DK2486276T3 - Drivstreng og vindkraftanlæg - Google Patents

Description

Beskrivelse Nærværende opfindelse angår en drivstreng til omformning af energien i en fluidstrømning til elektrisk energi, som eksempelvis finder anvendelse i forbindelse med et vindkraftanlæg, i overensstemmelse med indledningen krav 1. Nærværende opfindelse angår yderligere et vindkraftanlæg med en sådan drivstreng.

De adskillige komponenter i drivstrengen i et vindkraftanlæg kræver en hjælpefluid-forsyning, med henblik på at sikre disses problemfrie funktion. Således bliver gear, især lejerne og tandhjulene, men også lejer uden for gearet, ofte forsynede med et smøremiddel, eksempelvis olie, med henblik på at sikre en funktion med ringe slid og ringe tab. Også anvendelsen af et kølemiddelkredsløb til køling af gear og generator er kendt. WO 2009/049599 A2 viser et vindkraftanlæg, ved hvilket et gear og en generator med deres huse er indbyrdes flangeforbundne. Via en mellemplade er kølekanaler for generatoren og kølekanaler for gearet indbyrdes forbundet. DE 20 2008 002 849 U1 beskriver et smøreanlæg til smøring af en mekanisk pitchjusteringsindretning. WO 03/031812 A1 viser en gearenhed til anvendelse i vindkraftanlæg med en tørsumpsmøring, som smøres fra en eksternt anbragt forrådsbeholder. I US 2009/0200114 A1 beskrives et termisk håndteringssystem og et vindkraftanlæg med smøremiddel i et gearhus, hvor en pumpe cirkulerer smøremidlet.

Kendte vindkraftanlæg anvender til forskellige drivstrengskomponenter, såsom et rotorleje, et gear, en generator, ofte separate, i forhold til funktionskomponenterne adskilte smøremiddelsystemer. Dette fører til en høj kompleksitet for drivstrengen og til høje omkostninger. I forhold til denne kendte teknik er det hensigten med nærværende opfindelse, at angive en drivstreng med et enkelt og effektivt smøremiddelsystem.

Dette opnås ved hjælp af en drivstreng med de i patentkrav 1 angivne foranstaltninger. I forbindelse med drivstrengen ifølge opfindelsen, til udnyttelse af energien i en fluidstrømning, eksempelvis i et vindkraftanlæg, foreligger der en af fluidstrømningen drivbar rotor, et gear, som på indgangssiden direkte eller indirekte via rotorakslen eller yderligere komponenter er forbundet med rotoren, og en på gearets udgangsside tilsluttet generator. I overensstemmelse med opfindelsen foreligger der et smøremiddelsystem, som ikke blot forsyner én af drivstrengskomponenterne selv, men én yderligere drivstrengskomponent. Derved kan drivstrengen fremstilles mere omkostningsgunstigt og mere effektivt. Er eksempelvis gearet udstyret med et smøremiddelsystem, så kan uden for gearet anbragte lejer eller andre smøresteder med ringe omkostninger forbindes til dettes smøremiddelsystem. Der opnås en mere pålidelig drivstreng med ringere slid for ringe omkostninger.

Fordelagtige udførelsesformer er genstand for underkravene.

Fortrinsvis bliver de individuelle smøresteder forsynede parallelt. Således kan et tilstrækkeligt smøremiddeltryk tilsikres ved ethvert smørested.

Et sådant smøremiddelkredsløb kræver fortrinsvis kun én pumpe. Der kan imidlertid eksempelvis for hvert smørested foreligge en egen pumpe, som eksempelvis imidlertid suger an fra en fælles sump. Yderligere kan der, med henblik på en højt til rådighed stående smøremiddelforsyning, være anbragt adskillige pumper parallelt som redundante smøremiddelfremføringsindretninger. Dette er især en fordel for offshore vindkraftanlæg, eftersom der ved sådanne, på grund af de høje vedligeholdelsesomkostninger, tilstræbes en reduktion af vedligeholdelsesterminer.

Ved anvendelse af indvendigt i huset placerede kanaler til smøremidlet kan disse imellem indbyrdes flangeforbundne komponenter videreføres direkte via eksempelvis overfor hinanden liggende på anlægsfladerne anbragte mundinger, uden at eksempelvis slanger eller en rørføring kræves. På fordelagtig vis kan en sump for gearhuset tjene som eneste smøremiddelreservoir for smøremiddelkredsløbet. Denne sump kan stå i termisk kontakt med et varmeelement, med henblik på, i forbindelse med koldt vejr, hurtigt at bringe gearet og andre smøresteder til driftstemperatur.

Opfindelsen forklares i det efterfølgende ved hjælp af et foretrukkent udførelseseksempel under henvisning til den vedhæftede tegning.

Den eneste figur viser den skematiske opbygning af en drivstreng i et vindkraftanlæg med et kølesystem i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse. På figuren er drivstrengen 5 for et vindkraftanlæg monteret på en bæreplade 3, som i sin tur er fastgjort drejeligt omkring en azimutakse på et tårn 1. Bærepladen 3 er en del af nacellen, hvori komponenterne i drivstrengen 5 konstruktionsmæssigt er sammenføjede. Drivstrengen 5 omfatter en af vinden drevet rotor 2. Rotoren 2 er med et rotornav fastgjort til en rotoraksel 6. Akslen 6 for rotoren 2 er lejret i en lejeblok 8, og ført videre i et gear 7. Til gearet 7 er en generator 9 flangeforbundet. Gearet 7 og generatoren 9 er via fastgørelsesindretninger, eksempelvis bolte, støtter etc. forbundet med bærepladen 3. En frekvensomformer 11 er elektrisk forbundet med generatoren 9. Frekvensomformeren 11 styrer generatoren 9 og føder elektrisk energi ind i det elektriske forsyningsnet. I gearet 7 foreligger der tandhjul 15 i planettrin eller cylindriske tandhjulstrin. Yderligere foreligger der lejer 17 for tandhjulsbolte, ringhjul eller gearaksler. Disse tandhjul og lejer er - som smøresteder - skematisk vist i figuren. Også generatoren 9 omfatter lejer 19 for generatorakslen 21, som har behov for smøringen.

Et smøresystem 32 omfatter en i gearhuset indsat eller på gearhuset påbygget smørepumpe 23. Smørepumpen 23 fremfører smøremiddel, eksempelvis gearolie, i smørekanalerne 25. Smørekanalerne 25 fordeler smøremidlet parallelt til de nævnte smørepositioner 15, 17, 19 og til lejeblokken 8. Tilbageløbende smøremiddel bliver via ikke viste kanaler opsamlet og tilført til sumpen 27 i gearhuset. I huset for gearet 7 er der i termisk kontakt med sumpen 27 anbragt et varmeelement, eksempelvis en elektrisk varmestav 29. Via dette kan, i forbindelse med koldt vejr, gearolien bringes til driftstemperatur. Yderligere fordeler smøresystemet varmen via smørekanalerne 25 til de yderligere smørepositioner, også uden for gearet 7, eksempelvis til lejerne 8 og 19, og sørger for en drift af drivstrengen 5 med ringe slid.

Alternativt kan gearet 7 være udformet uden sump. Så ville der i stedet for sumpen 27 foreligge en ekstern smøremiddelbeholder og smørepumpen 23 ville suge an fra denne beholder. I flangeområdet 30 imellem gearet 7 og generatoren 9 overgår en smøremiddelkanal fra huset for gearet 7 direkte til huset for generatoren 9. Imellem husene er der anbragt (på figuren ikke viste) pakninger. Således kan rørføringer eller slanger spares. Denne type smøremiddelkanalføring kan, såfremt et leje for rotoraksen 6 er direkte flangeforbundet med gearhuset, også anvendes mellem gear 7 og leje 8.

Supplerende til smøresystemet 32 foreligger der som yderligere hjælpefluidsystem et kølesystem 40. Kølesystemet 40 omfatter en kølemiddelpumpe 42, som transporterer et kølemiddel, eksempelvis vand, glykol eller et kølemedium igennem et kølemiddelkredsløb hhv. en kølemiddelledning 44. Kølemiddelledningen 44 er efter hinanden tilsluttet til varmetransmissionselementer i frekvensomformeren 11, generatoren 9 og gearet 7. De nævnte komponenter 11, 9 og 7 er serieforbundne i kølemiddelkredsløbet. I tilbageløbet, nedstrøms for gearet 7, gennemløber kølemiddelledningen 44 en køler 46, i hvilken det cirkulerende transporterede kølemiddel nedkøles, og som derved afgiver den i komponenterne 11, 9 og 7 til kølemidlet overførte varme til omgiverne, fortrinsvis til luften uden for nacellen. Køleren 46 kan omfatte en ventilator. Den kan også alternativt være udstyret med en køleribbestruktur til en passiv varmeafgivelse.

Varmetransmissionselementet i frekvensomformeren 11 kan være en køleplade, hvortil eksempelvis effekthalvledere er termisk koblede. I generatoren 9 kan en kølekanalstruktur for en statorvikling, hhv. en bærer for statorviklingen fungere som varmeoverføringselement. I gearet 7 kan en huskappe eller en oliekøler være forbundet med kølekredsløbet som varmeoverføringselement. Rækkefølgen af komponenterne 11, 9 og 7 i serieforbindelsen i kølekredsløbet retter sig efter den maksimale under drift tolererbare arbejdstemperatur for komponenterne. I almindelighed er elektroniske hhv. effektelektroniske komponenter, såsom frekvensomformere 11, mere følsomme over for høje driftstemperaturer end elektromekaniske eller mekaniske komponenter, såsom generatoren 9 eller gearet 7. Følgelig er rækkefølgen i kølemiddelkredsløbet frekvensomformer 11, generator 9 og til slut gear 7. Rækkefølgen kan imidlertid inden for rammerne for specifikationerne for komponenterne ændres. Kølemiddelledningen 44 kan være ført igennem kanaler i huset for de individuelle komponenter, eksempelvis i generatorhuset eller i gearhuset. Er eksempelvis komponenterne 7 og 9 indbyrdes flangeforbundne, kan udmundinger være udformede, som i flangeområdet for mod hinanden liggende husendeflader på gear 7 og generator 9 er anbragt over for hinanden, og være tætnede med en pakning imod en spalte imellem husene. Derved kan kølemiddel fra en huskanal videreføres i en kanal i det andet hus, uden at en rørføring ville være nødvendig.

Ved drivstrengen i overensstemmelse med opfindelsen til udnyttelse af energien i en fluidstrømning, eksempelvis i et vindkraftanlæg, foreligger der en af fluidstrømningen drivbar rotor, et gear, som på indgangssiden direkte eller indirekte via rotorakslen eller yderligere komponenter er tilsluttet rotoren, og en på gearets udgangsside tilsluttet generator. I overensstemmelse med opfindelsen foreligger der et smøremiddelsystem, som ikke blot forsyner en af drivstrengskomponenterne selv, men forsyner en yderligere drivstrengskomponent. Derved kan drivstrengen fremstilles mere omkostningsgunstigt og mere effektivt. Er eksempelvis gearet udstyret med et smøremiddelsystem, så kan uden for gearet anbragte lejer eller andre smøresteder med ringe omkostninger forbindes med dette smøremiddelsystem. Der opnås en mere pålideligt drivstreng, med ringere slid for ringere omkostninger.

De ovenfor beskrevne udførelseseksempler og figurer tjener blot til bedre forståelse af nærværende opfindelse, de indskrænker ikke opfindelsen alene til udførelseseksemplerne. Figurerne er holdt delvist groft skematiske, effekten hhv. virkningen til dels tydeligt forstørret hhv. overdrevet vist, med henblik på at tydeliggøre funktionsmåden, virkningsprincipperne, tekniske udformninger og træk. Grundlæggende kan hver funktionsmåde, hvert princip, hver teknisk udformning og hvert træk, som i figurerne og i teksten er vist, frit kombineres med alle krav, hvert træk i teksten og i øvrige figurer, øvrige funktionsmåder, principper, tekniske udformninger og træk, som er indeholdt i nærværende beskrivelse eller som fremgår heraf, således at alle tænkelige kombinationer er tilstrækkelige til beskrivelsen af opfindelsen. I den forbindelse er også kombinationer imellem alle individuelle udførelsesformer i teksten, dvs. i hvert afsnit af beskrivelsesteksten, i kravene og også kombinationer imellem forskellige udførelseseksempler i teksten, i kravene og i figurerne medindbefattet.

Også kravene begrænser hhv. limiterer ikke omtalen og dermed kombinationsmulighederne for alle vist træk indbyrdes. Alle viste træk er eksplicit også individuelt i kombinationer med alle øvrige træk ifølge opfindelsen omfattet af nærværende beskrivelse.

Claims (10)

1. Drivstreng til udnyttelse af energien i en fluidstrømning, især i et vindkraftanlæg, omfattende som drivstrengskomponenter et gear (7), som på indgangssiden er tilsluttet til en af fluidstrømningen drevet rotor (2), og en på gearet (7) på udgangssiden tilsluttet generator (9); og omfattende et smøremiddelsystem (32) til at forsyne en af drivstrengskomponenterne (7) med et smøremiddel, hvor i det mindste én yderligere drivstrengskomponent (8, 9) kan forsynes med smøremiddel fra smøresystemet (32), kendetegnet ved, at et hus for gearet (7) og et hus for generatoren (9) er flangemonteret imod hinanden og at i de respektive flangeområder (30) for husene udmunder smøremiddelkanaler, som er anbragt således, at de tillader en transport af smøremiddel fra det ene hus til det andet hus.

2. Drivstreng ifølge krav 1, kendetegnet ved, at drivstrengskomponenterne (7, 8, 9) i forhold til et smøremiddelkredsløb (25) er parallelkoblede.

3. Drivstreng ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at smøremiddelkredsløbet (25) omfatter en enkelt smøremiddelfremføringsindretning, især en pumpe (23).

4. Drivstreng ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at smøremiddelkredsløbet (25) omfatter adskillige smøremiddelfremføringsindretninger, især i parallelt eller serielt arrangement, især i redundant arrangement, især pumper, for smøremidlet.

5. Drivstreng ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at der som yderligere drivstrengskomponenter foreligger lejer for rotoren (2) og/eller lejer (8) for en drivaksel (6) for rotoren (2) og/eller lejer for en forbindelsesaksel imellem gearet (7) og generatoren (9) og/eller generatoren (9), og at sådanne lejer hhv. drivstrengskomponenter forsynes med smøremiddel fra smøremiddelsystemet (32).

6. Drivstreng ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at der i et hus for gearet (7) er dannet en sump (27) som et, især som et eneste, reservoir for smøremiddelsystemet (32).

7. Drivstreng ifølge krav 6, kendetegnet ved, at der i eller på huset for gearet (7) er anbragt en smøreoliepumpe (23) for smøremiddelsystemet (32).

8. Drivstreng ifølge krav 6 eller 7, kendetegnet ved, at der i huset for gearet (7) er anbragt et varmeelement (29) som står i termisk forbindelse med sumpen (27).

9. Drivstreng ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at et leje (19) for en aksel i generatoren (9) kan tilføres smøremiddel ved hjælp af smøremiddelsystemet (32).

10. Vindkraftanlæg, kendetegnet ved en drivstreng (5) i overensstemmelse med ethvert af kravene 1 til 9.