SE531326C2 - Vertikalaxlad vindturbin - Google Patents

Description

30 531 325 2 Vid en vertikalaxlad vindturbin utsätts turbinaxeln för stora påkänningar, dels pga. det vridmoment som ska överföras från turbinen till generatorn dels påverkan från böjkrafter. Detta ställer stora krav på axelns konstruktion och dimensionering, vilket medför höga kostnader. i syfte att hålla dessa kostnader på rimlig nivå kan man förstås ligga på gränserna vid dimensioneringen. Det medför dock risk för driftsstörningar och kan medföra att man tvingas sätta en övre gräns för vid vilken vindstryka aggregatet måste stoppas.

Dessutom vidarebefordras böjkrafterna ner till vindkraftsaggregatets generator, vilket leder till stora krav på lagring av generatorns rotor och/eller risk för snedställning av generatoraxeln med åtföljande driftstörningar.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att bemästra de problem som är relaterade till de nämnda slagen av påkänningar och därmed åstadkomma en turbinaxel som blir billigare att tillverka men som ändå medger säker drift vid höga vlndstyrkor.

Redogörelse för uppfinningen Det uppställda ändamålet ernås enligt uppfinningen genom att den övre axeldelen är lagrad i minst två radlallager belägna på avstånd från varandra.

Tack vare denna tudelning genom leden så kommer endast den övre delen av axeln att utsättas för böjkrafter i full utsträckning. Den undre delen av axeln kan därmed dimensioneras med lägre ställda krav ur denna synpunkt och därmed utföras billigare. Vindturbinen blir dessutom driftssäkrare genom att böjkrafterna endast verkar fullt ut på den övre axeldelen och således i reducerad omfattning når ned mot turbinaxelns anslutning till vindkraftsaggregatets generator.

Genom en sådan lagring av den övre axeldelen åstadkommas ett stabilt upptagande av böjkrafter så att läget för leden fixeras. Detta bidrar ytterligare till att reducera inverkan från böjkrafter på den nedre axeldelen.

Enligt en föredragen utföringsform är den övre axeldelen kortare än den undre axeldelen. 20 25 30 ET! 325 3 Därmed kommer den del av turbinaxeln som i reducerad grad utsätts för böjkrafter att vara stor, vilket innebär att fördelarna med det ledade arrangemanget blir förhållandevis påtagliga.

Därvid föredras att längden hos den nedre axeldelen är 5 till 20 gånger så stor som längden hos den undre axeldelen.

Detta är i de flesta fall den optimala awägningen av axeldelarnas relativa längder där hänsyn tas å ena sidan till fördelarna med att göra den nedre axel- delen så lång som möjligt och å andra sidan ha tillräcklig längd på den övre axel- delen för att möjliggöra en stabil lagring av densamma.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform har den övre axeldelen och den undre axeldelen olika konstruktion, där den övre axeldelen är konstruerad att kunna uppta såväl vridmoment som böjmoment medan den nedre axeldelen är konstruerad att i huvudsak kunna uppta vridmoment och i mindre grad än den övre axeldelen kunna uppta böjmoment.

Därmed tillgodogörs fullt ut möjligheten att åstadkomma en billigare turbinaxel.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är den nedre axeldelen via en andra led förbunden med en generatoraxel.

Därmed reduceras risken ytterligare att böjpåkänningar överförs till generatoraxeln. Denna blir därmed ännu driftsäkrare och lagringen kan göras enklare.

Uppfinningen avser även ett vindkraftaggregat försett med en vindturbin enligt uppfinningen eller någon av de föredragna utföringsformerna av densamma.

Vidare är enligt uppfinningen ett elektriskt nät anslutet till ett vindkraft- aggregat enligt uppfinningen.

Enligt den uppfunna användningen används vindturbinen för att generera elenergi.

Det uppfunna vindkraftverket, det uppfunna elektriska nätet och det upp- funna förfarandet medför motsvarande fördelar som angivits ovan för den upp- funna vindturbinen och de föredragna utföringsformerna av densamma.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskriv- ning av fördelaktigt utföringsexempel av densamma. 20 30 530 325 Kort beskrivning av figur Fig. 1 år ett vertikalsnitt genom ett vindkraftaggregat försett med en vindturbin enligt uppfinningen.

Beskrivning av fördelaktigt utföringsexempel I fig. 1 illustreras en vindturbin enligt uppfinningen anordnat i ett vindkraft- aggregat som utöver vindturbinen innefattar ett fundament 1 och en stödpelare 2 som vilar på fundamentet 1 och är förankrat vid detta med förankringsanordningar 5. Vidare innefattas en generator 6.

Vindturbinen har en vertikal axel 3 och en rotor med vertikala turbinblad 4.

Vardera turbinblad 4 är förbundet med turbinaxeln genom två bärarmar 9. Den visade vindturbinen har en s.k. H-rotor, men uppfinningen är förstås tiilämpbar på andra slag av vertikaiaxlade vindturbiner.

Turbinaxeln 3 består av en övre axeldei 10 och en undre axeldei 11.

Dessa båda är förenade genom en led 13 som medger vridmomentsöverföring.

Leden 13 är lämpligtvis en universalled, exempelvis en kulled eller en kardanled.

Den övre axeldelen 10 är avsevärt kortare än den undre axeldelen 11.

För en totallängd hos turbinaxeln 3 på 40 meter är den övre axeldelens 10 längd lämpligtvis i storleksordningen 5-6 m.

Den övre axeldelen 10 är lagrad i två radiallager 15, 16 där det övre radial- lagret 15 är anordnat vid stödpelarens 2 övre ände och det undre radiallagret vid den övre axeldelens 10 undre ände intill leden 13. Vidare finns ett axiallager 17 anordnat att uppta hela eller delar av vindturbinens vikt.

Den nedre axeldelen 11 är företrädesvis men ej nödvändigtvis radial- lagrad. Det i figuren illustrerade exemplet är försett med ett övre radiallager 18 och ett undre radiallager 19. Ett axiallager 20 kan vara anordnat även för den nedre axeldelen 11.

Den undre axeldelen 11 är förbunden med generatoraxeln 12. Detta kan utformas som ett stelt förband eller genom att generatoraxeln 12 utgör en direkt förlängning av den undre axeldelen 11. Fördelaktigt kan dock vara att såsom visas ifiguren utforma även detta förband som en led 14 av universaltyp.

Både den övre axeldelen 10 och den undre axeldelen 11 är lämpligtvis ihåliga. Den undre axeldelen 11 är utförd med tunnare vägg än den övre axeldelen 11 eftersom den i mindre grad behöver ta upp böjmoment. Respektive axels ytter- 531 325 5 diameter kan också vara olika för den övre axeldelen och den undre axeldelen. I det visade exemplet har den undre axeldelen 11 något större ytterdiameter.

Claims (11)

20 25 30 531 325 å..- PATE NTKRAV

1. Vindturbin med en vertikal turbinaxel (3), vilken turbinaxel (3) , är försedd med en led (13) så att turbinaxeln (3) består av en övre axeldel (10) och en undre axeldel (11), kännetecknad av att den övre axeldelen (10) är lagrad i minst två radiallager (15, 16) belägna på avstånd från varandra.

2. Vindturbin enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den övre axeldelen (10) är kortare än den undre axeldelen (11).

3. Vindturbin enligt patentkrav 2, kännetecknad av att längden hos den nedre axeldelen (11) är 5 till 20 gånger så stor som längden hos den övre axel- delen (10).

4. Vindturbin enligt något av patentkraven 1 - 3, kännetecknad av att den övre axeldelen (10) och den undre axeldelen (11) har olika konstruktion, där den övre axeldelen (10) är konstruerad att kunna uppta såväl vridmoment som böjmoment medan den nedre axeldelen (11) är konstruerad att i huvudsak kunna uppta vridmoment och i mindre grad än den övre axeldelen kunna uppta böjmoment.

5. Vindturbin enligt något av patentkraven 1 - 4, kännetecknad av att den nedre axeidelen via en andra led (1Ä) är förbunden med en generatoraxel (12).

6. Vindkraftaggregat, kännetecknat av att det är försett med en vindturbin enligt något av patentkraven 1 - 5.

7. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 6, kännetecknad av att generatorn är en synkrongenerator.

8. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknad av att generatorn är permanentmagnetiserad. 531 325 v-íí

9. Vindkraftaggregat enligt något av patentkrav 6 - 8, kännetecknad av att generatorn är ansluten till ett AC- eller DC-nät.

10. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 9, kännetecknad av att generatorn är ansluten till ett 50 eller 60 Hz nät via ett DC-mellanled. .

11. Användning av en vindturbin enligt något av patentkraven 1 - 6 för att generera elenergi.