NO327275B1

NO327275B1 - Vindturbin med roterende hydrostatisk transmisjonssystem

Info

Publication number: NO327275B1
Application number: NO20075826A
Authority: NO
Inventors: Ole Gunnar Dahlhaug
Original assignee: Chapdrive As
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2009-06-02
Also published as: US20100270809A1; EP2220369A1; WO2009064192A1; AU2008321607A1; CA2705378A1; BRPI0820072A2; NO20075826L; CN101855448A; EP2220369A4

Abstract

Et vindturbin-energiproduksjonssystem med en lukket sløyfe hydrostatisk transmisjonssystem for overføring av mekanisk energi fra en vindturbin rotor til en elektrisk generator hvori det hydrostatiske transmisjonssystemet omfatter en lukket sløyfe med en pumpe og en motor sammenkoplet med slanger eller rør, hvori sammenstillingen av det hydrostatiske systemet og turbinrotoren er innrettet til å rotere om en vertikal akse.

Description

VINDTURBIN MED ROTERENDE HYDROSTATISK TRANSMISJONSSYSTEM

Fagområde

Oppfinnelsen omhandler et turbindrevet elektrisk kraftproduksjonssystem med et hydraulisk transmisjonssystem med lukket sløyfe for overføring av mekanisk energi fra en vindturbin til en elektrisk generator. I motsetning til konvensjonelle vindturbinsystemer som omfatter mekaniske hastighetsøkningsgir hvor generatoren er anbrakt i nacellen til vindturbin-kraftproduksjonssystemet, er den hydrauliske motoren og generatoren i den foreliggende oppfinnelsen anbrakt på bakken eller nær bakken.

Plasseringen og vekten av drivverket og generatoren blir stadig viktigere for installasjon og vedlikehold ettersom avgitt effekt og størrelsen på vindturbinen øker.

Tatt i betraktning at omtrent 30% av nedetiden for konvensjonelle vindturbiner er relatert til den mekaniske girkassen, at vekten av en 5MW generator og det tilhørende mekaniske giret er typisk 50 000 til 200 000 kg, og at senteret til vindturbinens rotor strekker seg 100 til 150 m over bakken eller havnivået, er det enkelt å forstå at installasjon og vedlikehold av konvensjonelle systemer med mekaniske gir og generator i nacellen er både kostbart og vanskelig.

Bakgrunnsteknikk

I konvensjonelle vindturbin-kraftproduksjonssystemer overføres energien fra vinden mekanisk, enten direkte eller ved et roterende hastighetsøkende gir til en elektrisk generator.

Generatoren må rotere ved en nominell hastighet for å være i stand til å levere elektrisitet til forsyningsnettet eller nettet tilkoplet kraftproduksjonssystemet. Dersom turbinen ikke leverer en passende mengde mekanisk dreiemoment til systemet ved lave vindhastigheter, vil den ikke klare å levere energi, og i stedet vil generatoren oppføre seg som en elektrisk motor og nettet vil drive generatoren og turbinen gjennom det mekaniske giret.

På den annen side, kan rotasjonshastigheten til vindturbinen bli høyere enn at generatoren kan operere hensiktsmessig, eller den mekaniske anordningen kan bryte sammen på grunn av de sterke kreftene ved for sterk vind.

Flere løsninger finnes for å overvinne problemene relatert til varierende vindforhold. Den mest opplagte løsningen er å stoppe og /eller bremse turbinen eller dreie [pitche] turbmbladene når vinden er for sterk. Manuelle bremser og pitchregulering av turbinbladene benyttes i dag, imidlertid kan denne løsningen føre til lavere virkningsgrad i systemet.

En godt kjent løsning fra bakgrunnsteknikken er bruken av vekselrettere for å konvertere den elektriske generatorens utgangsfrekvens til en ønsket frekvens. Generatoren som er drevet av turbinen vil dermed tillates å kjøre ved varierende rotasjonshastighet avhengig av vindhastigheten. Bruken av vekselrettere kan være kostbart og kan redusere den totale virkningsgraden til systemet.

Det er kjent fra bakgrunnsteknikken at mekaniske overføringssystemer basert på planetgir med variabel utveksling kan benyttes for å opprettholde rotasjonshastigheten til generatoren under varierende vindforhold.

I US patentsøknad 2005/194787 og internasjonal patentsøknad WO-2004/088132 er en vindturbin med mekanisk gir-drevet overføring av energi fra turbinen til generatoren beskrevet. Girutvekslingen kan varieres ved å variere rotasjonshastigheten og retningen av den ytre ringen til planetgiret. I disse anvendelsene blir et hydrostatisk transmisjonssystem brukt for å styre planetgiret.

Det har blitt foreslått i flere publikasjoner å benytte et hydrostatisk transmisjonssystem som omfatter en hydraulisk pumpe og en hydraulisk motor for å overføre energi fra turbinen til generatoren. Ved å anvende en hydraulisk pumpe og/eller en hydraulisk motor med varierende forskyvning, er det mulig å raskt endre girutvekslingen til det hydrauliske systemet for å opprettholde den ønskede generatorhastigheten under varierende vindforhold.

I japansk patentsøknad JP 11287178 av Tadashi beskrives et hydraulisk transmisjonssystem benyttet for overføring av energi fra en vindturbinrotor til en elektrisk generator hvor generatorhastigheten opprettholdes ved å variere forskyvningen til den hydrauliske motoren i det hydrostatiske transmisjonssystemet.

Hydrostatiske transmisjonssystemer tillater mer fleksibilitet når det gjelder plassering av komponenter enn mekaniske overføringer.

Flyttingen av generatoren vekk fra den øverste delen av tårnet i et vindturbin-krattproduksjonssystem fjerner en betydelig del av vekten fra den øverste delen av tårnet. I stedet kan generatoren anbringes på bakken eller i den laveste delen av tårnet. En slik anbringelse av den hydrostatiske motoren og generatoren på bakkenivå vil ytterligere lette overvåkningen og driften av disse komponentene fordi de vil kunne være tilgjengelige fra bakkenivå.

Internasjonal patentsøknad 94/19605A1 av Gelhard et al. beskriver et vindturbin-kraftproduksjonssystem som omfatter en mast hvor det er montert en propell som driver en generator. Kraften fra propellakselen overføres til generatoren hydraulisk. Propellen driver fortrinnsvis en hydraulisk pumpe som er tilkoblet med hydrauliske ledninger til en hydraulisk motor som driver generatoren. Den hydrauliske overføringen muliggjør å anbringe den svært tunge generatoren i et maskinhus på bakken. Dette reduserer belastningen på masten og gjør det dermed mulig å konstruere masten og fundamentet slik at dette blir lettere og billigere.

En trend innenfor fagområdet av såkalt alternativ energi er at det er behov for større vindturbiner med høyere effekt. For nåværende installeres 5MW systemer og 10 MW systemer er under utvikling. Spesielt for offshore installasjoner langt vekk fra bebodde områder kan store systemer være mer miljømessig akseptable og mer kostnadseffektive. I denne situasjonen blir vekten og tilgjengeligheten for vedlikehold av komponentene i vindturbinen nøkkelfaktorer. Med tanke på at omtrent 30 % av nedetiden for konvensjonelle vindturbiner er relatert til den mekaniske girkassen, at vekten av en 5MW generator og det tilhørende mekaniske giret er typisk 50 000 til 200 000 kg og at turbinens sentrum strekker seg 100 til 150 m over bakken eller havnivå, er det enkelt å forstå at installasjon og vedlikehold av konvensjonelle systemer med mekaniske gir og generator i nacellen er både kostbart og vanskelig.

Kort sammendrag av oppfinnelsen

Et vindturbin-kraftproduksjonssystem med en lukket sløyfe hydrostatisk transmisjonssystem for overføring av mekanisk energi fra en vindturbinrotor til en elektrisk generator hvor det hydrostatiske transmisjonssystemet omfatter en lukket sløyfe med en pumpe og en motor sammenkoblet med slanger eller rør, hvori sammenstillingen av det hydrostatiske transmisjonssystemet og turbinrotoren er innrettet til å rotere om en vertikal akse.

Kort beskrivelse av figurene

Oppfinnelsen er illustrert i de tilhørende figurene som er ment å illustrere foretrukne og alternative utførelser av oppfinnelsen. Figurene skal ikke oppfattes som en begrensning av oppfinnelsens omfang, som bare skal være begrenset av de tilhørende kravene. Fig. 1 illustrerer et forenklet vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem ifølge bakgrunnsteknikken hvor en mekanisk girkasse og en generator er anbrakt i nacellen, og hvor kraftkablene og signalkablene strekker seg fra nacellen til bunnen av tårnet. Fig 2 illustrerer på en lignende måte som i Fig. 1 et snitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem ifølge bakgrunnsteknikken hvor et hydrostatisk transmisjonssystem og en generator er anbrakt i nacellen og det hydrostatiske transmisjonssystemet benyttes som et variabelt gir. Som i Fig. 1 strekker kraftkablene seg fra nacellen til bunnen av tårnet. Fig. 3 illustrerer et skjematisk vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem ifølge oppfinnelsen hvor den hydrauliske motoren og generatoren er anbrakt i foten av tårnet eller nær bakken og en hydraulisk motorrotasjonsaktuator rotorer den hydrauliske motoren med nacellens krøjing. Fig. 4 illustrerer et vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem maken til det i Fig. 3, med den forskjellen at den hydrauliske skivebremsen fra bakgrunnsteknikken er byttet ut med en strømningsbrems. Fig. 5 illustrerer et skjematisk vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem ifølge oppfinnelsen hvor den hydrauliske motoren og generatoren er anbrakt i foten av tårnet eller nær bakken og en generatorrotasjonsaktuator roterer generatoren og den hydrauliske motoren med nacellens krøjing. Fig. 6 illustrerer et diagram av et hydrostatisk overføringssystem omfattet av et vindturbin-kraftproduksjonssystem ifølge en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 7 illustrerer et forenklet tverrsnitt av en plateformet elektrisk svivel. Fig. 7a illustrerer en elektrisk svivel med spole og induktiv overføring, mens Fig. 7b viser en elektrisk svivel med elektrisk overføring basert på sleperinger og børster. Fig. 7c viser et aksialt snitt av den plateformede elektriske svivelen med spoler. Figur 8 illustrerer skjematisk noen utførelser av oppfinnelsen. I Fig. 8a roterer vindturbinrotoren og .det hydrostatiske systemet om generatorakselen. I Fig. 8b og 8c er

et gir anbrakt mellom den hydrauliske motoren og generatoren. I Fig. 8b roterer vindturbinrotoren og det hydrostatiske transmisjonssystemet om en vertikal akse som faller sammen med akselen til den hydrauliske motoren, og i Fig. 8c roterer vindturbinrotoren og det hydrostatiske systemet om en vertikal akse som faller sammen med generatorakselen. I Fig. 8d roterer vindturbinrotoren og det hydrostatiske transmisjonssystemet om en vertikal giraksel hvor giret driver en eller flere generatorer.

Utførelser av oppfinnelsen

Oppfinnelsen vil i det påfølgende bli beskrevet med referanse til de tilhørende figurene og vil beskrive et antall utførelser ifølge oppfinnelsen. Det bør påpekes at oppfinnelsen ikke skal bli begrenset av utførelsene beskrevet i denne redegjørelsen, og at enhver utførelse innenfor oppfinnelsens karakter, også skal betraktes som en del av fremvisningen.

Først henvises det til Fig. 1 blant tegningene hvor det er vist et tverrsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem (1) ifølge bakgrunnsteknikken. Vindturbin-kraftproduksjonssystemet (1) omfatter en vindturbinrotor (2) med en mekanisk girkasse (30) og en elektrisk generator (20) for overføring av mekanisk energi fra vindturbinrotoren (2) til elektrisk energi fra generatoren (20). Girkassen (30) og generatoren (20) er anbrakt i en nacelle (3) på toppen av et tårn (4) av kjent konstruksjon. Nacellen er anbrakt på et roterende lager (5) slik at vindturbinrotoren (2) og nacellen (3) kan dreie på toppen av tårnet (4), hvor krøjingen (eng: yaw) til nacellen er styrt av krøjekontrollsystemet (6). Hovedoppgaven til krøjekontrollsystemet (6) er å kontinuerlig rette vindturbinrotoren (2) mot vinden (eller vekk fra vinden). Den elektriske kraften fra generatoren (20) transporteres av kraftkablene (21) mellom generatoren (20) og de elektriske krafttermineringene (22). Systemet kan også omfatte elektriske signalkabler (63) som forsyner pådrag og kraft fra en nedre kontrollenhet (62) til en kontrollenhet i nacellen (61) eller direkte til komponentene i nacellen, og elektriske signalkabler (63) som forsyner målesignaler f ra kontrollenheten i nacellen (61) eller direkte fra komponentene i nacellen til den nedre kontrollenheten (62).

Fig. 2 illustrerer et vertikalt snitt av et kraftproduksjonssystemet (1) med et hydrostatisk transmisjonssystem (10) brukt som et variabelt gir ifølge bakgrunnsteknikken, for overføring av mekanisk energi fra vindturbinrotoren (2) til elektrisk energi fra generatoren (20). I likhet med i Fig. 1 er nacellen anbrakt på et roterende lager med en vertikalakse, slik at vindturbinrotoren (2) og nacellen (3) kan dreie på toppen av tårnet (4), hvor krøjingen (eng: yaw) til nacellen er styrt av krøjekontrollsystemet (6). Hovedoppgaven til krøjekontrollsystemet (6) er å kontinuerlig rette vindturbinrotoren (2) mot vinden (eller vekk fra vinden).: Systemet kan også omfatte elektriske signal- og kraftkabler som vist i Fig. 1.

Det er velkjent for en fagperson på området at nedetiden til mekaniske girkasser benyttet i systemer ifølge bakgrunnsteknikken som vist i Fig. 1 kan utgjøre så mye som 30 % av nedetiden til en konvensjonell vindturbin. I tillegg er vekten av en 5 MW generator og det tilhørende mekaniske giret typisk 50 000 til 200 000 kg. Når turbinens senter strekker seg 100 til 150 m over bakken eller havnivå, som er tilfellet for offshore installasjoner eller installasjoner nær land, vil en fagmann forstå at konstruksjonen, installasjonen og vedlikehold av konvensjonelle systemer med mekaniske gir og generator i nacellen er både kostbart og vanskelig.

En betydelig ulempe med systemer ifølge bakgrunnsteknikken som vist i Fig. 1 og 2 er at vindturbinen helst skal rettes kontinuerlig mot vinden ved hjelp av krøjereguleringssystemet (6). Kraftkablene (21) og signalkablene (63) kan dermed bli mer og mer tvunnet dersom vindturbinen fortsetter å rotere i den samme retningen en stund. Etter noen runder i en retning må turbinen dreies tilbake til sin startposisjon. En vridningsteller (64) vil indikere til reguleringssystemet (62) når det er på tide å tvinne tilbake kablene. Dette kan kreve en planlagt produksjonsstopp og re-start.

Fig. 3 illustrerer et vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem (1) ifølge oppfinnelsen med en lukket sløyfe hydrostatisk transmisjonssystem (10) for overføring av mekanisk energi fra en vindturbinrotor (2) til en elektrisk generator (20). Det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) omfatter en lukket sløyfe med en pumpe (11) og en motor (12) sammenkoblet med slanger eller rør (13, 14).

I en utførelse av oppfinnelsen er sammenstillingen av det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) og vindturbinrotoren (2) innrettet til å rotere om en vertikal akse. I Fig. 3a illustrerer de skraverte områdene komponenter slik som tårnet (4) og en elektrisk generator (2) i kraftproduksjonssystemet (1) som er faste i forhold til bakken. Vindturbinrotoren (2), nacellen (3) og den hydrauliske motoren (12) rotorer med en vinkelhastighet (a>y) om en vertikal akse (8) som faller sammen med akselen til den elektriske generatoren (20). Som det kan forstås av figuren er nacellen anbrakt på tobben av et roterende lager (5), slik at nacellen kan dreie på toppen av tårnet (4), hvor krøjingen (eng: yaw) til nacellen er styrt av krøjekontrollsystemet (6). Hovedoppgaven til krøjekontrollsystemet (6) er å kontinuerlig rette vindturbinrotoren (2) mot vinden (eller vekk fra vinden).

Den lavere delen av kraftproduksjonssystemet i Fig. 3a er vist i mer detalj i Fig. 3b hvor den hydrauliske motoren (12) til det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) er vist dreibart opplagret på toppen av generatoren (20). Rotasjonen av den hydrostatiske motoren relativt den faste generatoren kan tvinges av krøjingen til nacellen (3) ved å anbringe en hydraulisk motorrotasjonsaktuator (80) som er i stand til å rotere den hydrauliske motoren (12) med krøjingen til nacellen (3) ved å anvende krøjeposisjonssignaler (81) fra krøjekontrollsystemet (6) eller ved å motta inkrementelle/dekrementelle eller angulære krøjeposisjonssignaler ved et hvilket som helst annet krøjeposisjonsmålesystem slik det vil bli forstått av en fagmann på området.

I denne utførelsen av oppfinnelsen er den hydrauliske motorrotasjonsaktuatoren (80) fast festet til tårnet og generatoren og roterer den hydrauliske motoren i den ene eller den andre retningen ved å drive et mekanisk gir som omfatter et første tannhjul (82) anbrakt på utgangsakselen til aktuatoren (80) og et andre tannhjul (83) anbrakt fast festet rundt den hydrauliske motoren (12). Når krøjekontrollsystemet (6) dreier nacellen i den ene eller andre retningen blir et signal (81) sent til-, eller detektert av aktuatoren (80) som vil rotere det første tannhjulet (82) med en vinkelhastighet (eoc) og retning, og følgelig det andre tannhjulet (83) og den hydrauliske motoren (12) med en vinkelhastighet (oy) og retning identisk med eller nær vinkelhastigheten og retningen til nacellen. Signalene (81) kan være elektriske over kabel eller trådløse eller en hvilken som helst annen type signaler slik det vil bli forstått av en fagmann på området.

I en utførelse av oppfinnelsen kan kraftproduksjonssystemet omfatte et mekanisk transmisjonssystem, inkludert gir og drivaksel fra krøjekontrollsystemet (6) eller nacellen (3) til den hydrauliske motoren (12).

I en utførelse av oppfinnelsen kan kraftproduksjonssystemet omfatte et mekanisk transmisjonssystem, inkludert en kjede og kjededrev fra krøjekontrollsystemet (6) eller nacellen (3) til den hydrauliske motoren (12).

Videre vil det bli forstått av en fagmann på området at den mekaniske implementasjonen og sammensetningen av komponentene som er benyttet for å rotere den hydrauliske motoren (12) med krøjingen til nacellen (3) kan være forskjellig fra eksemplene som er gitt i Fig. 3 og utførelsene som er beskrevet ovenfor.

Et vindturbin-kraftproduksjonssystem med en hydraulisk svivel ifølge oppfinnelsen tillater flytting av generatoren og den hydrauliske motoren til fundamentet av tårnet. Dette reduserer vekten av den øvre delen av tårnet vesentlig.

Vekten av en 5MW generator og det tilhørende mekaniske giret er typisk 50 000 til 200 000 kg. Når senteret av turbinen strekker seg 100 -150 m over bakken eller havnivå kan installasjon av slike systemer bli en kritisk faktor. For å kunne montere de tunge komponentene i nacellen, kan store kraner som kan løfte de tunge komponentene opp til nacellen være nødvendig. Dette problemet kan løses av den foreliggende oppfinnelsen hvor de tunge komponentene kan bli anbrakt hvor som helst i tårnet eller utenfor tårnet, over eller under tårnfundamentet (eller over eller under havnivået for offshore installasjoner eller installasjoner nær land.) For installasjoner nær land eller offshore installasjoner er dette spesielt fordelaktig på grunn av mindre problemer relatert til stabiliteten av både kranen og vindturbin-kraftproduksjonssystemet som avhenger av varierende miljøforhold.

En fagperson på området vil forstå at vekten av en 5 MW turbin, generator og tilhørende gir og støttesystemer i høyde med turbinsenteret som kan strekke seg 100 til 150 m over bakken eller havnivå er den viktigste faktoren for dimensjonering av tåmkonstruksjonen og fundamenteringen eller flyteunderstøttelsen til tårnet og turbinen. Ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan generatoren og /eller girkassen monteres på - eller under bakken eller havnivå for å redusere vekten ved turbinsenteret. Dimensjonene og tilhørende kostnader for tårnet og støttesystemene kan derfor reduseres tilsvarende.

Anbringelsen av generatoren nær bakken eller havnivå vil videre lette tilgjengeligheten og dermed overvåkningen og vedlikeholdet av disse komponentene vesentlig. Nedetiden til den mekaniske girkassen benyttet i systemer ifølge bakgrunnsteknikken som fremvist i Fig. 1 kan utgjøre så mye som 30 % av nedetiden for en konvensjonell vindturbin. Manuell inspeksjon og overvåkning i nacellen er vanskelig og har vist seg å være risikofylt under kraftproduksjon. Imidlertid kan mer planlagt vedlikeholdsarbeid bli utført dersom komponentene er plassert på bakken som vist i Fig. 3 for den foreliggende oppfinnelsen. Reparasjoner og installasjon av reservedeler kan også bli vesentlig enklere når generatoren og den hydrauliske motoren er lett tilgjengelige nær bakken (eller nær havnivå). Dette blir stadig viktigere med økende nominell effekt levert fra kraftproduksjonssystemet og dermed økende diameter på turbinen og økende vekt av generatoren og komponenter.

I denne utførelsen av oppfinnelsen er problemene knyttet til kontinuerlig å rette turbinen mot den skiftende vindretningen uten å måtte snu turbinen tilbake til en utgangsposisjon etter at man nærmer seg en rotasjonsvinkelgrense løst ved å tillate det hydrostatiske transmisjonssystemet å rotere med nacellen og anbringe generatoren nær bakken eller havnivå. I bakgrunnsteknikken må turbinen roteres tilbake til sin utgangsposisjon etter noen omdreininger i én retning for å tvinne opp kraftkablene, noe som krever en planlagt og kostbar produksjonsstopp og re-start.

I en utførelse av oppfinnelsen er slangene eller rørene (13, 14) mellom pumpen og motoren stive rør (13,14). Elastisiteten i den lukkede sløyfen er kritisk for stabiliteten til det hydrostatiske systemet, og faste, stive rør er foretrukket over fleksible slanger siden de ikke er utsatt for deformasjoner på samme måte som fleksible slanger er det.

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er pumpeakselen (27) til pumpen (11) koblet direkte til turbinakselen (28) til vindturbinrotoren (2) uten noen mellomliggende girkasse. Dette kan redusere giroverføirngstapet.

Installasjons og vedlikeholdskostnader for girkasser i vindturbin-kraftproduksjonssystemer er omfattet med stor interesse i industrien. Tatt i betraktning at omtrent 30 % av nedetiden for konvensjonelle vindturbiner er relatert til den mekaniske girkassen, og at vekten av konvensjonelle girkasser er et vesentlig bidrag til nacellens totalvekt er det klart at et kraftproduksjonssystem uten en girkasse vil redusere installasjons og vedlikeholdskostnader vesentlig. Den relativt korte vedlikeholdsfrie perioden til mekaniske girkasser er spesielt viktig i offshore systemer og systemer nær land hvor vedlikehold av komponenter i nacellen 100-150 m over havnivå ytterligere kompliseres av de vanskelige miljømessige forholdene i områder som er interessante for vind-industrien. Installasjons- og vedlikeholdsarbeid i nacellen kan vanskeliggjøres av miljømessige forhold, fordi både vedlikeholdsfartøyet og vindturbintårnet vil ha relative bevegelser på grunn av stamp, rull, slingring, brottsjø, hiv og kursbevegelser. De vanskelige forholdene offshore og nær land kan resultere i ennå lengre nedetid for offshore installasjoner og installasjoner nær land enn for lignende installasjoner på land dersom girkassen feiler.

Den foreliggende oppfinnelsen reduserer dette problemet betydelig ved å eliminere girkassen i nacellen og ved å benytte det hydrostatiske systemet som et hastighetsøkende gir.

Turbinakselen (28) og pumpeakselen (27) kan være del av den samme, felles akselen, eller de to akslene kan bli sveiset eller sammenkoblet ved hjelp av en hylse eller med et hvilken som helst annet festemiddel som vil være opplagt for en fagperson på området.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter den lukkede sløyfen en eller flere ventiler (40, 41) innrettet til å stoppe fluidstrømmen i systemet med den lukkede sløyfen (10) og dermed bremse og stoppe vindturbinrotoren (2) som vist i Fig. 4.1 denne utførelsen av oppfinnelsen er ikke nødvendigvis den hydrauliske bremsen (19) mellom vindturbinrotoren (2) og det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) vist i Fig. 2 påkrevd. Vanligvis vil strømningsbremsen ifølge oppfinnelsen være enklere å installere og vedlikeholde på grunn av mindre dimensjoner og vekt.

I en utførelse av oppfinnelsen er motoren (12) anbrakt på eller nær bakken. I denne utførelsen av oppfinnelsen kan sammenstillingen av den hydrauliske motoren bli anbrakt over bakken eller under bakken slik det vil forstås av en fagmann på området, avhengig av det lokale miljømessige forholdene og den mekaniske konstruksjonen.

I en marin utførelse av oppfinnelsen er motoren (12) anbrakt nær eller under havoverflaten. Motoren kan anbringes noe over havnivå eller under havnivå slik det vil forstås av en fagmann på området, avhengig av det lokale miljømessige forholdene og den mekaniske konstruksjonen. For installasjoner nær land og offshoreinstallasjoner kan et lavt tyngdepunkt stabilisere vindturbin-kraftproduksjonssystemet.

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er generatorakselen (17) til generatoren (20) direkte tilkoblet motorakselen (18) til motoren (12) som vist i Fig. 3. Motorakselen (18) og generatorakselen (17) kan være del av den samme, felles akselen, eller de to akslene kan bli sveiset eller sammenkoblet ved hjelp av en hylse eller med et hvilken som helst annet festemiddel som vil være opplagt for en fagperson på området. I denne utførelsen av oppfinnelsen kan sammenstillingen av den hydrauliske motoren og generatoren være anbrakt i det samme kabinettet inne i tårnet, eksternt i forhold til tårnet eller under foten av tårnet.

I en utførelse av oppfinnelsen er generatoren innrettet til å rotere om den vertikale aksen (8). I denne utførelsen roterer generatoren med nacellen (3) og det hydrostatiske

systemet (10). Generatoren (20) kan være anbrakt på et roterende lager (88) på bakken eller nær bakken, innrettet til å opplagre generatoren (20) som vist i Fig. 5.1 Fig. 5a viser de skraverte områdene komponenter, slik som tårnet (4) og en elektrisk generator (20),

som er faste i forhold til bakken. Vindturbinrotoren (2), nacellen (3) og den hydrauliske motoren (12) roterer med en rotasjonshastighet (coy) om en vertikal akse (8) som sammenfaller med akselen til den elektriske generatoren (20). Som det vil bli forstått av figurene, er nacellen anbrakt på et roterende lager (5), som tillater nacellen å dreie på toppen av tårnet (4), hvor krøjingen (eng: yaw) til nacellen er styrt av krøjekontrollsystemet (6). Hovedoppgaven til krøjekontrollsystemet (6) er å kontinuerlig rette vindturbinrotoren (2) mot vinden (eller vekk fra vinden).

Den lavere delen av kraftproduksjonssystemet i Fig. 5a er vist ytterligere i detalj i Fig. 5b hvor den hydrauliske motoren (12) til det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) er anbrakt på toppen av generatoren (20). Generatorhuset og huset til den hydrauliske motoren er faste i forhold til hverandre ved hjelp av et festelement (87). Festeelementet (87) kan være en brakett eller en hvilken som helst annen kobling innrettet til å feste huset til motoren (12) til huset til generatoren (20) slik det vil bli forstått av en fagperson på området. Rotasjonen av generatoren og den hydrostatiske motoren relativt tårnet kan tvinges av krøjingen til nacellen ved å anbringe en rotasjonsaktuator (84) som er i stand til å rotere generatoren (20) og den hydrauliske motoren (12) med krøjingen til nacellen (3) ved å anvende krøjeposisjonssignaler (81) fra krøjekontrollsystemet (6) eller ved å motta inkrementelle/dekrementelle eller angulære krøjeposisjonssignaler fra et hvilket som helst annet krøjeposisjonsmålesystem slik det vil bli forstått av en fagmann på området.

I denne utførelsen er rotasjonsaktuatoren (84) fast festet til tårnet (4) og roterer med generatoren og den hydrauliske motoren i den begge retninger ved å drive et mekanisk gir som omfatter et første tannhjul (85) anbrakt på utgangsakselen til aktuatoren (80) og et andre tannhjul (86) anbrakt fast festet rundt generatoren (20). Når krøjekontrollsystemet (6) beveger nacellen i den ene eller den andre retningen blir et signal (81) sent ut eller detektert av aktuatoren (84) som vil rotere det første tannhjulet med en vinkelhastighet (oc) og retning, og følgelig det andre tannhjulet (86) og generatoren (20) og den hydrauliske motoren (12) med en vinkelhastighet (®y) lik, eller svært nær vinkelhastigheten og retningen til nacellen. Signalene (81) kan være elektriske via ledninger eller trådløst eller en hvilken som heist andre typer signaler slik det vil bli forstått av en fagmann på området.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter kraftproduksjonssystemet (1) en elektrisk svivel (7e) innrettet for overføring av elektriske signaler.

De elektriske signalene kan omfatte elektrisk kraft fra turbinfoten under svivelen til kraftforbrukende komponenter i nacellen, pådrag fra en reguleringsenhet til en krøjekontrollaktuator, signaler fra en regulenngsenhet til en reguleringsaktuator for den hydrauliske pumpen, målesignaler fra én eller flere sensorer til et reguleringssystem eller hvilke som helst andre relevante elektriske signaler mellom nacellen og turbinfoten. Dimensjonene og antall elektriske forbindelser i svivelen avhenger av anvendelsen slik det vil være opplagt for en fagmann på området.

Claims

1. Et vindturbin-kraftproduksjonssystem (1) med en nacelle (3) som dreier på toppen av et tårn (4), hvor kraftproduksjonssystemet omfatter et hydrostatisk transmisjonssystem (10) med lukket sløyfe for overføring av mekanisk energi fra en vindturbinrotor (2) til en elektrisk generator (20) i foten av tårnet (4), hvor det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) omfatter en lukket sløyfe med en pumpe (11) i nacellen (3) og en motor (12) i foten av tårnet (4), og pumpen (11) og motoren (12) er sammenkoblet med slanger eller rør (13,14) hvor sammenstillingen av det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) og vindturbinrotoren (2) er innrettet til å rotere med nacellen (3), i forhold til tårnet om en vertikal akse (8).

2. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor slangene eller rørene (13,14) mellom pumpen (11) og motoren (12), er stive rør.

3. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor en pumpeaksel (27) til pumpen (11) er koblet direkte til en turbinaksel (28) til vindturbinrotoren (2).

4. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor den lukkede sløyfen omfatter én eller flere ventiler (40,41) innrettet til å stoppe fluidstrømningen i systemet (10) med den lukkede sløyfen, og dermed stoppe vindturbinrotoren (2).

5. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor motoren (12) er anbrakt på eller nær bakken.

6. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor motoren (12) er innrettet nær eller under havoverflaten.

7. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor en generatoraksel (18) til generatoren (20) er direkte koblet til en motoraksel (17) til motoren (12).

8. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor generatoren (20) er innrettet til å rotere om den vertikale aksen (8)..

9. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor kraftproduksjonssystemet (1) omfatter en elektrisk svivel (7e) innrettet til å overføre elektriske signaler.