DK171738B1 - Vindmøllerotor med i det mindste tre vinger - Google Patents

Description

i DK 171738 B1

VINDMØLLEROTOR MED I DET MINDSTE TRE VINGER

Opfindelsen angår en vindmøllerotor med i det mindste tre vinger, hvilken vindmøllerotor er indrettet til at kunne 5 rotere om en i det væsentlige vandret hovedaksel og at kunne krøjes i forhold til vindretningen om en i hovedsagen lodret krøjeakse, hvilke vinger strækker sig radialt ud fra hovedakslen og er sluttet til denne via et vingenav.

10 Ved normale aksel-nav forbindelser i tre-bladede vindmøller fastgøres vingenavet på hovedakslen med en flangesamling, med krympeelementer, med en traditionel feder-not samling eller lignende forbindelser. Stivheden af denne fastgørelse vil som regel være stor, og egenfrekvensen for svingninger 15 af rotoren i nikke- og krøjeretning vil være bestemt ikke af stivheden i aksel-nav samlingen, men af stivheden af vingerne, hovedakslen, maskinrammen og tårnet.

Med den stive forbindelse opnås god kontrol over rotorens 20 dynamik, så der kun sjældent er risiko for ukontrollable resonansfænomener. Til gengæld overføres lasterne fra rotoren direkte til hovedakslen ved den stive aksel-nav samling. Desuden er sammenhængen mellem stivheden af de øvrige konstruktionsdele på moderne vindmøller oftest sådan, at 25 der er risiko for sammenfald mellem egenfrekvensen for rotoren og en af de grundlæggende excitationsfrekvenser, nemlig frekvensen for bladpassage af tårnet. Derfor optræder hyppigt ret store forstærkninger af de ydre laster på grund af vindmøllens egen dynamik.

30

Man har forsøgt at afhjælpe disse ulemper på forskellig måde.

Således er det fra beskrivelsen til DK patentansøgning nr.

35 4225/79 og fra DE fremlæggelsesskrift nr. 26 55 026 kendt at indskyde en ledforbindelse mellem vindmøllerotoren og DK 171738 B1 2 hovedakslen, hvorved en mængde af de uønskede kræfter mellem vindmøllerotor og tårnet, hvorpå vindmøllen med vindmøllerotoren er lejret, kan elimineres.

5 I begge de anførte skrifter er vindmøllerotoren forsynet med to vinger, og der er tale om en ledforbindelse, hvor der ikke forekommer nogen anden oprettende kraft end centrifugalkraften på systemet. Skulle man udføre de pågældende løsninger på en tre- eller flerbladet vindmølle, ville 10 man imidlertid løbe ind i det problem, at rotoren på vindmøllen ville præcessere. Dette fænomen ville optræde, da der på en trebladet vindmølle er nødt til at være en frihedsgrad mere end på en tobladet vindmølle - ellers ville den trebladede rotor kun være fri om en af de nødvendige to 15 akser. Forskellen mellem møllenavene for en tobladet og en tre- eller flerbladet konfiguration er med andre ord, at hvor der for den tobladede mølle, beskrevet i DK patentansøgning nr. 4225/79, opnås ledeløshed med et hængsel, kræver en tre- eller flerbladet vindmølle et kardanled for at 20 opnå ledeløshed, som det er beskrevet i DE fremlæggel ses-skrift nr. 26 55 026.

Indføres der imidlertid et kardanled, er der for vindmøllerotoren ikke nogen præference for en bestemt rotationsakse, 25 og den kan lige så godt rotere om en vilkårlig anden akse, som den kan rotere omkring den akse, der beskrives af møllens hovedaksel. Man vil da se, at rotoren giver sig til at præcessere, og der vil snart opstå en situation, hvor der bliver stor afvigelse mellem rotationsakserne, hvilket i 30 sidste ende kan føre til, at vingerne rammer mølletårnet.

Det er formålet for opfindelsen at angive en sådan udformning af en vindmøllerotor med i det mindste tre vinger, at de ovennævnte ulemper elimineres.

35

Dette formål opnås ved en vindmøllerotor af den indled- DK 171738 Bl 3 ningsvist angivne art, hvilken vindmøllerotor ifølge opfindelsen er særegen ved, at det fleksible led er fjederbelastet med en lille fjederkonstant mod en stilling, hvor rotorakslen flugter med hovedakslen.

5 I et fleksibelt led med en vis fjederkonstant vil fjedervirkningen tjene til at rette rotoren ind i rotorplanet vinkelret på hovedakslen, og muligheden for, at rotoren kan svinges i en bane med stor amplitude i forhold til rotor-10 planet vinkelret på hovedakslen, formindskes, hvorved også risikoen for, at vingerne kan ramme vindmøllens tårn, nedsættes .

Ved det fleksible led ifølge opfindelsen vil der overføres 15 en vis del af bøjningsmomenterne fra rotoren til hovedakslen, men belastningerne vil være mindre end i den traditionelle konstruktion med en stiv forbindelse. Der overføres således mindre laster fra vindmøllerotoren til maskinkonstruktion og tårn. Maskinkonstruktionen dimensioneres af 20 rotorlasterne, og ved at reducere disse, kan en given konstruktion bære en større rotor, og derved blive mere rentabel. Tilsvarende kan en given rotor monteres på en spinkle-re maskinkonstruktion.

25 Med et fleksibelt led med en vis fjederkonstant kan der foretages en beregning af de resulterende egenfrekvenser i nikke- og krøjeretning, og det kan sikres, at egenfrekvenserne ligger i et område med lille forstærkning af de grundlæggende excitationsfrekvenser.

30

Fjederkonstanten kan opnås ved at udføre det fleksible led med gummielementer eller andre elastomerer, eller med stålfjedre eller lignende elementer, hvor det så kan være nødvendigt at tilføje dæmpning.

35

Det fremgår af det foran anførte, at princippet i opfindel- DK 171738 B1 4 sen kendes fra to-bladede vindmøller, hvor det hyppigst er set realiseret med et hængselled uden fjederkonstant mellem nav og hovedaksel. Derimod kendes princippet ikke fra trebladede vindmøller, hvor der kræves frihed omkring to ak-5 ser. Netop for at opnå fordelene ved, at der ikke overføres bøjningsmomenter til hovedakslen, benyttes den to-bladede konstruktion med hængselled (eng.: Teetered Hub) ofte på store vindmøller. Prisen for denne fordel er til gengæld, at de dynamiske forhold ved to-bladede vindmøller kan være 10 sværere at kontrollere, eftersom en to-bladet konstruktion ikke har et rotationssymmetrisk masseinertimoment for rotoren.

Ved visse mindre tre-bladede vindmøller er det samme formål 15 ‘ opfyldt ved at hængsle hvert enkelt blad individuelt på navet, hvorved bladet indstiller sig i en vinkel mod rotorplanet. Størrelsen af denne vinkel bestemmes af forholdet mellem vindtryk og centrifugalkraft. På større vindmøller kan dette princip imidlertid kun vanskeligt udnyttes, ef-20 tersom rotorhastigheden bliver for langsom til at give centrifugalkræfter, der er store nok til at kompensere for vindtrykket, uden at vinklen mellem blad og rotorplan bliver for stor.

25 Vindmøllerotoren ifølge opfindelsen skal forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor der vises et delvist snit i en foretrukken udførelsesform for en vindmøllerotor ifølge opfindelsen.

30 ' Vindmøllerotoren er i sin helhed angivet ved henvisningsbetegnelsen 20 og er indrettet til gennem en hovedaksel 1 at drive en på tegningen ikke vist generator til frembringelse af elektricitet.

35 Vindmøllerotoren 20 er sammen med generatoren anbragt i et hus på toppen af et tårn, og huset kan drejes eller krøjes DK 171738 B1 5 i forhold til vindretningen om en lodret krøjeakse.

Hverken huset, tårnet eller krøjeaksen er for overskuelighedens skyld vist på tegningen.

5

Hovedakslen 1 bærer på den bort fra generatoren vendende ende en medbringerplade 2, der er udrejeligt fastgjort til hovedakslen 1.

10 På medbringerpladen 2 er anbragt et antal medbringertappe 3, der er anbragt med ensartet vinkelafstand i en cirkel koncentrisk med hovedakslen 1. Antallet af medbringertappe 3 kan variere efter behov og kan være fra tre til tolv stykker.

15 På hovedakslen 1 er anbragt en ring 5 af en elastomer, såsom gummi eller et lignende materiale, og på denne elastomere ring 5 hviler et vingenav 6, der har anlægsflader 10 for en fastgørelsesflange 9 på en vinge 8.

20

Antallet af vinger kan, som antydet på tegningen, være tre, som er anbragt ækvidistant, dvs. ved tre vinger med en indbyrdes vinkel på 120°.

25 Vingerne 8 fastgøres ved hjælp af deres flange 9 til de respektive anlægsflader 10, for eksempel ved hjælp af bolte 11, der føres gennem dertil beregnede boringer langs kanten af flangen 9 og ind i med gevind forsynede boringer i vin-genavet 6.

30

Hver medbringertap 3 er forsynet med en bøsning 4 af en elastomer, såsom gummi eller et lignende materiale, og bøsningernes 4 ydre overflade er fortrinsvist sfærisk.

35 . Medbringertappene 3 med deres bøsninger 4 griber ind i bundhuller 7, der er frembragt i den mod medbringerpladen 2 DK 171738 B1 6 vendende side af vingenavet 6.

Medbringertappene 3 og bøsningerne 4 tjener derfor sammen med ringen 5 til at styre vingenavet 6 med vingerne 8 i 5 forhold til hovedakslen 1 og overfører vindmøllerotorens drejning til hovedakslen 1, idet de nævnte elastomere dele 4, 5 samtidig udgør en fleksibel forbindelse.

Denne fleksible forbindelse frembringer en fjedervirkning, 10 der udøver en oprettende kraft på vindmøllerotoren 20, hvorved det undgås, at denne kan rotere om en rotationsakse, der afviger fra den påtænkte rotationsakse, der er fastlagt ved hovedakslen.

15 De sfæriske bøsninger 4 på medbringertappene 3 virker som en medbringerkobling, og ringen 5 overfører vindtrykket ved forskydning og danner vingenavets 6 andet støttepunkt. Ved tilpasning af ringens 5 stivhed kan navforbindelsens fleksibilitet afpasses efter forholdene for en bestemt vindmøl-20 le.

Claims (3)

1. Vindmøllerotor med i det mindste tre vinger (8), hvilken vindmøllerotor (20) er indrettet til at kunne rotere om en 5. det væsentlige vandret hovedaksel (1) og at kunne krøjes i forhold til vindretningen om en i hovedsagen lodret krø-jeakse, hvilke vinger (8) strækker sig radialt ud fra hovedakslen (1) og er sluttet til denne via et vingenav, hvor der mellem vingenav (6) og hovedaksel (1) er indføjet et 10 fleksibelt led, kendetegnet ved, at det fleksible led er fjederbelastet med en lille fjederkonstant mod en stilling, hvor rotoraksen flugter med hovedakslen (1).

2. Vindmøllerotor ifølge krav 1, kendetegnet 15 ved, at det fleksible leds fjederkonstant er væsentligt mindre end den, der opnås med traditionelle aksel-nav samlinger.

3. Vindmøllerotor ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved, at det fleksible led er udført med gummielementer (4, 5. eller andre elastomerer.