BE1017836A3

BE1017836A3 - Torque arm for wind turbine drive, comprises levers connected via hinges to non rotary portion of planetary gear unit and pivotally connected to spacer and support points on turbine housing

Info

Publication number: BE1017836A3
Application number: BE2007/0535A
Authority: BE
Original assignee: Hansen Transmissions Int
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2009-08-04
Also published as: BE1018046A3

Abstract

The arm (12) comprises a pair of levers (13, 14) which are each mounted via a hinge (15, 16) on a non-rotary portion (7) of a planetary gear unit (7), the hinge point (19, 20) between located in a position between the two ends of the lever. Each lever is pivotally connected on one side of its respective hinge to a spacer (18) used to keep the two hinge points at a fixed distance from each other, and pivotally connected on the other side of this hinge to a support point on the wind turbine housing (4) via a connector (22, 23). The drive comprises a rotor shaft mounted in the wind turbine casing via at least two bearings. A gearbox with a planetary gear unit is mounted on the rotor shaft. The non-rotary portion of the gear unit can transmit a torque via the arm to two support points on the housing. These points are located on opposite sides of the rotor shaft.

Description

Reactiearm voor een windturbineaandrijving.Reaction arm for a wind turbine drive.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een reactiearm voor een windturbineaandrijving.The present invention relates to a reaction arm for a wind turbine drive.

Meer bepaald heeft de huidige uitvinding betrekking op een reactiearm voor een windturbineaandrijving die bestaat uit een rotoras die door middel van minstens twee lagers gelagerd is op de behuizing van de windturbine, waarbij op de rotoras een tandwielkast is gemonteerd met een planetair tandwielstelsel waarvan het niet roterende gedeelte via de voornoemde reactiearm koppel kan overdragen naar twee steunpunten op de behuizing van de windturbine die zich aan weerszijden van de rotoras bevinden.More specifically, the present invention relates to a reaction arm for a wind turbine drive consisting of a rotor shaft mounted on the wind turbine housing by means of at least two bearings, a gear box having a planetary gear system of which the non-rotating is mounted on the rotor shaft portion via the aforementioned reaction arm can transfer torque to two support points on the wind turbine housing which are located on either side of the rotor shaft.

Er bestaan reeds zulke reactiearmen voor windturbineaandrijvingen van het voornoemde type waarbij de tandwielkast aan de rotoras wordt opgehangen.Such reaction arms already exist for wind turbine drives of the aforementioned type in which the gearbox is suspended from the rotor shaft.

Deze reactiearm dient hoofdzakelijk om het koppelverschil tussen ingaande en uitgaande as van de tandwielkast te kunnen overbrengen naar de behuizing van de windturbine, zodat het meedraaien van de tandwielkast met de rotoras wordt verhinderd, terwijl het rotorkoppel via de uitgaande as van het planetair tandwielstelsel kan worder^ overgedragen op een generator voor het opwekken van elektrische energie.This reaction arm mainly serves to be able to transfer the torque difference between the input and output shafts of the gearbox to the wind turbine housing, so that rotation of the gearbox with the rotor shaft is prevented, while the rotor torque can be removed via the output shaft of the planetary gear system. ^ transferred to a generator for generating electrical energy.

Een probleem dat optreedt bij zulke reactiearmen is dat de rotoras onder invloed van de windkrachten op de . rotorbladen vervormt of een zekere beweging ondergaat, wat wordt ervaren ter plaatse van , de steunpunten waar de reactiearm op de behuizing aangrijpt.A problem that occurs with such reaction arms is that the rotor shaft under the influence of the wind forces on the. rotor blades deform or undergo a certain movement, which is experienced at the points of support where the reaction arm engages the housing.

Bovendien is het zo dat bij het vervaardigen van meerdere windturbines verschillen optreden ten gevolge van de toegelaten afwerkingstoleranties.Moreover, when manufacturing several wind turbines, differences occur as a result of the permitted finishing tolerances.

Deze verschillen moeten tijdens de montage worden opgevangen.These differences must be compensated for during assembly.

Daarom worden doorgaans elastische elementen gebruikt om de reactiearm te ondersteunen ter plaatse van de steunpunten.Therefore, elastic elements are generally used to support the reaction arm at the points of support.

Enerzijds dienen deze elastische elementen voldoende elastisch te zijn om de dynamische vervormingen en bewegingen van de rotoras ten gevolge van de windbelasting op te vangen, evenals maatveranderingen tussen verschillende windturbines van een zelfde reeks.On the one hand, these elastic elements must be sufficiently elastic to absorb the dynamic deformations and movements of the rotor shaft due to the wind load, as well as dimensional changes between different wind turbines of the same series.

Anderzijds moeten de elastische elementen voldoende stijf zijn om de relatief grote reactiekrachten te kunnen overwinnen die doorgaans gepaard gaan met windturbines van groot vermogen van bijvoorbeeld 3 MW of meer.On the other hand, the elastic elements must be sufficiently rigid to be able to overcome the relatively large reaction forces that are usually associated with wind turbines of high capacity of, for example, 3 MW or more.

Door deze stijfheid worden echter parasitaire krachten op de tandwielkast geïntroduceerd door de voornoemde fenomen, zodat een zekere uitlijnfout tussen de roterende en de niet roterende gedeelten van de tandwielkast kan ontstaan of er te grote krachten tussen deze onderdelen optreden.However, due to this rigidity, parasitic forces are introduced on the gearbox by the aforementioned phenomena, so that a certain alignment error between the rotating and the non-rotating parts of the gearbox can occur or excessive forces occur between these parts.

Nog een nadeel van de gekende reactiearmen is dat ze enorm zwaar zijn, omdat zij uit één stuk worden vervaardigd, wat het transport en de montage ervan sterk bemoeilijkt.Another disadvantage of the known reaction arms is that they are extremely heavy, because they are manufactured in one piece, which makes their transport and assembly very difficult.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meerdere van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.The present invention has for its object to provide a solution to one or more of the aforementioned and other disadvantages.

Idealiter wordt een reactiearm bekomen die het nodige koppel kan overbrengen van het niet roterende gedeelte van de tandwielkast naar de behuizing van de windturbine zodat de tandwielkast niet mee roteert met de rotoras, terwijl dezelfde reactiearm voldoende bewegingsvrijheid aan de tandwielkast laat, zodat deze de opgelegde bewegingen van de rotoras onder invloed van dynamische belastingen kan volgen of gemakkelijk een zekere positie kan innemen tijdens de montage waardoor de roterende delen van de tandwielkast perfect uitgelijnd blijven met de niet roterende gedeelten of er minimale krachten tussen deze onderdelen optreden.Ideally, a reaction arm is obtained which can transmit the necessary torque from the non-rotating part of the gearbox to the wind turbine housing so that the gearbox does not rotate along with the rotor shaft, while the same reaction arm leaves sufficient freedom of movement to the gearbox, so that it leaves the imposed movements. of the rotor shaft can follow under the influence of dynamic loads or can easily assume a certain position during assembly, so that the rotating parts of the gearbox remain perfectly aligned with the non-rotating parts or minimal forces occur between these parts.

Hiertoe betreft de huidige uitvinding een reactiearm voor een windturbineaandrijving van het voornoemde type, waarbij de reactiearm wordt gevormd door twee hefbomen die, op een zekere afstand van elkaar elk door middel van een scharnier dat aangrijpt tussen de uiteinden van de hefboom, zijn gemonteerd op het niet roterende gedeelte van het planetair tandwielstelsel, waarbij de hefbomen, enerzijds, elk aan één kant van het voornoemde scharnier scharnierend zijn verbonden met een afstandselement, dat de desbetreffende scharnierpunten op de hefbomen op een vaste afstand van elkaar houdt, en, anderzijds, elk aan de andere kant van het voornoemde scharnier zijn verbonden met één van de voornoemde twee steunpunten op de behuizing door middel van een verbindingselement.To this end, the present invention relates to a reaction arm for a wind turbine drive of the aforementioned type, wherein the reaction arm is formed by two levers which are mounted at a certain distance from each other by means of a hinge which engages between the ends of the lever. non-rotating part of the planetary gear system, wherein the levers, on the one hand, are hingedly connected on one side of the aforementioned hinge to a spacer element, which keeps the respective hinge points on the levers at a fixed distance from each other, and, on the other hand, each to the other side of the aforesaid hinge are connected to one of the aforementioned two support points on the housing by means of a connecting element.

Een voordeel van zulke reactiearm voor een windturbineaandrijving overeenkomstig de uitvinding is dat de reactiearm enerzijds, toelaat dat het niet roterende gedeelte van het planetair tandwielstelsel (of dus de behuizing van de tandwielkast) een zekere translatie in het vlak loodrecht op de rotoras of eventueel zelfs een axiale beweging ten opzichte van de behuizing van de windturbine ondergaat zonder hierbij noemenswaardig gehinderd te worden door een stijfheid die zijn oorsprong vindt in de overdracht van het koppel van de behuizing van de tandwielkast naar de behuizing van de windturbine, terwijl de reactiearm anderzijds wel het vereiste koppel van de behuizing van de tandwielkast naar de behuizing van de windturbine kan overbrengen.An advantage of such a reaction arm for a wind turbine drive according to the invention is that, on the one hand, the reaction arm allows the non-rotating part of the planetary gear system (or thus the housing of the gearbox) to have a certain translation in the plane perpendicular to the rotor shaft or possibly even a undergoes axial movement relative to the wind turbine housing without being appreciably impeded by a rigidity originating from the transmission of the torque from the gearbox housing to the wind turbine housing, while the reaction arm on the other hand does torque from the gearbox housing to the wind turbine housing.

De reden hiervoor is dat de scharnieren op de hefbomen ervoor zorgen dat de behuizing van de tandwielkast de voornoemde bewegingen kan ondergaan waarbij, door de combinatie van een afStandselement dat de beweging van de twee hefbomen aan elkaar koppelt, met de twee verbindingselementen, een koppel van de reactiearm naar de steunpunten op de behuizing van de windturbine kan worden overgebracht.The reason for this is that the hinges on the levers allow the gearbox housing to undergo the aforementioned movements whereby, by combining a remote element that links the movement of the two levers together, with the two connecting elements, a torque of the reaction arm can be transferred to the support points on the wind turbine housing.

Hierdoor kan de tandwielkast de opgelegde bewegingen tijdens de rotatie van de rotoras of tijdens de montage gemakkelijk volgen, zodat uitlijnfouten en grote krachtwerking tussen de bewegende delen van de tandwielkast wordt vermeden.This allows the gearbox to easily follow the imposed movements during the rotation of the rotor shaft or during assembly, so that misalignments and great force action between the moving parts of the gearbox are avoided.

Een ander voordeel van een reactiearm overeenkomstig de uitvinding is dat hij uit meerdere delen is samengesteld wat het transport evenals de montage ervan vergemakkelij kt.Another advantage of a reaction arm according to the invention is that it is composed of several parts, which facilitates transport and assembly thereof.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding kan het afStandselement als een stang worden uitgevoerd die met elk van zijn beide uiteinden scharnierend is verbonden met één van de hefbomen.According to a first embodiment according to the invention, the Distance element can be embodied as a rod which is hingedly connected with one of its two ends to one of the levers.

Op deze wijze worden op eenvoudige wijze de uiteinden van de hefbomen tijdens hun beweging op een gelijke afstand van elkaar gehouden.In this way the ends of the levers are kept at an equal distance from each other during their movement.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een reactiearm overeenkomstig de uitvinding is echter het voornoemde afstandselement cilindervormig uitgevoerd en is het aangebracht in een boring in de ene hefboom, terwijl de andere hefboom door middel van een as met het afstandselement is verbonden, welke as excentrisch is gepositioneerd op het verbindingselement.In a preferred embodiment of a reaction arm according to the invention, however, the aforementioned spacer element is cylindrical and is arranged in a bore in one lever, while the other lever is connected to the spacer element by means of a shaft, which shaft is eccentrically positioned on the connecting element.

Deze uitvoeringsvorm van een reactiearm overeenkomstig de uitvinding is interessant omdat op eenvoudige wijze de vereiste koppeling tussen de beide hefbomen wordt bekomen, waarbij de constructie zeer compact is.This embodiment of a reaction arm according to the invention is interesting because the required coupling between the two levers is obtained in a simple manner, the construction being very compact.

Volgens nog een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een reactiearm overeenkomstig de uitvinding is het voornoemd verbindingselement met één uiteinde scharnierend verbonden met de betreffende hefboom en is het verbindingselementt aan het andere uiteinde voorzien van een kogelgewricht waarmee het in een steunpunt van de behuizing is bevestigd.According to yet another preferred embodiment of a reaction arm according to the invention, the aforementioned connecting element is hingedly connected at one end to the relevant lever and the connecting element is provided at the other end with a ball joint with which it is fixed in a support point of the housing.

Het voordeel van een verbinding met een kogelgewricht ter plaatse van de steunpunten is dat hierdoor de behuizing relatief ongehinderd een beweging kan ondergaan ten opzichte van de behuizing van de windturbine in de axiale richting.The advantage of a connection to a ball joint at the points of support is that this allows the housing to undergo relatively unimpeded movement relative to the housing of the wind turbine in the axial direction.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een windturbineaandrijving overeenkomstig de uitvinding beschreven, met verwijzing naar bijgaande figuren, waarin: figuur 1 een bekende windturbineaandrijving aangesloten op een rotoras weergeeft die voorzien is van een reactiearm waarop de uitvinding betrekking heeft; figuur 2 een zicht weergeeft aangegeven door II-II in figuur 1; figuur 3 schematisch een reactiearm overeenkomstig de uitvinding weergeeft, die gemonteerd is op een niet roterend gedeelte van een planetair tandwielstelsel evenals op de behuizing van een windturbine; figuur 4 dezelfde reactiearm weergeeft als deze van figuur 3 doch in een andere stand; figuur 5 in perspectief een practische uitvoeringsvoerm van een reactiearm volgens de uitvinding weergeeft gemonteerd op een ringwiel; figuur 6 een zicht weergeeft volgens de pijl F6 in figuur 5; en, figuren 7 en 8 dwarsdoorsneden weergeven respectievelijk volgens de lijnen VII-VII en VIII-VIII in figuur 6.With the insight to better demonstrate the characteristics of the invention, a preferred embodiment of a wind turbine drive according to the invention is described below as an example without any limiting character, with reference to the accompanying figures, in which: figure 1 shows a known wind turbine drive connected to a rotor shaft which is provided with a reaction arm to which the invention relates; figure 2 represents a view indicated by II-II in figure 1; Figure 3 schematically represents a reaction arm according to the invention mounted on a non-rotating part of a planetary gear system as well as on the housing of a wind turbine; figure 4 represents the same reaction arm as that of figure 3 but in a different position; figure 5 represents a practical embodiment of a reaction arm according to the invention mounted on a ring wheel in perspective; figure 6 represents a view according to the arrow F6 in figure 5; and, Figures 7 and 8 show cross-sections along the lines VII-VII and VIII-VIII in Figure 6, respectively.

In figuur 1 is een bekende windturbineaandrijving 1 weergegeven waarbij een rotoras 2 door middel van twee lagers 3 ten opzichte van de behuizing van de windturbine 4 roteerbaar is ondersteund.Figure 1 shows a known wind turbine drive 1 in which a rotor shaft 2 is rotatably supported by means of two bearings 3 relative to the housing of the wind turbine 4.

Op de rotoras 1 is een tandwielkast 5 gemonteerd die van het planetaire type is, waarbij, bijvoorbeeld de ingaande as 6 wordt gevormd door een planetendrager die met de rotoras 2 is verbonden en waarop planeetwielen roteerbaar op planeetassen zijn aangebracht, welke planeetwielen samenwerken, enerzijds, met een ringwiel dat vast verbonden is. met de behuizing 7 van de tandwielkast 5, en anderzijds met een zonnewiel op een uitgaande as 8.Mounted on the rotor shaft 1 is a gearbox 5 which is of the planetary type, wherein, for example, the input shaft 6 is formed by a planet carrier connected to the rotor shaft 2 and on which planet wheels are rotatably mounted on planet shafts, which planet wheels co-operate, on the one hand, with a ring wheel that is permanently connected. with the housing 7 of the gearbox 5, and on the other hand with a sun wheel on an output shaft 8.

De windturbineaandrijving 1 waarop de uitvinding betrekking heeft is van het type waarbij het gewicht van de tandwielkast 5 wordt gedragen door de rotoras 2 en dus hoofdzakelijk door de lagers 3 naar de behuizing 4 van de windturbine wordt overgedragen.The wind turbine drive 1 to which the invention relates is of the type in which the weight of the gearbox 5 is supported by the rotor shaft 2 and is therefore mainly transferred by the bearings 3 to the housing 4 of the wind turbine.

Zoals evenwel is bekend is het nodig dat de niet roterende gedeelten 7 van de tandwielkast 5 ten opzichte van de behuizing van de turbine 4 worden geblokkeerd, omdat anders de tandwielkast 5 bij rotatie van de rotoras 2 geneigd zal zijn met de rotoras 2 mee te draaien.As is known, however, it is necessary that the non-rotating parts 7 of the gear box 5 are blocked relative to the housing of the turbine 4, because otherwise the gear box 5 will rotate with the rotor shaft 2 when the rotor shaft 2 rotates. .

Hiervoor wordt gewoonlijk, zoals duidelijk wordt getoond in figuur 2, gebruik gemaakt van een reactiearm 9 die het koppel van de rotor kan overdragen naar twee steunpunten 10 op de behuizing van de windturbine 4 welke steunpunten 10 zich gewoonlijk aan weerszijden van de rotoras 2 bevinden.For this purpose, as is clearly shown in Figure 2, use is usually made of a reaction arm 9 which can transfer the torque of the rotor to two support points 10 on the housing of the wind turbine 4, which support points 10 are usually located on either side of the rotor shaft 2.

Zoals in de inleiding werd uiteengezet, wordt voor de ondersteuning van de reactiearm 9 op de steunpunten 10 meestal gebruik gemaakt van min of meer elastische elementen 11, zodat een zekere afwijking van de rotoras 2 bijvoorbeeld ten gevolge van de windbelasting of tijdens de montage voor het compenseren van zekere fabricatieafwijkingen ten gevolge van de afwerkingstolleranties mogelijk worden.As explained in the introduction, more or less elastic elements 11 are usually used for supporting the reaction arm 9 on the support points 10, so that a certain deviation from the rotor shaft 2, for example due to the wind load or during mounting for the compensating for certain manufacturing defects as a result of the finishing tolerances become possible.

Een nadeel van deze opstelling is echter dat de elastische elementen 11 toch voldoende stijf dienen te zijn om het vereiste koppel te kunnen overbrengen, waardoor onvermijdelijk ook de bewegingsvrijheid van de tandwielkast 5 ten opzichte van de behuizing van de windturbine 4 voor bewegingen die niets van doen hebben met de koppeloverdracht wordt beperkt, waardoor parasitaire krachten optreden en eventueel uitlijnfouten kunnen ontstaan.A disadvantage of this arrangement, however, is that the elastic elements 11 must nevertheless be sufficiently rigid to be able to transmit the required torque, so that the freedom of movement of the gearbox 5 relative to the housing of the wind turbine 4 is also unavoidable for movements that have nothing to do with it. with the torque transfer is limited, whereby parasitic forces occur and possibly alignment errors can occur.

Aan deze nadelen wordt volgens de uitvinding verholpen door een reactiearm 12 waarvan het principe is weergegeven in de figuren 3 en 4.According to the invention, these disadvantages are remedied by a reaction arm 12, the principle of which is shown in Figures 3 and 4.

Zulke reactiearm 12 wordt overeenkomstig de uitvinding gevormd door twee hefbomen, meer bepaald een eerste hefboom 13 en een tweede hefboom 14, die op een zekere afstand D van elkaar elk door middel van een scharnier, respectievelijk scharnieren 15 en 16 zijn gemonteerd op het niet roterende gedeelte 7 van het planetair tandwielstelsel.According to the invention, such a reaction arm 12 is formed by two levers, more particularly a first lever 13 and a second lever 14, which are mounted at a certain distance D from each other by means of a hinge, respectively hinges 15 and 16, on the non-rotating part 7 of the planetary gear system.

De scharnieren 15 en 16 grijpen aan tussen de uiteinden van de hefbomen 13 en 14.The hinges 15 and 16 engage between the ends of the levers 13 and 14.

Voorts zijn de hefbomen 13 en 14 elk aan één kant 17 van hun voornoemd scharnier, respectievelijk scharnier 15 en 16, scharnierend verbonden met een afStandselement 18, dat de desbetreffende scharnierpunten 19 en 20 op de hefbomen 13 en 14 op een vaste afstand van elkaar houdt.Furthermore, the levers 13 and 14 are each on one side 17 of their aforementioned hinge, respectively hinge 15 and 16, hingedly connected to a remote element 18, which keeps the respective hinge points 19 and 20 on the levers 13 and 14 at a fixed distance from each other .

Anderzijds zijn de hefbomen 13 en 14, elk aan de andere kant 21 van hun voornoemde scharnier, respectievelijk scharnier 15 en 16, verbonden met één van de twee steunpunten 10 op de behuizing van de windturbine 4 door middel van een verbindingselement, respectievelijk verbindingselementen 22 en 23.On the other hand, the levers 13 and 14, each on the other side 21 of their above-mentioned hinge, respectively hinge 15 and 16, are connected to one of the two supporting points 10 on the housing of the wind turbine 4 by means of a connecting element, connecting elements 22 and 23.

In het getoonde principeschema is het afStandselement een stang die met elk van zijn beide uiteinden scharnierend is verbonden met één van de hefbomen 13 en 14.In the principle diagram shown, the Distance element is a rod which is hinged at each of its two ends to one of the levers 13 and 14.

Evenzo zijn de voornoemde verbindingselementen 23 en 24 stangen die de afstand bewaren tussen een uiteinde van een hefboom 13 of 14 en een steunpunt 10 op de behuizing van de windturbine 4.Similarly, the aforementioned connecting elements 23 and 24 are rods which maintain the distance between an end of a lever 13 or 14 and a support point 10 on the housing of the wind turbine 4.

Bij voorkeur zijn volgens de uitvinding de verschillende scharnierpunten symmetrisch opgesteld ten opzichte van het verticale vlak VV'door het centrum 24 van de rotoras 2.According to the invention, the various pivot points are preferably arranged symmetrically with respect to the vertical plane VV through the center 24 of the rotor shaft 2.

Bovendien is de afstand F op de hefboom 13 tussen het scharnierpunt 15 met het niet roterende gedeelte 7 en het scharnierpunt 19 met het afStandselement 18 bij voorkeur gelijk aan de overeenkomstige afstand G op hefboom 14.Moreover, the distance F on the lever 13 between the pivot point 15 with the non-rotating part 7 and the pivot point 19 with the remote element 18 is preferably equal to the corresponding distance G on lever 14.

Op dezelfde manier is liefst tevens de afstand E op hefboom 13 tussen het scharnierpunt 15 met het niet roterende gedeelte 7 en het scharnierpunt met het verbindingselement 22 gelijk aan de overeenkomstige afstand H op hefboom 14.In the same way, preferably the distance E on lever 13 between the pivot point 15 with the non-rotating part 7 and the pivot point with the connecting element 22 is equal to the corresponding distance H on lever 14.

Voorts liggen de scharnierpunten van een hefboom 13 of 14 liefst op één lijn, zodat de hoeken A en B gevormd door door de lijnen die de middelste scharnier 15 of 16 verbinden met de buitenste scharnieren liefst 180° bedragen.Furthermore, the hinge points of a lever 13 or 14 are preferably aligned, so that the angles A and B formed by the lines connecting the middle hinge 15 or 16 to the outer hinges are preferably 180 °.

Een voordeel van zulke reactiearm 12 volgens de uitvinding is dat hij toelaat dat het niet roterende gedeelte 7 van de tandwielkast 5 een zekere beweging ondergaat ten opzichte van de behuizing van de windturbine 4, bijvoorbeeld een zekere translatie in het vlak X-Z loodrecht op de rotoras 2.An advantage of such a reaction arm 12 according to the invention is that it allows the non-rotating part 7 of the gearbox 5 to undergo a certain movement relative to the housing of the wind turbine 4, for example a certain translation in the plane XZ perpendicular to the rotor shaft 2. .

Dit is geïllustreerd aan de hand van figuur 4 voor een verticale beweging volgens de richting Z van de behuizing 7 van de tandwielkast 5 ten opzichte van de steunpunten 10.This is illustrated with reference to Figure 4 for a vertical movement in the direction Z of the housing 7 of the gearbox 5 relative to the support points 10.

Het is duidelijk dat zulke beweging van de scharnierpunten 16 en 17 mogelijk is.It is clear that such movement of the pivot points 16 and 17 is possible.

Hierbij ondergaan de hefbomen 13 en 14, evenals het afstandselement 18 en de verbindingselementen 22 en 23 een zekere rotatie.The levers 13 and 14, as well as the spacer element 18 and the connecting elements 22 and 23 hereby undergo a certain rotation.

De beweging kan gebeuren zonder grote hinder, omdat enkel de wrijving in de scharnieren dient overwonnen te worden, terwijl toch de nodige krachten naar de steunpunten 10 kunnen worden overgebracht teneinde het vereiste koppel van de behuizing 7 van de tandwielkast 5 naar de behuizing van de windturbine 4 te kunnen overbrengen.The movement can take place without great hindrance, because only the friction in the hinges must be overcome, while the necessary forces can nevertheless be transmitted to the supporting points 10 in order to obtain the required torque from the housing 7 of the gearbox 5 to the housing of the wind turbine. 4 to be able to transfer.

Op dezelfde manier is tevens een beweging in de Z richting mogelijk of een gecombineerde beweging in de X en Z richting, met andere woorden volgens een willekeurige richting in het vlak X-Z loodrecht op de rotoras 2.In the same way, a movement in the Z direction is also possible or a combined movement in the X and Z direction, in other words according to an arbitrary direction in the plane X-Z perpendicular to the rotor shaft 2.

In de figuren 5 tot met 8 is een meer praktische uitvoeringsvorm van een reactiearm 12 volgens de uitvinding weergegeven.Figures 5 to 8 show a more practical embodiment of a reaction arm 12 according to the invention.

Deze is gemonteerd op een niet roterend gedeelte 7 van de tandwielkast 5, welke in het getoonde voorbeeld wordt gevormd door een ringwiel 25.This is mounted on a non-rotating part 7 of the gearbox 5, which in the example shown is formed by a ring wheel 25.

Het afStandselement 17 is in deze uitvoeringsvorm speciaal omdat het cilindervormig is uitgevoerd, waarbij het is aangebracht in een boring in de ene hefboom 13 ter vorming van het scharnierpunt 19.The spacer element 17 is special in this embodiment because it is cylindrical, wherein it is arranged in a bore in the one lever 13 to form the pivot point 19.

De andere hefboom 14 is door middel van een as met het afstandselement 17 verbonden ter vorming van het scharnierpunt 20, waarbij de as excentrisch is gepositioneerd op het afstandselement 17.The other lever 14 is connected to the spacer element 17 by means of a shaft to form the pivot point 20, the shaft being eccentrically positioned on the spacer element 17.

Het is duidelijk dat op deze wijze een zeer compacte constructie wordt bekomen.It is clear that a very compact construction is obtained in this way.

Ook de verbindingselementen 22 en 23 zijn in deze uitvoeringsvorm speciaal uitgevoerd, waarbij één uiteinde scharnierend is verbonden met de betreffende hefboom, respectievelijk door middel van scharnier 26 aan hefboom 13 en door middel van scharnier 27 aan hefboom 14, en het andere uiteinde is voorzien van een kogelgewricht, respectievelijk kogelgewrichten 28 en 29, waarmee het in een steunpunt 10 van de behuizing van de windturbine 4 is afgesteund.The connecting elements 22 and 23 are also specially designed in this embodiment, wherein one end is hingedly connected to the respective lever, respectively by means of hinge 26 on lever 13 and by means of hinge 27 on lever 14, and the other end is provided with a ball joint, respectively ball joints 28 and 29, with which it is supported in a support point 10 of the housing of the wind turbine 4.

Met deze uitvoeringsvorm met kogelgewrichten 28 en 29 wordt bekomen dat de behuizing 7 van de tandwielkast 5 tevens een geringe axiale beweging volgens de Y richting kan ondergaan.With this embodiment with ball joints 28 and 29 it is achieved that the housing 7 of the gearbox 5 can also undergo a slight axial movement in the Y direction.

Uiteraard zijn vele andere uitvoeringsvormen mogelijk.Many other embodiments are of course possible.

Bijvoorbeeld is het niet uitgesloten een voornoemd verbindingselement 22 of 23 te voorzien van een veer en/of een demper.For example, it is not excluded that a aforementioned connecting element 22 or 23 is provided with a spring and / or a damper.

Hierdoor wordt uiteraard de torsiestijfheid van het systeem verminderd.This naturally reduces the torsional rigidity of the system.

In een andere uitvoeringsvorm, die echter niet als ideaal wordt beschouwd, kunnen de hefbomen 13 en 14, het afstandselement 17 en de verbindingselementen 22 en 23 eventueel asymmetrisch op de behuizing 7 van de tandwielkast 5 worden aangebracht, waardoor een zekere rotatie van de tandwielkast 5 mogelijk wordt, maar wat geenszins hoeft te betekenen dat de tandwielkast 5 hierdoor een volledige rotatievrijheid bekomt en dus toch nog steeds een koppel kan overdragen naar de behuizing van de windturbine 4.In another embodiment, which, however, is not considered ideal, the levers 13 and 14, the spacer element 17 and the connecting elements 22 and 23 can be arranged asymmetrically on the housing 7 of the gearbox 5, whereby a certain rotation of the gearbox 5 becomes possible, but which in no way necessarily means that the gearbox 5 hereby has a complete freedom of rotation and thus can still transfer a torque to the housing of the wind turbine 4.

In nog een andere uitvoeringsvorm kunnen de scharnierpunten op de hefbomen 13 en 14 bijvoorbeeld niet volgens een lijn worden uitgezet, zodat de hoeken A en B geen 180 ° bedragen, bijvoorbeeld om een constructie te bekomen met beperktere dimensies.In yet another embodiment, the pivot points on the levers 13 and 14, for example, cannot be expanded in a line, so that the angles A and B do not amount to 180 °, for example for obtaining a construction with more limited dimensions.

In meer algemene termen kan de uitvinding ook als volgt worden beschreven:In more general terms, the invention can also be described as follows:

Het probleem dat dient opgelost te worden door de uitvinding is als volgt.The problem to be solved by the invention is as follows.

In een typische windturbine met een 4-puntsophanging wordt de tandwielkast gemonteerd op de hoofdas. Deze opstelling vereist een reactiearm om de tandwielkast te verhinderen mee te draaien met de hoofdas. Deze reactiearm moet sterk genoeg zijn om het verschil in koppel tussen in- en uitgaande as te kunnen opvangen. (Zie figuur 1).In a typical wind turbine with a 4-point suspension, the gearbox is mounted on the main shaft. This arrangement requires a reaction arm to prevent the gearbox from turning with the main shaft. This reaction arm must be strong enough to accommodate the difference in torque between the input and output shafts. (See figure 1).

De positie van de reactiearm is volledig bepaald (behalve voor rotatie) door de positie van de interface tussen hoofdas en tandwielkast. Door de vervorming van de hoofdas onder invloed van de externe belastingen (windkrachten op de rotor) , en ook door de afwerkingstoleranties, zijn de afmetingen van de onderdelen 11 niet constant in de tijd (door vervormingen) en voor verschillende windturbines (afwerkingstoleranties).The position of the reaction arm is completely determined (except for rotation) by the position of the interface between the main shaft and the gearbox. Due to the deformation of the main axis under the influence of external loads (wind forces on the rotor), and also due to the finishing tolerances, the dimensions of the parts 11 are not constant over time (due to deformations) and for different wind turbines (finishing tolerances).

Bij huidige windturbines worden de onderdelen 11 daarom vervaardigd uit een elastisch materiaal. Het elastisch materiaal moet voldoende kunnen vervormen om de maatveranderingen aan te kunnen, maar moet anderzijds stijf genoeg zijn om de (grote) reactiekrachten te kunnen weerstaan. Deze stijfheid veroorzaakt op zijn beurt dan weer parasitaire krachten als de tandwielkast gedwongen wordt om met de hoofdas mee te bewegen of gedurende de montage in de tandwielkast, als de toleranties een initiële vervorming van de onderdelen 11 noodzakelijk maken.With current wind turbines, the parts 11 are therefore made of an elastic material. The elastic material must be able to deform sufficiently to withstand the dimensional changes, but on the other hand must be stiff enough to withstand the (large) reaction forces. This stiffness, in turn, causes parasitic forces if the gearbox is forced to move with the main shaft or during assembly in the gearbox, if the tolerances necessitate an initial deformation of the components 11.

Een bijkomend probleem van reactiearmen voor grote (multi-megawatt) windturbines, is de grootte en het gewicht van dit onderdeel, dat ideaal uit één gegoten onderdeel bestaat.An additional problem of reaction arms for large (multi-megawatt) wind turbines is the size and weight of this part, which ideally consists of one cast part.

rr

Principieel werkt de uitvinding als volgt.The invention basically works as follows.

De reactiearm, zoals schematisch voorgesteld in de figuren 3 en 4, bestaat uit één centraal onderdeel dat aan het ringwiel en/of de behuizing van de tandwielkast bevestigd wordt om het koppel My over te brengen en twee "armen" die hieraan bevestigd worden door middel van scharnieren 15 en 16. De armen zijn centraal verbonden door een stang (17) die de bewegingen van deze beide armen koppelt. De uiteinden van deze armen worden door met de grond (het frame van de windturbine) verbonden door de stangen 22 en 23. De scharnieren hebben minstens één vrijheidsgraad, maar de scharnieren 26 tot 29 kunnen als bolgewrichten uitgevoerd worden, zodat de tandwielkast indien gewenst ook axiaal (y-richting) kan bewegen.The reaction arm, as schematically represented in Figures 3 and 4, consists of one central part that is attached to the ring gear and / or the housing of the gearbox to transmit the torque My and two "arms" that are attached to it by means of hinges 15 and 16. The arms are centrally connected by a rod (17) which couples the movements of these two arms. The ends of these arms are connected to the ground (the wind turbine frame) by the rods 22 and 23. The hinges have at least one degree of freedom, but the hinges 26 to 29 can be designed as spherical joints, so that the gearbox, if desired, can move axially (y direction).

Deze opstelling laat translatiebewegingen (in x en z richting) van de tandwielkast toe zonder opwekken van extra reactiekrachten, behalve heel kleine reactiekrachten die ontstaan door wrijving in de scharnieren. De kinematica van dit mechanisme staat echter geen rotatie van de tandwielkast toe : punt 15 en 16 kunnen enkel parallel en in dezelfde richting over eenzelfde afstand verplaatsen. Kleine afwijkingen zijn mogelijk als de hoeken A en B geen 180° zijn en/of de afmetingen E, F, G en H asymmetrisch zijn. Ook in dit laatste geval zal slechts een (heel kleine) rotatie gebeuren die echter volledig bepaald wordt door de kinematica van het mechanisme, maar zeker geen rotatievrijheid is.This arrangement allows translation movements (in x and z direction) of the gearbox without generating additional reaction forces, except for very small reaction forces caused by friction in the hinges. The kinematics of this mechanism, however, does not allow rotation of the gearbox: points 15 and 16 can only move parallel and in the same direction over the same distance. Small deviations are possible if the angles A and B are not 180 ° and / or the dimensions E, F, G and H are asymmetrical. In the latter case too, only a (very small) rotation will take place, which is however completely determined by the kinematics of the mechanism, but is certainly not freedom of rotation.

De stangen 22 en 23 kunnen ontworpen worden om een veer en/of demper te bevatten, zodat het dynamisch gedrag van het volledige systeem nauwkeurig kan bij gesteld worden. Dit zal dan uiteraard wel de torsionele stijfheid van het systeem verminderen.The rods 22 and 23 can be designed to contain a spring and / or damper, so that the dynamic behavior of the entire system can be accurately adjusted. This will of course reduce the torsional rigidity of the system.

De translatiebewegingen, die vrij kunnen gebeuren zullen in de praktijk klein zijn (orde millimeter), maar kunnen indien gewenst gedempt worden door toevoeging van een demper tussen de armen en de centrale plaat.The translation movements that can happen freely will in practice be small (order millimeters), but can be damped if desired by adding a damper between the arms and the central plate.

De eigenschappen van een reactiearm in overeenstemming met de uitvinding kunnen als volgt samengevat worden: • Een reactiearm of mechanisme voor een windturbine volgens figuur 3 die ervoor zorgt dat reactiekrachten veroorzaakt door het rotorkoppel naar het machineframe geleid worden en dat geen enkele bijkomende reactiekracht genereert door toedoen van structurele vervorming of relatieve verplaatsing van de rotoras ten opzichte van de bevestigingspunten van het reactiemechanisme op het machineframe van de windturbine.The properties of a reaction arm in accordance with the invention can be summarized as follows: • A reaction arm or mechanism for a wind turbine according to figure 3 which ensures that reaction forces caused by the rotor torque are guided to the machine frame and that no additional reaction force is generated by the action. of structural distortion or relative displacement of the rotor shaft relative to the attachment points of the reaction mechanism on the wind turbine machine frame.

• Een reactiearm of mechanisme voor een windturbine waarvan de vrijheid van translatiebeweging kan gebruikt worden om de montage te vereenvoudigen.• A reaction arm or mechanism for a wind turbine whose freedom of translation movement can be used to simplify assembly.

• Een reactiearm of mechanism voor een windturbine e waarvan de vrijheid van translatiebeweging kan gebruikt worden om maatafwijkingen door afwerkingstoleranties op te vangen.• A reaction arm or mechanism for a wind turbine e whose freedom of translation movement can be used to compensate for dimensional deviations due to finishing tolerances.

• Een reactiearm of mechanisme voor een windturbine waarbij de reactiekrachten omgezet worden in krachten op het gedeelte ervan dat op de tandwielkast bevestigd wordt, eenvoudige buigmomenten op de bewegende armen en trek of drukkrachten op de verbindingsstangen. Dit vermindert de vervormingen van de tandwielkast en maakt het ontwerp en optimalisatie van de onderdelen eenvoudiger.• A reaction arm or mechanism for a wind turbine in which the reaction forces are converted into forces on the part thereof that is mounted on the gearbox, simple bending moments on the moving arms and tensile or compressive forces on the connecting rods. This reduces the deformation of the gearbox and makes the design and optimization of the components easier.

• Een reactiearm of mechanisme voor een windturbine dat naar behoefte kan ontworpen worden om axiale vrijheid van beweging toe te staan of te verhinderen, naargelang de vereisten voor de complete aandrijflijn.• A wind turbine reaction arm or mechanism that can be designed as required to allow or prevent axial freedom of movement, depending on the requirements for the complete drive train.

• Een reactiearm of mechanisme voor een windturbine dat door zijn uitvoering toelaat de buitenafmetingen en de totale massa van de tandwielkast te reduceren door de scharnierende armen te demonteren. Hierdoor worden ten opzichte van een conventionele reactiearm uit 1 stuk minder eisen gesteld aan transport en installatie.• A reaction arm or mechanism for a wind turbine that by its design allows the external dimensions and the total mass of the gearbox to be reduced by dismantling the hinged arms. As a result, compared to a conventional 1-arm reaction arm, fewer requirements are imposed on transport and installation.

• Een reactiearm of mechanisme voor een windturbine dat door zijn opbouw uit verschillende kleinere elementen, en vooral door de drastische vermindering van de maximale afmetingen meer mogelijkheden bied op vlak van gietcapaciteit en machinecapaciteit.• A reaction arm or mechanism for a wind turbine that, due to its construction from different smaller elements, and especially through the drastic reduction of the maximum dimensions, offers more possibilities in terms of casting capacity and machine capacity.

• Een reactiearm of mechanisme voor een windturbine dat door zijn vorm en opbouw het gebruik van gewalste staalplaat en/of gesmede staalvormen mogelijk maakt. Ten opzichte van de klassieke gietijzers en hun nabehandelingen beschikken deze materialen en nabehandelingen over betere en meer constante en materiaaleigenschappen waardoor een meer optimaal en/of goedkoper ontwerp mogelijk wordt. De afhankelijkheid van de beschikbare gietcapaciteit voor grote onderdelen wordt hierdoor nogmaals gereduceerd.• A reaction arm or mechanism for a wind turbine that, due to its shape and construction, allows the use of rolled steel sheet and / or forged steel molds. Compared to traditional cast irons and their after-treatments, these materials and after-treatments have better and more constant and material properties, which makes a more optimal and / or cheaper design possible. The dependence on the available casting capacity for large parts is therefore reduced once again.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm van een reactiearm overeenkomstig de uitvinding, doch dergelijke reactiearm kan op allerlei andere manieren worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.The invention is by no means limited to the embodiment of a reaction arm according to the invention described as an example and shown in the figures, but such a reaction arm can be realized in a variety of other ways without departing from the scope of the invention.

Claims

Reaction arm (12) for a wind turbine drive (1) that. consists of a rotor shaft (2) which is mounted on the wind turbine housing (4) by means of at least two bearings (3), with a gearbox (5) mounted on the rotor shaft (2) with a planetary gear system of which the The rotating part (7) can transmit a torque via the aforementioned reaction arm (12) to two support points (10) on the wind turbine housing (4) which are located on either side of the rotor shaft (2), characterized in that the reaction arm (12 ) is formed by two levers (13.14) which are mounted at a certain distance (D) from each other by means of a hinge (15,16) that engages between the ends of the lever (13,14) on the non-rotating part (7) of the planetary gear system, wherein the levers (13.14), on the one hand, are each hingedly connected on one side (17) of the aforementioned hinge (15,16) to a Distance element (18), which has the relevant hinge points (19) , 20) on the levers (13.14) on a fixed distance and loves one another, and, on the other hand, are each connected on the other side (21) of said hinge (15,16) to one of the aforementioned two support points (10) on the wind turbine housing (4) by means of a connecting element (22,23).

Reaction arm according to claim 1, characterized in that the aforementioned spacer element (18) is cylindrical and is arranged in a bore in one lever (13), while the other lever (14) is provided by means of a shaft with the spacer element ( 18) is connected, which axis is eccentrically positioned on the Distance element (18).

Reaction arm (12) according to claim 1 or 2, characterized in that the Distance element (18) is a rod that is pivotally connected with one of the two ends to one of the levers (13, 14).

Reaction arm (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the aforementioned connecting element (22,23) is hingedly connected at one end to the relevant lever (13,14) and is provided with a ball joint at the other end ( 28, 29) with which it is mounted in a support point (10) of the wind turbine housing (10).

Reaction arm (12) according to one of the preceding claims, characterized in that a said connecting element (22, 23) is a rod that maintains the distance between an end of a lever (13, 14) and a support point (10) on the housing of the wind turbine (4).

Reaction arm (12) according to one of claims 1 to 4, characterized in that a aforementioned connecting element (22,23) is provided with a spring and / or a damper.

Reaction arm (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the different pivot points are arranged symmetrically with respect to the vertical plane (W ') through the center (24) of the rotor shaft (2).

Reaction arm (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance (F, G) on a lever (13,14) between the pivot point (15,16) with the non-rotating part (7) and the pivot point (19) , 20) with the Distance element (18) on both levers (13, 14) is the same.

Reaction arm (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance (E, H) on a lever (13,14) between the pivot point (15,16) with the non-rotating part (7) and the pivot point (26) , 27) with the connecting element (22, 23) on both levers (13, 14) is the same.

Reaction arm (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the pivot points (26,15,19,27,16,20) on one lever (13,14) are aligned.

Reaction arm (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the non-rotating part (7) of the planetary gear system is the ring wheel (25) or a part fixedly connected to the ring wheel (25).

Reaction arm (12) according to one of the preceding claims, characterized in that it ensures that reaction forces caused by the rotor torque are guided to the machine frame and that no additional reaction force is generated due to structural deformation or relative displacement of the rotor shaft (2). ) with respect to the attachment points (10) of the reaction mechanism on the machine frame of the wind turbine (4).

A wind turbine reaction arm (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that its freedom of translation movement can be used to simplify assembly.

A wind turbine reaction arm (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that its freedom of translation movement can be used to compensate for dimensional deviations due to finishing tolerances.

A wind turbine reaction arm (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that the reaction forces are thereby converted into forces on the part thereof which is fixed on the gearbox (5), more particularly in simple bending moments on the moving arms and tensile or compressive forces on the connecting rods, thereby reducing the deformations of the gearbox and simplifying the design and optimization of the components.

A wind turbine reaction arm (12) according to any of the preceding claims, characterized in that it can be designed as required to allow or prevent axial freedom of movement depending on the requirements for the complete drive train.

A wind turbine reaction arm (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that its embodiment allows to reduce the external dimensions and the total mass of the gearbox by disassembling the hinged arms, thereby eliminating one conventional reaction arm from one considerably less demands are placed on transport and installation.

A reaction arm (12) for a wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that, due to its construction from different smaller elements, and in particular through the drastic reduction of the maximum dimensions, more possibilities are offered in terms of casting capacity and machine capacity.

A wind turbine reaction arm (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that its shape and construction make it possible to use rolled steel sheet and / or forged steel molds, these materials and after-treatments over better and more constant material properties compared to traditional cast irons and their after treatments, which makes a more optimal and / or cheaper design possible and whereby the dependence on the available casting capacity for large parts is once again reduced.