NO329597B1 - Drivanordning for en vindmolle - Google Patents

Abstract

Drivanordning for vindmølle omfattende en stor remskive (21) anordnet på en hovedaksling (22) og minst ett belte (27) eller kjede for å overføre rotasjon fra remskiven (21) til en generator (30, 31). Remskiven (21) står i rotasjonsforbindelse med minst to sekundærakslinger (23, 24) som er anordnet parallelt med hovedakslingen (22). Over remskiven (21) og sekundærakslingene (23, 24) strekker det seg et eller flere belter (27) som overfører rotasjonen. Sekundærakslingene (23, 24) er i sin tur rotasjonsforbundet med minst en, fortrinnsvis to, elektriske generatorer (30, 31).

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en drivanordning for en vindmølle i samsvar med ingressen til det etterfølgende krav 1.

I de fleste av dagens vindmøller er drivverket plassert i en gondol (eng.: nacelle), som også bærer vindmøllerotoren. Gondolen er nødvendigvis anordnet på toppen av en høy mast og roterer slik at rotoren alltid står mot vinden.

En slik plassering av drivverket medfører høy vekt i toppen av masten og at tilgang for vedlikehold er en utfordring. Likevel er det denne plasseringen av drivverk og generatorer som har blitt praktisk talt enerådende da alternativet er at rotasjonsmomentet må overføres via en aksling gjennom masten, noe som gir tap og krever at masten kan oppta reaksjonsmomentet fra den roterende akslingen.

Det er derfor et stort behov for å forenkle drivverket og gjøre dette lettere. Det er også behov for å gjøre tilgang for vedlikehold enklere. Dette er de overordnede formål ved den foreliggende oppfinnelse, og dette oppnås ved de trekk som fremgår av den kjennetegnende delen av krav 1.

Det er kjent fra bla. WO 2008/028335 og JP 2005023893 å benytte et belte til å overføre rotasjonen fra rotoren til en generator. Den foreliggende oppfinnelse tar imidlertid sikte på å utnytte beitedriftens, eller eventuelt kjededriftens, egenskaper bedre slik at det kan oppnås en mer kompakt drivanordning med ytterligere driftsmessige fordeler.

Noen av fordelene man kan oppnå ved oppfinnelsen i forhold til beitedriften i følge de kjente løsningene er: • Man får utnyttet kapasiteten på beltene med en togang i forhold til kjent beitedrift. Dette gjelder spesielt store (og derved også kostbare) belter og tilhørende stort beltehjul.

• Sammenstillingen blir mer kompakt.

• Momentet over drivakselen blir balansert

• Kraftproduksjonen kan fordeles på to generatorer som kan åpne for et rimeligere generatorkontrollsystem

Tiden før en trenger å bytte belter kan gjøres lenger fordi man kan kjøre moment på én generator i lite vind

I forhold til tradisjonelle drivsystemer med tannhjulsoverføring eller direktedrift kan man oppnå følgende fordeler: • Reduserer sjokkbelastninger (store momentendringer, vibrasjoner osv. dempes)

• Overflødiggjør komplekse smøre og kjølesystemer.

• Systemet vil være mindre utsatt for korrosjon og har mindre vedlikeholdsbehov.

Dette er spesielt gjeldende for vindmøller til havs. Beltehjulene kan for eksempel sinkbelegges for å redusere korrosjonen, noe som ikke er mulig ved tannhjulsoverføringer. • Man sparer veldig mye vekt ved å integrere driveakslingen i beltehjulet samt å oppta momentet over en stor radius isteden for en liten radius inne i en girkasse. • Antall deler som må fremstilles ved produksjon av drivsystemet går betydelig ned. • En stor del av vedlikeholdet kan gjøres uten bruk av en stor heisekran. Beltene er mest utsatt for slitasje, men selv de store beltene veier ikke mer enn 70-100 kg. Beltehjulet vil ikke være utsatt for slitasje da beltet er mykt. • Oppskalering til for eksempel 5, 7 og 10 MW vil kunne gjøres uten at massen på drivsystemet økes eksponentielt. Massen til en 5 MW turbin med girkasse eller direktedrift blir fort veldig tungt. • Kraften fra rotoren kan fordeles på flere standard generatorer, noe som gir økt fleksibilitet. • Det kan foretas en større utveksling i ett trinn enn ved tannhjulsoverføring. Dette fordi en stor utvekling i tannhjulsoverføringer medfører høye trykkrefter på tennene, noe som medfører høy slitasje. Ved beitedrift vil det bli en mykere overføring og det kan i noe grad tillates sluring ved brå momentendringer. • Beltedriwerk har også fordeler i forhold til direktedrift. Ved tirektedrift skal en forholdsvis lav rotasjonshastighet overføres til generatoren. Dette medfører at generatoren må være stor og tung. Ved høyere rotasjonshastigheter kan man bruke mindre og lettere generatorer.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til de medfølgende tegninger, der: Figur 1 viser en kjent gondol for en vindmølle med rotornav, drivverk og generator, Figur 2 viser en gondol tilsvarende den som er vist i figur 1, men med en drivanordning ifølge oppfinnelsen,

Figur 3 viser drivanordningen ifølge oppfinnelse i perspektiv,

Figur 4 viser drivanordningen ifølge oppfinnelsen i perspektiv fra motsatt side,

Figur 5 viser drivanordningen i følge oppfinnelsen i en splittegning,

Figur 6 viser en prinsippskisse av en drivanordning ifølge oppfinnelsen med tre sekundærakslinger og Figur 7 viser en utførelsesform av oppfinnelsen der sekundærakslingene er rotasjonsforbundet med en felles generator.

Først skal den kjente gondolen ifølge figur 1 kort forklares. Den omfatter et rotornav 1 som vindmøllebladene (ikke vist) er festet til. Navet 1 er opplagret i et hovedlager 2 og står i forbindelse med en hovedaksling 3. Hovedakslingen er forbundet med et hovedgir 4. Giret 4 er utstyrt med en brems 5. Via en kobling 6 står giret i forbindelse med en generator 7. Gondolen er også utstyrt med et dreie lager 8, dreiegir 9 og dreiering 10 for dreining av gondolen i forhold til et tårn 11, som gondolen er plassert oppå.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å erstatte følgende komponenter i den kjente gondolen ovenfor: hovedakslingen 3, hovedgiret 4, bremsen 5 og koblingen 6.

Figur 2 viser gondolen i figur 1 med drivanordningen ifølge oppfinnelsen plassert på tiltenkt sted og med den kjente gondolen som bakgrunn.

Før figur 2 forklares skal imidlertid drivanordningen ifølge oppfinnelsen gjennomgås under henvisning til figurene 3-5, som viser drivanordningen ifølge oppfinnelsen separat fra gondolen.

Drivanordningen er opplagret i en ramme 12, som har en første åpning 13 ved sin ene ende som vender bort fra navet 1 og en andre åpning 14 ved sin andre ende som vender mot navet 1. Åpningen 14 er sirkulær og er innrettet til å motta et rotasjonslager 15. Rammen omfatter også en bærevegg 16 for et hovedakslingslager 17. Bæreveggen 16 er utstyrt med åpninger 18 og 19. Nederst er rammen 12 utformet for opptak av et dreielager for dreining av gondolen i forhold til tårnet. Rammen har også en åpning 20 i dette området.

En stor remskive 21 er opplagret mellom rotasjonslageret 15 og hovedakslingslageret 17 ved hjelp av en hovedaksling 22. Parallelt med den store remskiven 21 og hovedakslingen 22 er det opplagret to sekundærakslinger 23 og 24. Hver av disse er utstyrt med en liten remskive 25, 26 ved sin ende som vender bort fra navet 1. Et sett av belter 27 strekker seg rundt den store remskiven 21 og sekundærakslingene 23, 24 for å overføre dreiemoment fra den store remskiven 21 til sekundærakslingene 23, 24. Sekundærakslingene 23, 24 er opplagret mellom braketter 28,29 ved siden av åpningen 14 og bæreveggen 16. To generatorer 30,31 er festet til rammen 12 og har generatorakslinger 32, 33 som strekker seg gjennom bæreveggen 16. Disse generatorakslingene 32, 33 står i rotasjonsforbindelse med hver sin av de små remskivene 25, 26 via sett av belter 34, 35.

Den store remskiven 21 er utstyrt med eiker 36 slik at det dannes fire åpninger 37 gjennom selve remskiven 21.

Det ovennevnte resulterer i en kompakt enhet som kan danne en bærende del av gondolen. Figur 2 viser hvordan denne enheten vil være plassert i gondolen. Navet vil kobles direkte til den store remskiven 21 ved hjelp av et antall bolter som skrus inn i boltehull 38 i remskiven 21.

Derved vil rotasjon av navet medføre rotasjon av den store remskiven 21. Denne vil i sin tur overføres til sekundærakslingene 23,24 via beltene 27 og videre til generatorene 30, 31 via de små remskivene 25, 25 og beltene 34, 35. Siden den store remskiven 21 har betydelig større diameter enn sekundærakslingene 23, 24 vil selv en liten rotasjonshastighet på navet medføre en stor rotasjonshastighet på sekundærakslingene 23, 24. Derved oppnås en svært stor utveksling i ett trinn.

De parallelle og diametralt motstående sekundærakslingene 23,24 sørger for en god balanse den store remskiven 21. Beltestrammingen kan justeres ved å flytte sekundærakslingene sideveis, slik det er antydet ved avlage hull 39 i brakettene 28,29 og bæreveggen 16. Strammingen av beltene 34, 35 kan gjøres på tilsvarende måte, ved å forskyve generatorene 30, 31 sideveis, slik det er antydet ved de avlage hullene 40 i bæreveggen 16.

Dersom vinden er svakere enn det som kreves for å gi halv strømproduksjon kan den ene generatoren kobles ut. Muligheten til å koble ut halvparten av generatorkraften medfører man kan oppnå et bredere reguleringsspekter for vindmøllen i svak vind enn ved hjelp av én generator og tradisjonell dobbelmatet generatorkontroll.

Selv om det er beskrevet to sekundærakslinger og to generatorer over, er det ikke noe i veien for at det kan være flere sekundærakslinger og generatorer. En prinsippskisse av et system med tre sekundærakslinger 23a, 23b, 23c som via samme beltesett 27 står i rotasjonsforbindelse med en stor remskive 21, er vist i figur 6.1 stedet for belter 27, 34, 35 kan det også benyttes ett eller flere kjeder som står i inngrep med fortanning på den store skiven og sekundærakslingene.

I stedet for at hver av sekundærakslingene står i forbindelse med hver sin generator, kan disse være rotasjonsforbundet med en felles generator. Et eksempel på dette er vist i figur 7, der de små remskivene 25,26 via remskivesett 34, 35 er forbundet med en felles generatoraksling 32a som går inn på en felles generator 30a. Dette er i dag den mest aktuelle utførelsesformen.

Slik rammen 12 er utformet og slik drivverket er plassert i rammen, gis det god tilgang for inspeksjon og vedlikehold. Personell kan komme opp i rammen 12 via åpningen 20, som står i forbindelse med en åpning på toppen av tårnet. Herfra kan personellet komme seg bakover i gondolen via åpningen 13 og fremover via åpningen 18 eller 19. Videre er det mulig å krype gjennom selve den store remskiven 21 via en av åpningene 37 og derfra inn i navet.

Drivanordningen ifølge oppfinnelsen vi også være utstyrt med en brems som skal sørge for at ingenting roterer mens det er personer i gondolen. Denne bremsen vil mest hensiktsmessig anordnes ved de to små remskivene eller på generatorene og være aktiv inntil vedlikeholdspersonellet manuelt har låst den store remskiven og navet.

Claims (11)

1. Drivanordning for vindmølle omfattende en stor rem- eller kjedeskive (21) anordnet på en hovedaksling (22) og minst ett belte (27) eller kjede for å overføre rotasjon fra skiven (21) til en generator (30, 31), karakterisert ved at skiven (21) står i rotasjonsforbindelse med minst to sekundærakslinger (23, 24), som er anordnet parallelt med hovedakslingen (22), via det minst ene beltet eller kjedet (27), hvilke sekundærakslinger (23, 24) i sin tur er rotasjonsforbundet med minst en elektrisk generator (30, 31).

2. Drivanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at sekundærakslingene (23, 24) er anordnet med lik vinkelavstand i forhold til hverandre rundt skiven (21).

3. Drivanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det minst ene beltet eller kjedet (27) strekker seg over skiven (21) og de minst to sekundærakslingene (23, 24).

4. Drivanordning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at skiven (21) og hovedakslingen (22) er integrert med hverandre.

5. Drivanordning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at sekundærakslingene (23,24) er rotasjonsforbundet med hver sin generator (30,31).

6. Drivanordning ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert v e d at sekundærakslingene (23,24) er rotasjonsforbundet med samme generator (30).

7. Drivanordning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at skiven (21) har store gjennomgående åpninger (37) parallelt med hovedakslingen (22).

8. Drivanordning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den er anordnet i en ramme (12) som tilveiebringer opplagring for skiven (21), hovedakslingen (22), sekundærakslingene (23, 24) og generatorene (30, 31).

9. Drivanordning ifølge krav 8, karakterisert ved at sekundærakslingene (23, 24) er opplagret forskyvbart sideveis i rammen (12) i forhold til hovedakslingen (22) og skiven (21), slik at strammingen av beltet (27) eller kjedet kan justeres ved å forskyve på sekundærakslingene (23, 24).

10. Drivanordning ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at rammen (12) omfatter åpninger (13,14, 20) som gir tilgang for vedlikehold når drivanordningen er anordnet i en gondol på en vindmølle, idet rammen (12) har en åpning (20) mot et tårn som gondolen er anordnet i og at det er åpninger (13, 14) som gir tilgang gjennom rammen (12) ut av begge dens ender, forover via åpninger (37) i skiven (21) og rammen og bakover via åpninger (13) i rammen (12).

11. Drivanordning ifølge ett av kravene 8, 9 eller 10, karakterisert v e d at rammen (12) omfatter en bærevegg (16) som tilveiebringer opplagring av den ene enden av hovedakslingen (22) og sekundærakslingene (23, 24).