7.1 генератора;
- стопор в качестве части механического устройства 50 фиксации, которое в данном случае выполнено посредством нескольких стопорных болтов 51 и стопорных пазов 52 между корпусом 15 втулки ротора и корпусом 12 машинного отделения гондолы 2.
Тормоза 40, 40', 50, а также 60 и 70 соединены с устройством 30 регулировки с возможностью регулировки. В данном случае к обозначенной как роторно-генераторная установка системе 100 из гондолы 2, генератора 7 и ротора 3 подключена тормозная система 200, а именно с одним или с несколькими из тормозов 40, 40', 50, 60 и/или 70, которая соединена с возможностью регулировки с выполненным в устройстве 30 регулировки модулем 210 торможения через места 240, 250, 260, 270 соединения для регулировки тормозом или тормозами; то есть для регулирующего регулировки блокируемым электрически и/или гидравлически, механическим рабочим тормозом 40, для автоматической блокировки стопора при помощи механического устройства 50 фиксации, для регулировки аэродинамическим тормозом 60 и для регулировки электромагнитным тормозом 70. Модуль 210 торможения может управляться через подходящие, изображенные пунктиром линии регулировки, которые могут обслуживаться через терминалы 31, 31', 31''. К устройству 30 регулировки подключен кнопочный выключатель и/или монитор в качестве терминала ввода, что позволяет вводить данные о желаемом конечном положении ротора 3.
Модуль 210 торможения получает результаты измерений регулируемых параметров от сенсорной системы 230, которая имеет по меньшей мере один датчик Sv скорости ветра, датчик Sn числа оборотов и датчик Sa замедления. Модуль 210 торможения может калиброваться при помощи калибровочного модуля 220.
В принципе тормозная система 200 позволяет систему 100 из ротора 3 и генератора 7 в/на гондоле 2 ветроэнергетической установки 1000, то есть ротор 3 и генератор 7, автоматически и во время эксплуатации тормозить и тормозить до положения останова с точным позиционированием в конечном положении при помощи одного или нескольких из регулируемых тормозов 40, 40', а также 60 и 70 и стопорить в положении останова практически в желаемом конечном положении при помощи стопора в качестве части механического устройства 50 фиксации (в модифицированном варианте осуществления дополнительно или альтернативно в качестве части устройства 50' фиксации).
На фиг. 6 на виде А и В в каждом случае показана ветроэнергетическая установка 1000А, 1000В более старой и соответственно более новой конструкции в области гондолы 2. В данном случае для идентичных или аналогичных частей или частей идентичного или аналогичного действия использованы одинаковые ссылочные позиции. Фрагмент X на виде (А) и (В) показан на фиг. 5 для детального представления механического рабочего тормоза 40' в комбинации с механическим стопорным устройством в виде механического устройства 50' фиксации.
Неподвижная часть ветроэнергетической установки 1000А, 1000В может быть образована корпусом 12 машинного отделения. Подвижная, то есть вращающаяся в качестве части ротора 3 часть ветроэнергетической установки может быть корпусом 15 втулки ротора 3.
В предпочтительном варианте осуществления согласно фиг. 2, 3, 4 неподвижная часть ветроэнергетической установки 1000 в данном случае образована статором 7.2 генератора, а именно конкретно кронштейном статора 7.2 генератора. Приводимая в движение ротором 3, подвижная, то есть вращающаяся часть ветроэнергетической установки, является в данном случае ротором 7.1 генератора 7.
Стопорный болт 51 образует со стопорным пазом 52 устройство фиксации в виде второй части механического устройства 50 фиксации. Стопорный болт 51 при помощи привода 53 - например, электродвигателя, или гидравлического привода, или пневматического привода, или магнитного привода - может подаваться в радиальном направлении R к стопорному пазу 52, а при относительно подходящем позиционировании вдоль окружности U - то есть при совпадающем угловом положении стопорного паза 52 и стопорного пальца 51 - стопорный болт 51 может при активации привода 53 входить в стопорный паз 52. При необходимости привод 53 может быть также выполнен таким образом, что он перемещает по радиусу R, когда стопорный болт 51 находится лишь частично в угловом положении стопорного паза 52. Стопорный паз 52 имеет открытые боковые поверхности 52.1, 52.2, которые, будучи выполнены в виде воронки, могут захватывать стопорный болт 51, так что стопорный болт 51 может входить в стопорный паз 52 с автоматическим выравниванием. Соответственно стопорный болт 51 имеет сужающуюся, по существу, в виде конуса наружную поверхность 51.1, которая имеет, по существу, такой же по величине или немного более крутой наклон, как и боковые поверхности 52.1, 52.2 стопорного паза 52.
Механический рабочий тормоз 40 выполнен в виде дискового тормоза; то есть имеет функциональные возможности, которые возникают из совместного действия тормозных колодок 41 и тормозного диска 42. Изображенные лишь условно тормозные колодки 41 могут - в случае фрикционного замыкания - оказывать фрикционное воздействие на тормозной диск 42 также во время эксплуатации ветроэнергетической установки 1000, то есть при вращающемся роторе 3 или вращающемся корпусе 15 втулки ротора.
В частности, в комбинации с аэродинамическим тормозом 60 это, оказывая поддерживающее действие, обеспечивает весьма эффективную возможность быстро останавливать ротор 3, даже в аварийных ситуациях. Как правило, достаточно аэродинамического тормоза 60, для того чтобы при обычном останове ветроэнергетической установки затормаживать ротор до движения по инерции и затем использовать механический рабочий тормоз 40 для остановки ротора 3. Включение механического рабочего тормоза 40 при еще вращающемся роторе 3, в частности в аварийной ситуации при еще вращающемся, например, в диапазоне нагрузок роторе 3 повышает нагружающий момент механического рабочего тормоза 40 на ротор 3, то есть увеличивает его замедление, весьма значительно. В случае реальной опасности, механический рабочий тормоз 40 также при отсутствии нагрузки сети представляет собой надежное средство для остановки ротора 3.
Оказалось, что дополнительно - однако при определенных условиях не в каждом случае, в частности, например, не при недостающей нагрузки сети - может использоваться электромагнитный тормоз 70, для того чтобы автоматическое позиционирование ротора 3 относительно неподвижной части гондолы 2 осуществлять таким образом, что угловое положение стопорных болтов 51 совпадает с угловым положением стопорных пазов 52. Оказалось, что регулируемое торможение ротора 3 до остановки при помощи регулировки возбуждения может осуществляться сравнительно просто. В итоге, в качестве тормоза могут тем самым использоваться: аэродинамический тормоз 60, механический рабочий тормоз 40 (обозначаемом также стояночным тормозом) и при определенных условиях при имеющемся электроснабжении также электромагнитный тормоз 70.
Наиболее предпочтительный способ для автоматизированного торможения ротора 3 предусматривает в первой принципиальной части S-I способа автоматизированное торможение при помощи аэродинамического тормоза 60, наиболее предпочтительно с использованием возбуждения ротора 7.1 генератора, то есть с использованием электромагнитного тормоза 70. Если аварийной ситуации нет, то ниже определенного порогового числа оборотов ротора, например, если он только еще двигается по инерции или только вращается слишком медленно, механический тормоз 40 может дополнительно замедлять остаточное вращательное движение ротора. Затем во второй принципиальной части S-II способа осуществляется автоматическое позиционирование ротора 3 относительно неподвижной части гондолы 2, в частности, таким образом, что стопорный паз 52 оказывается практически напротив стопорного болта 51; по меньшей мере оказывается в приблизительно таком же угловом положении. Оказалось, что при позиционировании может предпочтительно использоваться момент фиксации генератора 7, для того чтобы останавливать ротор 3 внутри блока фиксации. Оказалось, что торможение ротора 3 до остановки может осуществляться при управлении/регулировке возбуждения ротора генератора и/или при управлении/регулировке механического рабочего тормоза 40; а именно таким образом, что остаточное движение приводит к точному позиционированию в положении останова, которое обеспечивает возможность стопорения в третьей принципиальной части S-III способа.
В третьей принципиальной части S-III способа осуществляется автоматическое или ручное - в данном случае автоматическое закрепление болтами посредством введения автоматического стопорного болта 51 в стопорный паз 52, что разъяснено в общих чертах на фиг. 5. Дополнительно механический рабочий тормоз при помощи большого прижимного давления тормозных колодок 41 к тормозному диску 42 в качестве стояночного тормоза с фрикционным замыканием может образовывать первую часть механического устройства 50 фиксации; то есть дополнительно к стопорению вращающейся части ветроэнергетической установки (в данном случае ротора 7.1 генератора и/или в модифицированном варианте осуществления корпуса 15 втулки ротора) посредством стопора второй части механического устройства 50.
Комбинация стопора в рамках механического устройства 50 фиксации, а также стояночного тормоза или рабочего тормоза 40 механического типа оказалась наиболее эффективной в рамках показанного в данном случае дискового тормоза. Для этого тормозной диск 42 дискового тормоза имеет не только поверхность торможения (например, вышеупомянутые, трущиеся поверхности 16S), которая может захватываться тормозными колодками 41 с образованием фрикционного замыкания, но и помимо этого несколько стопорных пазов 52 (например, вышеупомянутых пазов 16N), с которыми могут входить в зацепление один или несколько стопорных болтов 51. Под "несколькими" следует в принципе понимать один или большее количество, то есть один, два, три и т.д.
На Фиг. 7 на блок-схеме показана предпочтительная последовательность этапов способа для автоматического и регулируемого торможения, а также фиксации ротора 3 на разъясненной ранее ветроэнергетической установке 1000, 1000А, 1000В. Стопорение в принципе возможно и выполнено автоматически; при сокращенном времени технического обслуживания надежно предотвращается повторный запуск ветроэнергетической установки.
Способ следует принципиальной структуре, включающей в себя торможение ротора 3 в первой части S-I способа, позиционирование ротора 3 в положении останова во второй части S-II способа и стопорение ротора 3 в положении P1, Р2 останова в третьей части S-III способа. В данном случае конкретно предусмотрено то, что в первой части S-I способа производится автоматизированное торможение при помощи аэродинамического тормоза 60 (с помощью угла вывода лопастей 3.1, 3.2, 3.3 ротора из потока ветра) предпочтительно в комбинации с торможением посредством возбуждения ротора генератора при помощи электромагнитного тормоза 70. В данном случае конкретно предусмотрено то, что во второй части S-II способа производится автоматическое позиционирование ротора относительно неподвижной части гондолы (например, позиционирование стопорных пазов относительно стопорных болтов), в частности с помощью момента фиксации генератора 7, а также управляемого торможения ротора 3 до положения останова (управление возбуждением при помощи электромагнитного тормоза 70 и управление стояночным тормозом в виде механического рабочего тормоза 40, 40'). В данном случае конкретно предусмотрено то, что в третьей части S-III способа осуществляется автоматическое или ручное введение болтов при помощи механического устройства 50 фиксации (например, введение стопорных болтов в стопорные пазы с образованием геометрического замыкания) или стопорение посредством стояночного тормоза (фрикционное замыкание), для того чтобы надежно предотвращать повторный запуск ротора.
На первом этапе S1 ветроэнергетическая установка переводится в режим технического обслуживания. На втором этапе S2 при помощи кнопочного выключателя, клавиатуры или дисплея и другого человекомашинного интерфейса (MMI) для закрепления болтом или стопорения установки осуществляется выбор необходимого конечного положения, то есть стопорного положения. В качестве положения останова это положение может задаваться, например, с учетом ориентации ротора 7.1 генератора относительно статора 7.2 генератора. Так, например, может выбираться положение между 0 и 360° для определенной лопасти ротора, например для лопасти 3.1 ротора, в качестве конечного положения, например лопасть 3.1 ротора в 12-часовом положении, а затем это положение должно согласовываться с положением останова, которое растрировано при помощи ориентации ротора 7.1 генератора относительно статора 7.2 генератора.
На третьем этапе S3 аэродинамический тормоз 60 может приводиться в действие вследствие того, что приводятся в действие двигатели 61, для того чтобы поворачивать лопасти 3.1, 3.2, 3.3 ротора 3 из потока ветра. Ротор 3 вращается по инерции; вследствие турбулентности и вихревых срывов потока происходит замедление ротора при помощи аэродинамического тормоза 60.
На четвертом этапе S4 может определяться число оборотов и замедление установки.
На пятом этапе S5 для увеличения замедления подается дополнительное возбуждение на полюсные башмаки ротора 7.1 генератора; в частности, при помощи электромагнитного тормоза 70. Возбуждение автоматически выбирается в зависимости от имеющегося числа n оборотов и имеющегося замедления а. Таким образом, может достигаться регулируемое, по меньшей мере управляемое торможение ротора 3. Регулировка возбуждения может оказаться более быстрой и более точной, чем регулировка механического рабочего тормоза 40.
Этапы с S2 по S5 соответствуют, по существу, автоматизированному торможению в первой части S-I способа. Этапы с S6 по S8 и этап S10 соответствуют, по существу, автоматизированному позиционированию во второй части S-II способа. Этапы S1 и S9 соответствуют, по существу, автоматизированному стопорению в третьей части S-III способа.
На шестом этапе S6 может предоставляться в распоряжение программное обеспечение или такой компьютерный программный продукт, который автоматически рассчитывает, при каком числе n оборотов и положении S подводится механический тормоз 40. Это может вызываться синхронным торможением при помощи электромагнитного тормоза 70, например, посредством возбуждения генератора, в частности ротора 7.1 генератора. Вследствие этого ротор 3 останавливается с возможностью регулировки таким образом, что достигнутое согласно предварительно установленному конечному положению положение останова конгруэнтно согласовано с заданным неподвижно относительно установки стопорным положением, в частности при автоматически заблокированном с геометрическим замыканием стопорном устройстве. При упрощенном способе распределение стопорных положений согласовано с распределением полюсов и/или стопорных пазов таким образом, что стопорное положение распределения стопорных положений совпадает с положением фиксации ротора генератора, обусловленным моментом фиксации. Таким образом, последнее позиционирование может достигаться посредством момента фиксации генератора 7. В примере с фиг. 5 стопорный болт 51 оказывается в положении останова напротив стопорного паза 52 вследствие способа регулировки.
В частности для этого на седьмом этапе S7 расчета необходимые параметры замедления тормозной системы 200 могут определяться инкрементным датчиком - как правило, датчиком Sn, Sa сенсорной системы 230 - заранее при тестовом торможении, а при последующих торможениях они могут корректироваться или оптимизироваться. Вследствие этого может достигаться калибровка или автоматическая при непрерывной эксплуатации адаптация параметров замедления механического тормоза 40 и/или электромагнитного тормоза 70, например, в калибровочном модуле 220 устройства 30 регулировки; это может также достигаться, принимая во внимание текущее состояние тормоза тормозной системы 200, и при необходимости также в зависимости от температуры окружающей среды или скорости ветра (измеренной датчиком Sv) ветроэнергетической установки 1000.
Затем на восьмом этапе S8 ротор 3 автоматически останавливается, а именно оказывается в том положении останова, которое согласовано с заданным на этапе S2 конечным положением, причем в положении останова может активироваться не только стояночный тормоз с фрикционным замыканием (например, посредством прилегания с фрикционным замыканием тормозных колодок 41 к тормозному диску 42), но и стопор (например, посредством блокировки с геометрическим замыканием по меньшей мере одного стопорного болта 51 в стопорном пазу 52).
На девятом этапе S9 вручную или автоматически может производиться закрепление болтов или другое стопорение вращающейся части относительно не вращающейся части - в данном случае корпуса 15 втулки ротора относительно корпуса 12 машинного отделения - при помощи механического устройства 40 фиксации в виде стопорного устройства, которое показано в качестве примера на фиг. 5. Стопорение не вызывает проблем, так как стопорный болт 51 оказался в положении останова напротив стопорного паза 52, вследствие способа регулировки.
Тем не менее, если по производственным причинам способ регулировки на этап S10 должен прерываться, и полученное положение останова на этапе S9 не может быть застопорено, то часть S-II и S-III способа для позиционирования и стопорения ротора 3 может повторяться, или одна, или несколько лопастей 3.1, 3.2, 3.3 могут периодически поворачиваться в поток ветра, для того чтобы снова увеличивать число n оборотов и наконец достигать застопориваемого положения останова. Предпочтительно в способе то, что надежность находится в пределах контура регулировки, так что способ может автоматически повторяться без угрозы для обслуживающего персонала Р.
В частности, благодаря использованию возбуждения может дополнительно достигаться замедление механического рабочего тормоза 40 и/или аэродинамического тормоза 60, чтобы замедление ротора 3 могло регулироваться значительно точнее. Кроме того, электромеханический тормоз 40 в качестве рабочего тормоза имеет в сущности лишь два положения - закрытое или открытое - в то время как возбуждение может адаптироваться непрерывно или плавно, например, в линейной стадии импульса или тому подобном, например, возбуждение может устанавливаться на значение в 30% или на другое согласованное значение максимального возбуждения. Таким образом, контур регулировки с устройством 30 регулировки и сенсорной системой 230 и тормозная система 200 (механический тормоз 40, и/или электромагнитный тормоз 70, и/или аэродинамический тормоз 60) делают возможным предельно точное позиционирование ротора 3 в застопориваемом положении останова и последующее, автоматическое, беспроблемное стопорение ротора 3 в положении останова.
Список ссылочных позиций
1 башня
2 гондола
3 ротор
3.1, 3.2, 3.3 лопасти ротора
4 обтекатель
5 головка ротора
7 генератор
7.1 ротор генератора
7.2 статор генератора
7Р полюса
7S статорная обмотка
8 опора лопасти
9 втулка ротора
12 корпус машинного отделения
14 стопорное средство
15 корпус втулки ротора
16 стопорное ребро
16N, 16S паз, трущаяся поверхность
17S, 17Р кронштейн статора, несущая конструкция
18 звездочка статора
19 осевая цапфа
20 машинное отделение
21 платформа
22 азимутальные двигатели
23 азимутальная опора
24 машинная рама
30 датчик
30 устройство регулировки
31, 31', 31'' терминал
40, 40' рабочий тормоз, в частности дисковый тормоз
41 тормозная колодка
42 тормозной диск
45 аэродинамический тормоз
50 устройство фиксации, рабочий тормоз со стопором
51 стопорный болт
51.1 наружная поверхность
52 стопорный паз
52.1, 52.2 открытые боковые поверхности
53 привод
60 аэродинамический тормоз
61 двигатель вывода лопасти из потока ветра
70 электрический тормоз
100 система из ротора 3, генератора 7 и гондолы 2
200 тормозная система
210 модуль торможения
220 калибровочный модуль
230 сенсорная система
240, 250, 260, 270 места соединения
1000, 1000А, 1000В ветроэнергетическая установка
А ось
а замедление
n число оборотов ротора
Р обслуживающий персонал
P1, Р2 положение останова
R радиальное направление
r радиус
S положение
Sv, Sn, Sa датчики для измерения скорости v ветра, замедления а, числа n оборотов
S-I, S-II, S-III части способа U окружность
S1-S10 этапы с 1-го по 10-й способа.