NL1009566C2

NL1009566C2 - Windmill for power generation has protection system to reduce wind resistance in high winds uses hydraulic system which tilts rotor into horizontal position

Info

Publication number: NL1009566C2
Application number: NL1009566A
Authority: NL
Inventors: Hendrik Lambertus Lagerwey
Original assignee: Lagerwey Windturbine B V
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-01-10

Abstract

The three-bladed rotor is mounted on a mast (1). The generator (3) is directly coupled to the hub of the rotor. If wind speeds exceed the safe working range of the windmill, a hydraulic system tilts the rotor from its normal vertical position to a horizontal position. The horizontal position the rotor presents less wind resistance and is less likely to be damaged by high winds.

Description

Windmolen met stormbeveiligingWindmill with storm protection

De uitvinding betreft een windmolen overeenkomstig de aanhef van conclusie 1. Bij de bekende windmolens wordt in geval van stormachtige zeer harde wind de molen 5 stil gezet en wordt de wind-as loodrecht op de windrichting gezet zodat de wieken zo min mogelijk wind vangen. Het nadeel van deze inrichting is dat bij draaiende wind ook steeds de windmolen moet blijven kruien om de wisselende windrichtingen te volgen. Hiervoor is een actieve 10 besturing vereist hetgeen niet altijd gegarandeerd kan worden in stormomstandigheden.The invention relates to a windmill according to the preamble of claim 1. In the known windmills, in case of stormy very strong wind, the mill 5 is stopped and the wind axis is set perpendicular to the wind direction, so that the blades catch as little wind as possible. The drawback of this device is that the windmill always has to continue to crank in case of rotating wind to follow the changing wind directions. This requires active control, which cannot always be guaranteed in storm conditions.

De uitvinding beoogt bovengenoemde nadelen te vermijden en is daartoe uitgevoerd overeenkomstig het kenmerk van conclusie 1. Door het vlak van de wieken hori-15 zontaai te brengen is de weerstand van de wieken voor wind onafhankelijk van de windrichting, waardoor het niet meer noodzakelijk is dat met de windmolen tijdens het in stormzekere toestand gepositioneerd staan steeds de veranderingen van de windrichting gevolgd worden.The object of the invention is to avoid the above-mentioned drawbacks and to that end it has been carried out according to the characterizing feature of claim 1. By bringing the plane of the blades horizontal, the resistance of the blades to wind is independent of the wind direction, so that it is no longer necessary that with the windmill positioned during the storm-proof condition, the changes in the wind direction are always monitored.

20 Overeenkomstig een verbetering van de uitvinding is de windmolen uitgevoerd overeenkomstig het kenmerk van conclusie 2. Hierdoor wordt een eenvoudige constructie verkregen.In accordance with an improvement of the invention, the windmill is designed according to the feature of claim 2. A simple construction is hereby obtained.

Tevens betreft de uitvinding een verbetering voor 25 een windmolen waarbij de wieken eventueel om de lengte-as roteerbaar zijn door een verstelaandrijving. Daarbij is de windmolen voorzien van een energiebron met energie-opslagmiddelen voor de zwenkmiddelen en eventueel voor de verstelaandrijving en de krui-inrichting. Hierdoor wordt 30 bereikt dat ook bij uitval van een externe voeding voor de windmolen deze onafhankelijk van de omgeving in de beveiligde toestand gebracht kan worden.The invention also relates to an improvement for a windmill, wherein the blades can optionally be rotated about the longitudinal axis by an adjusting drive. The windmill is thereby provided with an energy source with energy storage means for the pivoting means and optionally for the adjustment drive and the crusher. This ensures that, even if an external power supply for the windmill fails, it can be brought into the protected state independently of the environment.

1009566 < 21009566 <2

Overeenkomstig een verdere verbetering zijn de zwenkmiddelen bij voorkeur mechanisch gekoppeld met rem-middelen voor de wind-as. Hierdoor wordt met eenvoudige middelen de rotatie van de wind-as geblokkeerd als deze 5 in beveiligde toestand staat.In accordance with a further improvement, the pivoting means are preferably mechanically coupled to braking means for the wind axis. The rotation of the wind shaft is hereby blocked with simple means when it is in a secured condition.

Tevens omvat de uitvinding een werkwijze overeenkomstig de aanhef van conclusie 5. Overeenkomstig deze bekende werkwijze blijft het mogelijk dat de stormachtige wind bij veranderen van windrichting het volledige opper-10 vlak van de wieken belast waardoor de mast van de molen grote krachten ondervindt en overeenkomstig voldoende sterk moet worden uitgevoerd. De uitvinding betreft een werkwijze die dergelijke grote belastingen vermijdt.The invention also comprises a method according to the preamble of claim 5. In accordance with this known method, the stormy wind remains possible when the wind direction changes the entire surface of the vanes, as a result of which the mast of the mill experiences great forces and correspondingly sufficient must be carried out strongly. The invention relates to a method that avoids such large loads.

Daartoe wordt de werkwijze uitgevoerd overeenkomstig 15 het kenmerkend deel van conclusie 5. Door het volgen van deze werkwijze wordt vermeden dat het volledige oppervlak van de wieken belast wordt door de wind tijdens het in beveiligde toestand brengen van de molen.For this purpose the method is carried out according to the characterizing part of claim 5. By following this method it is avoided that the entire surface of the blades is loaded by the wind during the placing of the mill in a secured condition.

Overeenkomstig een verbetering van de werkwijze 20 wordt tengevolge van het in de verticale stand brengen van de wind-as de rotatie ervan geblokkeerd. Hierdoor wordt op eenvoudige wijze de molen in de beveiligde toestand stil gezet.According to an improvement of the method 20, the rotation thereof is blocked as a result of the wind axis being brought into the vertical position. The mill is hereby simply stopped in the secured state.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand 25 van een uitvoeringsvoorbeeld met behulp van enkele figuren waarin figuur la een windmolen in vooraanzicht toont, figuur lb de windmolen volgens figuur la in zij-aanzicht toont met in het verticale vlak gepositioneerde wieken, 30 figuur lc de windmolen volgens figuur lb toont met in het horizontale vlak gepositioneerde wieken, figuur 2 een detailaanzicht van de windmolen volgens figuur lb toont, en 1009566 3 figuur 3 een detailaanzicht van de windmolen volgens figuur lc toont.The invention is explained below with reference to an exemplary embodiment with the aid of some figures, in which figure 1a shows a windmill in front view, figure 1b shows the windmill according to figure 1a in side view with blades positioned in the vertical plane, figure 1c the windmill according to figure 1b with blades positioned in the horizontal plane, figure 2 shows a detail view of the windmill according to figure 1b, and 1009566 3 figure 3 shows a detail view of the windmill according to figure 1c.

In de verschillende tekeningen hebben overeenkomstige onderdelen zo veel mogelijk hetzelfde verwijzingscij-5 f er.In the various drawings, like parts have the same reference numerals as much as possible.

In figuren la, lb en lc is een uitvoeringsvorm getoond van een windmolen overeenkomstig de uitvinding. De wieken 2 zijn bevestigd aan een generator 3 welke bevestigd is in een huis dat ondersteund wordt door een mast 10 1. De getoonde molen heeft een rotordiameter van 50 me ter, en de mast heeft een hoogte van ongeveer 50 meter. Tijdens het bedrijf draaien de wieken 2 om een wind-as 6 die min of meer horizontaal is. Met behulp van een hydraulische cylinder 10 kan de wind-as 6 verticaal gericht 15 worden, waardoor de wieken 2 in een horizontaal vlak komen te liggen. Hierdoor wordt bereikt dat de wieken weinig wind vangen tijdens een storm waarbij het niet noodzakelijk is om de windmolen aan te passen aan een verandering in de richting van de wind.Figures 1a, 1b and 1c show an embodiment of a windmill according to the invention. The blades 2 are attached to a generator 3 which is mounted in a housing supported by a mast 101. The mill shown has a rotor diameter of 50 meters, and the mast has a height of about 50 meters. During operation, the blades 2 rotate about a wind axis 6 which is more or less horizontal. The wind shaft 6 can be oriented vertically with the aid of a hydraulic cylinder 10, so that the blades 2 lie in a horizontal plane. This ensures that the blades catch little wind during a storm where it is not necessary to adapt the windmill to a change in the direction of the wind.

20 In figuur 2 is een detail van figuur lb getoond, in de situatie dat de wind-as 6 min of meer horizontaal is. De wieken 2 zijn bevestigd aan een naaf 5. Deze naaf is bevestigd aan de generator 3 en kan daarin roteren. De wieken 2 zijn roteerbaar bevestigd in de naaf 5 en kunnen 25 daarbij roteren om een lengte-as 4. Met 2' is een wiek 2 in doorsnede getoond zoals deze in de naaf 5 bevestigd is, waarbij een wieklager 7 zichtbaar is. De wieken 2 zijn voorzien van een niet getoonde verstelaandrijving waarmee ze in de gewenste stand ten opzichte van de naaf 30 5 geroteerd kunnen worden.Figure 2 shows a detail of figure 1b, in the situation that the wind axis 6 is more or less horizontal. The blades 2 are attached to a hub 5. This hub is attached to the generator 3 and can rotate therein. The blades 2 are rotatably mounted in the hub 5 and can thereby rotate about a longitudinal axis 4. With 2 'a blade 2 is shown in cross-section as it is mounted in the hub 5, whereby a blade bearing 7 is visible. The blades 2 are provided with an adjustment drive (not shown) with which they can be rotated in the desired position relative to the hub 30.

De generator 3 is bevestigd aan een bovenste huis 8, dat kan roteren om een horizontale zwenk-as 9 ten opzichte van een onderste huis 11. Dit zwenken wordt gedaan met 1009566 4 een hydraulische cylinder 10 die aan het onderste huis 11 en aan het bovenste huis 8 bevestigd is. In het bovenste huis 8 zijn niet getoonde koppelmiddelen aanwezig waardoor de verplaatsing van het bovenste huis 8 ten opzichte 5 van het onderste huis 11 tegelijk de rotatie van de windas 6 blokkeert. Hierdoor is als de wind-as 6 in de verticale stand is gebracht de rotatie van de wieken 2 geblokkeerd. Het onderste huis 11 is roteerbaar ten opzichte van de mast 1 door middel van een niet getoonde krui-10 aandrijving om een verticale krui-as 12.The generator 3 is attached to an upper housing 8, which can rotate about a horizontal pivot axis 9 relative to a lower housing 11. This pivoting is done with 1009566 4 a hydraulic cylinder 10 attached to the lower housing 11 and to the upper housing 8 is attached. Coupling means (not shown) are present in the upper housing 8, whereby the displacement of the upper housing 8 relative to the lower housing 11 simultaneously blocks the rotation of the wind shaft 6. As a result, when the wind shaft 6 has been brought into the vertical position, the rotation of the blades 2 is blocked. The lower housing 11 is rotatable relative to the mast 1 by means of a crimp drive (not shown) about a vertical crotch axis 12.

De windmolen is verder voorzien van de gebruikelijke componenten zoals besturingsmiddelen, een windrichtings-meter, een windsnelheidsmeter en andere voor de goede werking noodzakelijke voorzieningen. Verder zijn er voor-15 zieningen voor het bedienen van de hydraulische cylinder 10. Om in geval van stroomuitval het in de beveiligde positie van de wieken plaatsen mogelijk te maken, is in het onderste huis 11 of het bovenste huis 8 een energiebron met energie-opslag aanwezig, zoals bijvoorbeeld een elek-20 trische accu of een hydraulische accu, van waaruit de hydraulische cylinder 10 en eventueel de verstelaandrijvingen van de wieken en de krui-aandrijving aangedreven kunnen worden.The windmill is further provided with the usual components such as control means, a wind direction meter, a wind speed meter and other facilities necessary for proper operation. Furthermore, there are provisions for operating the hydraulic cylinder 10. In order to make it possible to place the blades in the secured position in the event of a power failure, in the lower housing 11 or the upper housing 8 there is an energy source with energy storage available, such as, for example, an electric battery or a hydraulic battery, from which the hydraulic cylinder 10 and optionally the adjustment drives of the blades and the wheel drive can be driven.

Eventueel zijn er in het bovenste huis 8 voorzienin-25 gen waarmee tijdens de rotatie van de wieken 2 door de generator opgewekte stroom gebruikt kan worden voor het in de beveiligde positie brengen van de wieken 2.Optionally, there are provisions in the upper housing 8 with which current generated by the generator during rotation of the blades 2 can be used to bring the blades 2 into the secured position.

In figuur 3 zijn dezelfde onderdelen zichtbaar als in figuur 2, echter de wind-as is nu verticaal gericht 30 door het uitschuiven van de hydraulische cylinder 10.In figure 3 the same parts are visible as in figure 2, however the wind axis is now vertically oriented by extending the hydraulic cylinder 10.

Daarbij is het bovenste huis 8 vrijgekomen van een huis-steun 13 die is aangebracht om het onderste huis 11.The upper housing 8 is thereby released from a housing support 13 which is arranged around the lower housing 11.

j H 1 o n .q * « p .j H 1 o n .q * «p.

55

De werking van de inrichting is als volgt: Indien tijdens bedrijf de windsnelheid toeneemt krijgen de wieken 2 het maximaal toelaatbare toerental. Bij verdere stijging van de windsnelheid zal de generator 3 het maxi-5 maal toelaatbare vermogen gaan leveren, waarna bij nog verder stijgende windsnelheid het rendement van de wieken 2 wordt verlaagd door rotatie ervan om de lengte-as 4. Indien de windsnelheid nog verder toeneemt moet de windmolen worden stilgezet om schade te voorkomen. Daartoe 10 worden de wieken 2 in vaanstand gezet door rotatie om de lengte-as 4. De windmolen komt nu tot stilstand. Met behulp van de krui-aandrijving wordt de wind-as 6 loodrecht op de windrichting gebracht. Tegelijk worden de wieken om de lengte-as 4 gedraaid, zodanig dat de wieken 2 zoveel 15 mogelijk in een vlak haaks op de wind-as 6 komen te liggen en daarbij een minimale windweerstand hebben. Vervolgens wordt de wind-as 6 verticaal gekanteld door het uitschuiven de hydraulische cilinder 10.The operation of the device is as follows: If the wind speed increases during operation, the blades 2 get the maximum permissible speed. With a further increase in the wind speed, the generator 3 will supply the maximum permissible power 5 times, after which with an even further increasing wind speed the efficiency of the blades 2 will be reduced by rotating it about the longitudinal axis 4. If the wind speed increases even further the windmill must be shut down to avoid damage. To this end, the blades 2 are set in feathering position by rotation about the longitudinal axis 4. The windmill now comes to a standstill. With the aid of the wheel drive, the wind axis 6 is brought perpendicular to the wind direction. At the same time, the blades are rotated about the longitudinal axis 4, such that the blades 2 lie as far as possible in a plane perpendicular to the wind axis 6 and thereby have a minimum wind resistance. The wind shaft 6 is then tilted vertically by extending the hydraulic cylinder 10.

Naast de hiervoor beschreven uitvoering en werkwijze 20 zijn met de bekende technieken vele alternatieve uitvoeringen op de uitvinding mogelijk, die steeds de mogelijkheid van het in de verticale richting brengen van de wind-as 6 gemeen hebben. Het is bijvoorbeeld mogelijk om in plaats van de lineaire aandrijving met de hydraulische 25 cilinder 10 een andere kantelaandrijving te maken, waarbij geen gebruik wordt gemaakt van hydraulica. Het is bijvoorbeeld mogelijk om de lineaire aandrijving uit te voeren als heugel met een rondsel dat door een elektromotor wordt aangedreven via een wormwielkast of een andere 30 zelfremmende aandrijving. Ook is als kantelaandrijving een uitvoering met een schroefspindel mogelijk, waarbij een moer bijvoorbeeld aan het bovenste huis 8 bevestigd is en een om de lengte-as roteerbare schroefspindel afsteunt op het onderste huis 11.In addition to the embodiment and method 20 described above, many known embodiments of the invention are possible with the known techniques, which always have in common the possibility of bringing the wind axis 6 in the vertical direction. For example, it is possible to make another tilt drive instead of the linear drive with the hydraulic cylinder 10, whereby no use is made of hydraulics. For example, it is possible to design the linear drive as a rack with a pinion driven by an electric motor via a worm gearbox or another self-braking drive. A version with a screw spindle is also possible as a tilt drive, in which a nut is for instance attached to the upper housing 8 and a screw spindle rotatable about the longitudinal axis supports on the lower housing 11.

1 o o 9 5 r r ·1 o o 9 5 r r

Claims

1. Windmill for generating electric energy comprising a wind axis (6) to which blades (2) are attached, which wind axis (6) is predominantly horizontal during operation and wherein the blades (2) have a longitudinal axis ( 4) which is more or less perpendicular to the wind axis (6), have a housing (8,11) in which the wind axis (6) is mounted rotatably, a generator (3) for rotating the wind by axis (6) generating electrical energy, a mast (1) for supporting the housing (8,11), and a crimping device for rotating the housing (8,11) about a vertical axis (12) with characterized in that the housing (8,11) comprises pivot means (9,10) for pivoting the wind axis (6) in vertical direction such that the blades (2) are in a horizontal plane above the support mast ( 1) be placed.

Windmill according to claim 1, characterized in that the housing (8, 11) comprises an upper housing (8) in which the wind shaft (6) is mounted, and a lower housing (11) rotatably mounted on the mast (1) and a horizontal pivot axis (9) for coupling the upper housing (8) and the lower housing (11)

Windmill according to one of the preceding claims, wherein the blades (2) can optionally be rotated about the longitudinal axis (4) by an adjusting drive, characterized in that the windmill is provided with an energy source with energy storage means for the pivoting means (9 , 10) and optionally for the adjustment drives and the wheelbarrow.

Windmill according to one of the preceding claims, characterized in that the pivoting means (9, 10) are preferably mechanically coupled to braking means for the wind axis (6).

Method for placing a windmill in a storm-proof position with a wind axis (6) which is predominantly horizontal during the generation of energy and which can rotate about a vertical cross axis (12) for pointing the blades (2) in the wind direction rotate and to which blades (2) are attached with a longitudinal axis (4) which is predominantly perpendicular to the wind axis (6) and which, if necessary, are rotatable about the longitudinal axis (4), characterized in that first of all by rotation about the cross axis (12) the wind axis (6) is rotated perpendicular to the wind direction and if possible the blades (2) by rotation about the longitudinal axis (4) in a plane perpendicular to the wind axis (6) are rotated after which the wind axis (6) is brought into vertical position.

Method according to the preceding claim, characterized in that its rotation is blocked as a result of bringing the wind axis (6) into the vertical position. 1 0 0 P R p q,