SE533723C2 - Vindkraftaggregat med vertikal turbinaxel samt elektriskt nät anslutet till detta - Google Patents

Description

533 723 Redogörelse för uppfinningen Det angivna ändamålet emås genom uppfinningen genom att ett vindkraftaggregat av det inledningsvis angivna slaget uppvisar de speciella särdragen att lagringen innefattar minst en stödanordning innefattande minst tre i omkretsied fördelade stödkomponenter med mellanrum mellan stödkomponenterna iomkretsled, vilka mellanmms sammanlagda utsträckning i omkretsied överstiger halva omkretsen, och vilka stöd komponenter anligger mot turbinaxeln och är förbundna med stödmasten.

Stödanordningarna ersätter behovet av konventionella lager för turbinaxelns lagring och eliminerar därmed de problem som är förknippade med dessa vid de stora dimensioner som det ofta är fråga om i detta sammanhang.

Stödanordningarna blir avsevärt billigare än konventionella lager. Detta utgör ett betydelsefullt bidrag att stärka den ekonomiska konkurrenskraften hos detta sla av vindkraftsaggregat. Uppfinningen medför även en förbättrad driltsekonomi jämfört med om konventionella lager skulle ha använts, tack vare att service och åtgärdande av eventuella defekter underlättas. Anord ningen för lagring enligt uppfinningen har dessutom en förhållandevis låg vikt.

Lämpligtvis är antalet stödkomponenter 3-7 stycken. Lämpligtvis är den sammanlagda utsträckningen l omkretsied av mellanrummen 1/2 -3/4 av omkretsen.

Enligt en föredragen utföringsfonn innefattar vardera stödkomponent minst en rullkropp anordnad att anligga mot turbinaxeln.

Detta medför låg friktion och litet slitage. Lämpligtvis utgörs rullkroppen av ett hjul.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsfonn innefattar vardera stödkomponent två hjul anordnade på ett bärelement, vilket bärelement är svängbart kring en vertikal axel mellan de båda hjulaxlarna.

En sådan boogie-liknande stödkomponent skapar en god centrering av turbinaxeln mellan stödkomponenterna och bidrar till att stödanordnlngen får en önskvärd flexibilitet som medger viss rörelse i sidled hos turbinaxeln utan att lagringsstabiliteten blir nedsatt.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är vardera stödkomponent fjädrande anpressad mot turbinaxeln. 533 723 3 Detta bidrar ytterligare till den önskvärda flexibiliteten och reducerar risken för att stora böjpåkänningar byggs upp i turbinaxeln. Den fjädrande upphängningen innebär därför också lägre krav på precision vid monteringen av turbinen.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är en bladfjäder anordnad mellan stödkomponentema och stödmasten.

Med detta arrangemang uppnås den fjädrande anpressningen på ett enkelt, säkert och ändamålsenligt sätt.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsforrn är en tallriksfjäder anordnad mellan stödkomponenten och stödmasten.

En tallriksfjäder är ett annat lämpligt alternativ för fiädringen som på ett enkelt sätt säkerställer lämplig grad av fiädring. Tallriksfjädem kan även utgöra ett komplement till bladfjädern.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform uppvisar vardera rullkropp en rullyta av ett material som är mjukare än resten av rullkroppen.

Med ett förhållandevis mjukt material i rullbanan minskar risken att rullkroppen endast punktvis anligger mot axeln. Lämpligtvis är det mjuka materialet en plast såsom till exempel polyuretan och resten av rullkroppen kan vara av metall.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform innefattar lagringen två axiellt åtskilda stödanordningar.

Därmed ökar lagringens stabilitet och precision, speciellt då turbinaxeln är läng. Då turbinaxeln med sin nedre ände är förbunden med en aggregataxel medför utförandet med två stödanordningar minskade sidokrafter på det förband som förbinder turbinaxeln med aggregataxeln.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är åtminstone en av stödanordningarna anordnad att kunna uppta axialkrafter.

Därmed elimineras även behovet av att åstadkomma axiallagringen med konventionella lager, vilket ytterligare bidrar till de fördelar som nämnts ovan avseende uppfinningens generella utförande.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform uppvisar stödmasten radiellt inätvända stödytor med vilka vardera stödanordning är förbunden, och varvid vindkraftaggregatet innefattar en vid stödmastens nedre ände anordnad generator och en aggregataxel som vridfast förbinder turbinaxeln med generatorn. 533 723 4 Stödanordningen i enlighet med uppfinningen är speciellt fördelaktig att använda vid ett sådant slag av vindkraftaggregat. Vid sådana är aggregataxeln normalt anordnad inuti stödmasten, varför det är konstruktivt lämpligt att även turbinaxeln sträcker sig in inuti masten och därmed på detta sätt stöds utifrån från stödmasten.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform uppvisar stödmasten radiellt utàtvända stödytor, med vilka vardera stödanordning är förbunden, är turbinaxeln ihålig, och vardera stödanordning anligger mot turbinaxelns insida.

Detta är en altemativ utföringsform till den närmast ovan angivna och medför fördelen att turbinaxeln kan få lagringsstöd utmed en jämförelsevis stor del av sin längd. Denna utföringsform är speciellt lämplig vid sådana applikationer där vridrörelsen ej överförs till en vid marken anordnad generator, men är även tillämplig i ett sådant sammanhang.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är en generator anordnad inuti turbinaxeln med rotom fäst vid turbinaxelns insida och statorn fäst vid stödmasten.

Denna utföringsforrn är speciellt lämplig i sammanhang där den genererade elenergin konsumeras av elektriska anordningar i anslutning till stödmasten, till exempel då det är fråga om en telemast.

Uppfinningen avser även en energikonsumerande anordning uppburen av en stödmast, varvid stödmasten utgör stödmasten hos ett vind kraftaggregat enligt den närmast ovan beskrivna utföringsformen av det uppfunna vindkraftaggregatet och varvid vindkraftaggregatet är anordnat att leverera energi till den elenergikonsumerande anordningen.

Därmed tillgodogörs uppfinningens fördelar vid en applikation av speciellt intresse.

Ett elektriskt nät enligt uppfinningen uppvisar det speciella särdraget att det är anslutet till ett vindkraftaggregat enligt föreliggande uppfinning, speciellt enligt någon av de föredragna utföringsformerna av densamma.

Slutligen avser uppfinningen en användning av det uppfunna vindkraftaggregatet, speciellt enligt någon av de föredragna utföringsformerna av detsamma, för att leverera energi till ett elektriskt nåt.

Det uppfunna elektriska nätet och den uppfunna användningen medför fördelar av motsvarande slag som det uppfunna vindkraftaggregatet, speciellt 533 723 enligt någon av de föredragna utföringsformema av detsamma och som redogjorts för ovan.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskrivning av utföringsexempel av densamma och under hänvisning till medföljande figurer.

Kort beskrivning av figurema Fig. 1 är en schematisk sidovy av ett vindkraftaggregat enligt ett första utföringsexempel av uppfinningen.

Fig. 2 är ett längdsnitt genom en detalj av fig. 1.

Fig. 3 är ett snitt längs linjen lll-lll i fig. 1.

Fig. 4 är ett längdsnitt genom en detalj vid ett andra utföringsexempel.

Fig. 5 är ett långdsnitt genom en detalj vid ett tredje utföringsexempel.

Fig. 6 är ett snitt längs linjen Vl-Vl i fig. 5.

Fig. 7 är en detaljförstoring av fig. 6.

Fig. 8 är ett långdsnitt av en detalj vid ett fjärde utföringsexempel.

Beskrivning av utföringsexempel Fig. 1 illustrerar schematiskt ett ventilaxlat vindkraftaggregat enligt uppfinningen. Aggregatet har en turbin 1 av H-rotor-typen där ett antal vertikala turbinblad 5, till exempel tre stycken är förbundna med turbinaxeln 6 via stag 7.

Turbinaxeln 6 är förbunden med aggregatets axel 4 medelst ett vridfast förband 9.

Aggregataxeln 4 är vid sin nedre ände förbunden med en generators 3 rotor. En stödmast 2 omsluter axeln 4.

Stödmasten 2 är i det visade exemplet svagt konisk. Den kan dock ha annan utformning till exempel cylindrisk, eller konisk över större delen av sin nedre utsträckning och cylindrisk upptill. Stödmasten kan ha en helt omslutande vägg eller vara utförd som en fackverkskonstruktion och dess tvärsnittsform kan altemativt vara en polygon.

Aggregataxeln 4 är förbunden med turbinaxeln 6 medelst ett vridfast förband 9. Såväl aggregataxeln 4 som turbinaxeln 6 är lagrad istödmasten 2 och båda är lämpligtvis utformade som rör, det vill säga ihåliga. Aggregatets generator 3 levererar energi till ett elektriskt nät 10. 533 723 6 Fig. 2 illustrerar övre delen av stödmasten 2 och den del av turbinaxeln 6 som är belägen inne i denna. I detta utföringsexempel är stödmastens 2 övre del cylindrisk.

Turbinaxeln 6 är radial|agrad i stödmasten 2 medelst två axiellt åtskilda stödanordningar 13. Turbinaxeln 6 kan även vara axiallagrad i stödmasten 2 eller så kan dess tyngd upptas via förbandet 9 med aggregataxeln 4 av aggregataxelns axiallagring i stödmasten 2.

Stödanordningen 13 illustreras närmare i detalj ifig. 3 som är ett förstorat snitt längs linjen lll-lll iflg. 2.

Den visade stödanordningen består av tre stödkomponenter 15 jämt fördelade i omkretsled runt turbinaxeln 6. Vardera stödkomponent 15 har två rullkroppar 16 utformade som hjul och som anligger mot turbinaxeln 6. Hjulen 16 är monterade på ett bärelement 17. Bärelementet 17 är svängbart kring en upphängningsaxel 18 i en hållare 19 som via en bladfjäder 20 är fäst vid en stödbalk 21. Bladfjädem 20 anpressar stödkomponenten 15 med en viss förspänningskraft mot turbinaxeln 6, lämpligtvis i storleksordningen 1kN.

Stödbalken 20 är förankrad i stödmasten 2. Stödbalken 21 kan utformas med klen tvärsnittsdimension så att en viss tjädringsverkan uppnås, varvid den fungerar som en tallrikstjäder.

Om turbinaxeln 6 även är axiallagrad direkt i stödmasten 2 görs det lämpligtvis med en stödanordning av motsvarande slag, men anpassad för axialkraften. Ett exempel på stödanordningens applikation vid axiell kraftupptagning illustreras i fig. 4. Turbinaxeln 6 är för detta ändamål försedd med en radiell fläns 30. På stödmastens 2 insida är anordnad tre stycken radiellt inätriktade utsprâng 31 jämt fördelade i omkretsled. På vardera utsprång är monterad en stödkomponent 35. Dessa stödkomponenter 35 kan utformas enklare än motsvarande stödkomponenter 15 hos den ifig. 3 visade stödanordningen 33 för radiallagringen. Sålunda utgöres vardera stödkomponent av ett enkelt bygelformat bärelement 37 fäst vid respektive utsprång 31 och som uppbär ett hjul 36 roterbart i bärelementet 37 med axiellt riktad rotationsaxel.

För axialbelastningen kan stödkomponenterna, liksom de för radiallagringen, utformas fjädrande med fiädringsverkan i axialled och även vara försedd med parvis boogi-monterade hjul. Behovet därför är emellertid mindre för axiallagringen än för radiallagringen. 533 723 7 Fig. 5 illustrerar ett alternativt utföringsexempel, vid vilket turbinaxeln 6 är lagrad på utsidan av stödmasten 2. Förbandet 9 mellan turbinaxeln 6 och den inuti stödmasten belägna aggregataxeln 4 är anordnat ovanför stödmasten 2. Även i detta exempel finns två axiellt åtskilda stödanordningar 13, vardera försedd med tre stöd komponenter.

Hur stödkomponenterna är anordnade framgår av fig. 6 och 7 där fig. 6 är ett snitt längs linjen Vl-Vl ifig. 5. Stödkomponenterna 15, i detta exempel tre till antalet, är jämnt fördelade i omkretsled. Vardera stödkomponent 15 anligger rullande mot turbinaxelns 6 insida och får stöd av stödmastens 2 utsida.

Fig. 7 är en detaljvy av en enskild stödkomponent 15. Liksom vid utförandet enligt tig. 3 är den försedd med två rullkroppar 16 utformade som hjul, vilka anligger mot turbinaxelns 6 utsida. Hjulen 16 är pà motsvarande sätt monterade pà ett kring en axel 18 svängbart bärelement 17. Via en bladfjäder 20 och en tallrikstjäder 21 b är stödkomponenten 15 fäst vid stödmastens 2 utsida.

Fig. 8 illustrerar en telemast 102 som är försedd med utrustning och anordningar 110 som drar elenergi. En vertikalaxlad vindturbin 101 är monterad pâ telemastens 102 utsida och telemasten tjänstgör således även som stödmast för vindturbinen 101.

Turbinaxeln 106 är även här lagrad på stödmastens 102 utsida medelst stödanordningarna 113 på liknande sätt som i det i fig. 5-7 visade exemplet.

Generatorn 103 år anordnad inuti turbinaxeln 106, med rotorn 107 fäst vid turbinaxelns 106 insida och statom 108 på stödmastens 102 utsida.

Statorlindningen är via en ledning 109 ansluten till de elenergikonsumerande anordningama 110.

Närvaron av generatorn 103 mellan turbinaxeln 106 och stödmasten 102 gör att mellanrummet mellan dessa blir större än vid det utföringsexempel som visas i fig. 5-7. Det kan därför i detta falla vara lämpligt att förse stödmasten 102 med en fläns 140 för vardera stödanordning 113, vid vilken dess stödkomponenter är fästade. Altemativt kan bladfiådem 20 vid utföringsexemplet som illustreras i fig. 7 göras längre och styvare.

Claims (15)

20 25 30 533 723 PATENTKRAV

1. Vindkraftaggregat med en vertikal turbinaxel (6,106) som är radiallagrad vid en stödmast (2,102), kännetecknat av att lagringen innefattar minst en stödanordning (13,113) vardera innefattande minst tre i omkretsled fördelade stödkomponenter (15,35) med mellanrum mellan stödkomponentema (15,35) iomkretsled, vilka mellanrums sammanlagda utsträckning i omkretsled överstiger halva Omkretsen, och vilka stödkomponenter (15,35) anligger mot turbinaxeln (6,106) och är förbundna med stödmasten (2,102).

2. Vindkraftaggregat enligt patentkravet 1 kännetecknat av att vardera stödkomponent (15,35) innefattar minst en rullkropp (16,36) anordnad att anligga mot turbinaxeln (6,106).

3. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 2 kännetecknat av att vardera stödkomponent (15) innefattar två rullkroppar (16) anordnade pà ett bärelement (17), vilket bärelement år svängbart kring en vertikal axel (18) mellan de båda rullkroppama (16).

4. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 2 eller 3 kännetecknat av att vardera stödkomponent (15) är fiädrande anpressad mot turbinaxeln (6,106).

5. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 4 kännetecknat av att en bladfiäder (20) är anordnad mellan stödkomponenten (15) och stödmasten (2,102).

6. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 4 eller 5 kännetecknat av att en tallriksfiäder (21 ,21 b) år anordnad mellan stödkomponentema (15) och bärmasten (2,102).

7. Vindkraftaggregat enligt något patentkrav 2-5 kännetecknat av att vardera rullkropp (16,36) uppvisar en rullyta av ett material som är mjukare än resten av rullkroppen (1636). 10 20 25 30 533 723

8. Vindkraftaggregat enligt något av patentkraven 1-7 kännetecknat av att lagringen innefattar två axiellt åtskilda stödanordningar (13,113).

9. Vindkraftaggregat enligt något av patentkraven 1-8 kännetecknat av att åtminstone en av stödanordningarna (35) är anordnad att kunna uppta axialkrafter.

10. Vindkraftaggregat enligt något av patentkraven 1-9 kännetecknat av att stödmasten (2) uppvisar radiellt inåtvända stödytor med vilka vardera stödanordning (13) är förbunden, och vilket vindkraftaggregat innefattar en vid stödmastens (2) nedre ände anordnad generator (3), och en aggregataxel (4) som vridfast förbinder turbinaxeln (6) med generatom (3).

11. Vindkraftaggregat enligt något av patentkraven 1-9 kännetecknat av att stödmasten (2,102) uppvisar radiellt utàtvända stödytor, med vilka vardera stödanordning (13,113) är förbunden, att turbinaxeln är ihålig och att vardera stödanordning (13,113) anligger mot turbinaxelns (6,106) insida.

12. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 11 kännetecknat av att en generator (103) är anordnad inuti turbinaxeln (106) med rotorn (107) fäst vid turbinaxelns (106) insida och statorn (108) fäst vid stödmasten (102).

13. Elenergikonsumerande anordning (110) uppburen av en stödmast (102) kännetecknat av att stödmasten (102) utgör stödmasten hos ett vindkraftaggregat enligt patentkrav 12 och att vindkraftaggregatet är anordnat att leverera energi till den elenergikonsumerande anordningen (110).

14. Elektriskt nät. kännetecknat av att nätet är anslutet till ett vindkraft aggregat enligt något av patentkraven 1-10.

15. Användning av ett vindkraftaggregat enligt något av patentkraven 1-10 för att leverera energi till ett elektriskt nät.