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DE69800698T2 - Windturbine - Google Patents

Windturbine

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DE69800698T2
DE69800698T2 DE69800698T DE69800698T DE69800698T2 DE 69800698 T2 DE69800698 T2 DE 69800698T2 DE 69800698 T DE69800698 T DE 69800698T DE 69800698 T DE69800698 T DE 69800698T DE 69800698 T2 DE69800698 T2 DE 69800698T2
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DE
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mast
frame
rotary shaft
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wind turbine
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie mittels des Winds, die Folgendes aufweist: einen Mast, mindestens eine Windturbine mit einem Rotor und radial abstehenden Flügeln, wobei die Windturbine an einem Arm befestigt ist, der sich mittels einer horizontalen Drehwelle drehen kann, die auf solche Weise mit dem Mast verbunden ist, dass die Windturbine nach Wunsch relativ hohe und relativ niedrige Positionen einnehmen kann, wobei sich der Arm darüber hinaus um eine vertikale Welle drehen kann, die ungefähr der Mastachse entspricht.
  • Eine Vorrichtung dieser Art ist aus FR-A-2,568,948 bekannt.
  • Die Möglichkeit, die Windturbine von einer hohen Position bis in eine niedrige Position zum Drehen zu bringen, erhöht die Zugänglichkeit der Turbine beträchtlich, was zur Wartung und zum Austausch von Komponenten von Bedeutung ist.
  • Es ist bekannt, eine Anzahl von Windturbinen pro Mast zu verwenden, um dazu in der Lage zu sein, beträchtlich mehr elektrische Energie pro Mast zu erzeugen.
  • FR-A-2,413,566 beschreibt eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie mit einer Anzahl hohler, rohrförmiger Arme, die an einem Ende mit einem zentralen Gussstück verschweißt sind und am anderen Ende mit einer Windturbine versehen sind. Das Gussstück ist auf solche Weise am Mast befestigt, dass es sich nicht drehen kann.
  • Diese Konstruktion zeigt den Nachteil, dass die Windturbinen ungleichmäßige Abnutzungen zeigen, da auf hohem Niveau angeordnete Windturbinen höheren Windgeschwindigkeiten, und demgemäß höherer Abnutzung, unterliegen als Windturbinen, die auf niedrigem Niveau angeordnet sind.
  • Ausgehend von der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff ist es die Aufgabe der Erfindung, dazu in der Lage zu sein, beträchtlich mehr elektrische Energie pro Mast zu erzeugen, während dennoch der oben genannte Nachteil gemäß FR- A-2,413,566 (ungleichmäßige Abnutzung der verschiedenen Windturbinen) vermieden ist.
  • Gemäß der Erfindung ist zu diesem Zweck die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung drei oder mehr Arme aufweist, die sich um eine gemeinsame horizontale Drehwelle drehen können, wobei an jedem der Arme eine Windturbine befestigt ist und wobei jeder der Arme einen Teil eines Rahmens bildet, der sich rechtwinklig zur gemeinsamen Drehwelle erstreckt, und dass sich diese gemeinsame horizontale Drehwelle ungefähr im Schwerpunkt des Rahmens befindet.
  • Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht darin, dass die Turbinen zu Wartungszwecken leicht zugänglich gemacht werden können, insbesondere dann, wenn eine Platte, auf der diese Arbeit ausführende Personen stehen können, in der Nähe einer niedrigen Position einer Windturbine angebracht ist und eine vertikal verstellbare Liftplatte am Mast angebracht ist, um Komponenten zwischen einer niedrigen Position und einer hohen Position nach oben und unten zu bewegen, wobei sich die Liftplatte ungefähr einem Ort gegenüberstehend befindet, an dem sich eine Rotorgeneratoreinheit befindet oder angeordnet werden kann.
  • Vorzugsweise verfügt der Rahmen über drei oder mehr Druckstäbe, die einander im Schwerpunkt schneiden und an ihren Außenenden durch Zugkabel oder Verbindungsstangen verbunden sind, wobei die Rotorgeneratoreinheiten an den Außenenden der Druckstäbe angebracht sind.
  • Die Drehung des Rahmens kann auf kontrollierte Weise erfolgen, wenn die Drehwelle durch eine solche Drehwelle verlängert ist, auf die ein Mechanismus, wie ein Getriebe, einwirkt.
  • Es ist sehr wichtig, dass der Rahmen rotationsmäßig fixiert werden kann, und zu diesem Zweck ist der Mast in seinem oberen Teil mit einem Querträger zum rotationsmäßigen Fixieren des Rahmens versehen.
  • Nun wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung, die gemäß der Erfindung zum Erzeugen von elektrischer Energie mittels des Winds konzipiert ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht der Vorrichtung während der Montage von Komponenten.
  • Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines speziellen Ausführungsbeispiels.
  • Fig. 4, 5, 6 zeigen verschiedene Konstruktionen von Mehrfachwindturbinen gemäß der Erfindung.
  • Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Teils eines alternativen Ausführungsbeispiels.
  • Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht eines Teils noch eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels.
  • Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht des oberen Teils eines Ausführungsbeispiels, das im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 verbessert ist.
  • Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie mittels des Winds ist auf einer Trägerkonstruktion 1 angeordnet, die auf dem Boden eines Meeres oder eines Sees ruht. Die Vorrichtung selbst verfügt über einen Mast 2, der drehbar an einem Drehring 3 gelagert ist, der an der Trägerkonstruktion 1 angebracht ist. Eine horizontale Drehwelle 4, die im Schwerpunkt eines dreieckigen Rahmens 5 liegt, ist am oberen Ende des Masts 2 befestigt. Dieser Rahmen verfügt über drei Druckstäbe 6, drei Haltestäbe 7, die in einer Linie mit einem Druckstab liegen, und Zugkabel und/oder Verbindungsstangen 8. Die Druckstäbe 6 und die Haltestäbe 7 schneiden einander im genannten Schwerpunkt des Rahmens. Die Zugkabel und/ oder Verbindungsstangen 8 sind mit dem Außenende der Haltestäbe 7 verbunden, und sie haben die Ecken des Halterahmens gemeinsam. Das Kopplungsteil 9 einer Rotorgeneratoreinheit 10 ist lösbar am radialen Ende jedes Druckstabs 6 befestigt.
  • Ungefähr in der halben Höhe des Masts 2 sind eine Wartungsplatte 11 und eine Montageplatte 12 angeordnet. Eine Rotorgeneratoreinheit 10 kann unter Verwendung eines Lifts 13, der entlang vertikaler Schienen 13a geführt wird, bis in eine Position hoch bewegt werden, in der das Kopplungsteil 9 einer derartigen Einheit so geführt ist, dass es dem nach unten zeigenden Ende eines Druckstabs 6 gegenübersteht, wodurch es möglich ist, das Kopplungsteil 9 und das Ende des Druckstabs 6 auf der Platte 12 unter Verwendung z. B. einer Flanschverbindung zu verbinden.
  • Unter Verwendung des Lifts 13 können die Flügel 14 der Turbine an eine Position bewegt werden, an der sie an einer Rotorgeneratoreinheit befestigt werden können. Zu diesem Zweck verfügt der Lift über vorstehende Trägerflächen zum Aufbewahren von Ersatzflügeln 14 und Rotorgeneratoreinheiten 10.
  • Fig. 3 zeigt, dass die Druckstäbe 6 Teil eines Gitterwerkträgers bilden, der sich in der Ebene der Windrichtung erstreckt, d. h., dass ein Druckstab 6 immer auf einer der Seiten eines Gitterwerkträgers angeordnet ist. Die Kabel 8 sind sowohl an der vorderen als auch der hinteren Stirnfläche des Gitterwerks befestigt, um eine torsionsmäßig starre Konstruktion zu erzeugen.
  • Am oberen Ende des Masts 2 sind zwei Lager 16 angeordnet, in denen eine Welle 17 gelagert ist, die Teil der Drehwelle 4 des Rahmens bildet oder mit dieser verbunden ist. Am Ende der Welle 17 ist ein großes Getrieberad 18 angebracht. In das Getrieberad 18 greift ein Ritzel 19 ein, das unter Verwendung eines Getriebes 20 durch einen Motor gedreht werden kann. Es ist ersichtlich, dass es dies ermöglicht, den Rahmen 5 zu drehen. Die Betriebsposition für den Fall, dass drei Turbinen 10, 14 vorliegen, ist in Fig. 1 dargestellt. Das Drehen des Rahmens 5 um 60º gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Betriebsposition erzeugt eine Montage- und/oder Wartungsposition, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Aus dieser Figur ist es erkennbar, dass der Lift 13 dazu verwendet wird, einen Flügel 14 zu einer korrekt montierten Rotorgeneratoreinheit zu transportieren.
  • Da die Windstärke in verschiedenen Höhen unterschiedlich ist, ist es empfehlenswert, den Rahmen 5 ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Position regelmäßig um 120º zu drehen. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Abnutzung der Windturbinen.
  • Es ist möglich, in Fig. 3 an der Unterseite des Halterahmens eine Rotorgeneratoreinheit 10 zu erkennen, deren Welle zeitweilig durch eine Hilfswelle 21 verlängert ist. Unter Zuhilfenahme eines Getriebes 22 kann diese Hilfswelle fixiert oder gedreht werden, um die Rotorposition zu ändern, während die Flügel montiert werden.
  • Ein Querträger 23, an dem der Halterahmen 6 an Punkten 24 befestigt werden kann, ist im Bereich des oberen Endes des Masts 2 positioniert. Die Befestigungseinrichtung kann aus fernbedienbaren Verriegelungsstiften bestehen. Der Halterahmen kann auf einem Punkt 25 in Bezug auf den Mast 2 fixiert werden. Der Querträger 23 könnte in eine Mastkonstruktion mit vier Beinen so integriert werden, dass die Befestigungspunkte am Ende des Querträgers mit den Ecken des Querträgers des Rahmens übereinstimmen.
  • Die Windturbinen verfügen vorzugsweise über keine Getrieberäder; der elektromechanische Teil kann dann in der Rotationsebene eine rotationssymmetrische Struktur aufweisen. Dies erlaubt es, Turbinen unmittelbar an den Enden der Druckstäbe, ohne Verwendung einer Schelle, z. B. mittels einer Flanschverbindung zu befestigen.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 erstrecken sich die vertikalen Schienen 13a der Liftplatte 13 bis ungefähr zur Deckebene eines Versorgungsschiffs nach unten. Komponenten, wie eine Rotorgeneratoreinheit, Flügel und dergleichen, können dann vom Schiff in die gewünschte Position nahe an der Montageplatte 12 unter Verwendung der Platte 13 angehoben werden. Der Mast 2 ist auf der Trägerkonstruktion 1 exzentrisch auf solche Weise positioniert, dass die Schienen 13a an der Außenseite derselben liegen. Der Drehring 3 liegt entfernt über der Montageplatte 12.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 zeigt einen Zusatz zu dem, was in Fig. 3 dargestellt ist. Lager 26, in denen eine horizontale Welle 27 gelagert ist, sind an den Enden der Stäbe 6 angeordnet. An dieser horizontalen Welle sind drei Komponenten befestigt: an der Vorderseite befindet sich eine Rotorgeneratoreinheit 10 mit Flügeln 14, in der Mitte befindet sich ein Generator ohne Getrieberäder mit einem sich drehenden Rotorteil 28 und einem Statorteil 29, der mittels eines Verbindungsflanschs 30 fest am Tragarm angebracht ist, wobei sich die horizontale Welle durch den Statorteil mit dem Lagergehäuse 21 erstreckt, und an der Rückseite befindet sich ein Verbindungsflansch 32, der nun unmittelbar, ohne Hilfswelle 20, mit dem Getriebe 22 verbunden werden kann. Am Umfang des Rotorteils kann ein konzentrischer Bremsring 33 angeordnet sind. Die Rotorgeneratoreinheit kann durch die Bremsblöcke 34 zum Stillstand gebracht werden. Diese Bremsblöcke sind im Gitterwerksystem angeordnet.
  • Abhängig vom Hebevermögen des Lifts ist es auch möglich, andere Kombinationen von Komponenten anzuheben, unabhängig davon, ob als Gesamtheit oder als getrennte Teile. Im Fall eines sehr schweren Generators von z. B. acht Tonnen könnte dieser in zwei Hälften angehoben werden. Wenn das Gewicht des Rotors mit Flügeln unter einem speziellen Wert, z. B. sechs Tonnen, liegt, kann er insgesamt, einschließlich der Flügel, angehoben werden. Die Verteilung der anzuhebenden Komponenten kann nur dann definitiv bestimmt werden, nachdem das endgültige Design festgelegt wurde. Es ist immer möglich, die Verteilung zu modifizieren.
  • Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Verwendung an Land geeignet ist. Im Prinzip wäre es auch möglich, einen Druckarm mit Windturbine an einer mit dem Mast verbundenen Drehwelle zu verwenden, in welchem Fall ein Gegengewicht verwendet würde, um den Schwerpunkt ungefähr am Ort der Drehwelle zu positionieren. Es ist auch möglich, dass zwei Druckarme in einer Linie liegen, wobei sich die Drehwelle zentral zwischen den Windturbinen befindet.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 3 dadurch, dass der obere Teil des Masts 2 als Halter 35 konstruiert ist, der in Bezug auf das obere Ende des Masts verbreitert ist, wobei an diesem Halter zwei Lager mit relativ großem gegenseitigem Abstand angeordnet sind, durch die die Welle 17 als Verlängerungsteil an der horizontalen Drehwelle 4 montiert ist. Ferner verfügen die Arme 6, die als Gitterwerkträger konzipiert sind, über einen abgeschrägten Abschnitt 6a, der in einen Abschnitt 6b übergeht, der unmittelbar entlang dem Mast 2 verläuft. Dieses Ausführungsbeispiel verringert das Moment und verbessert die Abstützung des Rahmens 5.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie mittels des Winds, mit einem Mast (2), einer Windturbine (10, 14) mit einem Rotor (10) und radial abstehenden Flügeln (14), wobei die Windturbine an einem Arm (6) befestigt ist, der sich mittels einer horizontalen Drehwelle (4) drehen kann, die auf solche Weise mit dem Mast (2) verbunden ist, dass die Windturbine nach Wunsch relativ hohe und relativ niedrige Positionen einnehmen kann, wobei sich der Arm (6) um eine vertikale Welle drehen kann, die ungefähr der Mastachse (2) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung drei oder mehr Arme (6) aufweist, die sich um eine gemeinsame horizontale Drehwelle (4) drehen können, wobei an jedem der Arme (6) eine Windturbine (10, 14) befestigt ist und wobei jeder der Arme einen Teil eines Rahmens (5) bildet, der sich rechtwinklig zur gemeinsamen Drehwelle (4) erstreckt, und dass sich diese gemeinsame horizontale Drehwelle (4) ungefähr im Schwerpunkt des Rahmens (5) befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) in seinem oberen Teil mit einem Querträger (23) zum rotationsmäßigen Befestigen des Rahmens (5) versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwelle (4) durch eine Drehwelle (17) verlängert ist, auf die ein Mechanismus wie ein Getriebe (18, 19, 20) einwirkt, um den Rahmen (5) auf kontrollierbare Weise verdrehen zu können.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (5) drei oder mehr Druckstäbe (6) aufweist, die einander im Schwerpunkt schneiden und an ihren Außenenden durch Zugkabel oder Verbindungsstangen (8) miteinander verbunden sind, wobei die Windturbinen (10, 14) an den Außenenden der Druckstäbe (6) befestigt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Mast (2) eine vertikal verschiebbare Liftplatte (13) angeordnet ist, um Komponenten zwischen einer niedrigen und einer hohen Position nach oben und unten zu bewegen, wobei die Liftplatte ungefähr einem Ort gegenüberstehend angeordnet ist, an dem sich eine Rotorgeneratoreinheit (10) befindet oder angeordnet werden kann.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstäbe (6) des Rahmens ein Gitterwerk bilden.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (2) unter Einfügung eines Drehrings (3) an einer Trägerkonstruktion (1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rotorgeneratoreinheit (10) mit einem radial abstehenden Verbindungsteil (9) (Laternenring) versehen ist, durch das die Einheit am Ende eines Rahmenarms (6) oder eines Rahmendruckstabs (6) angebracht oder von diesem abgenommen werden kann.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle jeder Rotorgeneratoreinheit (10) durch eine zeitweilig angebrachte Hilfswelle (21) verlängert werden kann, um ein im oder am Mast (2) angebrachtes Getriebe (22) zu erreichen.
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