NO327276B1 - Vindturbin med elektrisk svivel - Google Patents

Abstract

Et vindturbin-energiproduksjonssystem med en lukket sløyfe hydrostatisk transmisjonssystem for overføring av mekanisk energi fra en vindturbinrotor 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 vindturbinrotoren og pumpen er innrettet til 'a rotere om en vertikal akse, over en elektrisk svivel som er innrettet til å overføre elektriske signaler.

Description

VINDTURBIN MED ELEKTRISK SVIVEL

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 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.

I tillegg kan kraftkablene fra den elektriske generatoren til termineringspunktet i bunnen av tårnet bli tvunnet når turbinrotoren og nacellen skal rettes mot vinden når generatoren er anbrakt i nacellen,. Etter noen omdreininger i en retning må turbinen bringes tilbake til sin startposisjon Dette kan kreve en planlagt, kostbar stopp og re-start av produksjonen.

Vindturbinsystemer med et variabelt gir basert på et hydrostatisk transmisjonssystem

mellom vindturbinrotoren og den elektriske generatoren er kjent fra tidligere. Bruken av et hydrostatisk transmisjonssystem tillater mer fleksibel plassering av den hydrauliske motoren og den elektriske generatoren i vindturbin-kraftproduksjonssystemet enn med konvensjonell teknologi hvor anbringelsen av komponentene er begrenset av hvor drivverket og girkassen er plassert.

Når generatoren er plassert og anbrakt statisk på bakken eller nær bakken, er problemet relatert til tvinning av kablene løst. Imidlertid krever i det minste noen av komponentene i nacellen elektriske pådrag for å virke etter hensikten Likeledes, bør signalene fra et antall sensorer anbrakt i nacellen og turbinrotoren bh overført til en overvåknings- eller regulenngsenhet som kan befinne seg i tårnet nær bakken.

Den foreliggende oppfinnelsen løser problemet med å overføre elektrisk energi og pådrag og målesignaler mellom nacellen og bunnen av tårnet ved å implementere en elektrisk svivel som er innrettet til å overføre elektriske signaler mellom komponentene over svivelen og komponentene under svivelen. Svivelen kan rotere et fritt antall runder om den vertikale aksen, og ingen vridningsteller og stopp og start av turbinrotoren er påkrevd under normal drift for å bringe turbinen tilbake til sin startposisjon.

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 rotasjonsfrekvensen 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 løse problemene relatert til varierende vindforhold. Den mest opplagte løsningen er å stoppe og /eller bremse turbinen eller dreie [pitche] turbinbladene 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 rotasjonsfrekvens 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-kraftproduksjonssystem 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 Når en generator er anbrakt i nacellen som beskrevet for bakgrunnsteknikken ovenfor, må kraftkablene fra generatoren passere gjennom tårnet og ned til et termineringspunkt nær tårnfoten. Fordi generatoren roterer med nacellen for å rettes mot vinden, må kraftkablene være fleksible nok til å tillate vridning når turbinen roterer om vertikalaksen. Etter noen omdreininger i en retning må turbinen bringes tilbake til sin startposisjon. Dette krever en planlagt, kostbar produksjonsstopp og re-start. I bakgrunnsteknikken er ofte vndningstellere benyttet for å telle antallet omdreininger fra startposisjonen til nacellen, og indikerer når det er på tide å tvinne tilbake kablene Elektriske svivler er kjent i bakgrunnsteknikken fra andre fagområder. I Europeisk patentsøknad EP1443678 av Moser er en induktiv svivel beskrevet Svivelen har et hus og en aksel som passer motsatt til huset for å rotere svivelen. Den har også første og andre vindinger så vel som første og andre halvdeler av en splittet kjerne. Den første vindingen er fast festet til huset og den andre vindingen til akselen.

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 anbrakt på bakken eller nær bakken, hvor vindturbinrotoren er innrettet til å rotere om en vertikal akse, over en elektrisk svivel, hvor svivelen er innrettet til å overføre elektriske signaler.

Kort beskrivelse av figurene

Oppfinnelsen er illustrert i de tilhørende figurene. Illustrasjonene er ment å illustrere foretrukne og alternative utførelser av oppfinnelsen, og 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 et hydrostatisk transmisjonssystem benyttes som et variabelt gir. Som i Fig. 1 strekker kraftkablene og signalkablene seg fra nacellen til bunnen av tårnet. Fig 3 og 4 illustrerer skjematisk vertikale snitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem hvor generatoren er anbrakt i bunnen av tårnet eller nær bakken og en elektrisk svivel eller union er innrettet til å tillate nacellen å rotere fritt om en vertikal akse uten å tvinne de elektriske kablene og dermed tillater vindturbinrotoren kontinuerlig å rettes mot vinden Fig 5 illustrerer et forenklet tverrsnitt en elektrisk svivel med en sylindrisk kjerne Fig. 5a illustrerer en elektrisk svivel med spole og induktiv overføring, mens Fig. 5b viser en elektrisk svivel med elektrisk overføring basert på sleperinger og børster. Den nederste delen av Fig 5a og 5b viser et aksialt snitt av den elektriske svivelen. Fig. 6 illustrerer et forenklet tverrsnitt en plateformet elektrisk svivel. Fig. 6a illustrerer en elektrisk svivel med spole og induktiv overføring, mens Fig. 6b viser en elektrisk svivel med elektrisk overføring basert på sleperinger og børster. Fig. 6c viser et aksialt snitt av den plateformede elektriske svivelen med spoler. Fig 7 illustrerer eksempler på integrerte elektriske/hydrauliske svivler med sylindrisk kjerne. Fig. 7a illustrerer en integrert svivel med spole og induktiv overføring, mens Fig 7b viser en integrert svivel med elektrisk overføring basert på sleperinger og børster. Den nederste delen av Fig. 7a og 7b viser aksiale snitt av de elektriske svivlene. Fig. 8a illustrerer hvordan en plateformet elektrisk svivel og en hydraulisk svivel kan være innrettet til å frembringe felles egenskaper for overføring av hydraulisk fluid og

elektriske signaler I Fig. 8b er en integrert elektrisk/hydraulisk svivel illustrert. I dette eksempelet er den integrerte svivelen plateformet, omfattende spoler eller børster for overføring av elektriske signaler anbrakt rundt de hydrauliske fluidkanalene.

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 vindturbmrotor (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 tårnet (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 fra 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 elektrisk 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),

Det er velkjent for fagpersoner 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 vndningsteller (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) hvor generatoren er anbrakt på bakken eller nær bakken.

I en utførelse av oppfinnelsen er vindturbinrotoren (2) innrettet til å rotere om en vertikal akse (8) over en elektrisk svivel (7e) hvor svivelen (7e) er innrettet til å overføre elektrisk kraft og/eller elektriske pådrag og målesignaler.

Et vindturbin-kraftproduksjonssystem med et hydrostatisk transmisjonssystem og en elektrisk svivel ifølge oppfinnelsen tillater flytting av generatoren og den hydrauliske motoren til fundamentet av tårnet Dette kan reduserer vekten av den øvre delen av tårnet betydelig.

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 bh 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 tårnkonstruksjonen 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 betraktelig. 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 komponentene i nacellen.

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 anbringe generatoren på bakken. I bakgrunnsteknikken må turbinen roteres tilbake til sin utgangsposisjon etter noen omdreininger i én retning for å tvinne opp kraftkablene, som krever en planlagt og kostbar produksjonsstopp og re-start

Fig. 5 og 6 illustrerer forenklede elektriske svivler som kan benyttes i oppfinnelsen. I en utførelse av oppfinnelsen omfatter den elektriske svivelen spoler (90, 94) for induktiv overføring av elektriske signaler. Som man kan se av Fig. 5a og Fig 6a, omfatter den elektriske svivelen (7e) et første element (71) og et andre element (72) hvor det første elementet (71) og det andre elementet (72) omfatter spoler (90, 94) for induktiv overføring av elektriske signaler mellom spolene (90) anbrakt på det første elementet (71) og spolene (94) anbrakt på det andre elementet (72) Ett av elementene (71, 72) kan være anbrakt fast i forhold til nacellen (3) og det andre av elementene kan være anbrakt fast i forhold til tårnet(4). Induktiv overføring av elektriske signaler kan frembringe en elektrisk forbindelse som ikke er utsatt for slitasje mellom nacellen og tårnet

Videre, som det også kan sees av Fig. 5a, er, i en utførelse av oppfinnelsen det første elementet (71) innrettet til å rotere inne i det andre elementet (72). I denne utførelsen kan den indre diameteren av den elektriske svivelen være liten på grunn av den sylindriske utformingen av spolene (90, 94) på det første elementet (71) og det andre elementet (72). I en utførelse av oppfinnelsen kan de elektriske komponentene og/eller reguleringssystem i nacellen bli tilkoplet de elektriske ledningene (73) som er tilkoblet spolene (90) til det første elementet (71) og de elektriske komponentene og/eller reguleringssystemet i tårnet eller eksternt i forhold til tårnet kan bli tilkoblet de elektriske ledningene (74) som er tilkoblet spolene (94) til det andre elementet (72)

I en utførelse av oppfinnelsen er den er det første elementet (71) innrettet til å rotere over eller under det andre elementet (72) som vist i Fig. 6a. I denne plateformede utførelsen kan senteret i den elektriske svivelen være åpent, for å tillate andre komponenter, slik som slanger, rør, andre svivler, osv. å oppta denne plassen. I denne utførelsen av oppfinnelsen kan spolene (90, 94) også være anbrakt nær, eller integrert med det roterende lageret (5) som kan sees i Fig. 1. I en utførelse av oppfinnelsen kan de elektriske komponentene og/eller reguleringssystemet i nacellen være tilkoblet de elektriske ledningene (92) tilkoblet spolene (90) til det første elementet (71) og de elektriske komponentene og/eller reguleringssystemet i tårnet eller eksternt i forhold til tårnet kan være tilkoblet de elektriske ledningene (96) tilkoblet spolene (94) til det andre elementet (72)

Spolene (90, 94) kan omfatte kjerner (91, 95) av ferromagnetisk materiale slik det er opplagt for en fagmann på området.

I en utførelse av oppfinnelsen, som det kan sees i Fig. 5b og Fig. 6b, omfatter den elektriske svivelen (7e) et første element (71) og et andre element (72) hvor ett av elementene (71, 72) omfatter sleperinger (75) og det andre elementet(71, 72) omfatter børster (76) for overføring av elektriske signaler mellom sleperingene (75) og børstene (76). Ett av elementene (71, 72) kan være anbrakt fast i forhold til nacellen (3) og det

andre av elementene kan være anbrakt fast i forhold til tårnet(4)

Videre, som det også kan sees av Fig. 5b, er, i en utførelse av oppfinnelsen det første elementet (71) innrettet til å rotere inne i det andre elementet (72). I denne plateformede utførelsen kan diameteren av den elektriske svivelen være liten på grunn av den sylindriske utformingen av spolene (90, 94) på det første elementet (71) og det andre elementet (72). I en utførelse av oppfinnelsen kan de elektriske komponentene og/eller reguleringssystem i nacellen bli tilkoplet de elektriske ledningene (73) tilkoblet spolene (90) til det første elementet (71) og de elektriske komponentene og/eller reguleringssystemet i tårnet eller eksternt i forhold til tårnet kan være tilkoblet de elektriske ledningene (74) tilkoblet spolene (94) til det andre elementet (72).

I en utførelse av oppfinnelsen er den er det første elementet (71) innrettet til å rotere over eller under det andre elementet (72) som vist i Fig. 6b. I denne utførelsen kan senteret i den elektriske svivelen være åpent, for å tillate andre komponenter, slik som slanger, rør, andre svivler, osv. å oppta denne plassen. I denne utførelsen av oppfinnelsen kan spolene (90, 94) også være anbrakt nær, eller integrert med det roterende lageret (5) som kan sees i Fig. 1.1 en utførelse av oppfinnelsen kan de elektriske komponentene og/eller reguleringssystemet i nacellen være tilkoblet de elektriske ledningene (92) som er tilkoblet sleperingene (75) til det første elementet (71) og de elektriske komponentene og/eller reguleringssystemet i tårnet eller eksternt i forhold til tårnet kan være tilkoblet de elektriske ledningene (96) som er tilkoblet børstene (76) til det andre elementet (72).

Det vil være opplagt for en fagmann på området at svivelen ifølge oppfinnelsen kan være anbrakt opp-ned, med det første elementet (71) fast i forhold til tårnet, og det utvendige, andre elementet (72) fast i forhold til nacellen.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter kraftproduksjonssystemet (1) en hydraulisk svivel (7h) innrettet til å overføre fluid i den lukkede sløyfen til det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) som vist i Fig. 8a. Den hydrauliske svivelen (7h) omfatter en ytre del (52) og en indre del (51) hvor den indre delen kan rotere inne i den ytre delen. En av den ytre delen (52) eller den indre delen (51) til den hydrauliske svivelen (7h) er fast i forhold til tårnet (4) og den andre delen (51, 52) er fast i forhold til nacellen (3). Tubulære elementer (53) er innrettet til kontinuerlig å overføre fluidet via periferiske kanaler (55, 56) gjennom svivelen (7h) når den indre delen av svivelen (51) roterer i den ytre delen (52) av svivelen Dimensjonene og antallet tubulære elementer i svivelen

avhenger av anvendelsen slik det vil være opplagt for en fagmann på området.

I en utførelse av oppfinnelsen er den hydrauliske fluidsvivelen (7h) innrettet som en integrert del av den elektriske svivelen (7e) som illustrert i Fig. 7a, 7b og 8b. I den kombinerte elektriske/hydrauliske svivelutførelsen kan ett av det første elementet (71) eller andre elementet (72) til den elektriske svivelen være integrert med den indre delen (51) til den hydrauliske svivelen, og det andre elementet (71, 72) til den elektriske svivelen (7e) kan være integrert med den ytre delen (52) til den hydrauliske svivelen (7h).

Den integrerte svivelen kan være utstyrt med spoler eller sleperinger og børster for overføringen av elektriske signaler.

I en utførelse av oppfinnelsen kan spolene (90,94) eller børstene (76) og sleperingene (75) og periferiske kanaler (55, 56) til den hydrauliske/elektriske svivelen (7e, 7h) være anbrakt sylindrisk som vist i Fig. 7a og 7b

I en utførelse av oppfinnelsen er den integrerte svivelen plateformet og de periferiske kanalene (55, 56) kan være anbrakt i sentrum av platen, og spolene (90, 94) eller børstene (76) og sleperingene (75) kan være anbrakt rundt de periferiske kanalene (55, 56) til den integrerte svivelen som vist i Fig. 8b.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter de elektriske signalene elektrisk kraft til elektriske kraftforbrukende komponenter over svivelen

Når generatoren har blitt flyttet til bakken eller nær bakken ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan komponenter i nacellen som drives av elektrisitet mates fra kraften som er tilgjengelig i bunnen av tårnet. I dette tilfellet kan den elektriske svivelen være innrettet til å overføre den nødvendige elektriske kraften fra foten av tårnet til komponentene i nacellen. Antallet ledere og konstruksjonen av sleperingene og børstene vil være selvsagt for en fagmann på området.

I en utførelse av oppfinnelsen er de elektriske signalene pådrag fra en kontrollenhet (62) i foten av tårnet til en eller flere styrte enheter (61) over den elektriske svivelen (7e). Kontrollsystemet til kraftproduksjonssystemet kan være innrettet som et sentralisert regulerings og overvåkningssystem eller et distribuert regulerings og overvåkningssystem. I det tilfellet hvor det sentraliserte reguleringssystemet er anbrakt i foten av tårnet, kan pådrag bli sent til aktuatorer og andre komponenter i nacellen for å aktuere eller styre komponentene. Som et eksempel kan pådrag for pitchkontrollaktuatoren, bremseaktuatoren, den hydrauliske pumpen, forskyvningsaktuatoren osv. bh overført av den elektriske svivelen.

I en utførelse av oppfinnelsen er de elektriske signalene ett eller flere målesignaler fra en eller flere sensorer over svivelen (7e) til et kontrollsystem (62) under svivelen (7e). Kontrollsystemet til kraftproduksjonssystemet kan være innrettet som et sentralisert regulerings og overvåkningssystem eller et distribuert regulerings og overvåkningssystem I det tilfellet hvor det sentraliserte reguleringssystemet er anbrakt i foten av tårnet, kan målesignaler sendes fra sensorer i nacellen til det sentraliserte regulerings og overvåkningssystemet. Som et eksempel kan målesignaler for pitchvinkel av rotorbladene, vindhastighet, oljetrykk, turbinhastighet osv. bli overført av den elektriske svivelen.

Pådragene og målesignalene kan overføres på en hvilken som helst analog eller digital signalprotokoll slik som RS232, RS422, RS485, CANbus osv. slik det vil være selvsagt for en fagmann på området

Den foreliggende oppfinnelsen kan anvendes i alle typer vindturbin-kraftproduksjonssystemer med et hydrostatisk overføringssystem, slik som i landbaserte kraftproduksjonsanlegg, kraftproduksjonsanlegg nær land, og offshore kraftproduksjonsanlegg.

Claims (11)

1. Et vindturbin-kraftproduksjonssystem (1) med et hydrostatisk transmisjonssystem (10) med variabel forskyvning og lukket sløyfe, for overføring av mekanisk energi fra en vindturbinrotor (2) til en elektrisk generator (20) anbrakt på bakken eller nær bakken, hvor vindturbinrotoren (2) er innrettet til å rotere om en vertikal akse (8) over en elektrisk svivel (7e) som omfatter spoler (90, 94) innrettet til induktiv overføring av elektriske signaler, hvor de elektriske signalene omfatter ett eller flere målesignaler fra én eller flere sensorer over svivelen (7e) til et reguleringssystem under svivelen (7e).

2. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor den elektriske svivelen (7e) omfatter et første element (71) og et andre element (72) hvor det første elementet (71) og det andre elementet (72) omfatter spoler (90, 94) for induktiv overføring av elektriske signaler mellom spolene (90) anbrakt på det første elementet (71) og spolene (94) anbrakt på det andre elementet (72).

3. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 2, hvor det første elementet (71) er innrettet til å rotere inne i det andre elementet (72).

4. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 2, hvor det første elementet (71) er innrettet til å rotere over eller under det andre elementet (72).

5. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor den elektriske svivelen (7e) omfatter et første element (71) og et andre element (72) hvor ett av elementene (71, 72) omfatter sleperinger (75) og det andre elementet (71, 72) omfatter børster (76) for overføring av elektriske signaler mellom sleperingene (75) og børstene (96).

6. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 3, hvor det første elementet (71) er innrettet til å rotere inne i det andre elementet (72).

7. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 3, hvor det første elementet (71) er innrettet til å rotere over eller under det andre elementet (72).

8. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor kraftproduksjonssystemet (1) omfatter en hydraulisk fluidsvivel (7h) innrettet til å overføre fluid i den lukkede sløyfen til det hydrostatisk transmisjonssystemet (10).

9. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 8, hvor den hydrauliske fluidsvivelen (7h) er innrettet som en integrert del av den elektriske svivelen (7e).

10. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor de elektriske signalene omfatter elektrisk kraft til elektriske kraftforbrukende komponenter over svivelen.

11. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor de elektriske signalene omfatter pådrag fra en kontrollenhet (62) til en eller flere kontrollerte enheter (61) over den elektriske svivelen (7e).