SE419113B - Vindkraftverk for huvudsakligen mekanisk transmission av ett variabelt turbinvarvtal till ett synkront utgaende varvtal - Google Patents

Description

7909379-s D 2 Å = RWÅ, varvid Rw = propellerns spetshastighet och U= 7 vindhastigheten. kurvan för en ideal vindturbin visas med en streckad linje. Av den heldragna kurvan i diagrammet framgår att propellerns ideala snabblöptal ger en verkningsgrad om- kring 70%. D _ K För att en vidturbin skall ge största möjliga energi- uttag bör den således arbeta med ett snabblöptal alltid nära det optimalalå _ Detta innebär att turbinvarvtalet måste vari- era. j ' ' För att göra det möjligt att ansluta en turbin för variabelt varvtal till t ek en synkrongenerator, vilken krä- ver konstant varvtal, har för hittills kända vindkraftverks- projekt undersökts nydrostatisk, mekanisk eller elektromagne- tisk varvtalsreglering. Det har emellertid därvid konstaterats att verkningsgraden hos nämnda system för varvtalsreglering blir så dålig att praktiskt taget hela energitillskottet ge-D nom variabelt turbinvarvtal tas i anspråk.

Vid infasning av en synkrongenerator till elnät krä- ves synkront generatorvarvtal, märktomgångsspänning och rätt fasläge. För hittills projekterade stora vindkraftverk sker varvtalsreglering enbart medelst bladvinkelvridning. Detta medför, genom den ofrânkomliga trögheten i systemet, att in- fasningsförloppet blir tidsödande och besvärligt. 7 I Den uppfinning som i det följande skall beskrivas innebär lösningen på de beskrivna problemen med vindkraftverk.

.Genom uiapfinningen kan varvtalet för en generator hållas syn- kront inom snäva gränser samtidigt som vindturbinens varvtal anpassas till det i varje läge optimala snabblöptalet som gäller för turbinen. Verkningsgraden är hög genom att huvud- parten av effekten överföras via transmissionens mekaniska del. Detta innebär en avsevärd förbättring av verkningsgraden i jämförelse med hittills presenterade lösningar för varvtals- reglering. _ D i D i . Genom uppfinningen ernås vidare en elasticitet i trans- missionen som enkelt kan^givas varje önskad karaktäristik.

.Extra arrangemang såsom fjädrande upphängning av växelhus 0 s v blir obehövliga.

Infasning till elnätet sker snabbare och enklare ge- nom att synkront varvtal för generator uppnås tidigare än in- verkan av bladvinkelvridning återverkar på generatorvarvtalet. 7909379-5 3 Utöver nämnda fördelar ernâs att maskineriet utan extra anordningar kan roteras långsamt vilket är av stort vär- de vid översyner och provkörningar. Uppfinningen kan tilläm- pas vid såväl horisontalaxlade som vertikalaxlade vindkraft- verk. Vid vertikalaxlade vindturbiner med fasta turbinblad innebär uppfinningen en högst avsevärd ökning av det årliga effektuttaget.

Fig 2 visar schematiskt en utföringsform av uppfin- ningen. En propeller 1, som i detta fall förutsättes vara ut- förd med vridbara blad vars vridning styres på känt sätt av ett styrdon vilket inte är visat i figuren, ansluter till en axel 2, vilken är vridbar i ett lager 3. Till axeln 2 är ock- så fast förbundet ett ok 4, försett med lagringar 6 och 7 för planetkugghjul 8 och 9. Planetkugghjulen 8 och 9 är i ingrepp med ett solkugghjul 10 och ett kranskugghjul 11. Kranskugg- hjulet som kan rotera i en lagring 12 är på lagringens mot- satta sida fast sammankopplat till ett kugghjul 13. Solkugg- hjulet 10 är fast anslutet till en transmissionsaxel 14 vil- ken är uppburen av lagringar 15 och 16. Vid andra änden av axeln 14 finns ett fast anslutet kugghjul 17 vilket är i in- grepp med ett kugghjul 18. Kugghjulet 18 är fast anslutet till ingående drivaxel 19 i en varvtalsvariator 20. Varvtalsvaria- torn är av känt slag och kan utgöras av hydrostatisk trans- mission bestående av hydraulpump med variabelt deplacement och hydraulmotor, vilka alternativt kan köras som motor eller pump, eller utgöras av mekanisk eller elektriskt verkande varvtalsvariator. Utgående axel 21 på varvtalsvariatorn 20 är fast förbunden med ett kugghjul 22 som är i ingrepp med kugg- hjulet 13. En givare 23 indikerar turbinens varvtal och en givare 24 indikerar varvtal för en generator 26. Signaler från givarna bearbetas på känt sätt i ett styrdon 25 som ger kom- mando till varvtalsvariatorn 20.

Den beskrivna växellådan är av i och för sig känd pla- netväxeltyp. Den karaktäriseras av att varvtalet på planet- växelns kranshjul styrs av transmissionens utgående varvtal via en varvtalsvariator. Med lämplig dimensionering kan ernås att huvudparten av den överförda effekten kommer att förmedlas över transmissionens mekaniska del vilket innebär en mycket god verkningsgrad.

Claims (4)

1. 79o9379-5, 4 *Genom att använda den beskrivna transmissionen blir det möjligt att inom väl tilltagna gränser tillåta variabelt turbinvarvtal och ändå ha ett konstant utgående varvtal från transmissionen så att en synkrongenerator kan användas. Fig 3 visar en normal verkningsgradskurva för en (transmission av det beskrivna slaget. Av figuren framgår att transmissionen har ett verkningsgradsmaximum vid no. Vid no överföres hela effekten som mekanisk effekt. Vid varvtal mindre än no âtermatas en med varvtalsminskningen ökande del av effekten tillbaka till växellådan. 1 _ ' Vid varvtal över n¿ går en med varvtalet allt större del av effekten genom varvtalsvariatorn. Genom att lägga transmissionens märkvarvtal nø så att det sammanfaller med verkningsgradsmaximum beräknas en 10% ökning av årsenergin kunna ernâs. I _ " Den beskrivna transmissionen avser endast en utfö~ ringsform där uppfinningen tillämpas. Inom uppfinningens ram är många andra utföringsförmer tänkbara. Väsentligt är att drivning av en varvtalsvariator sker från transmissionens se- kundärsida och att varvtalet i variatorn kan omvandlas och bringas att inverka på totala utväxlingsförhållandet så att detta blir större eller mindre än ett nominellt utväxlingsför- hållande. Patentkrav g 1. vindkraftverk för huvudsakligen mekanisk transmis- sion av ett variabelt turbinvarvtal till ett synkront eller J (nära synkront utgående varvtal varvid turbinvarvtalet i varje läge är anpassat till det snabblöptal som ger maximal verk- ningsgrad under inverkan av en varvtalsvariator som vid tur- binvarvtal lägre än ett nominellt varvtal återmatar en medg varvtalsminskningen ökande del av effekten till transmissio- nen och vid varvtal högre än nominellt överför en ökande del av effekten över varvtalsvariatorn k ä n n e t e c k n a t '«av att det innefattar åtminstone en varvtalsvariator (20) med anslutande axel (21), ett kugghjul (22) i ingrepp med ett' kugghjul (13) fast förbundet med ett kranskugghjul (11). Ü 7

2. Vindkraftverk enligt patentkravet 1 innefattande en varvtalsvariator (20) vilken utgöres av en hydrostatisk trans- 7909379-5 5 mission sammansatt av två huvudenheter utförda för variabelt omställbara deplacement k ä n n e t e c k n a t av att var och en av dessa enheter kan fungera som drivande eller driven.

3. vindkraftverk enligt patentkravet 1 innefattande en varvtalsvariator (20), en givare (23) för indikering av tur- binvarvtal och en givare (24) för indikering av utgående varv- tal samt ett styrdon (25) för behandling av signaler från gi- vare och för kommando till varvtalsvariator k ä n n e - t e c k n a t av att momentant uppträdande störningar i driftvarvtalet från endera turbin eller utgående axel, under inverkan av varvtalsvariatorn, förhindras att fortplantas ge- nom transmissionen.

4. Vindkraftverk enligt patentkravet 1 innefattande åtminstone en varvtalsvariator (20) k ä n n e t e c k n a t av att varvtalsvariatorn har egenskapen att, under ett infas- ningsförlopp för en generator (26), omvandla variationer i turbinvarvtal till synkront varvtal för generatørn.