DE202016106523U1 - Wind turbine - Google Patents
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Abstract
Windkraftanlage, mit einem Windrad (2) und einem Generator (4), der über ein Getriebe (3) mit dem Windrad (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein rotierendes Bauteil im Übertragungsweg zwischen Windrad (2) und Generator (4) einen Trägerkörper (15) und mindestens ein am Trägerkörper (15) befestigtes Beschwerungsgewicht (16, 17) aufweist, dessen Dichte höher als die Dichte des Trägerkörpers (15) ist.Wind turbine, with a wind turbine (2) and a generator (4) which is connected via a transmission (3) with the wind turbine (2), characterized in that at least one rotating component in the transmission path between wind turbine (2) and generator (4 ) has a carrier body (15) and at least one weight (16, 17) attached to the carrier body (15) whose density is higher than the density of the carrier body (15).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage mit einem Windrad und einem Generator, der über ein Getriebe mit dem Windrad verbunden ist. The invention relates to a wind turbine with a wind turbine and a generator which is connected via a gear to the wind turbine.
Bekannt sind Windkraftanlagen auf See oder an Land mit einem in einer vertikalen Ebene angeordneten Windrad, das an einem Trägermast aufgehängt ist. Die Rotationsbewegung des Windrades wird über ein Getriebe auf einen Generator zur Stromerzeugung übertragen. Die kinetische Energie des Windrades wird dementsprechend über das Getriebe in eine Drehbewegung des Rotors des Generators übertragen, in dem die Umwandlung in elektrische Energie stattfindet. Are known wind turbines at sea or on land with a arranged in a vertical plane wind turbine, which is suspended from a support pole. The rotational movement of the wind turbine is transmitted via a transmission to a generator for generating electricity. The kinetic energy of the wind turbine is transmitted accordingly via the transmission in a rotational movement of the rotor of the generator, in which the conversion into electrical energy takes place.
Wechselnde Windgeschwindigkeiten führen zu unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten des Windrades. Größere Windräder sind hierbei in der Lage, aufgrund ihres größeren Trägheitsmomentes kurzfristig auftretende Windabschwächungen zu überbrücken. Changing wind speeds lead to different rotational speeds of the wind turbine. Larger wind turbines are able to bridge short-term wind losses due to their larger moment of inertia.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage mit einem hohen Wirkungsgrad zu schaffen. The invention has for its object to provide a wind turbine with a high efficiency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage umfasst ein Windrad, das drehbar gelagert ist, ein Getriebe, das von dem Windrad angetrieben wird, sowie einen elektrischen Generator, der ausgangsseitig an das Getriebe angekoppelt ist und die Rotationsbewegung in elektrische Energie umsetzt. Das Windrad der Windkraftanlage ist vorzugsweise an einem Trägermast befestigt und rotierbar gelagert. The wind turbine according to the invention comprises a wind turbine which is rotatably mounted, a gear which is driven by the wind turbine, and an electric generator, which is coupled on the output side to the transmission and converts the rotational movement into electrical energy. The wind turbine of the wind turbine is preferably mounted on a support mast and rotatably mounted.
Mindestens ein rotierendes Bauteil, das im Übertragungsweg zwischen dem Windrad und dem Generator angeordnet ist, weist einen Trägerkörper und mindestens ein am Trägerkörper befestigtes Beschwerungsgewicht auf, dessen Dichte höher ist als die Dichte des Trägerkörpers. Das in dieser Weise mit einem Trägerkörper und einem Beschwerungsgewicht ausgeführte Bauteil kann auch das Windrad selbst sein, das Teil des Übertragungswegs ist. At least one rotating component, which is arranged in the transmission path between the windmill and the generator, has a carrier body and at least one weight attached to the carrier body whose density is higher than the density of the carrier body. The component designed in this way with a carrier body and a weight of weight can also be the windmill itself, which is part of the transmission path.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass mithilfe des Beschwerungsgewichtes das Trägheitsmoment des rotierenden Bauteils signifikant erhöht wird, ohne die Dimension des rotierenden Bauteils, insbesondere in Radialrichtung zu vergrößern. Aufgrund des erhöhten Trägheitsmomentes kann im Übertragungsweg zwischen Windrad und Generator mehr kinetische Energie gespeichert werden, wodurch insbesondere kurzfristige Windabschwächungen überbrückt werden können, ohne dass die Rotationsgeschwindigkeit des Windrades signifikant absinkt. Mithilfe des erhöhten Trägheitsmomentes wird auf diese Weise der Wirkungsgrad verbessert. This embodiment has the advantage that the moment of inertia of the rotating component is significantly increased by means of the weight of the weight, without increasing the dimension of the rotating component, in particular in the radial direction. Due to the increased moment of inertia more kinetic energy can be stored in the transmission path between wind turbine and generator, which in particular short-term wind mitigations can be bridged without the rotational speed of the wind turbine drops significantly. With the help of the increased moment of inertia, the efficiency is improved in this way.
Konstruktiv lässt sich die Erhöhung des Trägheitsmomentes in einfacher Weise realisieren, indem das rotierende Bauteil lediglich mit einem Trägerkörper und mindestens einem Beschwerungsgewicht versehen wird, dessen Dichte höher ist als die Dichte des Trägerkörpers. Structurally, the increase in the moment of inertia can be realized in a simple manner by providing the rotating component only with a carrier body and at least one weight of weight, whose density is higher than the density of the carrier body.
Es kommen verschiedene Ausführungen von Trägerkörper und Beschwerungsgewicht im Hinblick auf die Materialwahl und die konstruktive Auslegung in Betracht. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung besteht der Trägerkörper aus einem Kunststoffmaterial, das sich durch eine ausreichend hohe Festigkeit auszeichnet und insbesondere in der Lage ist, über den geforderten Betriebszeitraum der Windkraftanlage das mindestens eine Beschwerungsgewicht sicher aufzunehmen. Der Trägerkörper ist beispielsweise scheiben- oder ringförmig ausgebildet und wird zum Beispiel mit einem Zahnrad des Getriebes drehfest verbunden. Der Trägerkörper kann einen größeren Durchmesser als das Zahnrad aufweisen. There are different versions of carrier body and weight of weight in terms of choice of materials and the structural design into consideration. According to an advantageous embodiment, the carrier body consists of a plastic material, which is characterized by a sufficiently high strength and in particular is able to safely absorb the at least one weight of the weight over the required operating period of the wind turbine. The carrier body is, for example, disk-shaped or annular and is rotatably connected, for example, with a gear of the transmission. The carrier body may have a larger diameter than the gear.
Der Trägerkörper kann, in einer weiteren Ausführung, auch aus einem sonstigen Material bestehen, beispielsweise aus Glasfaser oder glasfaserverstärktem Kunststoff. Diese Ausführung eignet sich beispielsweise dazu, das Windrad zu bilden, wobei das mindestens eine Beschwerungsgewicht, das am Trägerkörper aufgenommen ist, das Trägheitsmoment des Windrades vergrößert. The carrier body may, in a further embodiment, also consist of another material, for example glass fiber or glass fiber reinforced plastic. This embodiment is suitable, for example, to form the wind turbine, wherein the at least one weight of the weight, which is received on the carrier body, increases the moment of inertia of the wind turbine.
Das mindestens eine Beschwerungsgewicht besitzt eine höhere Dichte als der Trägerkörper. Als Material für das Beschwerungsgewicht wird vorzugsweise Metall, zum Beispiel Eisen oder ein eisenhaltiges Metall verwendet. The at least one weight of the weight has a higher density than the carrier body. As material for the weight of weight, preferably metal, for example iron or an iron-containing metal is used.
Vorteilhafterweise befindet sich das mindestens eine Beschwerungsgewicht am oder benachbart zum radialen Außenrand am Trägerkörper, so dass durch den entsprechend großen radialen Abstand zur Drehachse eine signifikante Erhöhung des Trägheitsmomentes erreicht wird. Das Beschwerungsgewicht ist beispielsweise als ein Beschwerungsring ausgebildet, der mit dem Trägerkörper verbunden ist. Der Beschwerungsring befindet sich vorzugsweise an oder benachbart zum radial außen liegenden Außenrand des Trägerkörpers. Advantageously, the at least one weight of the weight is at or adjacent to the radial outer edge on the carrier body, so that a significant increase in the moment of inertia is achieved by the correspondingly large radial distance from the axis of rotation. The weight of the weight is designed, for example, as a weighting ring, which is connected to the carrier body. The weighting ring is preferably located at or adjacent to the radially outer edge of the carrier body.
In einer alternativen Ausführung ist das Beschwerungsgewicht als ein Einzelgewicht ausgebildet, beispielsweise in Scheibenform oder Zylinderform oder mit einer mehreckigen Querschnittsform, wobei vorteilhafterweise mehrere Einzelgewichte vorgesehen sind, die gleichmäßig über den Umfang verteilt an dem Trägerkörper angeordnet sind. Auch in diesem Fall ist es zweckmäßig, dass die Einzelgewichte mit radialem Abstand zur Drehachse angeordnet sind und sich insbesondere am oder benachbart zum Außenrand des Trägerkörpers befinden. In an alternative embodiment, the weight of the weight is designed as a single weight, for example in the form of a disk or a cylinder, or with a polygonal cross-sectional shape, wherein advantageously several Individual weights are provided, which are arranged uniformly distributed over the circumference on the carrier body. Also in this case, it is expedient that the individual weights are arranged at a radial distance from the axis of rotation and in particular are located on or adjacent to the outer edge of the carrier body.
Es kann vorteilhaft sein, verschiedene Ausführungen von Beschwerungsgewichten zu kombinieren, beispielsweise einen Beschwerungsring und einen oder mehrere Einzelgewichte in Scheiben- oder Zylinderform. It may be advantageous to combine different embodiments of weight weights, for example, a weighting ring and one or more individual weights in disc or cylinder shape.
Die Einzelgewichte besitzen einen kleineren Außendurchmesser als der Trägerkörper. Der Außendurchmesser eines Einzelgewichtes ist vorteilhafterweise kleiner als der Radius des Trägerkörpers. The individual weights have a smaller outer diameter than the carrier body. The outer diameter of a single weight is advantageously smaller than the radius of the carrier body.
Im Falle eines Getrieberades als rotierendes Bauteil kann es zweckmäßig sein, dass das Zahnrad des Getrieberades das Beschwerungsgewicht bildet, das an dem Trägerkörper angeordnet und drehfest mit diesem verbunden ist. Gemäß einer weiteren Ausführung des Getrieberades ist es auch möglich, dass der Trägerkörper und mindestens ein Beschwerungsgewicht gemeinsam ein Schwungrad bilden, das drehfest mit dem Zahnrad des Getrieberades verbunden ist. In the case of a gear as a rotating component, it may be appropriate that the gear of the gear wheel forms the weight of the weight, which is arranged on the support body and rotatably connected thereto. According to a further embodiment of the gear, it is also possible that the carrier body and at least one weight of the weight together form a flywheel, which is rotatably connected to the gear of the gear.
Im Falle eines Windrades als rotierendes Bauteil der Windkraftanlage befindet sich vorteilhafterweise das Beschwerungsgewicht an den radial außen liegenden Flügelspitzen des Windrades. Der Trägerkörper des rotierenden Bauteils ist beim Windrad von den Flügeln gebildet, so dass lediglich die Flügelspitzen von dem Beschwerungsgewicht gebildet werden oder an den Flügelspitzen, die vom Trägerkörper geformt sind, Beschwerungsgewichte angeordnet sind. In the case of a wind turbine as a rotating component of the wind turbine is advantageously the weight of the weight at the radially outer wing tips of the wind turbine. The carrier body of the rotating component is formed in the wind turbine of the wings, so that only the wing tips are formed by the weight of the weight or weight weights are arranged at the wing tips, which are formed by the carrier body.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das mindestens eine Beschwerungsgewicht teilweise, gegebenenfalls vollständig, in den Trägerkörper integriert. Es kann beispielsweise zweckmäßig sein, den Trägerkörper als Kunststoffbauteil in einem Gießprozess herzustellen und das mindestens eine Beschwerungsgewicht teilweise oder vollständig während des Gießvorgangs in das Kunststoffmaterial des Trägerkörpers einzubetten. Des Weiteren kommen auch Ausführungen in Betracht, bei denen das mindestens eine Beschwerungsgewicht an der Außenseite des Trägerkörpers befestigt ist, beispielsweise über eine mechanische Verbindung wie zum Beispiel Verschrauben, oder durch Kleben. According to a further expedient embodiment, the at least one weight of the weight is partially, if appropriate completely, integrated into the carrier body. It may, for example, be expedient to produce the carrier body as a plastic component in a casting process and to embed the at least one weight of the weight partially or completely during the casting process into the plastic material of the carrier body. Furthermore, embodiments are also considered in which the at least one weight of the weight is attached to the outside of the carrier body, for example via a mechanical connection such as screwing, or by gluing.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in die Windkraftanlage mindestens eine Solarzelle integriert, deren Strom eine elektrische Maschine antreibt, welche mit dem Getriebe gekoppelt ist. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Elektromotor, der über das Getriebe den Generator antreibt. Auf diese Weise ist es möglich, über den Generator auch im Falle einer Flaute oder kurzzeitigen Windabschwächung Strom zu erzeugen oder die Stromerzeugung bei geringen Windgeschwindigkeiten zu unterstützen. Indem die elektrische Maschine mit dem Getriebe gekoppelt ist, besteht eine kinematische Verbindung zum Übertragungsweg zwischen dem Windrad und dem Generator, so dass auch die im Übertragungsweg angeordnete erhöhte Schwungmasse, gebildet von dem rotierenden Bauteil mit Trägerkörper und Beschwerungsgewicht, genutzt werden kann. Über die Solarzelle und die elektrische Maschine wird somit zusätzliche Bewegungsenergie in den Übertragungsweg eingespeist und gespeichert. According to yet another advantageous embodiment, at least one solar cell is integrated in the wind power plant, whose current drives an electric machine which is coupled to the transmission. In particular, the electric machine is an electric motor that drives the generator via the transmission. In this way, it is possible to generate electricity through the generator even in the case of a doldrums or brief wind mitigation or to support power generation at low wind speeds. By the electric machine is coupled to the transmission, there is a kinematic connection to the transmission path between the wind turbine and the generator, so that also in the transmission path arranged increased flywheel mass, formed by the rotating member with carrier body and weight, can be used. Via the solar cell and the electric machine thus additional kinetic energy is fed into the transmission and stored.
Vorteilhaft ist es außerdem, dass der Solarstrom, der üblicherweise eine kleinere Stromstärke und eine niedrigere Spannung aufweist als der von der Windkraftanlage erzeugte Strom, nicht auf die ausgangsseitig am Generator anliegende Stromstärke und Spannung transformiert zu werden braucht. Der Solarstrom wird zum Antreiben der elektrischen Maschine genutzt, wofür eine an den Solarstrom angepasste Leistungselektronik eingesetzt werden kann. Die elektrische Maschine ist mechanisch mit dem Getriebe gekoppelt und treibt dieses zusätzlich zur Windkraft an. It is also advantageous that the solar power, which usually has a smaller current and a lower voltage than the current generated by the wind turbine, does not need to be transformed to the output side of the generator applied current and voltage. The solar power is used to drive the electric machine, for which a adapted to the solar power power electronics can be used. The electric machine is mechanically coupled to the gearbox and drives this in addition to wind power.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen: Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
In
Das Getriebe
Die Getrieberäder
Die Flügel
Auch jedes Getrieberad
Die einzelnen Beschwerungsgewichte
Das zweite Getrieberad
In
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