[發明專利]安全停止組件

有效

• 申請號: 201880040103.7
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN110709601B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: S.H.霍金斯;M.A.克里斯滕森
• 申請（專利權）人: 西門子歌美颯可再生能源公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張小文;王麗輝

本發明描述了一種風力渦輪機的液壓葉片變槳距系統（2）的安全停止閥裝置（1），包括：蓄能器裝置（15），其通過液壓管線（14）連接至液壓葉片變槳距系統（2）的活塞；冗余的一組安全閥（V1），其被布置在蓄能器裝置（15）與活塞之間；小孔口限流噴嘴（N1），其被布置為響應于安全停止輸入（STP1）確定第一液壓流體流速率；所布置的至少一個速度選擇閥（V2）；以及至少一個大孔口限流噴嘴（N2、N2A、N2B），其被布置為響應于正轉子加速度輸入（STP2）確定第二液壓流體流速率，其中，第二流體流速率快于第一流體流速率。本發明進一步描述了一種具有液壓葉片變槳距系統（2）的風力渦輪機的安全停止組件（3）。本發明進一步描述了一種執行安全停止序列的方法。

技術領域

本發明描述了一種風力渦輪機的液壓葉片變槳距系統的安全停止閥裝置；一種具有液壓葉片變槳距系統的風力渦輪機的安全停止組件；一種執行用于風力渦輪機的安全停止序列的方法；以及一種具有液壓葉片變槳距系統和用于每個液壓葉片變槳距系統的這種安全停止裝置的風力渦輪機。

背景技術

風力渦輪機的空氣動力學轉子包括可旋轉輪轂和多個轉子葉片。本發明涉及一種空氣動力學轉子，對于該空氣動力學轉子，轉子葉片是可變槳距的，即，轉子葉片能夠利用變槳距運動相對于進入的氣流進行定位。葉片可以進行變槳距，使得葉片表面的相對攻角能夠使風力渦輪機高效地運行并且優化從風傳遞至渦輪機轉子中的動能。相似地，葉片可以進行變槳距，使得其產生空氣動力阻力并且使風力渦輪機轉子減速或者在高風速或變化風速下維持穩定的能量產生。在某些條件（諸如，暴風雨、電網漏失、機械或電氣部件的故障或失靈等）下，可能需要迅速關閉風力渦輪機。緊急停機應該包括空氣動力學轉子的旋轉運動的減速。然而，在這種緊急情況期間，不應依賴于風力渦輪機控制器來控制葉片的變槳距運動，因為風力渦輪機控制器本身可能無法正確運行或者甚至可能是緊急情況的原因。

因此，為了在緊急停機期間有可靠的葉片變槳距，需要獨立且穩健的系統。在一些國家或地區，安全標準可以適用于為應對嚴重危害（諸如，風力渦輪機轉子超速）使用的任何手段。例如，ISO 13849-1標準指定了性能等級“D”（PLd）安全功能必須滿足的要求。

當安全功能取決于依賴于多個傳感器輸入和復雜控制環路的主動控制系統時，很難滿足這些要求。在緊急情況期間可能無法保證此類系統的可用性。相反，優選的是獨立和被動的控制手段。在具有液壓變槳距控制的風力渦輪機的情況下，一種方法可能是在壓力下存儲液壓流體的儲備供應，并且在緊急停機期間使該液壓流體穿過液壓管線以確保逐漸且穩定的變槳距運動。通過液壓管線的流體流速率由液壓管線中的最小橫截面積確定，并且能夠通過在液壓管線中并入恰當尺寸的限流噴嘴來設定流體流速率的上限。因此，在緊急停止期間的變槳距運動的速度由限流噴嘴的孔口尺寸確定。緊急停機期間的變槳距速度理想地將與停機事件的條件相匹配。與由于轉子超速而引起的停機相關聯的條件可能不同于與其它類型的緊急停機事件相關聯的那些條件，這一事實會引起問題。例如，當轉子由于控制故障而加速時，可能會導致轉子超速。

當設計必須選擇單個緊急變槳距速度的風力渦輪機時，存在約束條件，這些約束條件會限制變槳距速度的選擇，該選擇既不能太快也不能太慢。必須選擇足夠低的變槳距速度，否則塔架結構可能會因停止期間迅速的轉子減速引起的負推力而過載。在水平軸線風力渦輪機上，負推力作用在迎風方向上，并且如果過大，則可能超過塔架設計的結構限制，從而導致渦輪機倒塌。相反，必須選擇足夠快的變槳距速度，以防止轉子達到過高的轉子速度，并且避免由于轉子超速所引起的正轉子推力而產生結構加載。正推力作用在順風方向上，并且除了向具有逆風轉子的風力渦輪機上的塔架結構施加力之外，正推力還會增加葉片尖端的撓度。當葉片與渦輪機塔架碰撞時，這可能導致災難性故障。