BE1021684B1 - Een rotorgeheel voor een windturbine met een kabelpaar - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een een windturbine, meer bepaald een rotorgeheel voor een windturbine. Het rotorgeheel bevat wieken met een voordelig kabelsysteem.

Description

EEN ROTORGEHEEL VOOR EEN WINDTURBINE MET EEN KABELPAAR

[1] De uitvinding betreft een een windturbine, meer bepaald een rotorgeheel voor een windturbine.

[2] Windturbines worden vaak gebruikt om elektrische energie te produceren van elektrische energie door het omzetten van kinetische energie van de wind. Een windturbine met een horizontale as bevat een toren, een gondel en een rotorgeheel met een veelvoud aan wieken. Het rotorgeheel wordt gelagerd in de gondel door middel van een as die direct of indirect met een generator verbonden is voor het opwekken van elektrische energie.

[3] Een gekende windturbine wordt beschreven in US2009/0208337. Het betreft een windturbine met een rotorgeheel. Dit rotorgeheel bevat een centrale naaf met een centrale rotatieas en een veelvoud aan wieken die elk bevestigd zijn aan hun centrale uiteinde op de centrale naaf en zich volgens hun langsas nagenoeg radiaal ten opzichte van de centrale rotatieas uitstrekken tot aan hun radiaal uiteinde. De wieken bevatten een tweedelige structuur met een tussenliggend punt gelegen tussen het centrale uiteinde en het radiale uiteinde. De wieken bevatten een centraal wiekdeel dat zich uitstrekt vanaf het centrale uiteinde tot dit tussenliggend punt. Verder bevatten de wieken ook een een radiaal wiekdeel dat bevestigd is aan het centraal wiekdeel en zich uitstrekt vanaf het tussenliggend punt tot het radiale uiteinde van de wiek. Verder bevat dit rotorgeheel een kabelsysteem dat samenwerkt met de wieken en de centrale naaf. Beide wiekdelen bevatten een vleugelvorm en in het bijzonder de vleugelvorm van het centraal wiekdeel leidt tot een risico op interferentie met het kabelsysteem, in het bijzonder het kabelpaar dat per wiek is aangebracht tussen het tussenliggend punt en de centrale naaf. Daarenboven worden ook de tussenliggende punten van de verschillende wieken met elkaar verbonden door middel van een kabel. Deze verbinding zorgt voor de ongewenste piekbelasting veroorzaakt door interferentie van vervormingen en trillingen van de verschillende wieken.

[4] Nog een dergelijke windturbine is gekend uit DE19606359, dit mechanisme maakt gebruik van een stangenmechanisme dat ook drukkrachten moet opvangen waardoor hun lengte beperkt wordt en de afstand van het tussenliggend punt tot de rotatieas dus beperkt wordt. Verder wordt ook gebruik gemaakt van een spreider ter hoogte van het tussenliggend punt wat de constructie van de wiek complexer maakt en bijkomende luchtweerstand veroorzaakt.

[5] Bijgevolg bestaat er een nood aan een rotorgeheel voor een windturbine die de voornoemde nadelen het hoofd biedt en meer in het bijzonder een rotorgeheel voor een windturbine met wieken met een verbeterd kabelsysteem zodat de wieken eenvoudiger en lichter kunnen worden vervaardigd en met een geringer risico dat het kabelsysteem interfereert met de vleugelvorm van de wiek of dat ongewenste trillingen ten gevolge van interferentie van verschillende wieken in het kabelsysteem kunnen optreden.

[6] Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt er voorzien in een rotorgeheel voor een windturbine bevattende: - Een centrale naaf met een centrale rotatieas; en - Een veelvoud aan wieken die: - elk bevestigd zijn aan hun centrale uiteinde op de centrale naaf; en - zich volgens hun langsas nagenoeg radiaal ten opzichte van de centrale rotatieas uitstrekken tot aan hun radiaal uiteinde, - deze wieken elk bevattende: - een tussenliggend punt gelegen tussen het centrale uiteinde en het radiale uiteinde; - een centraal wiekdeel dat zich uitstrekt vanaf het centrale uiteinde tot het tussenliggend punt; - een radiaal wiekdeel dat bevestigd is aan het centraal wiekdeel en zich uitstrekt vanaf het tussenliggend punt tot het radiale uiteinde van de wiek; en

- een kabelsysteem dat samenwerkt met de wiek en de centrale naaf, DAARDOOR GEKENMERKT DAT enkel het radiaal wiekdeel een vleugel bevat met een vorm die geschikt is om te worden aangedreven door de wind; en dat het kabelsysteem één enkel kabelpaar per wiek bevat waarvan beide kabels bevestigd zijn tussen overeenkomstige bevestigingspunten ter hoogte van het tussenliggend punt en bevestigingspunten ter hoogte van de centrale naaf, deze beide kabels zijn zo aangebracht dat: - deze beide kabels in lijn liggen met de langsas van hun wiek, gezien volgens de centrale rotatieas; - deze beide kabels aan weerszijden van het vlak liggen dat bestreken wordt door de langsas van hun wiek.

[7] Het rotorgeheel volgens de uitvinding laat toe om met een eenvoudige en lichte constructie van de wieken het oppervlak dat door de vleugelvorm wordt bestreken te vergroten. Dit wordt gerealiseerd met een specifieke constructie van het rotorgeheel waarbij het kabelsysteem de belasting op het centraal wiekdeel reduceert, terwijl interferentie met de vleugelvorm van het radiaal wiekdeel vermeden wordt. Daarenboven worden trillingen en vervormingen van individuele wieken niet langer aan de andere wieken doorgegeven zodat ongewenste piekbelastingen door interferentie van dergelijke fenomenen vermeden worden. Bovendien biedt dit de mogelijkheid om de maximale lengte van de individuele onderdelen van het rotorgeheel te beperken wat voordelig is tijdens het transport.

[8] Bij voorkeur is voor iedere wiek de afstand van de langsas van de wiek tot de bevestigingspunten ter hoogte van het tussenliggend punt kleiner dan de afstand van de langsas van de wiek tot de bevestigingspunten ter hoogte van de centrale naaf.

[9] Op deze manier kunnen vervormingen van het centraal wiekdeel volgens de richting van de rotatie-as van het rotorgeheel efficiënt opgevangen worden.

[10] Volgens een uitvoeringsvorm is de vleugel vervaardigd als een extrusie profiel.

[11] Het rotorgeheel volgens de uitvinding kan op die manier gebruik maken van een eenvoudig te produren vleugel.

[12] Volgens een uitvoeringsvorm bevat het centraal wiekdeel een buis. Bij voorkeur bevat het radiaal wiekdeel een buis die ter hoogte van het tussenliggend punt aan de buis van het centraal wiekdeel kan worden aangebracht en waaraan de vleugel is bevestigd. Volgens nog een voorkeurdragende uitvoeringsvorm is de vleugel draaibaar op de buis van het radiaal wiekdeel bevestigd. Bij voorkeur bevat de vleugel volgens de langsas van de wiek een inwendige holte waarin de buis van het radiaal wiekdeel kan worden ingebracht.

[13] Dit laat toe om het rotorgeheel uit eenvoudig te vervaardigen compenenten samen te stellen.

[14] Bij voorkeur bevat de wiek een positioneringsmechanisme en een daaraan gekoppelde stuurinrichting, die bij activatie geconfigureerd is om de stand van de vleugel in te stellen; en dat de vleugel zo is gevormd en/of aangebracht dat bij desactivatie van de stuurinrichting de vleugel zich uit de wind draait.

[15] Volgens een uitvoeringsvorm zijn het positioneringsmechanisme en de daaraan gekoppelde stuurinrichting zo geconfigureerd dat ze bij het overschrijden van een vooraf bepaalde rotatiesnelheid van het rotorgeheel, de vleugel zich uit de wind draait.

[16] Dit laat toe om het rotorgeheel voor overbelasting te beveiligen.

[17] Volgens een uitvoeringsvorm bevat het positioneringsmechanisme een hydraulische actuator en bevat de daaraan gekoppelde stuurinrichting een hydraulisch circuit.

[18] Volgens een volgende uitvoeringsvorm zijn het positioneringsmechanisme en/of de daaraan gekoppelde stuurinrichting in het rotorgeheel zijn aangebracht, de stuurinrichting verder bevattende: - een energievoorraad geconfigureerd om te worden bijgeladen door middel van een elektrische generator die is aangebracht aan het rotorgeheel of vanuit een stationaire energiebron door middel van draadloze energieoverdracht; en/of - een draadloze communicatie module geconfigureerd om draadloze communicatie mogelijk te maken tussen de stuurinrichting en een stationaire stuurinrichting.

[19] Dit laat toe om de actuatoren van het rotorgeheel op een eenvoudige wijze aan te brengen en aan te sturen zonder complexe mechanische overbrengingen.

[20] Volgens een tweede aspect van de uitvinding wordt er voorzien in een windturbine bevattende een rotorgeheel volgens het eerste aspect van de uitvinding, daardoor gekenmerkt dat de windturbine verder bevat: - Een gondel waaraan het rotorgeheel draaibaar volgens de nagenoeg horizontale rotatie-as is aangebracht; - Een mast met een nagenoeg verticale langsas waaraan de gondel draaibaar volgens een nagenoeg verticale rotatie-as is aangebracht door middel van een lagersysteem.

[21] Bij voorkeur bevat het lagersysteem minstens twee lagers waarvan de rotatie-as samenvalt met de nagenoeg vertiakale rotatie-as en die op verschillende locaties langs de nagenoeg verticale langsas van de mast zijn aangebracht. Bij voorkeur zijn de lagers van het lagersysteem conische lagers.

[22] Een dergelijke constructie laat toe om zowel de radiale als axiale belasting van de gondel op de mast efficiënt op te vangen zonder de noodzaak aan een lager met een grote diameter.

[23] De uitvinding zal nu verder worden beschreven aan de hand van de figuren waarin: [24] Figuur 1 een uitvoeringsvorm van een windturbine volgens de uitvinding toont; [25] Figuren 2 en 3 een gedeeltelijke weergave van het rotorgeheel van de windturbine uit Figuur 1 toont; [26] Figuren 4A-C en 5 een uitvoeringsvorm tonen van een positioneringsmechanisme voor de wieken; en [27] Figuur 6 schematisch een gedeeltelijke doorsnede weergeeft van een variante uitvoeringsvorm van de windturbine volgens de uitvinding.

[28] Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm met een windturbine 1 met een rotorgeheel 10 volgens de uitvinding. Het betreft een horizontale as windturbine 1 met een gondel 3 die draaibaar rond een nagenoeg vertikale rotatieas draaibaar is aangebracht op een mast of toren 2. Het rotorgeheel 10 is zelf draaibaar aangebracht in de gondel om te roteren rond een nagenoeg horizontale centrale rotatiesas R. Het rotorgeheel 10 is “af-wind” aangebracht, dit betekent, tijdens de werking, volgens de windrichting W aan de achterzijde van de gondel 3. Een dergelijke opstelling biedt het voordeel dat ze geen bijkomend mechanisme nodig hebben om het rotorgeheel 10 in de wind te houden. Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm kan het rotorgeheel 10 ook “op-wind” worden aangebracht, bijvoorbeeld om de nadelige effecten van de turbulentie aan de achterkant van de toren te vermijden, echter dit vereist een bijkomend mechanism om het rotorgeheel in de wind te houden zoals bijvoorbeeld een windvaan of een windsensor gecombineerd met een servo motor.

[29] Het rotorgeheel 10 is roteerbaar rond een nagenoeg centrale horizontale rotatieas R en bevat een centrale naaf 12 waarvan de centrale as samenvalt met de centrale horizontale rotatieas R. Op deze centrale naaf zijn drie wieken 14 bevestigd. Het is duidelijk dat volgens alternatieve uitvoeringsvormen een ander veelvoud aan wieken kan worden aangebracht, zoals bijvoorbeeld twee, vier, vijf.....De wieken 14 worden aan hun centrale uiteinde 22 op de centrale naaf 12 bevestigd en strekken zich uit volgens hun langsas L nagenoeg radiaal ten opzichte van de centrale rotatieas R tot aan hun radiaal uiteinde 32.

Zoals weergegeven in Figuur 1 en ook meer in detail in Figuren 2 en 3 bevatten deze wieken 14 elk een tussenliggend punt 42 gelegen tussen het eerste centrale uiteinde 22 en het tweede radiale uiteinde 32.

[30] De wiek 14 is opgedeeld in twee wiekdelen 20, 30, dit wil zeggen dat de wiek 14 een centraal wiekdeel 20 bevat dat zich uitstrekt vanaf het centrale uiteinde 22 tot aan het tussenliggend punt 42. Aan dit eerste centraal wiekdeel 20 dat volgens deze uitvoeringsvorm is uitgevoerd als een buis 24 is vervolgens een tweede radiaal wiekdeel 30 bevestigd. Dit radiaal wiekdeel 30 strekt zich uit vanaf het tussenliggend punt 42 tot het tweede radiale uiteinde 32. De langsassen L van beide wiekdelen 20, 30 vallen daarbij nagenoeg samen. Zoals zichtbaar bestaat volgens deze uitvoeringsvorm dit tweede radiaal wiekdeel 30 een buis 34 die ter hoogte van het tussenliggend punt 42 aan de buis 24 van het eerste centraal wiekdçel 20 aangebracht is. Rond deze buis 34 van het radiaal wiekdeel 30 is een vleugel 35 aangebracht met een vorm die geschikt is om te worden aangedreven door de wind. Deze vleugel 35 kan vast op deze buis 34 worden bevestigd, maar volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm is deze vleugel 35 draaibaar op deze buis 34 gelagerd om zoals verder zal worden beschreven met betrekking tot Figuren 4A-C in verschillende posities te kunnen worden verdraaid door middel van een actuator 72. Het opsplitsen van de wiek 14 in twee delen is voordelig omdat op deze wijze de wiek 14 in gedemonteerde toestand makkelijker kan getransporteerd worden. Bovendien laat dit ook toe de vleugel 35 te vervaardigen met een eenvoudig te produceren profiel, bijvoorbeeld een aluminium of kunststof extrusie profiel. Een uitvoeringsvorm van een dergelijk profiel voor de vleugel 35 is bijvoorbeeld weergegeven in Figuren 4A-C, waarbij de vleugel 35 volgens de langsas L van de wiek 14 een inwendige holte 38 bevat waarin de buis 34 van het tweede radiaal wiekdeel 30 kan worden ingebracht.

[31] Daarnaast bevatten deze wieken 14 ook elk een kabelsysteem 60 dat samenwerkt met de wiek 14 en de centrale naaf 12. Dit kabelsysteem 60 zorgt ervoor dat vervorming van de wiek 14 wordt tegengegaan. Het betreft vervorming door belasting op de wieken 14 volgens de richting van de centrale rotatieas R,. Hiervoor bevat het kabelsysteem 60 één enkel kabelpaar per wiek 14 met een eerste kabel 62 en een tweede kabel 64. Deze beide kabels 62, 64 zijn telkens bevestigd zijn tussen bevestigingspunten 16, 17 ter hoogte van het tussenliggend punt 42 en bevestigingspunten 18, 19 ter hoogte van de centrale naaf 12. Zoals zichtbaar liggen deze beide kabels 62, 64 in lijn met de langsas L van hun wiek 14, gezien volgens de centrale rotatieas R. Deze beide kabels 62, 64 liggen verder ook aan weerszijden van het vlak dat bestreken wordt door de langsas L van hun wiek 14. Anders geformuleerd wordt één van de kabels 62 van het kabelpaar “op-wind” aangebracht terwijl de andere kabel 64 van het kabelpaar afwind wordt aangebracht. Beide kabels van het kabelpaar bevinden zich dus aan weerszijden van het vlak dat bestreken wordt door de langsas L van de wiek 14 tijdens een rotatie rond de centrale rotatie-as R.

[32] De bevestigingspunten 16,17 zijn zoals weergegeven in Figuur 2 aangebracht aan de buis 24 van het centrale wiekdeel 20 ter hoogte van het tussenliggend punt 42. Volgens een variante uitvoeringsvorm kunnen de bevestigingspunten op een gelijkaardige manier nabij de langsas L aangebracht worden op bijvoorbeeld de buis 34 van het radiaal wiekdeel 30. Het is daarbij van belang dat de afstand tot de langsas L van de wiek 14 van de bevestigingspunten 16,17 kleiner is dan de afstand d1 van de langsas L tot overeenkomstige bevestigingspunten 18, 19. Op deze manier vormen beide kabels 62, 64 een hoek. Hoe kleiner deze hoek A1, hoe groter de krachten die in de kabels 62, 64 zullen ontwikkeld worden ten gevolge van belastingen op de wiek 14 dwars ten opzichte van het vlak bestreken door de langsas L. Dergelijke belastingen kunnen ontstaan als gevolg van de belasting van de wind op de wieken 14. Zoals verder zichtbaar in Figuren 2 en 3 worden de kabels ter hoogte van de bevestigingspunten 16, 17, 18 en/of 19 voorzien van gekende kabelspanners om de spanning in de kabels 62, 64 zo te kunnen instellen om de gewenste stijfheid aan het centraal wiekdeel 20 te verlenen, zonder dat voor de buis 24 complexe profielen noodzakelijk zijn of materialen met een zeer hoge stijfheid. De buis 24 kan bijvoorbeeld vervaardigd worden uit een geschikt metaal zoals bijvoorbeeld staal of aluminium. Op deze wijze wordt een eenvoudige en lichte constructie voor dit centraal wiekdeel 20 mogelijk.

[33] Zoals zichtbaar in Figuren 1-3 is enkel op het radiaal wiekdeel 30 een vleugel 35 aangebracht. Dit is voordelig aangezien het vermogen dat gegenereerd wordt door het rotorgeheel 10 evenredig is met het oppervlak dat bestreken wordt door de vleugels van de wieken 14. Zo kan een rotorgeheel 10 zoals weergegeven in Figuren 1-3, door het feit dat de vleugels 35 op een bepaalde afstand van de centrale naaf 12 zijn aangebracht, voor een bepaalde vleugellengte L2 een groter oppervlak bestrijken als de afstand tot de centrale rotatie-as R toeneemt. Hierdoor is het gewenst om de afstand L1 van de centrale rotatie-as R tot het tussenliggend punt 42 voldoende groot te kunnen kiezen. Dit laat verder ook toe om een vleugel 35 met een eenvoudig te vervaardigen profiel te gebruiken aangezien het deel van de vleugel 35 dat verder van de rotatie-as R is verwijderd een minder complexe vorm vereist dan het deel dat dichter bij de rotatie-as is aangebracht om eenzelfde niveau van efficiëntie te bereiken. Het is bovendien ook voordelig voor het transport van het rotorgeheel 12 als de lengte L2 van het radiaal wiekdeel 30 en de lengte L1 van het centraal wiekdeel 20 binnen binnen bepaalde wettelijke limieten blijft. Zo kunnen de lengte L1 en L2 bijvoorbeeld ongeveer 6 of 12 meter bedragen zodat ze kunnen getransporteerd worden met behulp van standaard containers. Bij montage kunnen dan beide wiekdelen 20, 30 met elkaar worden verbonden door middel van geschikte bevestigingselementen zoals bijvoorbeeld bouten of een klemverbinding ter hoogte van het tussenliggend punt 42.

[34] Het kabelsysteem 60 met een kabelpaar met twee kabels 62, 64 per wiek 14 zoals hierboven beschreven is verder ook optimaal wat betreft het minimaliseren van additionele luchtweerstand van het rotorgeheel 10 aangezien meer kabels of additionele elementen zoals bijvoorbeeld spreiders voor de kabels telkens bijkomende luchtweerstand veroorzaken. Bovendien wordt mogelijke interferentie met de vleugel 35 vermeden aangezien het kabelpaar is aangebracht tussen het tussenliggend punt 42 en de centrale naaf 12.

[35] Als de vleugel 35 in een vaste positie wordt aangebracht, bijvoorbeeld vast op de buis 34, dan moeten de componenten van de wiek 14 zo gedimensioneerd worden dat ze de hoogst mogelijke belasting die kan veroorzaakt worden door de wind kunnen overleven. Om de maximale belasting van de componenten van de wiek 14 te reduceren, en bijgevolg lichter en eenvoudiger te kunnen dimensioneren, is het voorkeurdragend om de vleugel 35 draaibaar op de buis 34 van het tweede radiaal wiekdeel 30 te bevestigen. Op die manier kan de vleugel 35 bij dreigende overbelasting uit de wind worden gedraaid, dit wil zeggen naar een positie worden gedraaid rond de langsas L van de wiek 14 waarbij de impact van de wind minimaal is. Voor de uitvoeringsvorm weergegeven in Figuren 1-3 is hiervoor de vleugel 35 volgens de langsas L van de wiek 14 voorzien van een inwendige holte 38 waarin de buis 34 van het tweede radiaal wiekdeel 30 kan worden ingebracht, en waarop de vleugel 35 door middel van een geschikt lager draaibaar wordt bevestigd.

[36] Een uitvoeringsvorm van een positioneringsmechanisme 70 en een daaraan gekoppelde stuurinrichting 80 is schematisch weergegeven in Figuren 4A-C. Het positioneringsmechanisme 70 is uitgevoerd als een hydraulische actuator 72, bijvoorbeeld een enkelwerkende hydraulische actuator 72 met ingebouwde terugkeerveer, maar volgens alternatieve uitvoeringsvormen kan dit eveneens een elektrische, pneumatische of eender ander geschikt type van actuator zijn. De hydraulische actuator 72 is aan een zijde verbonden met de buis 34 van het radiale wiekdeel 30 via een arm 76, die bijvoorbeeld is aangebracht ter hoogte van het tussenliggend punt 42. Aan de andere zijde is de actuator 72 verbonden met de vleugel 35 via een arm 74. De actuator 72 is zo instaat om de positie van de vleugel 35 die met een lager 78 draaibaar op de buis 34 van het radiaal wiekdeel 30 is aangebracht te bepalen.

[37] Figuur 4B toont de vleugel 35 in zijn startpositie. In deze positie heeft de wind voldoende impact op de vleugel 35 zodat een voldoende koppel kan gegenereerd worden om het rotorgeheel 10 vanuit stilstand in beweging kan worden gezet. De vleugel 35 staat hierbij onder een welbepaald invalshoek ten opzichte van de relatieve windrichting. Deze invalshoek van de windrichting zorgt ervoor dat een zo groot mogelijk start moment wordt gegenereerd. Eenmaal het rotorgeheel 10 vanuit stilstand op snelheid is gebracht kan de actuator 72 zo aangestuurd worden door de stuurinrichting 80 dat de vleugel 35 naar de positie weergegeven in Figuur 4A wordt gebracht. In deze positie wordt de vleugel nagenoeg dwars op de windrichting geplaatst om zo een beter evenwicht te vinden tussen de kracht ontwikkeld door de wind op de vleugel en de luchtweerstand die de vleugel 35 ondervindt bij het roteren van het rotorgeheel 10 tijdens de normale werking van de windturbine 1. Tenslotte wordt in Figuur 4C de vleugel 35 getoond in een stand die wordt ingenomen bij desactivatie van de windturbine, bijvoorbeeld om overbelasting te voorkomen bij te hoge windsnelheden of voor onderhoud. De vleugel 35 is in deze stand nagenoeg uitgelijnd met de windrichting zodat het moment dat ontwikkeld wordt door het rotorgeheel 10 gereduceerd wordt. Om een veilige werking van het rotorgeheel 10 te garanderen is de vleugel 35 zo gevormd of zijn er middelen aangebracht zoals veren, actuatoren of andere elementen die bij desactivatie van de stuurinrichting 80 de vleugel 35 uit de wind draaien zodat ze de positie zoals weergegeven in Figuur 4C innemen. Ook bij het overschrijden van een vooraf bepaalde rotatiesnelheid van het rotorgeheel 10, wat bijvoorbeeld kan bepaald worden door middel van een geschikte hoekverdraaiingssensor of door middel van elementen die aangestuurd worden door een centrifugale kracht, wordt de vleugel 35 eveneens naar de positie weergegeven in Figuur 4C gedraaid om overbelasting van het rotorgeheel 10 te vermijden.

[38] Figuur 5 toont een uitvoeringsvorm van een stuurinrichting 80 voor de actuator 72 weergegeven in Figuren 4A-C. Deze stuurinrichting 80 bevat bijvoorbeeld een hydraulische circuit 84, 85, 86 met hydraulische componenten, optioneel aangevuld met een elektronische verwerkingseenheid 81 en geschikte energievoorraden en/of energiebronnen 82, 86. Verder is de stuurinrichting gekoppeld met geschikte sensoren 88, 89 om bijvoorbeeld de rotatiesnelheid van het rotorgeheel 10 of de stand van de vleugels 35 vast te stellen. Het hydraulisch circuit 84, 85, 86 wordt zo aangestuurd door de elektronische verwerkingseenheid 81 dat de stand van de actuator 72 wordt geregeld in functie van de rotatiesnelheid van het rotorgeheel 10 of op basis van instellingen van een operator, bijvoorbeeld om onderhoud aan de windturbine 1 mogelijk te maken. Hiervoor bevat het hydraulisch circuit een geschikte energiebron 86 met een voorraad van hydraulische vloeistof zoals een hydraulisch drukvat of een accumulator gecombineerd met bijvoorbeeld een geschikte hydraulische pomp die in staat is om de hydraulische vloeistof aan de actuator 72 toe te voeren of af te voeren. Verder bevat het hydraulisch circuit bijvoorbeeld een centrifugaalklep 84 die in functie van de rotatiesnelheid van het rotorgeheel 10 de actuator 72 bij het overschrijden van de maximaal toelaatbare rotatiesnelheid aanstuurt om de vleugels 35 te desactiveren door ze naar de positie weergegeven in Figuur 4C te bewegen. Daarnaast bevat het hydraulisch circuit ook een elektrisch aangestuurde klep of ventiel 85. Dit ventiel 85 wordt zo aangestuurd dat hydraulische vloestof aan de actuator 72 wordt toegevoerd of afgevoerd zodat de actuator 72 de vleugel 35 naar de gewenste positie beweegt of in de gewenste positie houdt. Het ventiel 35 wordt aangestuurd door een elektronische verwerkingseenheid 81, die bijvoorbeeld automatisch op basis van de gegevens van sensoren, zoals bijvoorbeeld een hoekverdraaiingssensor 88 die de stand van de vleugel 35 detecteert en een hoekverdraaiingsssensor 89 die de rotatiesnelheid van het rotorgeheel 10 registreert de correcte stand van de actuator 72 door middel van ventiel 85 zal bepalen. Zoals hierboven vermeld kan de elektronische verwerkingseenheid 81 ook op basis van instructies van een operator worden aangestuurd, bijvoorbeeld om de vleugels 35 te desactiveren zodat het rotorgeheel 10 eenvoudig tot stilstand kan worden gebracht om onderhoudswerkzaamheden mogelijk te maken. De elektronische verwerkingseenheid 81 wordt van stroom voorzien door middel van een elektrische energievoorraad 82 zoals bijvoorbeeld een geschikte batterij of een condensator. Deze elektrische energievoorraad 82 kan op zijn beurt energie leveren aan de hydraulische energiebron 86, bijvoorbeeeld aan de hydraulische pomp.

[39] Bij voorkeur wordt niet alleen het positioneringsmechanisme 70, maar ook de daaraan gekoppelde stuurinrichting 80 in het rotorgeheel 10 aangebracht. Dit wil zeggen dat ook alle noodzakelijke middelen voor de werking van het positioneringsmechanisme 70 aan het rotorgeheel 10 worden aangebracht, bijvoorbeeld in de vleugel 35 of aan de wiek 14 of in de centrale naaf 12. In dit geval zal de elektrische energievoorraad 82 mee roteren met het rotorgeheel 10. Om deze energievoorraad 82 bij te laden kan dan bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden van draadloze energieoverdracht. Dit kan bijvoorbeeld geïmplementeerd worden, zoals weergegeven in Figuur 5, door middel van een inductieve koppeling tussen de elektrische energievoorraad 82 die is aangebracht op het rotorgeheel 10 en een stationaire elektrische energiebron 87, bijvoorbeeld een inductief batterijlaadstation dat is aangebracht in de gondel 3 of in de mast 2. Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm kan de energievoorraad 82 worden bijgeladen door middel van een dynamo of alternator of een ander geschikte elektrische generator die eveneens in het rotorgeheel is aangebracht. De elektrische generator wordt zo in het rotorgeheel aangebracht dat de rotatie van het rotorgeheel 10 wordt omgezet in een rotatie van de elektrische generator om zo elektrische energie op te wekken die de elektrische energievoorraad 82 kan aanvullen. Dit kan bijvoorbeeld verwezenlijkt worden door het aanbrengen van de stator van de elektrische generator in het rotorgeheel 10 en de de rotor van de elektrische generator te koppelen aan de gondel 3zodat tijdens de rotatie van het rotorgeheel 10 de rotor van de elektische generator roteert ten opzichte van zijn stator die met het rotorgeheel 10 mee bewogen wordt. Om communicatie mogelijk te maken tussen de stuurinrichting 80 die aanwezig is in het rotorgeheel 10 en andere stuurinrichtingen 90 die stationair zijn aangebracht, bijvoorbeeld een stuurinrichting van de windturbine die in de toren 2 of de gondel 3 aanwezig is of een service terminal die gebruikt wordt door een operator, kan gebruik gemaakt worden van gekende systemen voor draadloze datacommunicatie. De stuurinrichting 80 die in het rotorgeheel is aangebracht bevat hiervoor een draadloze communicatiemodule 83, bijvoorbeeld een Wifi, GSM, bluetooth of een andere geschikte module, die draadloze communicatie mogelijk maakt met een stationaire stuurinrichting 90. Op deze wijze zijn alle elementen voor het optimaal functioneren van het rotorgeheel 10 aan het rotorgeheel 10 zelf aangebracht en kunnen ze bediend worden zonder complexe koppelingen voor kabels voor energie-overdracht of communicatie tussen het rotorgeheel 10 en de gondel 3 of de mast 2 van de windturbine 1.

[40] Een variante uitvoeringsvorm van de windturbine 1 volgens de uitvinding wordt weergegeven in Figuur 6. Het rotorgeheel 10 stemt nagenoeg overeen met de uitvoeringsvorm weergegeven in Figuren 1 - 3. De gedeeltelijke doorsnede van Figuur 6 toont verder hoe de gondel 3, waaraan het rotorgeheel 10 draaibaar volgens de nagenoeg horizontale rotatie-as R is aangebracht, zelf draaibaar op de mast is aangebracht. Op de mast 2, met een nagenoeg verticale langsas, is de gondel 3 draaibaar volgens een nagenoeg verticale rotatie-as aangebracht door middel van een lagersysteem 50. Zoals zichtbaar bevat dit lagersysteem 50 twee lagers 52, 54 bevat waarvan de rotatie-as samenvalt met de nagenoeg vertiakale rotatie-as. Deze lagers 52, 54 zijn op verschillende locaties langs de nagenoeg verticale langsas van de mast (2) aangebracht. Deze lagers 52, 54 van het lagersysteem 50 zijn bij voorkeur conische lagers aangezien een dergelijk lagersysteem 50 in staat is om de radiale en axiale belasting efficiënt op te vangen zonder dat lagers met een grote diameter noodzakelijk zijn. Tot slot is ook nog een gondel positioneermechanisme 56 weergegeven. Het betreft een actuator, bijvoorbeeld een elektrische of hydraulische actuator, die samenwerkt met de mast 2 en de gondel 3 en die kan aangestuurd worden, bijvoorbeeld door middel van een geschikt stuurinrichting, om de gondel 3 en bijgevolg ook het rotorgeheel 10 in een geschikte positie ten opzichte van de windrichting te positioneren.

[41] De uitvinding beperkt zich uiteraard niet tot de als voorbeeld beschreven en in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvormen, maar bevat eveneens alle alternatieven en combinaties die binnen de beschermingsomvang van de conclusies vallen.

Claims (13)

1. CONCLUSIES

   1. Een rotorgeheel (10) voor een windturbine (1 ) bevattende: - Een centrale naaf (12) met een centrale rotatieas (R); en - Een veelvoud aan wieken (14) die: - elk bevestigd zijn aan hun centrale uiteinde (22) op de centrale naaf (12); en - zich volgens hun langsas (L) nagenoeg radiaal ten opzichte van de centrale rotatieas (R) uitstrekken tot aan hun radiaal uiteinde (32), - deze wieken (14) elk bevattende: - een tussenliggend punt (42) gelegen tussen het centrale uiteinde (22) en het radiale uiteinde (32); - een centraal wiekdeel (20) dat zich uitstrekt vanaf het centrale uiteinde (22) tot het tussenliggend punt (42); - een radiaal wiekdeel (30) dat bevestigd is aan het centraal wiekdeel (20) en zich uitstrekt vanaf het tussenliggend punt (42) tot het radiale uiteinde (32) van de wiek (14); en - een kabelsysteem (60) dat samenwerkt met de wiek (14) en de centrale naaf (12), DAARDOOR GEKENMERKT DAT enkel het radiaal wiekdeel (30) een vleugel (35) bevat met een vorm die geschikt is om te worden aangedreven door de wind; en dat het kabelsysteem (60) één enkel kabelpaar (62, 64) per wiek (14) bevat waarvan beide kabels (62, 64) bevestigd zijn tussen bevestigingspunten (16, 17) ter hoogte van het tussenliggend punt (42) en bevestigingspunten (18, 19) ter hoogte van de centrale naaf (12), deze beide kabels (62, 64) zijn zo aangebracht dat: - deze beide kabels (62, 64) in lijn liggen met de langsas (L) van hun wiek (14), gezien volgens de centrale rotatieas (R); - deze beide kabels (62, 64) aan weerszijden van het vlak liggen dat bestreken wordt door de langsas (L) van hun wiek (14).
2. 2. Een rotorgeheel volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat voor iedere wiek (14) de afstand van de langsas (L) van de wiek (14) tot de bevestigingspunten (16, 17) ter hoogte van het tussenliggend punt (42) kleiner is dan de afstand van de langsas (L) van de wiek (14) tot de bevestigingspunten (18, 19) ter hoogte van de centrale naaf (12).
3. 3. Een rotorgeheel volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de vleugel (35) vervaardigd is als een extrusie profiel.
4. 4. Een rotorgeheel volgens één of meerdere van de voorgaande conclusies,, daardoor gekenmerkt dat het centraal wiekdeel (20) een buis (24) bevat.
5. 5. Een rotorgeheel volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat het radiaal wiekdeel (30) een buis (34) bevat die ter hoogte van het tussenliggend punt (42) aan de buis (24) van het centraal wiekdeel (20) kan worden aangebracht en waaraan de vleugel (35) is bevestigd.
6. 6. Een rotorgeheel volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat de vleugel (35) draaibaar op de buis (34) van het radiaal wiekdeel (30) is bevestigd.
7. 7. Een rotorgeheel volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de vleugel (35) volgens de langsas (L) van de wiek (14) een inwendige holte (38) bevat waarin de buis (34) van het radiaal wiekdeel (30) kan worden ingebracht.
8. 8. Een rotorgeheel volgens conclusie 6 of 7, daardoor gekenmerkt dat de wiek (14) een positioneringsmechanisme (70) en een daaraan gekoppelde stuurinrichting (80) bevat, die bij activatie geconfigureerd is om de stand van de vleugel (35) in te stellen; en dat de vleugel (35) zo is gevormd en/of aangebracht dat bij desactivatie van de stuurinrichting(80) de vleugel (35) zich uit de wind draait.
9. 9. Een rotorgeheel volgens conclusie 8, daardoor gekenmerkt dat het positioneringsmechanisme (70) en de daaraan gekoppelde stuurinrichting (80) zo geconfigureerd zijn dat ze bij het overschrijden van een vooraf bepaalde rotatiesnelheid van het rotorgeheel (10), de vleugel (35) zich uit de wind draait.
10. 10. Een rotorgeheel volgens conclusie 8 of 9, daardoor gekenmerkt dat het positioneringsmechanisme (70) een hydraulische actuator (72) bevat en dat de daaraan gekoppelde stuurinrichting (80) een hydraulisch circuit bevat. 11 Een rotorgeheel volgens één of meerdere van de conclusies 8 tot 10, daardoor gekenmerkt dat het positioneringsmechanisme (70) en/of de daaraan gekoppelde stuurinrichting (80) in het rotorgeheel (10) zijn aangebracht, de stuurinrichting (80) verder bevattende: - een energievoorraad (82) geconfigureerd om te worden bijgeladen door middel van een elektrische generator die is aangebracht aan het rotorgeheel of vanuit een stationaire energiebron (87) door middel van draadloze energieoverdracht; en/of - een draadloze communicatie module (83) geconfigureerd om draadloze communicatie mogelijk te maken tussen de stuurinrichting (80) en een stationaire stuurinrichting (90).
11. 12. Een windturbine (1) bevattende een rotorgeheel (10) volgens één of meerder van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de windturbine (1) verder bevat: - Een gondel (3) waaraan het rotorgeheel (10) draaibaar volgens de nagenoeg horizontale rotatie-as (R) is aangebracht; - Een mast (2) met een nagenoeg verticale langsas waaraan de gondel (3) draaibaar volgens een nagenoeg verticale rotatie-as is aangebracht door middel van een lagersysteem (50).
12. 13. Een windturbine (1) volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat het lagersysteem (50) minstens twee lagers (52, 54) bevat waarvan de rotatie-as samenvalt met de nagenoeg vertikale rotatie-as en die op verschillende locaties langs de nagenoeg verticale langsas van de mast (2) zijn aangebracht.
13. 14. Een windturbine (1) volgens conclsie 13, daardoor gekenmerkt dat de lagers (52, 54) van het lagersysteem (50) conische lagers zijn.