NO327277B1

NO327277B1 - Vindturbin med hydraulisk svivel

Info

Publication number: NO327277B1
Application number: NO20075469A
Authority: NO
Inventors: Ole Gunnar Dahlhaug
Original assignee: Chapdrive As
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-06-02
Also published as: NO20075469L; EP2217807B1; WO2009058022A1; BRPI0819350A2; AU2008319586A1; US8405238B2; EP2217807A1; US20100320770A1; CN101918712A; EP2217807A4; CA2704184A1

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 å rotere om en vertikal akse, over en svive] som er innrettet til å overføre fluid i den lukkede sløyfen til og fra motoren som er plassert under svivelen.

Description

VINDTURBIN MED HYDRAULISK 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 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.

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.

Imidlertid kommer et av de største problemene som er relatert til plasseringen av den hydrauliske motoren og generatoren fra det faktum at horisontalakslede vindturbiner (HAWT) må bli rettet inn mot vinden ved å rotere vindturbinen om en vertikal akse. Med den hydrauliske pumpen tilkoplet og drevet av vindturbinens rotoraksel, ville sammenstillingen av den hydrauliske motoren og den elektriske generatoren kunne føre til tvinning av rørene eller slangene i den lukkede sløyfen mellom den hydrauliske pumpen og den hydrauliske motoren.

Den foreliggende oppfinnelsen løser dette problemet ved å implementere en svivel som er innrettet til å overføre hydraulisk trykk mellom den hydrauliske pumpen over svivelen og den hydrauliske motoren under svivelen. Svivelen kan rotere et fritt antall runder om den vertikale aksen, og ingen stopp eller start av turbinrotoren er påkrevd under normal drift for å bringe turbinen tilbake til sin startposisjon.

En ytterligere fordel med den foreliggende oppfinnelsen er at den hydrauliske pumpen og toppen av svivelen er i en fast vinkelposisjon relativt hverandre. Det samme gjelder for den lavere forbindelsen av svivelen relativt den hydrauliske motoren. De tubulære elementene i den lukkede sløyfen til det hydrostatiske transmisjonssystemet kan derfor være laget av kortere stive rør eller slanger istedenfor av lengre fleksible slanger som beskrevet ovenfor. Installasjonen av stive rør eller slanger vil redusere elastisiteten i systemet sammenlignet med installasjon av fleksible rør.

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.

Kort sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen er en løsning på i det minste noen av problemene nevnt ovenfor, og omfatter 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 vindturbinrotoren og pumpen er innrettet til å rotere om en vertikal akse, over en svivel innrettet til å overføre fluid i den lukkede sløyfen til og fra motoren som er anbrakt under svivelen.

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 vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem ifølge

bakgrunnsteknikken hvor en mekanisk girkasse er anbrakt i nacellen.

Fig. 2 illustrerer et vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem ifølge bakgrunnsteknikken hvor et hydrostatisk transmisjonssystem og generatoren er anbrakt i nacellen og det hydrostatiske transmisjonssystemet benyttes som et variabelt gir. Fig. 3 illustrerer et vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem ifølge oppfinnelsen hvor den hydrauliske motoren til det hydrostatiske transmisjonssystemet og generatoren er anbrakt i den lukkede sløyfen til det hydrostatiske systemet for å tillate at nacellen roterer om en vertikalakse og dermed tillate vindturbinen å peke kontinuerlig mot vinden. Fig. 4 illustrerer et vertikalsnitt til et vindturbin-kraftproduksjonssystem lignende Fig. 3, med den forskjellen at den hydrauliske skivebremsen fra bakgrunnsteknikken er erstattet av en strømningsventilbrems. Fig. 5 illustrerer et vertikalsnitt til et vindturbin-kraftproduksjonssystem lignende Fig. 4, med den hovedforskjellen at den hydrauliske pumpen og den hydrauliske svivelen er innrettet i en enkelt enhet. Fig. 6 illustrerer et diagram av et vindturbin-kraftproduksjonssystem som omfatter en hydraulisk svivel eller union ifølge en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 7 illustrerer et forenklet tverrsnitt av en hydraulisk svivel. Venstresiden i Fig. 7 viser et sideriss, mens høyresiden viser et aksialt snitt av den hydrauliske svivelen.

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 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 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). Videre er det godt kjent å benytte skivebremser (19) for å stoppe turbinen når det er behov for det

Fig. 2 illustrerer et vertikalsnitt av et vindturbin-kraftproduksjonssystem (1) med et hydrostatisk transmisjonssystem (10) anvendt som et variabelt gir for å overføre mekanisk energi fra vindturbinrotoren (2) til elektrisk energi fra generatoren (20) ifølge bakgrunnsteknikken. Det hydrostatiske transmisjonssystemet omfatter en hydraulisk pumpe (11) og hydraulisk motor (12). Pumpen (11) og / eller motoren (12) kan være av typen med variabel forskyvning eller av typen fast forskyvning. Imidlertid, bør enten pumpen eller motoren eller begge være av typen variabel forskyvning for å kunne styre utvekshngsforholdet til det hydrostatiske transmisjonssystemet. I liket med i Fig. 1 er nacellen anbrakt på et roterende lager (5) med en vertikalakse slik at vindturbinrotoren (2) og nacellen (3) kan dreie på toppen av tårnet (4), hvor krøjingen til nacellen er styrt av krøjekontrollsystemet (6). Hovedoppgaven til krøjekontrollsystemet (6) er å kontinuerlig rette vindturbinrotoren (2) mot vinden (eller vekk fra vinden).

Det er velkjent for fagpersoner på området at nedetiden til mekaniske girkasser benyttet 1 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 annen betydelig ulempe med systemer ifølge bakgrunnsteknikken som vist i Fig. 1 og 2 er at de elektriske kraftkablene fra generatoren gjennom tårnet vil bli tvunnet når turbinen roterer om vertikalaksen. Etter 2-3 turn i en retning må kanskje nacellen snus tilbake til sin opprinnelige posisjon. 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) omfatteren 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 vindturbinrotoren (2) og pumpen (3) innrettet til å rotere om en vertikal akse (8) over en svivel (7h) innrettet til å overføre fluid i den lukkede sløyfen (10) til og fra motoren (15) som er anbrakt under svivelen (7h).

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 signifikant

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 et kritisk område. 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 tåmfundamentet (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 den hydrostatiske motoren og 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 være 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 knytte til kontinuerlig å rette turbinen mot den vekslende vindretningen uten å måtte snu turbinen tilbake til en utgangsposisjon etter at man nærmer seg en rotasjonsvinkelgrense for å tvinne opp kraftkablene mellom generatoren i den roterende nacellen og det elektriske termineringspunktet i tårnet, løst ved å anbringe en hydraulisk svivel mellom den hydrauliske pumpen og den hydrauliske motoren. I bakgrunnsteknikken må turbinen roteres tilbake til sin utgangsposisjon etter maksimum 2-3 omdreininger i en retning. Dette krever en planlagt og kostbar produksjonsstopp og re-start. I denne utførelsen av oppfinnelsen tillates den hydrauliske pumpen å rotere med vindturbinen mens sammenstillingen av den hydrauliske motoren og generatoren er anbrakt nær bakken eller havnivå.

I den foreliggende oppfinnelsen er en svivel innrettet til å overføre hydraulisk trykk mellom den hydrauliske pumpen over svivelen og den hydrauliske motoren under svivelen. Generatoren er anbrakt under svivelen og sammenstillingen av vindturbinrotoren og hydraulisk pumpe kan rotere et hvilket som helst antall runder om vertikalaksen, og det er ikke nødvendig å bringe turbinrotoren tilbake til dens utgangsposisjon.

Ifølge oppfinnelsen kan svivelen anbringes i det hydrauliske systemet med lukket sløyfe på flere forskjellige måter. I en utførelse av oppfinnelsen er den øvre delen av svivelen sammenkoblet ved hjelp av slanger eller rør med den hydrauliske pumpen i nacellen og den lavere delen av svivelen er sammenkoblet med den hydrauliske motoren med slanger eller rør. De interne fluidkanalene til svelene benyttes for overføring av fluid separat i kretsene til den lukkede sløyfen til det hydrostatiske systemet.

I Fig. 7, er det vist en hydraulisk svivel eller union som kan bli brukt i oppfinnelsen. Svivelen (7h) omfatter en ytre del (52) og en indre del (51) hvor den indre delen kan rotere inne i den ytre delen. Tubulære medlemmer (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 svivelens ytre del (52).

I en utførelse av oppfinnelsen er slangene eller rørene (13,14) mellom pumpen og svivelen og svivelen 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 vindturbm-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 og dermed bremse og stoppe vindturbinrotoren (2) som vist i Fig. 4.1 denne utførelsen av oppfinnelsen er ikke nødvendigvis den hydrauliske bremsen (19) påkrevd. Vanligvis vil strømningsbremsen ifølge oppfinnelsen være enklere å installere og vedlikeholde på grunn av mindre dimensjoner og vekt.

Fig. 6 viser et diagram av en utførelse av oppfinnelsen. Den hydrauliske svivelen (7h) nær midten av diagrammet benyttes til å overføre fluid i høytrykksiden (13) i det hydrostatiske systemets (10) lukkede sløyfe, fra den hydrauliske pumpen (11) til den hydrauliske motoren (12). På lavtrykksiden (14) brukes svivelen til å overføre fluid fra den hydrauliske motoren (12) til den hydrauliske pumpen (11). Ventilene (40) benyttes for å stoppe fluidstrømmen i høytrykksiden av systemet med lukket sløyfe. Når ventilene (40) lukkes, vil ikke fluidet være i stand til å passere og vindturbinrotoren vil stoppe. Trykkbegrensningsventilene (41) vil åpne når trykket blir for stort, dvs. når ventielen (40) lukkes. Dette sikrer at maksimaltrykket i systemet under bremsing settes av åpningstrykket til trykkbegrensningsventilene (41). Videre er det mulig å endre pitchvinkelen til turbinbladene for å redusere energien som blir tatt opp av vindturbinrotoren (2) før anvendelse av strømningsbremsen. En liten del av fluidet i systemet med lukket sløyfe kan forsvinne på grunn av lekkasje. I en utførelse av oppfinnelsen blir fluidet erstattet av en boosterpumpe (51) fra et fluidreservoir (52).

I en utførelse av oppfinnelsen er motoren (12) anbrakt på eller nær bakken. I denne utførelsen av oppfinnelsen er rørene eller slangene mellom svivelen (7h) og den hydrauliske motoren (12) anbrakt inne i tårnet (4) eller utenfor tårnet (4) fra svivelen (7h) til motoren (12). Motoren kan være anbrakt inne i tårnet, utenfor tårnet eller under tårnets fot.

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er motoren (12) anbrakt nær eller under havoverflaten. I denne utførelsen av oppfinnelsen er rørene eller slangene mellom svivelen (7h) og den hydrauliske motoren (12) anbrakt inne i tårnet (4) eller utenfor tårnet (4) fra svivelen (7h) til motoren (12). Motoren kan være anbrakt inne i tårnet under eller over havoverflaten eller utenfor tårnet under eller over havoverflaten.

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

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen omfatter den hydrauliske pumpen (11') svivelen som vist i Fig. 5. i denne utførelsen av oppfinnelsen er den hydrauliske svivelen og den hydrauliske pumpen innrettet som en enkelt anordning uten noen mellomliggende eksterne slanger eller rør. En fordel med denne oppfinnelsen er at pumpe/svivelenheten kan være lettere og bestå av færre deler enn dersom de to anordningene er separate enheter. Strømningsbremsen beskrevet ovenfor kan også omfattes av den samme enheten.

Reduksjonen i antall bevegelige deler og fraværet av en høyutvekslings mekanisk girkasse ifølge oppfinnelsen kan redusere den akustiske støyen som genereres fra kraftproduksjonssystemet betydelig.

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

Claims

1. Et vindturbin-kraftproduksjonssystem (1) med et hydrostatisk transmisjonssystem (10) med lukket sløyfe for overføring av mekanisk energi fra en vindturbinrotor (2) til en elektrisk generator (20) hvor det hydrostatiske transmisjonssystemet (10) omfatter en lukket sløyfe med en pumpe (11) og en variabel fortringningsmotor (12) sammenkoblet med slanger eller rør (13,14) hvor sammenstillingen av vindturbinrotoren (2) og pumpen (11) er innrettet til å rotere om en vertikal akse (8) over en svivel (7h) innrettet til å overføre fluid i den lukkede sløyfen til og fra motoren (12) som er anbrakt under svivelen (7h), hvor kraftproduksjonssystemet (1) videre omfatter et fluidreservoar (52) innrettet til å lagre tilleggsfluid for det hydrostatiske transmisjonssystemet (10), hvor svivelen (7h) videre er innrettet til å overføre lekkasjefluid fra pumpen (11) til fluidreservoaret (52) anbrakt under svivelen (7h).

2. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor slangene eller rørene (13,14) mellom pumpen (11) og svivelen (7h), og svivelen (7h) 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 kraftproduksjonssystemet (1) omfatter en elektrisk svivel (7e) innrettet til å overføre elektriske signaler.

9. Kraftproduksjonssystemet (1) ifølge krav 1, hvor den hydrauliske pumpen (11) omfatter den hydrauliske svivelen (7h).