DE10309825A1

DE10309825A1 - Windenergieanlage mit einem mit Abspannungen versehenen Mast

Info

Publication number: DE10309825A1
Application number: DE10309825A
Authority: DE
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-16

Abstract

Bei einer Windenergieanlage mit einem mit Abspannungen versehenen Mast ist zur Dämpfung von Schwingungen des Masts im Kraftfluß der Abspannungen eine steuerbare hydraulische Dämpfungsvorrichtung angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem mit Abspannungen versehenen Mast.
Die Nabenhähe des Rotors einer Windenergieanlage hat auf den Ertrag und damit auf die Wirtschaftlichkeit der Windenergieanlage einen wichtigen Einfluß. Dabei gilt, daß der Ertrag umso besser ist, je größer die Nabenhähe des Rotors ist. Die Nabenhöhe einer Windenergieanlage ist durch die Höhe des Turms bestimmt, auf dem die Gondel, in dem der Rotor gelagert ist, gehalten ist.
In Windenergieanlagen werden für die Aufnahme der Gondel sowohl freitragende Türme als auch abgespannte Masten eingesetzt. Freitragende Türme besitzen eine hohe Nick- und Torsionssteifigkeit, erfordern hierfür allerdings einen hohen Materialeinsatz, wenn sie biegesteif gebaut werden sollen, Abgespannte Masten sind besonders bei kleineren Anlagen sehr verbreitet, weil sie leichter als freitragende Türme sind und sich gut für einen Aufbau der Windenergieanlage mit Jütbaum und Winde eignen. Bei einem derartigen Aufbau der Windenergieanlage lassen sich außerdem Kosten beim Transport und bei der Montage reduzieren. Wegen der Schwingneigung van abgespannten Masten ist die Höhe von Windenergieanlagen mit derartigen Masten jedoch begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebsver halten einer Windenergieanlage mit einem mit Abspannungen versehenen Mast zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch die Dämpfung der Schwingungen des Masts wird die Anregung von Schwingungen des Rotors aufgrund von Schwingungen des Masts vermindert. Ebenso wird die Anregung von Schwingungen des Masts aufgrund von Schwingungen des Rotors vermindert. Die Dämpfung der Schwingungen des Masts verringert die Betriebslasten der Windenergieanlage und damit auch eine Gefährdung von Bestandteilen des Antriebsstrangs, wie z. B. Lagern und Getriebe. Die Verbesserung des Betriebsverhaltens erlaubt es, höhere maximale Drehzahlen des Rotors zuzulassen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Sie beziehen sich insbesondere auf die Ausbildung der Dämpfungsvorrichtung und auf ihre Anordnung bezüglich der Abspannung.
Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage und
2 eine schematische Darstellung einer Dämpfungsvorrichtung.
Die 1 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 103. Eine Gondel 104, in der ein dreiflügliger Rotor 105 horizontal gelagert ist, ist auf einem Mast 106 um seine senkrechte Achse drehbar angeordnet. Der Mast 106 steht auf einem Fundament 107, das die Windenergieanlage vor einem Einsinken in den Untergrund aufgrund ihres Eigengewichts sichert. Der Mast 106 ist zusätzlich über drei Abspannungen 108. an Abspannfundamenten 109 verankert. Die Abspannfundamente 109 nehmen die Zugkräfte aus den Abspannungen 108 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Abspannungen 108 vorgesehen, die gleichmäßig um den Mast 106 verteilt sind. In der 1 sind nur zwei der Abspanungen 108 sichtbar, die dritte Abspannung ist von dem Mast 106 verdeckt. Im Kraftfluß jeder Abspannung 108 ist eine steuerbare hydraulische Dämpfungsvorrichtung 110 angeordnet, sie kann entweder aktiv oder semi-aktiv ausgebildet sein. Die Dämpfungsvorrichtung 110 ist über ein erstes Spannseil 111 mit dem Abspannfundament 109 und über ein zweites, kürzeres Spannseil 112 mit dem Mast 106 verbunden. Alternativ ist es möglich, die Dämpfungsvorrichtung 110 direkt an dem Mast 106 zu halten. In diesem Fall ist der Mast 106 mit einem Endwiderlager für die Dämpfungsvorrichtung 110 versehen. Eine Anordnung der Dämpfungsvorrichtungen 110 in der Nähe des Mastes 106 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich um eine Off-Shore-Windenergieanlage handelt, die im Wasser steht. In diesem Fall sind die Dämpfungsvorrichtungen 110 wirkungsvoll gegen Seewassereinwirkungen geschützt. Außerdem kann die Energieversorgung für die Dämpfungsvorrichtungen 110 auf kurzem weg von der Gondel 104 her erfolgen.
Einzelheiten einer Dämpfungsvorrichtung 110 sind anhand der 2 beschrieben. Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Dämpfungsvorrichtung 110, die als hydraulische Linearachse ausgebildet ist. Die Dämpfungsvorrichtung 110 weist einen Differentialzylinder 14, zwei Hydromaschinen 22 und 24 einen Elektromotor 2 6, einen Hydrospeicher 42 sowie einen Tank 20 auf. Der Differentialzylinder 14 weist einen abgestuften Kolben 16 auf, der den durch den Zylindermantel 18 gebildeten Raum in zwei Druckräume – einen kolbenstangenseitigen Ringraum 32 und einen Zylinderraum 34 – unterteilt. Der Kolben 16 des Differentialzylinders 19 ist über seinen radial zurückgestuften Teil 28 – im Folgenden Kolbenstange genannt – ortsfest an einem mastseitig angeordneten Endwiderlager 12 gelagert, so daß eine Hubbewegung über eine Längsverschiebung des Zylindermantels 18 erfolgt. Aufgrund der beidseitigen hydraulischen Einspannung des Kolbens 16 wird bei jeder Hubbewegung Druckmittel aus dem einen Druckraum 32, 34 verdrängt und in den jeweils anderen Druckraum 34, 32 nachgefördert, wobei fehlende bzw. überschüssige Druckmittelvolumen durch den Tank 20 ausgleichbar sind. Am Zylindermantel 18 greift das zum Abspannfundament 109 führende Spannseil 111 an, so daß die Vorspannung des Spannseils 111 über die im Ringraum 32 und Zylinderraum 34 herrschenden Drücke vorbestimmt ist.
In kinematischer Umkehr ist jedoch auch vorstellbar, den Zylindermantel 18 ortsfest an dem Endwiderlager 12 zu lagern und die Kolbenstange 28 mit dem Spannseil 111 zu verbinden.
Die erste Hydromaschine 22 ist in einer ersten Arbeitsleitung 3b zwischen dem niederdruckseitigen Tank 20 und dem hochdruckseitigen Ringraum 32 angeordnet, wobei sie in Verbindung. mit dem Elektromotor 26 steht. Sie hat ein einstellbares Fördervolumen und ist als Pumpe oder Motor nutzbar.
Die zweite Hydromaschine 24 ist in einer zweiten Arbeitsleitung 38 zwischen dem hochdruckseitigen Ringraum 32 und dem hochdruckseitigen Zylinderraum 34 angeordnet, wobei die zweite Arbeitsleitung 38 vorzugsweise in die erste Arbeitsleitung 36 mündet. Entsprechend der ersten Hydromaschine 22 hat auch die zweite Hydromaschine 24 ein einstellbares Fördervolumen, steht ferner mit dem Elektromotor 26 in Verbindung und ist als Pumpe oder Motor nutzbar.
Beide Hydro- bzw. Verdrängermaschinen 22, 24 fördern während der Schwingungsdämpfung in zwei Richtungen, wobei die erste Hydromaschine 22 nur auf einer Seite hochdruckfest ist, d.h. ringraumseitig, und an der anderen Seite Niederdruck anliegt, d.h, tankseitig, während die zweite Hydramaschine 24 auf beiden Seiten hochdruckfest, d.h. ringraumseitig und zyinderraumseitig, sein muß und sich auch die Richtung der Druckdifferenz entsprechend einem 4-Quadranten-Betrieb umkehren kann.
Die Fördervolumina der Hydromaschinen 22 und 24 sind in Abhängigkeit vom Signal einer Kraftmeßdose 40 einstellbar. Die Kraftmeßdose 40 ist im Bereich der Verbindung Spannseil 111 – Zylindermantel 18 angeordnet und einem Regelkreis für die Hydromaschinen 22, 24 zugeordnet. Sie erfaßt die auf das Spannseil 111 wirkenden Belastungen und leitet die dabei er faßten Zugspannungen bzw. Zugkräfte an den Regelkreis weiter, so daß dieser in Abhängigkeit von diesen äußeren Belastungen die Schwenkwinkel der Hydromaschinen 22, 24 einstellt.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, anstelle der kostenintensiven Kraftmessung den im Ringraum 32 oder im Zylinderraum 34 herrschenden Druck als Rückführungsgröße des Regelkreises zu verwenden. Dies kann beispielsweise über einen im Ringraum 32 oder im Zylinderraum 34 angeordneten Druckaufnehmer (nicht dargestellt) erfolgen.
Des Weiteren ist ein Hydrospeicher 42 vorgesehen, der mittels einer dritten Arbeitsleitung 44 mit der zweiten Arbeitsleitung 38 und dem Zylinderraum 34 verbunden ist, so daß der Druck im Zylinderraum 34 weitgehend unabhängig vom Zylinderhub wird und stets etwa der voreingestellte Druck herrscht.
Die Speicherladung und die Regelung des Speicherdrucks des Hydrospeichers 42 kann vorteilhaft durch gegenseitiges Vertrimmen der Fördervolumina der Hydromaschinen 22, 24 erreicht werden. Hierzu ist ein Druckaufnehmer bzw. Druckmeßumformer vorgesehen, der vorzugsweise im Hydrospeicheranschluß bzw. in der Arbeitsleitung 38 oder im Zylinderraum 34 angeordnet ist.
Der Elektromotor 26 steht mit den beiden Hydromaschinen 22, 24 in Wirkverbindung, wobei er sowohl als Antrieb für die Hydromaschinen 22, 24 nutzbar, als auch in Form eines Generators durch die Hydromaschinen 22, 24 antreibbar ist und somit. als Bremse wirkt. Beispielsweise können über das Antreiben der Hydromaschinen 22, 24 die voreingestellten Drücke in den Druckräumen 32, 34 eingestellt und der Hydrospeicher 42 aufgeladen werden. Es kann jedoch auch im Betrieb bei Dämpfung die von der ersten Hydromaschine 22 oder der zweiten Hydromaschine 24 erzeugte hydraulische Energie durch die Schaltung des Elektromotors 25 als Generator in elektrische Energie umgewandelt werden. Weitere Einzelheiten der in der 2 dargestellten Dämpfungsvorrichtung sind in der deutschen Patentanmeldung 102 50 207.2 beschrieben.
Bei der in der 2 dargestellten Dämpfungsvorrichtung 110 handelt es sich lediglich um ein Ausführungsbeispiel für eine in Windenergieanlagen mit einem mit Abspannungen versehenen. Mast einsetzbaren Dämpfungsvorrichtung. Für die Erfindung sind auch andere, hier nicht beschriebene steuerbare hydraulische Dämpfungsvorrichtungen einsetzbar.

Claims

Windenergieanlage mit einem mit Abspannungen versehenen Mast, dadurch gekennzeichnet, daß im Kraftfluß jeder Abspannung (108) eine steuerbare hydraulische Dämpfungsvorrichtung (110) angeaordnet ist.
Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtungen (110) als hydraulische Linearachse für eine semi-aktive oder aktive Dämpfung ausgebildet ist.
Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung (110) mastnah angeordnet ist.
Verwendung einer gesteuerten hydraulischen Dämpfungsvorrichtung (110) im Kraftfluß der Abspannungen (108) eines abgespannten Masts (106) einer Windenergieanlage (103),