NO327565B1

NO327565B1 - Anordning ved vindmolle

Info

Publication number: NO327565B1
Application number: NO20080229A
Authority: NO
Inventors: Per Olav Haughom
Original assignee: Angle Wind As
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2009-08-17
Also published as: WO2009091261A3; US20110018283A1; NO20080229L; ATE519033T1; US8450865B2; EP2247854B1; WO2009091261A2; EP2247854A2

Abstract

Anordning ved vindmølle hvor vindmøllens vindturbin (2) er koplet til en turbinaksling (18) og hvor et dreiemoment overføres fra vindturbinen (2) og til en kraftmaskin (12), og hvor dreiemomentet mellom vindturbinen (2) og kraftmaskinen (12) er overført via et harmonisk gir (1).

Description

ANORDNING VED VINDMØLLE

Denne oppfinnelse vedrører en vindmølle. Nærmere bestemt dreier det seg om en vindmølle hvor vindmøllens vindturbin er koplet til en turbinaksling og hvor et dreiemoment overføres fra vindturbinen og til en kraftmaskin.

Etter hvert som vindmøller bygges for stadig større effekter, må transmisjonselementer som overfører dreiemoment mellom vindmøllens vindturbin og en kraftmaskin oppdimensjoneres tilsvarende.

Ifølge kjent teknikk er en generator ofte anbrakt på en ele-vert gondol ved vindturbinen. Dreiemomentet overføres fra vindturbinen og til kraftmaskinen, som gjerne utgjøres av en elektrisk generator, via en girkasse. Girkassen er nødvendig for å transformere opp vindturbinens relativt lave omdreiningshastighet til en omdreiningshastighet som er hensikts-messig for generatoren.

Samlet vekt av girkasse og generator er betydelig. Særlig for vindmøller til havs innebærer slike store masser som befinner seg på et relativt høyt nivå over havbunnen, at de bærende konstruksjoner blir omfattende og kostbare.

Det er kjent å overføre dreiemomentet fra vindturbinen via transmisjonselement og til en generator som befinner seg på bakkenivå, se for eksempel tysk patentsøknad 2932293. Overføring av dreiemomentet via en enkel, vertikal aksling med i hovedsak samme omdreiningshastighet som vindturbinen betinger at vindmøllens bærekonstruksjon er dimensjonert for å kunne oppta det fulle dreiemoment om sin vertikalakse. Dette forhold er avhjulpet ved å anvende to konsentriske, kontraroterende akslinger for dreimomentoverføringen. Derved ut-lignes dreiemomentet i det alt vesentligste, hvorved bære-konstruksjonen ikke utsettes for de nevnte moment. US-patent 4311435 omhandler en typisk anordning for momentoverføring av denne art.

Dreiemomentet i akslingene er relativt stort når det anvendes omdreiningshastigheter som tilsvarer vindturbinens omdreiningshastighet. Akslinger og andre transmisjonselement for formålet kan derfor være både store og kostbare.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Det er tilveiebrakt en vindmølle hvor vindmøllens vindturbin er koplet til en turbinaksling og hvor dreiemoment er over-ført fra vindturbinen og til en kraftmaskin, og hvor vindmøl-len kjennetegnes ved at dreiemomentet mellom vindturbinen og kraftmaskinen er overført via et harmonisk gir.

Det er overraskende funnet at et harmonisk gir er velegnet for anvendelse i en vindmølle.

Et harmonisk gir, se detaljert forklaring av virkemåte i be-skrivelsens spesielle del, er utformet slik at et relativt stort antall av girkomponentenes tenner er i inngrep samti-dig. Dette muliggjør anvendelse av forholdsvis små tannmodu-ler selv ved overføring av betydelig dreiemoment. De fleste av girets komponenter dreier om en felles hovedsenterakse, mens de øvrige komponenter dreier om en senterakse som befinner seg relativt nær hovedsenteraksen.

Et harmonisk gir er således både kompakt og lett sett i forhold til andre aktuelle gir for det samme formål.

Utvekslingsforhold kan tilpasses det aktuelle behov. For eksempel er det fullt mulig å oppnå en utveksling på en til ti, det vil si at en omdreining på vindturbinen bevirker at det harmoniske girs utgående aksling dreier ti omdreininger.

Ifølge ett aspekt ved vindmøllen utgjør turbinakslingen det harmoniske gir sin inngående aksling. Derved kan turbinaksling og harmonisk gir utformes med ytterligere reduserte di-mensjoner.

Ett ytterligere aspekt ved vindmøllen er at det harmoniske gir er anbrakt nær vindturbinen. Det harmoniske gir sin utgående aksling er med fordel koplet til et vinkelgir hvor dreiemomentet fra det harmoniske gir deles mellom to konsentriske akslinger.

Forekommende støtpulser og vibrasjoner kan opptas og dempes for eksempel ved at det harmoniske girs prinsipielt stille-stående tannkrans er begrenset dreibar og koplet for eksempel til en dempesylinder. Mindre dreieutslag tillates derved for tannkransen som dreies tilbake til sin utgangsstilling når pulsen er dempet.

Den tilveiebrakte overføring av dreiemoment i en vindmølle

muliggjør en betydelig kostnads- og vektreduksjon, særlig når det er tale om store vindmøller. Dette oppnås ved anvendelse av et relativt lett harmonisk gir, og ved at dreimomentet fra vindturbinen reduseres før det overføres til de påfølgende

komponenter, for eksempel til en generator på bakkenivå.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er, hvor: Fig. 1 viser en vindturbin, transmisjonselement og en generator tilhørende en vindmølle hvor generatoren er anbrakt på bakkenivå; Fig. 2 viser delvis skjematisk og i større målestokk et snitt gjennom vindmøllens gir; Fig. 3 viser et snitt II-II i fig. 2; og Fig. 4 viser det samme som i fig. 3, men etter at girets utgående aksling er dreid en omdreining.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 et harmonisk gir som er koplet til en vindturbin 2. Det harmoniske gir 1 er

koplet til et vinkelgir 4 via en utgående aksling 6. Dreiemoment fra vindturbinen 2 fordeles i vinkelgiret 4 til to konsentriske, kontraroterende akslinger 8 som forløper fra vinkelgiret 4 og ned til et planetgir 10 ved en elektrisk generator 12. Generatoren 12 befinner seg på bakkenivå.

I planetgiret 10 samles dreiemomentet fra akslingene 8 før det overføres til generatoren 12. En demper 14 er tilknyttet akslingene 8 for å dempe vibrasjoner i akslingene 8. Akslingene 8 kan være relativt lange.

På tegningene vises bare vindturbinen 2, det harmoniske gir 1, transmisjonselement 4, 8, 10 og 14 samt generatoren 12. Andre nødvendige komponenter, som for eksempel bærekonstruksjon, kabler og styringer, er ikke vist.

Det harmoniske gir 1 er innbygget i et girhus 16, se fig. 2.

Vindturbinen 2 er koplet til en turbinaksling 18 som utgjør det harmoniske gir 1 sin inngående aksling.

Turbinakslingen 18 er lagret i girhuset 16 ved hjelp av et første lager 2 0 nær sitt mot vindturbinen 2 vennende endeparti. Ved sitt motstående endeparti er turbinakslingen 18 lagret innvendig i den utgående akslings 6 gjennomgående boring 22 ved hjelp av et andre lager 24.

Den utgående aksling 6 er lagret i girhuset 16 ved hjelp av

et tredje lager 26 nær vinkelgiret 4. I sitt motstående endeparti, som rager inn over turbinakslingen 18, er den utgående aksling 6 lagret til turbinakslingen 18 ved hjelp av et fjer-de lager 28. Turbinakslingen 18 og den utgående aksling 6 er således innrettet til å kunne dreie med ulik rotasjonshastig-het om en felles senterakse 30.

Ved sitt midtparti er den utgående aksling 6 forsynt med et sylindrisk, eksentrisk parti 32, se fig. 3. Det eksentriske partis 32 senterakse 34 befinner seg på en avstand fra senteraksen 30.

Et tannhjul 36, som er forsynt med utvendige tenner 38, er fritt, dreibart lagret på det eksentriske parti 32 ved hjelp av et femte lager 40.

Tannhjulet 36 og turbinakslingen 18 er rotasjonsmessig sam-menkoplet ved hjelp av en buetannkopling 42 av i og for seg kjent utførelse.

En tannkrans 44 som i fig. 4 er vist festet til girhuset 16, er anbrakt konsentrisk om senteraksen 30. Tannkransen 44 pas-ser komplementært med de utvendige tenner 38 i tannhjulet 36. Et relativt stort antall av de utvendige tenner 38 er samti-dig i inngrep med tannkransen 44, se fig. 3 og 4.

I dette utførelseseksempel er antall tenner: Tannhjulet Zh = 90 og Tannkransen Zk = 100.

I fig. 3 befinner det eksentriske partis 32 senterakse 34 seg vertikalt over senteraksen 30. Det antas at turbinakslingen 18 og tannhjulet 36 deretter er dreid tilstrekkelig til at den utgående aksling 6 har dreid en omdreining.

Når den utgående aksling 6 med det eksentriske parti 32 dreier for eksempel moturs om senteraksen 30, bringes tannhjulet 36 til å dreie medurs om eksenteraksen 34 langs tannkransen 44. Etter en omdreining av den utgående aksling 6 og derved det eksentriske parti 32, har alle tannhjulets 90 tenner vært i inngrep med tannkransen 44. Siden tannkransen 44 har 100 tenner er tannhjulet 36, etter en omdreining av den utgående aksling 6, forskjøvet ti tenner relativt tannkransen 44 i forhold til sin utgangsstilling, se sektor Z i fig. 4. Ut-gangsstiIlingen er vist i fig. 3. Sektoren Z angir turbinaks-1ingens 16 dreining for å gi en omdreining på den utgående aksling 6.

Utvekslingsforholdet er således 10/100 = 1/10, eller mer ge-nerelt for et harmonisk gir 1 hvor tannkransen 44 ikke dreier:

I dette utførelseseksempel bevirker en omdreining av turbinakslingen 18 at den utgående aksling 6 dreier ti omdreininger i motsatt retning.

Claims

1. Anordning ved vindmølle hvor vindmøllens vindturbin (2) er koplet til en turbinaksling (18) og hvor et dreiemoment overføres fra vindturbinen (2) og til en kraftmaskin (12), karakterisert ved at dreiemomentet mellom vindturbinen (2) og kraftmaskinen (12) er overført via et harmonisk gir (1).

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at turbinakslingen (18) utgjør det harmoniske gir (1) sin inngående aksling.

3. Anordning i henhold til krav 1 og hvor dreiemomentet over-føres til kraftmaskinen (12) ved hjelp av konsentriske, kontraroterende akslinger (8), karakterisert ved at det harmoniske gir (1) sin utgående aksling (6) er koplet til et vinkelgir (6) som fordeler dreiemomentet til de to akslinger (8).