葉片槳距控制裝置、風力發電裝置及葉片槳距控制方法
2023-06-02 22:16:36
專利名稱：葉片槳距控制裝置、風力發電裝置及葉片槳距控制方法
技術領域：
本發明涉及葉片槳距控制裝置、風カ發電裝置及葉片槳距控制方法。
背景技術：
通過可轉動地連結多個葉片的轉子的旋轉而進行發電的風カ發電裝置，如專利文獻I所述，設有用於驅動葉片的液壓缸。並且，通過液壓缸進行驅動，使各葉片相對於轉子轉動，改變葉片的槳距。 並且，作為向液壓缸供給工作液的液壓泵，存在使用可變排出量型液壓泵(例如，作為斜板式液壓泵的軸向活塞泵)的情況。該液壓泵具有排出流量在泵的設定範圍內追隨負荷流量的優點。專利文獻I JP特開2002-303255號公報但是，上述液壓泵中，排出流量追隨負荷流量，但另一方面排出壓カ不追隨負荷壓力，因此排出壓カ與負荷壓力之間的差壓變為損失能量，主要作為熱能量而損失，使工作液的溫度上升。因此，用於驅動泵的電動機的輸出僅以上述差壓的量過大，且根據差壓引起的溫度上升也需要用於使工作液的溫度成為適當溫度的以油冷卻器為代表的冷卻功能。
發明內容
本發明鑑於上述情況而創立，其目的在於提供一種葉片槳距控制裝置、風カ發電裝置及葉片槳距控制方法，所述葉片槳距控制裝置即使將排出壓カ不追隨負荷壓力的可變排出量型液壓泵在向用於改變葉片的槳距角的液壓缸供給工作液的供給中使用，也能夠減少該液壓泵的排出壓カ和負荷壓力的差壓。為了解決上述課題，本發明的葉片槳距控制裝置、風カ發電裝置及葉片槳距控制方法採用以下的単元。S卩，本發明的葉片槳距控制裝置，是利用可轉動地連結多個葉片的轉子的旋轉進行發電的風カ發電裝置的葉片槳距控制裝置，包括液壓缸，與所述葉片連結，且通過進行驅動而改變所述葉片的槳距角；可變排出量型液壓泵，向所述液壓缸供給工作液，排出壓カ不追隨負荷壓力且在預先確定的第一壓カ以上不排出工作液；閥，在所述液壓泵的排出壓力為設定壓カ時，為了改變所述液壓泵的排出量並使所述液壓泵的排出壓カ為小於所述第一壓カ的第二壓カ而成為開狀態；及排出壓カ設定單元，基於所述液壓缸需要的液壓來設定所述設定壓力，以使所述第二壓カ成為通過所述液壓缸使所述槳距角變化為規定角度的壓力。根據本發明，液壓缸與風カ發電裝置的葉片連結，通過進行驅動而改變葉片的槳距角，可變排出量型液壓泵是例如斜板式的液壓泵(軸向活塞泵)、徑向活塞泵，向液壓缸供給工作液，排出壓カ不追隨負荷壓力，且在預先確定的第一壓カ以上不排出工作液。閥在液壓泵的排出壓カ為設定壓力時成為開狀態，由此改變液壓泵的排出量，使液壓泵的排出壓カ為小於第一壓カ的第二壓力。並且，通過排出壓カ設定單元，基於液壓缸需要的液壓設定使閥成為開狀態的設定壓力，以使第二壓カ成為通過液壓缸使槳距角變化為規定角度的壓力。因此，液壓泵的排出壓カ成為用於驅動液壓缸所需最低限度的壓力，因此，即使將可變排出量型液壓泵用於向液壓缸供給工作液的供給中，也能夠減少液壓泵的排出壓カ和負荷壓力的差壓，其中，所述液壓缸用於改變葉片的槳距角。另外，本發明的葉片槳距控制裝置也可以是，具備多個所述液壓缸，所述排出壓カ設定單元基於多個所述液壓缸需要的液壓中最高的液壓來設定所述設定壓力。根據本發明，即使液壓缸需要的液壓對各液壓缸每ー個不同，也利用排出壓カ設定單元基於最高的液壓設定閥成為開狀態的設定壓力。因此，即使風カ發電裝置的葉片的槳距角被分別獨立控制，也能夠減少液壓泵的排出壓カ和負荷壓力的差壓。 另外，本發明的葉片槳距控制裝置也可以是，具備測定所述液壓缸產生的物理量的測定單元，所述排出壓カ設定單元使用通過所述測定單元測定到的所述物理量來導出所述液壓缸需要的液壓，基於該導出的液壓設定所述設定壓力。根據本發明，通過排出壓カ設定單元，使用由測定單元測定到的物理量而導出液壓缸需要的液壓，基於該導出的液壓設定閥成為開狀態的設定壓力，因此，能夠更簡易地始終導出液壓缸需要的液壓。另外，本發明的葉片槳距控制裝置也可以是，所述排出壓カ設定單元使用所述風カ發電裝置具有的信息導出所述液壓缸需要的液壓，並基於該導出的液壓設定所述設定壓力。根據本發明，通過排出壓カ設定單元，使用風カ發電裝置具有的信息導出液壓缸需要的液壓，基於該導出的液壓設定閥成為開狀態的設定壓力，因此，能夠以簡易的構成始終導出液壓缸需要的液壓。另外，也可以將所述風カ發電裝置具有的發電機輸出、所述葉片的槳距角、所述葉片的方位角、及所述轉子的轉速中的至少ー個作為所述風カ發電裝置具有的信息。根據本發明，S卩，使用幾何學上變換的缸推力導出液壓缸需要的液壓，因此能夠更簡易地導出液壓缸需要的液壓。另ー方面，本發明的風カ發電裝置包括具有多個葉片的轉子；及用於改變所述轉子具有的多個葉片的槳距角的上述記載的葉片槳距控制裝置。根據本發明，由於具有上述記載的葉片槳距控制裝置，因此能夠使液壓泵的排出壓カ成為為了驅動液壓缸所需最低限度的壓力，因此能夠減少液壓泵的排出壓カ和負荷壓力的差壓。並且，本發明的葉片槳距控制方法，是包括液壓缸和可變排出量型液壓泵的風カ發電裝置的葉片槳距控制方法，所述液壓缸與所述葉片連結且通過進行驅動而改變所述葉片的槳距角，所述可變排出量型液壓泵向所述液壓缸供給工作液並且排出壓カ不追隨負荷壓カ且在預先確定的第一壓カ以上不排出工作液，該葉片槳距控制方法包括下述エ序通過在所述液壓泵的排出壓カ成為設定壓カ時為了改變所述液壓泵的排出量並使所述液壓泵的排出壓カ成為小於所述第一壓カ的第二壓カ而成為開狀態的閥，基於所述液壓缸需要的液壓設定所述設定壓力，以使該第二壓カ成為通過所述液壓缸使所述槳距角變化為規定角度的壓力。根據本發明，液壓泵的排出壓カ成為為了驅動液壓缸所需最低限度的壓力，因此能夠減少液壓泵的排出壓カ和負荷壓力的差壓。發明效果根據本發明，具有如下優良效果即使將排出壓カ不追隨負荷壓力的可變排出量型液壓泵使用於向液壓缸供給工作液的供給中，也能夠減少該液壓泵的排出壓カ和負荷壓力的差壓，其中，所述液壓缸用於改變葉片的槳距角。
圖I是本發明的第I實施方式的風カ發電裝置的外觀圖。
圖2是表示本發明的第I實施方式的用於控制葉片的槳距角的葉片槳距控制裝置的構成的框圖。圖3是軸向活塞泵的損失能量的說明中所需要的圖，(A)表示使用了軸向活塞泵的液壓迴路的一例，(B)是表示軸向活塞泵的排出壓カ和排出流量之間的關係的一例的坐標圖。圖4是本發明的第I實施方式的液壓泵的液壓迴路圖。圖5是表示本發明的第I實施方式的排出壓カ控制程序的處理的流程的流程圖。圖6是表示本發明的第I實施方式的壓カ控制閥設定處理的效果的圖。圖7是表示本發明的第2實施方式的用於控制葉片的槳距角的葉片槳距控制裝置的構成的框圖。圖8是表示本發明的第2實施方式的排出壓カ控制程序的處理的流程的流程圖。
具體實施例方式以下，參照
本發明的葉片槳距控制裝置、風カ發電裝置及葉片槳距控制方法的ー實施方式。〔第I實施方式〕以下，說明本發明的第I實施方式。圖I是本第I實施方式的風カ發電裝置10的外觀圖。圖I所示的風カ發電裝置10具有在基礎12上直立設置的支柱14、在支柱14的上端設置的機艙16、及可繞大致水平的軸線旋轉且設於機艙16的轉子18。轉子18上，多枚(本第I實施方式中為3枚)風車旋轉葉片(以下簡稱為「葉片20」)繞轉子18的旋轉軸線呈放射狀地安裝在轉子18上。由此，從轉子18的旋轉軸線方向吹向葉片20的風カ被轉換成使轉子18繞旋轉軸線旋轉的動力，該動カ被發電機(未圖示)轉換成電力。此外，葉片20可相對於風向轉動地連結於轉子18，能夠控制葉片20的槳距角。這種風カ發電裝置10例如在單獨控制葉片20的槳距角的葉片槳距控制裝置40 (參照圖2)中利用液壓。另外，設置有潤滑裝置，該潤滑裝置對於支承與葉片20—體地旋轉的主軸的軸承、使葉片20及主軸的轉速增加的增速機等的旋轉/滑動部供給潤滑油而進行潤滑。
圖2是表示第I實施方式的用於控制葉片20的槳距角的葉片槳距控制裝置40的構成的框圖。葉片槳距控制裝置40包括油罐42、液壓泵44、電磁比例方向流量控制閥46A、46B、46C、及液壓缸48A、48B、48C，分別通過液壓配管50連接。此外，電磁比例方向流量控制閥46A、46B、46C及液壓缸48A、48B、48C對應於各葉片20的每ー個而設置。在以下的說明中，在區別各電磁比例方向流量控制閥的情況下，在標號的末尾附加A C中的任ー個，在不區另Ij各電磁比例方向流量控制閥的情況下，省略A C。另外，在區別各液壓缸的情況下，在標號的末尾附加A C中的任ー個，在不區別各液壓缸的情況下，省略A C。油罐42中儲藏有工作液，該工作液由液壓泵44被吸引及升壓，通過液壓配管50並經由旋轉接頭52及分配塊54，被向對各葉片20的每ー個設置的電磁比例方向流量控制閥46及液壓缸48供給。向電磁比例方向流量控制閥46發送槳距角指令值，該槳距角指令值從負責風カ 發電裝置10的整體的控制的主控制部56發送且表示葉片20的槳距角的設定值。並且，電磁比例方向流量控制閥46基幹與接收到的槳距角指令值對應的閥芯位置指令值，根據改變葉片20的槳距角的方向切換液壓流路，並且控制向液壓缸48供給的工作液的流量。液壓缸48與葉片20連結，通過進行驅動而改變葉片20的槳距角。向液壓缸48供給的工作液根據電磁比例方向流量控制閥46設定的液壓流路及流量將活塞向左右任一方推壓。其結果是，與液壓缸48的活塞杆連結的葉片20對應於活塞的移動方向而轉動，被控制成期望的槳距角。旋轉接頭52將機艙16 (固定部)側的液壓配管50和轉子18 (旋轉部)側的液壓配管50連接，分配塊54向各電磁比例方向流量控制閥46分配工作液。另外，本第I實施方式的液壓缸48具備測定各個液壓缸48產生的物理量的測定部58。此外，本第I實施方式的測定部58測定液壓缸48的推力作為上述物理量。此處，本第I實施方式的液壓泵44是排出流量追隨負荷流量但排出壓カ不追隨負荷壓力、且在預先確定的截止壓力以上不排出工作液的可變排出量型的液壓泵(本第I實施方式中，作為一例示出斜板式的液壓泵(所謂的軸向活塞泵))。圖3(A)表示使用了現有的軸向活塞泵70的液壓迴路的一例，圖3(B)是示出軸向活塞泵70的排出壓カ和排出流量之間的關係的坐標圖。如圖3 (A)所示，設從被電動機72驅動的軸向活塞泵70排出的排出流量為Qin，設排出壓カ為Pin。另ー方面，設經由節流閥74連接的液壓馬達(負荷)76的負荷流量為Qwt，設負荷壓カ為P-。並且，圖3(B)的實線是表示軸向活塞泵70的預先設定的排出壓カ和排出流量之間的關係的液壓-流量曲線，存在以馬カ(排出壓カ和排出流量之積)為一定的方式進行馬力控制的情況。該情況下，如式(I)所示，排出壓カPin和負荷壓力Pwt的差壓AP與排出流量Qin之積相當於損失能量AL。數學式I=(kw) -(1)
60另ー方面，點劃線是未進行馬力控制的情況，該情況下，截止壓力Peutoff和負荷壓力Ptjut的差壓與排出流量Qin之積相當於損失能量。
數學式2
權利要求
1.一種葉片槳距控制裝置，是利用可轉動地連結多個葉片的轉子的旋轉進行發電的風カ發電裝置的葉片槳距控制裝置，包括 液壓缸，與所述葉片連結，且通過進行驅動而改變所述葉片的槳距角； 可變排出量型液壓泵，向所述液壓缸供給工作液，排出壓カ不追隨負荷壓力且在預先確定的第一壓カ以上不排出工作液； 閥，在所述液壓泵的排出壓カ為設定壓力吋，為了改變所述液壓泵的排出量並使所述液壓泵的排出壓カ為小於所述第一壓カ的第二壓カ而成為開狀態；及 排出壓カ設定單元，基於所述液壓缸需要的液壓來設定所述設定壓力，以使所述第二壓カ成為通過所述液壓缸使所述槳距角變化為規定角度的壓力。
2.根據權利要求I所述的葉片槳距控制裝置， 具備多個所述液壓缸， 所述排出壓カ設定單元基於多個所述液壓缸需要的液壓中最高的液壓來設定所述設定壓カ。
3.根據權利要求I所述的葉片槳距控制裝置， 具備測定所述液壓缸產生的物理量的測定單元， 所述排出壓カ設定單元使用通過所述測定單元測定到的所述物理量來導出所述液壓缸需要的液壓，基於該導出的液壓設定所述設定壓力。
4.根據權利要求I所述的葉片槳距控制裝置， 所述排出壓カ設定單元使用所述風カ發電裝置具有的信息導出所述液壓缸需要的液壓，並基於該導出的液壓設定所述設定壓力。
5.根據權利要求4所述的葉片槳距控制裝置， 所述風カ發電裝置具有的信息是所述風カ發電裝置具有的發電機輸出、所述葉片的槳距角、所述葉片的方位角、及所述轉子的轉速中的至少ー個。
6.ー種風カ發電裝置，包括 具有多個葉片的轉子；及 用於改變所述轉子具有的多個葉片的槳距角的權利要求I至權利要求5中任意ー項所述的葉片槳距控制裝置。
7.一種葉片槳距控制方法，是包括液壓缸和可變排出量型液壓泵的風カ發電裝置的葉片槳距控制方法，所述液壓缸與所述葉片連結且通過進行驅動而改變所述葉片的槳距角，所述可變排出量型液壓泵向所述液壓缸供給工作液並且排出壓カ不追隨負荷壓力且在預先確定的第一壓カ以上不排出工作液，該葉片槳距控制方法包括下述エ序 通過在所述液壓泵的排出壓カ成為設定壓カ時為了改變所述液壓泵的排出量並使所述液壓泵的排出壓カ成為小於所述第一壓カ的第二壓カ而成為開狀態的閥，基於所述液壓缸需要的液壓設定所述設定壓力，以使該第二壓カ成為通過所述液壓缸使所述槳距角變化為規定角度的壓力。
全文摘要
液壓缸(48)與風力發電裝置的葉片(20)連結，且通過進行驅動而改變葉片(20)的槳距角，可變排出量型液壓泵(44)向液壓缸(48)供給工作液，且排出壓力不追隨負荷壓力。壓力控制閥在液壓泵(44)的排出壓力為設定壓力時，為了改變液壓泵(44)的排出量而使液壓泵(44)的排出壓力成為小於截止壓力的壓力而成為開狀態。並且，設定控制部(60)基於液壓缸(48)需要的液壓設定上述設定壓力，以使上述壓力成為通過液壓缸(48)使槳距角變化為規定角度所需的最低限度的壓力，因此，能夠減少液壓泵(44)的排出壓力和負荷壓力的差壓，且能夠降低消耗電力。
文檔編號F03D7/04GK102741548SQ20108000289
公開日2012年10月17日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者關誠太, 沼尻智裕 申請人:三菱重工業株式會社