NO345863B1

NO345863B1 - Anordning ved gir til bruk i vindturbiner

Info

Publication number: NO345863B1
Application number: NO20200220A
Authority: NO
Inventors: Per Olav Haughom
Original assignee: Wind Spider As
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2021-09-13
Also published as: NO20200220A1; WO2021167468A1

Description

GIR TIL BRUK I VINDTURBINER

Foreliggende oppfinnelse angår et gir, spesielt til bruk i vindturbiner. Nærmere bestemt dreier det seg om et gir for å fordele et inngående dreiemoment fra én aksling jevnt på to utgående akslinger.

Bakgrunn for oppfinnelsen

I vindturbiner er det avgjørende å kunne motta og overføre store dreiemomenter og samtidig kunne avlede ekstreme spissbelastninger på grunn av uryddig lastbilde og store massetreghets momenter i vindpropellen. En kjent måte å redusere et dreiemoment på, er bruk av såkalt planetgir.

En slik løsning beskrives i Patentskriftet NO20130213, hvor det er montert to planetgir i serie. Ved å montere planetgirene i serie kan et dreiemoment og en oppgiring av rotasjonshastigheten fra en inngående rotoraksel for navet og til en utgående aksel til en generator som er plassert i søylen til vindturbinen skje i en to-gang.

Et problem med løsningen som beskrives heri, er at spissbelastningene ikke blir avledet, og drivlinjen må derfor dimensjoneres for å kunne oppta nevnte spissbelastninger, noe som gir en unødig kraftig drivlinje ved ordinære belastninger, og som tilfører drivlinjen vekt og kostander.

Det søkes derfor etter løsninger som gjør det mulig å ta opp spissbelastningene i en vindturbin på en enklere og rimeligere måte enn hva som er kjent i dag.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Generell beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er definert av det selvstendige patentkravet. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene.

Det nevnte forhold illustreres i det etterfølgende ved henvisning til et utførelseseksempel for et gir til vindturbiner. Referansen til gir for vindturbiner begrenser på ingen måte søknadens omfang for bruk i andre sammenhenger.

Et gir som er koplet mellom en vindpropell og for eksempel en generator, befinner seg vanligvis en elevert gondol på toppen av en søyle.

Giret er nødvendig for å transformere opp vindturbinens relativt lave turtall til turtall som er hensiktsmessig for en generator.

Girets dimensjoner og vekt kan være betydelige og det er innlysende at reduksjon av girets vekt og dimensjoner vil ha stor betydning for kostnader og utførelse til bærekonstruksjoner.

Det er tilveiebrakt et gir koblet til en aksling opplagret i lagerbukker og forbundet til et nav med fester for tilkobling av vindturbinblader. Giret har en inngående aksel koblet til en planetbærer og to parallelle planetgir med planethjul, ringdrev og med solhjul forbundet til utgående akslinger koblet til vinkeltannhjul i inngrep med et vinkeltannhjul opplagret i akslinger mot husdeler med forbindelse til en utgående flens.

Mer spesifikt er det tilveiebrakt en giranordning der en inngående drivaksel i en planetgiranordning er koblet sammen til en felles planetbærer for to parallelle planetgir slik at planethjulene har lik diameter og er i inngrep med felles stillestående ringdrev. Derved fordeles et inngående moment på to planetdrev

Solhjulene er koblet til hver sin utgående aksel konsentrisk opplagret om en inngående aksel. Akslingene fra hvert solhjul kobles sammen til en felles utgående aksel gjennom en differensial, slik at belastningen på solhjulene fordeles jevnt. Med differensial menes i dette tilfellet en anordning som ved hjelp av tannhjul fordeler belastning mellom to konsentriske aksler slik at utgående turtall og moment kommer ut på kun en aksel.

For å begrense store spissmoment belastninger fra vindturbinen er ringdrevet opplagret slik at det kan roter en begrenset vinkel og koblet til moment åk med tilhørende momentarmer koblet til kraftabsorbere i form av hydrauliske sylindere eller fjærer.

Det tilveiebrakte giret med to parallelle planetgir hvor utgående aksler fra planetgirene blir koblet sammen med en kardangløsning, gir ifølge oppfinnelsen en vesentlig økt kapasitet på dreiemomentoverføring i forhold til dimensjoner og antall tannhjul.

Akslingen er opplaget med glidelagerelementer mot opplagringselementer forbundet til lagerbukker med en kuleflate. Opplagring i kuleflater er nødvendig for å unngå skjevbelastning på lagerflatene ved lastpåkjenning og deformasjoner av akslingen om en senterakse for akslingen.

Figurer av oppfinnelsen

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor:

Fig.1 viser et giroppsett med aksling og lager samt innfesting av vindturbinblader;

Fig.2 viser giret sett ovenfra;

Fig.3 viser giret sett fra siden;

Fig.4 viser snitt C-C gjennom giret og en tilhørende differensial;

Fig.5 viser snitt F-F gjennom giret;

Fig.6 viser «eksplodert» oppsett av girkomponenter;

Fig.7 viser differensialen;

Fig.8 viser et snitt A-A gjennom differensialen;

Fig.9 viser et «eksplodert» oppsett av differensialkomponenter;

Fig.10 viser hovedaksel med lagerbukker;

Fig.11 viser et snitt gjennom lager for hovedaksel; og

Fig.12 viser en detalj av opplagringen.

På figurene angir 1 et gir som er koblet sammen med en differensial 2 som har en utgående akselflens 14. Giret 1 hviler på fundamenter 12 og er koblet sammen med en aksling 6 opplagret i lagerbukker 4 og 5 og forbundet med et nav 7 hvortil det er anordnet fester 3 for vindturbinblader. Giret 1 har en sentral inngående hovedaksel 8 med rotasjon om en senterlinje 18 og med en flensforbindelse 25 til akslingen 6. Hovedakslingen 8 er fast forbundet til en planetbærer 26 gjennom en forbindelse 29. Planetbæreren 26 er opplagret med lagre 46 i et hus 11 som igjen er skrudd sammen med bolter 17 og sylindriske skiver 15. To ringdrev 27 er opplagret mot sylindriske skiver 15 gjennom en lagerforing 28 og knyttet sammen til momentåk 10, slik at overlast på dreiemoment 36 overføres til kraftabsorberere 9 festet til girfundamenter 12.

En flerhet planethjul 30 er opplagret i planetbæreren 26 med akslinger 31 og har fortanningsinngrep mot ringdrevene 27 og to solhjul 32, 33 som igjen er forbundet til hver sin utgående aksel 34 og 35 konsentrisk opplagret på akslingen 8. Inngående dreiemoment 36 som kommer inn gjennom flensforbindelsen 25 og til akslingen 8 føres videre til planetbæreren 26 og fordeles likt på parallelle planethjul 30 som overfører halve dreiemomentet til hver av de utgående akslingene 34, 35. Med denne løsningen har et inngående stort dreiemoment 36 blitt fordelt på to parallelle planetgir, noe som muliggjør overføring av store dreiemomenter.

For å samle og fordele dreiemomentet jevnt fra de utgående akslingene 34, 35 er det anordnet en differensial 2 bestående av to tannhjul 37, 38 hvor tannhjulet 37 er koblet til den utgående akslingen 34 med en spline forbindelse 39 og tannhjulet 38 er koblet til akslingen 35 med en splineforbindelse 40. En flerhet tannhjul 41 er opplagret i akslinger 21 som igjen er opplagret i to husdeler 19, 20 som er skrudd sammen med bolter 45. Utgående dreiemoment blir overført gjennom akslingene 21 til husdelene 19,20 og videre til en utgående flens 14.

Akslingen 6 er opplagret i glidelagerelementer 53 som igjen hviler på opplagringselementer 52 med kuleformet flate 60 mot lagerruller 4 og 5.

Opplagring i kuleflater 60 er nødvendig for å unngå skjevbelastning på lagerflatene ved lastpåkjenning og deformasjoner av akslingen 6 om en senterakse 18 for akslingen 6.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformene illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende.

Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktumet at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekkene ikke med fordel kan brukes.

Claims

Patentkrav

1. Gir (1) koblet til en aksling (6) opplagret i lagerbukker (4, 5) og forbundet til et nav (7) med fester (3) for tilkobling av vindturbinblader,

k a r a k t e r i s e r t v e d at giret (1) har en inngående aksel (8) koblet til en planetbærer (26) og to parallelle planetgir med planethjul (30), ringdrev (27) og solhjul (32, 33) forbundet til utgående akslinger (35, 34) koblet til vinkeltannhjul (37, 38) i inngrep med et vinkeltannhjul (41) opplagret i akslinger (21) mot husdelene (19, 20) med forbindelse til en utgående flens (14).

2. Gir i henhold til patentkrav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at ringdrevet (27) er forbundet til et momentåk (10) og videre til kraftabsorberere (9) med fester til fundamenter (12).

3. Gir som beskrevet i patentkrav 1 og 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d at akslingen (6) er opplaget med glidelagerelementer (53) mot opplagringselementer (52) forbundet til lagerbukker (4, 55) med en kuleflate (60).