SE533998C2 - Vindkraftaggregat med vertikal axel understödd av en stödpelare - Google Patents

Description

30 533 958 2 stora dimensioner som det ofta är fråga om i detta sammanhang.

Stödanordningarna blir avsevärt billigare än konventionella lager. Detta utgör ett betydelsefullt bidrag att stärka den ekonomiska konkurrenskraften hos detta slag av vindkraftsaggregat. Uppfinningen medför även en förbättrad driftsekonomi jämfört med om konventionella lager skulle ha använts, tack vare att service och åtgärdande av eventuella defekter underlättas. Anordningen för lagring enligt uppfinningen har dessutom en förhållandevis låg vikt.

Enligt en föredragen utföringsform är axeln ihålig och har en större godstjocklek vid de ställen där stödanordningarna anligger än den godstjocklek som är vid övriga delar av axeln.

För axeldimensioner det här är fråga om är det angeläget att ha så klen godstjocklek som möjligt i syfte att hålla vikten nere. Godstjockleken för axeln som helhet bestäms av vad som erfordras för att kunna ta upp de vrid- och böjpåkän- ningar som kan förväntas uppträda. Den godstjocklek som därvid är tillräcklig är dock inte alltid tillräcklig för att stå emot de koncentrerade tryckkrafter som upp- träder vid stödpunkterna. Genom att ha en större godstjocklek just vid dessa om- råden undviker man att behöva överdimensionera axeln som helhet. Med denna utföringsform nedbringas således axelns vikt jämfört med om godstjockleken vore konstant, Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är det axiella avståndet mellan två intilliggande stödanordningar i intervallet 4 - 40 m. l detta intervall är avståndet mellan stödanordningarna inte större än att en stabil och effektiv lagring uppnås. Samtidigt är det naturligtvis eftersträvansvärt att behöva använda så få stödanordningar som möjligt, och i det angivna intervallet blir antalet förhållandevis litet. Den optimala awägningen mellan att à ena sidan uppnå stabil lagring och à andra sidan inte använda onödigt många stödanord- ningar är något som kan avgöras från fall till fall utifrån de aktuella betingelserna.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är axeln sammansatt av ett flertal axelsektioner förbundna med varandra genom skarvar.

Speciellt vid stora aggregat är detta tillverkningstekniskt fördelaktigt och medger transport utan problem.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är vardera stödanordning anordnad att anligga mot en skarv. 10 20 25 30 533 558 3 Därmed uppnås en praktisk modulisering av axeln och dess lagring genom att längden hos axelsektionerna och avståndet mellan stödpunkterna blir enhetlig. Att åstadkomma en förhöjd godstjocklek hos axeln vid stödpunktema underlättas dessutom om den kraftigare godstjockleken utformas i anslutning till skarvarna jämfört med om det skulle göras någonstans mitt på en axelsektion.

Enligt ytteriigare en föredragen utföringsform innefattar vardera skarv ett skarvstycke som förbinder de intilliggande axelsektionerna.

Den förhöjda godstjockleken kan därmed utformas på skarvstycket. Det medför att axelsektionerna i sig inte behöver förses med förhöjd godstjocklek vid sina ändar, vilket förenklar tillverkningen av dessa. Dessutom underlättas hopmon- teringen när det sker med hjälp av speciella skarvstycken.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform innefattar vardera stödkom- ponent minst en rullkropp anordnad att anligga mot axeln.

Detta medför låg friktion och litet slitage. Lämpligtvis utgörs rullkroppen av ett hjul.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsforrn innefattar vardera stöd- komponent två hjul anordnade på ett bärelement, vilket bärelement är svängbart kring en vertikal axel mellan de båda hjulaxlarna.

En sådan boogie-liknande stödkomponent skapar en god centrering av aggregatets axel mellan stödkomponenterna och bidrar till att stödanordningen får en önskvärd flexibilitet som medger viss rörelse i sidled hos axeln utan att lagringsstabiliteten blir nedsatt.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är vardera stödkomponent fjädrande anpressad mot axeln.

Detta bidrar ytterligare till den önskvärda flexibiliteten och reducerar risken för att stora böjpåkänningar byggs upp i axeln. Den fjädrande upphängningen innebär därför också lägre krav på precision vid monteringen av aggregatet.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är en bladfjäder anordnad mellan stödkomponenten och bärmasten.

Med detta arrangemang uppnås den fjädrande anpressningen på ett enkelt, säkert och ändamålsenligt sätt.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform år en tallrikstjäder anordnad mellan stödkomponenten och bärmasten. 20 25 30 533 H98 4 En tallriksfiäder är ett annat lämplig alternativ för fiädringen som på ett enkelt sätt säkerställer lämplig grad av fjädring. Tallrikstjädern kan även utgöra ett komplement till bladfjädem.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform uppvisar vardera rullkropp en rullyta av ett material som är mjukare än resten av rullkroppen.

Med ett förhållandevis mjukt material i rullbanan minskar risken att rull- kroppen endast punktvis anligger mot axeln. Lämpligtvis är det mjuka materialet en plast såsom t.ex. polyuretan och resten av rullkroppen kan vara av metall.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform har axeln en diameter i intervallet 40 - 400 cm.

Det är framför allt vid stora axeldimensioner som uppfinningens fördelar är mest påtagliga, varför denna utföringsform är av speciellt intresse.

Ovan angivna föredragna utföringsformer av uppfinningen anges i de av kravet 1 beroende kraven. Det bör framhållas ytterligare föredragna utförings- former naturligtvis kan utgöras av alla tänkbara kombinationer av de ovan angivna föredragna utföringsformerna.

Uppfinningen avser även ett elektriskt nät som uppvisar det speciella att det är anslutet till det uppfunna vindkraftaggregat, speciellt enligt något av de föredragna utföringsformerna av detsamma.

Vidare avser uppfinningen en användning av det uppfunna vind kraftaggre- gatet för att leverera energi till ett elektriskt nät speciellt enligt någon av de före- dragna utföringsformerna av detsamma.

Ett sådant elektriskt nät och en sådan användning medför fördelar av motsvarande slag som vinnes med det uppfunna vindkraftaggregatet och de föredragna utföringsformema av detsamma och som redogjorts för ovan.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskrivning av utföringsexempel av densamma under hänvisning till medföljande ritningar.

Kort beskrivning av rltningarna Fig. 1 är en schematisk sidovy av ett vindkraftaggregat enligt uppfinningen.

Fig. 2 är en sidovy av axeln hos aggregatet i fig. 1.

Fig. 3 är ett snitt längs linjen III-III i fig. 2.

Fig. 4 är ett snitt längs linjen IV-IV i fig. 3. 10 20 25 30 533 938 Beskrivning av uíföringsexempel Fig. 1 illustrerar schematiskt ett ventilaxlat vindkraftaggregat enligt uppfin- ningen. Aggregatet har en turbin 1 av H-rotor-typen där ett antal vertikala turbin- blad 5 tex. tre stycken är förbundna med turbinaxeln 6 via stag 7. Turbinaxeln 6 är förbunden med aggregatets axel 4. Aggregatets axel 4 är vid sin nedre ände förbunden med en generators 3 rotor. En stödpelare 2 omsluter axeln 4 och stagas upp av staglinor 8. Stödpelaren har vid sin övre ände lager 9 för axial- och radiallagring av turbinen 1. Stödpelaren tjänstgör också som radiellt stöd för aggregatets axel 4. Generatom 3 levererar energi till ett elektriskt nät 10.

Fig. 2 visar aggregatets axel 4 i en sidovy. Dess övre ände är försedd med anslutningsorgan 11 med vilket den är ansluten till turbinaxeln 6 och dess undre ände är försedd med anslutningsorgan 12 med vilket den är ansluten till genera- toms 3 axel.

Utmed axeln 4 är anordnade fem stycken stödanordningar 13. Dessa år placerade med lika stora inbördes axiella avstånd på ca 6 meter. Vardera stöd- anordning anligger mot axeln 4 och är monterad i stödpelaren 2 (se fig. 1 ). Axeln 4 är sammansatt av sex stycken axelsektioner som är sammanfogade med varandra vid respektive stödanordning 13.

Det torde dock föreslås att skarvarna ej nödvändigtvis behöver vara så belägna. Vidare kan naturligtvis antalet stödanordningar 13 och antalet axel- sektioner 14 vara annat än det ovan angivna. Avståndet mellan stödanordningarna behöver ej heller nödvändigtvis vara detsamma utmed hela axeln.

Fig. 3 är ett förstorat snitt längs linjen HI-IH i fig. 2 och illustrerar ett exem- pel på hur stödanordningen 13 kan vara utformad. Den visade stödanordningen består av tre stödkomponenter 15 jämt fördelade i omkretsled runt axeln 4. Var- dera stödkomponent 15 har två rullkroppar 16 utformade som hjul och som anlig- ger mot axeln 4. Hjulen 16 är monterade på ett bärelement 17. Bärelementet 17 är svängbart kring en upphängningsaxel 18 i en hållare 19 som via en tallriksfjäder 20 är fäst vid en stödbalk 21. Bladfjädern 20 anpressar stödkomponenten 15 med en viss förspänningskrait mot axeln 4, lämpligtvis i storleksordningen 1 kN. Stöd- balken 20 är förankrad i stödpelaren 2. (se fig. 1). 533 988 6 Fig. 4 är ett snitt längs linjen IV-IV i fig. 3 och visar ett av hjulen 16 anliggande mot axeln, vid en skarv.

I det visade exemplet är de båda axelsektionerna 14 ihopskarvade medelst ett speciellt skarvstycke 22. Sammanfogningen är lämpligtvis ett bultat flänsförband. Skarvstycket 22 har en godstjocklek som är 5-10 gånger kraftigare än tjockleken hos axelsektionerna. En normal godstjocklek hos axelsektionema är omkring 1 cm. Pà sin utsida har skarvstycket ett spår 23 som bildar en rullbana för hjulet 16. Hjulet 16 har en ytbelåggning av polyuretan.

Stödbalken 21 kan dimensioneras förhållandevis klen så att den får fjädrande egenskaper och därmed fungera som en bladfiäder 21. Den kan därmed ersätta tallriksfjädern 20 eller utgöra ett komplement till denna.

Claims (15)

20 25 30 53 3 358 PATENTKRAV

1. Vindkraftaggregat innefattande en vertikalaxlad vindturbin (1), en ihålig stödmast (2), en elektrisk generator (3) och en vertikal axel (4) som med sin övre ände är förbunden med turbinen (1) och med sin undre ände är förbunden med generatorn (3), kännetecknat av att axeln (4) mellan sin övre ände och sin undre ände är stödd av minst två axiellt åtskilda stödanordningar (13), vardera stödanordning (13) innefattande minst tre stödkomponenter (15) som anligger direkt mot axeln (4) och som är förbundna med stödmastens (2) insida.

2. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 1 kännetecknat av att axeln (4) är ihålig och att axeln (4) vid de ställen där stödanordningarna (13) anligger har en större godstjocklek än den godstjocklek som är vid övriga delar av axeln.

3. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 2 kännetecknat av att det axiella avståndet mellan två intilliggande stödanordningarna (13) är i intervallet 4 -40 m.

4. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 3 kännetecknat av att axeln (4) är sammansatt av ett flertal axelsektíoner (14) förbundna med varandra genom skarvar.

5. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 4 kännetecknat av att vardera stödanordning (13) är anordnad att anligga mot en skarv.

6. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 4 eller 5 kännetecknat av att vardera skarv innefattar ett skarvstycke (22) som förbinder de intilliggande axelsektionerna (14).

7. Vindkraftaggregat enligt något av patentkraven 1- 6 kännetecknat av att vardera stödkomponent (15) innefattar minst en rullkropp (16) anordnad att anligga mot axeln (4).

8. Wndkraftaggregat enligt patentkrav 7 kännetecknat av att vardera stödkomponent (15) innefattar två rullkroppar (16) anordnade på ett bärelement 20 533 938 8 (17), vilket bärelement är svängbart kring en vertikal axel (18) mellan de båda rullkropparna (16).

9. vindkraftaggregat enligt patentkrav 7 eller 8 kännetecknat av att vardera stödkomponent (15) är fiädrande anpressad mot axeln (4).

10. vindkraftaggregat enligt patentkrav 9 kännetecknat av att en bladfiäder (21) är anordnad mellan stödkomponenten (15) och bärmasten (2).

11. Vindkraftaggregat enligt patentkrav 9 eller 10 kännetecknat av att en tallriksfiäder (20) är anordnad mellan stödkomponenten (15) och bärmasten.

12. Vindkraftaggregat enligt något patentkrav 7-11 kännetecknat av att vardera rullkropp (16) uppvisar en rullyta av ett material som är mjukare än resten av rullkroppen (16).

13. Wndkraftaggregat enligt något av patentkraven 1 - 12 kännetecknat av att axeln (4) har en diameter i intervallet 40 - 400cm.

14. Elektriskt nät (10) kännetecknat av att nätet är anslutet till ett vindkraft- aggregat enligt något av patentkraven 1 - 13.

15. Användning av ett vindkraftaggregat enligt något av patentkraven 1 - 13 för att leverera energi till ett elektriskt nät (10).