[發明專利]水平軸風車

有效

• 申請號: 201210019304.3
• 申請日: 2006-05-22
• 公開（公告）號: CN102536658A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 吉田茂雄
• 申請（專利權）人: 富士重工業株式會社
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D1/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 宋亮;姜盛花

本申請是申請日為2006年5月22日的國家申請號為200680019351.0的名稱為“水平軸風車”的母案申請的分案申請，其中，母案申請的國際申請號為PCT/JP2006/310138。

技術領域

本發明涉及一種逆風型水平軸風車在暴風時的待機。

背景技術

眾所周知，所謂水平軸風車廣泛地應用于商用。通常的水平軸風車的結構為，具有：轉子，其是從輪轂呈放射狀地安裝至少2片或2片以上的葉片而成；機艙(nacelle)，其與輪轂連接，同時經由沿大致水平方向延伸的主軸而軸支撐該轉子；以及塔架(tower)，其沿大致鉛垂方向設置，同時可自由偏航旋轉地支撐機艙。

并且，當前在水平軸風車中還設有以下控制單元：偏航驅動單元，其可自由地驅動控制機艙的偏航(yaw)旋轉；偏航制動器，其對偏航旋轉進行制動；以及主軸制動器等，其對轉子旋轉進行制動。另外，當前的商業風車的大多采取逆風型的水平軸風車的結構。逆風型的水平軸風車，是配置在塔架的上風側的轉子進行旋轉而發電的結構。

通常，風車的設計強度受到在暴風中處于待機狀態時所承受的負載較大影響。必須假定同時產生停電的情況而設定暴風時的風車負載。下面，說明與水平軸風車的待機方法相關的具有代表性的現有技術1～5。

(現有技術1)

現有技術1是通常的逆風·失速控制風車，在暴風時由制動器固定主軸而進行待機。基本上在待機時將偏航固定。通過進行偏航控制而使轉子與風向平行，實現負載的降低。即使能夠控制偏航，在進行偏航控制所需的電源被切斷的情況下、或與偏航控制相關的某個設備發生故障的情況下，也有可能承受來自全方位的暴風。由此，必須假定來自全方位的暴風而進行設計。通常，在失速控制器的情況下，在產生來自正面及背面的暴風時產生很大的負載。

(現有技術2)

現有技術2是通常的逆風·槳距控制器，在暴風時，使轉子空轉、將偏航固定而進行待機。在槳距控制器中，控制偏航而使轉子朝向上風側，實現負載降低，但這是以具有偏航控制所必需的電源、同時各設備無故障地進行工作為前提的。通常在槳距控制器的情況下，在橫向風及來自斜前方/后方的暴風時，產生很大的負載。圖3所示的模型A是現有技術2的待機狀態。

(現有技術3)

現有技術3是逆風·槳距控制器，在暴風時，在確保所有葉片成為順槳后，通過偏航控制使機艙方位角反轉大約180(deg)，由扭矩較小的偏航制動器進行保持而待機(例如，參照非專利文獻1、專利文獻2)。由此，在暴風時，轉子被吹向下風側，能夠減少作用在塔架上的負載。現有技術3的待機狀態，在外觀上與現有技術5相同。圖3所示的模型B，是現有技術3及5的待機狀態。

(現有技術4)

現有技術4是順風風車·槳距控制器，在暴風時，確保所有葉片成為順槳，使轉子空轉，以自由偏航的方式進行待機。由此，在暴風時，轉子被吹向下風側，能夠減少作用在塔架上的負載。圖3所示的模型C是現有技術4的待機狀態。

(現有技術5)

現有技術5是專利文獻1所述的順風風車·槳距控制器，在確保所有葉片順槳后，一片一片地使葉片的槳距角改變大約180(deg)，以自由偏航的方式在暴風時待機。與從葉片前緣受風的情況相比，在從后緣受風的情況下，由于最大升力系數大幅減少，另外偏航保持扭矩也較小，所以在其他部位產生的負載變小。現有技術5的待機狀態，在外觀上與現有技術3相同。圖3所示的模型B，是現有技術3及5的待機狀態。

專利文獻1：特開2006-16984號公報

專利文獻2：WO2003/58062

非專利文獻1：柴田昌明、林義之，《用于降低設計負載的新觀念》，第25次紀念風能利用研討會，平成15年11月20日，p.225-227

發明內容

在2MW級的風車中，根據上述的現有技術，只要配合風車的規模而良好地進行設計，就能夠避免強度問題。但是，由于今后如果進一步大型化，則葉片的剛性會逐漸降低，固有振動頻率降低，所以特別在葉片后緣附近承受暴風的情況下，可以預想會發生顫動而容易出現在葉片上產生很大負載的問題。

在具有上述的低剛性葉片的情況下，在現有技術1～3的逆風型水平軸風車中，不管是否在暴風時為待機狀態，都無法避免來自葉片后緣附近的暴風，會產生顫動。預想發生的顫動的模式為下述兩個種類。

失速顫動：在葉片的失速區域中，相對于迎角的升力傾斜為負，在該區域中的空氣動力項產生負衰減效果，提高不穩定傾向。即使是扭曲剛性高的葉片也會產生這種模式。