[發明專利]用于風能轉換器的空氣動力制動裝置的控制裝置和方法

有效

• 申請號: 200980103412.5
• 申請日: 2009-01-22
• 公開（公告）號: CN102105683A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 克勞斯·柯林
• 申請（專利權）人: 克勞斯·柯林
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 陳紅;鄭焱

發明背景

本發明涉及一種限扭矩控制裝置，特別是在垂直軸風力渦輪機中應用的空氣動力制動器，以及采用加熱的方法對垂直軸風力渦輪機氣翼進行消冰的手段。

在風能利用開發的高速向前發展過程中，通常希望以更加高效的方式來分別設計風能設備和風能系統。然而，不管是將風能設備設計為豎直軸風力渦輪機14(VAWT)還是水平軸風力渦輪機(HAWT)，它們在強風條件下的控制是個需要注意的問題。公知的豎直軸風力渦輪機例如是薩沃尼斯(Savonius)風力渦輪機或達里厄(Darrieus)風力渦輪機(主要為旋翼(Giromill)風力渦輪機)。需要注意的是，用于豎直軸風力渦輪機的轉子不能理解為螺旋槳，而是可以分別作為翼狀驅動氣翼和豎直氣翼葉輪，或者阻力葉輪，即風速計，它們都是通過其阻力而被完全驅動。豎直氣翼葉輪遵循類似飛機機翼那樣的產生上升力的活動原則，雖然上升組件不能起到對抗重力的作用(像飛機那樣)，但是，正如本領域技術人員所公知的那樣，水平地與重力矢量呈90度，因此，通過將升力轉化為扭矩以驅動渦輪機。

主要在高風速情況時，轉子的旋轉速度必須受到限制，以避免由于超額的風能造成對風能系統的損害和破壞。此外，即使在風能驅動風能系統時，也必須有能力關閉風能系統，以便維護工作和修理工作。因此，重要的是，每個風能系統包括制動裝置。然而，諸如輪碟形制動器或鼓形制動器的常規制動器是不適合的，因為它們受制于高磨損。此外，必須確保永久的制動能力。基于摩擦的制動器可能會自身加熱直至發生制動失效。在現有技術中，可能通過使用無磨損渦流制動器來解決這個問題。然而，這會導致的問題在于，渦流制動器不允許單獨的控制，并且它們在電源失效或控制失效時也就不起作用了。當電能失效或者控制失效時，現有技術中具有可調整的轉子葉片的系統不再能夠消除風的作用，使得風能會依然持續地驅動轉子而造成自我損壞。因此，需要一種風能設備，當存在故障的時候，該風能設備分別具有自我控制的自動制動促動和自動關閉。在現有技術中，當諸如雷擊的緊急情況發生時還會產生其他的問題，電力控制裝置會失效，從而不可能關閉風力渦輪機(HAWT和/或VAWT)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種盡可能最有效的能力來通過制動器以無磨損方式控制豎直軸風力渦輪機14的轉動，該制動器在存在故障時能夠自我促動而無需額外的控制，而且能夠使豎直軸風力渦輪機14停止。根據本發明，該問題通過根據所附權利要求(特別是權利要求1)所述的用于空氣動力制動器的控制裝置1而得以解決。

根據本發明的一個方面，提供一種用于空氣動力制動器的控制裝置1，其分別具有至少一個氣翼區段和豎直氣翼葉片區段，包括：具有扭轉元件3的彈簧組件總成，其中扭轉元件3另外還設置有用于在縮回位置對空氣動力制動器進行預載的彈簧元件；具有至少一個配重元件5的配重組件總成4，用于通過由足夠高速的轉動而產生的離心力來延伸空氣動力制動器，以及抵抗彈簧元件的預載；具有促動器8的促動器組件總成7，其與空氣動力制動器相聯結并且被促動以延伸空氣動力制動器，也抵抗如果存在的彈簧元件的預載。扭轉元件使得促動器組件總成7和配重組件總成4能夠扭轉。根據本發明實施例的空氣動力制動器能夠控制豎直軸風力渦輪機14的扭矩特征。

根據本發明的另一個方面，提供了一種用于豎直軸風力渦輪機的氣翼區段，其包括至少一個位于豎直軸風力渦輪機的至少一個氣翼區段中的用于豎直軸風力渦輪機的空氣動力制動器的控制裝置，包括：扭轉元件3，該扭轉元件可以包括彈簧元件，以在縮回位置的方向上對空氣動力制動器進行預載；至少一個配重元件，以通過由氣翼區段的足夠高速的轉動而產生的離心力來延伸空氣動力制動器，甚至抵抗彈簧元件的預載；杠桿臂，與促動器連接，其中所述杠桿臂被所述促動器所促動，以延伸空氣動力制動器。

根據本發明的另一方面，提供了一種風能系統，包括至少一個轉子，該轉子具有至少一個用于豎直軸風力渦輪機的氣翼區段，該豎直軸風力渦輪機包括至少一個位于豎直軸風力渦輪機的至少一個氣翼區段中的用于豎直軸風力渦輪機的空氣動力制動器的控制裝置，包括：扭轉元件3，該扭轉元件可以包括彈簧元件，以在縮回位置的方向上對空氣動力制動器進行預載；至少一個配重元件，通過由氣翼區段的足夠高速的轉動而產生的離心力而延伸空氣動力制動器，以通過由氣翼區段的足夠高速的轉動而產生的離心力來延伸空氣動力制動器抵抗彈簧元件的預載；杠桿臂，與促動器連接，其中所述杠桿臂被所述促動器促動，以延伸空氣動力制動器。

根據本發明的另一方面，提供了一種對具有控制裝置的豎直軸風力渦輪機進行空氣動力制動操作的方法。