[发明专利]水平轴风车

说明书

本申请是申请日为2006年5月22日的国家申请号为200680019351.0的名称为“水平轴风车”的母案申请的分案申请，其中，母案申请的国际申请号为PCT/JP2006/310138。

技术领域

本发明涉及一种逆风型水平轴风车在暴风时的待机。

背景技术

众所周知，所谓水平轴风车广泛地应用于商用。通常的水平轴风车的结构为，具有：转子，其是从轮毂呈放射状地安装至少2片或2片以上的叶片而成；机舱(nacelle)，其与轮毂连接，同时经由沿大致水平方向延伸的主轴而轴支撑该转子；以及塔架(tower)，其沿大致铅垂方向设置，同时可自由偏航旋转地支撑机舱。

并且，当前在水平轴风车中还设有以下控制单元：偏航驱动单元，其可自由地驱动控制机舱的偏航(yaw)旋转；偏航制动器，其对偏航旋转进行制动；以及主轴制动器等，其对转子旋转进行制动。另外，当前的商业风车的大多采取逆风型的水平轴风车的结构。逆风型的水平轴风车，是配置在塔架的上风侧的转子进行旋转而发电的结构。

通常，风车的设计强度受到在暴风中处于待机状态时所承受的负载较大影响。必须假定同时产生停电的情况而设定暴风时的风车负载。下面，说明与水平轴风车的待机方法相关的具有代表性的现有技术1～5。

(现有技术1)

现有技术1是通常的逆风·失速控制风车，在暴风时由制动器固定主轴而进行待机。基本上在待机时将偏航固定。通过进行偏航控制而使转子与风向平行，实现负载的降低。即使能够控制偏航，在进行偏航控制所需的电源被切断的情况下、或与偏航控制相关的某个设备发生故障的情况下，也有可能承受来自全方位的暴风。由此，必须假定来自全方位的暴风而进行设计。通常，在失速控制器的情况下，在产生来自正面及背面的暴风时产生很大的负载。

(现有技术2)

现有技术2是通常的逆风·桨距控制器，在暴风时，使转子空转、将偏航固定而进行待机。在桨距控制器中，控制偏航而使转子朝向上风侧，实现负载降低，但这是以具有偏航控制所必需的电源、同时各设备无故障地进行工作为前提的。通常在桨距控制器的情况下，在横向风及来自斜前方/后方的暴风时，产生很大的负载。图3所示的模型A是现有技术2的待机状态。

(现有技术3)

现有技术3是逆风·桨距控制器，在暴风时，在确保所有叶片成为顺桨后，通过偏航控制使机舱方位角反转大约180(deg)，由扭矩较小的偏航制动器进行保持而待机(例如，参照非专利文献1、专利文献2)。由此，在暴风时，转子被吹向下风侧，能够减少作用在塔架上的负载。现有技术3的待机状态，在外观上与现有技术5相同。图3所示的模型B，是现有技术3及5的待机状态。

(现有技术4)

现有技术4是顺风风车·桨距控制器，在暴风时，确保所有叶片成为顺桨，使转子空转，以自由偏航的方式进行待机。由此，在暴风时，转子被吹向下风侧，能够减少作用在塔架上的负载。图3所示的模型C是现有技术4的待机状态。

(现有技术5)

现有技术5是专利文献1所述的顺风风车·桨距控制器，在确保所有叶片顺桨后，一片一片地使叶片的桨距角改变大约180(deg)，以自由偏航的方式在暴风时待机。与从叶片前缘受风的情况相比，在从后缘受风的情况下，由于最大升力系数大幅减少，另外偏航保持扭矩也较小，所以在其他部位产生的负载变小。现有技术5的待机状态，在外观上与现有技术3相同。图3所示的模型B，是现有技术3及5的待机状态。

专利文献1：特开2006-16984号公报

专利文献2：WO2003/58062

非专利文献1：柴田昌明、林义之，《用于降低设计负载的新观念》，第25次纪念风能利用研讨会，平成15年11月20日，p.225-227

发明内容

在2MW级的风车中，根据上述的现有技术，只要配合风车的规模而良好地进行设计，就能够避免强度问题。但是，由于今后如果进一步大型化，则叶片的刚性会逐渐降低，固有振动频率降低，所以特别在叶片后缘附近承受暴风的情况下，可以预想会发生颤动而容易出现在叶片上产生很大负载的问题。

在具有上述的低刚性叶片的情况下，在现有技术1～3的逆风型水平轴风车中，不管是否在暴风时为待机状态，都无法避免来自叶片后缘附近的暴风，会产生颤动。预想发生的颤动的模式为下述两个种类。

失速颤动：在叶片的失速区域中，相对于迎角的升力倾斜为负，在该区域中的空气动力项产生负衰减效果，提高不稳定倾向。即使是扭曲刚性高的叶片也会产生这种模式。