DE19629168C1

DE19629168C1 - Wind turbine with tower, gondola, and brake

Info

Publication number: DE19629168C1
Application number: DE19629168A
Authority: DE
Inventors: Ernst Elsner
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo Beteiligungs GmbH
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2016-07-20

Abstract

The wind turbine has a tower (1) with a gondola (2) at the top. The gondola carries a rotor, is swivelled dependent upon wind direction, and has a brake to arrest the swivel movement. Tower and gondola each have a brake element (1.3,2.3). These have facing end faces (5.2,5.4), forming a gap (5.5), and the elements are tensioned together via the gap. The gap is connected to a pressure medium source. Both brake elements are formed by ring sleeves, positioned concentrically to each other, with their axes extending parallel to the swivel axis of the gondola. One of the elements has an aperture, which is connected to an oil outlet (8.2,8.3). The gap is defined by seals (6,7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine mit einem Turm, einer Gondel, die auf dem oberen Ende des Turmes verschwenkbar gelagert ist und einen Rotor trägt.The invention relates to a wind turbine with a tower, a nacelle on the upper end of the tower is pivotally mounted and a rotor wearing.

Die Gondel enthält ein Getriebe sowie einen Generator, der die Drehbewegung des Rotors in elektrische Energie umsetzt. Nur beispielshalber wird verwiesen auf DE 90 17 046 U1.The nacelle contains a gearbox and a generator that the Converts rotary motion of the rotor into electrical energy. For example only reference is made to DE 90 17 046 U1.

Die Gondel ist auf dem Turm schwenkbar gelagert, damit ihre Winkelposition der Windrichtung angepaßt werden kann. Zu diesem Zwecke ist ein Windrichtungssensor vorgesehen, ferner ein Antrieb zum Verschwenken der Gondel. Die Korrektur im Hinblick auf die Windrichtung erfolgt beispielsweise alle fünf Minuten. Die Zeitspanne des Korrigierens beträgt nur wenige Sekunden. Ist die Korrektur erfolgt, so muß die Gondel arretiert werden so daß sie keine weitere Schwenkbewegung mehr ausführen kann. Hierzu ist eine Feststellbremse notwendig.The gondola is pivotally mounted on the tower so that its angular position the wind direction can be adjusted. For this purpose, a Wind direction sensor provided, further a drive for pivoting the Gondola. The correction with regard to the wind direction takes place, for example every five minutes. The time to correct is only a few Seconds. Once the correction has been made, the nacelle must be locked in this way that it can no longer perform a swiveling movement. This is a parking brake is necessary.

Die Bremse stellt eine problematische Komponente in der gesamten Anlage dar. Dies hat folgende Ursachen: Die Abmessungen sind verhältnismäßig groß. Demgemäß müssen auch die Feststellkräfte entsprechend groß sein. Dabei sind die Sicherheitsanforderungen sehr hoch. Dies bedeutet, daß das Festhalten der Gondel in der abgebremsten Position mit absoluter Zuverlässigkeit erfolgen muß, daß aber die Gondel andererseits zum Zwecke des Justierens entsprechend einer neuen Windrichtung leicht verschwenkbar sein muß, um nicht allzu große Antriebskräfte zu benötigen.The brake is a problematic component in the entire system This has the following causes: The dimensions are proportional large. Accordingly, the locking forces must be correspondingly large. The security requirements are very high. This means that Holding the gondola in the braked position with absolute Reliability must take place, but the gondola, on the other hand, for the purpose can be easily pivoted according to a new wind direction must be in order not to require too large driving forces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremse für eine Windturbine der eingangs beschriebenen Art derart zu gestalten, daß sie mit großer Zuverlässigkeit bei geringem baulichen Aufwand die notwendigen Feststellkräfte aufbringt, und daß sie ein leichtes Verschwenken zum Zwecke des Justierens der Winkelposition der Gondel erlaubt. Außerdem sollen empfindliche Teile wie Dichtungen oder dergleichen, die dem Verschleiß unterliegen, leicht zugänglich sein.The invention has for its object a brake for a wind turbine to design the type described above in such a way that it with large Reliability with little construction effort the necessary Locking forces and that it pivots slightly for the purpose adjusting the angular position of the nacelle. In addition, should sensitive parts such as seals or the like that are subject to wear subject to be easily accessible.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die betreffenden, zum Bremsen herangezogenen Teile von Gondel einerseits und Turm andererseits (Bremselemente) sind beim Bremsen miteinander verspannt, zum Zwecke des Justierens im Hinblick auf eine neue Windrichtung voneinander gelöst. Der Normalzustand ist der Zustand des Verspannens oder Festbremsens, da das Justieren - wie oben erwähnt - nur in größeren Zeitabständen vorgenommen wird und nur eine ganz kurze Zeitspanne benötigt. Dies bedeutet, daß der mit dem Lösen verbundene Aufwand nur kurze Zeitspannen benötigt. Der hierzu notwendige Energieaufwand ist daher gering.This object is solved by the features of claim 1. The relevant parts of the gondola used for braking on the one hand and Tower on the other hand (braking elements) are braking together tense, for the purpose of adjusting for a new one Wind direction separated from each other. The normal state is the state of the Bracing or braking, as the adjustment - as mentioned above - only is made at longer intervals and only a very short one Time span needed. This means that the one associated with loosening Effort required only for short periods of time. The necessary for this Energy consumption is therefore low.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:The invention is explained in more detail with reference to the drawing. In it is in detail shown the following:

Fig. 1 zeigt eine Windturbine in schematischer Darstellung mit einem Turm 1, einer Gondel 2, die am oberen Ende des Turmes 1 schwenkbar gelagert ist und einem Rotor 3, der in der Gondel 2 gelagert ist. Der Rotor läuft um mit einer Geschwindigkeit an der Spitze eines Rotorblattes von bis zu 40 m/s. Fig. 1 shows a wind turbine in a schematic representation with a tower 1 , a nacelle 2 which is pivotally mounted at the upper end of the tower 1 and a rotor 3 which is mounted in the nacelle 2 . The rotor rotates at a speed at the tip of a rotor blade of up to 40 m / s.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung und teilweise weggeschnitten den oberen Teil des Turmes 1, die Gondel 2 sowie einen Teil des Rotors 3. Wie man im einzelnen erkennt, enthält die Gondel 2 ein Getriebe 2.1 sowie einen Generator 2.2. Fig. 2 shows a schematic representation and partially cut away the upper part of the tower 1 , the nacelle 2 and part of the rotor 3rd As can be seen in detail, the nacelle 2 contains a gear 2.1 and a generator 2.2 .

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus dem oberen Bereich des Turmes und dem unteren Bereich der Gondel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Man erkennt im einzelnen den oberen Teil des Turmes 1 sowie ein Bremselement 1.3, das mit dem Turm 1 drehfest verbunden ist (Turmbremselement). Dieses Turmbremselement 1.3 ist ringförmig. Es ist koaxial zur Turmachse angeordnet. Fig. 3 shows a schematic representation of a section of the upper area of the tower and the lower area of the gondola according to a first embodiment of the invention. One recognizes in detail the upper part of the tower 1 and a braking element 1.3 , which is connected to the tower 1 in a rotationally fixed manner (tower braking element). This tower brake element 1.3 is ring-shaped. It is arranged coaxially to the tower axis.

Man erkennt ferner ein Bremselement 2.3. Dieses ist drehfest mit der Gondel 2 verbunden. Es ist ebenfalls ringförmig und ebenfalls koaxial zur Turmachse und damit auch koaxial zum Turmbremselement 1.3 angeordnet. Ein Schwenklager 4 ist als Wälzlager ausgeführt. Sein innerer Lagerring 4.1 ist mit der Gondel 2 drehfest verbunden, während sein äußerer Ring 4.2 mit dem Turm 1 drehfest verbunden ist.A braking element 2.3 can also be seen. This is rotatably connected to the nacelle 2 . It is also annular and also arranged coaxially to the tower axis and thus also coaxially to the tower brake element 1.3 . A pivot bearing 4 is designed as a roller bearing. Its inner bearing ring 4.1 is rotatably connected to the nacelle 2 , while its outer ring 4.2 is rotatably connected to the tower 1 .

Die einander zugewandten Grenzflächen von Turmbremselement 1.3 und von Gondelbremselement 2.3 bilden Reibflächen - siehe die Flächenpaare 5.1, 5.2 sowie 5.3, 5.4. Die genannten Grenzflächen bilden miteinander eine Spiralnut 5.5, die der Ölableitung dient. Axial außerhalb der genannten Flächenpaare befinden sich weitere Aussparungen 5.6 und 5.7, und ganz außen befinden sich Dichtungen 6, 7. Im Spalt mündet eine Druckleitung 8.1, während an die Aussparungen 5.6, 5.7 Ableitungen 8.2, 8.3 angeschlossen sind.The mutually facing interfaces of tower brake element 1.3 and nacelle brake element 2.3 form friction surfaces - see surface pairs 5.1 , 5.2 and 5.3 , 5.4 . The interfaces mentioned together form a spiral groove 5.5 , which serves to drain the oil. There are further cutouts 5.6 and 5.7 axially outside the surface pairs mentioned , and seals 6 , 7 are located on the very outside. A pressure line 8.1 opens into the gap, while lines 8.2 , 8.3 are connected to the cutouts 5.6 , 5.7 .

Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die beiden Bremselemente 1.3 und 2.3 sind durch Schrumpfen miteinander fest verbunden. Dies ist der Normalzustand, so daß ein Verdrehen von Turm 1 und Gondel 2 nicht möglich ist.This device works as follows: The two brake elements 1.3 and 2.3 are firmly connected to one another by shrinking. This is the normal state, so that rotating tower 1 and nacelle 2 is not possible.

Soll diese feste Verbindung zum Zwecke des relativen Verschwenkens von Gondel 2 und Turm 1 gelöst werden, um eine Justierung der Winkelposition der Gondel im Hinblick auf eine neue Windrichtung vorzunehmen, so wird der Spalt 5.5 mit Druckflüssigkeit durch die Zuleitung 8.1 beschickt. Der Spalt 5.5 wird aufgeweitet, so daß er die Gestalt einer Linse annimmt. Schließlich kommt es auch zu einem Abheben der Reibflächenpaare. Es tritt Druckflüssigkeit zwischen den genannten Reibflächenpaaren hindurch, gelangt in die Aussparungen 5.6, 5.7 und strömt durch die Leitungen 8.2, 8.3 wieder zurück zur hier nicht gezeigten Druckquelle. Die Druckflüssigkeit wird durch die Dichtungen 6, 7 daran gehindert, in axialer Richtung abzuströmen. Damit ist die drehfeste Verbindung zwischen dem Turmbremselement 1.3 und dem Gondelbremselement 2.3 gelöst. Die Gondel 2 kann nunmehr frei verschwenkt werden durch einen hier nicht dargestellten Antrieb.If this fixed connection is to be released for the purpose of the relative pivoting of nacelle 2 and tower 1 in order to adjust the angular position of the nacelle with respect to a new wind direction, the gap 5.5 is supplied with pressure fluid through the supply line 8.1 . The gap 5.5 is widened so that it takes the form of a lens. Finally, the pairs of friction surfaces are lifted off. Hydraulic fluid passes between the pairs of friction surfaces mentioned, reaches the cutouts 5.6 , 5.7 and flows through the lines 8.2 , 8.3 back to the pressure source, not shown here. The hydraulic fluid is prevented by the seals 6 , 7 from flowing off in the axial direction. The rotationally fixed connection between the tower brake element 1.3 and the nacelle brake element 2.3 is thus released. The nacelle 2 can now be pivoted freely by a drive, not shown here.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von jener gemäß Fig. 3 grundlegend dadurch, daß sich die Reibflächenpaare 5.1, 5.2 und 5.3, 5.4 in Ebenen befinden, die zur Turmachse senkrecht verlaufen. Außerdem ist das Gondelbremselement 2.3 aus zwei Platten 2.3.1, 2.3.2 zusammengefügt, die das Turmbremselement 1.3 zwischen sich einspannen. Die Spannkraft wird aufgebracht durch eine Schraube 10.1 und eine Mutter 10.2. Auch hier sind wiederum Spalträume 5.5.1 und 5.5.2 zwischen dem Turmbremselement 1.3 und den Gondelbremselementen 2.3.1 und 2.3.2 vorgesehen. Man erkennt eine Ringkammer 5.3, in der eine Druckmittelleitung 8.1 mündet. Aus Aussparungen 5.6, 5.7 strömt beim Lösen der Verspannung das Druckmittel über eine Leitung 8.2 ab.The device according to FIG. 4 differs fundamentally from that according to FIG. 3 in that the friction surface pairs 5.1 , 5.2 and 5.3 , 5.4 are located in planes which are perpendicular to the tower axis. In addition, the nacelle brake element 2.3 is assembled from two plates 2.3.1 , 2.3.2 , which clamp the tower brake element 1.3 between them. The clamping force is applied by a screw 10.1 and a nut 10.2 . Here again, gap spaces 5.5.1 and 5.5.2 are provided between the tower brake element 1.3 and the nacelle brake elements 2.3.1 and 2.3.2 . An annular chamber 5.3 can be seen , in which a pressure medium line 8.1 opens. When the tension is released, the pressure medium flows out of recesses 5.6 , 5.7 via a line 8.2 .

Die Schraube 10.1 ist von einer Dichtmanschette 11 umgeben. Beim Lösen wird die Dichtmanschette 11 durch das Druckmittel an die Schraube 10.1 angedrückt, so daß es nicht in axialer Richtung entlang der Mantelfläche der Schraube 10.1 nach oben oder unten entweichen kann.The screw 10.1 is surrounded by a sealing collar 11 . When loosening, the sealing sleeve 11 is pressed against the screw 10.1 by the pressure medium, so that it cannot escape upwards or downwards in the axial direction along the lateral surface of the screw 10.1 .

Auch hier sind wieder Dichtungen 6, 7 vorgesehen.Seals 6 , 7 are again provided here.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist ähnlich jener gemäß Fig. 4.The embodiment according to FIG. 5 is similar to that according to FIG. 4.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und gemäß Fig. 5 sind eine Mehrzahl von Schrauben 10.1 mit Muttern 10.2 vorgesehen, die konzentrisch um die Turmachse herum gruppiert sind. Die Muttern 10.2 sind zunächst angezogen, so daß das Turmbremselement 1.3 zwischen den beiden Gondelbremselementen 2.3.1 und 2.3.2 fest verspannt ist, so daß eine Relativbewegung zwischen Turm 1 und Gondel 2 nicht möglich ist. Wird die Kammer 5.3 mit Druckmittel beschickt, so längt sich die Schraube 10.1.In the embodiments according to FIG. 4 and according to FIG. 5, a plurality of screws 10.1 with nuts 10.2 are provided, which are grouped concentrically around the tower axis. The nuts 10.2 are initially tightened so that the tower brake element 1.3 is firmly clamped between the two gondola brake elements 2.3.1 and 2.3.2 , so that a relative movement between tower 1 and gondola 2 is not possible. If the chamber 5.3 is loaded with pressure medium, the screw 10.1 is elongated.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 4 und 5 haben den Vorteil, daß bei Reparaturarbeiten die Gondel nicht in ihrer Gesamtheit abgesenkt werden muß. Es kann beispielsweise genügen, Gondelbremselemente 2.3 abzunehmen, um Reparaturarbeiten vorzunehmen, z. B. an den Dichtungen.The embodiments according to FIGS. 4 and 5 have the advantage that the gondola does not have to be lowered in its entirety during repair work. For example, it may be sufficient to remove nacelle brake elements 2.3 in order to carry out repair work, e.g. B. on the seals.

Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß beim Lösen der Verspannung zwischen Turmbremselement und Gondelbremselement ein Schmieren der Reibflächen stattfindet. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Druckmittel Öl verwendet wird.The invention has the further advantage that when releasing the tension between the tower brake element and the nacelle brake element, a lubrication of the Friction surfaces takes place. This applies in particular if oil is the pressure medium is used.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die genannten Grenzflächen als Lagerflächen ausgenutzt werden. Dies bedeutet, daß bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 3, 4 und 5 das Lager 4.1, 4.2 entfallen kann. Dies ist möglich, weil zum Verdrehen der Gondel ein Bremsmoment vorhanden sein muß.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the interfaces mentioned can be used as bearing surfaces. This means that in the embodiments according to FIGS. 3, 4 and 5, the bearing 4.1 , 4.2 can be omitted. This is possible because there must be a braking torque to turn the nacelle.

Bei den beiden Ausführungsformen gemäß der Fig. 6 und 7 sind jeweils zwei Lagerplatten vorhanden, nämlich eine obere Lagerplatte 10 und eine untere Lagerplatte 20. Diese beiden Lagerplatten sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 in axialer Richtung mittels Schrauben 30 miteinander verspannt. In beiden Fällen weist die obere Lagerplatte 10 einen Ölanschluß 40 auf. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind Lagerplatte 10 und Turm-Lagerplatte 50 geschrumpft, analog der Ausführungsform gemäß Fig. 3. Die Schraube 30 hat hierbei die Funktion einer Halteschraube für die Lagerplatte 20. In the two embodiments according to FIGS. 6 and 7, two bearing plates are present, namely an upper bearing plate 10 and a lower bearing plate 20 . In the embodiment according to FIG. 7, these two bearing plates are clamped together in the axial direction by means of screws 30 . In both cases, the upper bearing plate 10 has an oil connection 40 . In the embodiment according to FIG. 6, the bearing plate 10 and tower bearing plate 50 have shrunk, analogously to the embodiment according to FIG. 3. The screw 30 has the function of a retaining screw for the bearing plate 20 .

Die beiden Lagerplatten 10, 20 spannen jeweils eine Turm-Lagerplatte 50 zwischen sich ein. Damit ist die Gondel fest gebremst.The two bearing plates 10 , 20 each clamp a tower bearing plate 50 between them. The gondola is now braked.

Soll die Gondel verdreht werden, so wird über den Ölanschluß 40 Hydraulikdruck aufgebracht, wodurch die Verspannung zwischen den beiden Platten verringert bzw. aufgehoben wird. Nunmehr kann die Bremse als Gleitlager wirken, weil das Hydrauliköl gleichzeitig als Schmierung der Gleitflächen wirkt.If the nacelle is to be rotated, hydraulic pressure is applied via the oil connection 40 , as a result of which the tension between the two plates is reduced or released. The brake can now act as a plain bearing because the hydraulic oil also acts as a lubrication for the sliding surfaces.

Auch ist es möglich, mehrere, voneinander unabhängige Druckzuführungen vorzusehen. In diesem Falle kann die gesamte Einheit als hydrostatisches Gleitlager ausgebildet werden, bei dem sich mehrere Druckfeld er aufbauen können - je nach örtlicher Belastung.It is also possible to have several independent pressure feeds to provide. In this case the entire unit can be considered hydrostatic Plain bearings are formed, in which he build up several pressure fields can - depending on the local load.

Wie man sieht, weist die Turm-Lagerplatte 50 Schmiernuten 51 auf.As can be seen, the tower bearing plate 50 has lubrication grooves 51 .

Claims

1. Wind turbine

1.1 with a tower ( 1 );
1.2 with a gondola ( 2 ) which is mounted on the upper end of the tower ( 1 ), carries a rotor ( 3 ) and which can be pivoted in accordance with the wind direction;
1.3 with a brake for locking the pivoting movement of the nacelle ( 2 );
1.4 the tower ( 1 ) on the one hand and the gondola ( 2 ) on the other hand each have braking elements (tower braking element ( 1.3 ) and gondola braking element ( 2.3 ));
1.5 the tower brake element ( 1.3 ) and the gondola brake element ( 2.3 ) have mutually facing interfaces ( 5.2 , 5.4 ) which form a gap ( 5.5 ) with one another and via which they can be braced together;
1.6 the gap ( 5.5 ) can be connected to a pressure medium source.

2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the tower brake element ( 1.3 ) and the nacelle brake element ( 2.3 ) are formed from ring bushes which are arranged concentrically to one another and whose axes run parallel to the pivot axis of the nacelle ( 2 ).

3. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the tower brake element ( 1.3 ) and the gondola brake element ( 2.3 ) are arranged such that the interfaces ( 5.1 , 5.2 , 5.3 , 5.4 ) lie in planes perpendicular to the pivot axis of the gondola ( 2 ).

4. Wind turbine according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the one brake element the other like a caliper encloses.

5. Wind turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that a recess is formed in the interfaces ( 5.1 , 5.2 , 5.3 , 5.4 ), to which an oil drain ( 8.2 , 8.3 ) is connected.

6. Wind turbine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the gap ( 5.5 ) of seals ( 6 , 7 ) is limited.

7. Wind turbine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bracing of the two braking elements ( 1.3 , 2.3 ) is carried out by shrinking.

8. Wind turbine according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the tensioning of the brake elements hydraulically or pneumatically, for example by a chamber expandable by pressure medium.

9. Wind turbine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the interfaces ( 5.1 , 5.2 , 5.3 , 5.4 ) are used as bearing surfaces.