DE3045499A1

DE3045499A1 - Stellvorrichtung fuer den anstellwinkel der rotor-blaetter einer windenenergieanlage

Info

Publication number: DE3045499A1
Application number: DE19803045499
Authority: DE
Inventors: Karlheinz 8012 Ottobrunn Mautz; Alois Dipl.-Ing. 8011 Putzbrunn Schwarz; Michael Dipl-Ing. Stephan
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-12-03
Filing date: 1980-12-03
Publication date: 1982-06-24

Description

Stellvorrichtung für den Anstellwinkel der Rotor-Blätter
einer Windenergieanlage Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Windenergieanlagen (zur Erzeugung von elektrischem Strom) werden mit beträchtlichen Abmessungen, z. B. einem Turm von ca. 120 m Höhe und 3,5 m Durchmesser (aus Stahlbeton), einem Rotor von 145 m Durchmesser für eine elektrische Nenn-Leistung von 5 MW, sowie mit einer beträchtlichen Lebensdauer von mehr als 20 Jahren projektiert (vg.l. z. B. die Firmenschrift MBB - Windenergieanlage WEA 5000 (GROWIAN II) aus dem Jahr 1979).
Dabei trägt der Turm über eine voll durchdrehbare Drehverbindung die Gondel (d.h., den Geräteträger) mit einer tragenden Struktur einem Gehäuse und Einbauten wie Getriebeeinheit, elektrischem Generator usw., wobei die Gondel ihrerseits einen Rotor lagert.
Um die Windenergieanlage vor einer Beschädigung bei übermäßig hohen Windgeschwindigkeiten zu schützen, also damit auch die abgegebene Leistung zu begrenzen, muß im Bedarfsfall der Anstellwinkel der Rotor-Blätter verstellt, d.h. verringert werden, wäh rend bei nachlassender Windgeschwindigkeit dieser Verstellwinkel wieder erhöht werden muß, um die vorgesehene Nenn-Leistung zu sichern.
Die Einstellung des Anstellwinkels von Rotoren für Windturbinen, insbesondere eines Einblatt-Rotors, ist grundsätzlich bekannt (vgl. die eingangs erwähnte Firmenschrift MBB ..., aber auch DE-OS 28 44 262, insbesondere Fig. 5, wo jedoch die Einzelheiten offengelassen sind).
Nach den Erfindern zur Kenntnis gelangtem internen Stand der Technik ist eine derartige Stellvorrichtung so aufgebaut, daß sie von der Gondel über ein Gondel-festes und ein rotierendes Gestänqe zum Rotor-Blatt führt, wobei diese beiden Gestänge durch ein Wälzlager voneinander getrennt sind (Taumelscheibe, ohne zyklische Steuerbewegung) und das Gondel-feste Gestänge hydraulisch oder elektrisch abgestützt ist. Trotz dieses großen baulichen Aufwands arbeitet diese Stellvorrichtung nicht spielfrei.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine derartige Stellvorrichtung derart auszubilden, daß sie bei geringem baulichen Aufwand eine spielfreie Einstellung und damit eine gute Regelung sichert.
Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung der (an sich bekannten) Verspann-Antriebseinheit wird eine spielfreie Einstellung gesichert und damit auch eine gute Regelbarkeit, während die äußere Anordnung der Verspann-Antriebseinheit den besonderen Vorteil hat, daß diese gut zugänglich und einfach wartbar ist.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für einen Einblatt-Rotor, da hier der bauliche Aufwand gegenüber herkömmlichem Stand der Technik besonders verringert ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dabei ist die nach dem Anspruch 4 vorgesehene Verwendung eines Elektro-Motors in der Verspann-Antriebseinheit besonders zweckmäßig, da er leicht durch elektrische Signale zur Verstellung des Anstellwinkels gesteuert werden kann, zumal die elektrischen Signale ohnehin in dieser Form von einer elektrischen Steuerschaltung abgegeben werden.
Die Lehre nach dem Anspruch 6- hat den besonderen Vorteil, daß wegen der fehlenden Selbsthemmung im Untersetzungsgetriebe bei Ausfall des Elektro-Motors ein Rückstellen der Rotor-Blätter in die sogenannte "Segelstellung" erfolgt, in der der Rotor-Schub Null ist.
Demgegenüber ist bisher lediglich noch folgender Stand der Technik bekanntgeworden: (vgl. DE-OS 28 55 375) eine Regelvorrichtung für die Einstellung der um ihre in Längsrichtung verlaufenden Verstellachsen drehbaren Rotor-Blätter eines Windmotors, bei der auf der Rotor-Achse verschiebbar ein mit den Blättern zugeordneten Armen versehenes Element versehen ist, wobei jeder Arm über einen Gelenkmechanismus und einen Schwenkhebel mit dem jeweiligen Blatt so gekoppelt ist, daß eine Drehung des Blatts eine Verschiebung des Elements bewirkt, und wobei eine das Element mit einer durch auf--ie Blätter einwirkenden Wind verursachten Verschiebung entgegengesetzt gerichtete Kraft beaufschlagende elastische Vorrichtung vorgesehen ist, die eine ,Schraubendruckfeder aufweist, so daß bereits deswegen keine ausreichende Elnstellgenauigkeit gesichert ist, ganz abgesehen von der relativ leichten Ermüdung von Federn, insbesondere bei hoher Dauerbelastung.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der gesamten Windenergieanlage, bei der die erfindungsgemäße Stellvorrichtung benutzt wird, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rotor, und zwar in Richtung zu seiner zur Gondel führenden Abtriebswelle, Fig 3 - 5 in gegenüber Fig. 2 größerem Maßstab im wesentlichen nur die Nabe des Rotors von Fig. 2, und zwar in: - Draufsicht (wie in Fig. 2), - Seitenansicht und - Vorderansicht, wobei die eine Hälfte von Fig. 3 geschnitten dargestellt ist.
F i g . 1 zeigt eine Windenergieanlage (entsprechend einer Abbildung in der eingangs erwähnten Firmenschrift MBB) mit - einem Turm 1, der aus einer Struktur 1a und einem Seilwerk 1b besteht, - einer'vom Turm 1 getragenen Gondel 2 (als Geräteträger) mit folgenden (nicht näher dargestellten) Baugruppen: Getriebe, Welle, elektrischem Generator, Struktur, Azimut-Lager und -Antriebseinheit, Ballast, und - einem Rotor 3 mit einem Blatt 3a, einem Gegengewicht 3b und einer Nabe 3c einschließlich einer (angedeuteten) Gabel 18, auf die noch genauer eingegangen werden wird.
Es sei nun F i g . 2 näher beschrieben: Der abgebildete Rotor hat ein schematisch angedeutetes einziges Rotor-Blatt 3a (daher auch Einblatt-System genanrt), dessen Masse durch ein Gegengewicht 3b ausgeglichen ist, das mit dem Blatt 3a durch ein Innen-Rohr 13 verbunden, nämlich über einen Flansch 13a mit dem Blatt 3a verschraubt ist.
Das Innen-Rohr 13 ist über eine Blattwinkel-Lagereinheit 35a, 35b (vgl. Fig. 3) drehpositionierbar gegen ein Außen-Rohr 15 gelagert, das seinerseits über zwei Zapfen 16 mit jeweils zugeordnetem Elastomer-Lager 17 in der Naben-Gabel 18 um eine Rotor-Schlagachse A drehverstellbar gelagert ist.
Der so gebildete Rotor rotiert unter der Windeinwirkung um eine Abtriebs-Drehachse B, in deren Richtung sich eine Abtriebswelle 20 (vgl. Fig. 4) zur Gondel (vgl. Fig. 1) erstreckt.
Die Gabel 18 ist außerdem drehbar gelagert im Gondel-Gehäuse 21 (vgl. Fig. 4).
Wie weiter in Fig. 2 schematisch angedeutet, treibt eine Verspann-Antriebseinheit 25 durch ein Ritzel 27 einen Zahnkranz 29 am Innen-Rohr 13 an, um den Anstellwinkel des Rotor-Blatts 3a durch Verdrehen um die Blattwinkel-Achse C einzustellen.
Anhand von F i g . 3 - 5 sei nun auf Einzelheiten von Fig.2 eingegangen.
Die Verspann-Antriebseinheit 25 besitzt zwei Verspann-Antriebe 25a und 25b, die über ein Verbindungsglied 26 gegeneinander verspannt sind (vgl. Fig. 5).
Jeder Antrieb 25a bzw. 25b weist seinerseits auf (vgl. insbesondere Fig. 4) einen Elektromotor 35, eine Welle 36 und ein Untersetzungsgetriebe 37 t das ausgangsseitig das Ritzel 27 trägt, das seinerseits mit dem Zahnkranz 29 kämmt, indem es jeweils eine Aussparung 15a im Außen-Rohr 15 durchsetzt (vgl. insbesondere Fig. 5).
Während in Fig. 5 beide Verspann-Antriebe 25a und 25b gezeigt sind, ist in Fig. 3 und 4 jeweils nur eines (nämlich 25a) zu sehen.
Die Verspann-Antriebseinheit 25 ist im übrigen durch ein Gehäuse 40 insbesondere zum Witterungsschutz abgedeckt (vgl. Fig. 5).
Im übrigen wird der Elektromotor 35 über (nicht gezeigte) Schleifringe auf der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes 37 gespeist.

Claims

Stellvorrichtung für den Anstellwinkel der Rotor-Blätter einer Windenergieanlage Ansprüche Q Stellvorrichtung für den Anstellwinkel (um die Blattwinkelachse) der mittels einer Rotor-Nabe gelagerten Rotor-Blätter einer Windenergieanlage, insbesondere eines Einblatt-Rotors, gekennzeichnet durch - eine Verspann-Antriebseinheit (25), die - außen an der Rotor-Nabe (3c) angeordnet ist.
2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Verspann-Antriebseinheit (25) - auf einem in der Rotor-Nabe (9c) ortsfest gelagerten Außen-Rohr (15) angeordnet ist und - durch Aussparungen (15au im Außen-Rohr (15) hindurch ein die Rotor-Blätter (3a) tragendes Innen-Rohr (13) antreibt, - das relativ zum Außen-Rohr (15) verdrehbar ist.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - daß die Verspann-Antriebseinheit (25) - aus zwei Eiz1zel-Antrieben (25a, 25b) besteht.
4. Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - daß jeder Einzel-Antrieb (25a, 25b) aufweist: - einen Elektro-Motor (35) und - ein Untersetzungsgetriebe (37).
5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - daß das Untersetzungsgetriebe (37) - mit einem abtriebsseitigen Ritzel (27) - die Aussparung (15a) des Außen-Rohrs (15) durchsetzt und - einen Zahnkranz (29) am Innen-Rohr (13) antreibt.
6. Stellvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, - daß das Untersetzungsgetriebe (37) - ohne Selbsthemmung ausgeführt ist.