NO324995B1 - Transmisjon for vindgeneratorer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en transmisjon for vindgeneratorer ifølge innledningen i patentkrav 1.

Oppfinnelsen har utgangspunkt fra den eldre, tyske patentsøknad DE 199 17 605.1-12 som viser en påstikkstransmisjon for vindgeneratorer. Denne transmisjon eller tannhjulsoverføring er påsatt på en rotoraksel som er lagret i tårnet til et vindkraftanlegg, og støtter seg mot denne via to lagre. Med dreiemomentstøtter er transmisjonshuset fastgjort til anleggets tårn. Rotorakselen drives ved den transmisjonsfjerne ende av et rotorhode med vindfløyer og leder drivdreiemomentet inn i transmisjonen via et hulhjul. Hulhjulet er sammen med en hulhjulbærer festet på rotorakselen og driver planethjulene i et første planettrinn. De husfast lagrede aksler bærer hver et ytterligere planethjul i et andre planetdrevtrinn som via et solhjul driver akselen til et sylindrisk tannhjul. Et drev som står i inngrep med dette sylindriske tannhjul, driver generatoren via en ytterligere aksel. Slike anlegg er kostbart montert av mange bestanddeler og resulterer i en stor byggelengde.

Ut fra det ovenstående er formålet med oppfinnelsen å tilveiebringe et kompakt anlegg som er kortere og lettere å bygge, og som også er enklere å montere. Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av de karakteriserende trekk som er angitt i patentkrav 1.

Ved hjelp av bortfallet ifølge oppfinnelsen av rotorakselen og dennes opplagring

i tårnet fremkommer en særlig fordelaktig, kortere oppbygging av anlegget. Dette bevirker videre den fordelaktige mulighet å forkorte maskinhuset, og på grunn av det reduserte antall bestanddeler fremkommer en mindre tårnhodevekt, slik at bærekonstruk-sjonen kan dimensjoneres mindre.

Ved hjelp av oppbygningen ifølge oppfinnelsen og bortfallet av et sammen-føynings- eller fugested mellom transmisjon og rotoraksel forenkles monteringen vesentlig, slik at monteringstiden forkortes på fordelaktig måte. Ved hjelp av ukomplisert forlengelse av både rotoren, transmisjonshuset og hulhjulbæreren kan støtteavstanden for rotoropplagringen forlenges og således fordelaktig enkelt tilpasses optimalt til de ytre kraftforhold. De ifølge oppfinnelsen anordnede glidelagre kan ved oppstarting av rotoren på fordelaktig måte løftes hydrostatisk og ved hjelp av en enkel regulering med stigende turtall overføres til hydrodynamisk drift. En konveks tannkopling mellom hulhjulbæreren og selve hulhjulet muliggjør en selvsentrering for hulhjulfortanningen på planethjulene. Ved hjelp av den fordelaktige integrasjon av rotoren med dennes opplagring i transmisjonen bærer transmisjonshuset også rotorhodet med vingene, slik at det kan gis avkall på ytterligere bære- hhv. lagerkonstruksjoner.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere på grunnlag av et utførel-seseksempel.

Den eneste figur viser i avbrutt fremstilling hodeenden av et tårn 13 i et vindkraftanlegg med en dreibar plattform 14. Huset 3 til en transmisjon eller tannhjulsoverføring 1 og en generator (ikke vist) er fastgjort på plattformen 14. Det er imidlertid også mulig å påflense generatoren direkte på transmisjonen 1.

Den av vinden frembrakte dreiebevegelse blir av rotorhodet 11, som bærer vingene 12, overført til en rotor 10. Rotorhodet 11 er fortrinnsvis sammenskrudd med rotoren 10, men det er imidlertid også mulig å fremstille begge deler i ett stykke. Rotoren 10 er dreibart lagret i huset 3, 8 og forsynt med hulhjulbærer 7. Hulhjulbæreren 7 opptar hulhjulet 6 som driver inn kraften i ett eller flere planethjul 5. På planethjulenes aksler som er dreibart lagret i huset 3, er det aksialt forskjøvet anordnet et respektivt ytterligere planethjul 2 som står i inngrep med et solhjul 16. Fra solhjulet 16, som er flytende sentrert mellom planethjulene 2, tilføres kraften via en hulboret solhjulaksel 17 til et - fortrinnsvis innerfortannet - nav 19 som sammen med en ytterligere fortanning på solhjulakselen 17 danner en vinkelbevegelig, formbetinget forbindelse. Navet 19 bærer et sylindrisk tannhjul 20 som står i inngrep med et drev 22 som fortrinnsvis er direkte påfrest på drivakselen 21. Fra drivakselen 21 ledes driveffekten direkte eller indirekte inn i generatoren.

Ved hjelp av det sylindriske flenshus 23, som er konsentrisk anordnet rundt det sylindriske tannhjul 20, kan det ved omkretsen av det sylindriske tannhjul 20 på særlig fordelaktig måte anordnes flere drevne aksler 21. Slik som ovenfor allerede beskrevet, er de drevne aksler 21 fortrinnsvis forsynt med drev 22 og driver en respektiv generator. Eksempelvis kan to drevne aksler 21 anordnes på flenshuset 23 i den vertikale symmetriakse over eller under det sylindriske tannhjul 20, og/eller to drevne aksler 21 på siden til venstre og høyre i det sylindriske tannhjuls 20 horisontale symmetriakse. Ved hjelp av denne fordelaktige anordning er det på enkel og prisgunstig måte mulig å drive flere generatorer med én transmisjon 1.

Rotoren 10 er hul for opptakelse av styreinnretninger for påvirkning av vingestillingene. Til rotoren 10 slutter det seg et rør som fører gjennom flenshuset 23 til den fra rotorhodet 11 bortvendende side av transmisjonen 1 og tillater montering av innstillingsanordninger for styreinnretningene.

En vesentlig kjerne ved den foreliggende oppfinnelse ligger i integrasjonen av rotoren 10 i transmisjonen 1, slik at transmisjonen 1 i tillegg overtar den oppgave å bære vektkraften og driftskreftene til rotorhodet 11 med vingene 12. Rotoren 10 ifølge oppfinnelsen overfører derved driftseffekten via hulhjulbæreren 7, 7' direkte til transmisjonen 1, slik at den overtar oppgaven til en drivaksel og dermed virkeliggjør prinsippet med den direkte kraftoverføring. Ved hjelp av disse oppfinnelsesvesentlige nyheter bortfaller både en rotoraksel og minst ett sammenføyningssted (tysk: Fugestelle) som skal monteres utvendig, for overføring av drivkraften.

Rotoren 10 føres fortrinnsvis ved hjelp av to glidelagre 9, 15, hvorved det ene lager 15 befinner seg ved dens ene, i transmisjonens indre beliggende ende og er festet til husets 3 hovedlegeme. Det andre lager 9 bærer rotoren 10 på den mot rotorhodet 11 vendende side og er festet til et transmisjonsdeksel 8, 8'. På dette sted, hvor rotoren 10 trer ut av transmisjonen 1, er det anordnet en ikke nærmere nummerert tetningsring. I det viste utførelseseksempel er det ytre lager 9 utført som ansatslager (tysk: Bundlager) og kan også oppta aksialkrefter. Det innvendig beliggende lager 15 er anordnet som frittgående lager. Andre konstruktive utførelser for opptakelse av aksialkreftene er også mulig. Lagrene 9, 15 kan eksempelvis også være utført som rullelagre.

Ved hjelp av den fordelaktige koniske form på rotoren 10, hvis diameter øker i retning mot rotorhodet 11, fremkommer det ved det ytre lager 9 en høy bæreevne på grunn av den store lagerdiameter. På grunn av anordningen av rotoren 10 kan opplagringen 9 legges helt utad i transmisjonsdekselet 8, 8', slik at det fremkommer en stor støttebredde mellom rotorlagrene 9, 15. Uten konstruktive omkostninger kan denne støttebredde forlenges ytterligere, idet bare rotoren 10 og huset 3 bygges bredere.

Begge lagre 9, 15 er utført som hydrostatiske glidelagre som kan forsynes med olje fra en ikke vist pumpe og således besitter en igangsettingshydrostatikk. For igangsetting av anlegget løftes lagrene 9, 15 hydrostatisk, idet den elektriske pumpe drives med strøm fra det tilkoplede nett. Med stigende turtall av rotoren 10 kan oljepumpen styres ved hjelp av en styrings- og reguleringsenhet, og oljetransporttrykket tilsiktet reduseres eller frakoples. Derved kan lagrene 9, 15 tilsiktet forsynes separat med den nødvendige smøreoljemengde eller det nødvendige oljetrykk. Således kan det innstilles driftstilstander ved hvilke oljetrykket i smørespalten dels oppbygges hydrodynamisk og dels hydrostatisk eller oppbygges rent hydrodynamisk.

I den øvre halvdel av figuren er hulhjulbæreren 7 fremstilt i ett stykke sammen med rotoren 10, slik at et ytterligere kraftoverførende sammenføynings- eller fugested bortfaller. Ved denne utførelse er husdekselet 8 forsynt med en delfuge som i det viste utførelseseksempel forløper vertikalt. De fortrinnsvis to halvdeler av husdekselet 8 sammenskrues med hverandre ved monteringen.

En ytterligere utførelse er vist i den nedre figurhalvdel. I denne variant er hulhjulbæreren 7' påbygget som separat del på rotoren 10. Derved kan fugestedet utføres formtilpasset, eksempelvis ved hjelp av splines- eller sagtakkprofil, eller også dimensjonstilpassset, eksempelvis ved hjelp av press-/krympepasning, krympeskive eller konisk navsete. Kombinasjonen av formtilpasning og dimensjonstilpasning, eksempelvis passfjærer med krympepasning av de sylindriske aksel-/navflater, er også tenkelig. I tilfelle av en sammenbygging av hulhjulbæreren 7' med rotoren 10 kan husdekselet 8' utføres i ett stykke.

I begge utførelseseksempler (hulhjulbærer og rotor i en eller flere deler) er hulhjulet 6 ved sin ytre omkretsflate forbundet med hulhjulbæreren 7, 7' over en konveks tannkopling 4. Dette muliggjør for hulhjulet 6 en vinkelbevegelighet og en aksial forskyvbarhet i forhold til hulhjulbæreren 7, 7'. Derved kan hulhjulets 6 fortanning sentrere seg selv på planethjulene 5. Denne tannkopling 4 består fortrinnsvis av en konveks ytterfortanning på hulhjulet 6, som samvirker med en rett innerfortanning på hulhjulbæreren 7, 7'.

Uten konstruktiv meromkostning kan planetdrevtrinnene 6, 5, 2, 16 utføres med skråfortanninger, hvorved planethjulenes 5, 2 aksialkrefter utjevnes og fordelene til skråfortanninger, så som roligere gangegenskaper eller høyere bæreevne, kan utnyttes. De på hulhjulet 6 virkende aksialkrefter må i dette tilfelle innledes enten i huset 3 eller i rotoren 10.

Ved hjelp av en elastisk befestigelse, som tillater en begrenset aksial bevegelighet av solhjulakselen 17, kan drivsvingninger som beror på uensartede vindforhold eller andre påvirkninger, mildnes eller kompenseres.

Videre er det ved hjelp av måling av aksialkreftene som opptrer på solhjulakselen 17, mulig å oppnå utsagn angående de aktuelle driftsdata for anlegget, så som dreiemoment, ytelse osv. Med kjennskap til disse data kan man da på tilsvarende måte gripe regulerende eller styrende inn i driftsforløpet, f.eks. regulering av anfallsvinkelen for vingene 12 eller fråkopling ved overlast og fare for ødeleggelse av transmisjonen. For dette formål er det fortrinnsvis på det aksialt fast lagrede nav 19 anbrakt en føler 18 som opptar den kraft med hvilken den aksialt elastisk på navet 19 festede solhjulaksel 17 trykker mot navet 19. Som føler 18 for dette formål er f.eks. en kraftmåleboks (basert på piezoelektriske, induktive eller andre prinsipper) egnet, eller en veiopptaker som opptar de relative bevegelser mellom solhjulakselen 17 og navet 19, og indirekte, via fjærkon-stantene til det elektriske forbindelsesledd, gir opplysning om den opptredende kraft.

Planethjulakslene er på begge sider av de første planethjul 5 lagret i planethjul-bæreren som danner en integrert enhet med huset 3. På den frie akselende er det anbrakt et respektivt andre planethjul 2. Huset 3 avsluttes bak det andre planetdrevsett 2, 16 ved hjelp av et med tilsvarende gjennombrytninger eller åpninger forsynt lagerdeksel 24 som er dreiningssikkert sentrert i huset 3. Flenshuset 23 omslutter det sylindriske tannhjulsett 20, 22 og er på sin side dreiningssikkert sentrert på en roterende avsats av lagerdekselet 24. De mot huset 3 rettede sider av den drevne aksel 21 og navet 19 er lagret i lagerdekselet 24. De respektive andre opplagringer av drevet aksel 21 hhv. nav 19 er innbrakt i flenshusets 23 yttervegg. Ved hjelp av anvendelsen av lagerdekselet 24 kan det ved flenshuset 23 gis avkall på en horisontal deling som ville medføre et tetningsproblem.

Alt etter utførelsesvarianter kan transmisjonen 1 enten oppbygges som komplett formontert enhet på plattformen 14 eller monteres i trinn. Etter demontering av det sentrale husdeksel på yttersiden av flenshuset 23 kan solhjulet 16 sammen med solhjulakselen 17 trekkes ut av transmisjonen 1 for vedlikeholdsformål. Videre er det mulig å overvåke funksjonen til de lett tilgjengelige lagre for de ikke roterende planethjulaksler, f.eks. via legemslydmålinger.

Ved hjelp av den fordelaktige kraftinnledning via et hulhjul 6 i det første planetdrevtrinn 6, 5, som klarer seg uten et belastbarhetsbegrensende solhjul, fremkommer gunstige forutsetninger for dimensjoneringen, slik at transmisjonen kan bygges meget kompakt. Den således utad forskjøvne belastningsgrense og den derved optimale utnyttelse av materialegenskapene kan forhøyes ytterligere ved hjelp av settherding av hulhjulets tenner. Ved konstant effektoverføring og lik utveksling er det ved hjelp av denne særlig fordelaktige foranstaltning mulig å dimensjonere tannbredden smalere eller å redusere hulhjulets 6 diameter. Derved kan transmisjonens byggevolum og vekt reduseres ytterligere, eller med like dimensjoner av bestanddelene kan det med samme transmisjon overføres en større effekt.

For økning av hulhjultennenes belastbarhetsgrense kan det også benyttes andre prosesser for overflateherding, så som eksempelvis induksjonsherding, flammeherding eller kombinerte prosesser, så som karbonitrering hhv. nitrokarborering.

Claims (13)

1. Transmisjon for vindgeneratorer med en rotor (10) lagret i transmisjonens (1) hus (3, 8, 8'), hvor rotoren via en flertrinns planetdrevanordning (6, 5, 2, 16) står i drivforbindelse med minst én generator, karakterisert ved at rotoren (10) er forbundet med et hulhjul (6) som driver ett eller flere planethjul (5), og på planethjulenes (5) aksler er det på hver anordnet et ytterligere planethjul (2) som er i inngrep med et solhjul (16), og det er anordnet minst ett tannhjulstrinn (17, 19) for overføring av kraften fra solhjulet (16) til generatoren.

2. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at rotoren (10) er forbundet med en hulhjulbærer (7, 7') på hvilken det er anordnet et hulhjul (6).

3. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at rotoren (10) er ført i glidelagre (9, 15), og minst ett lager (9, 15) kan også oppta aksialkrefter, idet lagrene (9, 15) er hydrostatisk oppløftbare og kan ved hjelp av tilsiktet styring av en oljepumpe innkoples i en drift med del- eller full-hydrodynamisk smøring.

4. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at rotoren (10) og hulhjulbæreren (7) består av ett stykke.

5. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at hulhjulbæreren (7) er formtilpasset og/eller dimensjonstilpasset forbundet med roteren (10).

6. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at hulhjulet (6) er forbundet med hulhjulbæreren (7, 7') via en tannkopling (4).

7. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at rotoren (10) og rotorhodet (11), som opptar vingene (12), består av ett stykke.

8. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at lagrene for det sylindriske tannhjulstrinn (20, 22), som er anordnet på den mot planetdrevtrinnet (2, 16) rettede side, er opptatt i et lagerdeksel (24) som er festet til huset (3).

9. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at planetdrevtrinnenes (6, 5, 2, 16) fortanninger er skråfortannet.

10. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1, karakterisert ved at solhjulakselen (17), som bærer solhjulet (16), er fjærende bevegelig fastgjort i aksial-retningen.

11. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge krav 1 og 9, karakterisert ved at det er anordnet en føler (18) som opptar solhjulakselens (17) aksialkraft.

12. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at hulhjulets (16) tenner er overflateherdet.

13. Transmisjon for vindgeneratorer ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at det ved det sylindriske tannhjuls (20) omkrets i flenshuset (23) er anordnet to eller flere drevne aksler (21) hvis drev (22) står i forbindelse med det sylindriske tannhjul (20) og driver en respektiv generator.