NL193070C - Windturbine. - Google Patents

Description

1 193070

Windturbine

De uitvinding heeft betrekking op een windturbine met een aantal bladen, welke in omtrekszin verdeeld aangebracht zijn op een roteerbaar om een aslijn aangebrachte naaf, waarbij elk blad een in- en uitschuif-5 baar en zwenkbaar einddeel heeft, waarvan een in het bladhoofddeel uitstekende as hierbinnen in langsrichting en daarmee door noksturing zwenkbaar opgenomen is en aan elke zwenkas een zuiger zit, die opgenomen is in een met hydraulische leidingmiddelen verbonden cilinder, waarbij elke cilinder althans één vloeistofkamer omvat.

Een dergelijke windturbine is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.575.309. De hydraulische 10 zuiger-cilindermiddelen zijn bij de bekende windturbine zodanig ingericht dat bij het af nemen van de druk in een cilinder het bijbehorende einddeel met behulp van veermiddelen wordt verplaatst en gezwenkt ten gevolge waarvan de windturbine afremt. Overbelasting, zoals op hol slaan is aldus tegen te gaan.

De bekende windturbine heeft het nadeel dat de hydraulische zuiger-cilindermiddelen afzonderlijk worden bediend. Hierdoor kan ongelijkmatige belasting van de afzonderlijke turbinebladen ontstaan, hetgeen 15 bijvoorbeeld kan leiden tot het optreden van trillingen en daarmee tot een breuk van de bladen.

De uitvinding heeft tot doei om een windturbine van de aan begin genoemde soort te verbeteren, ten einde dit nadeel op te heffen.

De windturbine volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat middelen zijn voorzien voor het gelijktijdig toe- of afvoeren van gelijke volumes vloeistof aan of uit de betreffende vloeistofkamers van de 20 cilinders (15) voor het synchroniseren van de schuif- en zwenkbewegingen van de respectieve zwenkbare einddelen (5).

Het Amerikaanse octrooischrif 4.355.955 beschrijft eveneens een windturbine, waarvan de turbinebladen zijn voorzien van zwenkbare einddelen, die bij overschrijding van een maximaal toegestane snelheid automatisch zullen zwenken om de windturbine af te remmen. Hiertoe is elk van de turbinebladen afzonder-25 lijk voorzien van een complexe mechanische constructie. De bekende windturbine is zodanig geconstrueerd dat deze de krachten, die ontstaan ten gevolge van het onafhankelijk van elkaar zwenken van de einddelen, kan weerstaan.

in een voorkeursuitvoeringsvorm omvat elke hydraulische cilinder een eerste, in de richting van het einddeel gelegen kamer en een tweede, in de richting van de naaf gelegen kamer, waarbij de eerste kamer 30 van elke cilinder via een hydraulische leiding is aangesloten op de tweede kamer van één van de overige cilinders, zodanig dat alle cilinders onderling hydraulisch zijn verbonden. Hiermee wordt de door de uitvinding beoogde synchronisatie op technisch eenvoudige en zeer betrouwbare wijze gerealiseerd.

De uitvinding wordt hieronder verder toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: 35 figuur 1 een gedeeltelijk opengewerkt perspectivisch aanzicht is van een windturbine; figuur 2 een schematisch aanzicht is in bladrichting van een turbineblad van een windturbine; figuur 3 een gedeeltelijk opengewerkt detailaanzicht is volgens de pijl III in figuur 1; figuur 4 een gedeeltelijk opengewerkt detailaanzicht is volgens de pijl IV in figuur 2; figuur 5 een alternatieve uitvoeringsvorm weergeeft van de in figuur 4 getoonde constructie; 40 figuur 6 een schematische weergave is van de koppeling van de beweegbare einddelen van elk turbineblad; figuur 7 een gedeeltelijk opengewerkt perspectivisch aanzicht is van een alternatieve uitvoeringsvorm van fixatiemiddelen voor een turbineblad voor toepassing in een windturbine; figuur 8 een aanzicht is in bladrichting van het turbineblad van figuur 7; 45 figuur 9 een doorsnede is volgens de lijn IX—IX in figuur 7; figuur 10 een doorsnede is van het rotatiemechanisme behorende bij de in figuur 7 getoonde alternatieve uitvoeringsvorm van de fixatiemiddelen; figuur 11 een gedeeltelijk doorsnede-aanzicht is volgens de lijn XI-XI in figuur 10; en figuren 12, 13 en 14 schematisch een aantal bij de alternatieve uitvoeringsvorm van de windturbine 50 toepasbare voorspanmiddelen weergeven.

Een windturbine 1 (figuur 1) is voorzien van een roteerbaar om een aslijn 2 aangebrachte naaf 3, waarop in omtrekszin verdeeld een aantal bladen aangebracht is. Wanneer de sterkte van de wind ter plaatse van de turbine groot genoeg is, zal de naaf 3 met de bladen roteren in de richting van de pijl D. Teneinde het door 55 de turbinebladen opgewekte koppel bij constant (synchroon) toerental van een daarmee verbonden generator <hier niet getoond) bij elke windsnelheid zo te regelen, dat de generator binnen de grenzen van zijn optimale bed rijf sgebied opereert, is elk turbineblad voorzien van een einddeel 5, dat t.o.v. het hoofddeel 1193070 2 4 van het turbineblad roteerbaar is om de langsas van het blad.

Bij een rotatie van de turbinebiaden in de richting van de pijl D (figuur 2) zal elk blad ongeveer volgens de richting van de pijl W aangestroomd worden. Een rotatiebeweging van het einddeel 5 om de langsas van het turbineblad van de met getrokken lijnen weergegeven neutrale stand naar de met gestippelde lijnen 5 weergegeven stand zal een verstoring van de stroming om het turbineblad tot gevolg hebben waardoor het opgewekte koppel, en dus bij constant toerental het opgewekte vermogen zal worden beperkt. Het is echter ook denkbaar om het einddeel 5 in tegengestelde richting te roteren, teneinde de invalshoek van het einddeel 5 meer in overeenstemming te brengen met de stromingstoestand bij lage rotatiesnelheden, en zo het starten van de windturbine te vereenvoudigen.

10 Ingeval het toerental van de turbine, om welke reden dan ook, toegenomen is tot boven het synchrone toerental van de generator, zal het roteren van het einddeel 5 in de aangegeven richting het afremmen van de turbine tot gevolg hebben. Op deze wijze fungeren de vermogensregelingsmiddelen als reminrichting.

Elk einddeel 5 (figuur 3) vertoont een uitstekende rotatieas 6, welke zwenkbaar en in langsrichting van het turbineblad beweegbaar opgenomen is in het hoofddeel 4 van het blad. Tijdens normaal bedrijf van de 15 turbine 1 wordt het einddeel 5 in een met het hoofddeel 4 van het turbineblad evenwijdige neutrale stand gefixeerd door pen-gat verbindingen 7, 8. Onder invloed van voorspanmiddelen, zoals schotelveren 9, wordt het einddeel 5 tegen het hoofddeel 4 van het turbineblad getrokken. Wanneer echter de rotatiesnelheid van de turbinebiaden een dusdanige waarde aanneemt dat de centrifugaalkracht op het einddeel 5 groter wordt dan de voorspankracht van de schotelveren 9, zal het einddeel 5 in langsrichting van het turbineblad naar 20 buiten bewegen, waardoor de pen-gat verbindingen 7, 8 uit aangrijping raken en de rotatieas 6 kan roteren t.o.v. het hoofddeel 4 van het turbineblad. Door de rotatiebeweging van de as 6 komt het einddeel 5 dwars op de bewegingsrichting van het turbineblad te staan, waardoor het turbineblad afgeremd en het door het turbineblad opgewekte koppel verminderd wordt. Wanneer het turbineblad zover afgeremd is dat de centrifugaalkracht op het einddeel 5 weer kleiner wordt dan de voorspankracht van de schotelveren 9, 25 beweegt het einddeel 5 onder invloed van de voorspankracht terug naar zijn neutrale stand.

De rotatieas 6 van het einddeel 5 vertoont een tweetal gedeelten van een schroeflijn vormende spiebanen 10 (figuur 4), welke samenwerken met in een huis of cilinder 11 in het hoofddeel 4 van het turbineblad aangebrachte spieën 12, teneinde het einddeel 5 een gecombineerde translatie- en zwenk-beweging t.o.v. het hoofddeel 4 van het turbineblad te laten uitvoeren.

30 Bij een alternatieve uitvoeringsvorm kan het einddeel 5 in zijn getoonde, t.o.v. het hoofddeel 4 van het turbineblad stand geborgd worden doordat de zwenkas 6 onder invloed van de schotelveren 9 zodanig in langsrichting van het blad naar binnen bewogen wordt, dat de spieën 12 opgenomen worden in verbredingen 13 van de spiebanen 10 (figuur 5).

Teneinde ongelijkmatige belasting van de afzonderlijke turbinebiaden, en daardoor het optreden van 35 trillingen welke kunnen leiden tot een breuk van de bladen te voorkomen, worden de zwenkbewegingen van de einddelen 5 van de afzonderlijke turbinebiaden onderling gesynchroniseerd. Daartoe is elke zwenkas 6 voorzien van een zuiger 14, welke in langsrichting van het turbineblad beweegbaar opgenomen is in een cilinder 15 (figuur 6). De cilinders 15 zijn op de aangegeven wijze met elkaar verbonden over hydraulische leidingen 16, 17, 18, waardoor de zwenkbewegingen van de einddelen 5 gesynchroniseerd worden. Elke 40 cilinder 15 is hiertoe voorzien van twee kamers, te weten een eerste, meest nabij het einddeel 5 gelegen kamer, en een tweede, meest nabij de naaf gelegen kamer. Bij beweging van de zuiger 14 in langsrichting van een turbineblad verandert het volume van de eerste en tweede kamer op complementaire wijze. Het oppervlak van zuiger 14 dat zich in respectievelijk de eerste en de tweede kamer uitstrekt is vanzelfsprekend gelijk. Alle hydraulische cilinders 15 staan onderling in verbinding via hydraulische leidingen 16, 17, en 45 18. De eerste kamer van het bovenste turbineblad in figuur 6 is via de leiding 17 verbonden met de tweede kamer van het middelste turbineblad. De eerste kamer van het middelste turbineblad is via leiding 18 verbonden met de tweede kamer van het onderste turbineblad. De eerste kamer van het onderste turbineblad is ten slotte verbonden met de tweede kamer van het bovenste turbineblad via leiding 16.

De werking van de in figuur 6 geïllustreerde uitvoeringsvorm kan het best worden begrepen door 50 beschrijving van een mogelijke situatie. Aangenomen wordt dat in de gegeven situatie einddeel 5 van het bovenste turbineblad in figuur 6 zwenkt onder invloed van de centrifugaalkracht. Daarbij zal een zekere volume vloeistof uit de eerste kamer van de bijbehorende cilinder 15 worden afgevoerd. Dit volume komt via leiding 17 rechtstreeks terecht in de tweede kamer van het middelste turbineblad. Hierdoor zal zuiger 14 van het middelste turbineblad in figuur 6 naar links bewegen, waardoor het bijbehorende einddeel 5 tevens 55 zal zwenken. Ten gevolge hiervan zal uit de bijbehorende kamer 15 van het middelste turbineblad een zeker volume vloeistof via leiding 18 naar de tweede kamer van het onderste turbineblad worden gevoerd. Ten gevolge hiervan zal ook einddeel 5 van het onderste turbineblad zwenken. Vanwege de starre

Claims (2)

3 193070 verbindingen die met behulp van hydraulische leidingen zijn verkregen zal het zwenken van de einddelen nagenoeg synchroon plaatsvinden. In een alternatieve uitvoeringsvorm van de windturbine vertonen de pen-gat verbindingen 7, 8 elk samenwerkende, in de bewegingsrichting van het roteerbare einddeel 5 hellend verlopende glijvlakken 19, 5 20 (figuur d). Deze samenwerkende, hellende glijvlakken 19, 20 maken een gelijktijdige rotatie- en translatiebeweging van het einddeel 5 t.o.v. het hoofddeel 4 van het turbineblad mogelijk. Deze gecombineerde rotatie- en translatiebeweging wordt bewerkstelligd door de schroeflijnvormig gebogen spiebanen 10 welke aangebracht zijn op de rotatie-as 6, en welke samenwerken met de in het huis 11 aangebrachte spiebanen 12 (figuren 10 en 11). In plaats van spiebanen 12 kunnen bijvoorbeeld ook kogels toegepast 10 worden. De beweging van het einddeel 5 t.o.v. het hoofddeel 4 van het turbineblad kan automatisch plaatsvinden bij hoge rotatiesnelheden van het turbineblad als gevolg van de centrifugaalkracht op het einddeel 5, maar kan ook gestuurd worden. Hiertoe wordt de cilinder 15 in ieder hoofddeel 4 aangesloten op een hydraulische leiding 21 (figuren 12, 13, 14), waarop een druk p werkt, welke de zuiger 14 in de richting van de naaf 15 dwingt. Indien de druk p verkleind wordt, wordt de zuiger 14 door voorspanmiddelen zoals bijvoorbeeld een veer 22 (figuur 12) of een accumulator 23 (figuur 13) naar buiten geduwd, waardoor het einddeel 5 wordt gezwenkt. De in figuren 12 en 13 getoonde uitvoeringsvormen van de windturbine, hebben beiden een zogeheten veiligfaalgedrag; bij het door falen van het hydraulische systeem door wegvallen van de hydraulische druk 20 zal onder invloed van de voorspanmiddelen het einddeel 5 worden gezwenkt, waardoor de windturbine 1 zal worden afgeremd. Ook is het mogelijk de cilinder 15 te voorzien van een op het hydraulisch circuit van de leiding 21 aangesloten retourleiding 24 (figuur 14), waardoor door het omkeren van de pomp-richting in het hydraulisch circuit de zuiger 14 heen en weer bewogen kan worden in de cilinder 15, en het einddeel 5 gezwenkt kan 25 worden naar elke willekeurige stand ten opzichte van het hoofddeel 4 van het turbineblad. Bij deze uitvoeringsvorm, waarbij geen pen-gat verbindingen 7, 8 aanwezig zijn, kan de stand van het einddeel 5 altijd optimaal worden aangepast aan de stromingstoestand rond het turbineblad. Zo kan door besturing van de pomp van het hydraulisch circuit elk gewenst vermogen worden opgewekt. Bovendien kan deze uitvoeringsvorm eveneens worden toegepast bij windturbines, welke voorzien zijn van een generator 30 met variabel toerental. Het opnemen van de spiebanen 10 en 12 in een hydraulische cilinder 15, zoals getoond in figuren 10-14, heeft als voordeel, dat de spiebanen 10 en 12 goed gesmeerd en beschermd worden, waardoor de beweging van het einddeel 5 ten opzichte van het hoofddeel van het turbineblad onder alle omstandigheden goed zal verlopen. 35

1. Windturbine met een aantal bladen, welke in omtrekszin verdeeld aangebracht zijn op een roteerbaar om 40 een aslijn aangebrachte naaf, waarbij elk blad een in- en uitschuifbaar en zwenkbaar einddeel heeft, waarvan een in het bladhoofddeel uitstekende as hierbinnen in langsrichting en daarmee door noksturing zwenkbaar opgenomen is en aan elke zwenkas een zuiger zit, die opgenomen is in een met hydraulische leidingmiddelen verbonden cilinder, waarbij elke cilinder althans één vloeistofkamer omvat, met het kenmerk, dat middelen zijn voorzien voor het gelijktijdig toe- of afvoeren van gelijke volumes vloeistof aan of 45 uit de betreffende vloeistofkamers van de cilinders (15) voor het synchroniseren van de schuif- en zwenkbewegingen van de respectieve zwenkbare einddelen (5).

2. Windturbine volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elke hydraulische cilinder een eerste, in de richting van het einddeel gelegen kamer en een tweede, in de richting van de naaf gelegen kamer omvat, waarbij de eerste kamer van elke cilinder via een hydraulische leiding is aangesloten op de tweede kamer 50 van één van de overige cilinders, zodanig dat alle cilinders onderling hydraulisch zijn verbonden. Hierbij 8 bladen tekening