NO811653L

NO811653L - WINDOW WITH TRANSMISSION CUTTING.

Info

Publication number: NO811653L
Application number: NO811653A
Authority: NO
Inventors: Robert Edwin Gustafson
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1980-05-19
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1981-11-20
Also published as: AR224689A1; IL62819A0; IN154875B; ZA813056B; SE8103049L; IT1136605B; FI811522L; GB2076070B; CA1155062A; IT8121791A0; DE3119738A1; JPS5716267A; AU7069081A; ES502288A0; JPH0211747B2; BR8103027A; GB2076070A; SE455115B; KR830006583A; FR2484552B1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører vindturbiner og, nærmere bestemt vindturbiner som er konstruert for å fungere med optimal virkningsgrad ved å bringes i en spesiell stilling i forhold til vindretningen. The present invention relates to wind turbines and, more specifically, wind turbines that are designed to function with optimal efficiency by being brought into a special position in relation to the direction of the wind.

Vindturbiner eller vindmøller av den type som omfatter Wind turbines or windmills of the type that include

et nav eller en rotor med et antall påmonterte aerofoilblader som er anordnet for rotasjon om en horisontal akse, fungerer vanligvis med maksimal effekt når rotoren 'og bladene er innstilt i vindretningen eller avviker én eller to grader fra denne. For å kunne innstilles mot vinden, er navet og en aksel som forbinder navet med turbinbelastningen, generelt svingbar om en vertikal giringsakse. I disse kjente vindturbiner har giringsaksene hittil, så vidt kjent, forløpt stort sett i samme plan (skjærende) som akselens rotasjonsakse. a hub or rotor with a number of attached aerofoil blades arranged for rotation about a horizontal axis usually operates at maximum power when the rotor and blades are aligned with the wind direction or deviate one or two degrees from it. In order to be aligned against the wind, the hub and a shaft connecting the hub to the turbine load are generally pivotable about a vertical yaw axis. In these known wind turbines, the gearing axes have so far, as far as is known, generally run in the same plane (intersecting) as the axis of rotation of the shaft.

Både aktive og passive midler har vært anvendt for giringstrimming av turbinen, for å opprettholde en ønsket stilling av vindturbinen i forhold til vinden. De aktive midler innbefatter vanligvis en vindretningsføler som ved hjelp av et egnet reguler-ingssystem aktiviserer en anordning som bibringer navet en giringsbevegelse slik at navet innstilles i vindretningen, og midler for opprettholdelse av denne innstilling så lenge vindretningen er konstant. De passive midler er som regel basert på en "værhane"-effekt, hvorved turbinens innstilling i vindretningen opprettholdes ved at navet og den tilgrensende konstruksjon sidebelastes av vinden. Selv om de aktive midler på effektiv måte kan innstille turbinen og fastholde denne i vindretningen, vil midlene vanligvis innbefatte en komplisert apparatur, hvorved turbinens økonomiske virkningsgrad nedsettes og prisen øker for den energi som leveres av turbinen. Both active and passive means have been used for gear trimming of the turbine, in order to maintain a desired position of the wind turbine in relation to the wind. The active means usually include a wind direction sensor which, by means of a suitable regulation system, activates a device which gives the hub a yawing movement so that the hub is set in the direction of the wind, and means for maintaining this setting as long as the wind direction is constant. The passive means are usually based on a "weathercock" effect, whereby the turbine's setting in the direction of the wind is maintained by the hub and the adjacent structure being side-loaded by the wind. Although the active means can effectively set the turbine and maintain it in the direction of the wind, the means will usually include a complicated apparatus, whereby the economic efficiency of the turbine is reduced and the price increases for the energy supplied by the turbine.

Den passive eller værhanemekanismen for girtrimming av turbinen har vist seg relativt effektiv i tilknytning til vind turbiner med forholdsvis korte og stive blader. For å oppnå vektminskning i moderne, store vindturbiner med bladlengder på 37 meter eller mer, blir det imidlertid i flere tilfeller anvendt blader av hul og sammensatt konstruksjon med betydelig egenelastisitet. Hvis slike vindturbinblader monteres stivt på navet og utsettes for vertikale vindhastighetsgradienter og gravitasjonskrefter under normal drift, vil bladene ha tendens til å bøyes eller "flagre" periodisk og derved motvirke opprettholdelsen av turbinens innstilling i vindretningen. Hvis bladene, for å oppta de vertikale vindhastighetsgradienter, monteres slik .på navet at de er svingbare i forhold til en "vippe"-akse som forløper på tvers av navets og akselens rotasjonsakse, vil rotasjonen av de således monterte blader eliminere den elastiske flagring, men dette medfører likevel en horisontal presesjon av navet og bladene om vippeaksen. The passive or weather vane mechanism for gear trimming of the turbine has proven relatively effective in connection with wind turbines with relatively short and stiff blades. However, in order to achieve weight reduction in modern, large wind turbines with blade lengths of 37 meters or more, blades of hollow and composite construction with significant intrinsic elasticity are used in several cases. If such wind turbine blades are mounted rigidly on the hub and subjected to vertical wind speed gradients and gravitational forces during normal operation, the blades will tend to bend or "flutter" periodically, thereby counteracting the maintenance of the turbine's downwind setting. If the blades, in order to accommodate the vertical wind speed gradients, are mounted on the hub so as to be pivotable relative to a "tilt" axis extending across the axis of rotation of the hub and shaft, the rotation of the blades so mounted will eliminate the elastic flapping, but this still causes a horizontal precession of the hub and blades about the rocker axis.

Denne presesjon som skyldes bladenes kombinerte rotasjons- This precession, which is due to the blades' combined rotational

og vippebevegelse under innvirkning av vertikale vindhastighetsgradienter og tyngdekraften, har som følge at turbinen vinkelforskyver seg selv fra den riktige stilling i forhold til vindretningen, ved å dreies om giringsaksen. and tilting movement under the influence of vertical wind speed gradients and the force of gravity, results in the turbine angularly displacing itself from the correct position in relation to the wind direction, by rotating about the yaw axis.

Det er derfor et formål ved den foreliggende oppfinnelse It is therefore an object of the present invention

å frembringe en vindturbin med forbedrete anordninger for giringstrimming av turbinen, slik at denne kan innrettes og bibeholde sin stilling direkte i vindretningen. to produce a wind turbine with improved devices for gear trimming of the turbine, so that it can be aligned and maintain its position directly in the direction of the wind.

Et annet formål ved oppfinnelsen' er å frembringe en slik Another object of the invention is to produce such

vindturbin hvor trimmingsanordningene fungerer på passiv måte. wind turbine where the trimming devices work passively.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å frembringe en slik vindturbin med trimmingsanordninger som er økonomisk rimelige og ikke i vesentlig grad bidrar til prisen for turbinen eller for energien som produseres av turbinen. A further object of the invention is to produce such a wind turbine with trimming devices which are economically reasonable and do not significantly contribute to the price of the turbine or of the energy produced by the turbine.

En vindturbin ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter passive midler for trimming av vindturbinen under giring, dvs. for .opprettholdelse av vindturbinens stilling generelt i vindretningen. I disse giringstrimmingsmidler inngår en mon-tering av bladene, ved deres rotpartier, på navet på slik måte, at bladenes vippebevegelser inn i og ut av vinden forårsaker en justering av bladstigningen i forhold til vindretningen. En slik stignings justering minsker 'løftevirkningen mot de blader som utsettes for større vindhastigheter og 'større angrepsvinkel, og øker løftevirkningen mot de blader som utsettes for mindre vind hastigheter og mindre angrepsvinkel, på grunn av gradienten. Denne løfteutjevning langs turbinbladene vil mest mulig redusere enhver horisontal navpresesjon eller giringsubalanse på grunn av vippebevegelsen, og derved sikre opprettholdelsen av den riktige innstilling av turbinen i vindretningen.. A wind turbine according to the present invention includes passive means for trimming the wind turbine during gearing, i.e. for maintaining the position of the wind turbine generally in the direction of the wind. These gear trimming means include a mounting of the blades, at their root parts, on the hub in such a way that the tilting movements of the blades into and out of the wind cause an adjustment of the blade pitch in relation to the wind direction. Such a pitch adjustment reduces the lift effect against the blades which are exposed to higher wind speeds and greater angle of attack, and increases the lift effect against the blades which are exposed to lower wind speeds and a smaller angle of attack, due to the gradient. This lift equalization along the turbine blades will reduce as much as possible any horizontal hub precession or yaw imbalance due to the rocking motion, thereby ensuring the maintenance of the correct setting of the turbine in the wind direction.

Ved en utførelsesform av oppfinnelsen er denne stignings-justering oppnådd ved at bladet er forbundet med navet på slik måte at bladet, under innvirkning av hastighetsgradienten, pendler om en akse som forløper i skråretning i forhold til bladets lengdeakse. I en modifisert versjon er bladstignings-justeringen oppnådd ved at bladene er montert på slik måte, at de er svingbare om sine lengdeakser og, ved sine ytterpartier, tilkoplet navet eller endepartiet av hovedturbinakselen, hvorved flagring eller vipping av bladet bevirker en ønsket for-skyvningsbevegelse av bladet om dets lengdeakse, som muliggjør innstilling av den stigning som kreves for minskning av den horisontale navpresesjon eller giringsubalanse. In one embodiment of the invention, this pitch adjustment is achieved by the blade being connected to the hub in such a way that the blade, under the influence of the speed gradient, oscillates about an axis which runs obliquely in relation to the longitudinal axis of the blade. In a modified version, the blade pitch adjustment is achieved by the blades being mounted in such a way that they are pivotable about their longitudinal axes and, at their outer parts, connected to the hub or end part of the main turbine shaft, whereby flapping or tilting of the blade causes a desired forward displacement movement of the blade about its longitudinal axis, which enables adjustment of the pitch required to reduce the horizontal hub precession or yaw imbalance.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: , Fig. 1 viser et fremre enderiss av en vindturbin ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et forstørret, isometrisk riss, delvis i snitt, av det indre av turbinnavet, hvor visse, navpartier er utelatt for å vise detaljer ved konstruksjonen. Fig. 3 viser et sideriss av vindturbinen ifølge oppfinnelsen Fig. 4 viser et øvre planriss av vindturbinen ifølge oppfinnelsen . Fig.. 5 viser ét snitt, langs linjen 5-5 i fig. 3, av det øvre blad i fig. 3, som illustrerer de løfte- og trekkrefter som virker mot bladet. Fig. 6 viser et snitt, langs linjen 6-6 i fig. t3, av det nedre blad i fig. 3, som illustrerer de løfte- og bremsekrefter som virker mot bladet. Fig. 7 viser et øvre planriss av en hengslet vindturbin-konstruksjon av kjent type, som illustrerer en avbøyning av netto-vindtrykkvektoren fra navets rotasjonsakse i avhengighet av en flagring eller vipping av bladene. Fig. 8 viser et riss i likhet med fig. 7, men som illustrerer den skjeve innstilling av en kjent vindturbin i forhold til vindretningen, som følge av trykkvektorens vinkelforskyvning The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a front end view of a wind turbine according to the present invention. Fig. 2 shows an enlarged isometric view, partly in section, of the interior of the turbine hub, where certain hub portions have been omitted to show details of the construction. Fig. 3 shows a side view of the wind turbine according to the invention. Fig. 4 shows an upper plan view of the wind turbine according to the invention. Fig. 5 shows one section, along the line 5-5 in fig. 3, of the upper leaf in fig. 3, which illustrates the lifting and pulling forces acting against the blade. Fig. 6 shows a section, along the line 6-6 in fig. t3, of the lower leaf in fig. 3, which illustrates the lifting and braking forces acting against the blade. Fig. 7 shows a top plan view of a hinged wind turbine construction of a known type, illustrating a deflection of the net wind pressure vector from the axis of rotation of the hub in dependence on a flapping or tilting of the blades. Fig. 8 shows a view similar to fig. 7, but which illustrates the skewed setting of a known wind turbine in relation to the wind direction, as a result of the angular displacement of the pressure vector

eller avbøyning i forhold til gireaksen. or deflection relative to the gear axis.

Fig. 9 viser en grafisk fremstilling av forholdet mellom giringsakselerasjon og giringsvinkel ved to typiske, store vindturbiner av'kjent type, som vist i fig. 7 og 8, hvor bladene i den ene turbin er svingbart forbundet med navet mens det i den annen turbin er anordnet en stiv forbindelse, samt en grafisk fremstilling av samme forhold ved en stor vindturbin som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen. Fig. 10 viser en grafisk fremstilling av forbindelsen mellom ytelsesforholdet og giringsvinkelen og mellom trykkfor-holdet og giringsvinkelen for en typisk, stor vindturbin i overensstemmelse med oppfinnelsen. Fig. 11 viser et riss i likhet med fig. 2, men av en modifisert utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 9 shows a graphical presentation of the relationship between yaw acceleration and yaw angle in two typical, large wind turbines of a known type, as shown in fig. 7 and 8, where the blades in one turbine are pivotably connected to the hub, while in the other turbine a rigid connection is arranged, as well as a graphic representation of the same situation in a large wind turbine that is constructed in accordance with the invention. Fig. 10 shows a graphical representation of the connection between the performance ratio and the yaw angle and between the pressure ratio and the yaw angle for a typical, large wind turbine in accordance with the invention. Fig. 11 shows a view similar to fig. 2, but of a modified embodiment of the invention.

Det er i fig. 1-4 vist en giringsstabilisert vindturbin ifølge den foreliggende oppfinnelse, som omfatter to aerofoilblader 6 og 7 som er montert på et nav 9, hvorfra de forløper i fremadgående og radialt utadgående retning. Navet er dreibart om en rotasjonsakse 12 og forbundet med vindturbinbelastningen, dvs. en elektrisk dynamo eller vekselstrømgenerator (ikke vist), gjennom en hovedaksel 15 (fig. 2), hvor navets og akselens rotasjonsakser er sammenfallende. Belastningen og den nødvendige transmisjon (ikke vist) for gradvis økning av rotasjonshastig-heten av akselen 15 til belastningen er anordnet i en gondol 18 som under normal drift vil være plassert i vindretningen umiddel-bart foran bladene og navet. Det bør imidlertid bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til en slik plassering, foran-liggende i vindretningen, av gondolen. Gondolen og nav-blad-aggregatet er svingbar om en gireakse 21 som kan forløpe sammenfallende med den tårn- eller bærekonstruksjon 24 hvori vindturbinen er svingbart montert på et giringslager 27. Som det tyde-ligst fremgår av fig. 1 og 4, forløper gireaksen 21 stort sett i plan med (skjærer) navets rotasjonsakse 12. It is in fig. 1-4 show a yaw-stabilized wind turbine according to the present invention, which comprises two aerofoil blades 6 and 7 which are mounted on a hub 9, from which they extend in a forward and radially outward direction. The hub is rotatable about a rotation axis 12 and connected to the wind turbine load, i.e. an electric dynamo or alternating current generator (not shown), through a main shaft 15 (fig. 2), where the rotation axes of the hub and the shaft coincide. The load and the necessary transmission (not shown) for gradually increasing the rotational speed of the shaft 15 until the load is arranged in a nacelle 18 which during normal operation will be located in the wind direction immediately in front of the blades and the hub. It should be noted, however, that the invention is not limited to such a location, forward-lying in the direction of the wind, of the gondola. The nacelle and the hub-blade assembly are pivotable about a gear axis 21 which can run coincident with the tower or support structure 24 in which the wind turbine is pivotably mounted on a gear bearing 27. As is most clearly evident from fig. 1 and 4, the gear axis 21 extends largely in plane with (intersects) the axis of rotation 12 of the hub.

Som vist i fig. 2, omfatter navet et endeparti av akselen 15 som opptas i et hult bladrot- eller akselstumpparti 30. As shown in fig. 2, the hub comprises an end part of the shaft 15 which is received in a hollow leaf root or shaft stump part 30.

Bladene er forbundet med navet gjennom en skråstilt svingbolt eller hengseltapp 33 som opptas i innbyrdes fluktende utboringer i akselstumpen eller rotpartiet og akselen 15. Når bladene, under innvirkning av vertikale vindhastighetsgradienter, pendler eller vipper om hengseltappen, inn i og ut av vinden, vil skrå- stillingen av hengseltappen bevirke en bladstigningsjustering i forhold til vindretningen, for å utjevne løftevirkningen mot turbinbladene og derved redusere giringsubalansen. The blades are connected to the hub through an inclined pivot bolt or hinge pin 33 which is received in mutually flush bores in the shaft stub or root portion and the shaft 15. When the blades, under the influence of vertical wind speed gradients, oscillate or tilt about the hinge pin, in and out of the wind, will - the position of the hinge pin causes a blade pitch adjustment in relation to the wind direction, to equalize the lifting effect against the turbine blades and thereby reduce the gearing imbalance.

Det er vanlig kjent at det i vinder ofte opptrer vertikale hastighetsgradienter. Dette innebærer at den typiske vindhastighet nær jordoverflaten er betydelig mindre enn den målte vindhastighet i punkter i større avstand fra jordoverflaten, It is common knowledge that vertical velocity gradients often occur in winds. This means that the typical wind speed near the earth's surface is significantly less than the measured wind speed at points at a greater distance from the earth's surface,

dvs. i seksti eller nitti meters høyde over denne. Under bladenes rotasjon og forutsatt at bladene har samme stigning, vil følge-lig det øverste blad til enhver tid påvirkes av vinder av større hastighet og angrepsvinkel, sammenliknet med det nederste blad. Det fremgår av fig. 5 og 6 at det øvre blad 6, i ethvert aksialpunkt som defineres av en radius r, målt fra navets rotasjonsakse, påvirkes av luft av en resultanthastighet be-stående av vektorsummen.av vindhastigheten i radialavstanden r (V ) og den vindhastighet fir som påvirker bladet som følge av bladrotasjonen. Sammen med bladets 6 korde avgrenser resul-tanten en angrepsvinkel a-^. Resultanthastigheten av vinden som virker mot det nederste blad 7, består likeledes av vektor-summen av vindhastigheten V 1, målt i radialavstanden r og den vindhastighet fir som påvirker bladet 7 som følge av bladrotasjonen. Grunnet størrelsen av Vw<1>vil sistnevnte resultant, sammen med bladets 7 korde, avgrense en angrepsvinkel som er vesentlig mindre enn vinkelen a^. Da løftekraften mot hvert av bladene 6 og 7 er proporsjonal med angrepsvinkelen, er løfte-kraften mot det øvre blad, slik som vist, betydelig større enn løftekraften mot' det nedre blad. Under bladrotasjonen vil hvert blad periodisk innta øvre og nedre stillinger, og når bladene er stivt forbundet med rotoren, vil følgelig den varierende løftekraft som påvirker bladet når dette periodisk bringes i øvre og nedre stillinger, forårsake en periodisk bøying^ eller "flagring" av bladet. Foruten å være potensielt skadelig for bladet vil en slik flagring medføre at turbinen girer ut fra sin riktige stilling, delvis på grunn av forstyr-rende giringsmomenter som direkte skyldes bladbøyningen, og delvis på grunn av en vinkelforskyvning av vektorresultanten som virker mot skovlene. i.e. at a height of sixty or ninety meters above this. During the rotation of the blades and assuming that the blades have the same pitch, the top blade will therefore at all times be affected by winds of greater speed and angle of attack, compared to the bottom blade. It appears from fig. 5 and 6 that the upper blade 6, at any axial point defined by a radius r, measured from the axis of rotation of the hub, is affected by air at a resultant velocity consisting of the vector sum of the wind velocity in the radial distance r (V ) and the wind velocity fir that affects the blade as a result of the blade rotation. Together with the blade's 6 chord, the result delimits an angle of attack a-^. The resultant velocity of the wind acting against the lower blade 7 likewise consists of the vector sum of the wind velocity V 1 , measured in the radial distance r and the wind velocity fir affecting the blade 7 as a result of the blade rotation. Due to the size of Vw<1>, the latter resultant, together with the blade's 7 chord, will define an angle of attack which is significantly smaller than the angle a^. Since the lifting force against each of the blades 6 and 7 is proportional to the angle of attack, the lifting force against the upper blade is, as shown, significantly greater than the lifting force against the lower blade. During blade rotation, each blade will periodically assume upper and lower positions, and when the blades are rigidly connected to the rotor, consequently the varying lift force acting on the blade as it is periodically brought into upper and lower positions will cause a periodic bending^ or "flagging" of the blade . In addition to being potentially harmful to the blade, such flapping will cause the turbine to shift out of its correct position, partly due to disruptive shifting moments which are directly due to the blade bending, and partly due to an angular displacement of the vector resultant acting against the blades.

Ifølge den kjente teknikk er den periodiske bøying eller flagring i noen tilfeller eliminert ved at bladene er forbundet med navet på slik måte at de kan pendle om en akse, generelt på tvers av navets eller akselens rotasjonsakse og bladenes lengdeakser, uten ledsagende, periodisk stigningsforandring. Ved denne kjente "hengsel"- eller "vippe"-konstruksjon vil den ovennevnte, periodiske bladflagring avløses av en syklisk pendling av bladet på navet, om pendel- (vippe-) aksen. Under bladrotasjonen grunnet den rådende vind, vil følgelig bladene beveges periodisk inn i (med) vinden og ut av (mot) vinden ved syklisk pendling om hengseltappen 33. According to the prior art, the periodic bending or fluttering is in some cases eliminated by the blades being connected to the hub in such a way that they can oscillate about an axis, generally across the axis of rotation of the hub or shaft and the longitudinal axes of the blades, without an accompanying periodic pitch change. With this known "hinge" or "tilt" construction, the above-mentioned periodic blade flapping will be replaced by a cyclic oscillation of the blade on the hub, about the pendulum (tilt) axis. During the blade rotation due to the prevailing wind, the blades will consequently move periodically into (with) the wind and out of (against) the wind by cyclic oscillation about the hinge pin 33.

På grunn av presesjon vil denne pendling om hengseltappen under bladrotasjonen resultere i at navet og bladene pendler om vippeaksen i en bevegelse som har sitt største utslag "når vippeaksen er vertikalstilt. Mens størrelsesgraden av denne presesjonspendling er avhengig av vindhastigheten, vindgradien-ten, bladformen og andre faktorer i forbindelse med turbin-konstruksjonen og driftsforholdene, vil en slik presesjonspendling medføre at navet og bladene forskyves en eller to grader fra vindretningen. Det fremgår av fig. 7 at navets og bladenes vinkelforskyvning fra vindretningen forårsaker en liknende avbøyning eller vinkelforskyvning av vektorresultanten av nettotrykket som virker mot bladene, hvor trykkvektoren er definert som forløpende i normalretning mot en linje som skjærer bladspissene. Grunnet trykkvektorens avbøyning blir vektoren vinkelforskjøvet fra stillingen i flukt med gireaksen. Den for-, skjøvete trykkvektor vil derfor overføre et giringsmoment til turbinen, som resulterer i en overdreven giringsforskyvning ut fra den ønskete stilling i vindretningen, slik det fremgår av fig. 8. Due to precession, this oscillation about the hinge pin during blade rotation will result in the hub and blades oscillating about the tilt axis in a movement that has its greatest effect "when the tilt axis is vertical. While the magnitude of this precession oscillation depends on the wind speed, the wind gradient, the blade shape and other factors in connection with the turbine design and operating conditions, such a precession oscillation will cause the hub and blades to be displaced one or two degrees from the wind direction. It is clear from Fig. 7 that the angular displacement of the hub and blades from the wind direction causes a similar deflection or angular displacement of the vector resultant of the net pressure acting on the blades, where the pressure vector is defined as extending in the normal direction to a line that intersects the blade tips. Due to the deflection of the pressure vector, the vector is angularly displaced from the position flush with the gear axis. The forward, displaced pressure vector will therefore transmit a yawing torque to the turbine, resulting moves in an excessive gearing displacement from the desired position in the direction of the wind, as can be seen from fig. 8.

Fig. 9 viser virkningene av trykkvektorens avbøyning i forening med den resulterende navgiringsforskyvning for typiske, hengslete (pendlende bladmontering) og uhengslete (stiv bladmontering), store vindturbinrotorer ved en vindhastighet av 25 m/sek. Som det fremgår av kurvene, vil både de hengslete Fig. 9 shows the effects of the pressure vector deflection in association with the resulting yaw displacement for typical hinged (oscillating blade assembly) and unhinged (rigid blade assembly) large wind turbine rotors at a wind speed of 25 m/sec. As can be seen from the curves, both will hinge

og uhengslete, kjente vindturbinrotorer, når de får svinge fritt om en giringsakse, plassere seg i en giringsstilling som avviker vesentlig fra den ønskete 0°-innstilling (innløpsvinkel). Fra en utgangsstilling i 0°-innløpsvinkel vil således den hengslete rotor gire ca. 15° ut fra denne retning, mens den uhengslete rotor,.fra samme 0°-utgangsstilling, vil kunne gire -33, -22, eller ca. 55° fra denønskete retning, 'innen den bringes i like-vektstilling (giringsakselerasjon null).. I disse forskjøvete and unhinged, known wind turbine rotors, when allowed to swing freely about a yaw axis, place themselves in a yaw position that deviates significantly from the desired 0° setting (inlet angle). From an initial position at a 0° inlet angle, the hinged rotor will thus gear approx. 15° from this direction, while the unhinged rotor, from the same 0° initial position, will be able to gear -33, -22, or approx. 55° from the desired direction, before it is brought into equilibrium (zero yaw acceleration).. In these displaced

giringsstillinger er begge turbiner giringsstabilisert som følge av at trykkmomentet balanseres av aerodynamiske krefter mot bladene. gear positions, both turbines are yaw stabilized as a result of the pressure torque being balanced by aerodynamic forces against the blades.

Som det fremgår av fig. 10, vil det oppnås både optimale trykkforhold og ytelsesforhold ved at turbinen holdes innstilt stort sett direkte i vindretningen. Ytelsesforholdet er et mål på turbinens utgangseffekt dividert med den tilgjengelige effekt i vindstrømmen som oppfanges av turbinen, og trykkfor-holdet er et mål på trykket mot turbinbladene dividert med det tilgjengelige nettovindtrykk fra vindsøylen som oppfanges av turbinbladene. Som vist i fig. 10, vil følgelig enhver større avvikelse fra den ønskete 0°-giringsvinkel medføre alvorlig forringelse av turbinytelsen. As can be seen from fig. 10, both optimal pressure conditions and performance conditions will be achieved by keeping the turbine set mostly directly in the direction of the wind. The performance ratio is a measure of the turbine's output power divided by the available power in the wind flow that is intercepted by the turbine, and the pressure ratio is a measure of the pressure against the turbine blades divided by the available net wind pressure from the wind column that is intercepted by the turbine blades. As shown in fig. 10, consequently any major deviation from the desired 0° yaw angle will result in serious degradation of turbine performance.

For å avhjelpe den mangelfulle giringsstabilisering ved vindturbinene av kjente typer er bladene, ifølge den foreliggende oppfinnelse, anordnet svingbare om sine rotpartier på slik måte, at en pendelbevegelse eller vipping av bladene om svingetappen 33, under innvirkning av en vertikal vindhastighetsgradient, bevirker en syklisk justering av bladstigningen i forhold til vindretningen. Hvis bladene således befinner seg 1 vertikal-stilling, som vist i.fig. 3, vil det øvre blad 6 pendle eller vippe med vinden om svingetappen 33, idet bladets forkant dreies mot vinden slik at løftevirkningen mot bladet avtar. Det nedre blad 7 vil- på tilsvarende måte vippe inn i (mot) vinden, idet bladets forkant dreies svakt fra vinden slik at løftekraften mot det nedre blad øker til en verdi som stort sett motsvarer løftekraften mot det øvre blad. Løftekraften mot de to blader blir derved stort sett utjevnet, hvorved rotorens horisontale presesjon ut av vindretningen reduseres. In order to remedy the deficient yaw stabilization in the wind turbines of known types, the blades, according to the present invention, are arranged pivotable about their root parts in such a way that a pendulum movement or tilting of the blades about the pivot pin 33, under the influence of a vertical wind speed gradient, causes a cyclical adjustment of the blade pitch in relation to the wind direction. If the blades are thus in a vertical position, as shown in fig. 3, the upper blade 6 will oscillate or tilt with the wind about the pivot pin 33, the leading edge of the blade being turned against the wind so that the lifting effect on the blade decreases. The lower blade 7 will tilt into (against) the wind in a similar way, as the leading edge of the blade is turned slightly away from the wind so that the lifting force against the lower blade increases to a value that largely corresponds to the lifting force against the upper blade. The lifting force against the two blades is thereby largely equalized, whereby the horizontal precession of the rotor out of the wind direction is reduced.

Omfatningen av stigningsjusteringen i tilknytning til en spesiell pendlingsamplityde er selvsagt avhengig av vinkelen mellom svingtappen 33 og bladenes lengdeakser. Størrelsen av denne vinkel avhenger av de rådende vindforhold i turbinens omgivelser og selve turbinens konstruksjonsform. Det er imidlertid konstatert, at vinkelforskyvninger av 40-70° mellom svingtappen 33 og bladaksene er tilstrekkelig i forbindelse med store turbiner, dvs. turbiner med et bladspenn av 6 0 meter eller mer. The extent of the pitch adjustment in connection with a particular oscillation amplitude is of course dependent on the angle between the pivot pin 33 and the longitudinal axes of the blades. The size of this angle depends on the prevailing wind conditions in the turbine's surroundings and the construction form of the turbine itself. However, it has been established that angular displacements of 40-70° between the pivot pin 33 and the blade axes are sufficient in connection with large turbines, i.e. turbines with a blade span of 60 meters or more.

Som det videre fremgår av fig. 9,' er ytelsen av en giringsstabilisert turbin ifølge oppfinnelsen vist i det øverste dia- gram, hvor giringsakselerasjonen er avsatt mot innstrømnings-(girings-) vinkelen. Ifølge denne kurve er giringsakselerasjonen null når innstrømningsvinkelen er lik null (turbininn-stilling stort sett direkte i vindretningen). Etter å være innstilt i en slik retning ved mekaniske midler eller ved en værhanevirkning vil følgelig vindturbinen ifølge oppfinnelsen opprettholde denne retningsinnstilling som gir optimal utgangseffekt. As further appears from fig. 9,' the performance of a yaw-stabilized turbine according to the invention is shown in the top diagram, where the yaw acceleration is plotted against the inflow (yaw) angle. According to this curve, the yaw acceleration is zero when the inflow angle is equal to zero (turbine setting mostly directly in the wind direction). After being set in such a direction by mechanical means or by a weathercock effect, the wind turbine according to the invention will consequently maintain this directional setting which gives optimal output power.

En modifisert utførelsesform av oppfinnelsen er vist i fig. 11. I denne versjon er bladene 6 og 7 slik opplagret på akselstumpen 36, at bladene kan pendle om sine lengdeakser. Bladene er følgelig montert i egnete lagre (ikke vist) som er anordnet mellom bladene og akselstumpen. Videre kan bladene pendle inn i og ut av vinden om en akse 39 som forløper generelt på tvers av bladaksene og akselaksen. Som vist i fig. 11, er aksen 39 definert av en svingtapp 42 som er innført gjennom akselstumpen 36 og hovedakselen 15. Et ytterparti av bladet er forbundet med akselen 15 gjennom en koplingsanordning 45 hvis ene ende er svingbart opplagret i et gaffel- eller monterings-element 48 mens den annen ende er tilkoplet et monterings-element 51 på hovedakselen. Hvis en vindturbin med en navkon-struksjon som vist i fig. 11 påvirkes av vertikale vindhastighetsgradienter, vil bladene innledningsvis vippe om aksen 39 på samme måte .som tidligere beskrevet. Da hvert blad er forbundet med akselen gjennom koplingsanordningen 45, vil imidlertid en slik vipping medføre at bladene svinger om sine lengdeakser og derved forårsaker en bladstigningsjustering som resulterer i en utjevning av løftekreftene mot bladspennet, slik som tidligere beskrevet. A modified embodiment of the invention is shown in fig. 11. In this version, the blades 6 and 7 are stored on the axle stub 36 in such a way that the blades can oscillate about their longitudinal axes. The blades are consequently mounted in suitable bearings (not shown) which are arranged between the blades and the shaft stub. Furthermore, the blades can oscillate in and out of the wind about an axis 39 which extends generally across the blade axes and the shaft axis. As shown in fig. 11, the axis 39 is defined by a pivot pin 42 which is inserted through the shaft stub 36 and the main shaft 15. An outer part of the blade is connected to the shaft 15 through a coupling device 45, one end of which is pivotally supported in a fork or mounting element 48 while the other end is connected to a mounting element 51 on the main shaft. If a wind turbine with a hub construction as shown in fig. 11 is affected by vertical wind speed gradients, the blades will initially tilt about the axis 39 in the same way as previously described. As each blade is connected to the shaft through the coupling device 45, however, such tilting will cause the blades to swing about their longitudinal axes and thereby cause a blade pitch adjustment which results in an equalization of the lifting forces against the blade span, as previously described.

Selv om den -foreliggende beskrivelse av vindturbinen ifølge oppfinnelsen omfatter turbiner med to blader, vil det Although the present description of the wind turbine according to the invention includes turbines with two blades, it will

innses at oppfinnelsen er egnet for anvendelse ved turbiner med et vilkårlig antall hengslete blader. Ved anvendelse av mer enn to biader bør disse være forbundet med navet gjennom et kardang-lagersystem istedenfor gjennom et enkelt ledd. Det kan følgelig gjennomføres modifiseringer innenfor oppfinnelsens ramme. realize that the invention is suitable for use in turbines with an arbitrary number of hinged blades. When using more than two biads, these should be connected to the hub through a gimbal bearing system instead of through a single joint. Modifications can therefore be carried out within the framework of the invention.

Claims

1. Wind turbine comprising a rotatable hub (9) and at least one aerofoil blade (6,7) with a root portion which is pivotally connected to the hub so that the blade can oscillate about the root portion in and out of the wind depending on vertical wind speed gradients acting against the blade , characterized in that the blade is connected to the hub in such a way that the pendulum movement of the blade in and out of the wind causes an adjustment of the pitch of the blade in relation to the wind direction, whereby the gearing imbalance of the hub due to the effect of the vertical wind speed gradients on the blade is reduced. ,

2. Wind turbine in accordance with claim 1, characterized in that the blade oscillates in and out of the wind about an axis that is inclined in relation to the longitudinal axis of the blade.

3. Wind turbine in accordance with claim 2, characterized in that the oblique axis forms an angle of 40-70° with the longitudinal axis of the blade.

4. Wind turbine in accordance with claim 2, characterized in that the hub (9) comprises a main shaft (15), and that the root part of the blade is pivotably connected to the main shaft through a pivot pin (33) which is arranged along the pendulum axis.

5. Wind turbine in accordance with claim 4, characterized in that the root part of the blade occupies the main shaft (151), the pivot pin (33) being inserted through mutually aligned bores in the main shaft and root part.

6. Wind turbine in accordance with claim 1, characterized in that the blade oscillates in and out of the wind about an axis (39) which runs generally across the longitudinal axis of the blade, and that the blade is pivotable about the longitudinal axis and connected through an outer part to the hub (9 ), so that the blade's movement into and out of the wind causes a swinging movement of the blade about its longitudinal axis, whereby the pitch adjustment is carried out. .

7. Wind turbine in accordance with claim 6, characterized in that the hub (9) comprises a main shaft (15) which is received in the blade root section and is connected to this through a pivot pin (42) which is inserted through mutually flush bores in the main shaft and the root section and arranged along the transverse axis.