DE102005011023A1 - Windenergieanlage - Google Patents

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Abstract

Stand der Technik:
· Windenergieanlagen (WEA) ohne Hauptwelle, ohne Getriebe und mit Ringgenerator.
· WEA ohne Hauptwelle, mit einer Planetengetriebestufe und mit Ringgenerator (Hybridanlage)
· WEA mit Hauptwelle und mit Getriebe in den Ausführungsformen Planetengetriebe, kombiniertes Planeten-Stirnradgetriebe, Stufenplanetengetriebe, leistungsverzweigendes Planetengetriebe.
· WEA-Hauptlager ausgebildet als Stehlager oder Großwälzlager.
· Starr mit dem Azimutdrehwerk verbundene Maschinenträger.
· "Klassische" Antriebsstrangkonfiguration in der Gondel mit Reihenfolge Rotor - Hauptwelle - Getrieb - Zwischenwelle - Kupplung - Bremse - Generator in nahezu axialer Anordnung auf einem Maschinenträger.

Description

  • Aufgabe der Erfindung
  • Problemstellung:
  • Die derzeitige „Unberechenbarkeit" des Windes und die sich daraus ergebenden Probleme hinsichtlich der Anlagenverfügbarkeit ist in der einschlägigen Literatur von Praktikern hinlänglich beschrieben. Weiterhin werden in der Windbranche die Ursachen für Zahn- und Lagerschäden bei üblichen Standardgetrieben diskutiert. Vorhandene technische Lösungen, die über den Standard hinausgehen, können nur mit erhöhtem wirtschaftlichen Einsatz realisiert werden.
    •
  • Problemlösung:
  • Ein offenes Vorgelege ist seit Jahrtausenden als einfach bauende, robuste und gut zugängliche Form eines Getriebes bekannt. In Rückgriff auf die bekannten Eigenschaften des offenen Vorgeleges in Kombination mit den Anforderungen der Problemstellung ergibt sich die angemeldete Erfindung als Problemlösung.
  • Vorteile der Erfindung:
    • • Aus der Konfiguration der Einzelelemente entsteht ein statisch- dynamisches System, dass einerseits unter Betriebsbedingungen relativ starr ist, andererseits unter Lastspitzen elastisch reagiert.
    • • Das Dämpfungsverhalten gegenüber Windböen und Turbulenzen kann bei gleicher Bauart anlagenspezifisch eingestellt werden.
    • • Gute Zugänglichkeit der Komponenten
    • • Wechsel von Maschinenteilen bei geschlossener Gondel „vor Ort".
    • • Demontage und Transport des Generators vom Betriebs- zum Reparaturort auch bei schlechten Witterungsbedingungen im Off- Shore- Einsatz möglich.
  • Beschreibung der Erfindung:
  • An der Hauptwelle (2) ist die Rotornabe (1) befestigt, deren Rotor von einem strömenden Medium (z.B. Wind) angetrieben wird. Die Hauptwelle (2) ist im Hauptlager (3) drehbar gelagert. Das Hauptlager nach 1 besteht aus zwei einzelnen Rahmen mit jeweils drei Rollen (21), von denen jeweils zwei Rollen (21) die Hauptwelle (2) von unten stützen und jeweils eine Rolle (21) oben angeordnet ist und eventuellen Kippmomenten aus der Rotornabe (1) entgegenwirkt. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Rollen (21) des ersten Hauptlagers (3) tonnenförmig ausgebildet ist und in der entsprechende Negativform der Laufbahn (22) der Hauptwelle (2) läuft. Da die Rollen (21) des zweiten Hauptlagers zylindrisch geformt auf der Hauptwelle (2) laufen, ergibt sich die traditionell bekannte Konfiguration von Fest- und Loslager. Die Rollen (21) oder die Laufbahn (22) können mit einer Schalldämmung (27) zur Körperschallentkoppelung belegt werden (3 und 4).
  • An der Hauptwelle (2) ist als erste Übersetzungsstufe ein offenes Vorgelege (4) befestigt, dessen Triebstock (23) das Triebstockritzel (24) antreibt.
  • Durch das offene Vorgelege (4) und die Haupfwelle (2) ist das Leitungsrohr (26) zur Rotornabe (1) geführt.
  • Das Triebstockritzel (24) sitzt auf einer gemeinsamen Welle mit dem Planetenrad (25). Damit bildet diese Einheit die Funktion eines Stufenplanetengetriebes nach. Vom Planetengetriebe (5) aus wird das Drehmoment über eine Kupplung (6) auf ein Kegelradgetriebe (8) übertragen. Das Kegelradgetriebe (8) nach 1 hat eine seitlich herausgezogene Kegelritzelwelle, auf die eine Bremsscheibe (9) befestigt ist. Die erste Scheibenbremse (7) wirkt auf diese Bremsscheibe (9).
  • An der nach unten herausgezogenen Kegelritzelwelle des Kegelradgetriebes (8) ist eine, in ihrer Längsachse verschiebbare, Gelenkwelle (10) befestigt, deren anderes Ende mit der Welle des Generators (11) verbunden ist.
  • Hauptlager (3), Planetengetriebe (5), Scheibenbremse (7) und Kegelradgetriebe (8) sind auf einem Maschinenträger (14) montiert, der mittels Trägerlager (15) drehbar gelagert ist und vom Dämpfer (13) elastisch in seiner Betriebsposition gehalten wird. Dämpfer (13) und Trägerlager (15) sind am Drehkranz der Gondel (12) befestigt. Durch Windböen kommt es zu Nickbewegungen des Maschinenträgers (13) und der darauf befestigten Komponenten. Die Gelenkwelle (10) gleicht die Wege- und Winkeldifferenzen zwischen der variablen Position der Ausgangswelle des Kegelradgetriebes (8) und der festen Position der Eingangswelle des Generators (11) aus.
  • Der Generator (11) ist über das elastische, den Körperschall entkoppelnde Generatorlager (20) senkrecht im Turm (19) befestigt. Der Azimutantrieb (18) ist ebenfalls im Turm (19) positioniert.
  • Das Ritzel des Azimutantriebs (18) treibt über den Zahnkranz (17), der über Distanzblech (29) und Schraube (28) mit dem Drehkranz der Gondel (12) verbunden ist, die Gondel (12) an. Der Drehkranz der Gondel (12) ist mittels Azimutlager (16) auf dem Turm (19) gelagert. In 5 wird diese Drehverbindung während zweier Zustände dargestellt. Bei Transport und Montage sind die Distanzbleche (29) zwischen Zahnkranz (17) und Drehkranz der Gondel (12) entfernt und es erfolgt über die Schrauben (28) eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Turm (19), Azimutlager (16) und Gondel (12). Während des Betriebes sind die Distanzbleche (29) montiert, so dass die Gondel (12) frei in den Wind gedreht werden kann.
    • 1
    Rotornabe
    2
    Hauptwelle
    3
    Hauptlager
    4
    Vorgelege
    5
    Planetengetriebe
    6
    Kupplung
    7
    Scheibenbremse
    8
    Kegelradgetriebe
    9
    Bremsscheibe
    10
    Gelenkwelle
    11
    Generator
    12
    Gondel
    13
    Dämpfer
    14
    Maschinenträger
    15
    Trägerlager
    16
    Azimutlager
    17
    Zahnkranz
    18
    Azimutantrieb
    19
    Turm
    20
    Generatorlager
    21
    Rolle
    22
    Laufbahn
    23
    Triebstock
    24
    Triebstockritzel
    25
    Planetenrad
    26
    Leitungsrohr
    27
    Schalldämmung
    28
    Schraube
    29
    Distanzblech

Claims (17)

  1. Anlage zur Umwandlung der Energie eines strömenden Mediums in eine andere Energieform (z.B. Windenergieanlage), deren Hauptwelle (2) über Kraftmaschinenteile (z.B. Rotor) von dem strömenden Medium angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle auf offen liegenden Rollen (21) gelagert ist.
  2. Rollen (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rollen (21) einer zusammengehörenden Einheit keine zylindrische Form haben (z.B. Tonnenform) und die Hauptwelle (2) auf diesen Rollen (21) mit der entsprechend ausgebildeten Laufbahn (22) gelagert ist.
  3. Rollen (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Rollen (21) mit einem Körperschall entkoppelnden oder dämpfenden Material (27) belegt ist.
  4. Hauptwelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Hauptwelle (2) mit einem Körperschall entkoppelnden oder dämpfenden Material (27) belegt ist.
  5. Stufenplanetengetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass ein Partner eines zusammengehörenden Zahnradpaares (24/25) außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet und als Triebstock, Triebstockritzel (24) oder Triebstockrad ausgebildet ist.
  6. Hauptwelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem generatorseitigen Wellenende mindestens ein Triebstock (23) oder mindestens ein Triebstockrad angeordnet ist.
  7. Antriebsstrang für eine Energieumwandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Triebstock (23) oder das Triebstockrad nach Anspruch 6 mindestens ein Triebstockritzel (24) oder mindestens ein Triebstock eingreift.
  8. Antriebsstrang für eine Energieumwandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Triebstock (23) oder das Triebstockrad nach Anspruch 6 mindestens ein Triebstockritzel (24) oder mindestens ein Triebstock eines Stufenplanetengetriebes nach Anspruch 5 eingreift.
  9. Antriebsstrang für eine Energieumwandlungsanlage nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Winkelgetriebe (8) eine Wellenverbindung (10) zu einem senkrecht angeordneten Generator (11) erfolgt.
  10. Antriebsstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (11) mittels Körperschall entkoppelnder Materialien (20) am Turm (19) befestigt ist.
  11. Gondel (12) mit Drehkranz (17) für Azimutverstellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gondel (12) kraftschlüssig mit dem Turm (19) verbunden ist.
  12. Gondel (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gondel (12) und Drehkranz (17) Distanzbleche (29) angeordnet sind.
  13. Azimutantrieb für eine Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der angetriebene Zahnkranz innen verzahnt ist.
  14. Maschinenträger (14) für eine Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass er als Balancier ausgebildet ist.
  15. Maschinenträger (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenträger winkelverstellbar ist.
  16. Maschinenträger (14) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenträger (14) mittels Trägerlager (15) beweglich gelagert ist und an mindestens einem Hebelarm durch mindestens einem Dämpfer (13) elastisch gehalten wird.
  17. Maschinenträger (14) mit Dämpfer (13) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsverhalten mindestens eines Dämpfers (13) von außen gesteuert oder geregelt werden kann.
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