EP3762606A1 - Rotorlagergehäuse und windenergieanlage mit rotorlagergehäuse - Google Patents

Rotorlagergehäuse und windenergieanlage mit rotorlagergehäuse

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EP3762606A1
EP3762606A1 EP19731134.3A EP19731134A EP3762606A1 EP 3762606 A1 EP3762606 A1 EP 3762606A1 EP 19731134 A EP19731134 A EP 19731134A EP 3762606 A1 EP3762606 A1 EP 3762606A1
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EP
European Patent Office
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rotor
bearing housing
tower
rotor bearing
diameter
Prior art date
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Pending
Application number
EP19731134.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Rees
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Aerovide GmbH
Original Assignee
Aerodyn Energiesysteme GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Aerodyn Energiesysteme GmbH filed Critical Aerodyn Energiesysteme GmbH
Publication of EP3762606A1 publication Critical patent/EP3762606A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/30—Arrangement of components
    • F05B2250/36—Arrangement of components in inner-outer relationship, e.g. shaft-bearing arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a rotor bearing housing for receiving a rotor of a
  • Wind turbine with a circular turman gleich and a two spaced-apart ring bearing having rotor bearing for receiving a rotor.
  • the invention also relates to a wind energy plant comprising a tower, a rotor bearing housing arranged on the tower, a rotor mounted in the rotor bearing housing, which has a rotor shaft, a rotor hub connected to the rotor shaft by means of a rotor flange and at least one rotor blade connected to the rotor hub, and one with the rotor blade Rotor connected generator.
  • a goal for the development of new wind turbines is therefore always to keep the dimensions and dimensions of the nacelle as small as possible and to further reduce the manufacturing costs in order to increase the efficiency of the wind turbines.
  • Rotor bearing, the gear and the generator is arranged in the power flow of the wind turbine between Rotomabe and tower head and thus on the one hand an exchange of these
  • the US 8,907,517 shows a bearing unit which is connected to a transmission-generator unit and thus the transmission of the rotor loads is not done by the housing of the transmission and the generator.
  • a disadvantage of the illustrated solution is the further required connection of the bearing unit with the underlying machine carrier by means of several non-circular executed Flanschschraub lake and the resulting unfavorable shape of the bearing unit and the machine carrier leads to voltage spikes in the flange and the need for additional mechanical
  • the US 4,527,072 shows a tubular support structure in which, however, parts of the gear and generator support structure are integrated and the rotor bearing is arranged to accommodate all rotor forces in front of the tubular support structure in a separate housing. This results in a disadvantageous introduction of force of the rotor loads in the cylindrical support structure, an increased production costs due to the additional required flange connections and the problem of necessary in case of gearbox damage complete disassembly of the nacelle.
  • CN 201386629 Y shows by way of example the rotor bearing housing mentioned at the outset, which is designed in particular in one piece. This has a circular tower connection, on which a horizontally extending portion is arranged, in which two spaced ring bearings are received for receiving the rotor shaft of a rotor.
  • the disadvantage of this embodiment lies in the design-related space-consuming design, which precludes the formation of a compact wind turbine.
  • the object of the invention is to provide a nacelle, which has a compact and lightweight design and at the same time allows the exchange of important drive strand components on the site without lifting the entire nacelle from the tower and dismantle.
  • the basic idea of the invention is the rotor bearing housing as a central unit
  • Generator carrier to accommodate nacelle components superfluous.
  • Flange connection surface to the azimuth bearing ensures optimum force transmission of the transverse forces transmitted into the bearing in the underlying structure of the rotor bearing unit.
  • the bearing distance is thus essentially as large as the diameter of the lower
  • the rotor bearing housing of the invention which is very compact, there is also a small distance between the rotor circuit surface and the tower wall of the wind energy plant.
  • the housing of the self-supporting, separate gear-generator unit, which is preferably designed as a hybrid drive is firmly bolted to the rotor bearing housing, whereby an additional machine carrier or generator support for receiving the weight loads of the two components, as well as arranged on both sides of the transmission housing Torque support for receiving the driveline torque can be saved.
  • connection of the rotor shaft with the transmission input shaft is either via a compensating coupling or by a fixed flange connection between the two parts.
  • the rotor bearing housing is bolted to the lower flange connection with the azimuth bearing and is directly rotatable by means of the azimuth bearing with the uppermost
  • Rotor bearing housing, and the smallest possible diameter of the azimuth bearing can be realized in particular by a downwind arrangement of the rotor as a leeward runner and the waiver of an active Windsessnach Insertion
  • Rotor Vietnamese upwind arrangement The rotor as a windward runner, since the rotor blades in a Downwind arrangement in normal operation due to the wind loads occurring bend away from the tower.
  • azimuth brakes are arranged on the rotor bearing housing and can apply a braking torque to a brake disk firmly connected to the tower.
  • the azimuth brakes here are such that the braking torque is adjustable between zero and a maximum value. This allows the azimuth movement of the nacelle in certain
  • Operating states or error cases are limited by the activation of the azimuth brakes to an allowable value of the rotational speed or spin. This limitation is especially necessary to avoid improper system operating conditions due to excessive yaw velocities or yaw accelerations, which can cause component overloads and damage.
  • a slip ring unit transfers the electrical power and necessary control signals from the rotating nacelle to the fixed tower.
  • snach guidance is performed after a certain maximum permissible number Gondola revolutions Necessary unwinding of the power cables is not necessary in the above-described use of a slip ring unit accordingly.
  • Wind direction tracking usual.
  • this wind direction deviation can be minimized for the wind speed to be expected with the largest percentage share of the energy yield.
  • a rotor bearing housing for receiving a rotor of a wind turbine
  • the rotor bearing housing has a circular tower connection and a two spaced-apart ring bearing exhibiting rotor bearing for supporting a rotor shaft, wherein the ring bearings arranged in plan view within the tower connection, ie within the circumference of the tower connection are.
  • the ring bearings are designed so that the effective bearing centers of the ring bearing in
  • Top view are arranged outside the tower connection. This can be easily accomplished in particular by the ring bearings are designed as tapered roller bearings.
  • the rotor bearing housing further preferably has a substantially vertically extending portion, on the underside of the circular tower connection is formed and which is integrally formed with a substantially horizontally extending portion which receives the rotor bearing.
  • the vertical section is specially designed conical, wherein the rotor bearing housing is particularly preferably formed from a hollow cone blended with a hollow cylinder.
  • a first manhole for entry through the tower port into the vertical portion of the rotor bearing housing and a second manhole for passage from the vertical portion of the rotor bearing housing into the area outside the rotor bearing housing are provided. This allows a compact Construction and at the same time the passage from the tower of a wind turbine through the rotor bearing housing in the nacelle formed by the nacelle cover.
  • a connecting flange extending at an angle of substantially 90 ° for the attachment of a generator housing is preferably provided.
  • the imaginary axis does not pass through the center of the tower connection through the effective bearing centers of the ring bearings.
  • a wind turbine is claimed, with a tower, arranged on the tower rotor bearing housing, which is formed as previously formed, a rotor bearing housing in the rotor bearing housing a rotor shaft, connected to the rotor shaft by means of a rotor flange Rotomabe and at least one with the rotor hub
  • the wind energy plant preferably has a arranged at the upper end of the tower, two mutually rotatable bearing elements exhibiting azimuth system, wherein the
  • Rotor bearing housing forms the upper bearing element of the azimuth system.
  • the distance of the ring bearings to one another substantially corresponds to the diameter of the upper section of the tower in the area of the azimuth system.
  • Diameter of the upper section of the tower in the area of the azimuth system maximum 15% greater than the distance between the ring bearings to each other. Specifically, the diameter of the upper section of the tower in the area of the azimuth system is at most 10% greater than the distance between the ring bearings to each other.
  • the diameter of the rotor flange also essentially corresponds to the distance of the ring bearings from each other and / or in the
  • the diameter of the rotor flange and the diameter of the upper portion of the tower in the region of the azimuth system in relation to the distance of the ring bearings are at most 15% larger or smaller.
  • an optimal power flow from the rotor is achieved in the tower.
  • the rotor axis preferably extends outside the tower center in order to counteract the skewed position of the nacelle relative to the wind direction due to the geometry selected during a passive wind direction tracking.
  • connection flange of the rotor bearing housing is connected to a generator housing receiving the generator.
  • the rotor shaft is preferably connected to the generator by means of a transmission.
  • the transmission and the generator are designed as hybrid drive.
  • azimuth brakes are preferably arranged on the rotor bearing housing.
  • an inventively designed wind turbine is preferably designed as a lee runner.
  • the invention achieves a very compact design, increases the reliability of the wind turbine and at the same time ensures replacement of the components with the highest risk of failure without complete dismantling of the nacelle. Compared to other power train concepts, this results in significant advantages in terms of investment costs and lifetime costs of inventively designed
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a particularly preferred designed wind turbine in the gondola.
  • Fig. 2 is a perspective view of the wind turbine of Fig. 1 without
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a wind turbine according to the invention in the region of the nacelle, which is particularly preferred as a leeward rotor.
  • the wind turbine 100 which is particularly preferably configured comprises a tower 110, a rotor bearing housing 10 arranged on the tower 110, a rotor 120 mounted in the rotor bearing housing 10 with a rotor shaft 130, a rotor hub 140 connected to the rotor shaft 130 by means of a rotor flange and a plurality of Rotor blades 150 connected to the rotor hub 140 and a generator connected to the rotor shaft 130 and received by a generator housing 160.
  • Turman gleich 20 is formed, which forms the upper bearing element of the azimuth system.
  • the rotor bearing housing 10 also accommodates two spaced-apart ring bearings 30, 40, which are formed as tapered roller bearings. As the sectional view shows, the ring bearings 30, 40 are disposed within the circumference of the tower connection 20, wherein the ring bearings 30, 40 are formed so that the effective bearing centers of the ring bearings 30, 40 are outside the tower circumference.
  • the distance between the ring bearings 30, 40 to one another corresponds approximately to the diameter of the upper portion of the tower 110 in the region of the azimuth system. In this case, the difference between the diameter of the upper portion of the tower 110 in the region of
  • Azimutsystems the distance between the ring bearings 30, 40 to each other less than 10% based on the distance between the ring bearings 30, 40 to each other.
  • the diameter of the rotor flange substantially corresponds to the distance between the ring bearings 30, 40 to each other and also substantially the diameter of the upper portion of the tower 110 in the region of the azimuth system.
  • the difference between the diameter of the rotor flange and the diameter of the upper portion of the tower 110 in the region of the azimuth system in relation to the distance Ring bearing 30, 40 to each other less than ⁇ 10% based on the distance between the ring bearings.
  • Fig. 2 shows a perspective view of the wind turbine of Fig. 1 without nacelle cover.
  • the rotor bearing housing 10 which is rotatably mounted on the tower 110 of the wind turbine 100 configured as a leeward rotor, has a substantially vertically extending section 12, on the underside of which the circular tower connection 20 is formed, and a substantially horizontally extending section Section 14, which receives the rotor bearing is formed.
  • the two sections 12, 14 are integrally formed, wherein the vertical portion 12 is conical and the horizontal portion is cylindrical.
  • the rotor bearing housing 10 is made of a hollow cone 12 which has been cut with a hollow cylinder 14.
  • a first manhole for entry through the tower connection 20 is arranged in the vertical portion 12 of the rotor bearing housing 10, wherein additionally arranged in the vertically extending wall of the vertical portion 12 second manhole 50 for the passage from the vertical portion 12th the rotor bearing housing 10 is provided in the area outside the rotor bearing housing 10.
  • Rotor bearing housing 10 arranged azimuth brakes 170 is equipped.

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Abstract

Rotorlagergehäuse (10) für die Aufnahme eines Rotors (120) einer Windenergieanlage (100), mit einem kreisförmigen Turmanschluss (20) und einem zwei voneinander beabstandete Ringlager (30, 40) aufweisenden Rotorlager zur Lagerung einer Rotorwelle (130), dadurch gekennzeichnet, dass die Ringlager (30, 40) als Kegelrollenlager ausgebildet und in Draufsicht innerhalb des Turmanschlusses (20) angeordnet sind, wobei die wirksamen Lagermitten der Ringlager (30, 40) in Draufsicht außerhalb des Turmanschlusses (20) angeordnet sind.

Description

ROTORLAGERGEHÄUSE UND WINDENERGIEANLAGE MIT
ROTORLAGERGEHÄUSE
Die Erfindung betrifft ein Rotorlagergehäuse für die Aufnahme eines Rotors einer
Windenergieanlage, mit einem kreisförmigen Turmanschluss und einem zwei voneinander beabstandete Ringlager aufweisenden Rotorlager zur Aufnahme eines Rotors. Die Erfindung betrifft auch eine Windenergieanlage mit einem Turm, einem auf dem Turm angeordneten Rotorlagergehäuse, einem im Rotorlagergehäuse gelagerten Rotor, der eine Rotorwelle, eine mit der Rotorwelle mittels eines Rotorflanschs verbundene Rotomabe und wenigstens ein mit der Rotomabe verbundenes Rotorblatt aufweist, und einem mit dem Rotor verbundenen Generator.
Die weltweit steigende Nachfrage nach emeuerbaren Energien, hier speziell der Windenergie, zusammen mit der rapiden Abnahme geeigneter Standorte für Windenergieanlagen mit ausreichend Windgeschwindigkeiten führt zur Entwicklung von immer größeren und leistungsfähigeren Windenergieanlagen. Dabei resultiert die Vergrößerung der
Anlagenleistung in immer größeren Massen und Dimensionen der zu transportierenden und zu errichtenden Komponenten und stellt an vielen Standorten eine große Herausforderung für die Logistik dar. Insofern überschreitet die Breite und die Höhe sowie das Gesamtgewicht der Gondeln derartiger Windenergieanlagen immer öfter die zulässigen Grenzwerte für den Straßentransport. Ebenso erfordert die im Offshore Bereich stetig steigende Anlagenleistung einer Reduzierung der Turmkopfmassen und Abmessungen um die Kosten für den Bau der Windenergieanlagen, der Gründungsstrukturen und für die Errichtung weiter zu verringern.
Ein Ziel für die Entwicklung neuer Windenergieanlagen ist es deshalb stets die Abmessungen und Dimensionen der Gondel so klein wie möglich zu halten und die Herstellungskosten weiter zu senken um die Wirtschaftlichkeit der Windenergieanlagen zu erhöhen. Die
Verwendung einer kompakten Getriebe-Generator-Einheit mit geringer Getriebeübersetzung und Generator mit mittlerer Drehzahl (Hybridantrieb) stellt, speziell für große
Windenergieanlagen, den besten Kompromiss zwischen den beiden traditionellen
Triebstrangkonzepten mit direktgetriebenem Generator und schnelllaufendem Generator mit hochübersetzendem Getriebe in Bezug auf Dimensionen, Massen, Zuverlässigkeit und Kosten dar.
Die DE10 2007 012 408 zeigt bereits eine sehr kompakte Ausführung wobei hier das
Rotorlager, das Getriebe und der Generator im Kraftfluss der Windenergieanlage zwischen Rotomabe und Turmkopf angeordnet ist und damit einerseits ein Austausch dieser
Komponenten im Schadensfalls nur durch eine komplette Demontage des gesamten Rotors und Triebstranges erfolgen kann was sich negativ auf die Wartungskosten solcher Anlagen auswirkt und gleichzeitig die Gehäuse dieser Komponenten alle Rotorlasten übertragen müssen was zu unerwünschten Deformationen in den genannten Bauteilen führt, was wiederum die Funktion und die Lebensdauer der Komponenten negativ beeinflussen kann, und die Gehäuse dadurch besonders steif ausgeführt werden müssen.
Die US 8,907,517 zeigt eine Lagereinheit die mit einer Getriebe-Generator-Einheit verbunden ist und damit die Übertragung der Rotorlasten nicht durch die Gehäuse des Getriebes und des Generators erfolgt. Nachteilig bei der dargestellten Lösung ist jedoch die weiterhin benötigte Verbindung der Lagereinheit mit dem darunter befindlichen Maschinenträger mittels mehrerer, nicht kreisförmig ausgeführter Flanschschraubflächen und die dadurch resultierende ungünstige Formgebung der Lagereinheit und des Maschinenträgers die zu Spannungsspitzen in den Flanschflächen führt sowie die Notwendigkeit der zusätzlichen mechanischen
Bearbeitung der Flanschflächen und die zusätzlichen Schraubverbindungen was zu einer Erhöhung der Abmessungen, des Gewichtes und der Fertigungskosten führt.
Die US 4,527,072 zeigt eine rohrförmige Tragstruktur in die jedoch Teile der Getriebe- und Generatortragstruktur integriert sind und die Rotorlagerung zur Aufnahme aller Rotorkräfte vor der rohrförmigen Tragstruktur in einem separaten Gehäuse angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine unvorteilhafte Krafteinleitung der Rotorlasten in die zylinderförmige Tragstruktur, ein erhöhter Fertigungsaufwand durch die zusätzlich benötigten Flanschverbindungen sowie das Problem der bei Getriebeschäden notwendigen kompletten Demontage der Gondel.
Schließlich zeigt die CN 201386629 Y beispielhaft das eingangs genannte Rotorlagergehäuse, das insbesondere einstückig ausgebildet ist. Dieses weist einen kreisförmigen Turmanschluss auf, auf dem ein sich horizontal erstreckender Abschnitt angeordnet ist, in dem zwei voneinander beabstandete Ringlager zur Aufnahme der Rotorwelle eines Rotors aufgenommen sind. Der Nachteil dieser Ausgestaltung liegt in der konstruktionsbedingt raumgreifenden Bauform, der der Ausbildung einer kompakten Windenergieanlage entgegensteht.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Gondel zu schaffen, die eine möglichst kompakte und leichte Bauweise aufweist und gleichzeitig den Austausch wichtiger Trieb Strangkomponenten am Standort ermöglicht ohne die komplette Gondel vom Turm zu heben und zu demontieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Rotorlagergehäuse mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch die Windenergieanlage mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche geben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, das Rotorlagergehäuse als zentrale Einheit
auszugestalten, die - wie bekannt - als Rotorlagereinheit fungiert und zugleich aber alle Bauteile der Gondel miteinander verbindet. Somit werden die in anderen Konstruktionen üblicherweise verwendeten Bauteile Maschinenträger, zweites Lagergehäuse und
Generatorträger zur Aufnahme von Gondelkomponenten überflüssig.
Insbesondere ergibt sich erfindungsgemäß durch die Verwendung von nur einer zentralen Rotorlagereinheit ein deutlich reduzierter Fertigungsaufwand und Bearbeitungsaufwand für die mechanischen Teile der Windenergieanlage sowie im Vergleich zu bereits bekannten Windenergieanlagen sehr kompakte Bauweise unter Beibehaltung der Modularität und Austauschbarkeit der Getriebe-Generatoreinheit ohne Demontage des gesamten Triebstrangs mit Rotor.
Insbesondere wird durch die Anordnung der beiden Ringlager über der
Flanschanschlussfläche zum Azimutlager eine optimale Kraftübertragung der in die Lager übertragenen Querkräfte in die darunter liegende Struktur der Rotorlagereinheit gewährleistet. Der Lagerabstand ist also im Wesentlichen so groß wie der Durchmesser der unteren
Flanschanschlussfläche des Rotorlagergehäuses. Zusammen mit der für den Kraftfluss im Rotorlagergehäuse sehr vorteilhaften Formgebung, im Wesentlichen bestehend aus miteinander verschnittenen zylinderförmigen und
kegelförmigen Körpern, ergeben sich im Rotorlagergehäuse besonders geringe Spannungen und Verformungen die im Vergleich zu bekannten konventionellen Lösungen zu einer deutlich Gewichtsreduzierung führen.
Durch das erfindungsgemäß sehr kompakt ausgeführte Rotorlagergehäuse ergibt sich auch ein kleiner Abstand zwischen der Rotorkreisfläche und der Turmwand der Windenergieanlage. Das Gehäuse der selbsttragenden, separaten Getriebe-Generator-Einheit, die bevorzugt als Hybrid- Antrieb ausgebildet ist, ist fest mit dem Rotorlagergehäuse verschraubt, wodurch ein zusätzlicher Maschinenträger oder Generatorträger zur Aufnahme der Gewichtslasten der beiden Komponenten, sowie eine auf beiden Seiten des Getriebegehäuses angeordnete Drehmomentenstütze zur Aufnahme der Triebstrangdrehmomentes eingespart werden kann.
Die Verbindung von der Rotorwelle mit der Getriebeeingangs welle erfolgt entweder über eine Ausgleichskupplung oder durch eine feste Flanschverbindung zwischen den beiden Teilen. Durch den Wegfall des separaten Maschinenträgers und der Drehmomentenstütze ergibt sich im Vergleich zu anderen Konstruktionen eine deutlich reduzierte Gesamtbreite und
Gesamtlänge des Triebstranges.
Das Rotorlagergehäuse ist an der unteren Flanschverbindung mit dem Azimutlager verschraubt und ist mittels des Azimutlagers unmittelbar drehbar mit dem obersten
Turmsegment verbunden. Um die Transportbreite der Gondel zu minimieren, ist der
Durchmesser des Azimutlagers so weit wie möglich zu reduzieren. Der geringe Abstand zwischen Rotorkreisfläche und Turmachse, hervorgerufen durch das sehr kompakte
Rotorlagergehäuse, sowie der möglichst kleine Durchmesser des Azimutlagers kann insbesondere durch eine Downwind- Anordnung des Rotors als Lee-Läufer und den Verzicht auf eine aktive Windrichtungsnachführung realisiert werden (Free-Yaw oder passive
W indrichtung snachführung) .
Durch die Downwind- Anordnung können sehr viel geringere Abstände zwischen
Rotorkreisfläche und Turmwand realisiert werden als bei der üblichen Upwind- Anordnung des Rotors als Luv-Läufer, da sich die Rotorblätter in einer Downwind- Anordnung im normalen Betrieb aufgrund der auftretenden Windlasten vom Turm wegbiegen.
Eine Upwind- Anordnung mit aktiver Windrichtung snachführung würde das Aufbringen eines bestimmten Drehmomentes um die Turmhochachse erfordern, um die Gondel der
Windrichtung aktiv nachführen zu können. Die auftretenden Windkräfte wirken hierbei im Normalfall der Bewegungsrichtung entgegen, unterstützen diese also nicht. Dieses erforderliche Drehmoment muss bei einer aktiven Windrichtung snachführung durch eine geeignete Anzahl an Yaw- Antrieben sowie durch einen ausreichend großen Durchmesser des Azimutlagers realisiert werden. Eine aktive Windrichtung snachführung steht also der gewünschten Minimierung des Durchmessers des Azimutlagers hinderlich entgegen.
Bei der besonders bevorzugt vorgesehenen Downwind- Anordnung mit passiver
Windrichtung snachführung muss jedoch kein Moment um die Turmhochachse für die Windrichtung snachführung der Gondel erzeugt werden, da die Gondel durch die auftretenden Windlasten am Rotor passiv nach dem Windfahnenprinzip nachgeführt wird. Deshalb sind auch keine Yaw- Antriebe nötig und der Durchmesser des Azimutlagers kann ausschließlich aufgrund der zu übertragenden Biegemomente dimensioniert und wie gewünscht minimiert werden.
Am Rotorlagergehäuse sind dennoch Azimutbremsen angeordnet, die ein Bremsmoment auf eine mit dem Turm fest verbundene Bremsscheibe aufbringen können. Die Azimutbremsen sind hierbei so beschaffen, dass das Bremsmoment zwischen Null und einem Maximalwert einstellbar ist. Dadurch kann die Azimutbewegung der Gondel in bestimmten
Betriebszuständen oder Fehlerfällen durch die Aktivierung der Azimutbremsen auf einen zulässigen Wert der Drehgeschwindigkeit oder Drehbeschleunigung begrenzt werden. Diese Begrenzung ist speziell notwendig, um unzulässige Betriebszustände der Anlage aufgrund von zu hohen Yaw-Geschwindigkeiten oder Yaw-Beschleunigungen zu vermeiden, die zu Überlastungen und Beschädigungen von Komponenten führen können.
Eine Schleifringeinheit überträgt die elektrische Leistung und die notwendigen Steuersignale von der sich drehenden Gondel auf den feststehenden Turm. Die bei Konzepten mit aktiver Windrichtung snachführung nach einer bestimmten maximal zulässigen Anzahl an Gondelumdrehungen notwendige Entwindung der Leistungskabel ist bei der oben beschriebenen Verwendung einer Schleifringeinheit entsprechend nicht notwendig.
Bei passiven Windrichtungsnachführungen ergibt sich eine bestimmte Abweichung der Gondelposition zur mittleren Windrichtung abhängig von der mittleren Windgeschwindigkeit und anderen Windparametem. Diese Abweichung kann bei passiven
Windrichtungsnachführungen nicht aktiv ausgeglichen werden wie sonst bei aktiven
Windrichtungsnachführungen üblich. Durch die erfindungsgemäß bevorzugte, gezielte Verwendung eines seitlichen Achsversatzes zwischen Rotorachse und Turmhochachse kann diese Windrichtungsabweichung für die zu erwartende Windgeschwindigkeit mit dem größten prozentualen Anteil am Energieertrag minimiert werden.
Erfindungsgemäß wird also ein Rotorlagergehäuse für die Aufnahme eines Rotors einer Windenergieanlage vorgeschlagen, wobei das Rotorlagergehäuse einen kreisförmigen Turmanschluss und ein zwei voneinander beabstandete Ringlager aufweisendes Rotorlager zur Lagerung einer Rotorwelle aufweist, wobei die Ringlager in Draufsicht innerhalb des Turmanschlusses, also innerhalb des Umfangs des Turmanschlusses angeordnet sind. Dabei sind die Ringlager so ausgebildet, dass die wirksamen Lagermitten der Ringlager in
Draufsicht außerhalb des Turmanschlusses angeordnet sind. Dieses kann insbesondere dadurch leicht bewerkstelligt werden, indem die Ringlager als Kegelrollenlager ausgebildet sind.
Das Rotorlagergehäuse weist weiter bevorzugt einen sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden Abschnitt auf, an dessen Unterseite der kreisförmige Turmanschluss ausgebildet ist und der mit einem sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Abschnitt, der das Rotorlager aufnimmt, einstückig ausgebildet ist. Der vertikale Abschnitt ist speziell kegelförmig ausgebildet, wobei das Rotorlagergehäuse besonders bevorzugt aus einem mit einem Hohlzylinder verschnittenen Hohlkegel gebildet ist.
Im sich vertikal erstreckenden Abschnitt sind speziell ein erstes Mannloch zum Einstieg durch den Turmanschluss in den vertikalen Abschnitt des Rotorlagergehäuses und ein zweites Mannloch zum Durchstieg aus dem vertikalen Abschnitt des Rotorlagergehäuses in den Bereich außerhalb des Rotorlagergehäuses vorgesehen. Dieses ermöglicht eine kompakte Bauweise und zugleich den Durchstieg aus dem Turm einer Windenergieanlage durch das Rotorlagergehäuse in die von der Gondelverkleidung gebildete Gondel.
Weiter ist bevorzugt ein sich zum Turmanschluss in einem Winkel von im Wesentlichen 90° erstreckender Anschlussflansch für die Befestigung eines Generatorgehäuses vorgesehen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung verläuft die gedachte Achse durch die wirksamen Lagermitten der Ringlager nicht durch den Mittelpunkt des Turmanschlusses.
Entsprechend wird auch eine Windenergieanlage beansprucht, mit einem Turm, einem auf dem Turm angeordneten Rotorlagergehäuse, das wie zuvor geschildet ausgebildet ist, einem im Rotorlagergehäuse gelagerten Rotor, der eine Rotorwelle, eine mit der Rotorwelle mittels eines Rotorflanschs verbundene Rotomabe und wenigstens ein mit der Rotornabe
verbundenes Rotorblatt aufweist, und einem mit der Rotorwelle verbundenen Generator.
Die Windenergieanlage weist bevorzugt ein am oberen Ende des Turms angeordnetes, zwei gegeneinander drehbare Lagerelemente aufweisendes Azimutsystem auf, wobei das
Rotorlagergehäuse das obere Lagerelement des Azimutsystems ausbildet.
Der Abstand der Ringlager zueinander entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms im Bereich des Azimutsystems. Insbesondere ist der
Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms im Bereich des Azimutsystems maximal 15 % größer als der Abstand der Ringlager zueinander. Speziell ist der Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms im Bereich des Azimutsystems maximal 10 % größer als der Abstand der Ringlager zueinander.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung entspricht auch der Durchmesser des Rotorflanschs im Wesentlichen dem Abstand der Ringlager zueinander und/oder im
Wesentlichen dem Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms im Bereich des
Azimutsystems. Bevorzugt sind der Durchmesser des Rotorflanschs und der Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms im Bereich des Azimutsystems im Verhältnis zum Abstand der Ringlager maximal 15 % größer oder kleiner. Besonders bevorzugt sind der Durchmesser des Rotorflanschs und der Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms im Bereich des Azimutsystems im Verhältnis zum Abstand der Ringlager maximal 10 % größer oder kleiner.
Durch diese bevorzugte Ausgestaltung wird ein optimaler Kraftfluss vom Rotor in den Turm erreicht.
Bevorzugt verläuft die Rotorachse außerhalb des Turmmittelpunkts, um der sich bei einer passiven Windrichtungsnachführung ergebenden Schiefstellung der Gondel gegenüber der Windrichtung durch die gewählte Geometrie entgegenzuwirken.
Bevorzugt ist der Anschlussflansch des Rotorlagergehäuses mit einem den Generator aufnehmenden Generatorgehäuse verbunden. Dabei ist die Rotorwelle mit dem Generator bevorzugt mittels eines Getriebes verbunden. Besonders bevorzugt sind das Getriebe und der Generator als Hybridantrieb ausgebildet.
Weiter sind am Rotorlagergehäuse bevorzugt Azimutbremsen angeordnet.
Schließlich ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Windenergieanlage bevorzugt als Lee- Läufer ausgebildet.
Durch die Erfindung wird eine sehr kompakte Bauweise erreicht, die Zuverlässigkeit der Windenergieanlage erhöht und gleichzeitig ein Austausch der Komponenten mit dem höchsten Ausfallrisiko ohne komplette Demontage der Gondel gewährleistet. Im Vergleich zu anderen Triebstrangkonzepten ergeben sich daraus deutliche Vorteile in Bezug auf die Investitionskosten und Lebensdauerkosten von erfindungsgemäß ausgestalteten
W indenergieanlagen .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beigefügten Zeichnungen
dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten Windenergieanlage im Bereich der Gondel; und Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Windenergieanlage aus Fig. 1 ohne
Gondelverkleidung .
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer als Lee-Läufer besonders bevorzugt ausgestalteten Windenergieanlage gemäß der Erfindung im Bereich der Gondel.
Die besonders bevorzugt ausgestaltete Windenergieanlage 100 weist einen Turm 110, ein auf dem Turm 110 angeordnetes, erfindungsgemäß ausgestaltetes Rotorlagergehäuse 10, einen im Rotorlagergehäuse 10 gelagerten Rotor 120 mit einer Rotorwelle 130, eine mit der Rotorwelle 130 mittels eines Rotorflanschs verbundene Rotornabe 140 und eine Mehrzahl von mit der Rotomabe 140 verbundenen Rotorblättern 150, sowie einen mit der Rotorwelle 130 verbundenen, von einem Generatorgehäuse 160 aufgenommenen Generator auf.
Es ist deutlich zu erkennen, dass das Rotorlagergehäuse 10 mit einem kreisförmigen
Turmanschluss 20 ausgebildet ist, der das obere Lagerelement des Azimutsystems ausbildet. Das Rotorlagergehäuse 10 nimmt darüber hinaus zwei voneinander beabstandete Ringlager 30, 40 auf, die als Kegelrollenlager ausgebildet sind. Wie die Schnittdarstellung zeigt, sind die Ringlager 30, 40 innerhalb des Umfangs des Turmanschlusses 20 angeordnet, wobei die Ringlager 30, 40 so ausgebildet sind, dass die wirksamen Lagermitten der Ringlager 30, 40 außerhalb des Turmumfangs liegen.
Der Abstand der Ringlager 30, 40 zueinander entspricht in etwa dem Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms 110 im Bereich des Azimutsystems. Dabei beträgt die Differenz zwischen dem Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms 110 im Bereich des
Azimutsystems zum Abstand der Ringlager 30, 40 zueinander weniger als 10 % bezogen auf den Abstand der Ringlager 30, 40 zueinander.
Ebenso entspricht der Durchmesser des Rotorflanschs im Wesentlichen dem Abstand der Ringlager 30, 40 zueinander und auch im Wesentlichen dem Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms 110 im Bereich des Azimutsystems. Im gezeigten Beispiel beträgt die Differenz zwischen dem Durchmesser des Rotorflanschs und dem Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms 110 im Bereich des Azimutsystems im Verhältnis zum Abstand der Ringlager 30, 40 zueinander weniger als ± 10 % bezogen auf die Distanz zwischen den Ringlagern.
Schließlich zeigt Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Windenergieanlage aus Fig. 1 ohne Gondelverkleidung.
Es ist deutlich zu erkennen, dass das drehbar auf dem Turm 110 der als Lee-Läufer ausgestalteten Windenergieanlage 100 angeordnete Rotorlagergehäuse 10 einen sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden Abschnitt 12, an dessen Unterseite der kreisförmige Turmanschluss 20 ausgebildet ist, und einem sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Abschnitt 14, der das Rotorlager aufnimmt, gebildet ist. Dabei sind die beiden Abschnitte 12, 14 einstückig ausgebildet, wobei der vertikale Abschnitt 12 kegelförmig und der horizontale Abschnitt zylinderförmig ausgebildet ist. Insbesondere ist das Rotorlagergehäuse 10 aus einem mit einem Hohlzylinder 14 verschnittenen Hohlkegel 12.
Im sich vertikal erstreckenden Abschnitt 12 ist ein erstes Mannloch zum Einstieg durch den Turmanschluss 20 in den vertikalen Abschnitt 12 des Rotorlagergehäuses 10 angeordnet, wobei zusätzlich ein in der sich vertikal erstreckenden Wandung des vertikalen Abschnitts 12 angeordnetes zweites Mannloch 50 zum Durchstieg aus dem vertikalen Abschnitt 12 des Rotorlagergehäuses 10 in den Bereich außerhalb des Rotorlagergehäuses 10 vorgesehen ist.
Schließlich ist in Fig. 2 auch zu erkennen, dass die Windenergieanlage 100 mit am
Rotorlagergehäuse 10 angeordneten Azimutbremsen 170 ausgestattet ist.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Rotorlagergehäuse (10) für die Aufnahme eines Rotors (120) einer Windenergieanlage (100), mit einem kreisförmigen Turmanschluss (20) und einem zwei voneinander beabstandete Ringlager (30, 40) aufweisenden Rotorlager zur Lagerung einer
Rotorwelle (130), dadurch gekennzeichnet, dass die Ringlager (30, 40) als Kegelrollenlager ausgebildet und in Draufsicht innerhalb des Turmanschlusses (20) angeordnet sind, wobei die wirksamen Lagermitten der Ringlager (30, 40) in Draufsicht außerhalb des Turmanschlusses (20) angeordnet sind.
2. Rotorlagergehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden Abschnitt (12), an dessen Unterseite der kreisförmige Turmanschluss (20) ausgebildet ist und der mit einem sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Abschnitt (14), der das Rotorlager aufnimmt, einstückig ausgebildet ist.
3. Rotorlagergehäuse (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abschnitt (12) kegelförmig ausgebildet ist.
4. Rotorlagergehäuse (10) nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorlagergehäuse (10) aus einem mit einem Hohlzylinder (14)
verschnittenen Hohlkegel (12) gebildet ist.
5. Rotorlagergehäuse (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch ein im sich vertikal erstreckenden Abschnitt (12) angeordnetes erstes Mannloch zum Einstieg durch den Turmanschluss (20) in den vertikalen Abschnitt (12) des
Rotorlagergehäuses (10) und ein in einer Wandung des vertikalen Abschnitts (12) vorgesehenes zweites Mannloch (50) zum Durchstieg aus dem vertikalen Abschnitt (12) des Rotorlagergehäuses (10) in den Bereich außerhalb des Rotorlagergehäuses (10) aufweist.
6. Rotorlagergehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen sich in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zum Turmanschluss (20) erstreckenden Anschlussflansch für die Befestigung eines Generatorgehäuses.
7. Rotorlagergehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die gedachte Achse durch die wirksamen Lagermitten der Ringlager (30, 40) nicht durch den Mittelpunkt des Turmanschlusses (20) verläuft.
8. Windenergieanlage (100) mit einem Turm (110), einem auf dem Turm (110)
angeordneten Rotorlagergehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem im Rotorlagergehäuse (10) gelagerten Rotor (120), der eine Rotorwelle (130), eine mit der Rotorwelle (130) mittels eines Rotorflanschs verbundene Rotomabe (140) und wenigstens ein mit der Rotomabe (140) verbundenes Rotorblatt (150) aufweist, und einem mit der Rotorwelle (130) verbundenen Generator.
9. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein am oberen Ende des Turms (110) angeordnetes, zwei gegeneinander drehbare Lagerelemente aufweisendes Azimutsystem, wobei das Rotorlagergehäuse (10) das obere
Lagerelement des Azimutsystems ausbildet.
10. Windenergieanlage (100) nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Ringlager (30, 40) zueinander im Wesentlichen dem Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms (110) im Bereich des
Azimutsystems entspricht.
11. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms (110) im Bereich des Azimutsystems maximal 15 % größer als der Abstand der Ringlager (30, 40) zueinander ist.
12. Windenergieanlage (100) nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms (110) im Bereich des Azimutsystems maximal 10 % größer als der Abstand der Ringlager (30, 40) zueinander ist.
13. Windenergieanlage (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Rotorflanschs im Wesentlichen dem Abstand der Ringlager (30, 40) zueinander und/oder im Wesentlichen dem
Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms (110) im Bereich des Azimutsystems entspricht.
14. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Rotorflanschs und der Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms (110) im Bereich des Azimutsystems im Verhältnis zum Abstand der Ringlager (30, 40) maximal 15 % größer oder kleiner ist.
15. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Rotorflanschs und der Durchmesser des oberen Abschnitts des Turms (110) im Bereich des Azimutsystems im Verhältnis zum Abstand der Ringlager (30, 40) maximal 10 % größer oder kleiner ist.
16. Windenergieanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rotorachse außerhalb des Turmmittelpunkts verläuft.
17. Windenergieanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Anschlussflansch des Rotorlagergehäuses (10) mit einem den Generator aufnehmenden Generatorgehäuse (160) verbunden ist.
18. Windenergieanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (130) mit dem Generator mittels eines Getriebes verbunden ist.
19. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das
Getriebe und der Generator als Hybridantrieb ausgebildet sind.
20. Windenergieanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch am Rotorlagergehäuse (10) angeordnete Azimutbremsen (170).
21. Windenergieanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (100) als Lee-Läufer ausgebildet ist.
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