DE102008047769B4

DE102008047769B4 - Hubvorrichtung für eine Windturbine

Info

Publication number: DE102008047769B4
Application number: DE102008047769A
Authority: DE
Inventors: Dror Avner
Original assignee: Suzlon Energy GmbH
Current assignee: Ae Rotor Holding Bv Nl
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2028-09-18
Also published as: DE102008047769A1; WO2010031528A3; WO2010031528A2; EP2329138A2

Abstract

Windturbine mit einem Maschinenhaus (2), – wobei das Maschinenhaus (2) drehbar auf einem Turm der Windturbine angeordnet ist, umfassend – einen vollständig im Maschinenhaus (2) angeordneten Bahnträger (3) und eine an dem Bahnträger (3) verschiebbar angeordnete Hubvorrichtung (1), – wobei die Hubvorrichtung (1) ein Rollwerk (15) und ein Lastarm (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hubvorrichtung (1) geeignet ist, eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Wandung (14) des Maschinenhauses (2) zu durchragen, – der Lastarm (17) drehbar um eine im Wesentlichen horizontale Drehachse (18) an dem Rollwerk (15) angeordnet ist, – so dass der Lastarm (17) in mindestens zwei definierten Positionen (A, B) an dem Rollwerk (15) anordenbar ist, – wobei sich die maximalen Hubhöhen (Hmax_A) und (Hmax_B) der beiden Positionen A und B um eine Höhendifferenz (ΔH) unterscheiden, und – dass Mittel zum Einstellen des Lastarms (17) in den Positionen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubvorrichtung für eine Windturbine, wobei die Hubvorrichtung verschiebbar an einem Bahnträger in einem Maschinenhaus der Windturbine vorgesehen ist. Das Maschinenhaus ist drehbar auf einem Turm angeordnet und trägt einen Rotor und einen Triebstrang. Um zu Wartungs- und Reparaturzwecken die notwendigen Mittel und Werkzeuge in das Maschinenhaus bringen zu können, sind geeignete Kransysteme erforderlich. Da es nicht immer möglich ist einen Mobilkran an einer Windturbine aufzubauen, und weiterhin dadurch sehr hohe Kosten verursacht werden, ist es sinnvoll, eine Windturbine mit einem Bordkran auszustatten. Bisher wird für kleine bis mittlere Lasten, bis ca. eine Tonne, ein Kettenzug oder dergleichen verwendet, dessen Haken durch eine Bodenluke in dem Maschinenhaus abgelassen werden kann. Somit können Ersatzteile, wie zum Beispiel ein Antriebsmotor für das Azimutlager, vom Boden in das Maschinenhaus gehievt werden. Dabei ergibt sich der Nachteil, dass die Größe der Nutzlast durch die Größe der Bodenluke begrenzt ist.
In der EP 1 859 165 B1 wird eine Krananordnung offenbart, die den o. g. Nachteil vermeidet. Dazu umfasst die Krananordnung einen Bahnträger und eine daran verschiebbaren Hubvorrichtung. Der Bahnträger überragt dabei den Rand der Verkleidung des Maschinenhauses und wird von einer Verkleidung umgeben. Somit kann die Hubvorrichtung bzw. Laufkatze über den Rand des Maschinenhauses hinausfahren und den Haken zur Aufnahme von Nutzlasten bis auf den Boden herablassen. Die überstehende Ausführung der Krananordnung wirkt sich nachteilig auf die Größe, die Herstellkosten des Gehäuses, den Transport und auf die Ästhetik des Maschinenhauses aus.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 9004216 U1 ist eine Vorrichtung zum Beladen und/oder Entladen von Lastwagen bekannt, welche einen Auslegerarm mit einem Gelenk aufweist, wobei der Auslegerarm um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Hubvorrichtung für eine Windturbine und eine verbesserte Windturbine anzugeben, wobei die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst, indem die Hubvorrichtung für die Windturbine verschiebbar an dem Bahnträger in einem Maschinenhaus der Windturbine vorgesehen ist. Dabei verläuft der Bahnträger der Hubvorrichtung vollständig innerhalb des Maschinenhauses und umfasst ein Rollwerk und einen Lastarm. Lastarm und Rollwerk sind derart ausgebildet, dass der Lastarm eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Wandung des Maschinenhauses durchragen kann. Dadurch ergibt sich unter anderem der Vorteil, dass sämtliche Nutzlasten durch eine im Wesentlichen vertikal ausgebildete Luke in der Wandung, insbesondere an der Rückseite, der Windturbine in das Maschinenhaus gehievt werden können. Die vorteilhafte Ausprägung der Hubvorrichtung mit dem Lastenarm ermöglicht erstmals, dass der Bahnträger vollständig und ausschließlich im Maschinenhaus ausgebildet sein kann. Denn der Lastarm ist in der Lage die Wandung der Windturbine zu durchragen, da er auch den Bahnträger, vorzugsweise in Verschieberichtung der Hubvorrichtung am Bahnträger, überragt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Lastarm drehbar an dem Rollwerk der Hubvorrichtung angeordnet. Die Drehachse der Dreh- oder Schwenkmöglichkeit des Lastarms an dem Rollwerk verläuft im Wesentlichen horizontal. Somit kann der Lastarm zwischen einer oberen und unteren Position geschwenkt werden. Da sich die Eintrittsöffnung der Lastkette oder des Lastseils am äußeren, der Drehachse abgewandten Ende des Lastarms befindet, variiert die maximale nutzbare Hubhöhe der Hubvorrichtung je nach Position des Lastarms zwischen einem Maximal und einem Minimalwert.
Um einen definierten Betrieb der Hubvorrichtung zu ermöglichen, sind Mittel vorgesehen, die eine definierte Anordnung des Lastarms in mindestens zwei definierten Positionen A und B ermöglichen. Dazu können Arretierungspins in das Rollwerk eingeschoben werden, die eine formschlüssige Verschränkung von Lastarm und Rollwerk verursachen.
Es ist jedoch auch denkbar den Lastarm frei schwenkbar und positionierbar an dem Rollwerk vorzusehen. Somit kann je nach Bedarf die Position des Lastarms eingestellt werden. Vorzugsweise sind hierzu motorische oder hydraulische Einstellmittel vorzusehen. Beispielsweise kann zwischen dem Rollwerk und dem schwenkbaren Lastarm ein Spindeltrieb oder Hydraulikzylinder vorgesehen sein, womit die relative Position des Lastarms gegenüber dem Rollwerk eingestellte werden kann. Weiterhin kann dazu auch die Lastkette des elektrischen Kettenzugs in günstiger Weise, ggf. über Kettenräder in Form eines Flaschenzuges, zwischen dem Rollwerk und dem Lastarm geführt werden.
In der Wandung, vorzugsweise an der dem Rotor abgewandten Rückseite des Maschinenhauses ist die Luke vorgesehen, die vom Lastarm durchgriffen werden kann. Diese Luke ist derart niedrig ausgeführt, dass der Lastarm diese nur in der unteren, abgesenkten Position B teilweise durchragen kann. Hier zeigt sich ein Wesentlicher Vorteil dieser Ausführung. Eine solche Luke verläuft oft nicht bis zur Deckenhöhe des Maschinenhauses, da über der Luke zum Beispiel noch eine Schließvorrichtung – z. B. eine Rolltür – angeordnet ist. Oder die Teilung des mehrteiligen Maschinenhauses verläuft derart, dass die Luke nur bis zum Ende der Teilung der Rückwand ausgebildet ist. Oder aber eine Ausprägung der Luke über die gesamte Höhe des Maschinenhauses ist nicht erwünscht. Die niedrige, jedoch vorteilhafte Ausprägung der Luke stünde im Widerspruch zu der Anforderung an die Hubvorrichtung, die Hubhöhe im Maschinenhaus zu maximieren, denn die Hubvorrichtung bzw. der Bahnträger ist in einer maximalen Montagehöhe in dem Maschinenhaus vorgesehen, um eine maximale Arbeits- und Hubhöhe der Hubvorrichtung zu ermöglichen.
Um die Größe der Luke möglichst gering zu halten, dabei jedoch eine maximale Differenz des Arbeitshubs der Hubvorrichtung in dem Maschinenhaus sicherzustellen, ist die vertikale Position des Lastarms wegen dessen schwenkbarer Anordnung veränderbar. In abgesenkter, unterer Position 13 kann der Lastarm die Luke durchragen und somit eine Nutzlast am Boden unter dem Maschinenhaus aufnehmen.
Der Verschiebevorgang der Hubvorrichtung an dem Bahnträger kann vereinfacht werden, indem das Rollwerk über eine Tragrolle verschiebbar an dem Bahnträger gelagert ist und eine obere Abstützfläche des Bahnträgers im Wesentlichen zur Abstützung der Gewichtskräfte beaufschlagt.
Weiterhin kann das Rollwerk über ein starres Paar Tragrollen und über ein dreh- oder schwenkbares Paar Tragrollen verschiebbar an dem Bahnträger gelagert sein. Dabei kann auf die Verwendung von Druckrollen verzichtet erden, falls die Nutzlast am Lastarm nicht zu einem Ausheben des Rollwerks führt.
Vorteilhafter Weise kann das Rollwerk mit einer Druckrolle versehen sein, die eine unter Abstützfläche des Bahnträgers beaufschlagt. Dies ist notwendig, da der Schwerpunkt der Hubvorrichtung mit Nutzlast nicht mit dem Krafteinleitunspunkt der Tragrolle übereinstimmt, und somit der Bahnträger ein Drehmoment von der Hubvorrichtung aufnehmen muss.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung offenbart, dass der Bahnträger gekurvt in dem Maschinenhaus ausgebildet ist. Damit können Nutzlasten an vorbestimmte Positionen in dem Maschinenhaus transportiert werden, die nicht geradlinig von der Luke aus zu erreichen sind. Gerade bei einer solchen Ausprägung des Bahnträgers zeigt sich die Anordnung mit einen Trag- und zwei Druckrollen hinsichtlich der Kurvenfahrt der Hubvorrichtung als sehr günstig.
Eine Windturbine mit einer Hubvorrichtung mit einem oder mehreren Merkmalen der beschriebenen Ausführungen erweist sich unter anderem als vorteilhaft hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit und Herstellungskosten.
Es besteht weiterhin die Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb einer Hubvorrichtung mit einem oder mehreren der bereits beschriebenen Merkmale anzugeben.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Hubvorrichtung offenbart, wobei mindestens die folgenden Schritte ausgeführt werden:

– Aufnehmen einer Nutzlast, wobei der Lastarm in einer unteren Position B an dem Rollwerk angeordnet ist,
– Verschieben der Hubvorrichtung an dem Bahnträger, so dass sich die Hubvorrichtung und die Nutzlast vollständig im Inneren des Maschinenhauses befinden, und
– Ändern der Anordnung des Lastarms an dem Rollwerk von der unteren Position B in eine obere Position A.

Besonders günstig zeigt sich das erfindungsgemäße Verfahren, wenn vor dem Ändern des Lastarms aus der Position B in Position A die Hubvorrichtung entlastet wird. Somit kann die Verstellung besonders einfach und ohne übermäßigen Kraftaufwand durchgeführt werden. Eine Windturbine lässt sich besonders einfach und kostengünstig betreiben, wenn dabei das voran beschriebene Verfahren angewendet wird.
Weiter Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der Beschreibung hervor.
In den Zeichnungen zeigt
1 einen vertikalen Schnitt durch ein Maschinenhaus einer Windturbine mit einer Hubvorrichtung in zwei unterschiedlichen Positionen,
2 eine Detaildarstellung der Hubvorrichtung in oberer Position A gemäß 1,
3 eine Ausführung einer Hubvorrichtung in unterer Position B ähnlich 1 und,
4 einen horizontalen vertikalen Schnitt gemäß 1.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung 1 für eine Windturbine. Derartige Hubvorrichtungen 1 sind in einem Maschinenhaus 2 in einer Windturbine verbaut, wobei in dem Maschinenhaus 2 ein Triebstrang auf einem Maschinenträger 5 montiert vorgesehen ist. Exemplarisch sei in diesem Zusammenhang auf die EP 1 291 521 A1 verwiesen, in der eine Windturbine wie beschrieben offenbart wird, so dass im Kontext dieser Anmeldung keine eigene Darstellung einer Windturbine erforderlich ist. Die Erfindung kann auch in anderen Bauformen von Windturbinen verwendet werden.
Die prinzipielle Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung 1 wird anhand der in den 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels klar. Das Maschinenhaus 2 ist mittels eines nicht vollständig dargestellten Azimutlagers 10 über den Maschinenträger 5 auf einem nicht dargestellten Turm der Windturbine drehbar gelagert. Dieses Azimutlager 10 dient unter anderem zur Aufnahme und Ableitung von Schub-, Kreisel- und Gierkräften aus dem Maschinenträger 5 in den Turm. Dabei wird mittels des Azimutlagers 10 und der Azimutsantriebe 11 die Windnachführung des Maschinenhauses 2 ermöglicht. Dabei wird das Maschinenhaus 2 in einer horizontalen Ebene derart um eine im Wesentlichen vertikale Drehachse gedreht, so dass der Wind senkrecht eine Drehebene des nicht dargestellten Rotors anströmt, und folglich die Energieausbeute maximiert wird. Es kann notwendig sein, die Azimutantriebe 11 austauschen zu müssen. Dies kann besonders einfach unter Zuhilfenahme der Hubvorrichtung 1 durchgeführt werden.
Auf den Maschinenträger 5 sind das Gehäuse 12 des Maschinenhauses 2 und die wesentlichen Bauteile des Triebstrangs montiert. Der Triebstrang umfasst die Rotorwelle 6, welche den hier nicht dargestellten Rotor mit Rotorblättern trägt. Die Rotorwelle 6 wird von einem Rotorlager 7 abgestützt, wobei die Momentenabstützung über das Getriebe 9 realisiert ist, in welches die Rotorwelle 6 mündet. Das Getriebe 9 wandelt die langsame, hochmomentige Rotationsbewegung der Rotorwelle 6 in eine schnelle Rotation mit niedrigem Moment um, welche wiederum in den Generator 8 zur Erzeugung von elektrischer Energie eingeleitet wird. Neben diesen hier kurz umrissenen Bauteilen, sind in dem Maschinenhaus 2 Schaltschränke und weiter elektrische Komponenten zu finden. Ein eventueller Austausch des Großteils dieser Bauteile lässt sich mit Hilfe der Hubvorrichtung 1 erledigen.
In dem Maschinenhaus 2 ist ein Bahnträger 3 montiert vorgesehen, wobei dieser möglichst hoch anzubringen ist, um eine maximale Hubhöhe H_{max_A} der Hubvorrichtung 1 zu erlangen. Die Hubvorrichtung 1 ist verschiebbar an dem Bahnträger 3 gelagert. In 1 ist die Hubvorrichtung 1 zum besseren Verständnis der Erfindung in zwei unterschiedlichen Positionen dargestellt, obgleich nur eine Hubvorrichtung 1 im Maschinenhaus 2 vorzusehen ist. Diese zwei unterschiedlichen Positionen A und B sind in 2 und 3 im Detail dargestellt. Gleichzeitig wird mit 3 eine leicht abgewandelte Ausführung der Hubvorrichtung 1 eingeführt.
Position B beschreibt die abgesenkte Position der Hubvorrichtung 1, welche in 1 und in 2 eine Luke 13 des Gehäuses 12 des Maschinenhauses 2 durchragt. Im Vergleich zu der angehobenen Position A der Hubvorrichtung 1 unterscheiden sich die maximalen Hubhöhen H_{max_A} und H_{max_B} der beiden Positionen A und B um eine Höhendifferenz ΔH. Um dies zu Erreichen kann der Lastarm 17 der Hubvorrichtung 1 um eine horizontale Drehachse 18 um einen Schwenkwinkel α geschwenkt werden. Der Bahnträger 3 ist derart hoch im Maschinenhaus 2 angebracht, so dass auch eine voluminöse Nutzlast 19 über die vorhandenen Komponenten 6, 7, 8 im Maschinenhaus 2 gehoben werden kann. Um die maximale Höhe H_{max_A} ausnutzen zu können, wird dazu der Lastarm 17 der Hubvorrichtung 1 in die angehobene Position A gebracht und fixiert.
Um die Nutzlast 19 in das Maschinenhaus 2 herein bewegen zu können, muss der Lastarm 17 die Wandung 14 durch die Luke 13 an der Rückseite des Maschinenhauses 2 durchragen, so dass der Lasthaken 21 zur Aufnahme der Nutzlast 19 herabgelassen werden kann. Die geringe Höhe der Luke 13 gestattet es nicht, dass der Lastarm 17 der Hubvorrichtung 1 in der angehobener Position A aus dem Maschinenhaus 2 herausragen kann, denn die Größe der Luke 13 wird durch Konstruktionsgegebenheiten, wie Teilung des Gehäuses 12, und den Bauraum für eine Rolltür 20 bestimmt.
In 3 befindet sich an dem Bahnträger 3 die Hubvorrichtung 1 in angehobener Position A, wodurch eine maximale Hubhöhe H_{max_A} erreicht wird. Die Baueinheit der Hubvorrichtung 1 umfasst ein Rollwerk 15, an welchem ein Elektrokettenzug 22 mit dem Lastarm 17 befestigt ist. Das Rollwerk 15 besitzt speziell ausgebildete Tragrollen 23 und Druckrollen 24, die an einem Unterflansch 4 des Bahnträgers 3 anliegen. Die Druckrollen 24 nehmen ein, durch die Schwerpunkt verschobene Nutzlast 19 verursachtes Drehmoment auf, um ein Kippen bzw. Ausheben des Rollwerks zu verhindern. Die Tragrollen 23 dienen der Aufnahme der Gewichtskraft und sind mit seitlichen Borden ausgebildet und ermöglichen auf diese Weise die Kurvenfahrten an dem gekurvten Bahnträger 3. Wenn die Gewichtsbelastung zu groß ist, kann ein weiteres Tragrollenpaar hinzugefügt werden. Der Lastarm 17 ist an Seitenschilden 16 des Rollwerks 15 in der geforderten Ladelänge L in Fahrtrichtung beziehungsweise seitlich hinausragend als eine Baueinheit befestigt. Der Lastarm kann trapezförmig oder beliebig in Form eines Winkels ausgestaltet werden. Am äußeren Ende des Lastarms 17 ist in einem Endstück 25 zum Umlenken der Lastkette 26 ein Kettenrad 27 gelagert, über das die vom Elektrokettenzug 22 angetriebene Lastkette 26 läuft und diese in der geforderten Ladelänge L vom Elektrokettenzug 22 in Lastrichtung abwärts lenkt. Der Lastarm 17 ist so gestaltet, dass durch eine niedrige Bauhöhe des Maschinenhauses 2 eine maximale Hubhöhe H_{max_A} erreicht werden kann, was besonders bei niedrigen Arbeitsräumen vorteilhaft ist. Der Lastarm kann an dem Rollwerk fest angeordnet werden, was in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nicht weiter dargestellt ist und oben bereits beschrieben ist. Dadurch dass der Lastarm 17 an der Drehachse 18 an dem Rollwerk 15 in Vertikalrichtung drehbar angeordnet ist, lässt sich die Hubstellung zwischen Position A und B des Lastarms 17 ist auf diese Weise verändern.
Bei der Ausgestaltung des Hubvorrichtung nach 2 weist das Seitenschild 16 des Rollwerks 15 neben der Drehachse 18 zwei Arretierungsbohrungen 28 für das Feststellen des Lastarms 17 auf, um den Lastarm 17 in der oberen Position A und der unteren Position B feststellen zu können. In diesem Fall ist der Kettenspeicher 29 pendelnd aufgehängt. Die bewegliche Aufhängung des Lastarms 17 ermöglicht besonders in engen Räumen das Aufnehmen und Absetzen einer Last in verschiedenen maximalen Hubhöhen H_{max_B} und H_{max_A} mit einer Höhendifferenz ΔH.

Claims

Windturbine mit einem Maschinenhaus (2), – wobei das Maschinenhaus (2) drehbar auf einem Turm der Windturbine angeordnet ist, umfassend – einen vollständig im Maschinenhaus (2) angeordneten Bahnträger (3) und eine an dem Bahnträger (3) verschiebbar angeordnete Hubvorrichtung (1), – wobei die Hubvorrichtung (1) ein Rollwerk (15) und ein Lastarm (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hubvorrichtung (1) geeignet ist, eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Wandung (14) des Maschinenhauses (2) zu durchragen, – der Lastarm (17) drehbar um eine im Wesentlichen horizontale Drehachse (18) an dem Rollwerk (15) angeordnet ist, – so dass der Lastarm (17) in mindestens zwei definierten Positionen (A, B) an dem Rollwerk (15) anordenbar ist, – wobei sich die maximalen Hubhöhen (H_{max_A}) und (H_{max_B}) der beiden Positionen A und B um eine Höhendifferenz (ΔH) unterscheiden, und – dass Mittel zum Einstellen des Lastarms (17) in den Positionen (A, B) vorgesehen sind.
Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung (14) eine Luke (13) vorgesehen ist, welche von dem Lastarm (17) ausschließlich in einer abgesenkten Position (B) durchragbar ist.
Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollwerk (15) über eine Tragrolle (23) verschiebbar an dem Bahnträger (3) gelagert ist und eine obere Abstützfläche (31) des Bahnträgers (3) im Wesentlichen zur Abstützung der Gewichtskräfte beaufschlagt.
Windturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollwerk (15) über ein starres Paar Tragrollen (23) und über ein dreh- oder schwenkbares Paar Tragrollen verschiebbar an dem Bahnträger (3) gelagert ist.
Windturbine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Druckrolle (24) eine unter Abstützfläche (32) des Bahnträgers (2) beaufschlagt.
Windturbine nach einem oder mehreren der voran gestellten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnträger (3) gekurvt in dem Maschinenhaus (2) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Hubvorrichtung (1) in einer Windturbine nach einem oder mehreren der voran gestellten Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: – Aufnehmen einer Nutzlast (19), wobei der Lastarm (17) in einer unteren Position (B) an dem Rollwerk (15) angeordnet ist, – Verschieben der Hubvorrichtung (1) an dem Bahnträger (3), so dass sich die Hubvorrichtung (1) und die Nutzlast der Lastarm (17) vollständig im Inneren des Maschinenhauses (2) befinden, und – Ändern der Anordnung des Lastarms (17) an dem Rollwerk (15) von der unteren Position (B) in eine obere Position (A), wobei sich die maximalen Hubhöhen (Hmax_A) und (Hmax_B) der beiden Positionen A und B um eine Höhendifferenz (ΔH) unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ändern der Position (B) in Position (A) des Lastarms (17) die Hubvorrichtung (1) entlastet wird.