DK173801B1 - Vindkraftværk og fremgangsmåde ved drift af kraftværkets elektrogenerator - Google Patents

Description

i DK 173801 B1

Opfindelsen angår et vindkraftværk og en fremgangsmåde ved drift af vindkraftværkets elektrogenerator.

Det drev, som er tilsluttet vindkraftværkets hovedaksel, har den funktion at forøge omdrejningshastigheden 5 for den af vindrotoren drevne hovedaksel på for elektro-generatoren egnet vis. Ved de almindeligt forekommende elek-trogeneratordrev i vindkraftværker udgør de på hovedakslen optrædende større bøjningsmomenter i forskellige retninger et problem, idet bøjningsmomenterne på uheldig vis fremkalder 10 en for stor udbøjning af hovedakslen. Når et tandhjul er direkte forbundet med hovedakslen, overføres den for store udbøjning til tandindgrebet. Som følge af det ufuldstændige tandindgreb slides tandhjulene med tiden, hvorved behovet for vedligeholdelsesforanstaltninger tiltager.

15 Ved opfindelsen søges en løsning på dette problem.

Ved opfindelsen er der tilvejebragt en ny bevægelses- og kraftoverføring fra den af vindkraftsværkets vinger drevne hovedaksel til elektrogeneratoren. Ved opfindelsen anvendes en hulaksel, gennem hvis midtstillede rum hovedakslen føres.

20 Ved enden af hovedakslen er mellem hovedakslen og hulakslen placeret en tandkobling, som er udformet med en lige fortan-ding og en med denne samvirkende bomberet fortanding. Ved denne tandkobling er endog større vinke lændringer muliggjort.

Ved anvendelsen af den ved opfindelsen tilvejebragte 25 hulaksel og tandkobling opnås også en større lejeafstand for radiallejerne, hvorved der til disse lejer og over lejerne til huset kun overfører små radiale kræfter.

Ved opfindelsen kan anlægget tilvejebringes som en integreret enhed, hvori vindrotoren på vindkraftværket er 30 direkte tilsluttet hovedakslen, og generatoren ved sin flange er direkte forbundet med drevets hus. Rotationsmekanismen i den nævnte enhed bygges direkte på drevets fodplade. På denne måde kan den nævnte enhed, som består af vindrotor, hovedaksel og dertil knyttet drev og generator monteres som 35 en samlet enhed på vindkraftværkets tårn.

For det ved opfindelsen tilvejebragte vindkraftværk 2 DK 173801 B1 er det i det væsentlige karakteristisk, at anlægget består af en hulaksel, hvor hovedakslen er ført igennem hulakslens indre hulrum, og hvor vindrotoren er forbundet med hovedakslen, og at anlægget mellem hovedakslen og hulakslen er 5 forsynet med en tandkobling, og at tandkoblingen har en bomberet tandform, således at tandkoblingen virker som et led, hvorved der kan tåles en vinkel forskydning, som er tilvejebragt ved en på vindkraftværkets vinger virkende kraft, uden at denne forskydning overføres til tandindgrebet 10 mellem hovedakslens tandhjul og tandhjulet på sideakslen, således at hovedakslens rotation kan overføres fejlfrit fra vindrotoren til hovedakslen og over tandkoblingen til den hulaksel, som omgiver hovedakslen, og over det med hulakslen forbundne tandhjul videre til de andre aksler i drevet og 15 videre til elektrogeneratoren.

Den ved opfindelsen tilvejebragte fremgangsmåde ved drift af elektrogeneratoren i et vindkraftværk er i det væsentlige karakteristisk ved, at den fra vindrotoren tilvejebragte rotation af hovedakslen overføres over tandkob-20 lingen på hovedåkslen til den hulaksel, som omgiver hovedakslen, idet tandkoblingen er udformet med en fortanding, som samvirker med den indvendige fortanding på en muffe, som omgiver fortandingen, og at den udenom placerede muffe funktionsmæssigt over fortandingen er forbundet med hul-25 akslen, hvorfra bevægelsen over tandhjulet føres til sideakslerne, og fra disse videre, fortrinsvis over koblingen til elektrogeneratoren, idet tandkoblingen er tilvejebragt med en bomberet tandform, som tillader en vinkelforskydning af hovedakslen, som er placeret inden i hulakslen, idet 30 vinkelforskydningen ikke roere overføres til indgrebet mellem hulakslens tandhjul og sideakslens tandhjul, hvorved indretningen også tillader større vinkelændringer forårsaget af bøjningsmomentet på hovedakslen, og tillige giver mulighed for, at radiallejerne også kan placeres med større indbyrdes 35 afstand, således at den samlede bredde af indretningen bliver mindre, hvorved de radiale lejekræfter bliver mindre.

3 DK 173801 B1

En foretrukken eksempelvis udførelsesform af opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 er en skematisk afbildning af principperne i 5 et ved opfindelsen tilvejebragt vindkraftværk, fig. 2 viser et tværsnit gennem drevet i det ved opfindelsen tilvejebragte vindkraftværk, fig. 3 er et snit gennem den del af anlægget, hvor i fig. 2 tandmuffen og hovedakslen er forbundet med hinanden, 10 i stor målestok, fig. 4 viser hovedakslens endeleje, som optager ak-sialkraften, fig. 5 viser endelejet i den side af vindkraftværket, hvor vindrotoren er placeret, 15 fig. 6A viser vindkraftværkets drev set fra siden, fig. 6B viser drevet i den ved pilen H i fig. 6A angivne retning, fig. 7A er en afbildning af berøringsområdet for tandindgrebet ved en ifølge den kendte teknik udformet hoved-20 aksels tandhjul, og tandhjulet på en sideaksel, i ubelastet tilstand, fig. 7B, er en afbildning svarende til afbildningen i fig. 7A, roen i ubelastet tilstand, idet hovedakslen, som følge af virkningen af de gennem vingerne frembragte kræfter, 25 er udbøjet og drejet i en vinkel, hvorved afbildningen af berøringsområdet ved tandindgrebet er ændret ifølge fig. 7B, fig. 7C viser en løsning af det i fig. 7B viste problem, idet der roellem hovedakslen og sideakslen er anvendt en tandforbindelse, hvor i det mindste den ene fortanding 30 er bomberet, således at berøringsfladen mellem den bomberede fortanding og den roed denne fortanding samvirkende lige fortanding er en elipse, idet tandkoblingen tillader en udbøjning af hovedakslen, uden at bøjningen overføres ved indgrebet mellem tandhjulet på hovedakslen og tandhjulet på 35 sideakslen, 4 DK 173801 B1 fig. 7D viser en bomberet tand i tandkoblingen i plan afbildning.

I fig. 1 er det ved opfindelsen tilvejebragte vindkraftværk 10 vist skematisk. Vindkraftværket 10 består af 5 en vindrotor 11 med en eller flere vinger, dvs. et blad 12a, 12b..., idet der i fig. 1 er vist to blade 12a, 12b, som er fastgjort på hovedakslens 13 rotornav 11a. Vinden bringer hovedakslen 13 til rotation ved påvirkning af bladene 12a, 12b. Hovedakslen 13 er lejret i lejerne 14 og 15.

10 Vindkraftværket 10 består af en hulaksel 16, som er lejret drejeligt i lejerne 17 og 18. Hulakslen 16 indbefatter et indre hulrum D, hvorigennem hovedakslen 13 er ført. På enden af hovedakslen 13 er tandkoblingen 19 forbundet, ved hvilken tandkobling 19 rotationen af hovedakslen 13 overføres 15 til hulakslen 16. Hulakslen 16 indbefatter et tandhjul 20, som bringer tandhjulet 23 på akslen 21 til drejning. Akslen 21 indbefatter et tandhjul 24, som er forbundet funktionsmæssigt med tandhjulet 27 på akslen 25. Akslen 25 er lejret drejeligt i lejerne 26a og 26b. Fra akslen 25 overføres 20 rotationen over tandhjulet 28 til tandhjulet 31 på akslen 29. Akslen 29 er lejret drejeligt i lejerne 30a og 30b.

Akslen 29 er forbundet med koblingen 32, og koblingen 32 er forbundet med elektrogeneratoren 33. Således ændres på for elektrogeneratoren 33 egnet vis bevægelsen af vindrotoren 25 li's hovedaksel 13 over et omsætningsdrev, således at elektrogeneratoren 33's aksel roterer med et optimalt omdrejningstal hvorved elektrogeneratoren 33 frembringer elektrisk energi. I den anden ende af akslen 29 er placeret en bremse J. Den således forklarede enhed kan drejes i den rigtige 3 0 vindretning ved en drivmotor M på enden af tårnet T for vindkraftværket 10.

I fig. 2 er vist et tværsnit af vindkraftværket 10's drev. Drevet består af et hovedhus 34 med et dertil knyttet dæksel 35. På dækslet 35 er yderligere placeret et lejehus 35 36. Huset 36 er fastgjort til dækslet 35 med skruer R^.

På hovedakslen 13 er med en kile 39 placeret en tand- 5 DK 173801 B1 muffe 37, som er udformet med en udvendig fortanding 38, som er bomberet.

Anlægget består endvidere af en tandmuffe 40, som er udformet med en første indvendig fortanding 41, som er en 5 lige fortanding, og en anden indvendig fortanding 42, som også er en lige fortanding. Den første indvendige fortanding 41 på tandmuffen 40 er funktionsmæssig forbundet med den bomberede udvendige fortanding 38 på tandmuffen 37. Mellem fortandingerne 41 og 42 befinder der sig et fremspring 43, 10 som i det sammenbyggede drev er placeret mellem anslagsfladen 44 på den fortandede muffe 37 og anslagsfladen 45’ på endemuffen 45, hvorved den fastholdes af de omtalte dele i et bestemt aksialt område.

Endemuffen 45 indbefatter en lige udvendig fortanding 15 46, som funktionsmæssigt er forbundet med den anden, lige indvendige fortanding 42 på muffen 40.

Tandmuffen 45 er fastgjort til enden af hulakslen 30 med skruer og splitter 1*2· I en særlig udførelsesform af opfindelsen er den med 20 kilen 39 på hovedakslen 13 placerede tandmuffe 37 udformet med en lige udvendig fortanding 38. I tilknytning hertil er fortandingen 41 på tandmuffen 40, som samarbejder med fortand ingen 38, bomberet.

I fig. 3 er samvirkningen mellem tandmuffen 37 og 25 den uden om denne placerede ydre tandmuffe 40 vist i stor målestok. Pilen S viser bevægelsesoverføringen fra hovedakslen 13 til hulakslen 16 over tandkoblingen.

I fig. 4 er vist opbygningen af endelejet 46. Den tynde ende 47 på hovedakslen er placeret i løberingen 48.

30 Lejerullerne 49 er placeret mellem den indre løbering 47 og den ydre løbering 50 og udgør lejekransen 51. Bundringen 52 er udformet med udsparinger 53, hvorigennem fjedrene 54 er ført. Fjedrene 54 er anbragt i fordybninger 56 i endedækslet 55. Fjedrene 54 holder gennem deres fjederkraft lejerullerne 35 i berøring med disses løbeflader, også i det tilfælde, at der ikke virker nogen aksial kraft, dvs. når vindkraftværket 6 DK 173801 B1 står stille.

I fig, 5 er opbygningen af lejet 14 vist. Lejet 14 er et flaskeformet rulleleje, som består af en indre løbering 57 og en ydre løbering 58, hvorimellem lejerullerne 59a, 5 59b ligger i lejekransene og 1¾. Hovedakslen 13 er for bundet med løberingen 57 ved den kegleformede muffe 60. Løberingen 57 indbefatter en med lejemuffen 57 samvirkende kegleflade 61b. Den kegleformede muffe 60 er i enden udformet med et gevind 62, hvorpå kan skrues en spændmuffe 63, som 10 er udformet med et gevind 63, som samvirker med gevindet 64. Gennem drejning af muffen 63 bevæges den kegleformede muffe 60 aksialt (i retningen X). Herved spændes muffen 60 mod akslen 13, og samtidigt indstilles radialspillerummet mellem lejerullerne 59a, 59b... og løberingene 57, 58.

15 I fig. 6A er vindkraftværkets drev vist set fra siden.

På hovedhuset 34 er placeret et dæksel 35, hvorpå igen lejehuset 36 er anbragt. På siden af hovedhuset 34 er bygget en elektropumpe 56, hvormed pumpes smøreolie til tandhjul og lejer.

20 I fig. 6B er vist en afbildning af vindkraftværket set i den ved pilen K i fig. 6A angivne retning. I fig. 7A er vist en afbildning af tandindgrebets berøringsområde mellem tandhjulet på en hovedaksel og tandhjulet på en af sideakslerne ifølge den kendte teknik. I ubelastet tilstand 25 er berøringsområdet som vist i fig. 7A, idet der er tilvejebragt berøring mellem tænderne i bevægelsen og til dels i hele tandbredden (i retningen X).

I fig. 7B er vist en situation, hvor vindkraftværkets hovedaksel underkastes en vinkelforskydning på grund af den 30 virkning der opstår ved den ved vindkraftværkets vinger frembragte kraft, hvorved indgrebet og berøringen mellem tandhjulet på hovedakslen og nabotandhjulet bliver ufuldstændig. Følgen heraf er en hurtigere nedslidning af tænderne.

I fig. 7C er vist en løsning af det i fig. 7B anskue-35 liggjorte problem. Ved opfindelsen anvendes mellem hovedakslen og sideakslen en tandkobling 19, som udgører et led 7 DK 173801 B1 mellem hovedakslen 13 og hulakslen 17, og som tillader en vinkelforskydning af hovedakslen 13. På denne måde er der ingen problemer i forbindelse med indgrebet mellem tandhjulet 20 på hulakslen 16 og tandhjulet 23 på sideakslen 21. Den 5 udvendige fortanding 38 på tandmuffen 37 vil fortrinsvis være bomberet. Hver tand 38a, 38b... er udformet med en krum, med radius R affræset overflade, hvorved indgrebets berøringsområde er elipseformet, som vist i fig. 7C, når hovedakslen udsættes for en vinkelforskydning. Tandkoblingen 10 19 arbejder som et led, hvorved hovedakslens vinkelforskyd ning ikke forårsager noget problem i forbindelse med indgrebet mellem tandhjulene 20 og 23 på henholdsvis hulakslen 16 og sideakslen 21.

I fig. 7D er vist en tand i tandkoblingen 19 i fig.

15 7C i plan afbildning. Heraf ses det, at bomberingen ud over i vertikalakseretningen Z også er udført i tværakseretningen Y på begge flankesider af tænderne.

Claims (13)

1. Vindkraftværk (10) til omsætning af vindenergi til elektroenergi, sotn indbefatter en vindrotor (11) med en eller flere vinger (12a, 12b...), hvilken vindrotor er for- 5 bundet med hovedakslen (13) i vindkraftværket (10), idet vindkraftværket (10) mellem hovedakslen (13) og en elek-trogenerator (33) er tilvejebragt med et tandhjulsdrev, hvormed hovedakslens (13) rotationshastighed ændres på en for elektrogeneratoren (33) egnet vis, kendete g-10 net ved, at anlægget indbefatter en hulaksel (16), gennem hvis indre hulrum (D) hovedakslen (13) er ført, med hvilken hovedaksel (13) vindrotoren (11) er forbundet, og at anlægget mellem hovedakslen (13) og hulakslen (16) er udformet med en tandkobling (19) , og at tandkoblingen (19) er tilvejebragt 15 med en bomberet tandform, som muliggør en overføring af rotationsbevægelsen fra vindrotoren (11) til elektrogene-ratoren uden forstyrrende påvirkning fra hovedaksens vinkel-forskydning, hvorved hovedakslens (13) rotationsbevægelse uden forstyrrelse overføres fra vindrotoren (11) til hoved-20 akslen (13), og over tandkoblingen (19) til hulakslen (16), som omgiver hovedakslen (13), og over det med hulakslen (16) forbundne tandhjul (20) til de andre aksler i drivsystemet og videre til elektrogeneratoren (33).

2. Vindkraftværk ifølge krav 1, kendete g- 25 net ved, at tandkoblingen (19) mellem hovedakslen (13) og hulakslen (16) består af en udvendig fortanding (38) på den med hovedakslen (13) forbundne muffe (13) og en tandmuffe (40) , som omgiver muffen (13), hvilken tandmuffe (40) indbefatter en indvendig fortanding (41) , hvorved fortandingeme 30 (38, 41) samvirker, og at tandmuffen (40) funktionsmæssig er forbundet med hulakslen (16).

3. Vindkraftværk ifølge krav 2, kendeteg net ved, at tandmuffen (40) også er tilvejebragt med en anden fortanding (42), som fortrinsvis også er en lige for- 35 tanding, som samvirker med den udvendige fortanding (46) på den med hulakslen (16) forbundne endemuffe (45). 9 DK 173801 B1

4. Vindkraftværk ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at fortandingen (38) på hovedakslen (13) er bomberet og at den hermed samarbejdende indvendige fortanding (41) på muffen (40), som omgiver fortandingen (38) på tand- 5 koblingen (19), er en lige fortanding.

5. Vindkraftværk ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at fortandingen (38) på hovedakslen (13) er en lige fortanding, og at den hermed samvirkende fortanding (41) på muffen (40) , som omgiver fortandingen (38) , er en 10 bomberet fortanding.

6. Vindkraftværk ifølge krav 1-5, kendetegnet ved, at den bomberede fortanding i tandkoblingen (19), såvel i tændernes højderetning (Z-retning) som i tændernes bredderetning (Y-retning) er udført i en krum form.

7. Vindkraftværk ifølge krav 1-6, kendeteg net ved, at der mellem den første indvendige fortanding (41) og den anden indvendige fortanding (42) på tandmuffen (40) er tilvejebragt et fremspring (43), som, når drevet er samlet, er placeret mellem anslagsfladen (44) på tandmuffen 20 (37) og anslagsfladen (45') på endemuffen (45), idet frem springet således af de nævnte dele fastholdes i et bestemt aksialt område.

8. Vindkraftværk ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, at hovedakslen (13) er lejret i lejer (14, 15) 25. driftshuset, og at hulakslen (16) er lejret i lejerne (17, 18) i driftshuset, og at anlægget er tilvejebragt med et endeleje (47) til optagelse af aksiale kræfter (retningen X), der påvirker hovedakslen (13) .

8 DK 173801 B1 PATENTKRAV.

9. Vindkraftværk ifølge krav 8, kendete g- 30 net ved, at endelejet (47) er udformet med et rulleleje (49) eller et lignende leje, som løber mellem løberingene (48, 50), og at en eller flere fjedre (54) er således anbragt, at de presser på løberingene på en sådan måde, at lejerullerne (49) forbliver i berøring med løbebanerne.

10. Vindkraftværk ifølge krav 1-9, kendeteg net ved, at lejet (14) på hovedakslen (13), i den ende, 10 DK 173801 B1 hvor vindrotoren (11) sidder, er et rulleleje, og fortrinsvis et keglerulleleje.

11. Vindkraftværk ifølge krav 10, kendetegnet ved, lejet (14) er udformet med en kegleflade (61b), 5 som samvirker med keglefladen (61a) på den kegleformede muffe (60) i løberingen (57), hvorved lejet (14), ved den aksiale bevægelse af den kegleformede muffe (60), fastgøres i den ønskede aksiale stilling på hovedakslen (13).

12. Vindkraf tvaerk ifølge krav 1-11, kendete g-10 net ved, at anlægget udgør en samlet enhed, hvorved vindrotoren (11), hovedakslen (13) og dertil knyttede drev, koblinger og elektrogeneratoren (33) samlet kan placeres på tårnet (T) på vindkraftværket.

13. Fremgangsmåde til drift af elektrogeneratoren 15 (33) i et vindkraftværk (10) , som består af en vindrotor (11) , og i denne tillige af en eller flere vinger (12a, 12b, 12c), som er forbundet med navet (11a) på vindrotoren (11) , og hvor vindrotornavet (11a) er forbundet med hovedakslen (13), idet vindkraftværket (10) er tilvejebragt med 20 et drev, fortrinsvis et tandhjulsdrev, med hvilket hovedakslens (13) rotation kan ændres, så den er egnet til elektrogeneratoren (33), som er placeret bag drevet, kendetegnet ved, at den ved vindrotoren (11) tilvejebragte rotation overføres fra hovedakslen (13) over hoved-25 akslens (13) tandkobling (19) til hulakslen (16) , som omgiver hovedakslen (13) , idet tandkoblingen (19) indbefatter en for-tanding, som samvirker med den indvendige fortånding på muffen (40), som omgiver fortandingen, og at muffen (40), som omgiver fortandingen, er forbundet funktionsmæssig med 30 hulakslen (16) ved fortandingen, fra hvilken hulaksel (16) bevægelsen overføres over tandhjulet (20) til sideakslerne (21, 25, 29), og herfra videre med fordel over koblingen (32) til elektrogeneratoren (33), og hvor tandkoblingen (19) er udformet med en bomberet tandform, muliggør en over-35 føring af rotationsbevægelsen fra vindrotoren til elektrogeneratoren uden forstyrrende påvirkning fra hovedakslens vinkelforskydning.