DK146398B - Vaeske- og luftbremse for vindmoelle - Google Patents

Description

146398

Opfindelsen angår en energiomfoimer for omdannelse af energi fra en vindmølle til varme, der kan anvendes til forskellige fomål f, eks. rumopvarmning og koxntørring og andet.

Det er almindeligt kendt, at en vindmølle udnytter den tilstrømmende opfangede vindenergi bedst,: når møllevingerne og dermed mølleakslen kører med et omdrejningstal, der altid er ligefrem proportional med vindens hastighed efter et bestemt forhold, der afhænger af mølletypen. Det forudsættes, at møllevinger er korrekt udformet, og at møllen på andre punkter er korrekt udført, for at dette kan opfyldes.

Det er almindeligt kendt, at de fleste af nutidens vindmøller både store og små er tilkoblet det offentlige vekselstrømsnet og producerer vekselstrøm med fast periodetal ved hjælp af en asynkrongenerator, der skal køre med fast omdrejningstal af denne grund uanset, om det blæser svagt eller stærkt.

2 14S39S

Dette medfører en række ulemper, der resulterer i, at disse nettilsluttede vindmøller kun udvikler 60 -70 $ af den energi, der kan udvikles af en vindmølle af samme størrelse og type, men som kører med variabelt omdrejningstal, som er proportional med vindhastigheden til enhver tid,

Uettileluttede vindmøller kan ofte kræve en uforholdsmæssig kostbar intern og extern elinstallation, da asynkrongeneratoren skal være af over størrelse, der gør den i stand til at overbremse vindmøllen i meget kraftig vind eller vindstød, der normalt ikke bidrager til nogen særlig energiindvinding som følge af disse kraftige vindes kortvarighed.

Disse ulemper medfører, at det både privatøkonomisk og samfundsøkonomisk bliver for lidt rentabelt at investere i og yde tilskud til vindmøller, dersom de kobles til det offentlige elnet med en asynkrongenerator som energiomfoimere Vådske- og luftbremser derimod har det fbrtrin, at de er i stand til at aftage og omdanne den af vindmølleakslen til enhver tid leverede mekaniske -energi til varme i vådske eller luft/gas og på en sådan måde, at møllen ved enhver vindhastighed kommer til at køre med et omdrejningstal, der sikrer optimal udnyttelse af vindenergien, der strømmer ind i møllens vindfang, d,v, s, det areal, som vingerne hestryger.

Denne virkning skyldes, at vædske- og luftbremsers karakteristik er afhængig af omdrejningstallet i tredie potens, hvilket også er tilfældet med vindmøllens karakteristik, ih vindmølle med vædske- eller luftbremse er desuden fordelagtig derved, at den kan begynde at producere energi ved lavere vindhastighed end en vindmølle med asynkrongenerator, der kræver forholdsvis høj hastighed og dermed høj vindhastighed for at køre hurtigt nok for at komme op på det rette periodetal, der er helt afhængig af omdrejningstallet·

Derved kan møller med vædske- og luftbremser udnytte vindenergi, som nettilsluttede møller ikke kan udnytte, Vædske- og luftbremser er i stand til loo $ at omdanne den tilførte mekaniske energi til varme uanset om møllen og dermed bremsen kører med lavt eller højt omdrejningstal og dermed lav eller høj belastning, I modsætning hertil er asyn-krongeneratorens udnyttelse af den tilførte mekaniske energi meget afhængig af belastningen. Ved fuld mærkebelastning kan udnyttelsen være 90 % <*er er forholdsvis sjælden på grund af den nødvendige genera toroverstørrelse.

Ved 2o - 30 $ belastning, der er hyppig, er udnyttelsen meget ringe og nede på 50 - 60 56 af den tilførte energi. Tabene i asynkrongeneratoren er ventilatortab, jemtab, kobbertab, der nappe kan genvindes og udnyttes, og tabene forsvinder i den fri luft som varme.

5 146398 Vædske- og luftbremser er ejendommelige derved, at de på simpel måde kan forsynes med arrangement for overbremsning, hvilket vil sige, at bremsens effektkarakteristik kan gøres stejlere end karakteristikken for den pågældende vindmølle.

Dette har betydning for at kunne hindre møllen i at løbe op i et omdrejningstal, der overstiger det dimensionerende omdrejningstal og dermed dimensionerende effekt, der svarer til den valgte dimensionerende vindhastighed, der kan ligge mellem 12 - 14 m/sek.

Møllens afgivne effekt kan derfor ved hjælp af bremsens overbremsningsarrangement begrænses til den dimensionerende max. effekt uanset vindstyrke, og uden at bremsen behøver at være af overstørrelse.

ih vandbremse med udstyr for overbremsning for vindmøller er kendt og udviklet af Jordbrugtsteknisk Institut i Tåstrup.

Men denne kendte konstruktion har den svaghed, at regulering fbr overbremsning kræver uforholdsvis stor reguleringskraft på grund af indre mekanisk friktion, og jo større vindstyrke jo større reguleringskraft kræves.

Dette bevirker, at overbremsningssystemet ikke er pålideligt, og/eller at der må anvendes servostyring, hvilket fordyrer og komplicerer en vindmølle med vædske- eller luftbremse.

Den foreliggende opfindelse går ud på at indrette vædske- og luftbremser på en sådan måde, at ovennævnte store reguleringskraft elimineres og derved gøres u-afhængig af vindstyrken, hvorved det bliver muligt at disse bremser kan blive selvregulerende med overbremsning ved store vindhastigheder og vindstød for at undgå løbskkørsel·

Dette opnås med en bremse med rotor med radiale skovle, som er fast forbundet med mølleakslen, og som roterer i et bremsehus, hvori der findes en stator svarende til rotoren med samme eller et andet antal skovle end rotorens, og hvis effektive areal er indstilleligt, idet der i bremsehuset findes en skilleplade med slidser, der svarer til skovlene, og hvorigennem disse kan bevæges ud og ind ved en aksialforskydning af s ta toren, og som er ejendommelig ved, at bremsehuset er drejeligt lejret omkring bremsens akse, således som det ±-øvrigt er angivet i krav 1.

Det drejelige bremsehus bevirker, at kraften på statorvingeme, som stammer fra rotorens drejningsmoment, ikke kan overføres til og optages af skillepladens slidsekanter, hvorved der ikke kan opstå friktion, der vanskeliggør stato ren s aksialforskydning, mellem statorvinger og slidsekanter.

Statorens drejningsmoment optages som angivet i krav 3.

4 146398 På tegningen er vist en vædskebremse iflg. opfindelsen·

Fig· 1 viser vædskebremsen i tværsnit med reguleringsmekanisme·

Fig. 2 viser halvsnit af vædskebremsen set fra oven.

Fig. 3 viser reguleringsarmen set fra oven med snit i reguleringsakslen· Vædskebremsen består af et cirkulært hus med øverste og nederste endeplade· På øverste endeplade er fastgjort lejehus 2, der indeholder 2 stk rulningslejer 3 for den indgående aksel 4, der er i forbindelse med selve mølleakslen eller dennes forlængelse· På nederste ende af aksel 4 er fastgjort rotor med radiale eller krumme blade 3· Mellem vædskerummet i huset 1 og nederste rulningsleje 3 findes pakning 6.

På bagsiden af rotorens kropplade findes en cirkulær koncentrisk kantstillet ring 7, og en tilsvarende ring 8 er fastgjort på undersiden af øverste endepla^ de på huset· ®er er ganske ringe afstand mellem de 2 ringe· På rotoren 5S kropplade nær navet indenfor ringene 7 og 8 findes et antal huller, der forbinder rotorens øverste side med nederste side.

På nederste endeplade på huset 1 er fastgjort nav 9 med indlagt pakring lo, og gennem navet er monteret aksel 11, der i øverste ende har monteret kropplade med statorvinger 12, der kan være lige eller krumme.

Aksel 11 har i nederste ende momentfast monteret nav 13, der har 2 tappe·

Biset 1 er foroven og forneden ophængt svingbart i lejerne 14, der begge er fastgjort til møllestativ eller fundament gennem jernene 13, men lejerne kan også være fastgjort til stativ eller fundament på anden måde.

I huset 1 er monteret skilleplade 16, der har slidser, hvorigennem statorvin-- ger friktionsfrit kan forskydes op og ned som følge af, at huset 1 er frit svingende i forhold til de faststående statorvinger 12. s- Som udligning af eventuel medløb af huset 1 som følge af vadskefriktion mod husets indvendige overflade er monteret justerbart fjederarrangement 2o, men der kan også anvendes cylinder og stempel, der modtager tryk fra rørforbindelsen 19·

Navet 9s tappe går gennem huller i midten af reguleringsarmen 17, der i den ene ende er fastgjort til møllestativ eller fundament, og reguleringsarmen 17 er i modsatte ende forbundet til stempelstangen på en aktuator 18, der kan være enkeltvirkende med f jederreturgang, og som gennem rørforbindelse 19 påvirkes af tzykforholdene i vædske- luftbremsen på en sådan måde, at voksende txyk i bremsen som følge, af voksende omdrejningstal bevirker bevægelse af stempelstang i aktuator, hvorved reguleringsaim 17 løftes, og hvorved aksel 11 og stator 12 løftes, hvilket bevirker voksende bremsevirkning, uden at statorvinger møder friktion mod skillepladen 16 som følge af, at huset 1 er svingbart og frit ophængt i lejerne 14«

Aktivering af aksel 11 kan også ske på anden måde f. eks„ med aktuator eller