[发明专利]安全停止组件

说明书

本发明描述了一种风力涡轮机的液压叶片变桨距系统（2）的安全停止阀装置（1），包括：蓄能器装置（15），其通过液压管线（14）连接至液压叶片变桨距系统（2）的活塞；冗余的一组安全阀（V1），其被布置在蓄能器装置（15）与活塞之间；小孔口限流喷嘴（N1），其被布置为响应于安全停止输入（STP1）确定第一液压流体流速率；所布置的至少一个速度选择阀（V2）；以及至少一个大孔口限流喷嘴（N2、N2A、N2B），其被布置为响应于正转子加速度输入（STP2）确定第二液压流体流速率，其中，第二流体流速率快于第一流体流速率。本发明进一步描述了一种具有液压叶片变桨距系统（2）的风力涡轮机的安全停止组件（3）。本发明进一步描述了一种执行安全停止序列的方法。

技术领域

本发明描述了一种风力涡轮机的液压叶片变桨距系统的安全停止阀装置；一种具有液压叶片变桨距系统的风力涡轮机的安全停止组件；一种执行用于风力涡轮机的安全停止序列的方法；以及一种具有液压叶片变桨距系统和用于每个液压叶片变桨距系统的这种安全停止装置的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机的空气动力学转子包括可旋转轮毂和多个转子叶片。本发明涉及一种空气动力学转子，对于该空气动力学转子，转子叶片是可变桨距的，即，转子叶片能够利用变桨距运动相对于进入的气流进行定位。叶片可以进行变桨距，使得叶片表面的相对攻角能够使风力涡轮机高效地运行并且优化从风传递至涡轮机转子中的动能。相似地，叶片可以进行变桨距，使得其产生空气动力阻力并且使风力涡轮机转子减速或者在高风速或变化风速下维持稳定的能量产生。在某些条件（诸如，暴风雨、电网漏失、机械或电气部件的故障或失灵等）下，可能需要迅速关闭风力涡轮机。紧急停机应该包括空气动力学转子的旋转运动的减速。然而，在这种紧急情况期间，不应依赖于风力涡轮机控制器来控制叶片的变桨距运动，因为风力涡轮机控制器本身可能无法正确运行或者甚至可能是紧急情况的原因。

因此，为了在紧急停机期间有可靠的叶片变桨距，需要独立且稳健的系统。在一些国家或地区，安全标准可以适用于为应对严重危害（诸如，风力涡轮机转子超速）使用的任何手段。例如，ISO 13849-1标准指定了性能等级“D”（PLd）安全功能必须满足的要求。

当安全功能取决于依赖于多个传感器输入和复杂控制环路的主动控制系统时，很难满足这些要求。在紧急情况期间可能无法保证此类系统的可用性。相反，优选的是独立和被动的控制手段。在具有液压变桨距控制的风力涡轮机的情况下，一种方法可能是在压力下存储液压流体的储备供应，并且在紧急停机期间使该液压流体穿过液压管线以确保逐渐且稳定的变桨距运动。通过液压管线的流体流速率由液压管线中的最小横截面积确定，并且能够通过在液压管线中并入恰当尺寸的限流喷嘴来设定流体流速率的上限。因此，在紧急停止期间的变桨距运动的速度由限流喷嘴的孔口尺寸确定。紧急停机期间的变桨距速度理想地将与停机事件的条件相匹配。与由于转子超速而引起的停机相关联的条件可能不同于与其它类型的紧急停机事件相关联的那些条件，这一事实会引起问题。例如，当转子由于控制故障而加速时，可能会导致转子超速。

当设计必须选择单个紧急变桨距速度的风力涡轮机时，存在约束条件，这些约束条件会限制变桨距速度的选择，该选择既不能太快也不能太慢。必须选择足够低的变桨距速度，否则塔架结构可能会因停止期间迅速的转子减速引起的负推力而过载。在水平轴线风力涡轮机上，负推力作用在迎风方向上，并且如果过大，则可能超过塔架设计的结构限制，从而导致涡轮机倒塌。相反，必须选择足够快的变桨距速度，以防止转子达到过高的转子速度，并且避免由于转子超速所引起的正转子推力而产生结构加载。正推力作用在顺风方向上，并且除了向具有逆风转子的风力涡轮机上的塔架结构施加力之外，正推力还会增加叶片尖端的挠度。当叶片与涡轮机塔架碰撞时，这可能导致灾难性故障。