WO2007048517A1 - Arrangement - Google Patents

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Hans-Jürgen Liesegang
Reiner Wagner
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the pivotable bearings of rotor blades, in particular a wind turbine.
  • An object of the invention is therefore to provide an arrangement for the pivotable bearings of rotor blades, in particular a wind turbine such that a simple and thus cost rotor blade bearing high life is achieved.
  • the object is solved by the subject-matter of claims 1 and 5.
  • Advantageous embodiments are described in the subclaims.
  • the rotor blade bearing is designed as a slide bearing.
  • the figure shows as an embodiment of the invention in the form of a schematic diagram of an arrangement for supporting three rotor blades 10.
  • the arrangement comprises a disc-like support body 5.
  • a wind turbine with a rated power of 1.5 MW, for example, would be a diameter of the disc-like support body in the 2-meter range.
  • Each of the rotor blades 10 comprises the actual rotor blade area, which is connected via a blade adapter 14 with a blade bearing axis 12.
  • Each of the journal bearing shafts 12 is mounted so as to be pivotable about the main axis of the respective rotor blade 10 via two radial sliding bearings 22 spaced apart from each other in the axial direction and two axial sliding bearings 24.
  • at least parts of the axial and radial plain bearings 22 and 24 may be designed to form a structural unit. All plain bearings 22 and 24 are arranged in an area around the center of the support body 5 around, so that each of the major axes of the rotor blades 10 intersects the two other major axes at one point, the two intersections are spaced from each other.
  • the sliding bearings 22 and 24 are arranged such that the three blade bearing shafts 12 on the support body 5 form approximately an isosceles triangle.
  • central drive means 32 are arranged for pitch adjustment of the three rotor blades 10.
  • the drive means 32 are in this case connected to transmission means 34, which transmit the outgoing from the drive means 32 adjusting forces corresponding to the blade bearing shafts 12.
  • the transmission means 34 are each in a region between the two radial sliding bearings 22 of each rotor blade 10 with the respective sheet storage axis 12 engaged.
  • the transmission means 34 may be formed with a rack-like region which cooperates with a suitably formed area on the blade bearing shafts 12.
  • the drive means 32 may comprise a hydraulic cylinder or conversion means for converting rotational into linear movements, in particular a screw drive or a ball screw drive.
  • the three rotor blades 10 may be equipped for their adjustment with three independently formed adjusting drives.
  • only two or more than three rotor blades may be provided.
  • the arrangement described above may also be an adjustable ship propeller.

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Abstract

In an arrangement for mounting at least one rotor blade, comprising a rotor blade mounting for pivoting the rotor blade about its main axis, the rotor blade mounting is designed as a plain bearing, or, in an arrangement for mounting at least three rotor blades, comprising a rotor blade mounting for pivoting the rotor blades about their respective main axis, said rotor blade mounting is designed in such a way that the main axis of one of the rotor blades has a respective intersection with the main axes of the two other rotor blades, wherein the two intersections are at a distance from one another.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Anordnungarrangement
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum verschwenkbaren Lagern von Rotorblättern insbesondere einer Windkraftanlage.The invention relates to an arrangement for the pivotable bearings of rotor blades, in particular a wind turbine.
Bei Windkraftanlagen ist es beispielsweise bekannt, die Rotorblätter im Bereich einer Rotornabe über Drehverbindungen mit der Nabe zu verbinden und derart mit einem Zahnkranz zu versehen, dass darin eingreifend über einen Elektromotor die Rotorblätter verstellbar sind. Dabei sind die Drehverbindungen vielfach als zweireihige Vierpunktkugeldrehverbindungen ausgebildet und vorgespannt. Für derartige Drehverbindungen sind bei entsprechender Leistung der Windkraftanlage vergleichsweise große Lagerdurchmesser notwendig, was mit Nachteil den Rotorkopf vergleichsweise schwer macht. Weiterhin können bei den Drehverbindungen mit Nachteil False-Brinelling-Probleme auftreten, die eine Lebensdauer der Drehverbindung verkürzen. Darüber hinaus ist die vorausgehend beschriebene technische Lösung, insbesondere bezogen auf die Drehverbindung, technisch aufwendig und damit entsprechend kostenintensiv.In wind turbines, it is known, for example, to connect the rotor blades in the region of a rotor hub via rotary joints with the hub and to provide such with a ring gear, that in engaging the rotor blades are adjustable via an electric motor. The rotary joints are often designed and prestressed as double-row four-point rotary joints. For such rotary joints comparatively large bearing diameter are necessary with the appropriate performance of the wind turbine, which makes the rotor head with difficulty comparatively heavy. Further, in the rotary joints, there may be a disadvantage of false brinelling problems which shorten a life of the rotary joint. In addition, the technical solution described above, in particular based on the rotary joint, technically complex and therefore correspondingly expensive.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zum verschwenkbaren Lagern von Rotorblättern insbesondere einer Windkraftanlage derart zu schaffen, dass eine einfache und damit kostengünstige Rotorblattlagerung hoher Lebensdauer erreicht wird. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.An object of the invention is therefore to provide an arrangement for the pivotable bearings of rotor blades, in particular a wind turbine such that a simple and thus cost rotor blade bearing high life is achieved. The object is solved by the subject-matter of claims 1 and 5. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
Gemäß Anspruch 5 ist bei einer Anordnung zum Lagern wenigstens eines Rotorblatts, umfassend eine Rotorblattlagerung zum Verschwenken des Rotorblattes um seine Hauptachse, die Rotorblattlagerung als eine Gleitlagerung ausgebildet.According to claim 5, in an arrangement for supporting at least one rotor blade, comprising a rotor blade bearing for pivoting the rotor blade about its main axis, the rotor blade bearing is designed as a slide bearing.
Dadurch, dass anstelle der bisher üblichen Kugeldrehverbindungen in Verbindung mit wenigstens im Nabenbereich hohlkörperartig ausgebildeten Rotorblättern nunmehr Gleitlager in Verbindung mit mit den Rotorblättern verbundene Wellen eingesetzt werden, können mit Vorteil die Durchmesser der Gleitlager vergleichsweise klein gehalten werden, so dass sich mit Vorteil ein kompakter Rotorkopf der Windkraftanlage ergibt. Weiterhin sind in Verbindung mit den Gleitlagern mit besonderem Vorteil keine False-Brinelling-Probleme und ein vergleichsweise geringer Verschleiß zu erwarten, so dass Lebensdauern von 20 Jahren und mehr erreichbar sind. Weiterhin sind die Gleitlager gegenüber den üblichen Kugeldrehverbindungen vergleichsweise einfach und damit kostengünstig realisierbar.Characterized in that instead of the usual ball slewing in conjunction with at least in the hub hollow body-like rotor blades now slide bearings are used in conjunction with connected to the rotor blades shafts, advantageously the diameter of the bearings can be kept relatively small, so that advantageously a compact rotor head the wind turbine results. Furthermore, in connection with the plain bearings with particular advantage no false brinelling problems and a relatively low wear to be expected, so that lifetimes of 20 years and more can be achieved. Furthermore, the plain bearings are compared to the usual ball slewing comparatively simple and thus cost feasible.
Gemäß Anspruch 1 ist bei einer Anordnung zum Lagern wenigstens dreier Rotorblätter, umfassend eine Rotorblattlagerung zum Verschwenken der Rotorblätter um deren jeweilige Hauptachse, diese so ausgebildet, dass die Hauptachse eines der Rotorblätter mit den Hauptachsen der beiden anderen jeweils eine Kreuzungsstelle aufweist, wobei die beiden Kreuzungsstellen zueinander beabstandet sind.According to claim 1, in an arrangement for supporting at least three rotor blades, comprising a rotor blade bearing for pivoting the rotor blades about their respective major axis, they are formed so that the major axis of one of the rotor blades with the major axes of the other two each having a crossing point, wherein the two crossing points spaced apart from each other.
Dadurch ist es insbesondere in Verbindung mit einer Ausbildung der Rotorblattlagerung als Gleitlagerung mit Vorteil möglich, die Lagerungen aller Rotorblätter inklusive deren Mittel zum Verstellen der Rotorblätter in kompakter und platzsparender Art und Weise auf einem gemeinsamen, beispielsweise scheibenartigen Tragkörper anzuordnen. Dadurch wird mit Vorteil das Gewicht des Rotorkopfes vergleichsweise gering gehalten. Weiterhin ermöglicht besagte Anordnung mit besonderem Vorteil einen gemeinsamen Verstellantrieb für alle Rotorblätter, was wiederum mit entsprechenden Kosten- und Gewichtsvorteilen einhergeht.As a result, it is advantageously possible, in particular in connection with a design of the rotor blade bearing as sliding bearing, to arrange the bearings of all rotor blades including their means for adjusting the rotor blades in a compact and space-saving manner on a common, for example disk-like supporting body. As a result, the weight of the rotor head is advantageously kept comparatively low. Furthermore, said arrangement allows with particular advantage a common adjustment for all rotor blades, which in turn is associated with corresponding cost and weight benefits.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the exemplary embodiment of the invention described below with reference to FIG.
Dabei zeigt die Figur als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Prinzipskizze eine Anordnung zum Lagern dreier Rotorblätter 10. Die Anordnung umfasst dabei einen scheibenartigen Tragkörper 5. Bei einer Windkraftanlage mit einer Nennleistung von beispielsweise 1,5 MW würde sich dabei ein Durchmesser des scheibenartigen Tragkörpers etwa im 2-Meter-Bereich ergeben. Jedes der Rotorblätter 10 umfasst dabei den eigentlichen Rotorblattbereich, der über einen Blattadapter 14 mit einer Blattlagerachse 12 verbunden ist.The figure shows as an embodiment of the invention in the form of a schematic diagram of an arrangement for supporting three rotor blades 10. The arrangement comprises a disc-like support body 5. In a wind turbine with a rated power of 1.5 MW, for example, would be a diameter of the disc-like support body in the 2-meter range. Each of the rotor blades 10 comprises the actual rotor blade area, which is connected via a blade adapter 14 with a blade bearing axis 12.
Jede der Blattlagerachsen 12 ist dabei über zwei zueinander in Achsrichtung beabstandete Radialgleitlager 22 sowie zwei Axialgleitlager 24 um die Hauptachse des jeweiligen Rotorblatts 10 verschwenkbar gelagert. Dabei können wenigstens Teile der Axial- und Radialgleitlager 22 und 24 eine bauliche Einheit ausbildend gestaltet sein. Alle Gleitlager 22 und 24 sind dabei in einem Bereich um das Zentrum des Tragkörpers 5 herum angeordnet, so dass jede der Hauptachsen der Rotorblätter 10 die beiden anderen Hauptachsen an jeweils einem Punkt schneidet, wobei die beiden Schnittpunkte zueinander beabstandet sind. In anderen Worten sind die Gleitlager 22 und 24 derart angeordnet, dass die drei Blattlagerachsen 12 auf dem Tragkörper 5 in etwa ein gleichschenkliges Dreieck bilden.Each of the journal bearing shafts 12 is mounted so as to be pivotable about the main axis of the respective rotor blade 10 via two radial sliding bearings 22 spaced apart from each other in the axial direction and two axial sliding bearings 24. In this case, at least parts of the axial and radial plain bearings 22 and 24 may be designed to form a structural unit. All plain bearings 22 and 24 are arranged in an area around the center of the support body 5 around, so that each of the major axes of the rotor blades 10 intersects the two other major axes at one point, the two intersections are spaced from each other. In other words, the sliding bearings 22 and 24 are arranged such that the three blade bearing shafts 12 on the support body 5 form approximately an isosceles triangle.
In einem zentralen Bereich des Tragkörpers 5 sind zentrale Antriebsmittel 32 für eine Blattverstellung der drei Rotorblätter 10 angeordnet. Die Antriebsmittel 32 stehen dabei mit Übertragungsmitteln 34 in Verbindung, die die von den Antriebsmitteln 32 ausgehenden Verstellkräfte entsprechend auf die Blattlagerachsen 12 übertragen. Dazu sind die Übertragungsmittel 34 jeweils in einem Bereich zwischen den beiden Radialgleitlagern 22 jeden Rotorblatts 10 mit der jeweiligen Blattlager- achse 12 in Eingriff stehend. Dabei können die Übertragungsmittel 34 mit einem zahnstangenähnlichen Bereich ausgebildet sein, der mit einem passend dazu ausgebildeten Bereich an den Blattlagerachsen 12 zusammenwirkt. Die Antriebsmittel 32 können dabei einen Hydraulikzylinder oder Umwandlungsmittel zum Umwandeln von Dreh- in Linearbewegungen, insbesondere einen Gewindetrieb oder einen Kugelgewindetrieb umfassen. In wiederum anderen Ausführungsformen können die drei Rotorblätter 10 für deren Verstellen auch mit drei voneinander unabhängig ausgebildeten Verstellantrieben ausgerüstet sein.In a central region of the support body 5, central drive means 32 are arranged for pitch adjustment of the three rotor blades 10. The drive means 32 are in this case connected to transmission means 34, which transmit the outgoing from the drive means 32 adjusting forces corresponding to the blade bearing shafts 12. For this purpose, the transmission means 34 are each in a region between the two radial sliding bearings 22 of each rotor blade 10 with the respective sheet storage axis 12 engaged. In this case, the transmission means 34 may be formed with a rack-like region which cooperates with a suitably formed area on the blade bearing shafts 12. The drive means 32 may comprise a hydraulic cylinder or conversion means for converting rotational into linear movements, in particular a screw drive or a ball screw drive. In still other embodiments, the three rotor blades 10 may be equipped for their adjustment with three independently formed adjusting drives.
In anderen Ausführungsformen können auch nur zwei oder mehr als drei Rotorblätter vorgesehen sein. In wiederum anderen Ausführungsformen kann es sich bei der vorausgehend beschriebenen Anordnung auch um einen verstellbaren Schiffspropeller handeln. In other embodiments, only two or more than three rotor blades may be provided. In yet other embodiments, the arrangement described above may also be an adjustable ship propeller.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
5 Tragkörper5 supporting body
10 Rotorblatt10 rotor blade
12 Blattlagerachse12 blade bearing axis
14 Blattadapter14 sheet adapter
22 Radialgleitlager22 radial plain bearings
24 Axialgleitlager24 axial plain bearings
32 Antriebsmittel32 drive means
34 Übertragungsmittel 34 transmission means

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h eAnordnung P atent claims e arrangement
1. Anordnung zum Lagern wenigstens dreier Rotorblätter, umfassend eine Rotorblattlagerung zum Verschwenken der Rotorblätter um deren jeweilige Hauptachse, die so ausgebildet ist, dass die Hauptachse eines der Rotorblätter mit den Hauptachsen der beiden anderen jeweils eine Kreuzungsstelle aufweist, wobei die beiden Kreuzungsstellen zueinander beabstandet sind.An arrangement for supporting at least three rotor blades, comprising a rotor blade bearing for pivoting the rotor blades about their respective major axis, which is formed so that the main axis of the rotor blades having the major axes of the other two each having a crossing point, wherein the two intersections are spaced from each other ,
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Hauptachse eines der Rotorblätter zu den Hauptachsen der beiden benachbarten Rotorblätter jeweils um einen gleichen Winkel geneigt ist.2. Arrangement according to claim 1, wherein the main axis of the rotor blades is inclined to the main axes of the two adjacent rotor blades each by an equal angle.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Rotorblätter in Umfangsrichtung um eine Hauptwelle herum gleichmäßig verteilt angeordnet sind.3. Arrangement according to one of claims 1 or 2, wherein the rotor blades are arranged distributed uniformly in the circumferential direction about a main shaft around.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotorblattlagerung für wenigstens eines der Rotorblätter als eine Gleitlagerung ausgebildet ist.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein the rotor blade bearing is designed for at least one of the rotor blades as a sliding bearing.
5. Anordnung zum Lagern wenigstens eines Rotorblatts, umfassend eine Rotorblattlagerung zum Verschwenken des Rotorblattes um seine Hauptachse, wobei die Rotorblattlagerung als eine Gleitlagerung ausgebildet ist. 5. Arrangement for supporting at least one rotor blade, comprising a rotor blade bearing for pivoting the rotor blade about its main axis, wherein the rotor blade bearing is designed as a sliding bearing.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Rotorblattlagerung je Rotorblatt wenigstens eine Axialgleitlagerung und eine Radialgleitlagerung umfasst.6. Arrangement according to one of claims 4 or 5, wherein the rotor blade bearing per rotor blade comprises at least one Axialgleitlagerung and a radial sliding bearing.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Rotorblattlagerung je Rotorblatt wenigstens zwei zueinander in Richtung der Hauptachse des Rotorblattes beabstandete Axialgleitlager umfasst.7. Arrangement according to one of claims 4 to 6, wherein the rotor blade bearing per rotor blade comprises at least two mutually spaced in the direction of the main axis of the rotor blade thrust bearing.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Rotorblattlagerung je Rotorblatt wenigstens zwei zueinander in Richtung der Hauptachse des Rotorblatts beabstandete Radialgleitlager umfasst.8. Arrangement according to one of claims 4 to 7, wherein the rotor blade bearing per rotor blade comprises at least two spaced apart in the direction of the main axis of the rotor blade radial plain bearing.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei wenigstens Teile der Axial- und Radialgleitlagerung eine bauliche Einheit ausbildend gestaltet sind.9. Arrangement according to one of claims 6 to 8, wherein at least parts of the axial and Radialgleitlagerung are designed a structural unit forming.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Rotorblatt in einem Bereich der Rotorblattlagerung zum Verdrehen des Rotorblattes mit Mitteln ausgebildet ist, an die Übertragungsmittel zum Eingreifen vorgesehen sind, die von Antriebsmitteln antreibbar sind.10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, wherein the rotor blade is formed in a region of the rotor blade bearing for rotating the rotor blade with means to which transmission means are provided for engagement, which are driven by drive means.
11. Anordnung nach Anspruch 10, wobei die Übertragungsmittel einen zahnstangenähnlichen Bereich umfassen.The assembly of claim 10, wherein the transfer means comprises a rack-like area.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1, wobei die Antriebsmittel einen Hydraulikzylinder und/oder Umwandlungsmittel zum Umwandeln von Dreh- in Linearbewegungen umfassen.12. Arrangement according to one of claims 10 or 11, wherein the drive means comprise a hydraulic cylinder and / or conversion means for converting rotational into linear movements.
13. Anordnung nach Anspruch 12, wobei die Antriebsmittel einen Gewindetrieb oder einen Kugelgewindetrieb umfassen. 13. Arrangement according to claim 12, wherein the drive means comprise a screw or a ball screw.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Antriebsmittel als ein zentraler Antrieb für alle Rotorblätter ausgebildet sind.14. Arrangement according to one of claims 10 to 13, wherein the drive means are designed as a central drive for all rotor blades.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei mehrere Rotorblätter auf einem gemeinsamen Tragkörper der Rotorblattlagerung angeordnet sind.15. Arrangement according to one of claims 1 to 14, wherein a plurality of rotor blades are arranged on a common support body of the rotor blade bearing.
16. Anordnung nach Anspruch 15, wobei der Tragkörper scheibenartig ausgebildet ist.16. The arrangement according to claim 15, wherein the support body is formed like a disk.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei in etwa im Zentrum des Tragkörpers die Antriebsmittel aller Rotorblätter angeordnet sind.17. Arrangement according to one of claims 15 or 16, wherein the drive means of all rotor blades are arranged approximately in the center of the support body.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei im Außenbereich des Tragkörpers die Lagerungen für die Rotorblätter angeordnet sind.18. Arrangement according to one of claims 15 to 17, wherein the bearings are arranged for the rotor blades in the outer region of the support body.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Anordnung einer Windkraftanlage zugehört. 19. Arrangement according to one of claims 1 to 18, wherein the arrangement of a wind turbine belongs.
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