DE102018104627A1

DE102018104627A1 - Generator einer Windenergieanlage, Windenergieanlage mit selbigem, Verfahren zum Arretieren eines Generators sowie Verwendung einer Arretiervorrichtung

Info

Publication number: DE102018104627A1
Application number: DE102018104627.8A
Authority: DE
Inventors: Frank Saathoff
Original assignee: Wobben Properties GmbH
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-10-10
Also published as: WO2019166552A1; US20210048000A1; CN112041559A; EP3759345A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere Generator (120) einer Windenergieanlage, mit einem drehbar gelagerten Generatorrotor; einem mit dem Generatorrotor (121) korrespondierenden Generatorstator, welcher eine Tragstruktur (123) zur Befestigung in der Windenergieanlage (100) aufweist; und mindestens einer Arretiervorrichtung, welche derart zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) einkoppelbar ist, dass ein Kraftfluss zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) entsteht, und welche dazu eingerichtet ist, im gekoppelten Zustand den Generatorrotor (121) relativ zum Generatorstator (122) in einer vorbestimmten Position zu arretieren. Die Erfindung löst das ihr zugrunde liegende Problem dadurch, dass die Arretiervorrichtung (130) ein Dämpfungselement (131) aufweist, welches derart formveränderlich ausgebildet ist, dass es sich infolge des Kraftflusses zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) verformt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere einen Generator einer Windenergieanlage mit einem drehbar gelagerten Generatorrotor, einem mit dem Generatorrotor korrespondierenden Generatorstator, welcher eine Tragstruktur zur Befestigung in der Windenergieanlage aufweist, und mindestens eine Arretiervorrichtung, welche derart zwischen Generatorrotor und Generatorstator einkoppelbar ist, dass ein Kraftfluss zwischen Generatorrotor und Generatorstator entsteht, und welcher dazu eingerichtet ist, im gekoppelten Zustand den Generatorrotor relativ zum Generatorstator in einer vorbestimmten Position zu arretieren. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Windenergieanlagemit selbigem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Arretieren eines Rotors, eines Generators sowie die Verwendung einer Arretiervorrichtung.
Windenergieanlagen sind allgemein bekannt. Sie werden genutzt, um Windenergie mittels Rotorblättern aufzunehmen und mittels des Generators in elektrische Energie zu wandeln. Der Generator umfasst dabei einen Generatorstator, welcher eine Tragstruktur zur Befestigung in der Windenergieanlage aufweist, und einen Generatorrotor, welcher mit dem Rotor der Windenergieanlage wirkverbunden ist. Der Generatorrotor wird relativ zu dem Generatorstator gedreht. Durch die relative Drehung des Generatorrotors zum Generatorstator wird elektrischer Strom erzeugt, sodass die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie gewandelt wird. Die auftretenden magnetischen Wechselwirkungen können zur Entstehung hörbarer schmalbandiger Töne führen, wodurch eine zusätzliche akustische Belastung für die Umwelt entsteht.
Um diese ungewollte Geräuschentwicklung zu bekämpfen, wird die Windenergieanlage zum Gegenstand schwingungstechnischer Untersuchungen. Die Schwingungscharakteristik von Generatoren wird beispielsweise durch Modalanalysen erfasst, mit dem Ziel einer weitreichenden Bewertung der voraussichtlichen Lebensdauer des Generators und der potentiellen Belastungen für die Umwelt.
Bei der Durchführung von Modalanalysen, insbesondere von experimentellen Modalanalysen, wird eine definierte äußere Anregung aufgebracht. Das Schwingungsverhalten der einzelnen Komponenten einer Baugruppe wird durch Sensoren erfasst und analysiert.
Bei einer Modalanalyse an Windenergieanlagen ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, den Generatorrotor relativ zum Generatorstator zu arretieren. Aus dem Stand der Technik sind Arretiervorrichtungen bekannt, welche formschlüssig mit dem Generatorrotor in Eingriff bringbar sind und diesen an einer Drehung um eine horizontale Achse hindern. Die aus dem Stand der Technik bekannten Arretiervorrichtungen haben insbesondere das Ziel, eine sichere Arretierung bereitzustellen. Dies erklärt sich insbesondere dadurch, dass durch entsprechende Sicherheitsvorkehrungen für an den Windenergieanlagen arbeitende Personen gesorgt sein sollte. Daher sind bei im Stand der Technik bekannten Rotorarretiervorrichtungen vornehmlich Kombinationen aus Bolzen und korrespondierenden Öffnungen vorgesehen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Arretiervorrichtungen können eine sichere starre Arretierung des Rotors bereitstellen, allerdings führt diese starre Verbindung von Generatorrotor und Generatorstator zu einer Überlagerung der Schwingungen beider Komponenten, wodurch das Ergebnis einer Modalanalyse verfälscht wird.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Generatoren von Windenergieanlagen der eingangs beschriebenen Art, die im Stand der Technik vorgefundenen Nachteile möglichst weitgehend zu überwinden. Der Erfindung lag insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Generator mit einer Arretiervorrichtung vorzusehen, welche den Generatorrotor relativ zu dem Generatorstator in einer vorbestimmten Position arretiert und zugleich die Übertragung von Schwingungen des Generatorrotors auf den Generatorstator minimiert. Jedenfalls lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen alternativen Generator anzugeben.
Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe, indem sie einen Generator mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorschlägt. Insbesondere schlägt die Erfindung vor, dass die Arretiervorrichtung ein Dämpfungselement aufweist, welches derart formveränderlich ausgebildet ist, dass es sich infolge des Kraftflusses zwischen Generatorrotor und Generatorstator verformt.
Der Erfindungsgemäße Generator kann dabei sowohl in Windenergieanlagen, welche getriebelos betrieben werden als auch in Windenergieanlagen, welche ein Getriebe aufweisen, eingesetzt werden.
Das Dämpfungselement der Arretiervorrichtung, welches derart formveränderlich ausgebildet ist, dass es sich infolge des Kraftflusses zwischen Generatorrotor und Generatorstator verformt, dämpft somit die Schwingungen von Generatorrotor und Generatorstator und verhindert die Erzeugung einer Resonanzschwingung. Das Einkoppeln der Arretiervorrichtung zwischen Generatorrotor und Generatorstator kann sowohl form- als auch kraftschlüssig erfolgen. Durch den entstehenden Kraftfluss zwischen Generatorrotor und Generatorstator wird die Drehung des Generatorrotors relativ zum Generatorstator verhindert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Generators ist das Dämpfungselement derart formveränderlich ausgebildet, dass der Generatorrotor in radialer Richtung relativ zum Generatorstator bewegbar ist. Erfindungsgemäß wird somit eine Arretierung vorgeschlagen, welche das Schwingverhalten von Generatorrotor und Generatorstator in radialer Richtung weitestgehend nicht behindert und somit die Messwerte einer Modalanalyse, wie beispielsweise die Eigenfrequenz, nur in geringer Weise beeinflusst.
Das Dämpfungselement der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet, indem es derart formveränderlich ausgebildet ist, dass der Generatorrotor in axialer Richtung relativ zum Generatorstator bewegbar ist. Erfindungsgemäß wird somit eine Arretierung vorgeschlagen, welche das Schwingverhalten von Generatorrotor und Generatorstator in axialer Richtung weitestgehend nicht behindert und somit die Messwerte einer Modalanalyse, wie beispielsweise die Eigenfrequenz, nur in geringer Weise beeinflusst.
Die vorliegende Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet, indem das Dämpfungselement derart formveränderlich ausgebildet ist, dass die Beweglichkeit des Generatorrotors relativ zum Generatorstator in Umfangsrichtung, verglichen mit der Beweglichkeit in radialer bzw. axialer Richtung eingeschränkt ist. Erfindungsgemäß wird somit eine Arretiervorrichtung vorgeschlagen, welche eine sichere Arretierung des Generatorrotors relativ zum Generatorstator vorschlägt, den Kraftfluss zwischen Generatorrotor und Generatorstator in Umfangsrichtung aber zumindest eingeschränkt dämpft.
Durch eine Bewegung von Generatorrotor und Generatorstator in Umfangsrichtung erfährt das Dämpfungselement eine Zug- bzw. Druckkraft. Eine Relativbewegung von Generatorstator und Generatorrotor in axialer bzw. radialer Richtung bedingt Scherkräfte, welche auf das Dämpfungselement wirken. Da der Schubmodul G in bekannter Weise kleiner ist als das Elastizitätsmodul E, ist folglich auch die benötigte Scherspannung, welche zur Bewegung eines definierten Punktes um die Strecke Δ I aufgewendet werden muss, kleiner als die Zug- bzw. Druckspannung, welche für eine Verschiebung um Δ I aufgewendet werden müsste.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Arretiervorrichtung einen Haltearm auf, welcher ein statorseitiges Ende und ein rotorseitiges Ende aufweist, wobei an dem statorseitigen Ende eine Aufnahme für das Dämpfungselement ausgebildet ist, welche dazu eingerichtet ist das Dämpfungselement aufzunehmen, welches mit der Tragstruktur in Anlage bringbar ist. Es wird somit ein Haltearm vorgeschlagen, welcher eine kosteneffiziente und gut handhabbare Verbindung zwischen dem Dämpfungselement und der Klemmeinheit bereitstellt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist an dem rotorseitigen Ende des Haltearms eine Klemmeinheit ausgebildet, welche mindestens eine Aussparung aufweist, durch welche Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben, durchführbar sind, und welche dazu eingerichtet ist, die Arretiervorrichtung mit dem Generatorrotor zu verbinden. Es wird somit eine Klemmeinheit vorgeschlagen, welche ein einfaches und schnelles Koppeln und Entkoppeln der Arretiervorrichtung von dem Generatorrotor vorsieht.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Tragstruktur eine Mehrzahl an Segmenten auf, wobei jedes der Segmente eine erste Seite und eine zweite, in Umfangsrichtung gegenüberliegend angeordnete, Seite aufweist, und eine erste Arretiervorrichtung mit der ersten Seite der Tragstruktur in Anlage bringbar ist und mindestens eine weitere Arretiervorrichtung mit der zweiten Seite der Tragstruktur in Anlage bringbar ist, wobei die Wirkrichtung der ersten Arretiervorrichtung im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Wirkrichtung der zweiten Arretiervorrichtung verläuft. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass durch eine Arretierung durch zwei entgegengesetzt gerichtete, Arretiervorrichtungen der Generatorrotor auch dann arretiert werden kann, wenn es zu einer stark variierenden Beanspruchung des Rotors der Windenergieanlage infolge sich drehender Winde kommt. Ferner wird der auf die Tragstruktur wirkende Kraftfluss des Rotors gleichmäßiger in die Tragstruktur eingeleitet und führt damit zu einer geringeren Beanspruchung der Segmente der Tragstruktur und der mit ihr verbundenen Komponenten der Windenergieanlage.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Dämpfungselement mit einem druckbeaufschlagten Fluid, insbesondere Druckluft befüllbar. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch die Befüllung mit einem druckbeaufschlagten Fluid der Grad der Dämpfung in tangentialer, radialer und axialer Richtung steuerbar ist. Ferner ist die Steifigkeit des Dämpungselements durch die Befüllung derart steuerbar, dass das Scher- bzw. Walkverhalten des Dämpungselements und somit die Arretierung des Generatorrotors relativ zum Generatorstator in tangentialer, radialer und axialer Richtung steuerbar ist.
Wenn Druckluft als Füllmedium für die Dämpferelemente verwendet wird, ergibt sich der weitere Vorteil, dass im Leckagefall keine Verunreinigung im Generator anfällt, wie es beispielsweise bei der Verwendung von Öl als Füllmedium der Fall sein könnte.
Als Wirkrichtung der Arretierungsvorrichtung wird hier verstanden, dass die Wirkrichtung sich, vorzugsweise in Umfangsrichtung des Generators, im Wesentlichen senkrecht zu der Kontaktfläche zwischen der jeweiligen Tragstruktur und des jeweiligen Dämpfungselements erstreckt.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht eine Bremseinrichtung vor, welche dazu eingerichtet ist, die Relativgeschwindigkeit des Generatorrotors zu reduzieren oder jedenfalls den Generatorrotor nach Erreichen des Stillstandes temporär zu halten, wobei die Bremseinrichtung eine Bremseinheit und eine Bremsscheibe aufweist, welche wirkverbunden mit dem Generatorrotor ist.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die Bremseinrichtung die Positionierung des Generatorrotors relativ zum Generatorstator erleichtert, wodurch die Arretierung, insbesondere die formschlüssige Arretierung, des Generatorrotors relativ zum Generatorstator erleichtert wird.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Arretiervorrichtung mit der Bremsscheibe koppelbar. Die Erfindung macht sich bei der Koppelung die Erkenntnis zunutze, dass die Bremsscheibe zumeist besser zugänglich als der Generatorrotor selbst ist, und durch das Arretieren der Bremsscheibe in einer vorbestimmten Position relativ zum Generatorstator der wirkverbundene Generatorrotor ebenfalls arretiert wird.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Bremsscheibe Ausnehmungen auf, und die Klemmeinheit ist dazu eingerichtet, mittels einer Klemmverbindung, insbesondere einer Klemmverbindung im Bereich der Ausnehmungen, mit der Bremsscheibe gekoppelt zu werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zugrundeliegende Aufgabe durch eine Windenergieanlage mit einer Gondel, einem in der Gondel angeordneten Maschinenträger und einem an der Gondel drehbar gelagertem Rotor, gekennzeichnet durch eine mit dem Rotor wirkverbundenen Generator nach mindestens einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsvarianten. Hinsichtlich der erreichten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen wird insoweit auf die obigen Ausführungen des Generators verwiesen. Indem die Windenergieanlagen mit einem solchen erfindungsgemäßen Generator versehen wird, macht sie sich die entsprechenden Vorteile zu Eigen.
Vorzugweise weist die erfindungsgemäße Windenergieanlage ferner eine Vorrichtung zum starren Arretieren auf, welche dazu eingerichtet ist, im gekoppelten Zustand den Generatorrotor relativ zum Generatorstator, insbesondere für die Durchführung von Wartungs- und Montagearbeiten, in einer vorbestimmten Position starr zu arretieren, und ferner nach Beendigung der Arbeiten wieder gelöst zu werden. Die Vorrichtung ist dabei vorzugsweise als Haltebremse oder als formschlüssige Arretiervorrichtung ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Arretieren eines Rotors eines Generators, insbesondere eines Generators nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, umfassend die Schritte: Halten des Generatorrotors relativ zum Generatorstator in einer vorbestimmten Position, Einkoppeln einer Arretiervorrichtung zwischen Generatorrotor und Generatorstator derart, dass ein Kraftfluss zwischen Generatorrotor und Generatorstator entsteht, wobei die Arretiervorrichtung ein Dämpfungselement aufweist, welches derart formveränderlich ausgebildet ist, dass es sich infolge des Kraftflusses zwischen Generatorrotor und Generatorstator verformt, und Entkoppeln der dämpfenden Arretiervorrichtung von Generatorrotor und/oder Generatorstator. Die Arretiervorrichtung ist vorzugsweise eine Arretiervorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Das Verfahren macht sich dieselben Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie der erfindungsgemäße Generator. Hinsichtlich der erreichten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen wird daher auf die obigen Ausführungen des Generators verwiesen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfasst jenes das Durchführen einer Modalanalyse zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens des Generators. Die Modalanalyse erfolgt vorzugsweise nach dem Einkoppeln der Arretiervorrichtung zwischen Generatorrotor und Generatorstator, und vor dem Entkoppeln der Arretiervorrichtung von Generatorrotor und/oder Generatorstator. Es wird somit ein Verfahren zur schwingungstechnischen Untersuchung von Windenergieanlagen vorgeschlagen.
Vorzugsweise ist Dämpfungselement mit einem druckbeaufschlagten Fluid, insbesondere Druckluft befüllbar. Das Verfahren wird vorteilhaft dadurch weitergebildet, dass das Dämpfungselement im Schritt des Einkoppelns zunächst zwischen dem Generator und dem Stator montiert wird, und dann derart befüllt wird, dass es mit der Tragstruktur in Anlage gelangt. Die Befüllung des Dämfungselements im montierten Zustand und/oder der Arretierungsvorrichtung erleichtert die Montage deutlich.
Gemäß eines letzten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Verwendung einer dämpfenden Arretiervorrichtung bei der Einleitung und Durchführung einer Modalanalyse zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens eines Generators, insbesondere eines Generators nach mindestens einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Arretiervorrichtung ein Dämpfungselement aufweist, welches derart formveränderlich ausgebildet ist, dass es sich infolge des Kraftflusses zwischen Generatorrotor und Generatorstator verformt.
Hinsichtlich der erreichten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen wird insoweit auf die obigen Ausführungen des Generators, insbesondere dämpfenden Arretiervorrichtung des Generators verwiesen. Die Verwendung einer solchen Arretiervorrichtung bei der Einleitung und Durchführung einer Modalanalyse zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens an einem erfindungsgemäßen Generator, macht sie sich die entsprechenden Vorteile zu Eigen.
Die auftretenden magnetischen Wechselwirkungen, welche zur Entstehung hörbarer schmalbandiger Töne und ggf. einer Beeinträchtigung der Lebensdauer führen können, werden insbesondere durch die Relativbewegung von Generatorrotor und Generatorstator in radialer Richtung hervorgerufen. Bei der Untersuchung der Schwingungscharakteristik ist es daher von besonderer Bedeutung, die Schwingungen von Rotor und Stator in radialer Richtung störungsfrei zu erfassen.
Bei dem Generator kann es sich insbesondere um einen Synchrongenerator, einen Asynchrongenerator, oder einen doppelt gespeisten Asynchrongenerator handeln. Ein Beispiel für einen Synchrongenerator, ist ein vielpoliger Synchron-Ringgenerator einer Windenergieanlage, wobei auch andere Generatoren einschließlich anderer Synchrongeneratoren erfindungsgemäß einsetzbar sind. Ein solcher vielpoliger Synchron-Ringgenerator einer Windenergieanlage weist eine Vielzahl von Statorzähnen auf, insbesondere wenigstens 48 Statorzähne, häufig sogar deutlich mehr Statorzähne wie insbesondere 96 Statorzähne oder noch mehr Statorzähne. Der magnetisch aktive Bereich des Synchrongenerators, nämlich sowohl des Generatorrotors als auch des Generatorstators, ist in einem ringförmigen Bereich um die Drehachse des Synchrongenerators angeordnet.
Der Generator hat vorzugsweise einen magnetisch aktiven Bereich, nämlich sowohl des Rotors als auch des Stators, der in einem ringförmigen Bereich um die Drehachse des Synchrongenerators angeordnet ist. Je nach Aufbau der erfindungsgemäßen Windenergieanlage kann eine Tragstruktur in dem inneren Bereich vorhanden sein, die aber in einigen Ausführungen axial versetzt ausgebildet sein kann.
Der Generator ist vorzugsweise fremderregt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Generator ein langsam drehender Generator. Hiermit wird ein Generator mit einer Drehzahl von 100 Umdrehungen pro Minute oder weniger, vorzugsweise 50 Umdrehungen pro Minute oder weniger, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 35 Umdrehungen pro Minute verstanden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Hierbei zeigen:

1: eine Windenergieanlage schematisch in einer perspektivischen Ansicht,
2: eine schematische Darstellung eines Rotors einer Windenergieanlage gemäß 1,
3: einen Ausschnitt der Ansicht des Rotors und eine Arretiervorrichtung gemäß 2,
4: eine schematische Darstellung der Arretiervorrichtung gemäß 2,
5a: einen Ausschnitt der Arretiervorrichtung gemäß 4 ohne Relativbewegung
5b: einen Ausschnitt der Arretiervorrichtung gemäß 4 unter Relativbewegung in radialer Richtung
5c: einen Ausschnitt der Arretiervorrichtung gemäß 4 unter Relativbewegung in axialer Richtung
5d: einen Ausschnitt der Arretiervorrichtung gemäß 4 unter Relativbewegung in Umfangsrichtung.

1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 angeordnet. Die Rotorblätter 108 sind mit ihrer Rotorblattwurzel an einer Rotornabe angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen (nicht dargestellten) Generator in der Gondel 104 an.
2 zeigt einen Generator 120, insbesondere einen Generator für die Windenergieanlage 100, mit einem drehbar gelagerten Generatorrotor 121, einem mit dem Generatorrotor 121 korrespondierenden Generatorstator 122, welcher eine Tragstruktur 123 zur Befestigung in der Windenergieanlage 100 aufweist. Die Statortragstruktur 123 weist ferner eine Mehrzahl an Segmenten 123 a, b, c und mindestens eine erste Seite 123' und eine zweite Seite auf 123" auf.
Jedes Segment der Statortragstruktur 123 a, b, c weist mindestens eine erste Seite 123' a, b, c und eine zweite Seite 123" a, b, c auf. Ferner sind in dem Generator 120 mindestens drei Arretiervorrichtungen 130 a, b, c angeordnet, welche derart zwischen Generatorrotor 121 und Generatorstator 122 eingekoppelt sind, dass ein Kraftfluss zwischen Generatorrotor 121 und Generatorstator 122 entsteht.
Die Arretiervorrichtungen 130 a,b,c arretieren den Generatorrotor 121 relativ zu dem Generatorstator 122 in einer vorbestimmten Position. Dabei ist jeweils eine erste Arretiervorrichtung 130' a, b, c mit einer ersten Seite der Statortragstruktur 123'a, b, c in Anlage und eine zweite Arretiervorrichtung 130" a, b, c mit einer zweiten Seite der Statortragstruktur 123"a, b, c in Anlage.
3 zeigt einen Ausschnitt des Generators 120 gemäß 2. Gemäß dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der drehbar gelagerte Rotor 121 mit einer Bremsscheibe 125 wirkverbunden, welche derart ausgebildet ist, dass sie eine Vielzahl von Aussparungen entlang ihres Umfangs aufweist.
Der Generatorstator 122 ist mit einer Tragstruktur 123 verbunden. Die Statortragstruktur 123 ist dazu eingerichtet den Generatorstator 122 mit der Windenergieanlage 100 zu verbinden. Die Statortragstruktur 123 weist ferner eine Mehrzahl an Segmenten 123 a, b, c und mindestens eine erste Seite 123' und eine zweite Seite auf 123" auf.
Die Arretiervorrichtung 130', 130" ist mit der Bremsscheibe 125 einer Bremsvorrichtung des Generatorrotors 121 gekoppelt. Ferner ist die Arretiervorrichtung 130' mit einer ersten Seite der Tragstruktur 123' und die Arretiervorrichtung 130" mit einer zweiten Seite der Tragstruktur 123" des Generatorstators 122 in Anlage.
Die Arretiervorrichtung 130', 130" weist ferner einen Haltearm 133 auf, welcher ein statorseitiges Ende mit einer Aufnahme 134 für das Dämpfungselement 131 und ein rotorseitiges Ende aufweist.
An dem statorseitigen Ende der Arretiervorrichtung 130 ist an der Aufnahme 134 das Dämpfungselement 131 angeordnet. An dem rotorseitigen Ende ist eine Klemmeinheit 132 ausgebildet, welche eine oder mehrere Ausnehmungen 135 aufweist, durch welche Verbindungsmittel, beispielsweise Schraubverbindungen, zur Ausbildung einer Klemmverbindung durchführbar sind.
4 zeigt die Arretiervorrichtung 130. Die Arretiervorrichtung 130 umfasst einen Haltearm 133, welcher ein statorseitiges Ende besitzt, an welchem eine Aufnahme 134 für ein Dämpfungselement und ein Dämpfungselement 131 angeordnet sind. Ferner besitzt der Haltearm 133 ein rotorseitiges Ende, an welchem eine Klemmeinheit 132 ausgebildet ist. Die Klemmeinheit 132 weist mindestens eine Aussparung 135 auf, durch welche Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben, zur Ausbildung einer Klemmverbindung durchführbar sind.
Die Kontaktfläche zwischen Tragstruktur 123 und Dämpfungselement 131 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse 150. Die Wirkrichtung des Dämpfungselements 131, ausgehend von dem Umfang des Rotors 121, verläuft im Wesentlichen parallel zu der Achse 150.
5a zeigt einen Ausschnitt der Arretiervorrichtung 130 im Ruhezustand. Die Arretiervorrichtung 130 umfasst eine Symmetrieachse 140, einen Haltearm 133, welcher ein statorseitiges Ende besitzt, an welchem eine Aufnahme 134 für ein Dämpfungselement und ein Dämpfungselement 131 angeordnet sind. Das Dämpfungselement 131 ist mit der Tragstruktur 123 des Stators 122 in Anlage. Die Kontaktfläche zwischen Tragstruktur 123 und Dämpfungselement 131 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 150.
Ferner zeigt 5a eine Achse 150, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Radialen des Generators 120 verläuft und welche im Wesentlichen mit der Symmetrieachse 140 der Arretiervorrichtung 130 übereinstimmt.
Die Arretiervorrichtung 130 erfährt eine Kraft F_T1 in Umfangsrichtung durch den Rotor 121, welche auf das Dämpfungselement 131 übertragen wird. Das Dämpfungselement weist dabei eine Höhe L auf.
5b zeigt einen Ausschnitt der Arretiervorrichtung 130 entsprechend 5a, welche unter Einwirkung einer Kraft F_R eine Relativbewegung in radialer Richtung erfährt. Die Arretiervorrichtung 130 erfährt ferner eine Kraft F_T1 in Umfangsrichtung durch den Rotor 121, welche auf das Dämpfungselement 131 übertragen wird. Das Dämpfungselement weist dabei eine Höhe L auf. Das formveränderliche Dämpfungselement 131 erfährt dabei im Wesentlichen eine Scherung um ΔL infolge der Kraft F_R .
Ferner zeigt 5b eine Achse 150, welche unter der Relativbewegung in radialer Richtung einen Abstand ΔL zu der Symmetrieachse 140 der Arretiervorrichtung 130 aufweist.
5c zeigt einen Ausschnitt der Arretiervorrichtung 130 entsprechend 5a, welche unter Einwirkung einer Kraft F_A eine Relativbewegung in axialer Richtung erfährt. Die Arretiervorrichtung 130 erfährt ferner eine Kraft F_T1 in Umfangsrichtung durch den Rotor 121, welche auf das Dämpfungselement 131 übertragen wird. Das Dämpfungselement weist dabei eine Höhe L auf. Das formveränderliche Dämpfungselement 131 erfährt dabei im Wesentlichen eine Scherung um ΔL infolge der Kraft F_R .
Ferner zeigt 5c eine Achse 150, welche unter der Relativbewegung in axialer Richtung einen Abstand ΔL zu der Symmetrieachse 140 der Arretiervorrichtung 130 aufweist.
5d zeigt einen Ausschnitt der Arretiervorrichtung 130 entsprechend 5a, welche unter Einwirkung eine Kraft F_T2 (F_T2 >> F_T1) durch den Rotor 121 eine Relativbewegung in Umfangsrichtung erfährt. Die Kraft F_T2 wird auf das Dämpfungselement 131 übertragen, sodass die Höhe des formveränderlichen Dämpfungselements um ΔL gestaucht wird.
Ferner zeigt 5d eine Achse 150, welche im Wesentlichen mit der Symmetrieachse 140 der Arretiervorrichtung 130 übereinstimmt.
Unter der vereinfachten Annahme, dass auf das Dämpfungselement 131 ausschließlich Kräfte in Umfangsrichtung wirken, leitet sich die für eine Dehnung bzw. Stauchung ε um ΔL die aufzuwendende Zug- bzw. Druckspannung σ wie folgt her: $σ = E \cdot ε = E \cdot Δ L,$
mit E als Elastizitätsmodul.
Unter der vereinfachten Annahme, dass auf das Dämpfungselement 131 ausschließlich Kräfte in radialer bzw. axialer Richtung wirken, leitet sich die für eine Scherung um den Winkel γ die aufzuwendende Scherspannung τ wie folgt her: $τ = G \cdot tan γ = G \cdot \frac{Δ L}{L},$
mit G als Schubmodul.
Somit ergibt sich, da L >> ΔL und G < E, dass folglich die für eine Relativbewegung ΔL aufzuwendende Kraft in radialer bzw. axialer Richtung um ein Vielfaches geringer als eine Kraft in axialer bzw. radialer Richtung ist.

Claims

Generator, insbesondere Generator (120) einer Windenergieanlage (100), mit - einem drehbar gelagerten Generatorrotor (121); - einem mit dem Generatorrotor (121) korrespondierenden Generatorstator (122), welcher eine Tragstruktur (123) zur Befestigung in der Windenergieanlage (100) aufweist; und - mindestens einer Arretiervorrichtung, welche derart zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) einkoppelbar ist, dass ein Kraftfluss zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) entsteht, und welche dazu eingerichtet ist, im gekoppelten Zustand den Generatorrotor (121) relativ zum Generatorstator (122) in einer vorbestimmten Position zu arretieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (130) ein Dämpfungselement (131) aufweist, welches derart formveränderlich ausgebildet ist, dass es sich infolge des Kraftflusses zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) verformt.
Generator (120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (131) derart formveränderlich ausgebildet ist, dass der Generatorrotor (121) in radialer Richtung relativ zum Generatorstator (122) bewegbar ist.
Generator (120) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (131) derart formveränderlich ausgebildet ist, dass der Generatorrotor (121) in axialer Richtung relativ zum Generatorstator (122) bewegbar ist.
Generator (120) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (131) derart formveränderlich ausgebildet ist, dass der Generatorrotor (121) in Umfangsrichtung relativ zum Generatorstator (122), verglichen mit der Beweglichkeit in radialer bzw. axialer Richtung, nur eingeschränkt bewegbar ist.
Generator (120) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (130) einen Haltearm (133) aufweist, welcher ein statorseitiges Ende und ein rotorseitiges Ende aufweist, wobei an dem statorseitigen Ende eine Aufnahme (135) für das Dämpfungselement (131) ausgebildet ist, auf welcher das Dämpfungselement (131) angeordnet ist, welches mit der Tragstruktur (123) in Anlage bringbar ist.
Generator (120) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem rotorseitigen Ende des Haltearm (133) eine Klemmeinheit (132) ausgebildet ist, welche mindestens eine Aussparung (135) aufweist, durch welche Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben, durchführbar sind, und welche dazu eingerichtet ist, die Arretiervorrichtung (130) mit dem Generatorrotor (121) zu verbinden.
Generator (120) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (123) eine Mehrzahl an Segmenten (123 a, b, c) aufweist, wobei jedes der Segmente (123 a, b, c) eine erste Seite (123'9 und mindestens eine zweite Seite (123") aufweist, und eine erste Arretiervorrichtung (130') mit der ersten Seite der Tragstruktur (123') in Anlage bringbar ist und mindestens eine weitere Arretiervorrichtung (130") mit der mindestens einen zweiten Seite der Tragstruktur (123") in Anlage bringbar ist, wobei die Wirkrichtung der ersten Arretiervorrichtung (130') im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Wirkrichtung der zweiten Arretiervorrichtung (130") verläuft.
Generator (120) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (131) mit einem druckbeaufschlagten Fluid, insbesondere Druckluft, befüllbar ist.
Generator (120) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bremseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Relativgeschwindigkeit des Generatorrotors (121) zu reduzieren, wobei die Bremseinrichtung eine mechanische Bremseinheit und eine Bremsscheibe (125), welche wirkverbunden mit dem Generatorrotor (121) ist, aufweist.
Generator (120) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (130', 130") mit der Bremsscheibe (125) koppelbar ist.
Generator (120) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (125) Ausnehmungen aufweist, und die Klemmeinheit (132) dazu eingerichtet ist, mittels einer Klemmverbindung, insbesondere einer Klemmverbindung im Bereich der Ausnehmungen, mit der Bremsscheibe (125) gekoppelt zu werden.
Windenergieanlage, mit einer Gondel (104), einem in der Gondel (104) angeordneten Maschinenträger und einem an der Gondel (104) drehbar gelagerten Rotor (108), gekennzeichnet durch einen mit dem Rotor (121) wirkverbundenen Generator (120) nach einem der Ansprüche 1-11.
Verfahren zum Arretieren eines Rotors (121) eines Generators (120), insbesondere eines Generators (120) nach einem der Ansprüche 1-11, umfassend die Schritte: - Halten des Generatorrotors (121) relativ zum Generatorstator (122) in einer vorbestimmten Position, - Einkoppeln einer dämpfenden Arretiervorrichtung (130' a, b, c, 130" a, b, c) zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) derart, dass ein Kraftfluss zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) entsteht, und - Entkoppeln der dämpfenden Arretiervorrichtung (130) von Generatorrotor (121) und/oder Generatorstator (122).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei dem Verfahren ferner folgende Schritte vorausgehen: - Bremsen des Generatorrotors (121) durch eine Bremseinrichtung, und - Feststellen des Generatorrotors (121) relativ zum Generatorstator (122) in einer vorbestimmten Position durch eine Feststellvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Verfahren ferner das Durchführen einer Modalanalyse zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens des Generators (120) umfasst, welche vorzugsweise erfolgt, nachdem die Arretiervorrichtung eingekoppelt worden ist, und bevor die Arretiervorrichtung entkoppelt wird.
Verwendung einer Arretiervorrichtung (130' a, b, c, 130" a, b, c) zur Arretierung eines Rotors eines Generators, insbesondere einer Windenergieanlage für die Durchführung einer Modalanalyse zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens des Generators , wobei die Arretiervorrichtung (130' a, b, c, 130" a, b, c) ein Dämpfungselement (131) aufweist, welches derart formveränderlich ausgebildet ist, dass es sich infolge des Kraftflusses zwischen Generatorrotor (121) und Generatorstator (122) verformt.