NL2000889C2 - Inrichting voor het opwekken van vermogen uit wind- of waterstroming. - Google Patents

Description

INRICHTING VOOR HET OPWEKKEN VAN VERMOGEN UIT WIND- OF WATERSTROMING

De uitvinding betreft een inrichting voor het opwekken van vermogen uit wind- of 5 waterstroming.

Van een dergelijke inrichting zijn diverse uitvoeringen bekend op het relevante vakgebied. Een bekend voorbeeld is de windturbine, die meestal wordt gebruikt om elektriciteit (groene stroom) op te wekken, soms in grote 'parken' met vele windturbines, op land of op zee (off-shore). Van de bekende windturbine bestaan twee 10 basisontwerpen: met een horizontale as of met een verticale as. De Horizontale As Wind Turbine is voorzien van een rotor met (drie) rotorbladen, die roteren om een horizontale as. De Verticale As Wind Turbine is voorzien van een rotor met (helixvormige) rotorbladen, die roteren om een verticale as. De bekendste soorten VAWT’s zijn Darrieus en Savonius.

15 De uitvinding heeft tot doel om een inrichting voor het opwekken van vermogen uit wind- of waterstroming te verschaffen met een alternatief ontwerp.

De inrichting volgens de uitvinding omvat een frame; ten minste één mast, die aan een eerste uiteinde beweegbaar is bevestigd aan het frame; en ten minste één wiek, die is bevestigd aan een tweede uiteinde van de mast; waarin de wiek en de mast 20 beweegbaar zijn onder invloed van wind- of waterstroming; en waarin de inrichting verder is voorzien van middelen voor het opwekken van vermogen, die gekoppeld zijn aan het eerste uiteinde van de mast, waarin de mast is ingericht voor het uitvoeren van een pendelbeweging.

Bij de inrichting volgens de uitvinding bevindt alleen de wiek zich boven op de 25 mast, terwijl de middelen voor het opwekken van vermogen zich onder aan de mast bevinden, waardoor de inrichting een laag zwaartepunt heeft. Hierdoor volstaat een kleine fundering en een lichtere mast. De hoge positie van de wiek leidt tot minder geluidshinder. De lage positie van de middelen voor het opwekken van vermogen maakt deze gemakkelijk toegankelijk, hetgeen leidt tot lagere onderhoudskosten. Dankzij de 30 pendelbeweging zijn de op de wiek uitgeoefende krachten bovendien constanter dan bij een roterende beweging, hetgeen een positieve bijdrage heeft op de levensduur van de wiek.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is de pendelbeweging uitvoerbaar tussen twee uiterste standen, die zich aan weerszijden 2 van een centrale stand bevinden, in welke centrale stand de mast zich, in de gebruikspositie van de inrichting, in hoofdzaak loodrecht op het frame uitstrekt.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting volgens de uitvinding een contragewicht, dat bevestigd is aan het eerste uiteinde van de mast. Het 5 contragewicht zorgt voor de balans en is nodig voor een optimale energiehuishouding.

Bij voorkeur is het contragewicht losneembaar te koppelen aan de middelen voor het opwekken van vermogen om de mast te heffen naar de gebruikspositie cq. te strijken in de rustpositie. De installatie van de inrichting kan daarmee eenvoudig plaatsvinden zonder grote kranen en dus tegen lagere kosten. Het onderhoud kan worden uitgevoerd 10 in de rustpositie. De rustpositie kan daarnaast tevens als stormstandvergrendeling dienst doen.

In een praktische voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting volgens de uitvinding verder middelen voor het roteren van het frame. De positie van de mast en de wiek is hiermee optimaal af te stemmen op de windrichting.

15 In een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de wiek kantelbaar aan de mast bevestigd, zodanig dat de wiek zich tijdens de beweging van de mast in hoofdzaak loodrecht op de bewegingsrichting uitstrekt. De snelheid van de wiek tijdens de pendelbeweging is daardoor over het gehele oppervlak ervan in hoofdzaak gelijk. Hierdoor is het niet nodig de wiek getordeerd uit te voeren, maar volstaat een 20 eenvoudigere en dus goedkopere constructie voor de wiek.

Bij voorkeur omvat de inrichting volgens de uitvinding middelen voor het automatisch instellen van de windhoek van de wiek in de uiterste standen van de mast.

In weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting volgens de uitvinding een behuizing, waarin het frame en de middelen voor het opwekken van 25 vermogen zijn ondergebracht. In een elegante voorkeursuitvoeringsvorm bevindt de behuizing zich althans ten dele ondergronds.

Volgens een energetisch gunstige uitvoeringsvorm omvat de inrichting volgens de uitvinding een vliegwiel dat koppelbaar is aan de middelen voor het opwekken van vermogen.

30 Bij voorkeur omvatten de middelen voor het opwekken van vermogen een mechanische overbrenging en een stroomgenerator, zodat de inrichting volgens de uitvinding geschikt is als windturbine voor het opwekken van elektriciteit (groene stroom).

3

De uitvinding zal nu in meer detail worden besproken aan de hand van de tekeningen, waarin

Figuren 1 A,B,C schematische zijaanzichten tonen van een 5 voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding in drie standen van de mast;

Figuur 2A een opengewerkt schematisch zijaanzicht toont van een deel van de inrichting uit figuur 1 in gebruikspositie;

Figuur 2B de inrichting uit figuur 2A toont in rustpositie; 10 Figuur 3A een opengewerkt schematisch vooraanzicht toont van een bovenste deel van de inrichting uit figuur 1 in de rechterstand van de mast;

Figuur 3B de inrichting uit figuur 3A toont in achteraanzicht;

Figuur 3C een opengewerkt schematisch vooraanzicht toont van een onderste deel van de inrichting uit figuur 1 in de rechterstand van de mast; 15 Figuren 4A, B, C schematische bovenaanzichten tonen van de inrichting uit figuur 1 in de drie standen van de mast; en

Figuur 5 een schematisch zijaanzicht toont van de inrichting uit figuur 1 met een extra behuizing.

20 Figuren 1A, B en C tonen een voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting 1 volgens de uitvinding, die geschikt is voor het opwekken van vermogen uit wind. In figuur 1A neemt inrichting 1 de uiterste linkerstand in. In figuur 1B neemt inrichting 1 de centrale stand in. In figuur 1C neemt inrichting 1 de uiterste rechterstand in.

Inrichting 1 omvat een frame 10. Een mast 20 is aan een eerste uiteinde 25 beweegbaar bevestigd aan het frame 10. Inrichting 1 omvat verder ten minste één wiek 30, die is bevestigd aan een tweede uiteinde van de mast 20. De mast 20 is samen met de wiek 30 ingericht voor het uitvoeren van een pendelbeweging onder invloed van wind. In het kader van de onderhavige uitvinding wordt onder een pendelbeweging verstaan een beweging heen en weer vanuit een middelpunt. De pendelbeweging is 30 uitvoerbaar tussen de twee uiterste standen, die zijn getoond in figuur 1A en 1C. Daarbij wordt steeds de centrale stand gepasseerd, zoals getoond in figuur 1B, waarin de mast zich in hoofdzaak loodrecht op het frame uitstrekt. In de uiterste linkerstand heeft de mast 20 een uitwijking over een pendelhoek Ui ten opzichte van de centrale stand (weergegeven als (stippel)lijn). In de uiterste rechterstand heeft de mast 20 een 4 uitwijking overeen pendelhoek U2 ten opzichte van de centrale stand. In het algemeen geldt:

I Uil = I U2I

5 Figuur 2A toont een opengewerkt schematisch zijaanzicht van een deel van inrichting 1 in gebruikspositie. De rustpositie van inrichting 1 is getoond in figuur 2B.

De mast 20 is met het eerste uiteinde draaibaar om een as 21 bevestigd op het frame 10. Aan het eerste uiteinde van de mast 20 is een contragewicht 22 bevestigd.

Inrichting 1 is verder voorzien van middelen 40 voor het opwekken van 10 vermogen, die gekoppeld zijn aan het eerste uiteinde van de mast 20. De beweging van de mast 20 wordt via een aandrijfstang 41, een krukas 42 en een transmissie 43 overgedragen aan een (stroom)generator 44. Tussen de transmissie 43 en de generator 44 is bij voorkeur een vliegwiel 45 geplaatst.

Het frame 10 heeft een aantal poten 11, die op een draaikrans 12 afsteunen. De 15 draaikrans is opgenomen in een fundering 13 met een betonrand 14, die aan de binnenzijde is voorzien van steunrollen 15 voor het borgen van de draaikrans 12. Een motor, bijvoorbeeld een kruimotor 16, is voorzien voor het laten roteren van de draaikrans. Door rotatie van het frame kan de positie van de mast 20 met wiek 30 zo optimaal op de heersende windrichting worden afgestemd. Bij voorkeur is de fundering 20 13 geheel of gedeeltelijk verzonken in de ondergrond aangebracht.

De mast 20 is ter hoogte van het contragewicht 22 losneembaar gekoppeld aan de middelen 40 voor het opwekken van vermogen. In de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm is dit gerealiseerd door middel van een losneembare bevestiging van de aandrijfstang 41 aan de pen 24 onderaan de mast 20. Er zijn 25 daarnaast vele andere mogelijkheden denkbaar om de losneembare koppeling te realiseren. Een voorbeeld daarvan is een alternatieve drijfstang met verstelbare lengte. Andere Bij installatie zal, bij aankoppeling van de aandrijfstang 41 aan de krukas 42, de mast 20 automatisch bewegen naarde centrale stand, zoals getoond in figuur 1B, dankzij het contragewicht 22. Door ontkoppeling van de aandrijfstang 41 en de krukas 30 42, kan de mast worden gestreken (zie figuur 2B). Indien nodig kan de mast in gestreken positie eenvoudig worden vergrendeld, bijvoorbeeld bij overschrijding van de maximaal toegestane windkracht.

Figuren 3A en 3B tonen een deels opengewerkt schematisch vooraanzicht, respectievelijk achteraanzicht, van een bovenste deel van de inrichting uit figuur 1 in de 5 rechterstand van de mast. Figuur 3C toont een deels opengewerkt schematisch vooraanzicht van een onderste deel van de inrichting uit figuur 1 in de rechterstand van de mast. De wiek 30 is kantelbaar op de mast 20 bevestigd. Inrichting 1 is voorzien van middelen voor het kantelen van de wiek 30 ten opzichte van de mast 20. De wiek 30 is 5 op een as 31 aan het tweede uiteinde van de mast 20 bevestigd. De middelen voor het kantelen van de wiek 30 omvatten een juk 32 dat op een as 39 dwars op de wiekas 31 is aangebracht. Aan het juk 32 zijn twee spankabels 33, 34 bevestigd. Een voorbeeld van geschikte spankabels zijn staalkabels. De spankabels 33, 34 hebben een gelijke lengte en strekken zich in hoofdzaak parallel aan elkaar uit in de mast 20. De spankabels 33 en 10 34 zijn onderin de mast bevestigd op een juk 23, dat op de as 21 is aangebracht. Ten gevolge hiervan zal de wiek zich tijdens de beweging van de mast in hoofdzaak loodrecht op de bewegingsrichting uitstrekken.

Indien het juk 23 is gefixeerd in een oriëntatie evenwijdig aan het maaiveld M (d.w.z. in horizontale positie bij de getoonde horizontale plaatsing van het frame 10 op 15 een vlakke ondergrond) zal het juk 32 tevens een oriëntatie evenwijdig aan het maaiveld M (in dit voorbeeld tevens een horizontale positie) in blijven nemen tijdens de pendelbeweging van de mast 20. De wiekas 31 en de wiek 30 strekken zich in hoofdzaak dwars op het juk 32 uit, d.w.z. dat de wiek 30 een oriëntatie dwars op het maaiveld M inneemt (in dit voorbeeld een verticale positie) bij een horizontale positie van 20 het juk 32.

Inrichting 1 is verder voorzien van middelen voor het instellen van de windhoek, d.w.z. de hoek die de wiek maakt ten opzichte van de windrichting. Deze instelmiddelen zijn tevens ingericht voor het automatisch laten omklappen van de wiek 30 in de uiterste standen van de mast 20. De wiek 30 is daartoe draaibaar om de wiekas 31 aangebracht. 25 De middelen voor het instellen van de windhoek omvatten een flens 35 die onder de wiek 30 op de wiekas 31 is aangebracht. Een motor 36 en een (tandwiel)overbrenging 37 zorgen voor de rotatie van de wiek.

Om de wiekas 31 is een discusvormige behuizing 38 aangebracht, waarin de middelen voor het kantelen van de wiek, d.w.z. het juk 32 en de bovenzijde van de 30 spankabels 33, 34, en de middelen voor het instellen van de windhoek, d.w.z. de flens 35, de motor 36 en de overbrenging 37, zijn ondergebracht. De discusvormige behuizing 38 is in figuren 3A en 3B ten dele weergegeven.

6

De bewegingen van de mast 20 en de wiek 30 van inrichting 1 zijn geïllustreerd in figuren 4A, 4B en 4C. In alle figuren is de windrichting aangeduid met W en de bewegingsrichting van de mast 20 met B.

In figuur 4A neemt de mast 20 de uiterste linkerstand in. Het frame 10 is 5 geroteerd naar de optimale positie van de mast 20 rekening houdend met de windrichting W. De wiek 30 is geroteerd ten opzichte van de mast 20 naar de getoonde optimale oriëntatie met windhoek rekening houdend met de windrichting W. Inrichting 1 is nu klaar voor heengaande beweging in de bewegingsrichting Bheen-

In figuur 4B neemt de mast 20 de centrale stand in. In deze stand strekt de mast 10 zich in hoofdzaak loodrecht op het frame 10 uit. Bij een horizontale plaatsing van het frame 10 op een vlakke ondergrond, neemt de mast 20 een verticale positie in. De oriëntatie van de wiek 30 is ongewijzigd.

In figuur 4C neemt de mast 20 de uiterste rechterstand in. Vlak voordat de mast 20 de uiterste rechterstand in heeft genomen, hebben de instelmiddelen de wiek laten 15 omklappen tot de getoonde oriëntatie met bijbehorende windhoek a2. De beide windhoeken voor heengaande en teruggaande beweging zijn gerelateerd via de relatie a2 = 360°- ai 20 Inrichting 1 is nu klaar voor teruggaande beweging in de bewegingsrichting Bterug·

Optioneel zijn het frame 10 met de middelen 40 voor het opwekken van vermogen ondergebracht in een behuizing 50, zoals getoond in figuur 5. De behuizing 50 kan gedeeltelijk verzonken in de ondergrond zijn aangebracht.

De uitvinding is vanzelfsprekend niet beperkt tot de beschreven en getoonde 25 voorkeursuitvoeringsvormen, maar strekt zich uit tot elke uitvoeringsvorm die valt binnen de reikwijdte van de beschermingsomvang zoals gedefinieerd in de conclusies bezien in het licht van de voorgaande beschrijving en bijbehorende tekeningen.

Claims (10)

1. Inrichting (1) voor het opwekken van vermogen uit wind- of waterstroming, omvattende: 5. een frame (10); - ten minste één mast (20), die aan een eerste uiteinde beweegbaar is bevestigd aan het frame; en - ten minste één wiek (30), die is bevestigd aan een tweede uiteinde van de mast; waarin de wiek en de mast beweegbaar zijn onder invloed van wind- of waterstroming; 10 en waarin de inrichting verder is voorzien van middelen (40) voor het opwekken van vermogen, die gekoppeld zijn aan het eerste uiteinde van de mast, waarin de mast (20) is ingericht voor het uitvoeren van een pendelbeweging.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de pendelbeweging uitvoerbaar is tussen 15 twee uiterste standen, die zich aan weerszijden van een centrale stand bevinden, in welke centrale stand de mast (20) zich, in de gebruikspositie van de inrichting, in hoofdzaak loodrecht op het frame (10) uitstrekt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, verder omvattende een contragewicht (22), dat 20 bevestigd is aan het eerste uiteinde van de mast (20).

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, verder omvattende middelen (12, 13,14, 15, 16) voor het roteren van het frame.

5. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de wiek (30) kantelbaar aan de mast (20) is bevestigd, zodanig dat de wiek zich tijdens de beweging van de mast in hoofdzaak loodrecht op de bewegingsrichting uitstrekt.

6. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, verder omvattende 30 middelen (35, 36, 37) voor het automatisch instellen van de windhoek van de wiek (30) in de uiterste standen van de mast (20).

7. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een behuizing, waarin het frame (10) en de middelen (40) voor het opwekken van vermogen zijn ondergebracht.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarin de behuizing zich althans ten dele ondergronds bevindt.

9. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een vliegwiel (45) dat koppelbaar is aan de middelen (40) voor het opwekken van vermogen. 10

10. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de middelen (40) voor het opwekken van vermogen een mechanische overbrenging (43) en een stroomgenerator (44) omvatten.