FI72783C - Rotorkonstruktion foer vindkraftmaskin. - Google Patents

Description

- PATENTTIJULKAISU ποΤΟί

•Agr* Ι°3 01) PATENTSKRIFT tZ/OO

3¾¾ (51) Kv.lk^/Int.Cli* F 03 D 7/Ok (21) Patenttihalcemui— Patentansökning 802989 V- ^ -S (22) Hakemispäivä — AnsÖkningsdag 23.09*80 (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 23.09.8 0 SUOMI—FIN LAND (41) Tullut Julkiseksi — Bllvit offentlig 2*4.03.82 SB|\ (44) Nähtäväksi panon ja kuul.julkaisun pvm.— 31 .03.87 */ Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (45) Patentti myönnetty — Patent meddelat 10.07.87

Patentti- ja rekisterihallitus (86) Kv.hakemus — Int.ansökan

Patent- och registerstyrelsen (32)(33)(31) pyydetty etuoikeus — Begird prioritet (73)(72) Olavi Haapalainen, Joupinmäenrinne k C, 02760 Espoo,

Suomi-Finland(FI) (7*0 Papula Rein Lahtela Oy (5**) Tuul i voimakoneen roottor i rakenne -

Rotorkonstruktion för vindkraftmaskin

Keksinnön kohteena on tuuli voimakoneen root tori rakenne, joka käsittää vaakasuoraan laakeroidun roottorin akselin, johon on kiinnitetty kaksi tai useampia roottorin siipiä vinoon kulmaan ja jossa kunkin siiven pituussuuntainen kiertoakseli on siiven etu-reunan läheisyydessä ja siipien yhteyteen on järjestetty jousi-laitteet, joilla siipi puristetaan perusasentoon, jossa se on likimain kohtisuorassa tuulen suuntaa vastaan.

Keksinnön tarkouituksena on aikaansaada sellainen roottoriraken-ne, jossa siipien lapakulmien automaattisen säädön avulla pyritään säilyttämään roottorin kierrosnopeus halutulla nopeusalueel-la ja roottoriin kohdistuvat kokonaisvoimat haluttua maksimiarvoa pienempänä, sekä poikkeuksellisissa olosuhteissa estämään roottorin ryntääminen. Ryntääminen saattaa aiheutua esim. kuorman äkillisestä putoamisesta, mikä puolestaan voi johtua sähköhäiriöstä.

Ennestään tunnetaan mm. saksalaisessa patenttijulkaisussa n:o 805388 esitetty keskipakoisvoimaan perustuva säätölaitteisto. Tässä laitteistossa kukin siipi on varustettu erillisellä painolla, johon pyörintäliikkeen aiheuttama keskipakoisvoima vaikuttaa.

2 72783

Paino on puolestaan yhdistetty vipujärjestelmän välityksellä siipeen , jonka asentoa se säätää kiertämällä siipeä sen pituusakselin ympäri. Epäkohtana järjestelmässä on monimutkainen vipujär-jestely, joka on arka käyttöhäiriöi1le .

Ruotsalaisessa kuulutusjulkaisussa n:o 387 161 on esitetty tuuli-moottorin kierrosluvun säätöjärjestelmä, jossa siipiprofiiliin vaikuttava aerodynaaminen momentti suoraan säätää siiven tulokulmaa. Kukin siipi on varustettu tnrsiojousella, joka pyrkii pitämään siiven perusasennossa. Käytännössä on kuitenkin vaikea saada säätöä toimimaan riittävän laajalla alueella.

Keksinnön tarkoituksena on parantaa edellä selitettyjä säätöjärjestelyjä, jolloin keksinnön mukaiselle root torirakenteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön etuna on yksinkertaisen rakenteen lisäksi se, että siiven tulokulman säätö ei ole pelkästään riippuvainen siipeen vaikuttavista aerodynaamisista voimista. Säätö tapahtuu keksinnön mukaisesti myös suoraan siipeen vaikuttavan keskipakoisvoiman avulla. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa käytetään hyväksi välittömästi ja suoraan roottorin siipeen vaikuttavia keskipakois- ja aerodynaamisia voimia itse siipi ainoana sen akseliin nähden poikittaisessa suunnassa toimivana vipulaitteena. Tällöin saadaan täydellinen varmuus ryntäystapausten varalle.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti oheisen piirustuksen avulla, jossa

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista roottoria sivulta;

Kuvio 2 esittää yhtä roottorin siipeä edestä;

Kuvio 3 esittää kuvion 2 siipeä sivulta.

Kuvion 1 mukaisesti roottori 1 on laakeroitu vaakasuoraan akseliin 2. Akseli 2 on tunnetulla tavalla kiinnitetty pylvääseen 3, jonka varassa akseli 2 on käännettävissä tuulen 4 suuntaiseksi. Kääntö on järjestetty automaattisesti tapahtuvaksi sopivien sinänsä tunnettujen välineiden 3 avulla.

72783 3

Roottoriin 1 kuuluu useita siipiä 6, jotka on kiinnitetty jäykästi roottoriin siten, että ne muodostavat kulman of roottorin akselin 2 jatkeen kanssa. Toisin sanoen kukin siipi 6 on kallistettu vastatuuleen. Siiven kartiokulma 2°f , eli roottorin pyöriessä siiven akselin pyyhkäisemän pyörähdyskartion kärkikulma, on negatiivinen 2 Of <. 180°. Roottorin 1 pyöriessä kohdistuu jokaiseen siipeen keskipakoisvoima. Keskipakoisvoiman voidaan olettaa kohdistuvan siiven massakeskipisteeseen, jota on merkitty viitenumerolla 21 kuviossa 2. Kuhunkin siipeen vaikuttava keskipakoisvoima voidaan tunnetulla tavalla jakaa siiven suuntaiseen F^ ja sitä vastaan kohtisuoraan F^ komponenttiin. Siiven suuntainen komponentti otetaan vastaan siiven kiinnityskohdassa roottorin 1 keskiössä.

Kukin siipi on tehty pituussuunnassaan kiertyväksi akselin 22 ympäri. Säädettävyyden tarkoituksena on mahdollistaa siiven tulo-kulman muuttaminen ja täten siiven nopeuden säätäminen. Akseli 22 on sijoitettu siiven etuosaan ja ainakin niin eteen, että keskipakoisvoimien resultantin vaikutuspiste eli siiven massakeskipiste 21 sijaitsee akselin 22 ja siiven jättöreunan 11 välissä. Tällöin keskipakoisvoiman kohtisuoraan siipeä vastaan suuntautuva komponentti F t pyrkii kiertämään siipeä akselin 22 ympäri.

Kukin siipi on varustettu vivulla 24 ja tähän kiinnitetyllä jousella 25, joka pyrkii pitämään siiven perusasennossa. Perusasennolla tarkoitetaan asentoa, jossa siipi on likimain kohtisuorassa tuulen suuntaa 4 vastaan. Keskipakoisvoiman Fj- aiheuttama momentti Mi säätää siiven tulokulmaa jousen 25 painetta vastaan.

Pääasiallinen aerodynaaminen vaikuttaja on siipeen, sen pyöriessä, kohdistuva nostovoima Fa = C^-Av^ ja sen vaikutuspiste eli aerodynaamisten voimien Fa resultantin vaikutuspiste 23 on n. 0,25 - 0,30 ► c etäisyydellä siipiprofiilin kärjestä 10 (c = profiilin pituus, A = pinta-ala ja v = nopeus). Aerodynaamisten voimien Fa aiheuttama momentti M2 vaikuttaa myös jousen 25 jousivoiman Fj ja vipuvarren 24 momenttia vastaan.

4 72783

Nimenomaan nostovoiman Fa kasvaminen mekaanisten rakenteiden kannalta liian suureksi (tuuligeneraattorin runsas ylikuormittaminen) estetään keksinnön mukaisella rakenteella, jossa siiven akseli 22 sijaitsee siiven etureunassa tai jopa siiven etureunan edessä. Toinen tilanne, jossa nostovoima Fa saattaa kasvaa liian suureksi ilman suojamekanismia on se, että tuulen nopeus kasvaa yhtäkkiä. Tällöin ei roottorin pyörintänopeus ehdi paljoa muuttua eikä myöskään generaattorin kuormitus, vaan nostovoima kasvaa roottorin siiven tulokulman kasvun seurauksena.

Siiven profiilin epäsymmetrisyydestä johtuva kiertomomentti vaikuttaa myös siipeä kiertävästi, mutta tämä momentti on käytännössä vain murto-osa keskipakoisvoiman F^ ja nostovoiman Fa aiheuttamista momenteista M s + M2, ja se on paremminkin rinnakkainen keskipakoisvoiman aiheuttamalle momentille.

Claims (1)

1. 5 72783 PATENTTIVAATIMUS I. Tuulivoimakoneen roottorirakenne, joka käsittää vaakasuoraan laakeroidun roottorin akselin (2), johon on kiinni-5 tetty kaksi tai useampia roottorin siipiä (1) vinoon kulmaan ja jossa kunkin siiven pituussuuntainen kiertoakseli (22) on siiven etureunan läheisyydessä ja siipien yhteyteen on järjestetty jousi laitteet (24, 25), joilla siipi puris tetaan perusasentoon, jossa se on likimain kohtisuorassa 10 tuulen suuntaa vastaan, t u n n e t t u siitä, että kukin siipi on asetettu roottorin akselin (2) suhteen vinoon kulmaan (°r) siten, että siiven kärki poikkeaa akselin (2) normaalista tuulen tulosuuntaan ja siivet (l) on kiinnitetty jäykästi roottorin akseliin (2) siten, että kulma { säi-15 lyy vakiona ja jousilaitteet (24, 25) on asetettu vaikuttamaan siipeen siten, että kun siipeen vaikuttavien aerodynaamisten voimien resultantin vaikutuspiste (23), jotka aerodynaamiset voimat vaikuttavat tunnetusti n. 0,25-0,30 . c etäisyydellä siipiprofii1 in kärjestä (10), jossa c = pro-20 fiilin pituus, ja keskipakovoimien resultantin vaikutuspiste (21) eli siiven massakeskipiste sijaitsevat mainitun akselin (22) suhteen siiven jättöreunan (11) puolella, niin kuhunkin siipeen (1) kohdistuva keskipakoisvoiman resul-tantti (F^) Ja aerodynaamisten voimien resultantti (Fa) ai-25 heuttavat kiertomomentin (M), jota vastaan vaikuttaa siipeä (1) perusasennossa pitävän jousilaitteen jousen (25) jousivoiman (Fj) aiheuttama kiertomomentti, joiden momenttien vaikutuksesta siiven (1) tulokulma määräytyy. 30