NL2012017C2 - Windturbine. - Google Patents

Description

WINDTURBINE

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een windturbine. Een typische windturbine, of ook wel windmolen genoemd, is voorzien van een rotor met een veelheid aan rotorbladen of wieken, vaak drie, die aan de bovenzijde van een mast zijn aangebracht. De mast is hiertoe aan de bovenzijde vaak voorzien van een nacelle waaraan de rotor is aangebracht en die om een verticale as kan draaien ten opzichte van de mast om de rotor in de juiste positie ten opzichte van de windrichting te brengen. In die nacelle is doorgaans ook een generator opgenomen die is gekoppeld aan de rotor voor het opwekken van elektrische energie.

Het is een nadeel van bekende windturbines dat ze storingsgevoelig zijn, in het bijzonder wat betreft storingen aan de generator, en daardoor een relatief hoge uitval hebben. Bovendien zijn reparaties aan de windturbine, in het bijzonder wanneer de storing de generator betreft, moeilijk uit te voeren.

Het is daarom een doel, naast andere doelen, van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een windturbine met een verlaagde uitval en/of die efficiënt kan worden onderhouden.

Dit doel, naast andere doelen, wordt bereikt door een windturbine volgens conclusie 1. Meer specifiek wordt dit doel, naast andere doelen, bereikt door een windturbine omvattende een mast, een aan de bovenzijde van de mast roteerbare rotor voorzien van een veelheid aan bladen en een veelheid aan generatoren voor het opwekken van elektrische energie, waarbij de generatoren zich bevinden nabij de basis van de mast en waarbij zich tussen de rotor en de generatoren een in hoofdzaak verticale rotoras uitstrekt die is ingericht voor het werkzaam verbinden van ten minste één van de generatoren en de rotor. Het plegen van onderhoud aan generatoren die zich bevinden nabij de basis, bij voorkeur gelijkvloers aan de ondergrond waarop de mast is geplaatst, is eenvoudiger dan wanneer de generator bijvoorbeeld bovenin de mast is opgenomen zoals bij de bekende windturbines. Bovendien is er voorzien in meerdere generatoren, zodat in het eventuele geval van een storing in één, of zelfs meerdere van de generatoren, een andere generator, of meerdere generatoren, alsnog elektrische energie kunnen opwekken. De uitval wordt hierdoor verkleind.

De rotoras is bij voorkeur met behulp van een geschikte overbrenging, bijvoorbeeld een tandwielkast, gekoppeld aan de rotor. De rotoras strekt zich dan vanaf de bovenzijde tot aan de onderzijde van de mast uit en bevindt zich bij voorkeur in een behuizing van de mast ter bescherming van de rotoras voor bijvoorbeeld weersinvloeden. Nabij de basis is de rotoras bij voorkeur voorzien van een aandrijfwiel, waaraan de generatoren gekoppeld kunnen worden. Dit aandrijfwiel roteert bij voorkeur om een verticale as, parallel en meer bij voorkeur evenwijdig aan de lengteas van de rotoras. Een overbrenging is dan niet nodig. Het aandrijfwiel kan bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als een tandwiel of het wiel kan zijn voorzien van een tandwielkrans. De generatoren kunnen dan zijn voorzien van geschikte overeenkomstig gevormde tandwielen die aangrijpen op het aandrijfwiel.

De vinding is echter niet beperkt tot een bepaald type generator. Het is bijvoorbeeld ook mogelijk dat op de rotoras, bij voorbeeld op een wiel, een veelheid aan magneten is aangebracht, waarbij radiaal geplaatste spoelen dienst doen als generatoren. Van belang is dat de generatoren elektriciteit kunnen opwekken uit de draaiende rotoras. Ten minste een gedeelte van die generatoren, bij voorkeur dat deel dat het meeste onderhoud vergt en/of aan slijtage onderhevig is, losneembaar van de rotoras.

Het is mogelijk dat de generatoren constant zijn verbonden met de rotoras, waarbij de generatoren bijvoorbeeld selectief worden in- en uitgeschakeld. Een voorkeursuitvoeringsvorm van de windturbine volgens de vinding omvat echter voorts verbindingsmiddelen die zijn ingericht voor het individueel aan- en afkoppelen van de generatoren en de rotoras. Dit maakt het mogelijk het aantal generatoren dat werkzaam is verbonden aan de rotoras aan te passen, bijvoorbeeld afhankelijk van de windsnelheid. Bovendien is eventuele reparatie en/of onderhoud van een generator eenvoudiger wanneer deze is afgekoppeld van de rotoras.

Ieder van de generatoren is bij voorkeur aan- en afkoppelbaar van de rotoras met behulp van de verbindingsmiddelen. Een efficiënte koppeling en afkoppeling wordt bereikt indien de verbindingsmiddelen ten minste één elektromagnetische koppeling omvat.

Om reparatie en/of onderhoud aan de generatoren nog verder te vergemakkelijken, is het volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm voordelig wanneer ten minste een gedeelte van de generatoren verplaatsbaar is aangebracht in de basis. Bij voorkeur zijn alle generatoren verplaatsbaar aangebracht. Een defecte generator, of een generator die onderhoud vergt, kan dan worden afgekoppeld en worden verwijderd van de rotoras. Het is bijvoorbeeld mogelijk om het onderhoud dan op een andere locatie uit te voeren. Hoog opgeleid personeel voor onderhoud of reparatie van de generator is dan niet ter plaatse nodig. Het is hierbij bovendien voordelig wanneer een generator zodanig verplaatsbaar is dat een generator in afgekoppelde toestand kan worden uitgewisseld. De afgekoppelde en verplaatste generator kan dan worden vervangen door een andere generator. Bij voorkeur staan hiertoe één of meerdere generatoren op voorraad.

Het verplaatsen, bijvoorbeeld voor het uitwisselen van generatoren, kan efficiënt plaatsvinden wanneer ten minste een gedeelte van de generatoren is aangebracht op een transportsysteem voor het transporteren van de generatoren, bij voorkeur voor het van en naar de rotoras transporteren van de generatoren. De generatoren zijn bij voorkeur radiaal opgesteld rond de rotoras, bijvoorbeeld om het aandrijfwiel zoals hierboven beschreven, en waarbij het transportsysteem dan meer bij voorkeur is ingericht om de generatoren in een radiale richting van de rotoras af te transporteren. De generatoren zijn dan eenvoudiger benaderbaar voor onderhoud of eventueel verder transport.

Om de generatoren verder te transporten, bijvoorbeeld naar een andere locatie, omvat het transportsysteem volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm voorts een ringleiding met een centrale afvoer voor het centraal aan- en afvoeren van de in de radiale richting getransporteerde generatoren. De radiaal verplaatsbare generatoren kunnen dan via de ringleiding die op een afstand om de rotoras loopt, of een andere centrale leiding,worden afgevoerd.

De generatoren kunnen efficiënt worden getransporteerd wanneer het transportsysteem een railsysteem omvat, waarbij ten minste een gedeelte van de generatoren is aangebracht op karren die verplaatsbaar zijn op het railsysteem. Een dergelijke kar kan een onderdeel vormen van de generator of de generator is losneembaar aangebracht op de kar. Er kunnen dan bijvoorbeeld radiaal om de rotoras gelegde rails zijn, die aansluiten op een ringleiding die het aan- en afvoeren van de generatoren op karretjes eenvoudig maken.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de windturbine voorts een regeleenheid, waarbij de regeleenheid is ingericht voor het individueel aan- en afkoppelen van de generatoren en de rotoras, bij voorkeur in afhankelijkheid van de rotatiesnelheid van de rotoras. Dit maakt het mogelijk de generatoren op hun optimale rotatiesnelheid te gebruiken, hetgeen de efficiëntie van de generator ten goede komt. Ook is het mogelijk dat de regeleenheid automatisch een generator afkoppelt indien een shoring optreedt in de generator.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de rotoras een gedeelte as, waarbij de delen onderling zijn verbonden met een overbrenging, bij voorbeeld in de vorm van een koppeling. Enige speling door mechanische belasting in de mast kan dan efficiënt worden opgevangen. Om lange uitval bij een eventuele storing aan de rotoras te voorkomen, is het volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm bovendien voordelig wanneer de windturbine voorts een extra rotoras, of delen daarvan, omvat die is aangebracht in de mast en zich parallel uitstrekt aan de eerste rotoras. De extra rotoras, die bij voorkeur al geheel afgemonteerd is aangebracht in de mast, kan dan eenvoudig worden gekoppeld aan de generatoren en de rotor bij schade of onderhoud aan de eerste rotoras waardoor uitval van de molen geminimaliseerd in tijd wordt. Die eerste rotoras kan dan bijvoorbeeld worden vervangen of ter plaatse geserviced.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de windturbine een horizontale-as-windturbine. De rotorbladen of wieken roteren hierbij in een hoofdzakelijk vertikaal vlak, waarbij de rotor bovendien roteerbaar is om een verticale as ten opzicht van de mast om de rotor uit te lijnen met de windrichting. Het is dan bovendien voordelig wanneer de mast een basisdeel en een bovendeel omvat, waarbij de rotor is aangebracht aan het bovendeel en waarbij het bovendeel draaibaar om een verticale as is ten opzichte van het basisdeel en waarbij het bovendeel aërodynamisch is gevormd. Dit verlaagt de weerstand bij het passeren van mast door de rotorbladen.

De onderhavige uitvinding wordt verder geïllustreerd aan de hand van de volgende figuren, die een voorkeursuitvoeringsvorm van de windturbine volgens de uitvinding weergeven, en zijn niet bedoeld om de reikwijdte van de uitvinding op enige manier in te perken, waarbij:

Figuur 1 de windturbine in perspectief toont;

Figuur 2 een vooraanzicht van de windturbine toont;

Figuur 3 een doorsnede in het vlak III - III in figuur 2 toont;

Figuur 4 de plaatsing van de generatoren volgens de vinding in perspectief toont;

Figuur 5 de plaatsing van de generatoren volgens de vinding in bovenaanzicht toont; en

Figuur 6 de uitgang van de behuizing van de basis in perspectief toont.

In figuren 1 - 3 is de windturbine 1 volgens de vinding getoond. De windturbine 1 is voorzien van een mast 3 die behulp van steunen 11 steunt op de ondergrond 100. Aan de bovenzijde 32 van de mast 3 is een rotor 2 aangebracht die kan roteren ten opzichte van die bovenkant 32. Aan de rotor 2 zijn drie wieken 21 aangebracht. De aandrijfas 22 van de rotor 2 is met behulp van een tandwiel 28 gekoppeld aan een tandwiel 41 van een verticale rotoras 4 die zich uitstrekt vanaf de bovenzijde 32 tot aan de basis van de mast 3, in deze uitvoering een behuizing 50. De rotoras 4 is tweedelig, waarbij het bovenste deel 4a met behulp van een koppeling 42 is gekoppeld aan het onderste deel 4b.

Ook de mast 3 is tweedelig, waarbij een bovenste gedeelte 3 a om een verticale as kan draaien ten opzichte van het stationaire onderste deel 3b. De bovenkant 32 van de mast 3 draait dan ook mee met dit bovenste deel 3a. Het bovenste deel 32 is aërodynamisch gevormd en is voorzien van twee afgeplatte vlakken 31, die het beste zichtbaar zijn in figuren 2 en 3.

De rotoras 4 mondt uit in de basisbehuizing 50 en aan het uiteinde van die rotoras 4 is een vliegwiel 43 aangebracht, zie figuur 4. Dit vliegwiel 43 is voorzien van een tandkrans waarop tandwielen van de koppelingen, die schematisch zijn aangegeven met 51, van generatoren 5 aangrijpen. Er is voorzien in acht generatoren 5, die gelijkmatig radiaal rond de lengteas van de rotoras 4 staan opgesteld, zie ook figuur 5. De elektromagnetische koppelingen 51 kunnen de generatoren 5 aan- en afkoppelen van het vliegwiel 43, bijvoorbeeld in afhankelijkheid van de rotatiesnelheid van de rotoras 4.

De generatoren 5 zijn op karretjes 6 geplaatst, die kunnen rijden op een railsysteem 7. Dit railsysteem 71 omvat radiale rails 71 die het mogelijk maken dat de generatoren 5 in radiale richting van de rotoras 4 af kunnen worden verplaatst, wat is aangegeven met de pijlen A in figuur 5. Deze radiale rails 71 komen samen in een ringleiding 72 die is gekoppeld aan een centrale afvoer 74. Dit maakt het mogelijk een generator 5 die moet worden vervangen, wanneer die is afgekoppeld van het vliegwiel 43, van het vliegwiel 43 af te verplaatsen en uit de behuizing 50 te voeren via rails 71, 72 en 74, zie ook figuur 6. De generator 5 kan dan op een andere, centrale locatie worden gerepareerd of onderhouden. Een vervangende generator 5 kan dan ook worden aangevoerd. Ook gekoppeld aan het railsysteem 7 zijn twee stallingplaatsen 73, waar vervangende generatoren 5 kunnen worden klaargezet. Deze stallingplaatsen 73 kunnen ook worden gebruikt om onderhoud uit te voeren aan de generatoren 5. In figuur 6 is bovendien een hangende rail 75 zichtbaar. Deze kan als alternatief voor het railsysteem 7 worden gebruikt, waarbij de generatoren hangend kunnen worden vervoerd.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de weergegeven uitvoeringsvormen, maar strekt zich ook uit tot andere uitvoeringsvormen, die vallen binnen de reikwijdte van de aangehechte conclusies.

Claims (13)

1. Windturbine omvattende een mast, een aan de bovenzijde van de mast roteerbare rotor voorzien van een veelheid aan bladen en een veelheid aan generatoren voor het opwekken van elektrische energie, waarbij de generatoren zich bevinden nabij de basis van de mast en waarbij zich tussen de rotor en de generatoren een in hoofdzaak verticale rotoras uitstrekt die is ingericht voor het werkzaam verbinden van ten minste één van de generatoren en de rotor.

2. Windturbine volgens conclusie 1, voorts omvattende verbindingsmiddelen die zijn ingericht voor het individueel aan- en afkoppelen van de generatoren en de rotoras.

3. Windturbine volgens conclusie 2, waarbij de verbindingsmiddelen ten minste één elektromagnetische koppeling omvat.

4. Windturbine volgens conclusie 2 of 3, waarbij ten minste een gedeelte van de generatoren verplaatsbaar is aangebracht in de basis zodanig dat een generator in afgekoppelde toestand kan worden uitgewisseld.

5. Windturbine volgens conclusie 4, waarbij ten minste een gedeelte van de generatoren is aangebracht op een transportsysteem voor het van en naar de rotoras transporteren van de generatoren.

6. Windturbine volgens conclusie 5, waarbij de generatoren radiaal zijn opgesteld rond de rotoras en waarbij het transportsysteem is ingericht om de generatoren in een radiale richting van de rotoras af te transporteren.

7. Windturbine volgens conclusie 6, waarbij het transportsysteem voorts een ringleiding omvat met een centrale afvoer voor het centraal aan- en afvoeren van de in de radiale richting getransporteerde generatoren.

8. Windturbine volgens conclusie 5, 6 of 7, waarbij het transportsysteem een railsysteem omvat, waarbij ten minste een gedeelte van de generatoren is aangebracht op karren die verplaatsbaar zijn op het railsysteem.

9. Windturbine volgens ten minste één van de voorgaande conclusies 2-8, voorts omvattende een regeleenheid, waarbij de regeleenheid is ingericht voor het individueel aan- en afkoppelen van de generatoren en de rotoras in afhankelijkheid van de rotatiesnelheid van de rotor as.

10. Windturbine volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de rotoras een gedeelte as omvat, waarbij de delen onderling zijn verbonden met een overbrenging.

11. Windturbine volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, voorts omvattende een extra rotoras die is aangebracht in de mast en zich parallel uitstrekt aan de eerste rotoras.

12. Windturbine volgens ten minste één van de voorgaande conclusies, waarbij de windturbine een horizontale-as-windturbine is.

13. Windturbine volgens conclusie 12, waarbij de mast een basisdeel en een bovendeel omvat, waarbij de rotor is aangebracht aan het bovendeel en waarbij het bovendeel draaibaar om een verticale as is ten opzichte van het basisdeel en waarbij het bovendeel aërodynamisch is gevormd.