WO2002090769A1 - Tragkonstruktion für den stator eines ringgenerators einer windturbine - Google Patents

Tragkonstruktion für den stator eines ringgenerators einer windturbine Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a wind power plant with a support structure for the stator of a ring generator, the support structure having a plurality of support arms.
  • Such wind turbines have been known for a long time and are e.g. manufactured and sold by Enercon under the type designations E40, E-58 or E-66.
  • noise emissions always occur which can be perceived as disturbing, at least in the vicinity of the wind energy plant.
  • Figure 1 is a simplified representation of the prior art
  • Figure 2 shows an alternative form of representation of the prior art
  • Figure 3 shows an embodiment of a support structure according to the invention.
  • FIG. 4 shows an alternative representation of the relationships of the embodiment according to the invention shown in FIG. 3.
  • FIG. 1 shows a support structure with six radially extending support arms 12, the outer sections of which are arranged at the same distance from one another.
  • the stator 10 of a ring generator is fastened to these outer sections. This stator 10 is indicated in the figure by dashed lines.
  • vibrations 20 can form between the support arms 12 distributed over the circumference.
  • the uniform distance between the support arms 12 and the corresponding wavelength of the vibrations 20 can lead to an effect called a "drum effect".
  • eigenmodes eigenmodes
  • These eigenmodes are regularly dependent on or determined by the geometry of the entire object.
  • FIG. 2 shows an alternative representation of the situation with the known support structure.
  • the vibrations 20 are shown coherently over the circumference of the support structure with the support arms 12.
  • the vibrations are shown offset by half a period in a dashed line and identified by the reference symbol 20a.
  • Figure 3 shows a simplified support structure according to the invention. This has an odd number of support arms 12 (in this case seven). Of course, the object of the present invention can also be achieved with five support arms; for reasons of the required strength of the support structure, at least seven support arms 12 are preferably used.
  • the stator 10 of the ring generator is again indicated with dashed lines.
  • Figure 4 shows, analogous to Figure 2, a representation of the vibrations that are connected to each other over the circumference of the support structure.
  • a sequence of oscillation processes is identified by reference number 20, while reference number 20a likewise represents these oscillation processes, but offset by half a period from the vibrations designated by 20.
  • the vibrations denoted by 20 show three complete oscillation periods in sections 21, 22, 23, while only half a period occurs in section 24.
  • eigenmodes eigenmodes
  • eigenmodes eigenmodes
  • the frequency distribution of this component is designed in such a way that frequencies at which particularly shell-emitting eigenmodes (eigenmodes) could form are avoided as far as possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einer Tragkonstruktion für den Stator eines Ringgenerators, wobei die Tragkonstruktion mehrere Tragarme aufweist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die von einer Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches ausgehenden Schallemissionen zu verringern. Windenergieanlage mit einem Generator, bevorzugt einem Ringgenerator, bestehend aus einem Beläufer und einem Stator, welcher eine Aufnahme für Statorwicklungen aufweist, wobei der Stator von einer Tragkonstruktion gehalten wird, welche mehrere Tragarme aufweist und wobei eine ungerade Anzahl von Tragarmen (12) ausgebildet sind und/oder die Tragarme wenigstens zum Teil ungleichmässig beabstandet sind.

Description

TRAGKONSTRUKTION FÜR DEN STATOR EINES RINGGΞNERATORS EINER WINDTURBINE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einer Tragkonstruktion für den Stator eines Ringgenerators, wobei die Tragkonstruktion mehrere Tragarme aufweist.
Solche Windenergieanlagen sind seit langer Zeit bekannt und werden z.B. von der Firma Enercon unter den Typenbezeichnungen E40, E-58 oder E-66 hergestellt und vertrieben.
Beim Betrieb solcher Windenergieanlagen treten stets Schallemissionen auf, die zumindest in der näheren Umgebung der Windenergieanlage als störend empfunden werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die von einer Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches ausgehenden Schallemissionen zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Windenergieanlage mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in dem Unteranspruch beschrieben.
Während sich bei einer Tragkonstruktion mit einer geraden Anzahl von Tragarmen, die gleichmäßig in Umfangsrichtung des Ringgenerators bestimmte Frequenzen herausbilden können, die dann als störend empfundene Schallwellen wahrgenommen werden, werden solche Schallemissionen bei einer ungeraden Anzahl von Tragarmen und/oder einer ungleichmäßigen Beabstandung der Tragarme gänzlich unterdrückt oder vermindert.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 eine vereinfachte Darstellung des Standes der Technik;
Figur 2 eine alternative Darstellungsform des Standes der Technik;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion; und
Figur 4 eine alternative Darstellung der Verhältnisse der in Figur 3 gezeigten, erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine Tragkonstruktion mit sechs radial verlaufenden Tragarmen 12, deren äußere Abschnitte mit gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. An diesen äußeren Abschnitten ist der Stator 10 eines Ringgenerators befestigt. Dieser Stator 10 ist in der Figur durch gestrichelte Linien angedeutet.
Bei dieser Ausbildung einer Tragkonstruktion können sich über den Umfang verteilt zwischen den Tragarmen 12 Schwingungen 20 ausbilden. Durch den gleichförmigen Abstand zwischen den Tragarmen 12 und die damit jeweils übereinstimmende Wellenlänge der Schwingungen 20 kann es zu einem als "Trommeleffekt" bezeichneten Effekt kommen. Entscheidender für die Schallemission sind jedoch die Ausbildung von Eigenmoden (Eigenformen), die sich bei Anregung mit einer bestimmten Schwingung ausbilden können. Diese Eigenmoden sind regelmäßig von der Geometrie des gesamten Objektes abhängig bzw. bestimmt.
Figur 2 zeigt in einer alternativen Darstellung die Situation bei der bekannten Tragkonstruktion. In dieser Figur sind die Schwingungen 20 zusammenhängend über den Umfang der Tragkonstruktion mit den Tragarmen 12 dargestellt. Um eine halbe Periode versetzt sind die Schwingungen in einer gestrichelten Linie dargestellt und mit dem Bezugszeichen 20a gekennzeichnet.
Betrachtet man einen beliebigen Punkt auf dem Umfang der Tragkonstruktion (bzw. ein Luftmolekül an dieser Steile), so erkennt man, dass sich dort je nach Phasenlage der Schwingungen 20, 20a dessen Position entlang einer mit dem Pfeil 30 angedeuteten Linie ändert. Hier entsteht also für diesen Punkt eine bidirektionale Schwingung, wie bei einem Trommelfell. In dieser Figur sind über den Umfang verteilt drei vollständige Perioden einer Schwingung dargestellt, so dass stets drei jeweils phasengleiche Punkte mit gleichem Betrag und in gleicher Richtung schwingen. Diese Schwingungen führen zu einer regelrechten "Pumpbewegung" in dem Stator des Generators, die als Schall wahrgenommen wird.
Figur 3 zeigt vereinfacht eine erfindungsgemäße Tragkonstruktion. Diese weist eine ungerade Anzahl von Tragarmen 12 auf (in diesem Fall sieben). Natürlich kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch mit fünf Tragarmen gelöst werden, aus Gründen der erforderlichen Festigkeit der Tragkonstruktion werden bevorzugt wenigstens sieben Tragarme 12 verwendet. In dieser Figur ist wiederum der Stator 10 des Ringgenerators mit gestrichelten Linien angedeutet.
Figur 4 zeigt, anlog zu Figur 2, eine Darstellung der Schwingungen, die über den Umfang der Tragkonstruktion miteinander verbunden sind. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 20 wiederum eine Folge von Schwingungs-Abläufen gekennzeichnet, während das Bezugszeichen 20a ebenfalls diese Schwingungs-Abläufe darstellt, jedoch um eine halbe Periode gegenüber den mit 20 bezeichneten Schwingungen versetzt.
Die mit 20 bezeichneten Schwingungen zeigen in den Abschnitten 21 , 22, 23 drei vollständige Schwingungsperioden, während in dem Abschnitt 24 nur eine halbe Periode auftritt.
Durch diesen Schwingungsverlauf sind zwei positive Halbwellen (Halb-Perioden), nämlich am Beginn von Abschnitt 21 und in Abschnitt 24, einander direkt benachbart, so dass entsprechend der Trommeleffekt wenigstens an dieser Stelle nicht auftreten kann und somit in seiner gesamten Wirkung wenigstens verringert wird.
Wenn ein mechanisches Gebilde, wie beispielsweise die Tragkonstruktion eines Generators eine unerwünschte Schallemission erzeugt, so lässt sich dies regelmäßig damit erklären, dass unter der Einwirkung von Schwingungen die gesamte Tragkonstruktion sogenannte Resonanzen oder auch "Eigenmoden" (Eigenformen) ausbildet. Diese "Eigenmoden" sind zunächst von der Geometrie des gesamten Objektes abhängig, ferner besteht auch eine bestimmte Frequenzabhängigkeit verschiedener Eigenmoden. Mit der erfindungsgemäßen Ausführung der Tragarme des Status wird der Fre- quenzveriauf dieses Bauteils so ausgelegt, dass Frequenzen, bei denen besonders schailemittierende Eigenmoden (Eigenformen) sich ausbilden könnten, möglichst vermieden werden.

Claims

Ansprüche
1. Windenergieanlage mit einem Generator, bevorzugt einem Ringgenerator, bestehend aus einem. Beläufer und einem Stator, welcher eine Aufnahme für Statorwicklungen aufweist, wobei der Stator von einer Tragkonstruktion gehalten wird, welche mehrere Tragarme aufweist und wobei eine ungerade Anzahl von Tragarmen (12) ausgebildet sind und/oder die Tragarme wenigstens zum Teil ungleichmäßig beabstandet sind.
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkonstruktion für den Stator sieben Tragarme aufweist.
3. Windenergieanlage mit einem Generator, bevorzugt einem Ringgenerator, bestehend aus einem Läufer und Stator, welcher eine Aufnahme für die Statorwicklung aufweist, wobei der Stator von einer Tragkonstruktion gehalten wird, wobei die Tragkonstruktion so gestaltet ist, dass sie im Wesentlichen keine oder nur geringe schallemittierenden Eigenmoden (Eigenformen) im normalen Betriebsbereich ausbildet.
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