SE515712C3 - Elkraftgenererande anordning - Google Patents

Description

515 712 v » - . r. 2 pà ett belastningsmässigt fördelaktigt vis kan upptagas av an- ordningen utan att böjmomenten i oacceptabel negativ utsträck- ning påförs på rotorn hos generatorn.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning genom att tur- binens nav är roterbart lagrat relativt en axeldel, som är förbun- den eller förbindbar med stödanordningen, via åtminstone ett andra lager separat från det åtminstone ena förstnämnda lagret, och att förbindningsinrättningen är anordnad att överföra vrid- momentet från turbinnavet till rotorn utan eller med endast ringa samtidig överföring av böjmoment.

Denna lösning innebär genom frigörandet av rotorn från böjmo- ment att risken för oönskade variationer av luftspalten mellan rotorn och statorn väsentligt reduceras och att rotorn kan dimen- sioneras som mindre kraftig än vad som skulle ha varit fallet om böjmoment från turbinnavet hade överförts direkt på rotorn. Även det första lagret för rotorn kommer genom den uppfinningsenliga lösningen att utsättas för mindre påfrestningar, något som i kom- bination med de mindre påfrestningarna på själva rotorn väl kompenserar att för turbinnavet måste anordnas ett ytterligare lager. Problemlösningen ger också i stort upphov till ett mer ro- bust och driftsäkert utförande i den meningen att risken för att belastningar via turbinnavet negativt påverkar generatorn i dess helhet väsentligt reduceras.

Enligt en förmånlig utförandeform av uppfinningen bildar axelde- len beståndsdel av en axel, vilken är förbunden/förbindbar med stödinrättningen och på vilken generatorns stator är fastgjord.

Påfrestningar på axeln som en konsekvens av böjmoment alst- rade av turbinen kommer därigenom att upptagas av själva axeln, utan att påverka rotorn, och att överföras till stödinrättningen.

Som en konsekvens av att generatorns rotor i huvudsak ej ut- sätts för böjmoment uppstår i huvudsak ej några variationer vad 'q qträffar arbeâs. :lationen mellan stator och rotor. sis 712 3 Ett ur konstruktions- och monteringssynpunkt förmånligt utfö- rande innebär att axeln vid en första ände uppvisar den turbinna- vet via det åtminstone ena andra lagret bärande axeldelen och vid en andra ände är försedd med medel för förbindning av axeln med stödinrättningen. Således kan denna axel med vidhängande turbinnav och generator bilda en prefabricerad enhet, som helt färdigställes i fabriksförhållanden, varefter vid installationstillfäl- let axeln förbinds med stödinrättningen, som kan ha karaktären av torn. Uttryckt i andra ordalag innebär således förbindning av axeln med stödinrättningen att det vid axeln fastgjorda aggrega- tet generator/turbinnav samtidigt förbindes.

Enligt uppfinningen kan förbindningsinrättningen innefatta ett el- ler flera förbindningsorgan som är vridstyvt utformade men efter- givliga för böjmoment, varvid eftergivligheten kan realiseras ge- nom elasticitet hos förbindningsorganen eller rörelsefrihet mellan två i förbindningsinrättningen ingående förbindningsorgan, av vilka det ena är fast förbundet med turbinnavet medan det andra är fast förbundet med rotorn.

Vid en speciellt förmånlig utförandeform av anordningen uppvisar rotorn permanentmagneter. Generatorn är särskilt en synkronge- nerator, och i synnerhet en flerpolig sådan.

Ytterligare särdrag och fördelar med den uppfinningsenliga an- ordningen framgår av osjälvständiga patentkrav och följande be- skrivning.

KORT BESKRlVNING AV RlTNlNGARNA Under hänvisning till bifogade ritning följer nedan en närmare beskrivning av såsom exempel anförda utföranden av uppfin- ningen.

På ritningarna är: 5151712 -. the 4 Fig1 en schematisk, delvis skuren sidovy av den uppfin- ningsenliga anordningen betraktad horisontellt fràn ena sidan, varvid en stödanordning i form av den övre delen av ett torn eller en mast antydes, och Fig 2 en förstorad vy av en detalj av fig 1, dock i modifierat utförande.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRANDEN l fig 1 illustreras den elkraftsgenererande anordningen såsom in- nefattande en generellt med 1 betecknad turbin och en generator 2 med en stator 3, som är förbunden med en stödinrättning 4, som här tänkes ha karaktären av torn eller mast och vars övre del i fig 1 är betecknad med 5, och en rotor 6, som är roterbart lagrad medelst åtminstone ett lager 7.

Statorn 3 uppvisar statorlindningar 8 med ett lämpligt kärnarran- gemang 9, lämpligen realiserat medelst plåtpaket av ferromag- netiskt material.

Rotorn 6 uppvisar permanentmagneter 10, som i exemplet är för- delade utmed rotorns omkrets och som mellan sig och det i ex- emplet utvändigt om permanentmagneterna befintliga kärnpa- ketet har en luftspalt 11, som skall bibehållas i möjligaste mån konstant. Det betonas att det också är möjligt att utforma rotorn så att dess permanentmagneter kommer att befinna sig radiellt utanför statorlindningarna 8. Enligt ett alternativt utförande bildas spalten 11 mellan flödeskoncentrerande organ (mjukmagnetiska poler) och statorn, medan permanentmagneterna är på kon- ventionellt sätt samordnade med de flödeskoncentrerande orga- nen.

Turbinen 1 uppvisar ett nav 12 och därvid på lämpligt sätt an- bragta turbinvingar 13. Navet 12 är förbundet med rotorn 6 me- delst en förbindningsinrättning generellt betecknad 14 och an- ordnad vridmoment från navet 12 till rotorn 6. Med 515 712 v | - . »o vridmoment menas här sådan påverkan som försätter rotorn i ren rotation kring dess rotationsaxel.

Turbinens nav 12 är roterbart lagrat relativt en axeldel 16, som är förbunden med stödanordningen 4, via åtminstone ett andra lager schematiskt antytt vid 17. Detta andra lager 17 är separat från det åtminstone ena förstnämnda lagret 7. Förbindningsinrätt- ningen 14 är anordnad att överföra vridmomentet från turbinnavet 12 till rotorn 6 utan eller med endast ringa samtidig överföring av böjmoment. Detta innebär således att när axeldelen 16 utsätts för böjning som en konsekvens av belastningen från turbinen 1 kommer det uppstående böjmomentet icke att överföras till rotorn 6, i vart fall icke i nämnvärd utsträckning, så att således rotorn 6 icke utsätts för någon menlig deformerande eller eljest lägesförändrande inverkan som en konsekvens av axeldelens 16 nedböjning. Vad som speciellt ska undvikas i detta avseende är sådana deformationer eller lågesförändringar hos rotorn 6 som ger upphov till förändringar av luftspalten 11 mellan rotorn och statorn.

Axeldelen 16 bildar beståndsdel av en generellt med 15 beteck- nad axel, vilken är förbunden med stödinrättningen 4 och på vil- ken generatorns stator 3 är fastgjord. I exemplet antydes huru- som statorn 3 uppvisar ett ringformigt element 18, vilket är trätt på axeln 15. Rotorn 6 och lagren 7 mellan rotorn och statorele- mentet 18 befinner sig radiellt utanför det senare. Det betonas att rotorn 6 kan vara lagrad direkt vid axeln 15, d v s utan att mellan denna och lagren 7 förekommer något statorelement som det med 18 betecknade. Statorn och rotorn kan vara fastgjorda vid axeln 15 medelst krympning, flänsförband eller dylikt. Axeln uppvisar medel 19 för förbindning av axeln med stödinrätt- ningen 4. I exemplet ingår dessa medel 19 i en generellt med 20 betecknad förbindning, som omfattar motsvarande medel 21 på stödinrättningen 4. l exemplet illustreras dessa medel 19, 21 så- som bestående av flånsar, vilka fixeras relativt varandra med hjälp av fästelement 22, såsom skruvar eller bultar. sis 712 - 1 . | n a 6 Axeln 15 uppvisar vid en första ände den turbinnavet 12 via det åtminstone ena andra lagret 17 bärande axeldelen 16 och vid en andra motsatta ände är förbindningsmedlen 19 anordnade. Sta- torn 3 är fastgjord vid axeln 15 i området mellan den turbinnavet bärande axeldelen 16 och axelns andra, medlen 19 uppvisande ände.

Förbindningsinrättningen 14 innefattar ett eller flera förbind- ningsorgan 23, som är vridstyvt utformade i den meningen att de förmår överföra vridmoment mellan turbinnavet 12 och rotorn 6 men eftergivliga för böjmoment. Inom ramen för denna generella anvisning inser genomsnittsfackmännen att en mängd realisa- tionsmöjligheter erbjuder sig. Här må blott i exemplifierande syfte ett par alternativ diskuteras.

Enligt en variant skulle eftergivligheten hos förbindningsorganen 23 kunna vara realiserad genom att dessa är elastiska. Elastici- teten skall därvid vara sådan att den icke inkräktar negativt på vridmomentöverföringen men däremot skall denna elasticitet till- låta att förbindningsorganen 23 deformeras med ett förhållande- vis ringa motstånd under inverkan av böjmoment så att dessa ej eller endast i ringa utsträckning överförs till rotorn 6.

Förbindningsorganen 23 skulle kunna vara realiserade i form av en ringformigt kontinuerlig struktur eventuellt försedd med elas- tisk deformation under inverkan av böjmoment underlättande längsgående slitsar men de skulle också kunna vara realiserade i form av ett flertal kring axeln 15 fördelade enskilda förbindnings- organ. l övrigt kan dessa vara förbundna med turbinnavet 12 re- spektive rotorn 6 via lämpliga lösgörbara fästelement, såsom skruvar eller bultar eller dylikt.

Enligt en annan variant som illustreras schematiskt i fig 2 skulle förbindningsinrättningens 14' förbindningsorgan kunna vara till antalet minst två och två sådana illustreras i fig 2 med 23a och 23b. Ett första 23a av dessa tänkes vara fast förbundet med tur- binnavet 12 medan ett andra Bb tänkes vara fast förbundet med *51Sv712 i. n» 7 rotorn 6. Dessa första och andra förbindningsorgan 23a, 23b är rörligt förbundna med varandra via ingreppselement 24, som fun- gerar kraftöverförande i tangentiell riktning men bereder rörelse- frihet mellan förbindningsorganen i en sådan väsentligen axiell riktning att nedböjningar hos axeldelen 16 tillåtes utan att dessa överföres till rotorn 6. Exempelvis skulle dessa ingreppselement kunna vara realiserade medelst axiellt riktade splines såsom schematiskt antydes vid 24.

Den uppfinningsenliga anordningen låter sig monteras i en fabrik, varvid generatorn 2 appliceras på axeln 15 och sedan turbinna- vet 2 appliceras på axeldelen 16 och förbindning av turbinnavet 2 och rotorn 6 sker med hjälp av förbindningsinrättningen 14. Detta aggregat kan sedan i sammansatt form transporteras ut till av- sedd användningsplats, där aggregatet med hjälp av förbind- ningen 20 sätts på plats på aktuell stödinrättning 4. En sådan procedur eliminerar behovet av besvärliga detaljmonteringar på den avsedda användningsplatsen.

Det är givet att den beskrivna anordningen kan modifieras på ett flertal sätt inom ramen för här avsedd uppfinningstanke. Vad som här presenterats bör alltså enbart betraktas såsom exempel på ett realiserande av uppfinningen. Inom ramen för uppfinningstan- ken inbegripes alla varianter fallande inom ramen för efterföl- jande patentkrav och också ekvivalenta utförandeformer. Det på- pekas att den uppfinningsenliga, elkraftsgenererande anord- ningen realiserad såsom vindkraftverk med fördel kan ingå i en större vindkraftpark innehållande ett eller flera vindkraftverk av företrädesvis lika men också annat utförande. l ett praktiskt utfö- rande föredrages att generatorn är direkt ansluten med en spän- ning över 10 kV, företrädesvis över 20 kV. Vid ett utförande med direkt ansluten generator föredrages att densamma är likriktad.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande föredrages att genera- torn är direkt ansluten med en frekvens lägre än traditionell kraftfrekvens (50-60 Hz).

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 1. 515712 8 Patentkrav Elkraftsgenererande anordning innefattande en turbin (1) och en generator (2) med en stator (3), som är förbunden eller förbindbar med en stödinråttning (4), och en rotor (6), som är roterbart lagrad medelst åtminstone ett lager (7), varvid ett nav (12) hos turbinen är förbundet med rotorn (6) medelst en förbindningsinrättning (14) anordnad att överföra vridmoment från navet till rotorn, kännetecknad därav, att turbinens nav (12) är roterbart lagrat relativt en axeldel (16), som är för- bunden eller förbindbar med stödinrättningen (4), via åt- minstone ett andra lager (17) separat från det åtminstone ena förstnämnda lagret (7), och att förbindningsinrättningen (14) är anordnad att överföra vridmomentet från turbinnavet (12) till rotorn (6) utan eller med endast ringa samtidig överföring av böjmoment. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att axeldelen (16) bildar beståndsdel av en axel (15), vilken är förbun- denlförbindbar med stödinrättningen (4) och på vilken gene- ratorns stator (3) är fastgjord. Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att axeln (15) vid en första ände uppvisar den turbinnavet (12) via det åt- minstone ena andra lagret (17) bärande axeldelen (16) och vid en andra ände är försedd med medel (19) för förbindning av axeln med stödinrättningen. Anordning enligt krav 3, kännetecknad därav, att statorn (3) är fastgjord vid axeln (15) i området mellan den turbinnavet bärande axeldelen (16) och axelns andra ände. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att förbindningsinrättningen (14) innefattar ett eller flera förbindningsorgan (23), som är vridstyvt utformade men ef- tergivliga för böjmoment. 10 15 20 6. 10. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad (515 712 9 Anordning enligt krav 5, kännetecknad därav, att eftergiv- ligheten hos förbindningsorganen (23) är elastisk. Anordning enligt krav 5, kännetecknad därav, att förbind- ningsinrättningens (14) förbindningsorgan (23) är till antalet minst tvà, av vilka minst ett första (23a) är fast förbundet med turbinnavet (12) medan minst ett andra (23b) är fast förbundet med rotorn (6), och att dessa första och andra förbind- ningsorgan ingriper med varandra via ingreppselement (24) som fungerar vridmomentöverförande men bereder relativ rö- relsefrihet mellan förbindningsorganen vad avser böjmoment. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att turbinen (1) är en vindkraftturbin. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att rotorn (6) uppvisar flödesalstrande permanentmag- neter (10). därav, att generatorn (2) är en synkrongenerator.