SE501270C2 - Vindkraftverk, förfarande för styrning av ett vindkraftverk samt montering av en vindturbin i ett vindkraftverk - Google Patents
Vindkraftverk, förfarande för styrning av ett vindkraftverk samt montering av en vindturbin i ett vindkraftverkInfo
- Publication number
- SE501270C2 SE501270C2 SE9301525A SE9301525A SE501270C2 SE 501270 C2 SE501270 C2 SE 501270C2 SE 9301525 A SE9301525 A SE 9301525A SE 9301525 A SE9301525 A SE 9301525A SE 501270 C2 SE501270 C2 SE 501270C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- wind turbine
- sub
- wing
- turbine
- turbines
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- WNUUWQUNTSGWGN-UHFFFAOYSA-N 2-(cyclohexylcarbamoyloxy)ethyl 3-acetamido-2,4,6-triiodobenzoate Chemical compound CC(=O)NC1=C(I)C=C(I)C(C(=O)OCCOC(=O)NC2CCCCC2)=C1I WNUUWQUNTSGWGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 2
- 208000010201 Exanthema Diseases 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 201000005884 exanthem Diseases 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
- F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
- F03D3/067—Cyclic movements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
- F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
-
- 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
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/40—Use of a multiplicity of similar components
-
- 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
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
- F05B2260/72—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades by turning around an axis parallel to the rotor centre line
-
- 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
- Y02E10/728—Onshore wind turbines
-
- 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
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Description
501 270 2 vingar är, i motsats till exempelvis Darrieus-turbinens ving- ar, raka och parallella eller nära parallella med turbinaxeln samt roterar kring sin egen axel (vingaxeln).
Uppfinningen definieras allmänt i de bifogade kraven.
För att närmare belysa uppfinningen beskrives nedan ett ut- föringsexempel i anslutning till Fig. 1 med en installerad effekt på 12 MW. verkets vindturbin består av 6 över varandra anordnade delturbiner (l.l), lämpligen med identisk konstruk- tion, vilkas som grova rör utformade centralaxlar (l.2) är sammankopplade med kopplingar (l.3), som dels centrerar ax- larna i förhållande till varandra, dels överför genererat vridmoment från turbin till turbin även vid små vinkelavvikel- ser mellan axlarnas centrumlinjer och dels lämpligen är in- tegrerade med centralaxelns stödlager, vilka fixerar axlarna med för varje lager minst 3 symmetriskt fördelade radiella horisontella förspända stag (l.4) till på samma nivå stagade stödmaster (l.5) på avstånd från axeln, som lämpligen över- stiger dubbla delturbinradien.
Delturbinerna (se Fig. 2) har 3 vingar (2.l), som är roterbart lagrade i yttre änden av de på centralaxeln (2.2) intill kopplingarna (l.3) infästa armarna (2.3). Dessa är med hänsyn till vingens vridande moment och armens luftmostànd vid rota- tionen utformade med dubbelsymmetrisk sektion med lågt aerody- namiskt motstånd. Antalet vingar kan även vara mindre eller större än 3, t.ex. 2, 4, 5, 6 eller fler.
Den nedersta delturbinen, vars medel+höjd är +40 m, är via röraxeln (l.6) ansluten till anordningar för omvandling av vindturbineffekten till eleffekt, som t.ex. levererar elström till nätet. Effektuttaget från generatorn styres enligt upp- finningen företrädesvis så att vingarnas (2.l) rotationshas- tighet kring turbincentrum blir mindre än dubbla ostörda vindhastigheten, lämpligen 30-150 % av densamma. Detta är en mycket mindre hastighet än den, som exempelvis stipuleras i 501 270 s tyska patentet nr. 892 130 (350-1500 % av ostörda vindhastig- heten). En vindturbin med stor effekt skulle vid utformning enligt nämnda patent motverkas av de mycket höga påkänningar, som vingarna genom centrifugalkraften skulle utsättas för vid de stora dimensioner stor svepyta skulle erfordra. Vingarnas rotationshastighet kring turbincentrum är i uppfinnings- exemplet enligt Fig. 2 ca. 63 % av ostörda vindhastigheten och trots långa slanka vingar ger dessa ej upphov till hållfast- hetsproblem.
För att uppnå hög utnyttjningsgrad av vindens energiinnehåll med en vindturbin enligt uppfinningen tvångsroteras lämpligen alla delturbinvingarna kring sin egen axel (nedan = vingrota- tion) i motsatt riktning i förhållande till turbinens rota- tionsriktning med hjälp av individuellt styrda servoorgan, exempelvis frekvensstyrda elmotorer eller hydrauliska motorer.
Servoorganen styres på basis av mätvärden för turbinens varv- tal och axelmoment samt ostörda vindens riktning och styrka, de senare lämpligen mätta med givare på respektive delturbins medelhöjd över mark/havsyta. Mätvärdena styr servoorganen, som ställer in varje vinges anfallsvinkel mot skenbara vindrikt- ningen så att maximalt upnåelig lyftkraft erhålles i varje position vingen intar under ett turbinvarv.
För att belysa en vinges "arbete" under ett turbinvarv har Fig. 2, 3 och 4 utarbetats. Fig. 2 visar vindvektorerna i Vingarnas positioner vid en 3-vingad delturbin, som roterar moturs och där vinge A intar position i vindögat med ostörda vindriktningen parallell med X-axeln. Vingarnas (2.l) ställ- ning i respektive position har även lagts in i figuren med en anfallsvinkel av l2° i förhållande till hastighetsvektorerna för skenbara vinden (VX). Den lyftkraft (L), som denna åstad- kommer på respektive vinge samt lyftkraftens komposanter i tangentiell (T) och radiell (R) riktning exemplifieras för vinge C i Fig. 2. 501 270 4 Fig. 3, i vilken samma beteckningar som i Fig. 2 gäller, baseras på följande data: # Utnyttjningsgrad av ostörda vindens "natureffekt" = 49% Total effekt = 12 MW 6 delturbiner med total svepyta = 8100 m2 Plushöjd (medel) delturbin 6 = 225,5 m Delturbinradie (till vingaxel) = 18,5 m Vingkorda = 3,3 m Vingens sidoförhàllande = ll Vingprofilens lyftkraftskoefficient CLmax = 2,0 Ostörd max vindhastighet = 16 m/s âtåtitlitâtfltitâtit Vingaxelns tangentialhastighet = l0 m/s I fig. 4 visas på basis av ovanstående data beräknade varia- tioner under ett turbinvarv (0° metrar för vinge A: TA = Lyftkraftens tangentialkomposant N/m2 BA = Vinkeln mellan ostörda och skenbara vindhastighets- vektorerna mA = Vinkelhastigheten (rad/s) för Vingens A medurs- rotation kring egen axel för att alltid inta önskad anfallsvinkel.
Av Fig. 3 framgår att tangentialkraften TA och därigenom det moment, som vingen påverkar turbinaxeln med, varierar mycket kraftigt under ett turbinvarv. Avsevärd utjämning erhålles genom att utrusta delturbinen med 3 vingar, vilket framgår av summakurvan TABC i Fig. 4 där tangentialkrafterna för de 3 vingarna A, B och C lagts in tillsammans med TABC.
För att uppnå ett nära konstant moment kan enligt uppfinningen delturbinerna (l.l) "fasförskjutas" i förhållande till varan- dra i kopplingarna (l.3) mellan delturbinernas axlar (l.2).
"Fasförskjutningsvinkeln" mätt i grader blir beroende av antalet vingar per delturbin (m) och antalet delturbiner (n) och är företrädesvis 360/n.m, dvs. i uppfinningsexemplet 20°.
Sammanlagring av 6 st 20° fasförskjutna kurvor av typ TABC i 501 270 5 Fig. 4 ger en nära rät linje med små variationer <¿ 1%, dvs. vindturbinen ger ett mycket nära konstant moment. Fasförskjut- ning med vinkel avvikande från 360/n.m är möjlig, men ger sämre utjämning av vindturbinens moment.
Kurvan för vingrotationens vinkelhastighet (mA) har, såsom framgår av Fig. 3, två utpräglade toppar i intervallen 75° vingens under- och övertryckssida, som erfordras för att lyftkraftens tangentialkomposant (TA) skall verka i rätt turbinrotationsriktning, vilket skifte genomföres i nämnda intervall då lyftkraften där är nära = 0. Skiftet sker genom ökning av vingrotationens vinkelhastighet utöver den, som betingas av skenbara vinden i intervallet (streckad del av kurvan för mA). För att vingarna skall få litet masströghets- moment och lyftkraften sammanfalla med vingens tyngdpunkt och därigenom minimera den för vingrotationen erforderliga servo- effekten, ges vingarna en sådan aerodynamisk profil, som har sammanfallande eller nära sammanfallande tryckcentrum och tyngdpunkt, stort motståndmoment och hög lyftkraftkoefficient.
Detta ger en slank vinge med låg vikt (masströghetsmoment) och lågt servoeffektbehov.
Enligt uppfinningen kan ovannämnda egenskaper uppnås genom att man ger Vingen en dubbelsymmetrisk aerodynamisk profil, ex- empelvis ellipsformad med tjockleken 15-25 %, och/eller genom att Vingen kompletteras med såväl fram- som bakkantklaff. I Fig. 5 ges exempel på en sådan profil med elliptisk form (5.l), 20 % tjocklek och med tryckcentrum och tyngdpunkt sammanfallande med vingens symmetriaxel.
Som Fig. 5 visar har framkantklaffen (5.2) enkelsymmetrisk profil och är upphängd i och begränsat svängbar kring före- trädesvis rörformiga axeltappar (5.3) framför vingens nos.
Axeltapparna är lagrade i pyloner (5.4), som skjuter ut från vingens framkant så långt att klaffen kan svänga fritt framför vingframkanten (5.5). 501 270 6 Bakkantklaffen (5,6) är enkelsymmetrisk och integrerad med vingens bakkant på sådant sätt att den är begränsat svängbar omkring axeltappar (5.7) i centrum av klaffens företrädesvis halvcylinderformade (5.8) nos lagrade innanför vingens bak- kantsöppning så att klaffen blir svängbar >¿20° omkring kor- dan.
För att minska tendensen till gränsskiktsavlösning pá bak- kantklaffens undertryckssida och därigenom möjliggöra större anfallsvinkel och hög CLmax, kan enligt uppfinningen en luft- stråle (5.9) blàsas utmed klaffens undertryckssida genom den spalt, som bildas mellan öppningens kanter och klaffens nos vid anpassad infästning av klaffens lager innanför vingens bakkantsöppning. Strålens "drivkraft" erhålles av det över- tryck, som enligt uppfinningen upprätthàlles i vingarnas inre. Övertrycket erhålles med hjälp av en anpassad fläkt ansluten till vindturbinens som rör utformade centralaxel (l.2). Genom denna och de rörformiga armarna (2.3), som bär upp vingarna (2.l) ledes luften via vingarnas som rör utformade axeltappar (5.lO) till vingarnas inre. En vinge i princip utformad enligt Fig. 5 med 3,3 m korda och 5 mm spaltöppning och i vilken ett övertryck på 1000 Pa upprätthàlles uppnår CLmax >2,0. Fläktens effektförbrukning motsvarar <2 % av den genererade totaleffek- ten.
För att ytterligare förhöja vingarnas aerodynamiska effektivi- tet kan dessa enligt uppfinningen förses med s.k. ändskivor (tip vanes) i ändarna, varvid skivorna företrädesvis är cirku- lära med en diameter = vingkordan.
Lufttillförseln till vingarna har enligt uppfinningen förutom den lyftkrafthöjande effekten den viktiga funktionen att kunna motverka nedisning. Enligt uppfinningen kan sålunda den till vingarna distribuerade luften uppvärmas något vid sådana meterologiska förhållanden, som medför risk för nedisning, vilket effektivt förhindrar nedisningen. Särskilt utsatt för nedisningsrisk är framkantsklaffens (5.2) nos, som enligt upp- 501 270 7 finningen kan skyddas genom att pylonerna (5.4) och klaffens axeltappar (5.3) är sà utförda att luft frán vingens inre kan strömma genom klaffen, varvid strömningen utformas så att luften i en första vända stryker längs klaffens nos och där- efter avledes genom hål eller slitsar i klaffens bakkant.
Den värme, som erfordras för uppvärmningen av luften till vingarna, täckes enligt uppfinningen i första hand med för- lustvärmen fràn den till vindturbinen kopplade generatorn (generatorerna).
Vid vindturbinens rotation skiftas enligt uppfinningen vingar- nas under- och övertryckssida i intervallen 75° < a resp. 2600 < a <280° (se Fig. 3), vilket innebär att full omställning av klaffarna måste ske under intervallen. Om fram- och bakkantklaffen enligt uppfinningen är sammankopplade med varandra, exempelvis mekaniskt med avpassade vinkelväxlar förbundna med axel, sker klaffomställningen automatiskt i intervallen där den extra vingrotationen, utöver den som betingas av skenbara vindens vridning, tvingar fram kantklaf- fen över kordan varvid bakkantklaffen gör utslag i motsatt riktning.
Enligt uppfinningen kan delturbinens centralaxel (2,2) utföras som ett rör och har i utföringsexemplet en diameter = 2,5 m.
Delturbinens sex armar, som bär upp de tre vingarna, är fästa på centralaxeln intill det med kopplingen integrerade stöd- lagret (l.3), som med fördel är av typ omvänt "hydrostatic shoe bearing" med "shoes" verkande utåt i radiell riktning mot en stabil ring fixerad av stagen (l.4) till stödmasterna (l.5).
Servoorganet för vingrotation, exempelvis frekvensstyrd elmo- tor med pàhängd kuggväxel, är enligt utföringsexemplet in- stallerat i centralaxeln vid vingarmens infästning. Servokraf- ten överföres från servoorganet via en i armen lagrad axel till pinjongen i den vinkelväxel, vars kronhjul är kopplat 501 270 8 till vingens som rör utformade axeltapp (5.l0).
För att möjliggöra service av servoorganen och annan övrig utrustning installerad i centralaxeln (l.2) kan denna enligt uppfinningen utföras med så stor diameter, att en hiss in- rymmes i densamma. Även armarna (2.3), som bär upp vingarna (2.l) kan ha sådana dimensioner att en person kan ta sig fram till lager och vinkelväxel för vingrotationen i armarnas ytterände.
Vindturbinens effekt kan överföras frán den understa delturbi- nens centralaxel via avpassad mekanisk växel (växlar) till en eller flera generatorer, lämpligen asynkrongeneratorer. Gene- rerad elström som p.g.a vindhastighetens variationer får varierande frekvens kan omriktas i pulsväxelriktare med lik- strömsmellanled och levereras med nätfrekvens. Ett vindkraft- verk enligt uppfinningen kan med detta arrangemang utnyttja vindens "natureffekt" till ca. 49 % (85 % av teoretiskt maxi- mum) i hela vindhastighetsintervallet 4-16 m/sek, varvid den högre hastigheten motsvarar verkets nominella effekt. Vid vindhastigheter >l6 m/sek kan vingarnas anfallsvinkel anpassas nedåt så att effekten förblir den nominella.
Om vid ett vindkraftverk enligt uppfinningen på nominellt 12 MW alternativet med endast en generator väljes, erfordras uppväxling mellan oentralaxel och generator i flera steg, exempelvis i ett första steg 1:5 med en vinkelväxel, vars kronhjul får en diameter på ca. 3 m, kombinerad med en pla- netväxel anpassad till generatorns varvtal. En dylik special- byggd växelkombination blir tung och med säkerhet dyrbar.
Enligt uppfinningen föredrages ett annat alternativ för kon- vertering av vindturbineffekten till eleffekt, vilket innebär utnyttjning av avpassat antal "genereringsenheter“ vardera bestående av en generator, företrädesvis en asynkrongenerator, t.ex. på 400 kW, direktkopplad till pinjongen till en bakhjul- saxel i standardutförande för tung lastbil eller liknande, som i 501 279 9 som kan utrustas med hjul av järnvägstyp med avpassad diame- ter. Erforderligt antal enheter kopplas elektriskt t.ex. till omriktarutrustning med pulsväxelriktare och likströmsmellan- led, och strömmen därifrån kan matas ut på nätet.
Härvid kan med fördel omriktarutrustning på marknaden ur- sprungligen utvecklad för ellok med elbromskapacitet på t.ex. 2400 kw utnyttjas, varvid 6 "genereringsenheter" kan pa- rallellkopplas till en omriktarenhet eventuellt modifierad från 16 2/3 till 50/60 Hz.
För att överföra vindturbineffekten till "genereringsenheter- na" kan enligt detta alternativ, såsom exemplifieras på Fig. 6, vindturbinens centralaxel nedtill (6.6) infästas i centrum av en pontonliknande cylinder (6.7) med stor diameter, i utföringsexemplet 30 m, på vilkens vertikala mantel ett järn- vägsspår (6.8) är fäst mot vilket “genereringsenheternas" hjul (6.9) pressas, lämpligen hydrauliskt. Enheterna är upphängda i stationära, men i höjdled justerbara, anordningar, som för- delas jämnt kring pontonens omkrets. Vid 16 m/s ostörd vind- hastighet elbromsas genom effektutmatning till nätet det löpande spåret till lämplig hastighet, exempelvis 45 km/h, varvid 30 enheter avger 12 MW till nätet. Alternativet med multipla "genereringsenheter" blir mycket flexibelt ur kapaci- tetssynpunkt och dessutom billigare än alternativet med skräd- darsydd storgenerator + flerstegsväxel.
Den pontonliknande cylindern, i vilken vindturbinens central- axel är infäst, har enligt uppfinningen, utöver funktionen som utväxling mellan centralaxel och "genereringsenheterna", den viktiga funktionen som axiallager för hela vindturbinen. För att fylla denna funktion är pontonen enligt uppfinningen utrustad med en ringformad flottör (6.lO), lämpligen med samma ytterdiameter som pontonen, som är fäst vid pontonens botten.
Ponton-flottören är installerad i en cirkulär vattenbassäng (6.1l) och i utrymmet under pontonbotten innanför flottör- ringen upprätthålles en luftkudde (6.l2) med så avpassat 501 270 10 lufttryck att ponton med vindturbin flyter. Ett litet tryck- luftflöde tillföres kontinuerligt utrymmet under pontonbotten och överskottet bubblar ut i bassängen under flottörringen, varvid vattennivån (6.13) i bassängen avpassas så att vindtur- binens stödlager intar rätt nivå.
När vindturbin + ponton genom vindpåverkan roterar i vattnet följer hela vattenringen mellan ponton och bassängvägg med.
P.g.a. frånvaron av deplacementeffekt blir rotationsmotståndet härvid mycket lågt (jfr. båt, som rör sig medströms i en flod) och förorsakas huvudsakligen av skjuvkrafter i vattenringen.
Dessa är p.g.a. vattnets låga viskositet, speciellt vid för- höjd temperatur, mycket små varför ponton-flottören tjänstgör som ett enkelt effektivt axiallager.
De tre stödmasterna (l.5) för fixering av vindturbinens stöd- lager (l.3) i horisontalplanet är av den standardtyp som marknadsföres för TV-sändare mm och som tillverkas med höjder >300 m. På masterna är i höjd med delturbinerna givare för mätning av ostörda vindens riktning och styrka monterade.
Varje delturbins vingar styres således på basis av mätdata för ostörda vinden pà delturbinens nivå, vilket möjliggör att anpassa vingrotationen så att optimal utnyttjning sker av vinden på alla nivåer. Givarnas mätdata kan med fördel över- föras med optokabel + infralänk till den centraldator i cen- tralaxeln, som styr servoorganen för vingrotationen.
Genom att enligt uppfinningen göra stödmasterna (l.5) högre än delturbinernas sammanlagda höjd över marknivån, fyller master- na förutom stödfunktionen den viktiga funktionen att möjlig- göra enkelt montage av vindturbinen. Detta sker således genom successiv sammankoppling underifrån av färdigmonterade deltur- biner med vingar, servoorgan mm och slutlig sammankoppling av hela den hängande vindturbinen med anordningarna på marknivá för omvandling av vindturbineffekten till el.
Claims (17)
1. Vindkraftverk med stor effekt, företrädesvis minst 3 MW, vars vindturbin har vertikal centralaxel och är upp- byggd av ett flertal över varandra anordnade delturbiner (1.1) med lämpligen identisk konstruktion, med vingar (2.l) parallella eller nära parallella med centralaxeln (l.2), vilka är roterbara runt sin egen axel (5.10), k ä n n e - t e c k n a t därav, att delturbinernas centralaxlar (1.2) är sammankopplade med kopplingar (l.3), som är utformade så att genererat vridmoment överföres från delturbin till del- turbin även vid små vinkelavvikelser mellan axlarnas centrum- linjer, och med centrering av delturbinernas centralaxlar i förhållande till varandra, varvid delturbinernas centralaxlar har ett stödlager (l.3) i ena änden, vilket lämpligen är integrerat med kopplingshalvan (l.3) i denna ände och vilket är fixerat i horisontalplanet med hjälp av minst tre före- trädesvis symmetriskt fördelade radiella företrädesvis för- spända stag (1.4) till, företrädesvis på samma nivå stagade, stödmaster (l.5), företrädesvis av TV-masttyp, på avstånd från centralaxeln, som lämpligen överstiger dubbla delturbin- radien.
2. Vindkraftverk enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att vindturbinen består av n st delturbiner med m st vingar vardera, varvid m företrädesvis har samma värde för samtliga eller det övervägande antalet delturbiner och varvid minst en av, lämpligen ett övervägande antal av och företrädesvis alla delturbinerna i axelkopplingarna (l.3) är fasförskjutna i förhållande till varandra så att vingarna i en referensturbin vid rotation ligger ett visst antal grader, företrädesvis 360/n.m grader före respektive efter närmaste vinge i en annan delturbin, företrädesvis närmast intilliggande delturbiner. 501 270 I2
3. vindkraftverk enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n - n e t e c k n a t av att vindturbinens varvtal genom avpassat effektuttag från en med den understa delturbinens centralaxel sammankopplad elgenerator styres så att vingarnas rotationshastighet kring centralaxelcentrum blir < dubbla ostörda vindhastigheten, lämpligen 30-150 % av densamma.
4. Vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven l-3, k ä n n e t e c k n a t av att delturbinernas vingar är anordnade att tvàngsroteras kring sin egen axel, företrädes- vis i motsatt rotationsriktning mot vindturbinens rotations- riktning med hjälp av individuella servoorgan styrda på basis av mätvärden för vindturbinens varvtal och centralaxelmoment samt den ostörda vindens riktning och styrka, lämpligen mätta på respektive delturbins medelhöjd över mark/havsytan, varvid servoorganen företrädesvis styr varje vinges vinkelhastighet (3.m) sà att dess anfallsvinkel (5.ll) mot skenbara vindens riktning (2.VX) ger vingen optimal lyftkraft verkande i tur- binens rotationsriktning (lyftkraftkomposant (T) i tangen- tiell riktning) i varje läge under turbinvarvet, och varvid servoorganen företrädesvis är anordnade att skifta vingarnas under- och övertryckssida under ett turbinvarv i intervallen 75° < a < 105° resp. 260” < a < 280°, företrädesvis med toppvärden för vingens vinkelhastighet runt sin egen axel, mA, inom dessa intervall.
5. vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven l-4, k ä n n e t e c k n a t av att delturbinernas vingar har dubbelsymmetrisk aerodynamisk profil (5.l) och är utrustade med aerodynamiskt anpassade sáväl fram- som bak- kantklaffar, som ger vingen hög lyftkraft och litet masströg- hetsmoment för minimering av den för vingrotationen erforder- liga servokraften genom sammanfallande eller nära samman- fallande tryckcentrum, tyngdpunkt och axel.
6. _Vindkraftverk enligt patentkrav 5, k ä n n e - 501 270 :s t e c k n a t av att framkantklaffen (5.2) har enkelsymmet- risk profil och är upphängd i och begränsat svängbar kring sina företrädesvis rörformade axeltappar (5.3) framför ving- ens framkant (5.5), vilka tappar är lagrade i pyloner (5.4), som skjuter ut från vingens framkant (5.5) så långt, att klaffen kan svänga fritt förbi kanten, medan den enkelsymmet- riska bakkantklaffen (5.6) är integrerad med vingens bakkant på så sätt att den är begränsat svängbar kring axeltappar (5.7) i centrum av klaffens lämpligen halvcylinderformade nos (5.8) lagrade innanför en öppning i vingens bakkant, före- trädesvis på så sätt att klaffen blir svängbar > :20° kring profilkordan.
7. Vindkraftverk enligt patentkraven 5 eller 6, k ä n - n e t e c k n a t av att spalten, som bildas mellan bakkant- klaffens nos (5.8) och endera av kanterna till öppningen i vingens bakkant, utnyttjas som munstycke för luft, som när ett övertryck upprätthålles i vingens inre, kan blåsa ut (5.9) genom spaltöppningen och stryka längs klaffens under- tryckssida accelererande gränsskiktet där, möjliggörande stor anfallsvinkel.
8. vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven 5-7, k ä n n e t e c k n a t av att en vinges pyloner och framkantklaff är så utformade att vid övertryck i vingens inre en luftström därifrån genomströmmar såväl pylon som klaff.
9. vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven 5-8, k ä n n e t e c k n a t av att framkantklaff och bak- kantklaff med lämpligt utformade anordningar, företrädesvis av mekanisk art, är förbundna med varandra på så sätt att deflektion av framkantklaffen resulterar i anpassad deflek- tion i motsatt riktning av bakkantklaffen.
10. , Vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven 501 270 I4 1-9, k ä n n e t e c k n a t av att vindturbinens vingar är försedda med ändskivor med cirkulär form med diameter före- trädesvis = vingkordan.
11. ll. Vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven 1-10, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar en i en cirkulär vattenbassäng (6.1l) flytande pontonliknande cylin- der med stor diameter (6.7) och företrädesvis vertikal man- tel, varvid vindturbinens centralaxel (6.6) är infäst i cylinderns centrum och varvid under cylinderns botten en ringformad flottör (6.10) med företrädesvis samma ytter- diameter som pontonen är fäst, varvid ett litet tryckluft- flöde kontinuerligt tillföres utrymmet under pontonbotten innanför flottörringen och där upprätthållen luftkudde (6.12) bringar ponton med vindturbin att flyta, företrädesvis med tryckluftflödets överskott bubblande ut under flottörringen, och varvid samtidigt avpassad vattennivå (6.l3) kan upprätt- hålles i vattenbassängen, så att vindturbinens stödlager (l.3) intager rätt nivå.
12. Vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven 1-11, k ä n n e t e c k n a t av att vindturbineffekten omvandlas till eleffekt med hjälp av avpassat antal statio- nära genereringsenheter (6.9), företrädesvis bestående av en asynkrongenerator kopplad till vindturbinen med mekanisk växel, t.ex. direktkopplad till pinjongen till en bakhjuls- axel för tung lastbil eller liknande, försedd med hjul, t.ex. av järnvägstyp, med avpassad diameter, varvid hjulen bringas att rotera genom att desamma pressas mot ett cirkulärt spår, t.ex. järnvägsspår, (6.8) med stor diameter framdrivet av vindturbinen, varvid spåret (6.8) kan vara fäst på den pon- tonliknande cylinderns företrädesvis vertikala mantel.
13. Vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven l-12, k ä n n e t e c k n a t av att delturbinernas central- axlar är rör med företrädesvis lika diameter, som är till- IS räckligt stor för att tillåta installation av hiss och att de på centralaxeln monterade armarna, som bär upp vingarna, företrädesvis även är rörformiga, företrädesvis med sektion utformad för lågt aerodynamiskt motstånd.
14. Vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven 1-13, k ä n n e t e c k n a t av att en fläkt upprätthåller övertryck i centralaxeln (1.2) och dess armar (2.3), varvid luft, eventuellt något uppvärmd, via vingarnas rörformade axeltappar (5.l0) tillföres vingarnas inre.
15. Vindkraftverk enligt ett eller flera av patentkraven 1-14, k ä n n e t e c k n a t av att stödmasternas (1.5) längd är så mycket större än delturbinernas sammanlagda längd, att masterna kan utnyttjas för montage av vindturbi- nen, varvid på marken färdigmonterade delturbiner successivt kan kopplas på underifrån och hela vindturbinen hänga i mas- terna vid sammankopplingen med anordningarna på marken för omvandling av vindturbineffekten till eleffekt.
16. Förfarande för styrning av ett vindkraftverk enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att man på basis av mätvärden, såsom turbinens varvtal och axelmoment samt den ostörda vindens riktning och styrka, lämpligen mätta på respektive delturbins medelhöjd, styr varje vinges vinkelhastighet så att dess anfallsvinkel mot skenbara vindens riktning ger vingen optimal lyftkraft (lyft- kraftkomposant) verkande i turbinens rotatiohsriktning i varje läge under varvet.
17. Montering av en vindturbin i ett vindkraftverk enligt något av patentkraven 1-15, k ä n n e t e c k n a d därav, att man med stödmaster högre än delturbinernas sammanlagda höjd monterar vindturbinen genom successiv sammankoppling underifrån av delturbiner med den hängande vindturbinen och sammankopplar denna med anordningar på marknivå för omvand- ling av vindturbineffekten till el.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9301525A SE501270C2 (sv) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Vindkraftverk, förfarande för styrning av ett vindkraftverk samt montering av en vindturbin i ett vindkraftverk |
AU66619/94A AU6661994A (en) | 1993-05-03 | 1994-05-03 | Windmill |
PCT/SE1994/000404 WO1994025750A1 (en) | 1993-05-03 | 1994-05-03 | Windmill |
EP94915318A EP0702753A1 (en) | 1993-05-03 | 1994-05-03 | Windmill |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9301525A SE501270C2 (sv) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Vindkraftverk, förfarande för styrning av ett vindkraftverk samt montering av en vindturbin i ett vindkraftverk |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9301525D0 SE9301525D0 (sv) | 1993-05-03 |
SE9301525L SE9301525L (sv) | 1994-11-04 |
SE501270C2 true SE501270C2 (sv) | 1994-12-19 |
Family
ID=20389821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9301525A SE501270C2 (sv) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Vindkraftverk, förfarande för styrning av ett vindkraftverk samt montering av en vindturbin i ett vindkraftverk |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0702753A1 (sv) |
AU (1) | AU6661994A (sv) |
SE (1) | SE501270C2 (sv) |
WO (1) | WO1994025750A1 (sv) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2852063B1 (fr) * | 2003-03-03 | 2008-02-08 | Edmond Thuries | Systeme de captation de l'energie eolienne |
MX2007007856A (es) | 2004-12-27 | 2007-12-11 | Kevin Friesth | Generador de amplificacion de corriente de aire de multiples turbinas. |
US8668433B2 (en) | 2005-12-22 | 2014-03-11 | Kevin L. Friesth | Multi-turbine airflow amplifying generator |
CH709743A2 (de) * | 2014-06-06 | 2015-12-15 | Agile Wind Power Ag | Vertikale Windkraftanlage sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage. |
CZ307925B6 (cs) * | 2017-02-15 | 2019-08-28 | Ladislav Pejša | Neobjemový tekutinový stroj |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB709201A (en) * | 1950-10-12 | 1954-05-19 | Mining & Land Syndicate Ltd | Improvements in or relating to windmills |
DE892130C (de) * | 1951-08-03 | 1953-10-05 | Johann Dr-Ing Cassens | Windmotor |
DE2506584A1 (de) * | 1975-02-17 | 1976-09-16 | Hans Pickel | Windturbine mit vertikal stehender hauptachse und mit senkrecht stehenden, um die eigene vertikalachse rotierenden turbinenschaufeln die ueber zahnraeder in die zur windrichtung guenstigsten stellung gebracht werden |
US4134707A (en) * | 1977-04-26 | 1979-01-16 | Ewers Marion H | Wind turbine apparatus |
GB2033490B (en) * | 1978-11-03 | 1982-10-27 | Telford J W | Wind turbine |
US4383801A (en) * | 1981-03-02 | 1983-05-17 | Pryor Dale H | Wind turbine with adjustable air foils |
-
1993
- 1993-05-03 SE SE9301525A patent/SE501270C2/sv unknown
-
1994
- 1994-05-03 AU AU66619/94A patent/AU6661994A/en not_active Abandoned
- 1994-05-03 EP EP94915318A patent/EP0702753A1/en not_active Withdrawn
- 1994-05-03 WO PCT/SE1994/000404 patent/WO1994025750A1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE9301525D0 (sv) | 1993-05-03 |
EP0702753A1 (en) | 1996-03-27 |
WO1994025750A1 (en) | 1994-11-10 |
SE9301525L (sv) | 1994-11-04 |
AU6661994A (en) | 1994-11-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101907221B1 (ko) | 유체의 유동하는 조류로부터 전력을 발생하기 위한 시스템 및 방법 | |
US6629815B2 (en) | Peripheral turbine support system | |
US4156580A (en) | Wind-turbines | |
US5850108A (en) | Fluid flow power generation system with foil | |
EP2893186B1 (en) | Vertical axis wind turbine | |
US20140159375A1 (en) | Multi-turbine airflow amplifying generator | |
US20100303623A1 (en) | Wind power device | |
US20080258469A1 (en) | Wind driven power generator with moveable cam | |
US5599168A (en) | Wind turbine adaptable to wind direction and velocity | |
JP2019507847A (ja) | 効率を向上させた垂直軸ツインタービンを有する浮体式風力タービン | |
JP2009522482A (ja) | 風から再生エネルギーおよび再生可能エネルギーを発生させるための装置およびシステム | |
US8193656B2 (en) | Water and wind current power generation system | |
US9004851B1 (en) | Efficient spiral wind-turbine configuration | |
JP2013540934A (ja) | 最適化されたブレードを有し、風力および/または水力のために風/水を追跡するツインタービンシステム | |
CN103174583B (zh) | 一种风轮 | |
US8137052B1 (en) | Wind turbine generator | |
US4329115A (en) | Directionally stabilized wind turbine | |
EP1828597B1 (en) | Vertical axis turbine apparatus | |
SE501270C2 (sv) | Vindkraftverk, förfarande för styrning av ett vindkraftverk samt montering av en vindturbin i ett vindkraftverk | |
CN1454291A (zh) | 框架组合式风车 | |
CN104564518B (zh) | 一种风力发电装置 | |
GB2459447A (en) | Tidal power generating unit | |
WO2010051647A1 (en) | Turbine annular axial rotor | |
WO2022142554A1 (zh) | 一种新型流体发电装置 | |
JP2024500903A (ja) | 洋上発電用システム |