DE202010009462U1

DE202010009462U1 - Baugruppe zum Steuern eines Blattanstellwinkels eines Windgenerators

Info

Publication number: DE202010009462U1
Application number: DE202010009462U
Authority: DE
Original assignee: Bonfiglioli Riduttori SpA
Current assignee: Bonfiglioli Riduttori SpA
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2020-06-25
Also published as: CN201851272U; ITBO20090414A1; IT1397129B1; DK201000116U3

Abstract

Baugruppe (15) zum Steuern eines Anstellwinkels von Blättern (16A, 16B, 16C) eines Windgenerators (10);
wobei die Baugruppe (15) eine hohle mittlere Nabe (15A) aufweist, die mit einer Anzahl von Betätigungssystemen (60A, 60B, 60C) verknüpft ist, die auf die Blätter (16A, 16B, 16C) wirken, um die Blätter (16A, 16B, 16C) derart zu positionieren, dass der Wind am besten ausgenutzt wird;
wobei jedes Betätigungssystem (60A, 60B, 60C) einen entsprechenden elektrischen Motor (45A, 45B, 45C) für ein entsprechendes Blatt (16A, 16B, 16C) und einen entsprechenden mittleren Untersetzungsplaneten (50A, 50B, 50C) aufweist, der zwischen dem entsprechenden elektrischen Motor (45A, 45B, 45C) und dem entsprechenden Blatt (16A, 16B, 16C) angeordnet ist; und
wobei jedes Blatt (16A, 16B, 16C) mit einem entsprechenden elektrischen Motor (45A, 45B, 45C) verknüpft ist, wobei dessen Abgabewelle mit einem Sonnenrad des entsprechenden mittleren Untersetzungsplaneten (50A, 50B, 50C) mechanisch verbunden ist;
und die Baugruppe (15) ist dadurch...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Baugruppe zum Steuern eines Blattanstellwinkels eines Windgenerators.
Bekanntlich weist ein Windgenerator Folgendes auf:

– einen Mast; und
– eine Gondel, die an dem Mast angebracht ist und die Hauptteile des Windgenerators aufnimmt, wobei sie einen Overdrive, einen elektrischen Generator, Umrichter sowie Steuer- und Verstellteile aufweist, und an der Vorderseite üblicherweise mit einem Drei-Blatt-Rotor versehen ist, der Windleistung zu mechanischer Leistung umwandelt.

Der Rotor ist mit der Hauptwelle des Generators verbunden und hat zusätzlich zu den drei Blättern eine Baugruppe zum Steuern eines Blattanstellwinkels, die wiederum eine hohle mittlere Nabe aufweist, die als ein Strukturelement dient, an dem die Blätter angebracht sind. Jedes Blatt ist mit der hohlen mittleren Nabe durch ein mittleres Lager verbunden, das eine Drehung der Blätter um ihre Achse ermöglicht, um den Einfallswinkel des Blattprofils hinsichtlich der Windrichtung einzustellen, und um so die Leistung des Windes mit maximalem Vorteil auszunutzen.
Wie dies bekannt ist, ist in der Tat eine Drehung der Blätter um ihre Achse erforderlich, um hinsichtlich der Umwandlung der Windleistung zu mechanischer Leistung einen maximalen Wirkungsgrad für die entsprechende Windgeschwindigkeit zu erreichen.
Die gegenwärtig verwendeten Lager zum Stützen der Blätter sind mittlere Lager, die zusätzlich zum Stützen der Blätter außerdem eine Drehung der Blätter erlauben, indem sie zwei Ringe (von denen einer fest ist und der andere sich mit dem Blatt dreht) mit dazwischenliegenden Wälzkörpern (Kugeln oder Walzen) aufweisen.
Der feste Ring ist einstückig mit der hohlen mittleren Nabe; und der sich drehende Ring ist einstückig mit dem Blatt, und er hat Zähne, die ein Ritzel kämmen, welches an einem Motoruntersetzer angebracht ist, der durch einen elektrischen Motor angetrieben wird und an einem Fortsatz befestigt ist, der einstückig mit der Nabe ist.
In diesem Fall befindet sich der Motoruntersetzer an einem Punkt entlang des Umfangs des runden Sitzes, an dem das mittlere Lager befestigt ist, so dass das Ritzel die Zähne des mittleren Lagers kämmt.
Im Betrieb dreht der Motoruntersetzer den gezahnten Ring und daher das Blatt um einen vorgegebenen Winkel.
Die Drehung des Blatts um dessen Achse wird durch ein Signal gesteuert, das proportional zu den Charakteristika des Windes ist, die durch einen Windmesser kontinuierlich aufgezeichnet werden, mit dem der Generator ausgestattet ist; und das Signal wird durch eine elektronische Zentralsteuereinheit verarbeitet, die mit einer entsprechenden Software ausgestattet ist, und es betreibt den Umrichter, der den elektrischen Motor steuert, welcher das Blatt dreht.
Übliche Baugruppen zum Steuern des Blattanstellwinkels eines Windgenerators dieser Bauart haben jedoch Probleme, die durch die Ovalisierung des gezahnten mittleren Lagers mit großem Durchmesser hervorgerufen werden, und daher haben sie Fehler beim perfekten Kämmen des Ritzels. Außerdem ist es schwierig, den Verzahnungszwischenraum (ein Vitalitätsfaktor zum Gewährleisten einer korrekten Blatteinstellung und zum Verhindern von Schwingungen) zu bestimmen, da er von den Herstellungstoleranzen der beteiligten Bauteile und insbesondere des mittleren Lagers und von dem mittleren Ritzel/Lager-Abstand abhängt. Der mittlere Ritzel/Lager-Abstand hängt von den Toleranzen der Sitze ab, die in der hohlen mittleren Nabe ausgebildet sind, wobei die Toleranzen angesichts der beträchtlichen Größe der beteiligten Teile ziemlich unveränderlich sind.
Das gezahnte mittlere Lager der Baugruppen zum Steuern des Blattanstellwinkels dieser Bauart ist ein kostspielig herzustellendes Teil aufgrund des verwendeten Materials und der Kosten zum Erstellen, Bearbeiten und Wärmebehandeln der Zähne.
Ein weiterer wichtiger bemerkenswerter Punkt ist, dass die Zähne entlang des gesamten Umfangs des mittleren Lagers ausgebildet sind, auch wenn davon nur ein Viertel tatsächlich verwendet wird. Anders gesagt hat das mittlere Lager einen tatsächlichen Drehwinkel von 90°, wohingegen aus Gründen der Herstellung die Zähne einen Winkel von 360° abdecken, d. h. den gesamten Umfang, um Spannungen zwischen einem gezahnten Abschnitt und anderen nicht gezahnten Abschnitten zu vermeiden.
Baugruppen dieser Art haben außerdem das Problem, dass das mittlere Lager und die Ritzelzähne geschmiert werden müssen, was üblicherweise unter Verwendung von Fett durchgeführt wird, da die gezahnte Verbindung „offen” ist, d. h. nicht im Inneren eines Gehäuses untergebracht ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe zum Steuern eines Blattanstellwinkels eines Windgenerators vorzusehen, die dazu ausgelegt ist, dass die vorstehend geschilderten Nachteile beseitigt oder zumindest gelindert werden, und die gleichzeitig preiswert und leicht herzustellen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Baugruppe zum Steuern eines Blattanstellwinkels eines Windgenerators gemäß Anspruch 1 oder gemäß einem der Ansprüche vorgesehen, die direkt oder indirekt vom Anspruch 1 abhängen.
Ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Windgenerators; an dem eine Baugruppe zum Steuern eines Blattanstellwinkels gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der Hauptteile einer Gondel, die einen Teil des Windgenerators gemäß der 1 bildet;
3 zeigt einen Bereich einer hohlen mittleren Nabe, die einen Teil der Baugruppe zum Steuern des Blattanstellwinkels bildet; und
4 zeigt einen Querschnitt eines Abschnitts der Baugruppe zum Steuern des Blattanstellwinkels gemäß der Erfindung.
Das Bezugszeichen 10 in der 1 gibt insgesamt einen Windgenerator an, der gemäß der nachfolgenden Beschreibung das Merkmal einer Baugruppe zum Steuern eines Blattanstellwinkels hat, die der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
Der Windgenerator 10 hat in bekannter Weise einen Mast 11, der in dem Boden (GR) befestigt ist und an dessen oberem Ende 11A eine Gondel 12 angebracht ist.
Wie dies in weiteren Einzelheiten in der 2 gezeigt ist, ist in der Gondel 12 ein längliches Gehäuse 13 mit einem im Wesentlichen zylindrischen Bodenkragen 14 untergebracht.
Das obere Ende 11A des Mastes 11 ist in das Innere des Bodenkragens 14 eingefügt; und ein Lager (nicht gezeigt) zwischen dem Bodenkragen 14 und dem oberen Ende 11A des Mastes 11 gestattet eine Drehung der Gondel 12 um eine vertikale Längsachse (X), zu der der Mast 11 im Wesentlichen symmetrisch ist (1, 2).
Die Gondel 12 nimmt mechanische Komponenten gemäß der nachfolgenden Beschreibung auf.
An der rechten Seite in der 2 hat die Baugruppe 15 zum Steuern des Blattanstellwinkels eine im Wesentlichen kugelförmige, hohle mittlere Nabe 15A (siehe auch 3), an der drei Blätter 16A, 16B, 16C angebracht sind, die um 120° voneinander beabstandet sind (in der 2 sind nur die Blätter 16A und 16C gezeigt).
Die hohle mittlere Nabe 15A ist durch einen ersten Abschnitt 13A des Gehäuses 13 abgedeckt. Wie dies nachfolgend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird, dreht der Wind an den Blättern 16A, 16B, 16C die hohle mittlere Nabe 15A und den ersten Abschnitt 13A des Gehäuses 13 um eine Längsachse (Y), die im Wesentlichen eine Symmetrieachse des Gehäuses 13 ist (2).
Wie dies in den 2 und 3 gezeigt ist, ist eine Welle 20 einstückig mit der hohlen mittleren Nabe 15A und erstreckt sich von dieser weg, um einen elektrischen Generator 21 im hinteren Teil des Gehäuses 13 anzutreiben.
Üblicherweise befindet sich ein Overdrive 21A direkt stromaufwärts von dem elektrischen Generator 21.
Eine Antenne 22 ragt von dem Gehäuse 13, und sie ist mit einem Windmesser 23 zum Abschätzen der Informationen über die Geschwindigkeit und Richtung des Windes an der Baugruppe 15 zum Steuern des Anstellwinkels der Blätter 16A, 16B, 16C ausgestattet.
Die durch den Windmesser 23 abgeschätzten Winddaten werden zu einer elektronischen Zentralsteuereinheit (CC) in der Gondel 12 für nachfolgend in weiteren Einzelheiten beschriebene Zwecken gesendet.
Die Welle 20, der elektrische Generator 21 und die elektronische Zentralsteuereinheit (CC) sind im Inneren eines zweiten Abschnitts 13B des Gehäuses 13 untergebracht.
Wie dies nachfolgend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird, dreht der Wind an den Blätter 16A, 16B, 16C den ersten Abschnitt 13A des Gehäuses 13 bezüglich des zweiten Abschnitts 13B.
Wie dies beschrieben ist, hat die Baugruppe 15 die hohle mittlere Nabe 15A (3), die wiederum drei Hauptöffnungen 18A, 18B, 18C aufweist, von denen drei Buchsen 30A, 30B, 30C vorstehen, an denen ein entsprechendes Blatt 16A, 16B, 16C angebracht ist und die jeweils eine entsprechende Drehachse bzw. eine im Wesentlichen Symmetrieachse (Z1), (Z2), (Z3) haben.
Die folgenden Anmerkungen beziehen sich auf die Buchse 30A und das entsprechende Blatt 16A, aber sie sind auch für die anderen beiden Buchsen 30B, 30C und die entsprechenden Blätter 16B, 16C zutreffend.
Die Buchse 30A kann sich um die entsprechende Achse (Z1) frei drehen, und sie ist and einem entsprechenden Lager 40A gestützt, das im Inneren der Hauptöffnung (18A) eingefügt ist (3, 4).
Wie dies in den 3 und 4 gezeigt ist, ist die Buchse 30A mit einem entsprechenden Elektromotor 45A verknüpft, wobei dessen Abgabewelle mit dem Sonnenrad eines entsprechenden mittleren Untersetzungsplaneten 50A mechanisch verbunden ist.
Ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, kann der mittlere Untersetzungsplanet offensichtlich einen Drehkörper haben, oder er kann anders ausgelegt sein, sofern er die gleiche Funktion erfüllt. Zum Beispiel kann eine andere Art eines Untersetzungsplaneten mit einem festen Körper und einer sich drehenden Abgabewelle verwendet werden.
Genauer gesagt sind zwei Speichenpaare 61A und 62A mit einem Betätigungssystem 60A der Buchse 30A verbunden (das einen elektrischen Motor 45A aufweist, der direkt mit dem mittleren Untersetzungsplanet 50A verbunden ist.
Wie dies in weiteren Einzelheiten in der 4 gezeigt ist, dienen die Speichen 61A zum Befestigen des Untersetzungszahnrads 50A an die hohle mittlere Nabe 15A, und die Speichen 62A dienen zum mechanischen Verbinden des Drehkörpers des mittleren Untersetzungsplaneten 50A mit der Innenwand der Buchse 30A.
Als eine Alternative zu den beiden Speichenpaaren 61A, 62A kann der mittlere Untersetzungsplanet 50A an der hohlen mittleren Nabe 15A und der Buchse 30A des Blatts 16A durch ein anderes equivalentes System mit anderer Geometrie befestigt sein, sofern die gleiche Funktion erfüllt wird, zum Beispiel durch eine starre oder flexible Befestigungsscheibe.
Die Enden der Speichen 61A, 62A (oder irgendeines anderen equivalenten Systemes) können an die hohle mittlere Nabe 15A und die Buchse 30A entweder starr oder derart befestigt sein, dass eine Anbringung vereinfacht wird und jedwelche Fehler bei der Ausrichtung der Drehachsen (Z1) des Blatts 16A und der Baugruppenachse (nicht gezeigt) des Untersetzungsplaneten korrigiert werden.
Die Anzahl der Untersetzungsstufen und der Untersetzungsverhältnisse zwischen den Stufen des mittleren Untersetzungsplaneten 50A werden gemäß den Charakteristika des elektrischen Motors 45A, der Buchse 30A und des Blatts 16A ausgewählt, das einstückig mit der Buchse 30A ist.
Das Blatt 16A (und die entsprechende Buchse 30A, die einstückig mit dieser ist) wird um die Achse (Z1) folgendermaßen gedreht:

[A] Die Winddaten werden momentan durch den Windmesser 23 aufgezeichnet;
[B] Die Winddaten werden zu der elektronischen Zentralsteuereinheit (CC) für eine Verarbeitung gesendet;
[C] Die elektronische Zentralsteuereinheit (CC) überträgt die relativen Signale zu der Leistungseinheit (Umrichter) des elektrischen Motors 45A, der gestartet wird und die Speichen 62A (über den mittleren Untersetzungsplaneten 50A), die Buchse 30A und daher das Blatt 16A dreht.

Eine Drehung des Blatts 16A um die Drehachse (Z1) durch den mittleren Untersetzungsplaneten 50A muss derart sein, dass das Profil des Blatts 16A für eine maximale Ausnutzung des Windes positioniert wird, wobei dessen Parameter durch den Windmesser 23 im Voraus aufgezeichnet und durch die elektronische Zentralsteuereinheit (CC) verarbeitet werden, wie dies beschrieben ist.
Der Hauptvorteil der Baugruppe zum Steuern des Blattanstellwinkels des Windgenerators gemäß der Erfindung liegt in dem Anstellwinkelsteuersystem von jedem Blatt, das einen zuverlässigen mittleren Untersetzungsplaneten aufweist, der durch einen jeweiligen elektrischen Motor angetrieben wird, wodurch jedwelche Fehler eliminiert werden, die durch eine Ovalisierung des Schwenkpunktes (und folglich durch schlechte Verzahnung der Schwenkzähne und des Ritzels) verursacht werden, und wodurch der Bedarf zum Schmieren der Schwenkzähne eliminiert wird.

Claims

Baugruppe (15) zum Steuern eines Anstellwinkels von Blättern (16A, 16B, 16C) eines Windgenerators (10); wobei die Baugruppe (15) eine hohle mittlere Nabe (15A) aufweist, die mit einer Anzahl von Betätigungssystemen (60A, 60B, 60C) verknüpft ist, die auf die Blätter (16A, 16B, 16C) wirken, um die Blätter (16A, 16B, 16C) derart zu positionieren, dass der Wind am besten ausgenutzt wird; wobei jedes Betätigungssystem (60A, 60B, 60C) einen entsprechenden elektrischen Motor (45A, 45B, 45C) für ein entsprechendes Blatt (16A, 16B, 16C) und einen entsprechenden mittleren Untersetzungsplaneten (50A, 50B, 50C) aufweist, der zwischen dem entsprechenden elektrischen Motor (45A, 45B, 45C) und dem entsprechenden Blatt (16A, 16B, 16C) angeordnet ist; und wobei jedes Blatt (16A, 16B, 16C) mit einem entsprechenden elektrischen Motor (45A, 45B, 45C) verknüpft ist, wobei dessen Abgabewelle mit einem Sonnenrad des entsprechenden mittleren Untersetzungsplaneten (50A, 50B, 50C) mechanisch verbunden ist; und die Baugruppe (15) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungssystem (60A, 60B, 60C) von jedem Blatt (16A, 16B, 16C) mit einem ersten und einem zweiten Speichenpaar (61A, 62A) verknüpft ist; wobei das erste Speichenpaar (61A) den mittleren Untersetzungsplaneten (50A, 50B, 50C) an die hohle mittlere Nabe (15A) befestigt; und wobei das zweite Speichenpaar (62A) einen Planetenträger des mittleren Untersetzungsplaneten (50A, 50B, 50C) mechanisch mit der Innenwand einer Buchse (30A, 30B, 30C) verbindet, an der ein entsprechendes Blatt (16A, 16B, 16C) befestigt ist.
Baugruppe (15) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungssysteme (60A, 60B, 60C) durch eine elektronische Einrichtung (CC) gesteuert werden.
Windgenerator (10) mit: – einem Mast (11); – einer Gondel (12), die an dem oberen Ende (11A) des Mastes (11) befestigt ist; wobei die Gondel (12) eine Baugruppe (15) zum Steuern des Anstellwinkels der Blätter (16A, 16b, 16C) des Windgenerators aufweist; – einer Welle (20), die einstückig mit der Baugruppe (15) ist und zum Antreiben eines elektrischen Generators (21) dient; und – einer Einrichtung (23) zum Aufzeichnen von charakteristischen Windparametern, und einer elektronischen Einrichtung (CC) zum Verarbeiten der charakteristischen Windparameter; und der Windgenerator (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (15) eine Baugruppe (15) gemäß Anspruch 1 oder 2 ist.