DE202010017639U1 - Windenergieanlage mit Synchrongenerator sowie langsam drehender Synchrongenerator - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator sowie einen langsam drehenden Synchrongenerator.
- Windenergieanlagen mit einem fremderregten Synchrongenerator sind seit Jahren beispielsweise von der Firma Enercon bekannt. Hierbei kann ein Rotor der Windenergieanlage (der sich drehende Teil der Gondel) direkt mit dem Rotor des Synchrongenerators verbunden sein und treibt den Rotor des Generators an, um somit elektrische Energie zu erzeugen.
- Hierbei ist es wünschenswert, die Nennleistung der Synchrongeneratoren zu erhöhen, ohne dabei den Durchmesser des Synchrongenerators wesentlich zu erhöhen.
- Diese Aufgabe wird durch eine Windenergieanlage nach Anspruch 1 sowie durch einen Synchrongenerator nach Anspruch 5 gelöst.
- Somit wird eine Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator vorgesehen, welcher einen Generatorstator und einen Generatorrotor aufweist. Die Windenergieanlage weist ferner ein Flüssigkeitskühlsystem zum Kühlen des Generatorrotors auf.
- Der Generatorrotor weist einen Polschuhträger mit einer Vielzahl von Polschuhen auf, welche am Umfang des Polschuhträgers verteilt vorgesehen sind. Der Polschuhträger weist ferner mindestens einen Kühlkanal auf, durch welchen die Kühlflüssigkeit strömen kann, um somit die Polschuhe indirekt zu kühlen.
- Der mindestens eine Kühlkanal ist mit einem Kühlkreislauf gekoppelt, welcher mindestens einen Wärmetauscher an der Außenseite des Rotors bzw. der Spinnerverkleidung aufweist. Der Wärmetauscher kann ferner in oder an der Verkleidung des Rotors bzw. des Spinners integriert werden.
- In dem Kühlkreislauf können ein Ausgleichsgefäß und/oder ein Schmutzfänger vorgesehen sein. Der Kühlkreislauf weist ferner eine Pumpe zum Pumpen der Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf auf. Die Kühlflüssigkeit kann beispielsweise Wasser mit einem Anteil von Glykol darstellen.
- Der Synchrongenerator gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein fremderregter Synchrongenerator und weist eine Drehzahl von bis zu 50 Umdrehungen pro Minute auf, d. h. es ist ein langsam drehender Synchrongenerator.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schmutzfiltereinheit in dem Kühlkreislauf vorgesehen zum Filtern von Partikeln bzw. Schmutz in der Kühlflüssigkeit. Der Filter ist austauschbar ausgestaltet, so dass eine Reinigung des Filters ermöglicht wird.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Pumpe dauerhaft betrieben bis zu einer vorab festgelegten Betriebsdauer. Nach dieser vorab festgelegten Betriebsdauer kann die Pumpe bei Bedarf betrieben werden. Nach der vorab festgelegten Betriebsdauer kann der Filter gereinigt bzw. ausgetauscht werden, so dass sichergestellt werden kann, dass die Partikel bzw. der Schmutz, der sich in der Kühlflüssigkeit befindet, herausgefiltert worden ist.
- Die Erfindung betrifft den Gedanken, den Rotor und insbesondere die Polschuhe durch ein Flüssigkeitskühlsystem indirekt zu kühlen.
- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Windenergieanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Kühlsystems einer Windenergieanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, -
3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Abschnitts eines Kühlsystems einer Windenergieanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, -
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Gondel einer Windenergieanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, -
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers eines Kühlsystems einer Windenergieanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, -
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Generatorrotors einer Windenergieanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und -
7 zeigt eine schematische Schnittansicht des Rotors von6 . -
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Windenergieanlage weist eine Gondel100 (mit einem Spinner und einer Spinnerverkleidung), einen Generatorrotor200 und ein Kühlsystem300 auf. Der Generatorrotor200 ist innerhalb der Gondelverkleidung100 vorgesehen. Das Kühlsystem300 ist ein Flüssigkeits-Kühlsystem mit einem Kühlkreislauf, in welchem eine Kühlflüssigkeit fließt. Diese Kühlflüssigkeit kann beispielsweise eine Kombination aus Wasser und Glykol darstellen. Das Kühlsystem300 weist mindestens einen Wärmetauscher310 auf, welcher außerhalb der Gondelverkleidung100 vorgesehen ist. Alternativ dazu kann der mindestens eine Wärmetauscher310 in oder an der Gondelverkleidung100 integriert sein. Das Kühlsystem300 weist ferner mehrere Kühlrohre310 , eine Pumpeneinheit320 , optional ein Ausdehnungsgefäß330 sowie optional eine Filtereinheit bzw. Schmutzfängereinheit340 und mindestens einen Kühlkanal340 in dem Generator-Rotor200 auf. - Durch das Kühlsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und den dazugehörigen Kühlkreislauf kann Kühlflüssigkeit durch die Kühlkanäle
340 in den Generatorrotor200 fließen und kann somit den Generatorrotor kühlen. Durch die Wärmetauscher310 kann die durch den Generatorrotor erwärmte Kühlflüssigkeit wieder abgekühlt werden. Das Kühlsystem300 befindet sich in bzw. an einem Rotor bzw. der Spinnerverkleidung der Windenergieanlage, d. h. das Kühlsystem befindet sich in bzw. an dem drehenden Teil der Windenergieanlage. -
2 zeigt einen ersten Ausschnitt des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In2 ist dabei die Pumpeneinheit320 , das Ausgleichsgefäß330 , ein Sicherheitsventil gegen Überdruck302 und optional ein Drucksensor303 vorgesehen. Die Pumpeneinheit320 dient dazu, Kühlflüssigkeit durch das Kühlsystem zu pumpen. Das Ausgleichsgefäß dient dabei dazu, überschüssige Kühlflüssigkeit aufzunehmen, damit der Druck innerhalb des Kühlsystems nicht einen vorgegebenen Wert überschreitet. -
3 zeigt einen zweiten Ausschnitt des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Kühlsystem weist Kühlrohre301 sowie eine Filtereinheit bzw. eine Schmutzfängereinheit340 auf. Die Schmutzfängereinheit340 ist austauschbar ausgestaltet. Damit kann die Filtereinheit bei Bedarf ausgetauscht bzw. gereinigt werden. - Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Pumpeneinheit
320 für eine vorgegebene Anzahl von Betriebsstunden (z. B. 300 h) betrieben werden. Bis zum Erreichen dieser Betriebsstunden wird die Pumpe dauerhaft betrieben. Spätestens nach Erreichen der festgelegten Betriebsdauer wird die Filtereinheit340 gereinigt bzw. ausgetauscht. Nach Austausch bzw. Reinigung der Filtereinheit wird die Pumpe nur bei Bedarf betrieben. Somit kann erreicht werden, dass in dem ersten Zeitintervall bis zum Erreichen der vorab festgelegten Betriebsdauer die Kühlflüssigkeit von Partikeln und Schmutz gereinigt wird. Da das Kühlsystem ein geschlossenes Kühlsystem darstellt, sollten nach Austausch bzw. Reinigung der Filtereinheit keine weiteren Partikel bzw. kein weiterer Schmutz in der Kühlflüssigkeit vorhanden sein, so dass die Pumpe nur bei Bedarf aktiviert werden kann. -
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Gondel einer Windenergieanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Gondel weist dabei einen Rotor (einen sich drehenden Teil)10 (mit einer Spinnerverkleidung) und einen hinteren – sich nicht drehenden – Teil20 auf. An dem Rotor10 sind Anschlüsse30 für die Rotorblätter31 vorhanden. Außen an dem Rotor10 ist mindestens ein Wärmetauscher310 vorgesehen. Dieser Wärmetauscher310 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann dem Wärmetauscher310 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen. Der Wärmetauscher310 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist Teil eines Flüssigkeits-Kühlsystems zum Kühlen des Generatorrotors. Hierbei kann das Kühlsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dem Kühlsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen. -
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers310 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei kann der Wärmetauscher310 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auch als Wärmetauscher in dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden. - Der Wärmetauscher
310 weist einen Zufluss bzw. Abfluss311 , einen ersten Rohrabschnitt313 , eine Vielzahl von Kühlrohren314 sowie einen zweiten Rohrabschnitt315 auf, welcher mit einem Abfluss bzw. Zufluss312 verbunden ist. Zwischen dem ersten und zweiten Rohrabschnitt313 ,315 sind eine Vielzahl von Kühlrohren314 vorgesehen. Die Kühlflüssigkeit fließt dabei durch die Abschnitte313 ,314 sowie durch die Vielzahl der Kühlrohre314 . -
6 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Synchrongenerator-Rotors einer Windenergieanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Generator-Rotor200 weist einen Polschuhträger210 mit einer Vielzahl von Polschuhen220 sowie mit mindestens einem Kühlkanal230 auf. In dem Kühlkanal230 kann die Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs fließen und kann somit die Polschuhe220 indirekt kühlen. Dieser Kühlkanal230 kann den Kühlkanal340 des Kühlsystems darstellen und kann zum Kühlen des Generatorrotors vorgesehen werden. -
7 zeigt eine schematische Schnittansicht des Rotors von6 . Der Generator-Rotor weist mehrere Polschuhe220 auf einem Polschuhträger210 auf. Der Generator-Rotor weist ferner mindestens einen Kühlkanal230 unterhalb des Polschuhträgers210 auf. Dieser Kühlkanal kann als ein Kühlkanal oder als eine Mehrzahl von Kühlkanälen ausgestaltet sein. - Die Kühlflüssigkeit gemäß der Erfindung weist vorzugsweise einen Frostschutz auf, damit sichergestellt werden kann, dass die Kühlflüssigkeit nicht gefriert, auch wenn es zu einem Netzausfall kommt und die Windenergieanlage keine elektrische Energie aus dem Netz beziehen kann, um beispielsweise die Pumpe zu betreiben. Durch den Zusatz von Frostschutzmitteln zu der Kühlflüssigkeit wird somit sichergestellt, dass die Kühlflüssigkeit auch im Stillstand der Windenergieanlage nicht gefriert.
- Die Drehzahl des Synchrongenerators gemäß der Erfindung liegt im Bereich zwischen 0 und 50 Umdrehungen pro Minute und insbesondere zwischen 0 und 20 Umdrehungen pro Minute.
- Durch das Vorsehen des Flüssigkeits-Kühlsystems zum Kühlen des Generator-Rotors und insbesondere der Polschuhe kann der Erregerstrom, welcher in die Rotorwicklung gespeist wird, erhöht werden. Ohne das erfindungsgemäße Flüssigkeits-Kühlsystem und die damit verbundene indirekte Kühlung der Polschuhe würden die Polschuhe bei einem erhöhten Erregerstrom zu warm werden, so dass es zu Beschädigungen der Polschuhe kommen kann. Mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Kühlsystem wird somit sichergestellt, dass aufgrund der indirekten Kühlung die Polschuhe ausreichend gekühlt werden und einen vorab festgesetzten Temperaturschwellwert nicht überschreiten.
Claims (5)
- Windenergieanlage, mit einem Synchrongenerator, der einen Generator-Stator und einen Generator-Rotor (
200 ) aufweist, und einem Flüssigkeits-Kühlsystem (300 ) zum Kühlen des Generator-Rotors (200 ). - Windenergieanlage nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkeits-Kühlsystem (
300 ) mindestens einen Wärmetauscher (310 ) und mindestens einen Kühlkanal (340 ,230 ) in dem Generator-Rotor (200 ) aufweist, wobei Kühlflüssigkeit durch den mindestens einen Wärmetauscher (310 ) und den mindestens einen Kühlkanal (340 ,230 ) in dem Generator-Rotor (200 ) fließt. - Windenergieanlage nach Anspruch 2, wobei das Flüssigkeits-Kühlsystem (
300 ) eine Filtereinheit (340 ) zum Filtern der Kühlflüssigkeit, eine Pumpeneinheit (320 ) zum Pumpen der Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf und ein Ausdehnungsgefäß (330 ) aufweist. - Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Generator-Rotor einen Polschuhträger (
210 ) mit einer Mehrzahl von Polschuhen (220 ) und mindestens einem Kühlkanal (230 ) aufweist, durch welchen die Kühlflüssigkeit fließen kann. - Langsam drehender Synchrongenerator, mit einem Generator-Stator, einem Generator-Rotor (
200 ) und einem Flüssigkeits-Kühlsystem (300 ) zum Kühlen des Generator-Rotors (200 ).
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
DE102012010557A1 (de) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | Robert Bosch Gmbh | Kühlergitter, Wärmetauscher und Verfahrenzum Austausch eines Kühlgitters |
EP2878067B1 (de) * | 2012-07-25 | 2019-12-25 | Windfin B.V. | Rotor für eine windturbine einer elektrischen rotationsmaschine sowie windturbine mit solch einem rotor |
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- 2010-11-04 DE DE202010017639U patent/DE202010017639U1/de not_active Expired - Lifetime
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