CN1549897A - 逆风型风力涡轮机及其操作方法 - Google Patents

逆风型风力涡轮机及其操作方法 Download PDF

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Abstract

提供一种即使当吹过强风时发生停电的情况下，仍能够通过避免过大的不均匀载荷沿倾斜方向作用在叶片上以防止叶片发生损坏的逆风型风力涡轮机结构及其操作方法。在所述具有一个支撑在一个支撑件上用以进行旋转的逆风型风力涡轮发电机中，当检测风速高于预定的切断风速时，该机舱从正常的逆风位置旋转180°至一个顺风位置，并且在该顺风位置中保持备用状态，所述切断风速是用于移至一个怠速操作状态的参考风速。当所述检测风速高于根据最大允许瞬时风速确定的DWSS风速时，机舱从一个逆风位置向一个顺风位置旋转，并且释放该偏向制动器。

Description

逆风型风力涡轮机及其操作方法
发明的领域
本发明适用于一种风力涡轮发电机，并且涉及一种逆风型风力涡轮机，该逆风型风力涡轮机具有一个带有多个叶片的转子，所述叶片安装在机舱的前部，该机舱被支撑在一个支撑件上用以旋转，该转子借助风力旋转，以便通过一个转子轴驱动一个从动机械、例如一个发电机，并且涉及其操作方法。
背景技术
在高地例如丘陵或山的顶部上、或者例如在风速很高的海上等地点可以建立风力涡轮发电厂，该风力涡轮发电厂通过建立多个风力涡轮发电单元，具有很高的产生电能的能力，所述各风力涡轮发电单元利用通过向多个叶片施加风力产生的旋转力，以便经由一个旋转轴线来驱动发电机从而发电。通常通过调整连接到风力涡轮转子上的叶片的螺旋角来控制该发电机组，用以保持与工作时的风能和要消耗的能量(所需要产生的能量)相应的所需能量的产生。
在风力涡轮发电机单元的应用中，流行采用一种逆风型风力涡轮机，其转子具有安装在支撑于一支撑件上的机舱前部的叶片。
在日本专利申请公开No.5-60053中公开了一种类似的逆流型风力涡轮机，它具有一个借助一个主轴(涡轮转子轴)支撑涡轮转子的机舱(风力涡轮机转子支撑体)，在机舱中装有一个能量转换单元、例如一个发电机和一个用于将主轴的旋转传递给能量转换单元的传递机构，并且对所述机舱进行支撑，用以在一个竖立于地面或船上的支撑件上的一个水平面中旋转。
如专利文献1(日本专利申请公开No.8-82277)中所示，在一个风力涡轮发电单元中，采用一个偏向控制(方位控制)装置保持叶片的旋转表面始终朝向风的方向，以便通过旋转支撑风力涡轮机的机舱使风力有效地作用于叶片上，所述机舱用于根据风的方向进行旋转。该装配有一个偏向控制装置的风力涡轮机设有一个偏转制动器，用于当由于台风等原因风力很强时对可以根据风的方向旋转的机舱进行制动。
如图13和以透视图表示图13中的Z部分的细节的图14中所示，偏转制动器3用于锁定由叶片101、一个转子105、一个转子轴和一个机舱102组成的风力涡轮机主体(wind turbine proper)100A。一个旋转座轴承3 12位于支撑件106的顶面和安装在支撑件106上的风力涡轮机主体100A之间。制动盘304安装在支撑件106和轴承312之间。一个具有液压缸301a、301b和一个制动卡钳的液压致动盘制动单元310夹着制动盘304。通过用液压致动盘制动单元310从上、下侧压住制动盘，对风力涡轮机主体100A相对于支撑件106的旋转进行制动。
在装配有偏向控制装置和偏转制动器的所述逆风型风力涡轮发电机中，在正常操作中利用偏向控制装置控制机舱进行旋转，以便叶片的旋转表面总是朝向风的方向。当由于骤风或台风引起的强风等而产生停电时，不可能进行偏向控制，从而通过启动所述偏向制动器将机舱锁住。
如上所述，采用所述专利文献1中公开的现有技术，主要是通过启动偏向制动器来锁住机舱的旋转，以便当由于骤风或台风引起的强风造成停电时，使机舱保持稳定状态。因此，当在机舱的旋转被锁定在一个稳定状态下的情况下强风沿着一个斜向的方向吹到叶片上时，由于过大的偏载荷沿着斜向方向作用在叶片上，所以在叶片中经常发生断裂。
发明的内容
本发明是鉴于现有技术中的问题而做出的。本发明的一个目的是提供一种逆风型涡轮，其结构使得它具有一个用于通过一个主轴(风力涡轮轴)来支撑一个风力涡轮机转子的机舱，所述机舱中装有一个能量转换单元、例如一个发电机和一个用于将主轴的旋转传递给能量转换单元的传动机构，并且对它进行支撑，以便在一个竖立于地面或船上的支撑件上于一个水平面中进行旋转，从而通过即使在吹过强风而停电时仍能避免不均匀的过大载荷、例如沿着斜向方向作用的载荷的作用，而防止叶片断裂的发生，并且本发明涉及该风力涡轮机的操作方法。
采用风力涡轮机的发电单元具有变大的尺寸，并且风力涡轮机的能力将连续增强。因而，为减小风力涡轮机的重量和成本，减小空气动力载荷是绝对必要的。
本发明的另一个目的是提供一种逆风型风力涡轮机及其操作方法，其中，该风力涡轮机具有一个借助作用在固定于其上的叶片上的风力进行旋转的转子和一个通过转子轴支撑该转子的机舱，机舱受到支撑以在一个竖立在地面或船上的支撑件上旋转，可以在一个水平面中自由旋转，借助所述特征的优点，可以减小由因为台风、旋风或骤风而产生的强大风力施加的临界载荷(对于风力涡轮机部件的强度造成故障的载荷)。
本发明解决了前述问题。第一个发明是逆风型涡轮机，其构成如下，一个风力涡轮机主体，包括一个支撑着的机舱，用以在一个竖立在地面或船上的支撑件上于一个水平面内旋转；和一个具有多个叶片的转子，该转子设置在机舱的前部并且借助风力旋转，通过一个与所述转子连接的转子轴驱动一个待驱动机构、例如一个发电机，其中，设有一个设置在所述支撑件和所述机舱之间的驱动机构，用于旋转所述风力涡轮机主体，并且设有一个用于借助朝向顺风位置的叶片以在90°和270°之间的任意角度旋转该转子的控制器，优选地，根据接受到的风速、转子旋转速度和待驱动的机械的异常信号中的至少一个信号，以180°的正顺风位置将转子保持在一个备用条件下。
在本发明中，优选地，所述控制信号是这样一些信号组合，其中一个信号是检测作用于叶片上的速度比切断风速(例如20～25km/h)大的信号，另一个信号是检测风力涡轮机进入怠速操作状态的的信号，该切断风速作为用于移至怠速操作状态的预定参考风速。
进而，优选地，所述控制信号是这样一些信号的组合，其中一个信号是一个检测作用在叶片上的风速比作为涡轮机支架将要移至一个怠速操作状态的参考速度的切断风速大的信号，另一个信号是检测风力涡轮机主体进入怠速操作状态的信号，再一个信号是检测作用在叶片上的风速大于用于避免过载且比预定切断风速大的临界风速的信号，该临界风速(移至顺风软支撑位置的平均风速)是由作用在叶片上的风力引起的在风力涡轮机主体的关键部分上的应力比从强度角度考虑的风力涡轮机主体的允许临界应力低大约3～4σ(σ是关于有关材料的疲劳寿命的分散标准偏差)的风速。
在本发明中，优选地，一个用于允许风力涡轮机主体从顺风位置返回最初的逆风位置的恢复信号，是一个确定作用在叶片上的风速低于所述临界风速(移至顺风软支撑位置的平均风速)的信号，其中所述临界风速高于所述确定用于避免在风力涡轮机主体上产生过载的切断风速。
进而，在本发明中优选地，设有一个用于检测作用在叶片上的风速的风速检测器，和一个用于检测主轴的旋转速度的风力涡轮机旋转速度检测器，并且所述控制器设有一个用于对由所述风速检测器检测的风速和预定的切断风速进行比较的装置，和一个用于当检测的风速高于切断风速时、借助从所述风力旋转速度检测器输入的风力涡轮机旋转速度信号检测风力涡轮机主体是否处于怠速操作状态的装置。
进而，在本发明中优选地，一个与所述旋转驱动机构形成一体的旋转驱动体设有一个制动装置，并且当其从一个逆风位置向一个顺风位置旋转时，利用所述制动装置抑制用于旋转风力涡轮机主体的旋转力。
进而，在本发明中优选地，提供一种偏向制动操作控制装置，该装置当处于顺风位置时可以将用于固定风力涡轮机主体支撑方向的偏向制动装置释放。
进而，在本发明中优选地，一个发电单元作为一个被驱动机构连接到所述转轴上，设有一个用于检测发电机停电的停电检测器，并且所述控制器设有一个用于启动一个电池的电池控制装置，以便当从所述停电检测器输出发电单元的停电检测信号时，使风力涡轮机主体从一个逆风位置向一个顺风位置旋转。
进而，在本发明中优选地，设有一个偏向马达，用于绕着支撑在支撑件上的机舱旋转轴线旋转风力涡轮机主体，并且执行风力涡轮机主体和用于对其旋转进行制动的偏向马达制动器的偏向控制(方位控制)，并且，所述控制器允许停止偏向控制、释放所述偏向制动器，和使要施加的所述偏向马达启动，以便在风力涡轮机主体移至一个顺风位置之后、允许风力涡轮机主体自然地追随风的方向。
进而，在本发明中优选地，将一个发电机单元作为待驱动机构连接到所述转子轴上，并且设有一个用于检测发电机单元的停电的停电检测器，一个用于绕着支撑在支撑件上的机舱的旋转轴线旋转风力涡轮机主体并对风力涡轮机主体进行的偏向控制(方位控制)的偏向马达，和一个用于对其旋转进行制动的马达制动器，并且，当从所述停电检测器输入一个发电机单元的停电检测信号时，所述控制器允许释放所述偏向制动，并且使所述偏向马达启动，以便能够限制机舱从逆风位置向顺风位置的旋转速度。
进而，在本发明中优选地，将发电机单元作为一个待驱动的机构连接到所述主轴上，设有一个用于检测发电机单元的停电的停电检测器，并且，当从所述停电检测器输入停电信号时，所述控制器允许以低速缓慢释放所述偏向制动，并且使所述风力涡轮机主体从一个逆风位置向一个顺风位置旋转。
本发明的第二个发明是一种逆风型风力涡轮机的操作方法，所述逆风型风力涡轮机包括一个风力涡轮机主体，该风力涡轮机主体包括一个受到支撑以便在一个竖立于地面或船上的支撑件上且在一个水平面中旋转的机舱、和一个具有多个叶片的马达，该马达设置在机舱的前部且借助风力旋转，通过一个连接到所述转子上的主轴驱动一个待驱动的机械、例如一个发电机，其中，使所述具有叶片的转子以在90°和270°之间的任意角度向着一个顺风方向旋转，以便根据接收到的风速、转子的旋转速度、和待驱动的机械的异常信号中的至少一个信号，将该转子保持在一个备用条件下。
在本发明中优选地，在风力涡轮机主体进入怠速操作状态之后，当检测到作用在叶片上的风速比作为用于移至怠速操作状态的参考风速的切断风速大时，风力涡轮机主体旋转90°和270°之间的任意角度。
进而，在本发明中优选地，根据一个检测作用在叶片上的风速大于切断风速的信号、和一个在检测到风力涡轮机主体进入怠速操作状态之后对最大瞬时风速进行检测的第三信号，在90°和270°之间旋转该风力涡轮机架。
进而，在本发明中优选地，所述第三信号是一个检测所述第三风速大于最大瞬时风速(移至顺风软支撑位置的风速)的信号，所述风速是作用在风力涡轮机主体上的风力比从强度角度考虑风力涡轮机主体所允许的临界风力低一定量时的风速。
进而，在本发明中优选地，当确定在所述备用状态下的最大瞬时风速等于或低于最大瞬时风速(移至顺风软支撑位置时的风速)之后，风力涡轮机主体从顺风位置中的怠速操作状态返回到初始的逆风位置，所述后一最大瞬时风速是作用在风力涡轮机主体上的风力比从强度角度考虑风力涡轮机主体所允许的临界力低一定量时的风速。
进而，在本发明中优选地，通过所述风力涡轮机旋转速度检测信号检测所述怠速操作状态。
进而，在本发明中优选地，当风力涡轮机主体从一个逆风位置向一个顺风位置旋转时，利用一个制动装置抑制用于旋转风力涡轮机主体的力。
进而，在本发明中优选地，释放用于对风力涡轮机主体的旋转进行制动的偏向制动器，以便在其移动至顺风位置之后，允许该主体保持可以随着风向自由摆动的备用状态下。
进而，在本发明中优选地，在移至一个顺风位置之后，执行用于根据风向改变风力涡轮机主体方向的偏向控制(方位控制)。
进而，在本发明中优选地，释放偏向制动器，并且允许风力涡轮机主体随着风自由地向一个顺风位置旋转，同时启动一个偏向马达制动器，以便对一个偏向马达的旋转进行制动，所述偏向马达的结构使其绕着支撑件旋转风力涡轮机主体，并且执行风力涡轮机主体的偏向控制(方位控制)。
进而，在本发明中优选地，在所述具有作为从动机构而连接到主轴上的发电机的逆风型风力涡轮机的操作中，当输入发电机单元的停电信号时，以90°和270°之间一个任意的角度旋转该风力涡轮机主体。
进而，在本发明中优选地，当检测到具有作为从动机构连接到主轴上的发电机的所述风力涡轮发电单元停电时，释放用于对所述风力涡轮机主体的旋转进行制动的偏向制动器，启动一个电池，以便绕着支撑件旋转风力涡轮机主体，同时启动一个偏向马达，以便对偏向马达的旋转进行制动，所述偏向马达使风力涡轮机主体绕着支撑件旋转并且执行风力涡轮机主体的偏向控制(方位控制)。
因此，根据本发明，在正常操作中，该风力涡轮机按照风向旋转以便受到控制，从而使叶片的旋转面始终与风向相对。
另一方面，当从风速检测器向控制器输入的检测风速高于在控制器中预先设定的切断风速，并且在骤风或强风作用在风力涡轮机上的情况下、从风力涡轮机旋转速度检测器输入的风力涡轮机旋转速度变成怠速操作状态下的速度时，控制器允许风力涡轮机主体从逆风位置旋转一个90°和270°之间的角度以转移到顺风位置，并且保持在备用状态下。
当风力涡轮机处于叶片旋转平面位于支撑件的顺风方向的顺风位置上时，以沿着与叶片旋转平面倾斜的方向吹的风发挥作用，以便使转子的主轴指向风的方向，从而当产生骤风或强风时，允许逆风型涡轮机向着顺风方向移动，优选移动至一个完全顺风的位置，并且在该处保持备用状态，该风力涡轮机可以跟随风向而不需要专门的偏向控制。
借此，即使当骤风或强风沿斜向方向作用在叶片上时，允许风力涡轮机主体自动地跟随风的方向、并且避免不均匀的过大载荷沿着斜向方向作用在叶片上，从而防止由于过载造成叶片损坏。
进而，根据本发明，在风力涡轮机主体借助一个控制装置从一个逆风位置向一个顺风位置移动并且固定在该处之后，通过释放偏向制动器并且将其保持在释放状态下，可以提高风力涡轮机主体追随风向改变的自由度，并且，当强风沿斜向方向吹到叶片上时，可以更可靠地避免不均匀的过大载荷作用在叶片上。
根据本发明，还可以进行偏向控制，即，与处于逆风位置中时类似，在风力涡轮机主体移至一个顺风位置之后，根据风向改变风力涡轮机主体的方向。
进而，根据本发明，在当由于骤风或强风导致发电设备故障而产生停电而使偏向控制变为不可能的情况下，可以利用控制器接通电池，允许借助电池的能量使该风力涡轮机主体从一个逆风位置向顺风位置旋转一个90°～270°的角度，优选利用电池能量从逆风位置向完全顺风位置旋转180°，并且在该处保持备用状态，并且随后释放偏向制动器。因此，通过利用电池的能量将风力涡轮机移动至一个顺风位置并随后释放偏向制动器，风力涡轮机机架可以随风向自由改变，而不需要设置特定的电源，并且当强风吹沿着斜向方向吹到叶片上时，可以避免不均匀的过大载荷作用在叶片上。
如果一个逆风型涡轮机这样构成，使得当作用在叶片上的风速高于切断速度时，风力涡轮机主体从一个逆风位置向一个顺风位置移动，所述切断速度是用于向一个怠速操作状态改变的参考风速，当风速强烈地波动时，频繁地产生一种状态，即，被检测风速的平均值超过预定的切断风速(平均值)，并且在每次产生上述条件时都需要将风力涡轮机主体从一个逆风位置移动至一个顺风位置，从而造成风力涡轮机的操作效率大大下降。
然而，根据本发明，根据与考虑到风力涡轮机强度的最大允许载荷一致的最大瞬时风速(临界风速)检测第三风速，该第三风速大于作为用于移动至怠速操作状态的参考风速的切断风速，并且，当风力涡轮机的旋转速度处于空转操作状态时，当作用在叶片上的风速变得高于临界风速(用于移动至顺风软支撑位置的平均风速)时，可以利用控制器将该风力涡轮机主体从一个逆风位置移动至一个顺风位置并释放偏向制动器。
为了更加明确，根据本发明，即使当风速剧烈波动时，在所述临界风速下使风力涡轮机主体从一个逆风位置向一个顺风位置移动，所述临界风速是与作用在叶片上的风力所产生的风力涡轮机主体关键部位上的应力达到风力涡轮机主体强度允许值时的风速相应的最大瞬时风速，该值比风力涡轮机强度的临界允许值小3～4σ(σ是前面解释过的标准偏差)，从而，在进入怠速操作状态之后，该风力涡轮机主体不会立即从逆风位置向顺风位置移动，而是仅当实际风速超过考虑到风力涡轮机主体的强度而确定的所述最大允许瞬时风速时才移动。
因此，根据本发明，即使当风速剧烈波动时，也可以避免机舱从逆风位置向顺风位置频繁移动，并且可以仅在实际风速超过最大允许瞬时风速时，使机舱温和地从逆风位置向顺风位置移动，并且充分提高了风力涡轮机主体的可控性。
如前面所述，当本发明的风力涡轮机处于一个顺风位置中时，叶片的旋转平面位于支撑件的顺风位置上，并且以沿着与叶片的旋转平面倾斜的方向吹的风发挥作用，以便使主轴朝向风的方向。
因此，在正常操作中，通过在正常操作中移动至顺风位置之后停止偏向控制，并且当发生停电时允许机舱自然地追随风向，即使不均匀载荷倾斜着作用在叶片上，由于不需要特殊控制即可产生作用于叶片上的矫正转矩，所以叶片的旋转平面会自动地追随风向，并且可以防止由于不均匀载荷造成叶片和旋转部件的损伤。
然而，如果释放偏向制动器和偏向马达制动器以允许风力涡轮机主体自然地随着风向朝向顺风方向，则由于机舱的旋转被沿着增加转速的方向传递给偏向马达，所以偏向马达会借助所述矫正转矩的作用以过大的旋转速度旋转，而偏向马达对机舱的驱动是减小旋转速度的，并且偏向马达会由于过大的旋转速度而受到损伤。
根据本发明，在将风力涡轮机移动至一个顺风位置之后，应用用于对偏转马达的旋转进行制动的马达制动器，以便适当限制偏向马达的旋转速度，从而避免像上面所述的那样产生过大的偏向马达旋转速度，并防止由于过大的旋转速度造成偏向马达受损。
进而，根据本发明，当强风作用在叶片上时，通过从一个逆风位置移动至一个顺风位置时逐渐地释放偏向制动器，风力涡轮机主体可以向着一个顺风位置平稳移动，而不会在偏向控制装置、例如偏向马达上作用过大的力。
进而，根据本发明，在从一个逆风位置移动至一个顺风位置之后，通过确定用于返回逆风位置的返回点风速，该返回点风速将是一个在临界风速和切断风速之间的中间风速，在位置改变循环、即逆风→顺风→逆风循环中造成滞后，并且不会由于风速中的较小变化而将机舱移动返回到相反的位置上，从而形成从逆风位置向顺风位置的稳定移动。
附图的简单说明
图1是根据本发明第一个实施例的具有控制装置的逆风型风力涡轮机的侧视图。
图2是用于控制第一个实施例的风力涡轮机的框图。
图3是解释风力涡轮机从一个逆风位置向一个顺风位置移动的图示。
图4是用于控制图1的风力涡轮机的基本框图。
图5(A)是根据本发明第二个实施例的具有控制装置的逆风型风力涡轮机的侧视图，图5(B)是图5(A)的Y部分的放大视图。
图6是在第二个实施例的情况中用于控制从一个逆风位置向一个顺风位置的位置移动的框图。
图7是用于控制第二个实施例的风力涡轮机的基本框图。
图8是第二个实施例的控制流程(1)。
图9是第二个实施例的控制流程(2)。
图10是第二个实施例的控制流程(3)。
图11是偏向控制装置的透视图。
图12是偏向马达和马达制动器的示意剖视图。
图13是用于解释风力涡轮机的动作的图示，(A)是一个示意平面图，(B)是一个示意侧视图。
图14是表示偏向制动器的结构的透视图。
图15是表示节距控制装置的主要部分的剖视图。
优选实施例的详细说明
现在，将参照附图描述本发明的一个优选实施例。然而，除非有特殊的说明，否则在实施例中的尺寸、材料、相对位置以及前述构成部件应当仅作为示例来解释，而不能限制本发明的范围。
参照表示本发明第一个实施例的图1，参考标号100是一个逆风型风力涡轮机。一个设有多个叶片101的转子105位于一个机舱102的前部，即支撑在一个支撑件106上的机舱102的旋转轴线104的前向，该转子105可以借助风力旋转，并且借助所述叶片101产生的旋转力，通过一个连接到所述转子105上的主轴103驱动一个装在机舱102内的从动机械、例如一个发电机。
多个叶片101以恒定的间隔安装在所述转子105的外周上。通过一个节距控制装置(在附图中未示出)可以改变各叶片101的节距角。
在日本专利申请公开No.5-149237和No.7-4333等中公开了可改变节距的机构。在此将参照图15对可改变节距角的机构进行解释。一个用于控制节距角的伺服马达321被固定在一个风力涡轮发电机的中空马达105的中间部分上。
一个主斜齿轮313a安装到在转子105内延伸的马达轴312a上。一个叶片101借助一个叶片轴承316安装到所述转子105上，并且一个副斜齿轮314a安装到所述叶片的根部侧上。副斜齿轮314a的位置使其旋转轴线与所述主斜齿轮313a的旋转轴线垂直。副斜齿轮314a的旋转轴线与叶片101的旋转轴线重合，并且叶片101可以通过所述叶片轴承6相对于转子105旋转。
采用按上述构成的可改变叶片节距角的机构320，当改变叶片101的节距角，以便控制由风力涡轮机产生的电能时，以从图中未示出的控制装置而来的指令驱动伺服马达312，以便沿着指示方向旋转主斜齿轮313a。主斜齿轮313a与副斜齿轮啮合，以便各副斜齿轮314a以相同的角度沿着相同方向旋转，副斜齿轮的数量与叶片101的数目相同，例如可以为三个。因此，三个叶片101的每一个以相同的节距角旋转。
当主斜齿轮313a与三个副斜齿轮314a啮合时，各叶片101可以以相同的节距角旋转。
可改变节距角的机构是通过将一个液压缸和连杆机构结合起来构成的，或者各个叶片由单独的马达驱动的结构也可以作为所述可改变节距的机构。
参照图1，所述主轴103的输出侧端部与一个图中未示出的发电机(除发电机之外还可以为其它任何用于能量再生的从动机械)连接起来。机舱102装有运动部件、例如所述主轴103和轴承，以及所述发电机等。参考标号106是一个竖立在地面或船上的支撑件。该机舱102安装在支撑件106上，以便在一个水平面中旋转。
参考标号1是一个固定于所述机舱102下部上的环形齿轮(内齿轮)，参考标号2是一个小齿轮，借助一个轴承由所述支撑件106支撑用以进行旋转，并且与所述环形齿轮1啮合。
通过旋转所述小齿轮2以旋转与该小齿轮啮合的环形齿轮，可以将所述机舱102绕着所述机舱的旋转轴线旋转360°，利用一个偏向马达30通过一个减速齿轮31(参见图11)旋转所述被驱动旋转的小齿轮，偏向马达30的操作受到一个机舱驱动装置4的控制。
参考标号5是一个位于所述机舱102内的电池。
与这个例子相反，如后面所述，也可以将环形齿轮固定到支撑件106的顶部上，并且小齿轮2和偏向马达30可以安装到机舱102上。
参考标号3是一个用于对所述机舱102的旋转进行制动的偏向制动器。该偏向制动器如图14所示。其结构在本领域中是已知的。参照图14，偏向制动器3用于锁定风力涡轮机主体100A，该风力涡轮机主体100A由叶片101、一个转子105、一个主轴和一个机舱102构成。一个旋转座轴承312位于支撑件106的顶面和安装在支撑件106之上的风力涡轮机主体100A之间，一个制动盘304安装在支撑件106和轴承312之间，并且一个液压致动盘制动单元310具有一个液压缸301a、301b和一个夹持制动盘304的制动卡钳308。通过从上、下侧对制动盘加压，对风力涡轮机主体100A相对于支撑件106的旋转进行制动。
在图1中，参考标号6是一个用于检测作用在叶片101上的风速的风速检测器，标号7是一个用于检测主轴103的旋转速度的旋转速度检测器，标号8是一个用于检测包括风力涡轮机100和发电机的风力涡轮发电机是否停电(当由于发电机或电路异常而产生断路时)的停电检测器，标号10是一个控制器。
由所述风速检测器6检测到的风速信号、由所述旋转速度检测器7检测到的涡轮机主轴103的旋转速度信号和发电机的停电信号被输入给控制器。该控制器10根据所述信号进行计算，并且控制所述机舱驱动装置4、偏向制动器3和电池5的操作。
采用逆风型风力涡轮机100的这种结构，在通常的操作中，利用所述控制器100和机舱驱动装置4将机舱102的位置设置到一个向前的位置上，在该位置中，叶片101定位于机舱104旋转轴线的向前的方向，即如图1和图3中点划线所示的一个逆风位置上。当风向偏转超过一个预定偏离角度时，释放偏向制动器，以便允许机舱与风向一致地在一个水平面中绕着旋转轴线104旋转预定的角度，因此，执行偏向控制(方位控制)，用于反抗风力将风力涡轮机引导至一个适当的位置上。即，由叶片101、转子105和机舱102构成的风力涡轮机主体100A始终固定在与风向偏离一个预定角度的范围内，并且当风向偏转超过预定偏转量时，释放偏向制动器，并且使风力涡轮机主体100A旋转，以便将其固定到一个在与风向偏离预定角度范围内的成角度位置上。
下面，参照表示控制框图的图2和表示基本控制框图的图4，说明当由于台风等而产生骤风或强风时，逆风型风力涡轮机的操作方法。
将由所述风速检测器6检测出的风速输入到控制器10的一个风速比较部12中。参考标号11是一个切断风速设定部，在其中设定切断风速，该切断风速是移至怠速操作状态时的参考风速，即，当风力涡轮机100到发电机的连接被切断以便使发电机的工作停止时的限制风速(例如25m/s)。在所述风速比较部12中将所述检测到的风速与切断风速进行比较，并且将比较结果输出给一个机舱方向控制部13(图4中的步骤(1))。
由所述旋转速度检测器7检测到的风力涡轮机旋转速度(主轴103的旋转速度)被输入给所述机舱方向控制部12。
该机舱方向控制部13向所述机舱驱动装置4输出一个操作信号，以便当所述检测到的风速大于切断速度且风力涡轮机根据检测到的风速处于怠速操作状态中时，将该机舱旋转至一个顺风方向(逆风位置是当带有叶片101的转子105位于机舱旋转轴线104的上游时的位置，而顺风位置是当转子105位于机舱旋转轴线104的下游侧(位于偏离风向90～270°、优选180°处)时的位置)(图4的步骤(2))。
机舱驱动装置4允许机舱102在一个水平面中绕着旋转轴线104旋转180°，以便根据所述操作信号，借助所述小齿轮2和环形齿轮1，从图3中的点划线所示的位置向实线所示的向后位置移动(图4的步骤(3))。
通过这一操作，风力涡轮机主体100A到达一个顺风位置并且被固定在该处(图4的步骤(4))。
返回图2，参考标号15是一个偏向制动器操作控制部，在风力涡轮机主体100A位于一个将要固定在该处的顺风位置之后，可以通过向用于释放偏向制动器的偏向制动器操作装置16发送一个信号来释放偏向制动器3。通过这样的操作，释放偏向制动器13，并且机舱102和叶片101可以根据风向自由改变方向。
因此，根据本实施例，当骤风或强风吹到叶片上时，机舱旋转，从而叶片的旋转面位于一个顺风位置中，即，沿着风向的机舱旋转轴线朝向下游侧位置，并且被偏向制动器3固定在该位置上，然后，释放偏向制动器。因而，如果风斜着吹到叶片101的旋转平面上，则具有叶片101的转子105的旋转轴线指向风的方向，并且风力涡轮机可以对风向作出响应而不需要专门的偏向控制。
因此，即使当骤风或强风斜着吹到叶片101上时，转子105也可以自动对风向作出响应，可以避免不均匀的过大载荷沿斜向方向作用在叶片101。
特别地，通过在将风力涡轮机定位并固定在一个顺风位置中之后释放偏向制动器，风力涡轮机主体100A变得易于自由追随风向的改变，并且当强风沿着斜向方向吹到叶片101上时，可以更加可靠地避免不均匀的过大载荷沿斜向方向作用在叶片101上。
进而，在当由于台风或飓风等吹过而造成骤风或强风时，由于发电机的操作失败产生停电，这时偏向控制器不再工作，利用停电检测器检测出停电(图4的步骤(5))，并且将停电信号输入给一个所述控制器10的电池控制部14和所述偏向制动器操作控制部15，以使它们工作。
具体而言，所述电池控制部14可以根据接收到的停电信号启动电池5(图4的步骤(6))，并且，利用从电池而来的能量以与前面有关机舱方向控制部13的描述中类似的方式将机舱102从一个逆风位置旋转180°到达一个顺风位置，并且将其固定在该处，以便将风力涡轮机主体100A固定在顺风位置上。
在风力涡轮机主体100A进入备用状态之后，偏向制动操作控制部15向偏向制动操作装置16输出一个操作信号，以便释放制动器。采用这样的操作，将偏向制动器3释放，并且通过根据风向在一个水平面中旋转，包含机舱102和叶片101的风力涡轮机主体100A可以自由地改变其支承方向。
因此，根据该实施例，当在台风、飓风等吹过而引起骤风或强风时，由于发电机的操作故障而产生停电且偏向控制不能工作，这时利用电池控制部14启动电池5，从而将机舱102从一个逆风位置移动至一个顺风位置，并且将风力涡轮机固定在顺风位置中，然后通过偏向制动操作控制部和偏向制动操作装置16释放偏向制动器。因而，即使由于台风、飓风等引起的骤风或强风导致停电，通过将风力涡轮机主体100A移动至一个顺风方向并将其固定在该处、然后释放偏向制动器3，仍可以使风力涡轮机随着风向自由改变，而不需要设置专门的电源。
将副电池或太阳能电池作为所述电池应用。在副电池的情况下，总是利用容纳在机舱102中的发电机充电。
参照表示本发明第二个实施例的图5，参考标号100是一个类似于第一个实施例的逆风型风力涡轮机。一个风力涡轮机主体100A安装在竖立于地面上的支撑件106上，以便在一个水平面中旋转。参考标号105是一个转子，在其外周上沿圆周方向以等间距安装有多个叶片101，并且，可以改变叶片的节距角。参考标号103是一个安装到所述转子105上的主轴，并且其输出侧端由一个离合器301连接到一个发电机300(可以是一个除发电机300以外的从动机构、例如一个压缩机或泵)。参考标号102是一个机舱，其中装有运动部件、例如主轴103和轴承，和所述发电机300等，标号106是一个支撑件，所述机舱102支撑于其上，以便在一个水平面中绕旋转轴线104旋转。
参考标号3是用于对机舱102的旋转进行制动的偏向制动器，标号5是一个位于机舱102中的电池。
参照图5(A)和(B)，参考标号1是一个固定于支撑件106顶部上的环形齿轮(内齿轮)，标号2是一个由中间轴承32支撑用于被机舱102旋转、且与所述环形齿轮1啮合的小齿轮。利用一个由机舱驱动装置4控制的偏向马达30、通过一个减速齿轮31旋转小齿轮2。通过允许小齿轮2与环形齿轮1啮合、以便借助环形齿轮1的旋转而绕旋转轴线104旋转，所述机舱102可以绕着机舱102的旋转轴线104旋转360°。参考标号20是一个用于对所述偏向马达30的旋转进行制动的马达制动器。
稍后将说明所述偏向马达30、减速齿轮31和马达制动器20。
在图11所示的实施例中，尽管两个偏向马达30设置在相对于机舱旋转轴线对称的位置上，也可以设有一个或三个、或者超过三个的偏向马达。
参考标号6是一个用于检测作用于叶片101上的风速的风速检测器，标号7是一个用于检测主轴103的旋转速度的旋转速度检测器，标号8是一个用于检测风力涡轮发电机单元是否停电的停电检测器，所述风力涡轮发电机单元包括容纳在风力涡轮机主体100A的机舱102中的发电机30，并且标号10是一个用于控制风力涡轮发电机支架100A绕机舱102的旋转轴线104的旋转的控制器。
由所述风速信号检测器6检测的风速信号、由所述旋转速度检测器7检测的涡轮机主轴103的旋转速度信号、和由停电检测器8检测的风力涡轮发电机单元的停电信号被输入给所述控制器10。该控制器10根据所述检测信号进行计算，并且控制所述机舱驱动装置4、用于操作偏向制动器3的偏向制动操作装置16、用于操作马达制动器20的马达制动操作装置25和电池的操作。
在图12中详细表示出了由所述偏向马达30、减速齿轮31、马达制动器20等构成的偏向马达系统。
在该附图中，所述偏向马达30由一个转子30和一个定子线圈30b构成。参考标号30c是一个连接到所述转子30a上的输出轴，标号31是一个包括第一级减速齿轮31a和第二级减速齿轮31b的行星齿轮式两级减速齿轮。减速齿轮31的输出轴31c连接到小齿轮2上。
参考标号20a是马达制动器20的制动闸瓦，标号20b是一个电磁线圈，标号20c是一个将所述制动闸瓦20a推靠在所述转子30a上的弹簧，标号20d是一个用于调节所述弹簧20c的弹簧力、即用于调节所述制动闸瓦20a推靠在所述转子30a上的力的调节螺栓。利用由弹簧20c施加的力、或者利用由电磁线圈20b反抗弹簧力所施加的电磁力，使该制动闸瓦20a相对于转子30a的顶部锥面被推靠在其上或与其分离。
通过由第一减速齿轮31a和第二减速齿轮31b构成的所述两级行星齿轮式减速齿轮31，减小所述偏向马达30的旋转速度，以便旋转连接在输出轴31c上的小齿轮2。由于与固定在支撑件106上的环形齿轮1啮合的小齿轮2的旋转，使得机舱102旋转。
在正常的操作中，利用电磁线圈20b的电磁力向上拉动所述制动闸瓦20a，以便使其与转子30a分离，并且马达制动器20处于释放状态。
为了进行制动，切断通向所述电磁线圈20a的电流，以便使电磁力消失，然后，利用弹簧20c的弹簧力将制动闸瓦20a向下推靠在转子30a上，对转子30a的旋转进行制动。
下面，将参照图6至图10说明在第二个实施例的情况下的操作。
在正常的操作中，通过释放或利用偏向制动器3和马达制动器，实施偏向控制。更具体地说，包括叶片101、转子105和机舱102的风力涡轮机主体100A的偏向控制(方位控制)按下述方式进行：当由风向检测器检测出的风向和机舱位置的支承方向之间的偏转角度大于一个预定角度时，将机舱102固定在一个逆风位置上，以便所述叶片101位于机舱的旋转轴线104的上游，释放所述偏向制动器3，以便使机舱在一个水平面中与风向一致地绕旋转轴线104旋转预定的角度，然后，作用偏向制动器3，以便将风力涡轮机主体固定在叶片旋转平面正好朝向风向的位置上。
当由于台风或飓风引起骤风或强风时，按下述方式实施逆风型风力涡轮机100从一个逆风位置向一个顺风位置的移动(图7和图8的步骤(1))：将由风速检测器6检测出的风速输入给控制器10中切断风速比较部12(图8的步骤(1-1))。参考标号11是一个切断风速设定部，其中，一个切断风速、即通过释放风力涡轮机100的主轴103和发电机之间的连接而使欠载操作停止时的极限风速(例如20～25m/s)。
对所述检测到的风速V与所述切断风速Vc进行比较，如果检测风速V大于切断风速Vc(当V＞Vc时)，Vc是将操作从欠载状态向怠速状态转变时的参考风速，则将比较结果信号输入给一个怠速控制部012(图7和8的步骤(2))。根据从怠速控制部012接收的信号使发电机300的离合器301分离，以便释放主轴103与发电机300的连接，将风力涡轮机转入怠速操作(图8的步骤(2-1))。
当检测到的风速V等于或小于切断风速Vc(当V≤Vc时)时，通过使离合器啮合而返回到逆风位置中的正常的欠载操作状态(图7和8中的步骤(2))。
是否进行怠速操作是通过下述步骤进行判断的：
从旋转速度检测器7接收到的风力涡轮机的检测旋转速度(主轴的旋转速度)被输入给一个机舱方向控制部13(图8的步骤(2-3))。
机舱方向控制部13根据风速涡轮机旋转速度中的变化，判断风力涡轮机是否处于怠速操作状态(图7和8中的步骤(3))。当其处于怠速操作状态下时，从风速检测器6而来的信号被输入给一个DWSS(用于移至顺风软支撑位置的风速)比较部21(图8的步骤(3-1))。
参考标号22是一个DWSS风速设定部，其中设定有一个根据最大允许瞬时风速确定的DWSS风速Vd(用于移至顺风软支撑位置的风速，例如为22～30m/s)，所述最大允许瞬时风速对应于由作用于叶片上的风力引起的风力涡轮机主体的关键部位上的应力比从强度角度考虑的风力涡轮机主体所允许的临界应力低3～4σ(σ是关于有关材料疲劳寿命的分散标准偏差)时的风速。
在DWSS风速比较部21中对所述检测风速V与所述DWSS风速Vd进行比较，如果检测风速V大于DWSS风速Vd(当V＞Vd时)，则将比较结果信号输入给机舱方向控制部13(图7和8的步骤(4))。在证实了怠速操作状态之后，再次检测风速(图8的步骤(3-1))，并且如果检测风速V等于或小于所述DWSS风速Vd(当V≤Vd时)，操作返回正常的偏向控制操作。
当从所述DWSS输入的比较结果为检测风速V大于DWSS风速Vd(V＞Vd)时，机舱方向控制部13确定旋转速度在怠速速度范围内(图7和8的步骤(3))，然后向机舱驱动装置4输出一个操作指令，用以移至顺风位置。
如图3所示，机舱驱动装置4允许机舱102根据所述操作信号8借助小齿轮和环形齿轮旋转180°，从一个由点划线表示的逆风位置向后移动至一个由实线表示的顺风位置(图7和8的步骤(5))。通过这一操作，风力涡轮机主体100A被旋转至顺风位置(图7的步骤(6))。
然后，在风力涡轮机主体处于所述顺风位置的情况下检测风速V(图8的步骤(5-1))，并且将该风速V与自然追随风向的风速Vf进行比较，所述风速Vf比DWSS风速大(图8的步骤(20))。
如果风速V大于所述用于自然追随风向的风速Vf，则进行下述控制：
由于以叶片的旋转面与风向相对地取向且在一个逆风位置上进行偏向制动的方式操作风力涡轮机，当由机舱控制部13向机舱驱动装置4输入一个用于移动至顺风位置的操作信号时，偏向制动操作控制部15向偏向制动操作装置16输出一个用于释放偏向制动3的信号。当接收到该信号时，偏向制动操作装置16使偏向制动器3被释放(图7和8的步骤(7))。
参考标号24是一个马达制动操作控制部，当由机舱方向控制部13向机舱驱动装置4输出一个用于移动至顺风位置的操作信号时，该马达制动操作控制部向一个马达制动操作装置25输出一个用于使马达制动器20对偏向马达30进行制动的指令信号。
当接收到该信号时，马达制动器操作装置25切断向图12中所示的马达制动器20的电磁线圈20b的电流通路，借此消除线圈20b的电磁力，并且利用弹簧20c的弹簧力将制动闸瓦20a压在转子30a上，以便抑制转子的旋转(图8的步骤(8))。
在马达制动器20工作的条件下，在顺风位置上进行自然追随风向的操作(图7和8的步骤(9))。
利用调节螺栓20d调节制动闸瓦20a对转子30a的压力(参见图12)，以便马达制动器20的制动力强度使其允许机舱102自然追随风向，并且当在所述自然追随风向的状态下操作该风力涡轮机时，不会由于方向不均匀的强风的风力造成的不均匀转矩作用于在叶片101上而导致偏向马达受到损坏。
所述转矩用于旋转机舱，所述机舱借助小齿轮和环形齿轮连接到偏向马达30上。如果通过释放偏向制动器3和马达制动器20来允许机舱自然追随风向，则由作用于叶片101上的强风的风力导致的过大转矩的作用，使得沿着一个转速增加的方向旋转该偏向马达30，并且过大的转速会导致偏向马达30的损坏。
因此，在该实施例中，通过适当限制偏转马达30的转速和旋转角，避免偏转马达产生过高的旋转速度，并且防止偏向马达损坏。
当风速V等于或小于用于自然追随风向的风速Vf(当V≤Vf时)，如在风力涡轮机的逆风位置中那样，按下述方式进行偏向控制：
在该偏向控制中，以预定的时间间隔检测风向(图8的步骤(21))。当风向的变化大于一个预定偏差时(图8的步骤(22)，释放偏向制动器3，并且通过启动偏向制动器3，机舱102在一个水平面中绕着旋转轴线104旋转一个预定的角度，以便叶片的旋转平面正好对着风向，并且被固定在该处(图8的步骤(23)、(24))。
如上所述，在该偏向控制中，包括叶片101、一个转子105和一个机舱102的风力涡轮机主体100A始终固定在与风向相对的预定角度范围内，并且当风向相对于叶片旋转平面的偏转角度超过预定值(表面方向表示一个垂直于表面的方向)时，释放偏向制动器，以便旋转风力涡轮机主体100A，从而使其朝着与风向相对的方向并固定在那里。
另一方面，由于在发电机或电路中的故障而产生停电，并且利用偏向马达30的旋转进行的偏向控制变为不可能(图7和8的步骤(10))，由停电检测器8检测出停电，并且向电池控制部14输入该检测信号。
该电池控制部14向电池5的开关发送一个电池能量输入信号，以便将其接通，从而从电池5向控制器一侧输入电能(图7和8的步骤(11))，并且，如由机舱方向控制部13所作的类似，机舱102从一个逆风位置向后侧旋转180°以便移动至一个顺风位置(图7和8的步骤(5))。
当马达制动器20的电磁线圈20b由于停电而未被激活时，如前面所述，自动启动马达制动器20。
通过进行上述操作，利用马达制动器20进行适当制动时，其制动程度不会由于过大的转矩导致偏向马达30产生损伤，以风力涡轮机主体100A自然地追随风向的方式操作风力涡轮机。
如上所述，根据第二个实施例，当作用在叶片101上的风速大于切断风速Vc时，使风力涡轮机空转，然后当作用在叶片101上的风速大于根据最大瞬时风速(瞬时最大风速对应于当由作用在叶片上的风力引起的风力涡轮机主体的关键部位上的应力比从强度角度考虑的风力涡轮机主体的允许临界应力低3～4σ(σ是前面说明的标准偏差)时的风速)确定的DWSS风速Vd时，该控制器10借助机舱驱动装置4使机舱102从一个逆风位置向一个顺风位置移动，释放该偏向制动器3，并且利用马达制动器20的适当的制动力限制机舱的旋转。
因此，由于当风速超过切断风速时，风力涡轮机首先进入怠速操作状态，然后当风速等于根据从强度角度考虑的风力涡轮机主体允许的最大瞬时风速所确定的DWSS风速Vd时，机舱102从一个逆风位置向一个顺风位置移动，所以即使当风速强烈波动时，也不需要机舱102从一个逆风位置向一个顺风位置频繁地移动。
由于即使当风速强烈波动时也可以避免机舱102从一个逆风位置向一个顺风位置的频繁移动，并且仅当实际平均风速超过最大允许瞬时风速时机舱可以从一个逆风位置向一个顺风位置温和地移动，所以充分提高了风力涡轮机主体100A的可控性。
图9表示当移动至一个顺风位置的机舱102返回一个逆风位置时的控制流程。
参照图9，当如上所述在一个顺风位置中自然追随风向操作的风力涡轮机主体100A返回到一个逆风位置时(图9的步骤(9))，对风速进行检测(图9的步骤(10))，并且当检测风速V等于或小于用于返回逆风位置的风速Ve(当V≤Ve时)时(图9的步骤(11))，偏向制动器3被释放(图9的步骤(12))，并且马达制动器20也被释放(图9的步骤(13))，以便允许机舱102旋转，从顺风位置向逆风位置移动(图9的步骤(14))。
在返回逆风位置之后，在正常的偏向控制下操作风力涡轮机，同时以预定的时间间隔重复风速的检测，并且利用释放的马达制动器20重复进行偏向制动器的释放和固定。
更具体地说，如图9所示，以预定的时间间隔检测风速(图9的步骤(219))。当风向超过预定角度偏差(图9的步骤(22))时，释放偏向制动器3，并且使机舱102在水平面上绕着旋转轴线104旋转预定的角度，到达叶片的旋转面完全面对风向的位置(图9的步骤(24))，并且进行偏向制动控制，用以进行偏向制动，以便将机舱固定定位(图9的步骤(23))。
在从一个逆风位置移动至一个顺风位置之后的用于返回逆风位置的风速Ve被确定为低于DWSS风速Vd和切断风速Vc之间的中间速度。
通过确定Ve，在位置改变循环、即逆风→顺风→逆风循环中产生滞后，并且机舱不会由于风速的较小变化而移动返回到相反侧，使得从逆风位置向顺风位置的移动变得稳定。
图10表示当在逆风位置中操作时产生停电的情况下、从一个逆风位置向一个顺风位置移动的控制流程的另一个例子。
在图10中，当在一个逆风位置(图10的步骤(1))中操作时、从停电检测器8(图10的步骤(15))发送一个停电信号时(图10的步骤(15))的情况下，启动电池5(图7和10的步骤(11))，并且根据风速选择下述两种控制方法中的任何一种(图10的步骤(26))。
当风速等于或低于预定阀值时，选择第一控制方法，其中，象通常那样应用偏向制动器3，并且向已经做的那样、将风速涡轮机支架100A被固定在逆风位置上(图7和10的步骤(17))。
当风速大于预定阀值时，选择第二控制方法，其中，以比一个确定速度低的释放速度逐渐释放偏向制动器3(图7和10的步骤(18))，并且旋转机舱102，将其移动至一个顺风位置(图7和10的步骤(19))。
利用这种安排，当强风作用在风力涡轮机主体的叶片上时，从逆风位置逐渐释放偏向制动器3，风力涡轮机主体100A可以平稳地移动至一个顺风位置，而不会在偏向控制装置、例如偏向马达20上作用过大的力。
工业实用性
如前面所述，根据本发明，当在产生骤风或强风的情况下风速大于预先设置在控制器中的切断风速时，风力涡轮机主体从一个正常的逆风位置向后旋转180°，以便移动至一个顺风位置，并且该风力涡轮机进入顺风位置中的备用状态。因此，不需要专门的偏向控制风力涡轮机即可追随风向，以便沿斜向方向吹到叶片旋转平面上的风发挥作用以引导其叶片在风向上的转子的旋转轴线。
通过这样，即使当强风沿与叶片旋转面倾斜的方向作用于叶片时，可以允许转子自动地追随风的方向，并且避免不均匀的过大载荷沿倾斜的方向作用在叶片上，可以防止由于过载而损坏叶片。
进而，根据本发明，通过在利用控制装置将风力涡轮机主体从一个逆风位置移动至一个顺风位置、并且固定在该处之后释放偏向制动器、并使其保持释放状态，提高了风力涡轮机主体100A相对于风向变化的追随效果，当强风沿斜向吹到叶片101上时，可以更可靠地避免不均匀的过大载荷作用在叶片上。
进而，根据本发明，允许风力涡轮机主体从一个逆风位置移动至一个顺风位置、并以备用状态保持在该处，然后当由于骤风或强风引起的发电设备的故障造成停电时，在偏向控制变得不可能的情况下，利用控制器释放偏向制动。因此，通过利用现有电池的能量将风力涡轮机移动至一个顺风位置，然后释放偏向制动器，不需要设置专门的电源，风力涡轮机主体100A即可自由追随风向的变化，并且可以避免当强风吹沿斜向方向吹到叶片101时不均匀的过大载荷作用在叶片101上。
进而，根据本发明，可以利用控制器将风力涡轮机主体从一个逆风位置移动至一个顺风位置，并且当作用在叶片上的风速高于临界风速DWSS(用于移动至一个顺风软支撑位置的风速)时，释放偏向制动器，所述临界风速DWSS是根据高于切断风速的最大允许瞬时风速确定的，并且同时风力涡轮机的旋转速度处于怠速范围内。因此，即使当风速剧烈波动时，根据以最大允许瞬时风速为基础确定的临界风速(DWSS风速)，风力涡轮机主体从一个逆风位置向一个顺风位置移动，并且可以仅当实际风速超过最大允许瞬时风速时，将风力涡轮机主体从一个逆风位置向一个顺风位置移动。
因此，由于即使当风速频繁波动时，仍可避免风力涡轮机主体从一个顺风位置向一个逆风位置频繁移动，并且，仅当实际风速超过最大允许瞬时风速时，风力涡轮机主体才温和地从一个逆风位置向一个顺风位置移动，所以充分提高了风力涡轮机主体100A可控性。
进而，在正常操作中，在风力涡轮机移至一个顺风位置之后，停止偏向控制，并且在停电的情况下，风力涡轮机可以追随风的方向，因而，当不均匀载荷沿斜向作用于叶片上时，对于风力涡轮机主体作用一个旋转转矩，以便对其方向进行矫正，以追随风向。结果，可以防止由于这种不均匀载荷造成的叶片和旋转部件的损伤。
另外，由于所述校正转矩，避免了偏向马达的不适当的高转速，并且，通过启动用于限制偏向马达旋转的马达制动器以限制偏向马达的旋转速度，防止了由于过大的旋转速度造成的偏向马达的损坏。

Claims (24)

1、一种逆风型风力涡轮机，其构成为，风力涡轮机主体包括受到支撑的机舱，用以在竖立在地面或船上的支撑件上并在水平面内旋转；和具有多个叶片的转子，该转子设置在机舱的前部并且借助风力旋转，通过连接到所述转子上的转子轴驱动待驱动机构、例如一个发电机，其中，设有设置在所述支撑件和所述机舱之间的驱动机构，用于旋转所述风力涡轮机主体，并且设有用于借助朝向顺风位置的叶片以在90°和270°之间的任意角度旋转该转子的控制器，根据接受到的风速信号、转子旋转速度信号和待驱动机构的异常信号中的至少一个信号，将转子保持在备用条件下。
2、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，所述控制信号是信号的组合，其中一个信号是检测作用在叶片上的风速高于切断风速的信号，另一个信号是检测通过根据接收到的检测信号切断风力涡轮机主体与从动设备的连接而使风力涡轮机主体进入怠速工作状态的信号，所述切断风速是预定的参考风速，在该参考风速下由于风速增加而会施加到风力涡轮机主体上过大的载荷，风力涡轮机主体与从动设备脱离连接并且移至怠速操作状态。
3、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，所述控制信号是信号的组合，其中一个信号是检测作用在叶片上的风速大于切断风速的信号，一个信号是检测风力涡轮机主体进入怠速操作状态的信号，另一个信号是检测第三风速的信号，所述第三风速是考虑风力涡轮机主体的强度因素而确定的且高于所述切断风速。
4、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，所述控制信号是检测所述第三风速高于最大瞬时风速(移至下游软支撑的风速)的信号，所述最大瞬时风速是作用在风力涡轮机主体上的风力比从强度角度考虑的风力涡轮机主体允许的临界力低一定量的时的风速。
5、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，用于允许风力涡轮机主体从顺风位置返回原始逆风位置的恢复信号，是确定作用在叶片上的风速高于所述切断风速且低于所述第三风速的信号。
6、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，设有用于检测作用在叶片上的风速的风速检测器，和用于检测所述主轴的旋转速度的风力涡轮机旋转速度检测器；并且所述控制器设有用于对由所述风速检测器检测的风速与预定的切断风速进行比较的装置，和用于当检测风速高于切断风速时、利用从所述风力涡轮机旋转速度检测器输入的风力涡轮机旋转速度信号检测风力涡轮发电机支架是否处于怠速操作状态的装置。
7、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，与所述旋转驱动机构形成一体的旋转驱动体设有制动装置，并且当从逆风位置向顺风位置旋转时，利用所述制动装置对用于旋转风力涡轮机主体的旋转力进行制动。
8、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，设有偏向制动操作控制装置，该装置允许当处于顺风位置时，释放用于固定风力涡轮机主体的支撑方向的偏向制动器。
9、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，发电机单元作为被驱动设备连接到所述主轴上，设有用于检测发电机单元停电的停电检测器，并且所述控制器设有用于启动电池以便当从所述停电检测器输入发电机停电检测信号时，允许风力涡轮机主体从逆风位置向顺风位置旋转的电池控制装置。
10、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，设有用于绕着支撑在支撑件上的机舱的旋转轴线旋转风力涡轮机主体并进行风力涡轮机主体的偏向控制(方位控制)的偏向马达，和用于对其旋转进行制动的偏向马达制动器，并且所述控制器可以使偏向控制停止、将所述偏向控制器释放，并且在风力涡轮机主体移至顺风位置之后，所述偏向马达制动器允许风力涡轮机主体自然追随风向而动。
11、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，发电机单元作为被驱动设备连接到所述主轴上，设有用于检测发电机单元停电的停电检测器，用于绕支撑在支撑件上的机舱的旋转轴线旋转风力涡轮机主体并对该风力涡轮机主体进行偏向控制(方位控制)的偏向马达，和用于对其旋转进行制动的马达制动器，并且所述控制器可以释放所述偏向制动器，并且当从所述停电检测器输入发电机单元的停电检测信号时，所述偏向马达制动器能够限制机舱从逆风位置向顺风位置的旋转速度。
12、如权利要求1所述的逆风型风力涡轮机，其中，所述发电机单元作为被驱动设备连接到所述主轴上，设有用于检测发电机单元的停电的停电检测器，并且当从所述停电检测器输入停电信号时，所述控制器可以以低速缓慢地释放所述偏向制动器，并且将所述风力涡轮机主体从逆风位置转向顺风位置。
13、一种逆风型风力涡轮机的操作方法，所述逆风型风力涡轮机的结构为，风力涡轮机主体由支撑在竖立于地面或船上的支撑件上并在水平面中旋转的机舱、和具有多个叶片的转子构成，该转子设置在机舱的前部并借助风力旋转，通过连接到所述转子上的主轴驱动待驱动的设备、例如一个发电机，其中，根据接收到的风速信号、转子旋转信号、和被驱动设备的异常信号中的至少一个信号，将具有叶片的转子向着顺风位置旋转90°和270°之间的任意角度，以便将转子保持在备用状态下。
14、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机操作方法，其中，当检测到作用在叶片上的风速高于切断风速时，在风力涡轮机主体进入怠速操作状态之后，使风力涡轮机主体旋转90°和270°之间的任意角度，所述切断风速是用于移至怠速操作状态的参考风速。
15、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机主体的操作方法，其中，在检测到风力涡轮机主体进入怠速操作状态之后，根据检测作用在叶片上的风速大于切断风速的信号、和检测最大瞬时风速的第三信号，使风力涡轮机主体旋转90°和270°之间的任意角度。
16、如权利要求15所述的逆风型风力涡轮机主体的操作方法，其中，所述第三信号是检测第三风速高于最大瞬时风速(移至一个顺风软支撑位置时的风速)的信号，该最大瞬时风速是作用在风力涡轮机主体上的风力比从强度角度考虑的风力涡轮机主体允许的临界力低确定量时的风速。
17、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机操作方法，其中，在确定备用状态下的最大瞬时风速等于或小于最大瞬时风速(移至顺风软支撑位置的风速)之后，风力涡轮机主体从顺风位置中的怠速操作状态返回原始的逆风位置，所述最大瞬时风速是作用在风力涡轮机主体上的风力比从强度角度考虑的风力涡轮机主体允许的临界力低确定量时的风速。
18、如权利要求14所述的逆风型风力涡轮机操作方法，其中，通过涡轮机旋转速度检测信号，检测所述怠速操作状态。
19、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机操作方法，其中，当从逆风位置向顺风位置旋转时，借助制动装置缓冲用于旋转风力涡轮机主体的力。
20、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机操作方法，其中，在移动至顺风位置之后，释放用于对风力涡轮机主体的旋转进行制动的偏向制动器，以便允许其保持在备用状态下，其中在该状态下，风力涡轮机主体可以随着风向自由摆动。
21、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机的操作方法，其中，在移至顺风位置之后，执行用于根据风向改变风力涡轮机主体方向的偏向控制(方位控制)。
22、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机的操作方法，释放用于对风力涡轮机主体的旋转进行制动的偏向制动器，并且允许风力涡轮机主体自然地追随风向，以便朝着顺风方向旋转，其中，同时起动偏向马达制动器以便对偏向马达进行制动，所述偏向马达的结构使其绕着支撑件旋转风力涡轮机主体，并且对风力涡轮机主体进行偏向控制(方位控制)。
23、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机的操作方法，其中，在所述具有连接到其主轴上作为从动设备的发电机的逆风型风力涡轮机的操作中，当输入发电机单元的停电信号时，通过起用电池，使风力涡轮机主体旋转90°至270°之间的任意一个角度。
24、如权利要求13所述的逆风型风力涡轮机的操作方法，其中，当检测出具有连接到其主轴上且作为从动设备的发电机的风力涡轮发电机停电时，释放用于对所述风力涡轮机主体的旋转进行制动的偏向制动器，启用电池以便绕着支撑件旋转风力涡轮机主体，同时启动偏向马达，以便对偏向马达的旋转进行制动，所述偏向马达的结构使其绕着支撑件旋转所述风力涡轮机主体，并且实施风力涡轮机主体的偏向控制(方位控制)。
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