DE4413688A1

DE4413688A1 - Windenergieanlage

Info

Publication number: DE4413688A1
Application number: DE4413688A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof Dr Ing Klinger; Guenter Prof D Schmidt-Goenner
Original assignee: Individual
Current assignee: Vensys Energy AG
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 1995-10-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Rotor oder mehreren um horizontale Achsen drehenden Rotoren, die starr an einem Turm befestigt sind und zusammen mit dem Turm in die jeweilige Windrichtung gedreht werden können.

Insbesondere bei sogenannten Multiwindturbinen, d. h. Windenergiean lagen mit mehreren um horizontale Achsen am Turm drehbaren Rotoren, ist es vorteilhaft, eine Windrichtungsnachführung nicht zwischen jeder einzelnen Rotor-Turm-Verbindung, sondern eine einzige Wind richtungsnachführung am Turmfuß anzuordnen. Eine bekannte diesbezüg liche Windrichtungsnachführung am Turmfuß einer Windenergieanlage mit kleinen Rotoren sieht Drehkranzlager zwischen Turmfuß und Fundament vor. Die Drehkranzlager sind eine Wälzlagereinheit, die die Kippmomente der Anlage aufnimmt.

Drehkranzlager für Türme mit mehreren Tausend Tonnen Gewicht sind nicht wirtschaftlich herstellbar. Für größer dimensionierte Wind kraftanlagen mit großen Rotoren sind Drehkranzlager nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Windenergieanlage der eingangs genannten Art, welche bei einfachem Aufbau und geringer Strukturbelastung eine einfache und sichere Windrichtungsnachfüh rung auch bei Großanlagen ermöglicht.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 9.

Wesen der Erfindung ist, den Turm ohne Einspannung an einem Funda ment nur durch sein Eigengewicht dreh- und kippsicher auf einem Gleitlagertragsystem aufzustellen, das nur zum Zweck der Windrich tungsnachführung ein Drehen des Turms bezüglich des Fundaments bei Überwindung der Gleitreibung durch einen Drehantrieb ermöglicht. Das Fundament kann ein Ringfundament sein. Auch kommen als Funda ment Fundamentpfähle in Betracht.

Das Gleitlagertragsystem umfaßt vorzugsweise drei Tragelemente mit sphärischen Gelenken oder elastischen Lagerelementen zwecks Aus bildung einer standsicheren Dreipunktlagerung, wobei die Gleitflä chen der Tragelemente entweder dem Turmfuß oder dem Fundament zugewandt sein können.

Die Gleitfläche ist bevorzugt eine kegelförmige Ringfläche zur Aufnahme von Vertikal- und Horizontalkräften.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, zwecks Verringerung der Reibungswiderstände beim Drehen des Turms das Gleitlagertragsystem durch gasförmige oder flüssige Trag medien "hydrostatisch" zu entlasten. Ausschließlich für den Ver drehvorgang des Turmes wird hierbei im Gleitlager im Bereich der Gleitfläche ein Druckpolster aus einem flüssigen oder gasförmigen Medium aufgebaut, wobei auch eine Teilentlastung einzelner oder sämtlicher Tragelemente in Frage kommt. Die Tragelemente können mit einem reibungsarmen Gleitbelag versehen sein.

Jedes Tragelement kann mit drei Tragtaschen ausgebildet sein, die mit Tragfluid befüllt werden können. Die Tragtaschen besitzen hier zu entsprechende Druckleitungsanschlüsse für einen Druckanschluß für beispielsweise 15 bar. Durch Verwendung von drei Tragtaschen ist ein jedes Tragelement stabil auf der Gleitfläche gelagert und kann sich, wenn elastische oder sphärische Lagerelemente (z. B. ein Gummielement oder eine (Halb-)Kugel) zwischengeschaltet sind, auch automatisch leicht unebenen Gleitflächen anpassen.

Der Turm kann dann also durch diese besondere Art einer hydrauli schen Lagerung auf einem ringförmigen Fundament in entlasteter Weise vergleichsweise leicht gedreht werden, um alle Turbinen bei jeder Windrichtung optimal und ungestört anzuströmen. Nach einem Drehen wird das Druckpolster in den Tragtaschen wieder abgebaut, so daß der Turm wieder satt auf seiner Unterlage bei satter Auflage auf seiner Gleitfläche ruht.

Werden also die Gleitlager durch hydrostatische Entlastung nahezu reibungslos gemacht, kann der Turm leicht gedreht und anschließend wieder abgesetzt werden. Im abgesetzten Zustand eines Turmes ohne Lagerentlastung bieten die Gleitlager aufgrund ihrer höheren Rei bung durch das Eigengewicht des Turms einen rüttelsicheren Stand. Zusätzliche Bremsen oder Arretierungshilfen wie etwa bei bekannten Drehkranzlagern sind entbehrlich.

Eine Multiwindturbine kann aus sechs seriennahen 500 kW-Windturbi nen auf einem ca. 160 m hohen Spannbetonturm bestehen, bei dem in Höhen von 50, 95 und 140 m jeweils zwei Windturbinen rechts und links vom Turm an Auslegern angebracht sind. Damit sind auf dem Turm 3 MW elektrische Leistung installiert, und es wird eine elek trische Energie für 2000 bis 3000 Haushalte produziert. Der Turm ermöglicht eine optimale Anströmung aller Turbinen bei jeder Wind richtung. Abschattungsverluste, die bei bekannten Windparks trotz weiträumiger Aufstellung von Einzeltürmen unvermeidbar sind, treten bei der Erfindung nicht auf. Der Energieertrag wird durch Ausnut zung der besseren Windverhältnisse in größerer Höhe deutlich ver bessert.

Gegenüber Großanlagen mit ähnlicher elektrischer Leistung wie GROWIAN oder AEOLUS II sind die Strukturbelastungen wesentlich geringer. Da die Einzelturbinen Serienmaschinen sein können, ergeben sich erhebliche Kostenvorteile, und das Entwicklungsrisiko ist auf den Turm beschränkt. Außerdem bietet der Turm den Vorteil, auch optimale Standorte in Mittelgebirgslagen auszunutzen, bei de nen übliche Windparks nicht errichtet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Windenergieanlage mit einem Rotor in schematischer Seitenansicht und Darstellung von Einzelheiten im Bereich des Bodenfundaments,

Fig. 2 ein Gleitlagertragsystem der Windenergieanlage in anderer Ausführung,

Fig. 3 ein Tragelement des Gleitlagertragsystems der Fig. 2 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 eine Multiwindturbine im unteren Turmbereich mit Darstel lung der unebenen Gleitfläche am Fundament, und

Fig. 5 eine Multiwindturbine mit sechs Rotoren in perspektivi scher Darstellung.

Windenergieanlagen mit horizontaler Rotorachse gemäß Fig. 1 haben normalerweise zwischen Turm 2 und Rotor 1 eine Windrichtungsnachfüh rung angeordnet.

Insbesondere bei Multiwindturbinen 20 nach Fig. 5 ist es vorteil haft, eine Windrichtungsnachführung am Turmfuß vorzusehen, um alle Rotoren gleichzeitig in die Windrichtung drehen zu können.

Die Windrichtungsnachführung erfolgt durch ein Gleitlagertragsys tem 3, welches zwischen Turm 2 und Ringfundament 5 vorgesehen ist. Der Turm 2 ist ohne Einspannung am Fundament nur durch sein Eigen gewicht dreh- und kippsicher auf dem Gleitlagertragsystem aufge stellt, welches nur zum Zweck der Windnachführung ein Drehen des Turmes bezüglich des Fundaments ermöglicht.

Zwecks Verringerung der Reibungswiderstände beim Drehen des Turmes wird vorgenanntes Gleitlagertragsystem 3 durch gasförmige oder flüs sige Tragmedien hydrostatisch zumindest teilweise entlastet.

Das Gleitlagertragsystem 3 besitzt drei Tragelemente 4 zwecks Schaf fung einer standsicheren Dreipunktauflage des Turms 2 auf dem Fundament, wobei die einzelnen Tragelement auf dem Umfang des Turmfußes bzw. des Ringfundaments 5 gleich verteilt sind.

Jedes einzelne Tragelement 4 besitzt seinerseits drei Tragtaschen 9, wie dies insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist.

Jedes einzelne Tragelement 4 besitzt ferner auf der den Tragtaschen 9 abgewandten Seite ein sphärisches und/oder elastisches Lagerelement, welches an der entsprechenden Turm- oder Fundament seite gelagert ist.

Gemäß Fig. 1, rechts, ist das sphärische Lagerelement oder Gelenk 6 dem Turmfuß zugeordnet, und es befindet sich die Gleitfläche auf der Unterseite, welche dem Ringfundament 5 zugewandt ist.

Gemäß Fig. 2 befindet sich die Gleitfläche 11 oben und in Richtung Turmfuß, und es ist das Halbkugelgelenk 6 dem Fundament zugeordnet, welches Fundamentpfähle 8 aufweist.

Das Tragelement 4 mit drei hydrostatischen Tragtaschen 9 gemäß Fig. 3 wird bei deinem Drehen des Turms 2 mittels Drehantrieb 7 mit Fluid beaufschlagt, wobei sich der Taschendruck nach dem Prinzip hydrostatischer Lager automatisch auf die Belastung einstellt. Durch Verwendung von drei Tragtaschen ist das Tragelement stabil auf der Gleitfläche gelagert und kann sich, wenn elastische oder sphärische Lagerelemente (z. B. Gummielement oder Kugel) zwischen geschaltet sind, auch automatisch leicht unebenen Gleitflächen anpassen, wie dies schematisch in Fig. 4 veranschaulicht ist.

Das Konzept der Drehvorrichtung des Turmes 2 ist bei Wasser als Tragmedium mithin eine sogenannte "Wasserlagerung". Zwischen Funda mentoberkante und Turmunterkante werden in "Taschen" spezielle Druckkissen eingebaut. Soll der Turm gedreht werden, wird in die sen Druckkissen ein Wasserdruck bis ca. 25 bar aufgebaut, bis sich der Turm leicht abhebt und auf einem Wasserfilm gleitet. Nun kann der Turm mit relativ geringem Kraftaufwand durch Elektromotoren gedreht werden. Wird der Flüssigkeitsdruck gesenkt, steht der Turm wieder fest.

Seitliche Führungen zur Aufnahme von Horizontalkräften verhindern ein Abrutschen des Turmes während eines Drehvorganges.

Ist die ringförmige Gleitfläche 11 eine Kegelstumpffläche, ist der Turm bei einem Drehvorgang horizontal und vertikal stabilisiert.

Wenn nicht gedreht werden muß, steht der Turm allein aufgrund seines Gewichts und der Reibung fest auf dem Fundament, und zwar ohne zusätzliche Bremsvorrichtungen.

Claims

1. Windenergieanlage mit einem Rotor oder mehreren um horizontale Achsen drehenden Rotoren, die starr an einem Turm befestigt sind und zusammen mit dem Turm in die je weilige Windrichtung gedreht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß der Turm (2) ohne Einspannung an einem Fundament nur durch sein Eigengewicht dreh- und kippsicher auf einem Gleit lagertragsystem (3) aufgestellt ist, das nur zum Zweck der Windrichtungsnachführung ein Drehen des Turms bezüglich des Fundaments ermöglicht.

2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verringerung der Reibungswiderstände beim Drehen des Turms (2) das Gleitlagertragsystem (3) durch gasförmige oder flüssige Tragmedien hydrostatisch entlastet wird.

3. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlagertragsystem (3) drei Tragelemente (4) auf weist, die dem Turm (2) eine standsichere Dreipunktlagerung geben.

4. Windenergieanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlagertragsystem (3) Tragelemente (4) mit rei bungsarmen Gleitbelägen aufweist.

5. Windenergieanlage nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlagertragsystem (3) Tragelemente (4) aufweist, die nur teilweise hydrostatisch entlastet werden.

6. Windenergieanlage nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Tragelement (4) des Gleitlagertragsystems (3) drei Tragtaschen (9) besitzt, die nach dem Prinzip der hydrostati schen Lagerung eine automatische Anpassung auf unebenen Gleit flächen (11) erlauben, indem sie die Last über sphärische oder elastische Lagerelemente aufnehmen.

7. Windenergieanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlagertragsystem eine Gleitfläche (11) in Form einer kegelförmigen Ringfläche zwecks Aufnahme von Vertikal- und Horizontalkräften aufweist.

8. Windenergieanlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (11) dem Fundament zugewandt ist.

9. Windenergieanlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (11) dem Turmfuß zugewandt ist.