DE3542870A1 - Windturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine mit einem Rotor mit senkrechter Drehachse und einem an der Mastspitze eine Rotorlagerung tragenden, seitlich abgespannten, aus einem Mastrohr bestehenden Mast mit einem Mastfuß.

Windturbinen, allgemeiner auch als Windenergiekonverter bezeichnet mit senkrechter Rotordrehachse sind in zahl­ reichen Ausführungsformen bekannt. Sie bieten den Vorteil, daß sie von der Windrichtung unabhängig sind und daher mit verhältnismäßig geringem Bauaufwand ausgeführt werden können, da keine Verstellung bei einer Windrichtungs­ änderung erforderlich ist. Wegen der in den meisten Fäl­ len sehr niedrigen Anzahl von umlaufenden Vortriebsflü­ geln, in den meisten Fällen zwischen eins und drei, so­ wie wegen der in vielen Fällen zur Verbesserung des Wir­ kungsgrades vorgesehenen Verstellung der Vortriebsflügel bei jeder Rotorumdrehung entstehen Schwingungen, die über die Rotorlagerung auf die Mastspitze übertragen werden. Die von diesen Schwingungen erzeugten Kräfte und die vom Winddruck verursachten Kräfte müssen vom Mast auf­ genommen werden.

Es ist bekannt, den Mast als zylindrisches Mastrohr aus­ zuführen, dessen Mastspitze durch Streben (DE-OS 28 16 026) oder Seile (DE-AS 26 02 380) schräg nach unten abge­ spannt ist. Daneben ist es auch bekannt (EP-PS 46 370) den Mast als Gittermast auszuführen und ebenfalls mittels Seilen abzuspannen.

Der für bekannte Konstruktionen von Windturbinenmasten erforderliche Bauaufwand ist verhältnismäßig hoch, ins­ besondere wenn für Windturbinen höherer Leistung große Rotoren mit verhältnismäßig großem Durchmesser eingesetzt werden. Wegen ihres großen Gewichtes können derartige Masten nicht oder nur noch mit sehr großem Arbeitsaufwand umgelegt werden, wodurch die Wartung erheblich erschwert wird. Dies ist einer der Gründe dafür, den vom Rotor ange­ triebenen Generator nicht an der Mastspitze sondern am Mastfuß anzuordnen. Die dadurch erforderliche, von der Mastspitze zum Mastfuß führende Antriebswelle erhöht den Bauaufwand und das Gewicht des Mastes wesentlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Windturbine der ein­ gangs genannten Gattung so auszuführen, daß der Bauauf­ wand und insbesondere das Gewicht des Mastes verhältnis­ mäßig gering sind, wobei der Mast jedoch zur Aufnahme auch verhältnismäßig hoher Biege- und Schwingungsbean­ spruchungen geeignet ist, wie diese bei großen Rotoren hoher Leistung auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mastrohr sich vom Mastfuß zur Mastspitze erweitert. Dieses sich nach oben erweiternde bzw. nach unten ver­ jüngende Mastrohr ist bei verhältnismäßig geringem Ge­ wicht besonders gut geeignet, die von der Rotorlagerung eingeleiteten Biegebeanspruchungen und Schwingungsbean­ spruchungen aufzunehmen. Ein so gestalteter Windturbinen­ mast kann auch bei sehr schlanker und leichter Konstruk­ tion die am Mastfuß abzustützenden Druck- und Querkräfte übertragen. Die durch die Lage des Windangriffspunktes oberhalb bzw. unterhalb der Rotorlagerung sowie durch die auftretenden Schwingungskräfte verursachten Biege­ beanspruchungen im Bereich der Rotorlagerung werden von dem in der Nähe der Mastspitze besonders großen Rohr­ querschnitt ohne Schwierigkeiten aufgenommen, ohne daß hierfür ein besonders großer Materialaufwand erforderlich wäre. Daher ist das Mastgewicht auch bei Windturbinen Ver­ hältnismäßig hoher Leistung vergleichsweise gering, so daß der Mast mit geringem Aufwand umgelegt werden kann, um Wartungsarbeiten am Rotor bzw. im Bereich der Mast­ spitze vorzunehmen.

Zweckmäßigerweise erweitert sich das Mastrohr vom Mast­ fuß zur Mastspitze konisch, weil der Mastquerschnitt dann optimal an die an jeder Stelle jeweils auftretenden Bean­ spruchungen angepaßt ist.

Der im Bereich der Mastspitze zur Verfügung stehende, ver­ hältnismäßig große Innenraum des Mastrohres kann dazu ge­ nutzt werden, den vom Rotor angetriebenen Generator, ggf. mit einem Getriebe und einer Bremsvorrichtung im Mastrohr unterhalb der Mastspitze unterzubringen, ohne daß hierfür ein gesondertes Gehäuse vorgesehen werden müßte. In kon­ struktiv besonders günstiger Weise ist in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß das Mastrohr an seinem oberen Ende mit einer Flanschplatte verschlossen ist, unter der ein mit dem Rotor in Antriebsverbindung stehender Generator bzw. eine aus dem Generator, einem Getriebe und einer Bremsvorrichtung bestehende Baueinheit hängt. Die Flanschplatte bildet bei geringem Bauaufwand gleichzeitig den Träger für die Generator-Getriebe-Brems­ einheit und für die Rotorlagerung sowie den oberen Ab­ schluß des Mastrohres und übernimmt die Einleitung der auftretenden Kräfte in das Mastrohr; außerdem können an der Flanschplatte die Abspannseile angreifen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellungsweise eine Wind­ turbine und

Fig. 2 einen vergrößerten senkrechten Teilschnitt im Bereich der Mastspitze der Windturbine nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Windturbine weist einen Mast 1 auf, der als sich konisch nach oben erweiterndes Mast­ rohr 2 ausgeführt ist. Das Mastrohr 2 stützt sich an seinem unteren Ende an einem Mastfuß 3 ab, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Gelenk ausgeführt ist, um den Mast 1 zu Wartungs- und Montagezwecken um­ legen zu können. Hierzu dient ein seitlich am Mast 1 an­ gebrachter Hebel 4, der in Fig. 1 nur teilweise darge­ stellt ist.

An der Mastspitze 5 ist das konisch erweiterte Mastrohr 2 durch eine Flanschplatte 6 verschlossen, an der mehrere schräg nach unten geführte Abspannseile 7 angreifen, die am Boden verankert sind. Weitere Abspannseile (nicht dar­ gestellt) können im mittleren Bereich des Mastes 1 an­ greifen.

Ein mit senkrechter Rotordrehachse ausgeführter Rotor 8, der mehrere Vortriebsflügel 9 trägt, ist mit seiner Rotor­ nabe 10 in einer Rotorlagerung 11 (Fig. 2) gelagert, die Teil eines Getriebes 12 bildet, unter dem ein vom Rotor 8 anzutreibender Generator 13 mit Rotorbremsvorrichtung 14 angeordnet ist.

Die aus dem Generator 13, der Bremsvorrichtung 14 und dem Getriebe 12 mit der Rotorlagerung 11 bestehende Bau­ einheit hängt unter der Flanschplatte 6 und ist im Innen­ raum 15 des konischen Mastrohres 2 untergebracht.

Claims (4)

1. Windturbine mit einem Rotor mit senkrechter Dreh­ achse und einem an der Mastspitze eine Rotorlagerung tragenden, seitlich abgespannten, aus einem Mastrohr bestehenden Mast mit einem Mastfuß, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mastrohr (2) sich vom Mastfuß (3) zur Mastspitze (5) erweitert.

2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Mastrohr (2) vom Mastfuß (3) zur Mast­ spitze (5) konisch erweitert.

3. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mastrohr (2) an seinem oberen Ende mit einer Flanschplatte (6) verschlossen ist, unter der ein mit dem Rotor (8) in Antriebsverbindung stehender Genera­ tor (13) hängt.

4. Windturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus dem Generator (13), einem Getriebe (12) und einer Bremsvorrichtung (14) bestehende Baueinheit an der Flanschplatte (6) hängt und im oberen Abschnitt des Mastrohres (2) aufgenommen ist.