DK2486275T3 - Drivstreng og vindkraftanlæg - Google Patents

Description

Beskrivelse Nærværende opfindelse angår en drivstreng til omformning af energien i en fluidstrømning til elektrisk energi, som eksempelvis finder anvendelse i forbindelse med et vindkraftanlæg, i overensstemmelse med indledningen til krav 1. Nærværende opfindelse angår yderligere et vindkraftanlæg med en sådan drivstreng. Sædvanlige vindkraftanlæg og den til enhver tid deri anbragte drivstreng bliver imidlertid opbygget så kompakt som muligt. Hertil er det formålstjenligt at anbringe komponenterne for drivstrengen med deres aksler, som overfører rotationsbevægelsen fra en komponent til den næste, så vidt som muligt på eller langs en fælles geometrisk akse. Et eksempel på et sådant drivstrengsarrangement i vindkraftanlæg er eksempelvis vist i DE 10 2007 012 408 A1. Akslerne for generator og gear er hver især hule. En forsyningsledning til at forbinde elektriske komponenter i rotornavet er ført igennem de respektive akslerfor generator og gear.

En vigtig komponent for driftssikkerheden af anlægget er en mekanisk bremse, hvormed de roterende komponenter i vindkraftanlægget, altså bl.a. den i vinden anbragte rotor, kan nedbremses til stilstand og også i givet fald kan fastholdes imod aerodynamiske drivkræfter. En sådan bremse er i forbindelse med anlæg med gear sædvanligvis, set fra rotoren, anbragt bagved gearet, eftersom der her, i sammenligning med en anbringelse på rotoren eller på akslen for rotoren, skal påføres mindre bremse-momenter.

Ved sædvanlige anlæg er drivakslen for gearet og rotorakslen for rotoren forskudt radialt, således at en gennemføring af ledninger kun skal gennemføres igennem en hul aksel for gearet. Den sædvanligvis som fuld aksel udformede transmissionsaksel imellem gear og generator bærer bremseskiven for en skivebremse. WO 2009/052825 A2 beskriveren drivstreng til et vindkraftanlæg. Drivstrengen omfatter en rotor til at transformere vind til en rotation af et rotornav, med henblik på at stille et drivmoment til rådighed, en generator til at omforme i det mindste én del af drivmomentet til elektrisk effekt, og i det mindste én kobling til at forbinde en første drivstrengskomponent med en anden drivstrengskomponent for at overføre drivmomentet imellem komponenterne. WO 2004/007954 A1 omtaler et vindenergianlæg og et lejearrangement dertil. WO 2005/103489 A1 beskriver et vindkraftanlæg, som minimerer størrelsen af drivstrengen og nacellen under bibeholdelse af effektelektronikken og transformatoren på spidsen af tårnet. Turbinen har en direkte drevet generator med en integreret skivebremse.

Det er hensigten med opfindelsen at angive en drivstreng, som for det første kan være en kompakt konstruktion og for det andet tilvejebringer en fordelagtig anbringelse af en mekanisk bremse.

Dette opnås ved en drivstreng, som har de i krav 1 angivne træk.

Ved drivstrengen til udnyttelse af energien i en fluidstrømning, eksempelvis i et vindenergianlæg, foreligger der en af fluidstrømningen drivbar rotor, et gear, som på indgangssiden er direkte eller indirekte via rotorakslen eller yderligere komponenter forbundet med rotoren, og en på gearet på udgangssiden tilsluttet generator. En udgangsaksel fra gearet og en drivaksel for generatoren er hver især gennemgående hule, hvorved de nævnte aksler i det væsentlige er anbragt indbyrdes koaksialt, og hvor en ledning eksempelvis til energiforsyning, trykmiddelforsyning og/eller kommunikation foreligger, som udgående fra en i forhold til rotoren positionsfast referencestruktur er ført igennem de to hule aksler til rotoren. Der foreligger en bremse - eksempelvis en skivebremse - som mekanisk er forbundet med én af de to nævnte aksler. På denne måde opfyldes også ved et anlæg, hvor akslerne for generatoren og gearet er udformede som hule aksler, og som er anbragt koaksialt, de sædvanlige sikkerhedsforanstaltninger. En forsyning hhv. forbindelse af komponenter i rotornavet kan på den pålidelige måde ske ved hjælp af igennem en hul aksel førte ledninger. Når bremseskiven er anbragt på akslen for generatoren, kan bremsen og generatoren kombineres som en konstruktionsenhed. Den hule aksel for generatoren skal uden videre være dimensioneret til det til bremsemomentet svarende drivmoment, således at der i forhold til en separat aksel for bremsen opnås en materialebesparelse. En tosidigt udføring af generatorakslen kan teknisk enkelt håndteres, således at bremsen med ringe omkostninger kan monteres på en fri ende af generatorakslen. Desuden kan på fordelagtig måde bremsen anbringes i generatorhuset, med henblik på således at tilvejebringe en høj konstruktionsmæssig integration.

Ved en anbringelse af bremsen på gearudgangsakslen kan ligeledes en separat transmissionsaksel bortfalde. Yderligere er det fordelagtigt, at integrere bremsen i huset for gearet, eftersom der således opnås en kompakt konstruktion.

Fortrinsvis hviler bremsen mod huset for generatoren og/eller gearet, således at en separat støttestruktur for bremsen kan bortfalde.

En mekanisk forbindelse til et gearhus eller et generatorhus er især fordelagtig ved en højintegreret konstruktion af drivstrengen, således som denne er vist i det indledningsvis nævnte DE 10 2007 012 408 A1, eller i den af ansøgeren indleverede tyske patentansøgning med referencen 10 2009 008 340.5. I overensstemmelse dermed tjener et komponenthus for en drivstrengskomponent som bærestruktur for andre drivstrengskomponenter. Den supplerende anvendelse af dette komponenthus som mekanisk forbindelse hhv. støttepunkt for bremseanlægget muliggør en yderligere integration af drivstrengen.

Bremsen kan naturligvis også være understøttet på en bærestruktur for nacellen, og er dermed også egnet til sædvanlige anlægskoncepter.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende ved hjælp af udførelseseksempler under henvisning til de vedhæftede tegninger.

Fig. 1 viser et skematisk sidebillede af en drivstreng for et vindkraftanlæg hvor en bremseskive er anbragt på akslen for generatoren, og

Fig. 2 viser et skematisk sidebillede af en drivstreng for et vindkraftanlæg hvor en bremseskive er anbragt på udgangsakslen fra gearet. I fig. 1 er drivstrengen 5 for et vindkraftanlæg monteret på en bæreplade 3, som atter er fastgjort drejeligt omkring en azimutakse på et tårn 1. Bærepladen 3 er en del af nacellen, hvori komponenterne for drivstrengen 5 er konstruktionsmæssigt sammenføjede. Drivstrengen 5 omfatter en af vinden drevet rotor (ikke vist). Rotoren er med et rotornav fastgjort til en rotoraksel 6. Akslen 6 for rotoren er ført ind i et reduktionsgear 7. Desuden er akslen 6 udformet som hul aksel. Gearet 7 omfatter en udgangsaksel 11. Udgangsakslen 11 er via en koblingsindretning 12 forbundet med en aksel 14 for en generator 9. Gearet 7 og generatoren 9 er via fastgørelsesindretninger, eksempelvis bolte, understøtninger etc. forbundet med bærepladen 3.

Imellem gearet 7 og generatoren 9 kan der alternativt eller supplerende foreligge et mellemhus eller en flangeforbindelse 16 som fortsættelse af generatorhuset eller gearhuset, hvilket mellemhus mekanisk indbyrdes forbinder disse komponenter hhv. disses huse. I den forbindelse kan eksempelvis huset for gearet 7 overtage funktionen af bærestrukturen 3 - således at denne kan bortfalde - og selv være forbundet med tårnet 1, medens de øvrige komponenter i drivstrengen, som eksempelvis generatoren 9 er flangeforbundet med gearhuset.

Koblingsindretningen 12 tjener til rotationsfast forbindelse af de to aksler 11 og 14. Den kan eksempelvis være dannet af en buetandskobling. Der kan imidlertid også anvendes en skiftbar kobling, eksempelvis en skivekobling.

Akslen 14 for generatoren 9 er på begge sider ført ud af huset for generatoren 9. På den fra gearet 7 bortvendende side af generatoren 9 er der på akslen 14 fastgjort en skive 18 til et bremseanlæg 20. Til fastgørelse af skiven 18 på akslen 14 er der tilvejebragt en bæreskive 28. Skiven 18 er fastgjort til bæreskiven 28 eksempelvis ved hjælp af skrueforbindelser. Bæreskiven 28 er fastgjort på akslen 14 med presforbindelse. Dette kan eksempelvis ske ved påkrympning af bæreskiven 28 på akslen 14. For den hvilende del af bremseanlægget 20 er eksempelvis tegnet to bremsebakker 22 med bremsecylindre. Bremsebakkerne 22 og bremsecylindrene er fastgjort på en bærer 23. Bæreren 23 er monteret på bærepladen 3. Alternativt kan bæreren 23 også være fastgjort på huset for generatoren 9. Hertil skulle eksempelvis et bremse-sidedæksel på generatoren 9 forsynes med en fastgørelsesflade og udformes mekanisk tilsvarende stabil.

Akslerne 6 for rotoren, 14 for generatoren 9, og i givet fald i gearet 7 på den geometriske akse for akslerne 6 og 14 centralt anbragte aksler, som eksempelvis udgangsakslen 11 er udformede som hule aksler. Udover vægtbesparelsen tillader denne konstruktionsform for akslerne 6, 11, 14 gennemføringen af forsyningsledninger 24 udgående fra en drejefast del af drivstrengen 5 eksempelvis fra bærepladen 3 eller fra en anden nacellestruktur, til det roterende nav for rotoren. Forsyningsledningerne 24 er eksempelvis elektriske ledninger til forsyning af pitchdrev med elektrisk energi, til forsyning af i rotoren anbragte sensorer med energi og til overføring af data fra hhv. til i rotoren anbragte komponenter, som eksempelvis regulerede pitchdrev, sensorer, etc. Forsyningsledningerne 24 kan også omfatte rørledninger for kølemiddel eller en hydraulisk trykvæske. I forbindelse med hydrauliske pitchdrev kan desuden en tryk-middelforsyning tilsikres. Ledningerne 24 er via en overføring 26 forbundet med bærestrukturen 3. Overføringen 26 omfatter eksempelvis slæberinge for elektriske ledninger eller en drejekobling for hydrauliske ledninger.

En yderligere variant af et udførelseseksempel i overensstemmelse med opfindelsen for en drivstreng 5 til et vindkraftanlæg er vist i fig. 2. Denne drivstreng 5 adskiller sig fra den i fig. 1 viste drivstreng i det væsentlige ved anbringelsen af bremseanlægget 20. Den efterfølgende beskrivelse vedrører fortrinsvis denne forskel. For identiske træk blev sammen henvisningstegn anvendt.

Drivstrengen 5 omfatter atter en rotor, ud fra hvilken en rotoraksel 6 er ført ind i gearet 7. Udgangsakslen 11 fra gearet 7 er via koblingsindretningen 12 forbundet med akslen 14 for generatoren 9. Akslerne 11,14 og 6 og i givet fald i gearet yderligere foreliggende på den samme geometriske akse anbragte mellemaksler er udformede som hule aksler. Forsyningsledningerne 24 tjener til en forsyning hhv. en elektrisk eller datateknisk forbindelse af komponenter i rotornavet, som allerede beskrevet i forbindelse med fig. 1. I varianten i overensstemmelse med fig. 2 er nu bremseskiven 18 forbundet med udgangsakslen 11 fra gearet 7. Hertil er bæreskiven 28 fastgjort på akslen 11, og bremseskiven 18 er på sin side fastgjort til bæreskiven 28. Den faststående del af bremseanlægget 20, altså bremsebakker 22 og bremsecylindre er via bæreren 23 fastgjort til huset for generatoren 7. I det foreliggende eksempel er bremseanlægget 20 anbragt i huset for gearet 7. Bremseanlægget kunne imidlertid alternativt integreres i huset for generatoren, eller eksempelvis være fastholdt med flangeforbindelsen 16 imellem gearet 7 og generatoren 9 i et eget hus.

Bremseanlægget 20 kan med sine faststående komponenter, eksempelvis via bæreren 23, hvile mod en bæreplade 3, eller mod huset for gearet 7, der mod indersiden, i givet fald med egen forstærket støttestruktur eller støtteribbe, mod ydersiden, eller mod huset for generatoren 9. En mekanisk forbindelse til et gearhus eller et generatorhus er især fordelagtigt ved en højt integreret konstruktion af drivstrengen, som denne er vist i det indledningsvis nævnte DE 10 2007 012 408 A1, eller som denne er vist i den af ansøgeren indleverede tyske patentansøgning med referencen 10 2009 008 340.5. I overensstemmelse dermed tjener et komponenthus for en drivstrengskomponent som bærestruktur for andre drivstrengskomponenter. Den supplerende anvendelse af dette komponenthus som mekanisk forbindelse hhv. støttepunkt for bremseanlægget tillader en yderligere integration af drivstrengen. Anbringelsen af bremseskiven 18 hhv. alment den eller de roterende komponenter for bremseanlægget på en hul aksel tillader den sikre og pålidelige forbindelse af komponenter i rotornavet via ledninger til den faststående struktur i nacellen.

Den foreliggende opfindelse angår en drivstreng eksempelvis i et vindenergianlæg. En udgangsaksel fra gearet og en drivaksel for generatoren er hver især gennemgående, idet de nævnte aksler i det væsentlige er anbragt indbyrdes koaksialt, og hvor en ledning foreligger, som udgående fra en i forhold til rotoren positionsfast referencestruktur er ført igennem begge hule aksler til rotoren. Der foreligger en bremse - eksempelvis en skrivebremse -, som mekanisk er forbundet med én af de to nævnte aksler. På denne måde er de sædvanlige sikkerhedsforanstaltninger opfyldt, også i forbindelse med et anlæg, ved hvilket akslerne for generator og gear er udformede som hule aksler, og er anbragt indbyrdes koaksialt. En forsyning hhv. forbindelse af komponenter i rotornavet kan ske på den pålidelige måde med igennem en hul aksel førte ledninger.

De ovenfor beskrevne udførelseseksempler og figurer tjener blot til den bedre forståelse af nærværende opfindelsen, de indskrænker ikke opfindelsen til udførelseseksemplerne. Figurerne er holdt delvist groft skematiske, idet effekten hhv. virkningen til dels er vist tydeligt forstørret hhv. overdrevet, med henblik på at tydeliggøre funktionsmåderne, virkningsprincipperne, de tekniske udformninger og foranstaltninger. Grundlæggende kan hver funktionsmåde, hvert princip, hver teknisk udformning og hvert træk, som i figurerne eller i teksten er vist, frit og vilkårligt kombineres med alle krav, hvert træk og i teksten og i andre figurer, andre funktionsmåder, principper, tekniske udformninger og træk, som er indeholdt i nærværende beskrivelse eller som fremgår deraf, således at alle tænkelige kombinationer er tilstrækkelige for beskrivelsesomfanget for opfindelsen. I den forbindelse er også kombinationer imellem alle individuelle udformninger i teksten dvs. i hvert afsnit af beskrivelsesteksten, i kravene og også kombinationer imellem forskellige udførelseseksempler i teksten, i kravene og i figurerne omfattet.

Også kravene begrænser hhv. afgrænser ikke beskrivelsen og dermed kombinationsmulighederne for alle angivne træk indbyrdes. Alle angivne træk er eksplicit også individuelt og i kombination omfattet af nærværende offentliggørelse også individuelt og i kombination med alle andre træk ifølge opfindelsen.

Henvisningstalsliste I tårn 3 bæreplade 5 drivstreng 6 rotoraksel 7 gear 9 generator II udgangsaksel fra gear 12 koblingsindretning 14 aksel for generator 16 flangeforbindelse 18 bremseskive 20 bremseanlæg 22 bremsebakke 23 bærer 24 forsyningsledninger 26 overføring 28 bæreskive

Claims (8)

1. Drivstreng til udnyttelse af energien i en fluidstrømning, især i et vindenergianlæg, omfattende en af fluidstrømningen drivbar rotor, et gear (7), som på indgangssiden er tilsluttet rotoren, og en på gearets (7) udgangsside tilsluttet generator (9), idet en udgangsaksel (11) fra gearet og en drivaksel (14) på generatoren hver især er hule, idet de nævnte aksler (11, 14) i det væsentlige er anbragt indbyrdes koaksialt, og hvor en ledning (24) foreligger, som ud fra en i forhold til rotoren positionsfast referencestruktur er ført igennem de to hule aksler (11, 14) til rotoren, idet en bremse (20) foreligger, som mekanisk kan kobles til én af de to nævnte aksler (11, 14), kendetegnet ved, at bremsen (20) er anbragt i et mellemhus eller en flangeforbindelse (16) imellem generatoren (9) og gearet (7) og et rotationsfast bremseelement, især en holdestruktur (23) med deri indlejrede bremsebakker (22), hviler imod huset for generatoren (9) og/eller for gearet (7).

2. Drivstreng ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der på den hule drivaksel (14) for generatoren (9) er anbragt et rundtgående bremseelement, især en bremseskive (18).

3. Drivstreng ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der på den hule udgangsaksel (11) fra gearet (7) er anbragt et rundtgående bremselement, især en bremseskive (18).

4. Drivstreng ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at et rotationsfast bremseelement, især en holdestruktur (23) med deri indlejrede bremsebakker (22) hviler imod en bærestruktur (3) for drivstrengen, hvorpå eksempelvis generatoren (7) og/eller gearet (11) er monterede, især en nacellestruktur.

5. Drivstreng ifølge krav 2, kendetegnet ved, at bremsen (20) er anbragt på den bort fra gearet (7) vendende endeside af generatoren (9).

6. Drivstreng ifølge krav 5, kendetegnet ved, at bremsen (20) er anbragt i huset for generatoren (9).

7. Drivstreng ifølge ethvert af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at bremsen (20) er anbragt i huset for gearet (7).

8. Vindkraftanlæg, kendetegnet ved en drivstreng ifølge ethvert af kravene 1 til 7.