DE102011050462A1

DE102011050462A1 - Wind turbine

Info

Publication number: DE102011050462A1
Application number: DE102011050462A
Authority: DE
Inventors: Werner Nophut
Original assignee: Dipl-Ing Werner Nophut GmbH; Werner Nophut Dipl Ing GmbH
Current assignee: Dipl-Ing Werner Nophut GmbH; Werner Nophut Dipl Ing GmbH
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-11-22
Also published as: WO2012156352A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage, welche einen Turm, ein auf dem Turm horizontal drehbar angeordnetes Generatorbauteil, ein mit dem Generatorbauteil verbundenes, einen oder mehrere Flügel aufweisendes Windrad und eine am Turm vorgesehene Windleitvorrichtung enthält. Die Windleitvorrichtung ist um die Längsrichtung des Turmes drehbar an diesem gelagert.The invention relates to a wind power plant which contains a tower, a generator component which is horizontally rotatably arranged on the tower, a wind turbine which is connected to the generator component and has one or more blades and a wind guide device provided on the tower. The wind deflector is mounted on the tower so that it can rotate about the longitudinal direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage, welche einen Turm, ein auf dem Turm horizontal drehbar angeordnetes Generatorbauteil, ein mit dem Generatorbauteil verbundenes, einen oder mehrere Flügel aufweisendes Windrad und eine am Turm vorgesehene Windleitvorrichtung enthält. The invention relates to a wind power plant, which includes a tower, a horizontally rotatably mounted on the tower generator component, one connected to the generator component, one or more wings exhibiting wind turbine and provided on the tower wind deflector.

Windkraftanlagen sind bereits bekannt. Sie dienen dazu, die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umzuwandeln und in das Stromnetz einzuspeisen. Zu diesem Zweck wird am oberen Ende eines Turmes ein Windrad angeordnet, welches einen oder mehrere Flügel aufweist. Die Bewegungsenergie des Windes wirkt auf die Flügel des Windrades und versetzt das Windrad in eine Drehbewegung. Das Windrad gibt die Rotationsenergie an einen ebenfalls auf dem Turm angeordneten Generator weiter, der diese Energie in elektrische Energie umwandelt. Der Generator ist in einer sogenannten Gondel angeordnet, welche horizontal drehbar auf dem Turm befestigt ist und zusammen mit dem Windrad mittels eines sensorgesteuerten Antriebes einer Windrichtungsnachführung unterworfen wird. Eine derartige Gondel wird nachfolgend stets als Generatorbauteil bezeichnet. Wind turbines are already known. They serve to convert the kinetic energy of the wind into electrical energy and feed it into the power grid. For this purpose, a wind turbine is arranged at the upper end of a tower, which has one or more wings. The kinetic energy of the wind acts on the wings of the wind turbine and puts the wind turbine in a rotary motion. The wind turbine transmits the rotational energy to a generator also located on the tower, which converts this energy into electrical energy. The generator is arranged in a so-called nacelle, which is horizontally rotatably mounted on the tower and is subjected together with the wind turbine by means of a sensor-controlled drive a Windrichtungsnachführung. Such a gondola is always referred to below as a generator component.

Bei einer derartigen Windkraftanlage sind die Flügel des Windrades einer Luftströmung ausgesetzt. Die Luftströmungsverhältnisse ändern sich stets dann, wenn der jeweilige Flügel den Turm passiert. In diesem Falle wirken Verwirbelungen der Luft bzw. Luftströmungsgradienten auf den jeweiligen Flügel. Durch diese rapide Veränderung der aerodynamischen Last auf den jeweiligen Flügel werden akustische Pulse erzeugt, wodurch in unerwünschte Weise eine Lärmemission auftritt. In such a wind turbine, the blades of the wind turbine are exposed to an air flow. The airflow conditions always change when the respective wing passes the tower. In this case, turbulences of the air or Luftströmungsgradienten act on the respective wing. This rapid change in the aerodynamic load on the respective wing generates acoustic pulses, which undesirably causes noise emission.

Diese rapide Veränderung der aerodynamischen Last auf den jeweiligen Flügel wirkt sich auch in unerwünschter Weise auf die Lager des Windrades aus. Diese unterliegen einem hohen Verschleiß, welcher zu hohen Instandhaltungskosten für die Windkraftanlage führt. Dies ist insbesondere bei Offshore-Anlagen nachteilig, d. h. bei Windkraftanlagen, die auf dem offenen Meer betrieben werden. This rapid change in the aerodynamic load on the respective wing also undesirably affects the bearings of the wind turbine. These are subject to high wear, which leads to high maintenance costs for the wind turbine. This is particularly disadvantageous in offshore installations, d. H. Wind turbines that operate on the open sea.

Aus der DE 10 2008 063 874 A1 ist eine Windenergieanlage bekannt, die an einer Nabe angeordnete Rotorblätter und einen mit der Nabe in Verbindung stehenden Generator aufweist. Die Nabe ist als Hohlwelle ausgebildet. Dadurch wird die Drehmomentübertragung vom Windrad an den Generator verbessert. From the DE 10 2008 063 874 A1 For example, a wind turbine is known which has rotor blades arranged on a hub and a generator connected to the hub. The hub is designed as a hollow shaft. This improves torque transmission from the wind turbine to the generator.

Aus der DE 10 2008 002 930 A1 ist eine Windkraftmaschine bekannt, welche einen Turm aufweist, der einen Antriebsstrang mit einem Rotor lagert. Wenigstens ein Flügel erstreckt sich radial aus dem Rotor. Der Flügel weist mehrere Klappen auf, die sich aus einer Saugfläche des Flügels und entlang unterschiedlicher Sehnenlinien in der Nähe einer Spitze des Flügels erstrecken, um die im Betrieb der Windkraftmaschine auftretenden Schallemissionen zu reduzieren. From the DE 10 2008 002 930 A1 For example, there is known a wind turbine having a tower supporting a power train with a rotor. At least one wing extends radially out of the rotor. The wing has a plurality of flaps extending from a suction surface of the wing and along different chord lines near a tip of the wing to reduce the noise emissions occurring during operation of the wind turbine.

Aus der DE 28 04 711 C2 ist eine Windkraftmaschine bekannt, die eine starre Turmkonstruktion aufweist. Am oberen Ende der Turmkonstruktion ist eine Windturbine mit einem Gehäuse vorgesehen, das eine Propelleranordnung mit zwei oder drei Schaufeln trägt. Die Propelleranordnung ist an einer im Wesentlichen horizontalen Achse angebracht, die in Lagern in dem Gehäuse gelagert ist. Des Weiteren weist die bekannte Windkraftmaschine flache Platten in einer sich schraubenförmig um den Turm von unten nach oben windenden Bahn auf, wobei die Platten im Wesentlichen radial vom Turm nach außen stehend angebracht sind. Die Platten sind so miteinander verbunden, dass sich eine kontinuierliche Schnecke bzw. Wendel ergibt, die sich von dem Turmabschnitt aus in der Länge einer Propellerschaufel erstreckt. Die Wendel fängt den Wind und erzwingt eine Windströmung zu der Windschatten- bzw. Lee-Seite des Turms. Diese Strömung wirkt den Schwingungen der Propellerschaufeln entgegen, wenn diese während ihrer Drehung den Turm passieren. Dadurch wird erreicht, dass anstelle des vom Propeller während seiner Umdrehung entwickelten dröhnenden bzw. brummenden Geräusches, welches sich ohne die genanten Wendel ständig verändern würde, Geräusche in Form eines Dröhnschalles mit konstantem Ton auftreten. From the DE 28 04 711 C2 For example, a wind turbine is known which has a rigid tower construction. At the top of the tower construction, a wind turbine is provided with a housing supporting a propeller assembly having two or three blades. The propeller assembly is mounted on a substantially horizontal axis which is journaled in bearings in the housing. Furthermore, the known wind power machine has flat plates in a helically wound path around the tower from the bottom upwards, the plates being mounted substantially radially outward from the tower. The plates are joined together to form a continuous helix extending from the tower section in the length of a propeller blade. The coil catches the wind and forces a wind flow to the lee side or lee side of the tower. This flow counteracts the vibrations of the propeller blades as they pass through the tower during their rotation. This ensures that instead of the sound developed by the propeller during its revolution sounding or buzzing noise, which would constantly change without the genanten spiral noise in the form of a drone sound with a constant tone.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Windkraftanlage anzugeben, bei welcher die auf die Flügel einer Windkraftanlage wirkenden aerodynamischen Belastungen im Bereich des Turmes weiter reduziert sind. The object of the invention is to provide a wind turbine in which the aerodynamic loads acting on the wings of a wind turbine in the area of the tower are further reduced.

Diese Aufgabe wird durch eine Windkraftanlage mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Windkraftanlage, welche einen Turm, ein auf dem Turm horizontal drehbar angeordnetes Generatorbauteil, ein mit dem Generatorbauteil verbundenes, einen oder mehrere Flügel aufweisendes Windrad und eine am Turm vorgesehene Windleitvorrichtung enthält, derart ausgebildet, dass die Windleitvorrichtung um die Längsachse des Turmes drehbar an diesem gelagert ist. This object is achieved by a wind turbine with the features specified in claim 1. According to the present invention, a wind turbine comprising a tower, a generator component rotatably mounted horizontally on the tower, a wind turbine having one or more vanes connected to the generator component, and a wind deflector provided on the tower are formed such that the wind deflector is about the longitudinal axis of the tower is rotatably mounted on this.

Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die im Betrieb auftretende Luftströmung derart geführt wird, dass diese den Turm passiert, ohne dass Verwirbelungen der Luft auftreten. Zumindest werden derartige Verwirbelungen im Vergleich zum Stand der Technik erheblich reduziert. Dies wiederum hat in vorteilhafter Weise zur Folge, dass die im Betrieb der Windkraftanlage auftretenden Lärmemissionen reduziert sind, dass die auf die Lager des Windrades wirkende mechanische Belastung reduziert ist, dass der Verschleiß der Lager reduziert ist und dass die Wartungs- bzw. Instandhaltungskosten der Windkraftanlage reduziert sind. As a result, it is advantageously achieved that the air flow occurring during operation is guided in such a way that it passes through the tower without turbulence of the air occurring. At least such turbulences are significantly reduced compared to the prior art. This in turn has the consequence that the In the operation of the wind turbine occurring noise emissions are reduced, that the force acting on the bearings of the wind turbine mechanical load is reduced, that the wear of the bearings is reduced and that the maintenance or repair costs of the wind turbine are reduced.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt Further advantageous features of the invention will become apparent from the following exemplary explanation with reference to FIGS. It shows

1 eine Skizze einer Windkraftanlage gemäß der Erfindung und 1 a sketch of a wind turbine according to the invention and

2 eine Querschnittsdarstellung der Windkraftanlage gemäß 1 längs der in der 1 gezeigten Schnittlinie A-A. 2 a cross-sectional view of the wind turbine according to 1 along in the 1 shown section line AA.

Die 1 zeigt eine Skizze einer Windkraftanlage gemäß der Erfindung. Diese Windkraftanlage weist einen Turm 2, eine um die Längsachse des Turmes drehbar an diesem gelagerte Windleitvorrichtung 3, ein auf dem Turm horizontal drehbar angeordnetes Generatorbauteil 4 und ein mit dem Generatorbauteil 4 verbundenes, einen oder mehrere Flügel 6a und eine Nabe 5 aufweisendes Windrad 6 auf. Die Länge l der Windleitvorrichtung 3 ist vorzugsweise größer oder gleich der Länge der Flügel 6a des Windrades. Vorzugsweise besteht die Windleitvorrichtung 3 aus einem einzigen Teilstück. Sie kann jedoch auch aus mehreren Teilstücken bestehen, die in Axialrichtung des Turmes entweder aneinander anschließen oder auch voneinander beabstandet sind. The 1 shows a sketch of a wind turbine according to the invention. This wind turbine has a tower 2 , a rotatable about the longitudinal axis of the tower mounted on this Windleitvorrichtung 3 , a horizontally rotatably mounted on the tower generator component 4 and one with the generator component 4 connected, one or more wings 6a and a hub 5 having windmill 6 on. The length l of the wind deflector 3 is preferably greater than or equal to the length of the wings 6a of the windmill. Preferably, the wind deflector 3 from a single section. However, it may also consist of several sections which either adjoin one another in the axial direction of the tower or are also spaced from each other.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Länge l der Windleitvorrichtung 3 kleiner als die Länge der Flügel des Windrades und die Windleitvorrichtung ist in einem Axialbereich des Turmes angeordnet, der dem Bereich der Flügelspitze des sich gerade am Turm vorbeidrehenden Flügels benachbart ist. According to a further embodiment, the length l of the wind deflector 3 smaller than the length of the blades of the wind turbine and the wind deflector is arranged in an axial region of the tower, which is adjacent to the region of the wing tip of the currently rotating on the tower wing.

Windkraftanlagen sind üblicherweise mit einer Windrichtungsnachführung des Windrades ausgestattet, welche in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Windrichtungssensors die Positionierung des Windrades 6 derart nachführt, dass dessen Position an die momentane Windrichtung angepasst ist, so dass das Auftreffen des Windes auf die Flügel des Windrades optimiert ist. Wind turbines are usually equipped with a Windrichtungsnachführung the wind turbine, which in dependence on the output signals of a wind direction sensor, the positioning of the wind turbine 6 traced so that its position is adapted to the current wind direction, so that the impact of the wind is optimized for the blades of the wind turbine.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Windleitvorrichtung 3 mit dieser Windrichtungsnachführung des Windrades mechanisch gekoppelt, so dass mit jeder Positionsänderung des Windrades 6 auch eine zugehörige Positionsänderung der Windleitvorrichtung 3, d. h. ein Verbringen der Windleitvorrichtung 3 in eine der momentanen Windrichtung angepasste Drehposition, verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform benötigt die Windleitvorrichtung keinen eigenen, ihr individuell zugeordneten Antrieb. According to an advantageous embodiment of the invention, the wind deflector 3 mechanically coupled with this Windrichtungsnachführung the wind turbine, so that with each change in position of the wind turbine 6 also an associated change in position of the wind deflector 3 ie a movement of the wind deflector 3 in a current wind direction adapted rotational position is connected. In this embodiment, the wind deflector does not need its own, individually assigned drive.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Windleitvorrichtung 3 ein eigener Antrieb zugeordnet, welcher in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Windrichtungssensors dafür sorgt, dass die Windleitvorrichtung 3 in eine der momentanen Windrichtung angepasste Drehposition gebracht wird. According to another embodiment of the invention, the wind deflector 3 assigned to a separate drive, which, depending on the output signals of a wind direction sensor ensures that the wind deflector 3 is brought into a current wind direction adapted rotational position.

Die Windleitvorrichtung hat vorzugsweise einen symmetrischen Aufbau, so dass deren Herstellung in einfacher Weise erfolgen kann. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, die Windleitvorrichtung mit einem unsymmetrischen Aufbau auszustatten, um die Wirkung der Windleitvorrichtung zu optimieren. The wind deflector preferably has a symmetrical structure, so that their production can be carried out in a simple manner. Alternatively, it is also possible to equip the wind deflector with an asymmetrical structure in order to optimize the effect of the wind deflector.

Die 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung der in der 1 gezeigten Windkraftanlage längs der in der 1 angedeuteten gestrichelten Linie A-A. Aus der 2 ist ersichtlich, dass in Richtung der gezeigten Pfeile strömender Wind 9 auf einen Flügel 6a trifft und dass der am Flügel vorbeiströmende Wind von der Windleitvorrichtung 3 derart abgeleitet wird, dass er nicht auf den Turm 2 trifft, sondern an diesem vorbeigeleitet wird. The 2 shows a cross-sectional view of the in the 1 shown wind turbine along in the 1 indicated dashed line AA. From the 2 It can be seen that in the direction of the arrows shown flowing wind 9 on a wing 6a meets and that the wind flowing past the wing of the wind deflector 3 is derived in such a way that he is not on the tower 2 meets, but is guided past this.

Des Weiteren geht aus der 2 hervor, dass gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Windleitvorrichtung 3 an einer drehbaren Lagerung 7 befestigt ist, welche um den Turm 2 drehbar ist. Furthermore, goes from the 2 show that according to one embodiment of the invention, the wind deflector 3 on a rotatable storage 7 which is attached to the tower 2 is rotatable.

Eine Ausführungsform, bei welcher die Windleitvorrichtung 3 unsymmetrisch ausgebildet ist, ist in der 2 mit der Bezugszahl 8 angedeutet. An embodiment in which the wind deflector 3 is formed asymmetrically, is in the 2 with the reference number 8th indicated.

Bei einer Windkraftanlage, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer um die Längsrichtung des Turmes drehbar an diesem gelagerten Windleitvorrichtung ausgestattet ist, wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass während der Umdrehung eines Flügels des Windrades dieser Flügel einem Strömungsdefizit ausgesetzt ist, welches durch Strömungsgradienten oder durch Verwirbelungen der Luftströmung am Turm erzeugt wird. Da aufgrund einer Verwendung einer um die Längsachse des Turmes drehbar an diesem gelagerten Windleitvorrichtung auch keine rapiden Veränderungen der auf die Flügel wirkenden aerodynamischen Last auftreten, ist auch ein Entstehen von störenden akustischen Pulsen reduziert. Insbesondere ist von Vorteil, dass es aufgrund einer Verwendung einer um die Längsachse des Turmes drehbar an diesem gelagerten Windleitvorrichtung vermieden wird, dass Verwirbelungen im Turmschatten auftreten und zu größeren Lastwechseln und damit zu starken Schallemissionen führen. In a wind turbine, which is equipped according to the present invention with a rotatable about the longitudinal direction of the tower mounted on this wind deflector, is advantageously prevented that during the rotation of a wing of the wind turbine of these wings is exposed to a flow deficit, which by flow gradients or by Turbulence of the air flow is generated at the tower. Since, due to the use of a rotatable about the longitudinal axis of the tower rotatably mounted on this wind deflector no rapid changes of the aerodynamic load acting on the wings, also a generation of interfering acoustic pulses is reduced. In particular, it is advantageous that it is avoided due to the use of a rotatable about the longitudinal axis of the tower mounted on this Windleitvorrichtung that turbulence in the tower shadow occur and lead to larger load changes and thus excessive noise emissions.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Windkraftanlage Wind turbine
2 2: Turm tower
3 3: Windleitvorrichtung wind deflector
4 4: Generatoreinheit generator unit
5 5: Nabe hub
6 6: Windrad windmill
6a 6a: Flügel wing
7 7: drehbare Lagerung des Windleitvorrichtung rotatable mounting of the wind deflector
8 8th: Windleitvorrichtung wind deflector
9 9: Wind wind
l l: Länge der Windleitvorrichtung Length of wind deflector

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008063874 A1 [0005]
DE 102008002930 A1 [0006]
DE 2804711 C2 [0007]

Claims

Wind turbine ( 1 ), which has a tower ( 2 ), a horizontally rotatably mounted on the tower generator component ( 4 ), one or more wings connected to the generator component ( 6a ) having wind turbine ( 6 ) and provided on the tower wind deflector ( 3 ), characterized in that the wind deflector ( 3 ) is rotatably mounted on the longitudinal direction of the tower at this.

Wind turbine according to claim 1, characterized in that the wind deflector ( 3 ) has a symmetrical structure.

Wind turbine according to claim 1, characterized in that the wind deflector ( 3 ) has an asymmetrical structure.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the wind deflector ( 3 ) is mechanically coupled to the wind direction tracking of the wind turbine.

Wind deflector according to one of claims 1-3, characterized in that it is one of Windleitvorrichtung ( 3 ) has individually assigned drive.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the length (l) of the wind deflector ( 3 ) is equal to or greater than the length of the blades of the wind turbine.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the wind deflector ( 3 ) consists of several sections that connect to each other in the axial direction of the tower or spaced from each other.

Wind turbine according to one of claims 1-5, characterized in that the length (l) of the wind deflector ( 3 ) is smaller than the length of the blades of the wind turbine and the wind deflector is disposed in an axial region of the tower, which is the area of the wing tip of the wing, which is just past the tower, adjacent.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the wind deflector ( 3 ) on a rotatable about the tower storage ( 7 ) is attached.