DE602004012244T2

DE602004012244T2 - Windkraftwerk

Info

Publication number: DE602004012244T2
Application number: DE602004012244T
Authority: DE
Inventors: Eystein Borgen
Original assignee: Sway AS
Current assignee: Sway AS
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2024-04-29
Also published as: NO324756B1; JP4651614B2; PT1618301E; AU2004235020A1; ATE388326T1; KR101070653B1; WO2004097217A1; DK1618301T3; CA2523274C; NO20031888L; AU2004235020B2; EP1618301A1; KR20060008893A; ES2303635T3; CA2523274A1; EP1618301B1; US7296971B2; NO20031888D0; PL1618301T3; CY1108068T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Anordnungen für ein schwimmendes Windkraftwerk, wobei das Maschinengehäuse nicht-drehbar mit dem Mast des Windkraftwerks verbunden ist und der Mast um eine Mastdrehachse drehbar ist. Außerdem ist der Mast mit zumindest einer Zugstange und zumindest einem Ausleger versehen, wobei sich die zumindest eine Zugstange von einem oberen Teil des Masts über den zumindest einen Ausleger zu einem unteren Teil des Masts erstreckt.
Der effektive Schwerpunkt des Masts liegt unterhalb seines Zentrums des Auftriebs, da der Mast mit dem Meeresboden direkt oder über Zugbeine verankert ist. Der effektive Schwerpunkt des Windkraftwerks zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt wird durch das gesamte Gewicht und die Form des Kraftwerks und den Einfluss von Gewicht, Form und Zugkräften von dem Verankerungssystem bestimmt. Dies bedeutet, dass die Position des effektiven Schwerpunkts durch verschiedene Kombinationen von Ballast und Spannung von dem Verankerungssystem aufrecht erhalten werden kann, d. h. dass verringerter Ballast durch vergrößerte Zugkraft von dem Verankerungssystem kompensiert werden kann.
Die Erfindung betrifft außerdem ein beinahe vertikales Drehgelenk/Kugeldrehverbindung, das den Mast mit einem drehsteifen Fundament verbindet, wobei die Richtung der Drehachse leicht von der Senkrechten durch die Achse, die durch einen Rotor verläuft, abweichen kann. Ein Rotorgehäuse ist auf eine drehsteife Weise mit einem oberen Teil des Masts verbunden. Die axiale Richtung des Drehgelenks gewährleistet, dass die Windkräfte gegen den Rotor ein Drehmoment auf den Mast ausüben, das den Rotor zu jeder Zeit in einer günstigen Position relativ zu der Windrichtung hält. Als Folge dieses Effekts kann die Gestaltung des Masts optimiert werden, so dass die maximale Biegespannung in einer Ebene auftritt, die mit der Mittelachse durch den Mast und der Mittelachse durch den Rotor zusammenfällt.
Im Falle von vertikal schwimmenden Windkraftwerksmasten, die schwimmen, weil der effektive Schwerpunkt unterhalb des Zentrums des Auftriebs des Masts liegt, wobei der Mast mit dem Meeresboden direkt oder über Zugbeine verankert ist, wird der Mast großen Biegemomenten ausgesetzt. Um eine ausreichende Stabilität zu erreichen, wird ein Mast dieser Art annähernd zweimal so hoch wie ein an Land befindlicher, ähnlicher konventioneller Mast sein.
Die Biegemomente treten sowohl wegen des Einflusses der Wellen auf die Struktur als auch wegen der Kraft des Winds gegen den Windkraftgeneratorrotor an dem oberen Ende des Masts auf. Wenn sich der Mast wegen der Windkraft neigt, wird der Einfluss der vertikal nach oben gerichteten Auftriebskraft als eine flexible Halterung für den Mast in dem gesamten Bereich von der Wasseroberfläche bis dort hinunter, wo der Mast einen positiven Auftrieb aufweist, wirken. Deshalb wird der effektive Hebelarm länger als in dem Fall eines ähnlichen Masts sein, der sein Fundament an Land hat und daher eine kürzere gesamte Mastlänge aufweist. Zusätzlich werden die Biegemomente in dem Mast auch oft größer als für entsprechende Masten an Land sein, wenn ein Versuch gemacht wird, die auf See vorkommende höhere Durchschnittswindgeschwindigkeit zu nutzen.
Weil sich der Mast neigt, wenn er den Windkräften ausgesetzt ist, wird es wünschenswert sein, den Rotor bei einem anderen Winkel als 90 Grad zu dem Mast festzusetzen, um zu gewährleisten, dass die Achse des Rotors annähernd horizontal bleibt. Dies bedeutet, dass die Rotorblätter gegen den Mast schlagen könnten, wenn der Rotor auf der windwärtigen Seite des Masts positioniert ist. Es wird deshalb wünschenswert sein, in der Lage zu sein, den Rotor auf der leewärtigen Seite des Masts zu positionieren. Jedoch führt dies zu dem Nachteil, dass die Rotorblätter jedes Mal, wenn ein Blatt die 6-Uhr-Position durchläuft, durch den Schattenbereich hinter dem Mast treten, was zu einer plötzlichen Veränderung des Winddrucks gegen die Blätter und somit einer wesentlichen Ermüdungsspannung führt.
Wenn die Achse des Rotors auf dem Mast bei einem anderen Winkel als 90 Grad zu dem Mast, wie oben beschrieben, positioniert ist, wird das Drehmoment von dem Rotor, das in dem Windkraftwerksgenerator in Energie umgewandelt wird, außerdem teilweise als ein Drehmoment nach unten durch den Mast übertragen werden. Dies wird dazu führen, dass das Windkraftwerk eine Tendenz aufweist, sich von dem Wind weg zu drehen, wenn es nicht nicht-drehbar an dem Meeresboden befestigt ist. Wenn das Windkraftwerk auf eine nicht-drehbare Weise in Position gehalten wird, wird das mehr oder weniger konstante Drehmoment durch die Richtungsmotoren oder -bremsen des Windkraftwerks gehandhabt werden müssen, die zwischen dem Maschinengehäuse und dem Mast angebracht sind.
Im Stand der Technik offenbart die DE 197 44 174 A1 ein schwimmendes Windkraftwerk, das ein Auftriebselement umfasst, auf dem der Mast des Windkraftwerks angebracht ist. Das Auftriebselement ist an einem in einer Verankerung auf dem Meeresboden vorgesehenen Gelenk angebracht. Das Auftriebselement kann direkt an dem Gelenk oder an einem Verbindungselement, wie einer Zugstange oder einer Kette, die an dem Gelenk angebracht ist, angebracht sein.
Die WO 03/004869 offenbart eine Meereswindturbine, die in einigen Ausführungsformen schwimmt und bei der sich der Schwerpunkt unterhalb des Zentrums des Auftriebs befindet. Bei einer Ausführungsform (siehe 7) ist der Mast um die Längsachse durch den Mast 3 durch die Verwendung eines Drehlagers drehbar.
Jedoch offenbart keine dieser Veröffentlichungen irgendeine Art von Mittel zum Absorbieren von Biegespannungen in dem Mast.
Das Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale, die in der nachfolgenden Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen offenbart sind, erreicht.
Die Erfindung basiert darauf, eine der Anordnungen des schwimmenden Windkraftwerks zum Aufrechterhalten der Richtung relativ zu dem Wind, wie oben beschrieben, von einem oberen Teil des Windkraftwerksmasts zu dessen unterem Teil zu bewegen. Das Drehgelenk eines Masts, das eine im Wesentlichen vertikale Mittelachse aufweist und im Wesentlichen mit der Senkrechten zu einer Mittelachse durch einen Windkraftwerksrotor zusammenfällt, ist an dem unteren Teil des Masts angebracht. Ein Maschinengehäuse, das einen Windkraftwerksrotor, ein Getriebegehäuse und einen Generator oder ein Übertragungsgetriebe zu dem Getriebegehäuse und dem Generator, der sich weiter unten an dem Mast befindet, enthält, ist nicht-drehbar mit dem Windkraftwerksmast verbunden.
Der untere Teil des Masts ist mit dem Meeresboden oder einem mit dem Meeresboden verankerten Zugbein, das nachfolgend als das Verankerungssystem bezeichnet wird, verbunden. Die Verbindung zwischen dem Mast und dem Verankerungssystem besteht aus einem frei biegbaren, drehsteifen Gelenk (Gelenkkupplung) gemäß dem Stand der Technik an sich.
Im Folgenden wird

a) eine Mittelachse durch den Rotor eines Windkraftwerks als die Rotordrehachse bezeichnet; und
b) eine Mittelachse durch das Drehgelenk des Windkraftwerks als die Mastdrehachse bezeichnet.

Die Position der Dreheinrichtungen des Windkraftwerks bedeutet, dass der Wind immer von der gleichen Seite des Masts kommen wird, da der gesamte Mast zusammen mit dem Maschinengehäuse und dem Rotor in den Wind gedreht wird. Dies weist einen Einfluss darauf auf, wie der Mast gebaut werden kann, da der Mast der größten Spannung aus einer klar definierten Richtung ausgesetzt ist.
Wenn der resultierende Angriffspunkt der auf den Mast durch Ozeanströme und Wellen ausgeübten Kräfte in der Mastdrehachse liegt, wird der Mast nicht durch die Kräfte von den Ozeanströmen und dem Wind gedreht werden. Für einen Mast mit einem kreisförmigen Querschnitt und einer geradlinigen Mittelachse ist es deshalb vorteilhaft, dass die Mastdrehachse und die Mittelachse des Masts übereinstimmen, um zu verhindern, dass der Mast durch Ozeanströme und Wellen zum Drehen gebracht wird.
Das Drehmoment des Rotors wird auf einen Generator übertragen. Wie dies die Stabilität des Masts beeinflusst, hängt von der Richtung der Rotordrehachse relativ zu der Mastdrehachse ab. Es gibt zwei verschiedene Situationen:

a) Die Rotordrehachse liegt bei einem rechten Winkel zu der Mastdrehachse: Das Drehmoment wird auf den Mast als ein Biegemoment übertragen;
b) Die Rotordrehachse liegt nicht bei rechten Winkeln zu der Mastdrehachse: Das Drehmoment wird auf den Mast teilweise als ein Biegemoment und teilweise als ein Drehmoment um die Mastdrehachse übertragen.

Der Mast wird auch durch die Windkräfte gegen die Rotorblätter beeinflusst, da die gesamte Windkraft gegen die Blätter ein Drehmoment auf den Mast um die Mastdrehachse ausüben wird, wenn der gemeinsame Angriffspunkt der Kräfte nicht mit der Mastdrehachse zusammenfällt. Wenn der besagte Angriffspunkt in der Windrichtung betrachtet vor der Mastdrehachse liegt, werden die Windkräfte versuchen, den Mast so zu drehen, dass der Rotor auf der gegenüberliegenden Seite, d. h. auf der leewärtigen Seite des Masts, positioniert ist.
Folglich wird die Richtung der Mastdrehachse verwendet, um zu steuern, wie der Mast und dessen Rotor relativ zu dem Wind orientiert werden. Deshalb bedeutet die Tatsache, dass sich der Mast konstant mit dem Wind dreht, dass ein bedeutender Vorteil in Hinsicht auf Materialverbrauch, Gewicht und die Kosten zum Bauen eines schwimmenden Windkraftwerksmasts erreicht wird.
Der wichtigste Gestaltungsfaktor für einen Windkraftwerksmast ist tatsächlich die durch den Winddruck gegen den Rotor, das Maschinengehäuse und den Mast verursachte Biegespannung in der Windrichtung. Bei einem gewöhnlichen Mast mit einem sich drehenden Maschinengehäuse muss der Mast für Winddruck aus allen Richtungen ausgelegt sein. Die Verwendung eines Masts, der sich mit dem Wind dreht, wird es ermöglichen, dass der Mast so gebaut wird, dass er die größten Kräfte in nur einer Richtung absorbiert.
Wenn die Mastdrehachse die Rotordrehachse in der Richtung des Rotors betrachtet vor dem Rotor, d. h. vor dem Zentrum des Angriffspunkts der Windkräfte auf dem Rotor, schneidet, und wenn das Maschinengehäuse und der Mast hinter dem Rotor liegen, wird der Mast in den Wind gedreht mit dem Rotor auf der windwärtigen Seite des Masts gehalten werden.
Wenn die Mastdrehachse die Rotordrehachse in der Richtung des Rotors betrachtet hinter dem Rotor, d. h. hinter dem Zentrum des Angriffspunkts der Windkräfte auf dem Rotor, schneidet, und wenn das Maschinengehäuse und der Mast hinter dem Rotor liegen, wird der Mast mit dem Wind gedreht gehalten werden, so dass der Rotor auf der leewärtigen Seite des Masts liegt.
Wenn der Schnittpunkt der besagten Drehachsen nahe bei dem Rotor liegt, wird die Drehstabilität des Masts klein sein. Die Drehstabilität steigt an, wenn der Abstand zwischen dem Schnittpunkt und dem Rotor zunimmt.
Es ist wünschenswert, die Rotordrehachse im Wesentlichen während des Betriebs horizontal zu halten. Wegen der Windkräfte gegen den Mast wird sich der Mast in der Windrichtung neigen. Es ist außerdem wünschenswert, einen bestimmten Abstand zwischen dem Mast und den äußeren Enden der Rotorblätter aufrecht zu erhalten, um zu verhindern, dass die Blätter in starkem Wind gegen den Mast schlagen. Eine Konsequenz der zwei besagten Faktoren ist, dass es vorteilhaft ist, den Rotor auf der leewärtigen Seite des Masts zu halten. Die Mastdrehachse wird deshalb vorteilhaft so positioniert, dass die Mastdrehachse die Rotordrehachse in der Richtung des Rotors betrachtet hinter dem Rotor schneidet, wobei das Maschinengehäuse und der Mast hinter dem Rotor liegen.
Die windwärtige Seite des Masts ist mit einer Abstützung/Stangen versehen, die geeignet ist, die Biegespannungen zu absorbieren, die hauptsächlich in einer mit der Windrichtung und/oder der Wellenrichtung zusammenfallenden Ebene ausgeübt werden. Die Abstützung/Stangen kann durch Verbinden einer oder mehrerer Zugstangen von dem oberen Teil des Masts zu dem unteren Teil des Masts über einen oder mehrere Ausleger vorzugsweise in der Umgebung des mittleren Teils des Masts oder an einem Teil, wo die Biegemomente des Masts am größten sind, gebildet werden.
Der obere Teil des Masts weist zweckmäßigerweise ein aerodynamisches Profil auf, um Turbulenz auf der leewärtigen Seite des Masts zu verhindern oder zu minimieren. Deshalb werden die Nachteile bezüglich dessen, dass die Rotorblätter jedes Mal, wenn sie die leewärtige Seite des Masts durchlaufen, einem verringerten Winddruck ausgesetzt sind, minimiert. Auf diese Weise wird das Risiko einer Ermüdungsspannung verringert, da die Lastveränderungen auf den Blättern minimiert werden.
Wenn sich die Windrichtung über einen kurzen Zeitraum ändert, ohne dass der Mast schnell genug mit ihr gedreht wird, kann der Wind wesentliche Transversalkräfte auf den Mast ausüben und Turbulenz hinter dem Mast erzeugen. Um dem entgegenzuwirken, kann der hintere Rand des aerodynamischen Profils flexibel gebildet werden oder das ganze Profil so auf dem Mast angebracht werden, dass es ihm ermöglicht ist, sich zu einem gewissen Grad mit dem Wind zu drehen, ohne dass der Mast gedreht wird. Deshalb werden die Windkräfte selbst gewährleisten, dass das aerodynamische Profil immer in der Windrichtung liegt. Wahlweise kann das Profil mit einer Dämpfung versehen werden, so dass dessen Anpassung an die veränderte Windrichtung gleichmäßiger ist.
Da das Drehgelenk des Masts nahe bei der Gelenkkupplung angebracht ist, ist das Biegemoment auf das Drehgelenk beinahe Null. Deshalb kann das Drehgelenk kleiner und weniger teuer als ein bei dem Maschinengehäuse an dem oberen Ende des Masts befindliches konventionelles Drehlagersystem gebildet werden. Ein konventionelles Drehlagersystem muss für relativ große Biegespannungen von dem Rotor des Windkraftwerks ausgelegt sein.
Das Drehgelenk könnte mit der Mittelachse des Masts zusammenfallend angebracht werden. Das Windkraftwerk wird dann eine Position mit dem Rotor auf seiner leewärtigen Seite, auf dieselbe Art wie ein Wetterhahn, annehmen. Wegen der durch die Windkräfte verursachten Neigung des Masts, einer Neigung, die typischerweise stationär ungefähr 5–20 Grad betragen wird, und des Verlangens, die Rotorachsenrichtung im Wesentlichen während des Betriebs horizontal zu halten, wird der Rotor typischerweise bei einem stationären Winkel von 90 Grad + 5–20 Grad = 95–110 Grad zwischen der Rotordrehachse und der Mastdrehachse angebracht werden.
Da die Rotordrehachse nicht bei rechten Winkeln zu der Mastdrehachse liegt, wird das von dem Rotor durch den Generator übertragene Drehmoment ein Drehmoment auf den Mast um die Mastdrehachse herum ausüben. Dies ist ungünstig, weil es bedeutet, dass der Rotor eine Tendenz aufweist, von der Windrichtung weg gedreht zu werden. Weil das Drehgelenk im Wesentlichen kein Biegemoment absorbiert, kann die Mastdrehachse bei rechten Winkeln zu der Rotordrehachse, d. h. "schief" relativ zu der Mittelachse des Masts, und bei derselben Anzahl von Grad wie die oben erwähnten 5–20 Grad festgesetzt werden. Deshalb wird der Mast nicht länger eine Tendenz aufweisen, die Rotorachse von der Windrichtung weg zu drehen.
Die Windkraftwerkskabel für die Übertragung elektrischer Leistung laufen von dem Generator durch den Mast und hinunter zu dem Meeresboden. Um das Verdrehen des Kabels, wenn das Windkraftwerk mit dem Wind durch eine oder mehrere Umdrehungen in derselben Richtung gedreht wird, zu minimieren, ist es ein Vorteil, dass das Kabel entlang des Zentrums durch die Drehlagereinrichtung und die Gelenkkupplung des Masts an dem unteren Ende des Masts läuft.
Die Gelenkkupplung ist deshalb zweckmäßigerweise mit einem offenen Zentrum gemäß dem Stand der Technik an sich versehen.
Um zu verhindern, dass die Kabelverbindung durch das Drehgelenk als Folge dessen, dass sich der Mast mehrere Male mit der Änderung der Windrichtung dreht, verdreht wird, ist das Drehgelenk zweckmäßigerweise mit Einrichtungen zum Erzwingen einer Drehung des Masts zurück zu einer Position, die für die Kabel neutral ist, versehen. Die Einrichtungen zum Erzwingen einer Drehung sind zweckmäßigerweise mit Einrichtungen zur Verhinderung eines Blockierens der Drehfunktion, zum Beispiel durch Verwendung eines oder mehrerer hydraulisch betätigter Motoren, kombiniert.
Nachfolgend folgt eine Beschreibung eines nicht-beschränkenden Beispiels einer bevorzugten Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht wird, wobei:
1 eine Seitenansicht eines schwimmenden Windkraftwerks mit einem Mast, der nicht drehbar über eine Zugstange verankert ist, und mit einem Maschinengehäuse, das drehbar mit dem Mast verbunden ist, ist;
2a eine Seitenansicht eines schwimmenden Kraftwerks in dem gleichen Maßstab wie 1 ist, wobei eine Mastdrehachse bei rechten Winkeln zu einer Rotordrehachse liegt und der Mast durch Streben stabilisiert wird und mit aerodynamischen Abdeckungen versehen ist;
2b in einem größeren Maßstab einen entlang der Linie II-II durch den Mast in 2a genommenen Querschnitt zeigt;
2c eine Seitenansicht eines schwimmenden Windkraftwerks in dem gleichen Maßstab wie 1 ist, wobei die Mastdrehachse schräg zu der Windrichtung steht;
3 in einem größeren Maßstab einen Längsschnitt durch eine Verbindung zwischen einem Mast mit einem geneigten Drehgelenk, einer frei biegbaren Gelenkkupplung und einem zugbeanspruchten Verankerungsbein zeigt;
4 in dem gleichen Maßstab wie 3 einen Längsschnitt durch eine alternative Verbindung zwischen einem Mast mit einem geraden Drehgelenk, einer frei biegbaren Gelenkkupplung und einem zugbeanspruchten Verankerungsbein zeigt.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, in der die Bezugszahl 1a ein schwimmendes Windkraftwerk kennzeichnet, bei dem ein Mast 2 nicht-drehbar mit dem Meeresboden 5 durch ein zugbeanspruchtes Verankerungsbein 7 und eine Verankerung 8 verankert ist und ein oberer Teil 8 des Masts 2 über die Oberfläche des Meeres 11 hervorsteht. Ein Maschinengehäuse 12 ist drehbar mit dem oberen Teil 8 des Masts 2 verbunden. Ein Rotor 14 weist eine Rotordrehachse 16 bei rechten Winkeln zu der Mittelachse des Masts 2 auf. Ein Pfeil 19 kennzeichnet die Richtung des Winds in Richtung auf das Windkraftwerk.
Als nächstes wird auf 2a–3 Bezug genommen, wobei die Bezugszahl 1b ein schwimmendes Windkraftwerk gemäß der Erfindung kennzeichnet, bei dem ein Mast 3 mit dem Meeresboden 5 durch das zugbeanspruchte Verankerungsbein 7 und die Verankerung 8 verankert ist und ein oberer Teil 9 des Masts 3 über die Oberfläche des Meeres 11 hervorsteht. Ein Maschinengehäuse 13 ist nicht-drehbar mit dem oberen Teil 9 des Masts 3 verbunden. Ein Rotor 15 weist eine Drehachse 17 bei rechten Winkeln zu der Mittelachse des Masts 3 auf. Der Pfeil 19 kennzeichnet die Windrichtung in Richtung auf das Windkraftwerk.
Der Mast 3 ist mit dem zugbeanspruchten Verankerungsbein 7 durch eine Gelenkverbindung 23 verbunden.
Die Gelenkverbindung 23 umfasst ein Drehgelenk 27a und eine Gelenkkupplung 25. Das Drehgelenk 27a ist an dem unteren Teil 21 des Masts 3 schräg angebracht, so dass eine Mastdrehachse 29 die Rotordrehachse 17 schneidet. Das Drehgelenk 27a ist drehbar an einem Lagergehäuse 31 durch ein Kugellager 33 und axiale Verschlussmittel (nicht gezeigt) auf dem Drehgelenk 27a und in dem Lagergehäuse 33 befestigt. Das Lagergehäuse 31 ist an dem oberen Abschnitt 35 einer Gelenkkupplung 25 befestigt. Eine Abdichtung 34 befindet sich unterhalb des Lagers 33 und dichtet einen ringförmigen Raum 32 zwischen dem Drehgelenk 27a und dem Lagergehäuse 31 ab.
Die Gelenkkupplung 25 bildet eine drehsteife Verbindung mit dem Zugbein 7.
Eine Ummantelung 37 ist an dem Befestigungspunkt des Drehgelenks 27a mit dem unteren Teil 21 des Masts 3 befestigt und dichtet fest um diesen herum ab und umgibt im Wesentlichen das Lagergehäuse 31. Eine Abdichtung 39 ist unterhalb des Lagers 33 platziert und schließt einen ringförmigen Raum 40 zwischen der Ummantelung 37 und dem Lagergehäuse 31. Die ringförmigen Räume 32 und 40 kommunizieren über das Lager 33 und sind mit einem Lagerschmiermittel gefüllt.
Die Ummantelung 37 ist mit Motorhalterungen 41 und mehreren hydraulischen Motoren 43 versehen, die über ein Antriebsgetriebe 45 mit einem an dem Lagergehäuse 31 befestigten Randgetriebe 47 in Eingriff sind. Die Motoren 43 sind mit einer Antriebseinheit (nicht gezeigt) und einem Steuersystem (nicht gezeigt) verbunden.
Bei einer in 4 gezeigten alternativen Ausführungsform fällt die Mittelachse eines Drehgelenks 27b, d. h. die Mastdrehachse 29, mit der Mittelachse des Masts 3 zusammen.
Das Drehgelenk 27a, 27b weist einen offenen mittleren Durchlass 51 auf. Die Gelenkkupplung 25 und das Zugbein 7 weisen auch offene mittlere Durchlässe 53 und 55 zum Durchführen von Kabeln zu dem Windkraftwerk (nicht gezeigt) auf.
Gemäß 2a ist der Mast 3 mit einer Zugstange 61 versehen, die mit den oberen und unteren Teilen 9, 21 des Masts 3 verbunden ist und durch zwei Ausleger 63 ausgestreckt gehalten wird, die an dem Mast 3 befestigt sind und bei einer Ausführungsform der Erfindung von der windwärtigen Seite des Masts um ±30 Grad relativ zu einer Ebene hervorstehen, die mit der Windrichtung und/oder der Wellenrichtung zusammenfällt.
Der obere Teil 9 des Masts 3 ist aerodynamisch geformt, d. h. mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt. Der obere Teil 9 des Masts kann mit aerodynamischen Abschirmungen 71, die vorzugsweise teilweise um den Mast 3 drehbar sind, versehen sein und kann gestaltet sein, die Turbulenz des Winds (19) auf der leewärtigen Seite des Masts (3) zu verringern.
Der Mast 3 schwimmt im Wesentlichen aufrecht und wird durch Verankern mit dem Meeresboden 5 unter Spannung des Zugbeins 7 in Position gehalten.
Die Gelenkkupplung 25 gewährleistet, dass das Drehgelenk 27a oder 27b kein Biegemoment absorbiert.
Das Drehgelenk 27a oder 27b und dessen Halterung 31, 33 gewährleisten, dass der Mast 3 sich frei um die Mastdrehachse 29 drehen und eine Richtung annehmen kann, die der Windrichtung entspricht.
Durch Bestimmen der Richtung der Mastdrehachse 29 relativ zu der Rotordrehachse 17 und des resultierenden Angriffspunkts der Windkräfte auf dem Rotor 15 ist es möglich, zu bestimmen, wie der Mast relativ zu der Windrichtung positioniert sein wird.
Das Festsetzen der Mastdrehachse 29, so dass diese die Rotordrehachse 17 mit dem Rotor vor dem Maschinengehäuse 13 betrachtet (wie in 2c gezeigt) vor dem Rotor 15 schneidet, wird dazu führen, dass der Wind den Mast 3 so dreht, dass dieser mit dem Rotor auf der windwärtigen Seite des Masts steht. Dies kann wünschenswert sein, wenn es die Absicht ist, einen windwärtigen Rotor 15 zu verwenden, der heutzutage am meisten technisch verfügbar und handelsüblich ist.
Da die Ummantelung 37 um die Verbindung zwischen dem Drehgelenk 27a oder 27b und dem Mast 3 herum abdichtet, können weniger Anforderungen in Hinsicht auf die Qualität der Abdichtungen 34 und 39 gestellt werden, wenn ein Lagerschmiermittel verwendet wird, das leichter als Wasser ist. Wegen der mittleren Öffnung 53 in der Gelenkkupplung 25 ist der Wasserdruck auf die Abdichtungen 34, 39 gleich und ist der Wasserdruck allein geeignet, das Lagerschmiermittel in den ringförmigen Räumen 33, 40, die durch die Ummantelung 37 und das Drehgelenk 27a oder 27b definiert werden, in Position zu halten.
Da die Leistungsübertragungskabel (nicht gezeigt) nur ein begrenztes Maß an Verdrehung vertragen, werden die Motoren 43 verwendet, nachdem sich der Mast eine bestimmte Anzahl von Malen mit dem Wind gedreht hat, um zu bewirken, dass sich der Mast 3 auf eine Position der Neutralität für die Kabel zurückdreht. Die Motoren 43 können auch verwendet werden, um die Drehbewegung des Masts zu dämpfen oder anzuhalten.

Claims

Anordnung für einen Mast (3) eines schwimmenden Windkraftwerks (1), die ein Maschinengehäuse (13) mit einem Rotor (15) umfasst, wobei das Maschinengehäuse nicht-drehbar mit dem Mast (3) verbunden ist und der Mast (3) um eine Mastdrehachse (29) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (3) mit zumindest einer Zugstange (61) und zumindest einem Ausleger (63) versehen ist, wobei die zumindest eine Zugstange (61) sich von einem oberen Teil (9) des Masts (3) über den zumindest einen Ausleger (63) zu einem unteren Teil (21) des Masts (3) erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil (21) des Masts (3) mit einem Drehgelenk (27a oder 27b) versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (3) gelenkig mit dem Meeresboden (5) oder einem zugbeanspruchten Verankerungsbein (7) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastdrehachse (29) im Wesentlichen mit der Mittelachse des Masts (3) übereinstimmt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastdrehachse (29) schräg zu der Mittelachse des Masts (3) steht.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagergehäuse (31) für das Drehgelenk (27a oder 27b) mit einem zugbeanspruchten Verankerungsbein (7) über ein frei biegbares Gelenk (25) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (31) von einer Ummantelung (37) umgeben ist, die zusammen mit dem Drehgelenk (27a oder 27b) und im Wesentlichen nach unten gerichteten Abdichtungen (34, 39) kommunizierende ringförmige Räume (32, 40) bildet.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kommunizierenden ringförmigen Räume (32, 40) gestaltet sind, ein Schmiermittel zu halten, das durch einen auf die im Wesentlichen nach unten gerichteten Abdichtungen (34, 39) der Ummantelung (37) gerichteten Wasserdruck eingeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil (9) des Masts (3) aerodynamisch, d. h. mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt, gestaltet oder mit aerodynamischen Abschirmungen (71) versehen ist, die vorzugsweise teilweise um den Mast herum drehbar sind.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (3), sein unterer Teil (21), das Drehgelenk (27a oder 27b), das Gelenk (25) und das Zugbein (7) mit offenen mittleren Durchlässen (51, 53, 55) zum Leiten von Kabeln versehen sind.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehgelenk (27a oder 27b) mit Mitteln zum Erzwingen einer Drehung des Masts (3) versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Schwerpunkt des Masts (3) unterhalb des Zentrums des Auftriebs des Masts (3) liegt.