DE3714859A1 - Combination gearing for small wind and water power plants - Google Patents
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Abstract
Description
Getriebekombination zum Übertragen und Wandeln von Drehzahl und Drehmoment zwischen Kraft- und Arbeitsmaschine in Wind- und Wasser-Kleinkraftwerksanlagen mit Einrichtungen zur Regelung der Generatordrehzahl sowie zur leistungsoptimierenden Anpassung der Kraftmaschinendrehzahl an die Strömungsgeschwindigkeit des Antriebsmediums Wind oder Wasser.Gear combination for transferring and converting Speed and torque between the engine and the machine in small wind and water power plants with devices for regulating the generator speed as well as for performance-optimizing adjustment of the engine speed to the flow velocity of the Drive medium wind or water.
Bei Nutzung regenerativer, "sauberer" Energie wie Wind- und Wasserkraft und deren Umsetzung in elektrische Energie ist besonders die Effizienz der Erfassung und Umwandlung, aber auch die Anlagenkostenminimierung von besonderem Interesse. Auch sind die Betriebssicherheit und Langlebigkeit der Anlage und deren Komponenten ein wichtiges Auswahlkriterium und mit entscheidend für die Wirtschaftlichkeit solcher Konzeptionen.When using regenerative, "clean" energy such as Wind and hydropower and their implementation in electrical Energy is particularly the efficiency of capturing and Conversion, but also the minimization of plant costs of special interest. Are also operational security and longevity of the system and its components an important selection criterion and decisive for the profitability of such concepts.
Bekannte, häufig verbreitete, besonders in "Windfarmen" eingesetzte Antriebskonzeptionen bestehen zum Beispiel aus Windturbine, Stufengetriebe und Elektrogenerator, der in ein vorhandenes Netz speist und von diesem auch drehzahlmäßig stabilisiert wird. Der effektiven Umsetzung der Windenergie in kinetische Energie wird dabei aber in keiner Weise Rechnung getragen, da das Verhältnis der Rotorblattgeschwindigkeiten zur Strömungsgeschwindigkeit, welches nur in einem bestimmten Bereich eine optimale Energieumsetzung ermöglicht, nicht berücksichtigt bzw. den jeweiligen Windverhältnissen angepaßt wird.Known, common, especially in "wind farms" Drive concepts used exist at Example from a wind turbine, multi-step transmission and an electric generator, that feeds into an existing network and this is also stabilized in terms of speed. The effective conversion of wind energy into kinetic Energy is not taken into account in any way, because the ratio of the rotor blade speeds to the flow velocity, which is only in optimal energy conversion in a certain area enables, not taken into account or the respective Wind conditions is adjusted.
Für die autarke Versorgung regionaler Versorgungsnetze werden weitgehend konstante Generatordrehzahlen gefordert. Eine Möglichkeit der Drehzahlregelung besteht dazu im "Anpassen" der Schaufelstellung. Solche Regelsysteme sind jedoch sehr träge und ungenau. Außerdem wirken sich - besonders im unteren Drehzahlgebiet - die in der Höhe unterschiedlichen Strömungsverhältnisse aus; der Drehbewegung des Rotors wird dadurch eine Ungleichförmigkeit aufgezwungen.For the self-sufficient supply of regional supply networks are largely constant generator speeds required. There is a possibility of speed control in addition in "adjusting" the blade position. However, such control systems are very sluggish and imprecise. In addition - especially in the lower speed range - the different flow conditions out; the rotation of the rotor thereby imposing an irregularity.
Praktisch bewährt haben sich auch Lastregelungen. Damit kann bei starrer Verbindung Kraftmaschine-Arbeitsmaschine, z. B. bei Windturbinenantrieb durch die Belastung die ganze Maschinenkombination auf die gewünschte Generatordrehzahl oder auf eine angestrebte Kraftmaschinenläuferdrehzahl gezwungen werden. Solche (zwar einfache) Drehzahlregelungen werden aber den Erfordernissen einer effizienten Umsetzung der Windenergie in mechanische Energie ebenfalls nicht gerechnet.Load controls have also proven their worth in practice. In order to If the connection between the engine and the machine is rigid, e.g. B. in wind turbine drive by the load whole machine combination to the desired generator speed or to a target engine rotor speed are forced. Such (simple) speed controls but meet the requirements of an efficient Implementation of wind energy in mechanical Energy also not counted.
Allgemein sind solche Niederdruckkraftmaschinen-Kraftwerksanlagen dann effektiv, wenn einerseits eine variable Übertragungskomponente zwischen Kraft- und Arbeitsmaschine zum Konstanthalten der Generatordrehzahl angeordnet ist, und andererseits die Möglichkeit zu einer leistungsmaxinierenden Geschwindigkeitsregelung der Kraftmaschine besteht. Die Antriebstechnik bietet bereits zum Konstanthalten der Generatordrehzahl geeignete drehzahlgeregelte Getriebe an. Z. B. mechanische "Generatorantriebe", die sich auch schon bei Kleinwasserkraft- Pilotprojekten bewährt haben. Auch ist der Einsatz hydrostatischer Regelgetriebe in Windkraftversuchsprojekten bekannt. Letzterenfalls sind noch relativ aufwendige zusätzliche Regel- und Steuereinrichtungen erforderlich. Beim Einsatz solcher separater Getriebekonzeptionen, die noch weitere Verbindungs- und Übertragungselemente erfordern, ist der Bau- und Investitionsaufwand relativ groß. Beim Einsatz einer Kraftmaschinen- Drehzahlregelung kommen deren Einrichtungen noch hinzu, was besonders bei separater Anordnungsweise die Gesamtkosten solcher Objekte wesentlich steigert.Such low-pressure engine power plants are general effective if on the one hand a variable Transmission component between the engine and the machine arranged to keep the generator speed constant is, and on the other hand the possibility of one performance - maximizing speed control Engine exists. The drive technology offers already suitable for keeping the generator speed constant speed-controlled gearbox. For example mechanical "Generator drives", which are already used in small hydropower Have proven pilot projects. The is too Use of hydrostatic control gears in wind power test projects known. The latter are still relative complex additional regulating and control devices required. When using such separate gearbox designs, the other connection and transmission elements require is the construction and investment costs relatively large. When using an engine Speed control come their facilities in addition, which is particularly the case with a separate arrangement the total cost of such objects increases significantly.
Ein besonderer, zu beachtender Nachteil bei Windkraftanlagen ist der sehr starke Einfluß der sehr unterschiedlich auftretenden Windgeschwindigkeiten auf die Leistungsfähigkeit und Standzeiten bzw. Lebensdauer solcher Anlagen bzw. deren Aggregate und Bauelemente.A particular disadvantage to be noted with wind turbines the very strong influence is very different occurring wind speeds on the Efficiency and service life or lifespan such systems or their aggregates and components.
Geringe Verlustleistungen durch den Einsatz kleiner Komponenten zur effizienten Gewinnung einer "Grundleistung" bei niedrigen Windgeschwindigkeiten einerseits und dadurch bedingte Überlastungsgefahr und Kurzlebigkeit andererseits sind hier zwei konträre Konsequenzen. Generell ist bei der Versorgung autarker Verbraucher und -kreise die Bereitstellung einer gewissen Menge "sauberer" elektrischer Energie, d. h. mit konstanter Frequenz, z. B. für Elektrogeräte zur Haushaltsführung, und dies bereits bei relativ niedriger Windgeschwindigkeit, eine Grundforderung. Auch sollten die sporadisch auftretenden Energiespitzen auch in minderwertigerer Form verwertet werden können, z. B. für Heizzwecke oder zur elektrolytischen Wasserstoffgewinnung.Low power losses through the use of smaller ones Components for the efficient acquisition of a "basic service" at low wind speeds on the one hand and consequent risk of overloading and Short-lived, on the other hand, are two contradictions Consequences. Generally, the supply is more self-sufficient Providing consumers and circles with a certain amount of "clean" electrical energy, d. H. at a constant frequency, e.g. B. for electrical appliances Housekeeping, even at a relatively low level Wind speed, a basic requirement. Also should the sporadically occurring energy peaks also in inferior form can be used, e.g. B. for heating purposes or for electrolytic hydrogen production.
Aufgabe und Zweck vorliegenden Erfindungsgedankens ist die Schaffung von Antriebs- und Getriebekonzeptionen für Wind- und Wasserkleinkraftwerksanlagen die vorstehende technische Nachteile vernindern oder vermeiden und die herkömmlicherweise relativ hohen Investitionskosten zu reduzieren. Besonderes Ziel ist eine kompakte und gewichtserleichternde Bauweise, die auf Türmen angeordneten Windkraftwerken besonders relevant ist, sowie eine effiziente Erfassung und Umsetzung der regenerativen Energieformen.Object and purpose of the present inventive concept is the creation of drive and transmission concepts the above for small wind and water power plants reduce technical disadvantages or avoid and the conventionally relatively high Reduce investment costs. Special goal is a compact and lightweight construction that Wind power plants located on towers are particularly relevant is, as well as an efficient recording and implementation of regenerative forms of energy.
Die Lösung besteht in den in den Ansprüchen angeführten Konstruktions- und Ausführungsmerkmalen.The solution consists in those mentioned in the claims Design and execution features.
Die wesentlichen Nutzeffekte und Vorteile bestehen darin:The main benefits and advantages are there in this:
- - die Zusammenfassung und Integration der wesentlichsten Komponenten einschließlich der Kraft- und Arbeitsmaschinen in bzw. an einem Getriebegehäuse stellt eine ökonomisch günstige und kompakte Lösung dar, weiterhin wird dadurch der Montageaufwand, somit auch der Unterbau (besonders der Turm bei Windkraftwerken) verringert und verbilligt, - the summary and integration of the most essential Components including the engine and work machines in or on a gearbox housing economical and compact solution, continue is the assembly effort, and thus the Substructure (especially the tower in wind power plants) reduced and cheaper,
- - stufenlose Getriebekomponenten ermöglichen wegen der Frequenztreue des erzeugten Stromes die Versorgung autarker Netze (Inselbetrieb) und durch die Anpassungsfreiheit der Krafmaschinendrehzahl an die jeweiligen Strömungsgeschwindigkeiten des energieführenden Mediums eine effiziente Erfassung und Umsetzung solcher Energien, - Stepless transmission components allow because the frequency fidelity of the generated electricity the supply self-sufficient networks (island operation) and through the Adaptation of the engine speed the respective flow velocities of the energy-carrying medium efficient acquisition and implementation of such energies,
- - getrennte, robuste Leistungspfade für die sporadisch anfallenden Energiespitzen ermöglichen eine schwächere Auslegung des geregelten Leistungspfades, wodurch dieser Anlageteil verbilligt und durch die begrenzte Belastung dennoch die Lebensdauer gesteigert wird. - separate, robust performance paths for the sporadic resulting energy peaks allow a weaker Interpretation of the regulated power path, whereby this Plant part cheaper and due to the limited load nevertheless the lifespan is increased.
- - die Kombination verschiedener Elemente und Komponenten zu einer Einheit, z. B. mehrere Planetenstufen zu einen Mehrfachplanetengetriebe bewirkt ebenfalls eine Reduktion des Bauaufwandes. - the combination of different elements and components to a unit, e.g. B. several planetary stages to a multiple planetary gear also causes a reduction in construction costs.
Spezifische Vorteile der unterschiedlichern Ausführungsbeispiele sind unter deren Beschreibungen vermerkt.Specific advantages of the different embodiments are noted under their descriptions.
Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Getriebekombination mit einem Planetenstufengetriebe und einem stufenlosen Kegelscheibenumschlingungsgetriebe im Übertragungspfad, einer im Getriebegehäuse integrierten Windturbinenlagerbasis mit einem Reverenz- bzw. Servo- und Regelaufgaben dienenden zweiten kleinen Windrotor, sowie einer am gemeinsamen Getriebegehäuse angeordneten Generatorsitz und Getr.-Schwenkbasis.Longitudinal section of a gear combination according to the invention with a planetary gearbox and one stepless conical pulley belt transmission in Transmission path, one integrated in the gearbox Wind turbine bearing base with a reference or second small servo and control tasks Wind rotor and one on the common gear housing arranged generator seat and gear swivel base.
Idealisierte Darsellung der Kraftpfade einer erfindungsgemäßen Windturbinen-Getriebeanordnung, bestehend aus:Idealized representation of the force paths of an inventive Wind turbine gear arrangement, consisting out:
- a) einem Planeten-Übersetzungsgetriebe zur Steigerung der Eingangsdrehzahl des stufenlosen Getriebes a) a planetary transmission gear to increase the input speed of the continuously variable transmission
- b) einem Planeten-Überlagerungsgetriebe zum Antrieb einer die Drehbewegung vergleichmäßigenden Schwungmasse, wobei besonders bei niedriger Windturbinendrehzahl die Schwungraddrehzahl erhöht wird; b) a planetary superposition gear for driving a flywheel equalizing the rotary motion, especially at low wind turbine speeds the flywheel speed is increased;
- c) einem weiteren Überlagerungsgetriebe für den Verstellantrieb zum selbstregelnden Verstellen der Turbinenflügel. c) a further superposition gear for the adjustment drive for self-adjusting the Turbine blades.
Geschwindigkeits-Strahlendiagramme
zu Fig. 2, wobei
Fig. 3 der Funktionsbeschreibung der Komponente a
Fig. 4 der Funktionsbeschreibung der Komponente b
Fig. 5 der Funktionsbeschreibung der Komponente c dient.
Velocity ray diagrams of Fig. 2, wherein
Fig. 3 of the functional description of component a
Fig. 4 of the functional description of component b
Fig. The functional description of component c 5 serves.
Schemadarstellung einer Windkraftanlage mit einen Überlagerungsgetriebe und zwei elektr. Generatoren und einen Windturbinen-Referenzläufer, sowie einer integrierten Turbinenflügelverstelleinrichtung.Schematic representation of a wind turbine with a superposition gear and two electr. Generators and one Wind turbine reference rotor, as well as an integrated Turbine blade adjustment device.
Schemadarstellung einer Kleinwasserkraftanlage mit einen mittelschlechtigen Wasserrad.Schematic representation of a small hydropower plant with one medium bad water wheel.
Schemadarstellung einer Klein-Wasserkraftanlage mit verschiedenen alternativen Sonsor- und Regeleinrichtungen.Schematic representation of a small hydropower plant with different alternative sensor and control devices.
Schemadarstellung einer Wasserkraftmaschinen-Getriebekombination mit einer Ossbergerwasserturbine und zwei Arbeitsmaschinen, letztere bestehend aus einem Elektrogenerator an einen drehzahlgeregelten Übertragungspfad sowie einer Hydraulikpumpe in einen starren Übertragungspfad und einer kraftmaschinendrehzahloptimierenden Belastungsregelung.Schematic representation of a hydraulic power transmission combination with an Ossberger water turbine and two working machines, the latter consisting of an electric generator to a speed-controlled transmission path and one Hydraulic pump into a rigid transmission path and one Load control that optimizes engine speed.
Modifizierte Schemadarstellung von Fig. 9 mit einer Zuflußmengenregulierung.Modified schematic representation of FIG. 9 with an inflow regulation.
Schemadarstellung eines Stufengetriebes für Klein-Wind- oder Wasserkraftanlagen zur Erzeugung von Elektrizität mit zwei Arbeitsmaschinen: einen Generator und einer Hydraulikpumpe mit Belastungsregeleinrichtung zur Drehzahlregelung der gesamten Anlage.Schematic representation of a multi-step transmission for small wind or Hydroelectric power plants with two Working machines: a generator and a hydraulic pump with load control device for speed control of the entire Investment.
Schemadarstellung eines Getriebes mit einer Stufenlosgetriebekomponente und einer, auf zweckentsprechender Übersetzungsanpassung basierenden Leistungsregelung für bevorzugt externe Arbeitsmaschine wie z. B. Pumpen. Schematic representation of a transmission with a continuously variable transmission component and one, on appropriate translation adaptation based power control for preferred external Work machine such. B. pumps.
Getriebegehäuse 1 bildet die Grundbasis der Windkraftanlage. An bzw. in ihm befinden sich die Windturbinenlagerbasen 2, die Generatoranflanschbasis 3 sowie die Drehbasis 4 des Gehäuses selbst zum Nachführen an die Windrichtung, sowie die Lagerbasis 5 des dafür erforderlichen Seitenwindflügels. An die Windturbinenwelle 6 schließt sich im Gehäuseinneren zur Steigerung der Drehzahl ein Planetengetriebe an mit dem äußeren Sonnenrad 7, dem verdrehfesten Planetensteg 8 mit den Planetenrädern 9, welche mit dem inneren Sonnenrad 10 im Eingriff stehen. Letzteres steht über dem daran verdrehfesten Zahnrad 11 mit dem auf der Welle 12, der Kegelscheibe 14 sitzenden Zahnrad 16 in Verbindung und führt über Kegelscheibe 15 und Zahnrad 19 zum Generator 20.Gear housing 1 forms the basic basis of the wind turbine. On or in it are the wind turbine bearing bases 2 , the generator flange base 3 and the rotary base 4 of the housing itself for tracking the wind direction, and the bearing base 5 of the side wind vane required for this. A planetary gear is connected to the wind turbine shaft 6 in the interior of the housing to increase the speed, with the outer sun gear 7 , the non-rotatable planet web 8 with the planet gears 9 , which are in engagement with the inner sun gear 10 . The latter is connected via the gear 11, which is non-rotatable thereon, to the gear 16 seated on the shaft 12 , the conical disk 14 , and leads via the conical disk 15 and gear 19 to the generator 20 .
In den Wellennabe 21 befinden sich die verdrehbar gelagerten Rotorblätter 22 a, b, mit dem Verstellgestänge 23, welches durch eine axial verstellbare Hülse 24 betätigt wird. Diese erfährt ihre Axialbewegung über die Gewindeklötze 25, welche wiederum auf der als Gewindespindel 26 ausgebildeten, in der Turbinenwelle 6 sitzenden weiteren Hohlwelle 27 angeordnet sind. Diese Hohlwelle 27 ist mit dem Steg eines weiteren unter Fig. 2 und 5 näher beschriebenen Planetengetriebes 28 verbunden, welches eine Verstelldrehbewegung dann einleitet, wenn eine Abweichung eines vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen Laufschaufelumfangsgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit des antreibenden Mediums vorliegt. Dafür befindet sich in der hohlen Turbinenwelle 6 die Welle 29 mit einem im Zentrum der Kraftmaschine bzw. davorgesetzten Referenz-Windrotor 30 zur Erfassung der Windgeschwindigkeit. Der Blattanstellwinkel kann somit alleine nach leistungsoptimierenden Kriterien gewählt und nachgeführt werden. Die Generatordrehzahl wird durch das drehzahlgeregelte stufenlose Getriebe 14, 15 konstant gehalten. In the shaft hub 21 are the rotatably mounted rotor blades 22 a, b , with the adjusting linkage 23 , which is actuated by an axially adjustable sleeve 24 . This undergoes its axial movement via the threaded blocks 25 , which in turn are arranged on the further hollow shaft 27 , which is designed as a threaded spindle 26 and is seated in the turbine shaft 6 . This hollow shaft 27 is connected to the web of a further planetary gear 28 described in more detail in FIGS. 2 and 5, which initiates an adjusting rotary movement when there is a deviation in a predetermined speed ratio between the blade peripheral speed and the flow speed of the driving medium. For this purpose, the shaft 29 is located in the hollow turbine shaft 6 with a reference wind rotor 30 in the center of the engine or in front of it for detecting the wind speed. The blade pitch angle can thus be selected and tracked solely on the basis of performance-optimizing criteria. The generator speed is kept constant by the speed-controlled continuously variable transmission 14, 15 .
Die wesentlichen spezifischen Vorteile dieser erfindungsgemäßen Ausführungskonzeption sind:The main specific advantages of this invention Execution concept are:
- - durch konstante Generatordrehzahlregelung kann die Kraftmaschinendrehzahl leistungsoptimierend angepasst werden. - By constant generator speed control, the engine speed can be adjusted to optimize performance.
- - die Referenz-Kraftmaschine stellt außer für die Regelvorgänge erforderliche Istwertmeldungen auch Servo- und in gewissem Maße noch Notversorgungsaufgaben sicher. - The reference engine provides except for the control processes required actual value messages also servo and in some Dimensions still safe emergency tasks.
Mehrfachplanetengetriebe:Multiple planetary gears:
- a) Zur Drehzahlsteigerung eines oder mehrerer Antriebspfade. Der Antrieb erfolgt über die Kraftmaschinenwelle 6, Planetensteg 45, Planetenrad 46, einem inneren Sonnenrad 47, einem daran verdrehfesten Zahnrad 48 zum antreibenden Zahnrad 12, welches wiederum die Übertragungsbase zu einer Arbeitsmaschine bildet.a) To increase the speed of one or more drive paths. The drive takes place via the engine shaft 6 , planetary web 45 , planetary gear 46 , an inner sun gear 47 , a gear 48 which is fixed against rotation to the driving gear 12 , which in turn forms the transmission base to a working machine.
- b) Zur Drehzahlsteigerung einer Schwungmasse 49 zur Stabilisierung der Drehbewegung im niedrigen Drehzahlbereich der Kraftmaschine. Das mit der Kraftmaschinenwelle 6 verdrehfeste äußere Sonnenrad 50 führt den Kraftfluß über Planetenrad 51, welches auf einem Planetensteg 52 sitzt, über ein weiteres inneres Sonnenrad 73 und Stegzapfen 53 zum inneren Sonnenrad 55 des Schwungrades 49. Die Abstützbasis des Planetenrades 51 bildet das innere Sonnenrad 73 auf Welle 74, welche wiederum mit der konstant laufenden Welle eines Regelgetriebes in Verbindung steht.b) To increase the speed of a flywheel 49 to stabilize the rotary movement in the low speed range of the engine. The outer sun gear 50 , which is rotatable with the engine shaft 6, guides the power flow via the planet gear 51 , which is seated on a planetary web 52 , via a further inner sun gear 73 and web pins 53 to the inner sun gear 55 of the flywheel 49 . The support base of the planet gear 51 forms the inner sun gear 73 on shaft 74 , which in turn is connected to the constantly running shaft of a control gear.
- c) Zur automatischen Verstellung und Regelung der Turbinenblatt- Verstellmechanismen (z. B. für Pos. 28 in Fig. 1). Das äußere, mit der Kraftmaschinenwelle 6 verbundene Sonnenrad 56 steht mit Planetenrad 91 im Eingriff. Dieses ist auf Planetensteg 57 gelagert, welcher an der Hohlwelle 27, dem Verstellantrieb angeordnet ist. Weiterhin steht Planetenrad 91 mit dem inneren Sonnenrad 58 im Eingriff, welches wiederum mit einer Referenzläuferwelle 29 verbunden ist.c) For automatic adjustment and control of the turbine blade adjustment mechanisms (e.g. for item 28 in Fig. 1). The outer sun gear 56 connected to the engine shaft 6 meshes with the planet gear 91 . This is mounted on planetary web 57 , which is arranged on the hollow shaft 27 , the adjustment drive. Furthermore, planet gear 91 is in engagement with the inner sun gear 58 , which in turn is connected to a reference rotor shaft 29 .
Hierbei sind Pos. 60, 61 extreme Antriebswinkelgeschwindigkeitsvektoren
der Antreibswelle 6 bzw. des
Steges 45
Pos. 62, 63 die zugeordneten Winkelgeschwindigkeitsvektoren
des Planetenrades 46 um den
Fixpunkt 64,
welche dem inneren Sonnenrad 47 und dem damit verbundenen Zahnrad
48 über Wälzpunkt 65 die Winkelgeschwindigkeit verleiht,
wodurch aus Wälzpunkt 68 Zahnrad 12 um seine Drehachse
die Winkelgeschwindigkeit 69/70 aufgezwungen bekommt.Items 60, 61 are extreme drive angular velocity vectors of the drive shaft 6 and the web 45, respectively
62, 63 the assigned angular velocity vectors of the planet gear 46 around the fixed point 64 ,
which gives the inner sun gear 47 and the gear 48 connected to it via pitch point 65 the angular velocity, whereby from pitch point 68 gear 12 about its axis of rotation the angular velocity 69/70 is forced.
Pos. 71, 72 sind extreme Antriebsgeschwindigkeitsvektoren am
äußeren Sonnenrad 50,
Pos. 75 der Winkelgeschwindigkeitsvektor eines mit dem
konstant laufenden Ausgangspfad eines Regelgetriebes
verbundenen Sonnenrades 73.Pos. 71, 72 are extreme drive speed vectors on the outer sun gear 50,
75 the angular velocity vector of a sun gear 73 connected to the constantly running output path of a control gear.
Die Umfangsgeschwindigkeit des Wälzpunktes 76 verleiht dem Planetensteg 52 die Winkelgeschwindigkeiten 77, 78, wodurch Planetenrad 54 um den Fixpunkt 79 die Winkelgeschwindigkeit 80/81 erfährt.The peripheral speed of the pitch point 76 gives the planetary web 52 the angular speeds 77, 78 , whereby the planet gear 54 experiences the angular speed 80/81 around the fixed point 79 .
Über Eingriffspunkt 82 bekommt das innere Sonnenrad 55 und somit die damit verdrehfeste Schwungmasse 49 die Winkelgeschwindigkeit 83/84 aufgezwungen.Via the point of engagement 82 , the inner sun gear 55 and thus the non-rotatable flywheel 49 is forced to the angular velocity 83/84 .
Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Planetenanordnung besteht darin, daß sie bei einer niedrigen Antreibsgeschwindigkeit 71 eine hohe Schwungraddrehzahl 83 und bei einer hohen Antriebsdrehzahl 72 eine mäßige, bzw. eine unwesentlich erhöhte Schwungraddrehzahl bewirkt. Dadurch wird bei niedrigen, ungleichmäßigen bzw. ungleichförmigen Antriebsdrehzahlen die Arbeits- und Kraftmaschinendrehbewegung stabilisiert, ohne daß bei hohen Antriebsdrehzahlen diese Partie zu schnell läuft. Dies wirkt sich auch vorteilhaft auf die Auslegungsbedingungen aus, bezüglich Geschwindigkeit und Momentbelastung entstehen keine besonderen Anforderungen.The advantage of this planetary arrangement according to the invention is that it causes a high flywheel speed 83 at a low drive speed 71 and a moderate or an insignificantly increased flywheel speed at a high drive speed 72 . As a result, the work and engine rotation is stabilized at low, uneven or non-uniform drive speeds, without this section running too fast at high drive speeds. This also has an advantageous effect on the design conditions; there are no special requirements with regard to speed and moment load.
Pos. 85 ist der Winkelgeschwindigkeitsvektor des kraftmaschinenwellenfesten
äußeren Sonnenrades 56,
Pos. 86 ist der Winkelgeschwindigkeitsvektor des referenzradfesten
inneren Sonnenrades 58.
Pos. 85 is the angular velocity vector of the outer sun gear 56 fixed to the engine shaft ,
Item 86 is the angular velocity vector of the inner sun gear 58 fixed to the reference wheel.
Das Planetenverhältnis ist vorteilhafterweise so angelegt, daß bei einem vorbestimmten, einzuhaltenden Drehgeschwindigkeitsverhältnis zwischen den kraft- und arbeitsmaschinenidentischen Basen 56 und 58 z. B. ω₅₆/ω₅₈ 0,5-0,6 beträgt, die Winkelgeschwindigkeit des Steges 57 und somit auch der Hohlwelle 27 Null beträgt. Ändert sich z. B. die Arbeitsturbinengeschwindigkeit 85 um den Betrag +Δω₅₆=Pos. 87, erfährt der Steg 57 und somit der Rotorblattverstellantrieb 27 eine Winkelgeschwindigkeitsänderung zu +Δω₅₇=Pos. 88. Vermindert sich 85 um 89, erfährt der Planetensteg 57 eine Verstellbewegung um -Δω₅₇=Pos. 90.The planetary ratio is advantageously designed in such a way that, for a predetermined rotational speed ratio to be maintained, between the bases 56 and 58, which are identical to the engine and machine, z. B. ω ₅₆ / ω ₅₈ 0.5-0.6, the angular velocity of the web 57 and thus also the hollow shaft 27 is zero. Changes z. B. the turbine speed 85 by the amount + Δω ₅₆ = Pos. 87 , the web 57 and thus the rotor blade adjustment drive 27 experience a change in angular velocity to + Δω ₅₇ = Pos. 88 . If 85 decreases by 89 , planetary land 57 undergoes an adjustment movement by - Δω ₅₇ = Pos. 90 .
Vorliegende erfindungsgemäße Verstellantriebsausführung stellt eine sichere, einfache und robuste Konzeption dar, die ohne zusätzliche bzw. fremde Servo-Betätigungs- und Steuereinrichtungen arbeitet.The present adjustment drive design according to the invention provides a safe, simple and robust conception that without additional or external servo actuation and control devices works.
Durch Zusammenfassung aller drei Planetensysteme zu einer Baueinheit läßt sich eine konstruktiv günstige Lösung erzielen. By combining all three planetary systems into one unit a constructively favorable solution can be achieved.
Das als mittelschlächtiges Zellrad ausgebildete Wasserrad 160 mit seinen Kammern bzw. Zellen 161 nutzt sowohl die Gewichtswirkung als auch die Impulskraft (Geschwindigkeitsenergie) des durch die Rinne 162 ankommenden Wassers aus. Die Zuflußmenge wird durch den Schütz 163 im Damm 164 sitzend bestimmt, welcher einen Speicher 165 bildet mit seinem Höchstspiegel 166. Im leeren Zustand mit Niedrigstpegel 167 dient dieser nur als Durchfluß eines Gewässers. Das Wasserrad 160 treibt über die Antriebswelle 168 ein ins Schnelle übersetzendes Stufengetriebe 169 einen daran angeordneten stufenlosen, selbstregelnden Drehzahlwandler 170 mit dem Generator 171 an. Zur Dämpfung von eventuell durch die Zelleinteilung des Rades verursachte Ungleichmäßigkeiten befindet sich auf der schnellaufenden Basis des Getriebes 169 eine Schwungmasse 172. Die Zuflußgeschwindigkeit bzw. die Eintrittsgeschwindigkeit im Wasserrad bestimmt im Maximalfall die Stauhöhe gemäß Pegel 166 im Minimalfall die Fließgeschwindigkeit des durch den Speicher fließenden Gerinnes. Im vorliegenden Beispiel sei der Geschwindigkeitsbereich 3 : 1 angenommen. Die Zuflußregelung durch Schütz 163 kann über die an Spindel 173 angreifende Stellmutter 174 oder manuell mittels Handrad 175 oder motorisch durch einen die Stellmutter umbauenden, hydraulischen Stellmotor 176 bewerkstelligt werden. Die Energie für den Servoantrieb liefert eine auf der variablen Wandlerseite des Getriebes 170 angeordnete Ölpumpe 177, deren Druckleitung 178 durch eine Drosseleinrichtung 179 weiter durch Leitung 180 sowie eine Rücklaufleitung 181 zur Regel- und Steuereinrichtung 182 führt. Von dort gelangt das Druckmedium über die Leitungen 183 oder 184 zum Umschaltelement 185, welches bei manueller Betätigung des Schützes 163 einen wirkungslosen Umlauf des Druckmediums erlaubt. Die Regel- und Steuereinrichtung besteht im wesentlichen aus einem hydraulischen Schaltelement 186 für drei Betriebsstufen (Umlauf und zwei richtungsunterschiedliche Zu- und Abflüsse zum Stellmotor) und zwei gegenläufig wirkende Stellorgane 184 und 188. Stellorgan 184 ist als Druckzylinder ausgebildet mit den Kolben 189 deren angrenzende Druckräume 190, 192 über Leitungen 192 und 193 vor und nach der Drosselstelle 179 die Druckleitung 179 anzapfen. Die vom Kolben 189 auf das Schaltelement 186 ausgeübte Kraft ist der Druckdifferenz an der Drossel 179 direkt proportional. Stellorgan 188 ist ein Druckgehäuse mit einer Membrane 184 deren beidseitige, sie beaufschlagende Druckräume 185 und 186 über die Leitungen 197 und 198 zu einer zuflußgeschwindigkeitsmessenden Sonde 199, die als Pitotrohr ausgebildet ist, führen. Anstelle eines Pitotrohres kann zum Beispiel auch eine vom Zulauf durchströmte Meßblende oder ein in den Zulauf ragendes, kleines Flügelrad mit einer Ölpumpe, deren Förderstrom mit relativ niedrigem Druck eine Drosselstelle ähnlich der Einrichtung 179 durchströmt, zur Geschwindigkeitsmessung herangezogen werden. Auch können bei Speichern, deren Füllungsgrad bzw. Pegelhöhe alleine die Ausflußgeschwindigkeit bestimmt, mittels mechanischer oder hydrostatischer Meßwertaufnehmer ein zuflußgeschwindigkeitsaquates Signal der Regel- und Steuereinrichtung 182 zugeführt werden. An der Regel- und Steuereinrichtung 182 sind die aktiven Partien ihrer Stellorgane und die sie beaufschlagenden Drücke so aufeinander abgestimmt, daß die auf Kolben 189 einwirkende DruckdifferenzThe water wheel 160 with its chambers or cells 161 , designed as a medium-sized cellular wheel, utilizes both the weight effect and the impulse force (speed energy) of the water arriving through the channel 162 . The inflow amount is determined by the contactor 163 seated in the dam 164 , which forms a reservoir 165 with its maximum level 166 . In the empty state with the lowest level 167 , this serves only as the flow of water. The waterwheel 160 drives, via the drive shaft 168, a step-by-step transmission 169 , which converts rapidly, a stepless, self-regulating speed converter 170 arranged thereon with the generator 171 . A flywheel 172 is located on the high-speed base of the gear 169 to dampen any irregularities caused by the cell division of the wheel. The inflow speed or the entry speed in the waterwheel determines the accumulation height according to level 166 in the maximum case and the flow rate of the channel flowing through the reservoir in the minimum case. In the present example, the speed range is assumed to be 3: 1. The inflow control by contactor 163 can be accomplished via the adjusting nut 174 acting on the spindle 173 or manually by means of the handwheel 175 or by means of a motor using a hydraulic adjusting motor 176 which converts the adjusting nut. The energy for the servo drive is provided by an oil pump 177 arranged on the variable converter side of the transmission 170 , the pressure line 178 of which leads through a throttle device 179 through line 180 and a return line 181 to the regulating and control device 182 . From there, the pressure medium reaches the switchover element 185 via the lines 183 or 184 , which, when the contactor 163 is actuated manually, allows the pressure medium to circulate without effect. The regulating and control device essentially consists of a hydraulic switching element 186 for three operating stages (circulation and two directionally different inflows and outflows to the servomotor) and two counteracting actuators 184 and 188 . Actuator 184 is designed as a pressure cylinder with pistons 189 tapping their adjacent pressure spaces 190, 192 via lines 192 and 193 before and after throttle point 179, pressure line 179 . The force exerted by the piston 189 on the switching element 186 is directly proportional to the pressure difference at the throttle 179 . Actuator 188 is a pressure housing with a membrane 184 , the pressure spaces 185 and 186 of which they act on both sides and lead via lines 197 and 198 to a flow rate measuring probe 199 , which is designed as a Pitot tube. Instead of a pitot tube, it is also possible, for example, to use a measuring orifice through which the inlet flows or a small impeller projecting into the inlet with an oil pump, the flow of which flows through a throttle point similar to device 179 at a relatively low pressure, for speed measurement. In the case of memories whose filling level or level height alone determines the outflow rate, a flow rate-equivalent signal can be supplied to the regulating and control device 182 by means of mechanical or hydrostatic transducers. On the regulating and control device 182 , the active parts of their actuators and the pressures acting on them are matched to one another in such a way that the pressure difference acting on the piston 189
und
Membrane 184 and
Membrane 184
kräftemäßig bei einem vorgegebenen und einzuhaltenden Geschwindigkeitsverhältnis
v Rad /v Zufluß =0,5
im Gleichgewicht stehen. Wird
geschwindigkeitsbedingt das Kräftegleichgewicht gestört, gibt das
Steuerorgan 182 an den Stellantrieb 176 ein entsprechendes,
korrigierendes Stellkommando zur Änderung der Zulaufmenge bzw. Änderung
der Radleitung und somit deren Geschwindigkeit.in terms of strength at a given speed ratio to be observed
v Rad / v inflow = 0.5
to be in balance. If the balance of forces is disturbed due to the speed, the control member 182 issues a corresponding, correcting control command to the actuator 176 for changing the inflow quantity or changing the wheel line and thus its speed.
Das Wasserrad 20 treibt über seinen Zahnkranz 202, den Winkeltrieb 203, das Übertragungselement 204, das Zahnradgetriebe 205, den sich auf konstante Abtriebsdrehzahl selbstregelnden stufenlosen Drehzahlwandler 206, den elektrischen Generator 207 an. Über ein Schaltelement 208, z. B. in Form einer hydraulisch gesteuerten Schaltkupplung, kann noch eine weitere Arbeitsmaschine, z. B. eine Pumpe 209, an den drehzahlgeregelten Treibpfad angekoppelt werden. Pos. 210 sei eine vorrangig mit elektrischem Strom zu versorgende Verbraucheranlage. Das die Effektivität der Energieumsetzung am Wasserrad bestimmende Geschwindigkeitsverhältnis wird einerseits aus dem Geschwindigkeitssensor 210 im Zuflußgerinne 211 und andererseits dem Drehzahlsensor 220 im Getriebe 206 gewonnen. Deren geschwindigkeitsproportionalen Ausgangssignale in den dargestellten Umsetzern 216, 219 wirken auf den Signalknotenpunkt bzw. Regler 222 ein, von dem aus ein Stell- oder Steuersignal auf ein Stellorgan 223 einwirkt. Dieses betätig nacheinander Schalt- oder Steuerelemente zum Zuschalten weiterer definierter Leistungsverbraucher. Zum Beispiel besteht 223 aus einem hydraulischen Schaltelement, welches den über einen von einer Pumpe 227 im Getriebe 206 versorgten Servokreis zu einer hydraulisch betätigten Schaltkupplung 208 freigibt und die Pumpe 209 an- oder abkoppelt oder bzw. und über elektrische Schalter 225 und 226 weitere elektrische Verbraucher 228 und 229 an das Generatornetz schaltet. Die Abstimmung der Ausgangssignale der einander zugeordneten Umsetzern 216-219 mit dem resultierenden Ausgangssignal in 222, die Zuschaltpunkte und die Leistung der zusätzlichen Verbraucher 228 und 229, die die Raddrehzahl bestimmt, wird vorteilhafterweise so gewählt, daß das Geschwindigkeitsverhältnis v Radumf. /v Wasser ein für die Energieumsetzung optimales Verhältnis von 0,5∼±20% beträgt. Als Drehzahlaufnehmer 212 bzw. 220 und -umsetzer stehen zur Wahl:The waterwheel 20 drives the electric generator 207 via its ring gear 202, the angular drive 203 , the transmission element 204 , the gear transmission 205 , the continuously variable speed converter 206 , which regulates itself at a constant output speed. Via a switching element 208 , e.g. B. in the form of a hydraulically controlled clutch, another work machine, for. B. a pump 209 , can be coupled to the speed-controlled drive path. Item 210 is a consumer system that is primarily to be supplied with electrical current. The speed ratio determining the effectiveness of the energy conversion on the water wheel is obtained on the one hand from the speed sensor 210 in the inflow channel 211 and on the other hand the speed sensor 220 in the transmission 206 . Their speed-proportional output signals in the converters 216, 219 shown act on the signal node or controller 222 , from which an actuating or control signal acts on an actuator 223 . This actuates switching or control elements one after the other to connect further defined power consumers. For example, 223 consists of a hydraulic switching element, which releases the servo circuit, which is supplied by a pump 227 in the transmission 206 , to a hydraulically actuated clutch 208 and which couples or decouples the pump 209, and / or further electrical consumers via electrical switches 225 and 226 228 and 229 switches to the generator network. The matching of the output signals of the associated converters 216-219 with the resulting output signal in 222 , the connection points and the power of the additional loads 228 and 229 , which determines the wheel speed, is advantageously chosen so that the speed ratio v Radumf. / v water is an optimal ratio for energy conversion of 0.5∼ ± 20%. The following are available as speed sensors 212 or 220 and converters:
für Zuflußgeschwindigkeit:
Pos. 213 Staurohr Δ p=f(v²)
Pos. 214 Prallplatte s=f(F)=f(v)
Pos. 215 Flügelraddrehzahlgeber U=f(v) for flow rate:
Item 213 Pitot tube Δ p = f (v ²)
Item 214 baffle plate s = f (F) = f (v)
Item 215 Vane wheel speed sensor U = f (v)
für Drehzahl:
mit Pos. 216, 217 Ölpumpe mit
drosselstreckenbedingter
Druckdifferenz
Δ p=f(q²)=f(n²)
mit Pos. 218 Fliehkraftregler s=f(n)
mit Pos. 219 Drehzahlgeber U=f(n) for speed:
with pos. 216, 217 oil pump with throttle section pressure difference
Δ p = f (q ²) = f (n ²)
with item 218 centrifugal governor s = f (n)
with item 219 speed sensor U = f (n)
Unter der Bedingung, daß bei unterschiedlichen Leistungsreserven des Gerinnes die Zuflußgeschwindigkeit weitgehend konstant ist und nur die Wassermenge variiert, so daß die Füllung der Radkammern die Leistungsunterschiede bewirken, kann ein konstantes Vergleichssignal von einem Sollwertgeber 221 als wasserradgeschwindigkeitsbestimmende Sollwertvorgabe eingesetzt werden. In diesem Fall kann der Geschwindigkeitssensor 212 im Zufluß 211 eingespart werden. Under the condition that the inflow speed is largely constant and only the amount of water varies with different power reserves of the channel, so that the filling of the wheel chambers cause the performance differences, a constant comparison signal from a setpoint generator 221 can be used as the setpoint value determining the water wheel speed. In this case, the speed sensor 212 in the inflow 211 can be saved.
Die Getriebekombination besteht im wesentlichen aus dem Getriebegehäuse 230 mit der darin bzw. daran angeordneten Kraftmaschine 231, dem Stufengetriebe 232, der Stufenlosgetriebekomponente 233 mit dem Elektrogenerator 234 und darin angeordneter Hydropumpe 235. Der Generator 234 wird vorzugsweise über die Stufenlosgetriebekomponente 233 mittels einer nicht dargestellten Regel- und Verstelleinrichtung auf konstanter Drehzahl gehalten. Die Kraftmaschine wird durch eine Belastungsregelung auf einer, der Strömungsgeschwindigkeit des antreibenden Mediums zugeordneten, leistungsoptimalen Drehzahl gehalten. Dafür weist sie außer dem Arbeitsturbinenläufer 236 noch einen, weitgehend Referenzaufgaben dienenden, die Strömungsgeschwindigkeit erfassenden Läufer 237 auf. Außer dieser Ausführungsform sind noch andere, z. B. davor angeordnete flügelradähnliche Ausführungen vorstellbar. Die Laufschaufelausbildung dieser Turbinenräder 236 und 237 ist so abgestimmt, daß bei Abweichung eines vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnisses in einer Steuer- und Stelleinrichtung 238 ein Stellsignal ausgeübt wird. Diese Einrichtung 238 besteht vorwiegend z. B. aus einer referenzläuferfesten Gewindespindel 239, mit welcher eine in einem Längsschlitz 240 der Turbinenwelle 241 verschiebbaren Gewindekulisse 242 in Eingriff steht und über einem aufgesetzten Überträgerflansch 243 die Stellsignale auf ein Übertragergestänge bzw. -system 244 weitergeleitet wird. Im vorliegenden Ausführungsfalle besteht das leistungsbestimmte Regelorgan 245 aus einem Druckregler, der den Druck der Hydraulikpumpe 235 bestimmt.The transmission combination essentially consists of the transmission housing 230 with the engine 231 arranged therein or thereon, the stepped transmission 232 , the continuously variable transmission component 233 with the electric generator 234 and the hydraulic pump 235 arranged therein. The generator 234 is preferably kept at a constant speed via the continuously variable transmission component 233 by means of a regulating and adjusting device, not shown. The engine is held at a power-optimal speed assigned to the flow rate of the driving medium by a load control. For this purpose, in addition to the working turbine runner 236, it also has a runner 237 , which largely serves reference tasks and detects the flow velocity. In addition to this embodiment, there are others, e.g. B. previously arranged impeller-like designs imaginable. The blade formation of these turbine wheels 236 and 237 is coordinated such that an actuating signal is exerted in a control and actuating device 238 when a predetermined speed ratio deviates. This device 238 is predominantly z. B. from a reference rotor fixed threaded spindle 239 , with which in a longitudinal slot 240 of the turbine shaft 241 displaceable threaded link 242 is engaged and the control signals are transmitted to a transmission linkage or system 244 via an attached transmitter flange 243 . In the present embodiment, the power-determining control element 245 consists of a pressure regulator that determines the pressure of the hydraulic pump 235 .
Somit wird über diesen Leistungspfad die vom Elektrogenerator 234 nicht voll genutzte anfallende Antriebsenergie in Form von Wärme erfaßt. Diese wird in einen Wärmetauscher 246 vom Primärsystem 247 an ein Sekundärsystem 248, welches beliebige Verbraucher 249 - bevorzugt Wärmeverbraucher des Haushaltes - weitergegeben.Thus, the drive energy which is not fully used by the electric generator 234 in the form of heat is detected via this power path. This is passed into a heat exchanger 246 from the primary system 247 to a secondary system 248 , which any consumer 249 - preferably household heat consumers - passed on.
Mit vorliegender Kleinkraftwerkskonzeption lassen sich anfallende regenerative Energien effizient erfassen und ausnutzen, wobei vorrangig die Versorgung mit "sauberer" (frequenztreuer) Elektrizität sichergestellt und die diesbezüglich überschüssige Energie in Form von Wärme nützlich erfaßt wird. Vorteilhaft ist ferner, daß der drehzahlgeregelte Kraftpfad (für eine ohnehin begrenzte Grundlast) relativ klein und somit kostengünstig ausgebildet werden kann, während die Energiespitzen durch die robuste Hydropumpe 235 verarbeitet werden. Dieses Lösungskonzept steigert daher auch die Betriebssicherheit und Lebensdauer solcher Anlagen. Je nach Relation von Energieangebot und Bedarfsanteil elektrischer Energie kann es vorteilhaft sein, ähnlich Fig. 10, eine Vorrang- bzw. Abschalteinrichtung für verschiedene elektrische Verbraucherkreise auszuführen, die ebenfalls von der Steuereinrichtung 238 gesteuert werden.With the present small power plant concept, the regenerative energies generated can be efficiently recorded and exploited, the supply of "clean" (frequency-compliant) electricity being ensured and the excess energy in the form of heat being recorded in a useful manner. It is also advantageous that the speed-controlled force path (for an already limited base load) can be made relatively small and thus inexpensive, while the energy peaks are processed by the robust hydraulic pump 235 . This solution concept therefore also increases the operational safety and service life of such systems. Depending on the relationship between the energy supply and the proportion of electrical energy required, it can be advantageous, similar to FIG. 10, to implement a priority or shutdown device for various electrical consumer circuits, which are also controlled by the control device 238 .
Vorliegende Kleinkraftwerkskonzeption entspricht im wesentlichen Fig. 9. Während vorstehendes Konzept weitgehend dahingehend ausgerichtet ist, alle anfallende Energie, z. B. in Laufwassern zu erfassen und auszunutzen, dient vorliegende Abwandlung der dosierten, verbrauchsorientierten Entnahme von Energie bevorzugt aus Speicheranlagen. Dafür wird bei leistungsoptimalem Drehzahl-Zuflußgeschwindigkeitsverhältnis über eine Zuflußmengenreguliereinrichtung 250, 251, 238, die Leistungszufuhr zur Kraftmaschine 231 gesteuert. The present small-scale power plant concept essentially corresponds to FIG. 9. While the above concept is largely geared towards all the energy which arises, for. B. to detect and exploit in running water, this modification serves the metered, consumption-oriented removal of energy preferably from storage facilities. For this purpose, the power supply to the engine 231 is controlled by an inflow quantity regulating device 250, 251, 238 with an optimally optimized speed-inflow speed ratio.
Die Leistungsregelung der Arbeitsmaschine 231 erfolgt verbraucherabhängig z. B. durch einen Thermostaten 252, der auf ein Druckregelventil 253 einwirkt, welches den Druck der Pumpe bestimmt. Zur Sicherstellung, daß die Energieverbraucher die Leistungsfähigkeit der Kraftmaschine 231 bei effektiver Umsetzung nicht überfordern, kann eine Einrichtung 254 angeordnet sein, die vor Erreichen eines Maximalleistungspunktes der Kraftmaschine zweitrangige Verbraucherkreise, z. B. 255, wegschaltet.The power control of the working machine 231 is dependent on the consumer, for. B. by a thermostat 252 , which acts on a pressure control valve 253 , which determines the pressure of the pump. To ensure that the energy consumers do not overwhelm the performance of the engine 231 when effectively implemented, a device 254 can be arranged which, before reaching a maximum power point of the engine, secondary consumer groups, z. B. 255 , switches off.
Am oder im Stufengetriebe 260 integriert befinden sich die Kraftmaschine 261, die Hydropumpe 262, der Elektrogenerator 263. Die Drehzahlregelung aller verbundenen Kraft- und Arbeitsmaschinen 261, 262, 263 erfolgt durch eine Belastungsregelung der Kraftmaschine 261. Dabei setzt sich die Gesamtbelastung der Kraftmaschine 261 aus der vom Verbraucher 267 bestimmten Belastung des Generators 263 und der geregelten Belastung der Hydropumpe 262 deren Leistung in Form von Wärme an den Wärmetauscher 246 übertragen wird, zusammen. Die Leistungsregelung der Arbeitsmaschine 262 erfolgt durch deren variable Druckbeaufschlagung durch das Druckregelorgan 264, welches wiederum von einem Drehzahlsensor, z. B. in Form eines Fliehkraftreglers 265 gesteuert wird. Parallel in dieser Regelstrecke ist eine Vorrangsschalteinrichtung 266 für verschiedene elektrische Verbraucherkreise 268, 269 angeordnet, womit bei geringem Leistungsangebot die Versorgung eines vorrangig elektrischen Versorgungskreises 267 sichergestellt wird.The engine 261 , the hydraulic pump 262 and the electric generator 263 are integrated on or in the multi-step transmission 260 . The speed control of all connected power and working machines 261, 262, 263 takes place through a load control of the engine 261 . The total load on the engine 261 is composed of the load on the generator 263 determined by the consumer 267 and the regulated load on the hydraulic pump 262, the power of which is transmitted to the heat exchanger 246 in the form of heat. The power control of the working machine 262 takes place through its variable pressurization by the pressure control member 264 , which in turn is controlled by a speed sensor, e.g. B. is controlled in the form of a centrifugal governor 265 . A priority switching device 266 for various electrical consumer circuits 268, 269 is arranged in parallel in this controlled system, whereby the supply of a primarily electrical supply circuit 267 is ensured with a small range of services.
Der Vorzug und Vorteil dieser Kleinkraftwerkskonzeption liegt in der einfachen Ausführung einer Drehzahlregelung und dem Einsatz spitzenbelastungunproblematischer Komponenten für autarke Netzversorgungsanlagen (Inselbetrieb).The advantage and advantage of this small power plant concept lies in the simple execution of a Speed control and the use of peak loads are less problematic Components for self-sufficient network supply systems (Island operation).
Am bzw. im Getriebegehäuse 270 integriert sind die Kraftmaschinen 271 und die Stufenlosgetriebekomponente 272, deren Abtriebsbasis über einen Kegeltrieb 274, 273 und der Welle 275 eine externe Arbeitsmaschine oder alternativ eine zugeordnete bzw. integrierte Arbeitsmaschine 276 antreibt. Die Kraftmaschine 271 weist den Arbeitsrotor 277 und Referenzrotor 278 auf, deren funktionelles Zusammenspiel, welches sich in einem Regelsignal 279 auswirkt, unter Fig. 9 beschrieben ist. Die leistungsoptimierende Kraftmaschinendrehzahlreglung erfolgt dadurch, daß bei Abweichung einer vorbestimmten Stellgröße bzw. Position 279 die Stufenlosgetriebekomponente 272 in ihrer Übersetzung in einer Weise durch das hydraulische Steuerelement 280 so verändert wird, daß bei einer durch den Verbraucher eingeprägten Belastung an den Arbeitsmaschinen 275, die Kraftmaschine 271 leistungsmäßig so beaufschlagt wird, daß sie in einem vorbestimmten, entsprechend ihres Kennfeldes leistungsoptimalen Drehzahlniveau betrieben wird.Integrated on or in the transmission housing 270 are the engines 271 and the continuously variable transmission component 272 , the output base of which drives an external machine or, alternatively, an associated or integrated machine 276 via a bevel gear 274, 273 and the shaft 275 . The engine 271 has the working rotor 277 and reference rotor 278 , the functional interaction of which is reflected in a control signal 279 is described in FIG. 9. The performance-optimizing engine speed control takes place in that, in the event of a deviation from a predetermined manipulated variable or position 279, the translation of the continuously variable transmission component 272 is changed in such a way by the hydraulic control element 280 that the engine 271 when the consumer imposes a load on the working machines 275 performance is applied so that it is operated in a predetermined, according to its map performance-optimal speed level.
Zum Einsatz vorliegender Getriebekonzeption in einer Windkraftanlage erfolgt die Steuerung und Betätigung einer obligaten Haltebremse 281 durch einen, mittels einer im wesentlichen windgeschwindigkeitsproportional vom Referenzrotor 278 angetriebenen Hydraulikpumpe 282 vorsorgten Hydraulikkreis. Dabei wird über hydr. Steuerelement 283 die Bremseinrichtung 284 sowohl gelüftet als auch geschlossen. Das Stellkommando dazu liefert der Differenzdruck der Drosselstelle 285, der auf die Stelleinrichtung 287 des Steuerelementes 283 einwirkt. Drosselstelle 285 und die Federkraft der Steuereinrichtung 287 sind so abgestimmt und die Funktion des Steuerelementes so geartet, daß sowohl unter als auch über einer vorbestimmten Windgeschwindigkeit und somit Förderleistung der Pumpe 282 die Haltebremse 281/284 aktiv wird. Dadurch ist eine einfache, sichere, autarke Betriebsweise sichergestellt.To use the present transmission concept in a wind power plant, the control and actuation of an obligatory holding brake 281 takes place by means of a hydraulic circuit which is provided by means of a hydraulic pump 282 which is driven essentially by the reference rotor 278 and is proportional to wind speed. It is hydr. Control element 283, the braking device 284 both released and closed. The control command for this is provided by the differential pressure of the throttle point 285 , which acts on the control device 287 of the control element 283 . Throttle point 285 and the spring force of the control device 287 are coordinated and the function of the control element is such that the holding brake 281/284 becomes active both under and above a predetermined wind speed and thus delivery rate of the pump 282 . This ensures a simple, safe, self-sufficient mode of operation.
Mit vorliegender Kraftwerksgetriebekonzeption lassen sich regenerative Energien vorrang zu Förderzwecken (Pumpenantrieb) effizient nutzen.Leave with the present power plant gearbox concept regenerative energies take priority for funding purposes Use (pump drive) efficiently.
Claims (23)
- a) das Getriebegehäuse der stufenlosen Getriebekomponenten mit dem einer feststufigen Getriebekomponente (1, 169, 206, 232) als Baueinheit ausgebildet ist und eine Lagerbasis für einen Kraftmaschinenrotor (6, 241) aufweist;
- b) das Getriebegehäuse (1, 206, 170, 233) eine Anflanschbasis (3, 171, 207) für mindestens eine Arbeitsmaschine aufweist;
- c) bei Windkraftwerksanlagen das Getriebegehäuse (1, 102) eine Lagerbasis (4) für die horizontale Schwenkeinrichtung aufweist;
- d) im Getriebegehäuse Regel-, Verstell- und Servoeinrichtungen (25, 28, 182, 216-224, 238, 250, 251, 264, 280) zum leistungsoptimierenden Anpassen der Kraftmaschinendrehzahl an die Strömungsgeschwindigkeit des energieliefernden Mediums Wind- oder Wasser angeordnet sind;
- e) am Getriebegehäuse eine weitere Lagerbasis für einen zweiten, bevorzugt Reverenz- oder Servoaufgaben dienendem zweiten Kraftmaschinenrotor (30, 126, 137, 278) angeordnet ist;
- f) im Getriebegehäuse eine mit dem Kraftpfad verbundene Schwungmasse (49, 172) angeordnet ist.
- a) the transmission housing of the continuously variable transmission components is designed with that of a fixed-stage transmission component ( 1, 169, 206, 232 ) as a structural unit and has a bearing base for an engine rotor ( 6, 241 );
- b) the gear housing ( 1, 206, 170, 233 ) has a flange base ( 3, 171, 207 ) for at least one working machine;
- c) in the case of wind power plants, the gear housing ( 1, 102 ) has a bearing base ( 4 ) for the horizontal swiveling device;
- d) control, adjustment and servo devices ( 25, 28, 182, 216-224, 238, 250, 251, 264, 280 ) are arranged in the transmission housing for adapting the engine speed to the flow rate of the energy-supplying medium wind or water in order to optimize performance.
- e) a further bearing base for a second motor rotor ( 30, 126, 137, 278 ), preferably serving reference or servo tasks, is arranged on the gear housing;
- f) a flywheel ( 49, 172 ) connected to the force path is arranged in the transmission housing.
- a) bei Unterschreiten einer vorbestimmten unteren Betriebsdrehzahl bzw. Windgeschwindigkeit wird die Bremse (13, 132, 281) aktiv;
- b) im Bereich eines vorbestimmten Windgeschwindigkeitsbereiches wird die Bremse gelüftet;
- c) nach Überschreiten einer vorbestimmten Windgeschwindigkeit wird die Bremse wieder aktiv.
- a) the brake ( 13, 132, 281 ) becomes active when the speed falls below a predetermined lower operating speed or wind speed;
- b) the brake is released in the range of a predetermined wind speed range;
- c) after a predetermined wind speed is exceeded, the brake becomes active again.
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