DE202012100521U1 - load resistance - Google Patents
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Abstract
Lastwiderstand (10), insbesondere für eine Windenergieanlage, mit einem Gehäuse (12) mit mindestens zwei Seitenwänden (18) und mindestens einem Widerstandsblock (20), wobei ein Widerstandsblock (20) zwischen jeweils zwei Seitenwänden (18) angeordnet ist, und der mindestens eine Widerstandsblock (20) mit einer Vielzahl von Widerstandsplatten (40) gebildet ist, die auf einer hinteren und einer vorderen Befestigungsstange (44, 46) jeweils gleichmäßig parallel zueinander beabstandet aufgefädelt sind, wobei die Befestigungsstangen (44, 46) quer zu den Widerstandsplatten (40) und den Seitenwänden (18) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Widerstandsblock (20) zur horizontalen und vertikalen Lagefixierung in zwei Halteschienen (22, 24) aufgenommen ist, die jeweils an zwei gegenüberliegenden Seitenwandinnenflächen (26, 28) befestigt sind.Load resistor (10), in particular for a wind turbine, with a housing (12) having at least two side walls (18) and at least one resistance block (20), wherein a resistance block (20) between each two side walls (18) is arranged, and the at least a resistance block (20) is formed with a plurality of resistance plates (40) threaded on a rear and a front mounting bar (44, 46) equally spaced from one another, the mounting bars (44, 46) being transverse to the resistance plates (40); 40) and the side walls (18), characterized in that the at least one resistance block (20) for horizontal and vertical position fixing in two support rails (22, 24) is received, which are respectively fixed to two opposite side wall inner surfaces (26, 28) ,
Description
Die Erfindung betrifft einen Lastwiderstand, insbesondere für eine Windenergieanlage, mit einem Gehäuse mit mindestens zwei Seitenwänden und mindestens einem Widerstandsblock, wobei ein Widerstandsblock zwischen jeweils zwei Seitenwänden angeordnet ist, und der mindestens eine Widerstandsblock mit einer Vielzahl von Widerstandsplatten gebildet ist, die auf einer hinteren und einer vorderen Befestigungsstange jeweils gleichmäßig parallel zueinander beabstandet aufgefädelt sind, wobei die Befestigungsstangen quer zu den Widerstandsplatten und den Seitenwänden verlaufen.The invention relates to a load resistor, in particular for a wind turbine, with a housing having at least two side walls and at least one resistance block, wherein a resistance block is disposed between each two side walls, and the at least one resistance block is formed with a plurality of resistance plates on a rear and a front mounting bar are each equally spaced parallel to each other threaded, wherein the mounting rods are transverse to the resistance plates and the side walls.
In Windenergieanlagen zur Stromerzeugung werden vielfach Lastwiderstände eingesetzt, um kurzzeitig andauernde Leistungsspitzen des elektrischen Generators in Form von Wärme an die Umgebung abzuführen und hierdurch einen Drehzahlanstieg des Rotors zu verhindern. Ein solcher Fall kann beispielsweise eintreten, wenn der Generator in der Windenergieanlage infolge von Windböen oder Starkwind zeitweise eine stark erhöhte elektrische Leistung abgibt, die insbesondere aus Gründen der Versorgungsnetzstabilität nicht unverzüglich eingespeist werden kann. Die bekannte Herunterregelung der elektrischen Leistung einer Windenergieanlage durch eine Veränderung des Anstellwinkels der Rotorblätter ist für derartige schnelle transiente Prozesse in der Regel zu träge. Die eingesetzten (Hochleistungs-)Lastwiderstände umfassen in der Regel ein Gehäuse zur Aufnahme eines oder mehrerer ohmscher Widerstandsblöcke, die im Allgemeinen mit einer Vielzahl von gleichmäßig parallel beabstandet angeordneten und elektrisch in Reihe geschalteten Widerstandsplatten aufgebaut sind.In wind turbines for power generation load resistors are often used to dissipate short-term sustained power peaks of the electric generator in the form of heat to the environment and thereby prevent a speed increase of the rotor. Such a case may occur, for example, when the generator in the wind energy plant temporarily emits a greatly increased electrical power as a result of gusts of wind or strong wind, which can not be fed immediately, in particular for reasons of grid stability. The known down regulation of the electrical power of a wind turbine by changing the angle of attack of the rotor blades is usually too slow for such rapid transient processes. The (high-power) load resistors used typically comprise a housing for receiving one or more ohmic resistance blocks, which are generally constructed with a plurality of uniformly spaced-apart and electrically series-connected resistance plates.
Aus der
Aufgrund der hohen thermischen Wechselbelastung der Lastwiderstände können diese verschleißen, was in der Regel einen Austausch vor Ort, in der Windenergieanlage notwendig macht. Da die Widerstandsblöcke bei den vorbekannten Ausführungsformen direkt mit den Gehäuseseitenwänden verschraubt sind, ist ein Austausch der Widerstandsblöcke ohne eine vorherige Demontage des Gehäuses nicht möglich. Die dann zumindest erforderliche Teilzerlegung des Gehäuses wird durch das hohe Gewicht der Widerstandsblöcke, das im Einzelfall bis zu 100 kg betragen kann, weiter erschwert. Darüber hinaus muss die Handhabung der Widerstandsblöcke unter den im Allgemeinen sehr beengten Raumverhältnissen im Bereich der Gondel der Windenergieanlage in großer Höhe erfolgen. Wenn keine spezielle Hebe- bzw. Ausbauvorrichtung zur Verfügung steht, müssen die vorbekannten Lastwiderstände in Abhängigkeit vom Gewicht von einer oder mehreren Personen händisch bewegt und positioniert werden.Due to the high thermal cycling of the load resistors they can wear out, which usually makes an exchange on site, in the wind turbine necessary. Since the resistor blocks are bolted directly to the housing side walls in the prior art embodiments, an exchange of the resistance blocks without a prior disassembly of the housing is not possible. The then at least required partial separation of the housing is further complicated by the high weight of the resistance blocks, which can be up to 100 kg in an individual case. In addition, the handling of the resistance blocks under the generally very tight space conditions in the nacelle of the wind turbine must be done at high altitude. If no special lifting or removal device is available, the known load resistances must be manually moved and positioned depending on the weight of one or more people.
Der Erfindung liegt nach alledem das Problem zugrunde, die Montage- und Servicefreundlichkeit von Lastwiderständen für Windenergieanlagen der eingangs genannten Art zu verbessern.The invention is after all the problem to improve the ease of assembly and service of load resistors for wind turbines of the type mentioned.
Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Lastwiderstand, bei welchem der mindestens eine Widerstandsblock zur horizontalen und vertikalen Lagefixierung in zwei Halteschienen aufgenommen ist, die jeweils an zwei gegenüberliegenden Seitenwandinnenflächen befestigt sind.The invention solves this problem with a load resistor in which the at least one resistance block for horizontal and vertical position fixation is accommodated in two retaining rails which are each fastened to two opposite side wall inner surfaces.
Dadurch, dass der mindestens eine Widerstandsblock im Gehäuse in zwei Halteschienen aufgenommen und geführt ist, lassen sich die Widerstandsblöcke auf einfache Art und Weise montieren und im Wartungsfall einfach und schnell gegen intakte Widerstandsblöcke austauschen. Hierdurch entfällt die bislang notwendige, zumindest teilweise Zerlegung des Gehäuses des Lastwiderstandes.Due to the fact that the at least one resistance block is accommodated and guided in the housing in two retaining rails, the resistance blocks can be mounted in a simple manner and easily and quickly replaced in the event of maintenance against intact resistance blocks. This eliminates the previously necessary, at least partially disassembly of the housing of the load resistor.
Die Halteschienen erleichtern darüber hinaus die Montage und den Austausch im Fall von beengten Einbauverhältnissen – wie sie bei Windenergieanlagen oftmals vorherrschen – aufgrund ihrer Führungs- und teilweisen Lastübernahmefunktion. Denn das volle Gewicht eines Widerstandsblockes von zum Beispiel 35 kg oder mehr muss erst nach dem vollständigen Herausziehen aus dem Gehäuse des Lastwiderstandes abgefangen werden, da die Widerstandsblöcke während des Herausziehens zumindest teilweise auf den Halteschienen aufliegen.In addition, the support rails facilitate assembly and replacement in the case of cramped installation conditions - as they often prevail in wind turbines - due to their leadership and partial load transfer function. Because the full weight of a resistance block of, for example, 35 kg or more must be intercepted only after the complete withdrawal from the housing of the load resistor, since the resistance blocks during withdrawal at least partially rest on the support rails.
Vorzugsweise weisen die Halteschienen eine im Wesentlichen Z-förmige Querschnittsgeometrie auf. Hierdurch verfügen die Halteschienen unter anderem über eine hohe Biegesteifigkeit in ihrer Längsrichtung. Die an jeweils zwei gegenüberliegenden Seitenwänden positionierten Halteschienen sind jeweils spiegelbildlich zueinander ausgeführt. Darüber hinaus lässt sich die Halteschiene mit einer Z-förmigen Querschnittsgeometrie kostengünstig mit Standardprofilen fertigen.Preferably, the support rails have a substantially Z-shaped cross-sectional geometry. As a result, the support rails have, inter alia, a high flexural rigidity in their longitudinal direction. The holding rails, which are each positioned on two opposite side walls, are each designed to be mirror images of one another. In addition, the retaining rail can be with a Z-shaped cross-sectional geometry cost-effectively finished with standard profiles.
Vorteilhafterweise weisen die Halteschienen jeweils einen senkrechten Außenflansch zur Befestigung an einer Seitenwand auf, an den sich ein Horizontalflansch anschließt, der in einen senkrechten Befestigungsflansch übergeht. Der Außenflansch ermöglicht die Befestigung der Halteschiene an den Seitenwänden des Gehäuses, während der Horizontalflansch der Beabstandung von den Seitenwänden dient. Mittels des Befestigungsflansches erfolgt die räumliche Festlegung der Befestigungsstangen und damit des Widerstandsblockes innerhalb des Gehäuses des Lastwiderstandes.Advantageously, the retaining rails each have a vertical outer flange for attachment to a side wall, followed by a horizontal flange connects, which merges into a vertical mounting flange. The outer flange allows the mounting of the retaining rail on the side walls of the housing, while the horizontal flange of the spacing from the side walls is used. By means of the mounting flange, the spatial location of the mounting rods and thus the resistance block within the housing of the load resistor is carried out.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Befestigungsflansch eine vordere Aussparung zur horizontalen Lagesicherung der vorderen Befestigungsstange und eine hintere Aussparung zur vertikalen Lagesicherung der hinteren Befestigungsstange auf. Durch das Zusammenwirken beider Aussparungen ist der Widerstandsblock sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung festgesetzt.In an advantageous development of the mounting flange has a front recess for horizontal position securing the front mounting bar and a rear recess for vertical position securing the rear mounting bar. Due to the interaction of both recesses, the resistance block is fixed both in the horizontal and in the vertical direction.
Vorzugsweise ist die vordere Aussparung als Schrägtasche ausgebildet, in der die vordere Befestigungsstange aufgenommen ist. Hierdurch senkt sich der vordere Teil des Widerstandsblockes nach dem Erreichen seiner hinteren Endposition auf den Halteschienen aufgrund seines Eigengewichts zusammen mit der vorderen Befestigungsstange in die Schrägtasche ab, wodurch sich die vordere, horizontale Lagesicherung des Widerstandsblockes ergibt. Zum Abschluss der Befestigung des Widerstandsblockes im Gehäuse des Lastwiderstandes kann die vordere Befestigungsstange jeweils mit mindestens einer Schraubenmutter in der zugehörigen Schrägtasche festgesetzt werden. Infolge der bevorzugt nur noch vorderseitigen, gut zugänglichen Verschraubung des Widerstandsblockes ergibt sich eine weitere Vereinfachung bei der Montage oder Wartung des erfindungsgemäßen Lastwiderstandes.Preferably, the front recess is formed as a chamfer pocket, in which the front mounting rod is received. As a result, the front part of the resistance block lowers after reaching its rear end position on the support rails due to its own weight along with the front mounting bar in the inclined pocket, resulting in the front, horizontal position assurance of the resistance block. To complete the attachment of the resistor block in the housing of the load resistor, the front mounting bar can be fixed in each case with at least one nut in the corresponding inclined pocket. Due to the preferred only only front, easily accessible screwing the resistance block results in a further simplification in the assembly or maintenance of the load resistor according to the invention.
Vorzugsweise weist die hintere Aussparung eine Schräge auf, die in eine Horizontaltasche mit einem Vorsprung übergeht, wobei die hintere Befestigungsstange in der Horizontaltasche aufgenommen ist. Infolge der nach hinten lediglich leicht abfallenden Schräge kann die hintere Befestigungsstange beim Einschieben des Widerstandsblockes in das Gehäuse des Lastwiderstandes langsam in die hintere Aussparung hineingleiten und ist nach dem Erreichen seiner Endposition in der Horizontaltasche durch den Vorsprung in vertikaler Richtung lagegesichert.Preferably, the rear recess has a slope which merges into a horizontal pocket with a projection, wherein the rear attachment rod is received in the horizontal pocket. Due to the backward only slightly sloping slope, the rear mounting rod when inserting the resistor block in the housing of the load resistor slowly slide into the rear recess and is secured in position after reaching its final position in the horizontal pocket by the projection in the vertical direction.
Vorzugsweise weist der mindestens eine Widerstandsblock mindestens eine zentrale Aufhängung auf. Hierdurch werden etwaige Schwingungsbewegungen der Befestigungsstangen sowie der Widerstandsplatten gedämpft und schwingungsbedingte Brüche der bevorzugt mit einem keramischen Isoliermaterial gebildeten Distanzhülsen zwischen den einzelnen Widerstandsplatten und hierdurch bedingte elektrische Kurzschlüsse vermieden. Die zentrale Aufhängung ist bevorzugt mittig auf die Befestigungsstangen aufgefädelt.Preferably, the at least one resistance block has at least one central suspension. As a result, any vibration movements of the mounting rods and the resistance plates are damped and vibration-induced fractures of the spacer sleeves preferably formed with a ceramic insulating material between the individual resistance plates and thereby caused electrical short circuits avoided. The central suspension is preferably threaded centrally on the mounting rods.
Vorzugsweise ist die Aufhängung mit zwei Laschen gebildet, in deren unteren Endabschnitten jeweils eine Bohrung zum Auffädeln auf die Befestigungsstangen eingebracht ist und deren obere Endabschnitte mittels einer Zentralschraube mit einer Traverse verbunden sind, die am Gehäuse befestigt ist. Hierdurch kann die Aufhängung zur Montage oder Demontage eines Widerstandsblockes leicht gelöst werden und die Aufhängung kann entsprechend zu den Widerstandsplatten auf die Befestigungsstangen mit aufgefädelt werden.Preferably, the suspension is formed with two tabs, in each of whose lower end portions a hole for threading on the mounting rods is inserted and whose upper end portions are connected by means of a central screw with a cross member which is fixed to the housing. As a result, the suspension for mounting or dismounting a resistance block can be easily solved and the suspension can be threaded according to the resistance plates on the mounting rods with.
Vorteilhafterweise ist im Bereich eines Gehäusebodens zwischen zwei Seitenwänden mindestens ein Luftleitblech angeordnet. Dies ermöglicht eine effektivere Kühlung des mindestens einen Widerstandsblockes durch die Umgebungsluft, um eine thermische Überlastung des Widerstandsblockes zu verhindern.Advantageously, at least one air baffle is arranged in the region of a housing bottom between two side walls. This allows more effective cooling of the at least one resistance block by the ambient air to prevent thermal overloading of the resistance block.
In einer vorteilhaften Weiterbildung schließt das mindestens eine Luftleitblech mit dem Gehäuseboden einen Winkel α zwischen 15° und 75° ein. Somit wird anströmende Kaltluft ausgehend vom Gehäuseboden schräg nach oben – der natürlichen Konvektionsbewegung folgend – unterseitig an die innerhalb der Widerstandsblöcke konvektorartig angeordneten Widerstandsplatten herangeführt, so dass sich eine optimierte Kühlwirkung einstellt.In an advantageous development, the at least one air guide plate encloses an angle α between 15 ° and 75 ° with the housing bottom. Thus, inflowing cold air starting from the housing bottom obliquely upward - following the natural convection - the lower side of the inside of the resistor blocks convection-like arranged resistance plates introduced, so that sets an optimized cooling effect.
In einer vorteilhaften Weiterbildung verläuft eine Längsachse des mindestens einen Luftleitbleches im Wesentlichen parallel zu den Befestigungsstangen. Infolge des quer zwischen zwei Seitenwänden angeordneten Luftleitbleches ergibt sich eine optimale Luftführung unter gleichzeitiger Minimierung des notwendigen Materialeinsatzes. Das Luftleitblech erstreckt sich hierbei über eine volle Breite des Zwischenraums zwischen jeweils zwei Seitenwänden.In an advantageous development, a longitudinal axis of the at least one air baffle runs essentially parallel to the attachment rods. As a result of the transverse between two side walls arranged baffle results in an optimal air flow while minimizing the necessary material use. The air baffle extends over a full width of the gap between each two side walls.
In vorteilhafter Weise ist zwischen benachbarten Widerstandsplatten jeweils eine Distanzhülse auf jeder Befestigungsstange aufgefädelt, wobei die Distanzhülsen mit einem elektrischen Isoliermaterial gebildet sind. Hierdurch sind die Widerstandsplatten zuverlässig untereinander und gegenüber den Befestigungsstangen elektrisch isoliert. Vorzugsweise sind die Distanzhülsen mit einem mechanisch hinreichend belastbaren, keramischen Material gebildet, um eine hohe Witterungsbeständigkeit, eine gute elektrische Isolierwirkung sowie eine geringe Kompressibilität gegenüber mechanischen Spannungen zu gewährleisten.In an advantageous manner, in each case a spacer sleeve is threaded onto each fastening rod between adjacent resistance plates, wherein the spacer sleeves are formed with an electrical insulating material. As a result, the resistance plates are reliably insulated from each other and from the mounting rods electrically. Preferably, the spacers are formed with a mechanically sufficient strength, ceramic material to a high weather resistance, a good electrical insulation and low To ensure compressibility against mechanical stresses.
Vorzugsweise weisen die Befestigungsstangen jeweils zumindest im Bereich beider Enden ein Gewinde auf, auf dem Schraubenmuttern zur Lagesicherung der Distanzhülsen und der Widerstandsplatten auf den Befestigungsstangen und zur Befestigung des Widerstandsblockes an den Halteschienen vorgesehen sind. Hierdurch lassen sich die Widerstandsplatten einschließlich der dazwischen befindlichen Distanzhülsen auf den Befestigungsstangen zur Bildung eines Widerstandsblockes mechanisch fest miteinander verspannen. Die so aufgebauten Widerstandsblöcke können mit Hilfe der Halteschienen leicht in das Gehäuse des Lastwiderstandes eingeschoben und in diesem befestigt werden.Preferably, the mounting rods each have at least in the region of both ends of a thread on which nuts are provided for securing the position of the spacers and the resistance plates on the mounting rods and for attaching the resistor block to the support rails. As a result, the resistance plates including the intermediate spacer sleeves on the mounting rods to form a resistance block can be mechanically clamped together. The thus constructed resistor blocks can be easily inserted by means of the support rails in the housing of the load resistor and fixed in this.
Vorteilhafterweise ist der Lastwiderstand mit einem metallischen Material, insbesondere mit einer Edelstahllegierung, gebildet. Hieraus ergibt sich eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit, was insbesondere beim Einsatz des Lastwiderstandes unter extremen Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel bei Offshore-Windenergieanlagen, von herausgehobener Bedeutung ist. Es kommen Edelstähle mit unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen zum Einsatz. Die Legierungen können auch Cr/Al enthalten.Advantageously, the load resistance is formed with a metallic material, in particular with a stainless steel alloy. This results in an excellent weather resistance, which is particularly important when using the load resistance under extreme environmental conditions, such as in offshore wind turbines, of great importance. There are stainless steels with different alloy compositions are used. The alloys can also contain Cr / Al.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens ein Widerstandsblock mindestens eine weitere Befestigungsstange auf, die zwischen einer vorderen und einer hinteren Befestigungsstange verläuft, wobei die mindestens eine weitere Befestigungsstange in zwei gegenüberliegenden Halteschienen mit jeweils mindestens einer zusätzlichen Aussparung aufgenommen ist.In an advantageous development, at least one resistance block has at least one further attachment rod which extends between a front and a rear attachment rod, wherein the at least one further attachment rod is received in two opposite support rails, each with at least one additional recess.
Hierdurch können schwerere Widerstandsblöcke mit größeren räumlichen Abmessungen und einer höheren Strombelastbarkeit mittels der Halteschienen in das Gehäuse des Lastwiderstandes eingehängt werden. Die zusätzlichen Aussparungen können hierbei sowohl als Schrägtasche oder als Schräge, die in eine Horizontaltasche mit einem nasenartigen Vorsprung übergeht, ausgeführt sein.As a result, heavier resistance blocks with larger spatial dimensions and a higher current carrying capacity can be hung by means of the support rails in the housing of the load resistor. The additional recesses may in this case be designed both as a sloping pocket or as a slope which merges into a horizontal pocket with a nose-like projection.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus dem anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel. In der Zeichnung zeigen:Further embodiments will become apparent from the claims and from the exemplary embodiment explained with reference to the drawing. In the drawing show:
Der Lastwiderstand
Zwischen jeweils zwei benachbarten Seitenwänden
Jeder Widerstandsblock
Der Lastwiderstand
Ein Koordinatensystem
Die
Die vordere und die hintere Befestigungsstange
In den Außenflansch
Durch die Halteschiene
Beim Einschieben des Widerstandsblockes
Die
Die zentrale bzw. mittige Aufhängung
Das kastenförmige Gehäuse
Zur Kühlung des Widerstandsblockes
Durch das schräg nach oben gerichtete Luftleitblech
Zur weiteren Intensivierung der Abkühlungswirkung kann eine nicht dargestellte Zwangsumwälzung des Umgebungsluftstroms
Die
Der Widerstandsblock
Um insbesondere Schwingungen sowie eine Durchbiegung des Widerstandsblockes
Die Halteschiene
Die hintere Aussparung
Aufgrund des nasenförmigen Vorsprungs
Zur zusätzlichen Lagesicherung des Widerstandsblockes, insbesondere zur Vermeidung vibrationsbedingter Klappergeräusche, kann insbesondere die vordere Befestigungsstange
Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.All mentioned in the above description of the figures, in the claims and in the introduction of the description features can be used individually as well as in any combination with each other. The invention is thus not limited to the described or claimed feature combinations. Rather, all feature combinations are to be regarded as disclosed.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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