(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 NO/EP (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. F03D 7/06 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (62) Avdelt fra EP86, med inndato (73) Innehaver Colling, Claus, Priel /a, 8408 Gammelsdorf, DE-Tyskland (72) Oppfinner Colling, Claus, Priel /a, 8408 Gammelsdorf, DE-Tyskland (74) Fullmektig Zacco Norway AS, Postboks 03 Vika, 012 OSLO, Norge (4) Benevnelse Vindturbinstyreanordning til en vertikal-akse vindturbin (6) Anførte publikasjoner FR-A GB-A GB-A GB-A US-A US-A US-A US-A

2 NO/EP Vindturbinstyreanordning til en vertikal-akse vindturbin Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en vindturbinstyreanordning til en vertikal-akse vindturbin. I den stadig raskere utviklingen av utnyttelsen av vindenergi tilstrebes det generelt en stadig mer effektiv utforming av henholdsvis vindkraftanlegg eller vindkraftsystemer. Riktignok er styringen av vindkraftsystemer et stort problem, uavhengig av om de er konstruert som vertikal-akse vindturbiner 14 (VAWT) eller som horisontal-akse vindturbiner (HAWT). Rotorens turtall må begrenses fremfor alt ved høye vindhastigheter for å hindre skader på eller ødeleggelser av vindkraftsystemene som følge av for stor vindenergi. Dessuten må det være mulig å koble ut vindkraftsystemer i forbindelse med vedlikehold og reparasjoner, selv når vindenergi samtidig virker på vindkraftsystemene. Det er derfor viktig at hvert vindkraftsystem har en bremseanordning. Vanlige bremser, som f.eks. skive- eller trommelbremser, egner seg riktignok ikke for dette, fordi de vil være utsatt for en høy slitasje. Dessuten må en varig bremsevirkning sikres. Friksjonsbaserte bremser kan ved lenger tids bremsing varmes opp, slik at de svikter. Dette problemet kan innenfor teknikkens stand løses ved bruk av slitasjefrie virvelstrømbremser. Riktignok får man herved det problemet at virvelstrømbremser ikke tillater individuell styring og er virkningsløse ved strømbrudd. Systemer med justerbare rotorblad kan ved strømbrudd eller styringsbrudd heller ikke lenger tas ut fra vinden, slik at vindenergien kan drive rotoren videre. Det foreligger derfor et behov for en slitasjefri anordning for styring og bremsing av vindkraftanlegg med hhv. en autonom selvbremsing eller selvutkobling i defektsituasjoner. I teknikkens stand gir det seg et ytterligere problem når en nødssituasjon oppstår, der de elektriske styreanordningene faller ut og en utkobling av VAWT-en dermed blir umulig. US omtaler en vindturbinstyreanordning ifølge teknikkens stand. Sammendrag 3 Problemet til den foreliggende oppfinnelsen består i å tilveiebringe en mest mulig gunstig mulighet til å styre rotasjonen til en vindturbin 14 (fortrinnsvis VAWT) på

3 NO/EP en slitasjefri måte ved hjelp av en bremse som i defektsituasjoner kan aktiveres uten ytre styrepåvirkning og kan bringe vindturbinen 14 til stillstand. 1 Dette problemet løses ifølge oppfinnelsen ved vindturbinstyreanordningen 1 for en aerodynamisk bremse ifølge de medfølgende kravene, særlig ved krav 1. Ifølge den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringes en vindturbinstyreanordning 1 for en aerodynamisk bremse med minst ett rotorbladsegment 6, som omfatter følgende: en første komponent 2 som har et fjærelement 3 for å forspenne den aerodynamiske bremsen i retning av en innkjørt posisjon; en andre komponent 4 som har et masseelement for å kjøre ut den aerodynamiske bremsen ved hjelp av en sentrifugalkraft forårsaket av tilstrekkelig høy rotasjon av rotorbladsegmentet 6, mot fjærelementets 3 forspenning; en tredje komponent 7 som har en aktuator 8 som er er forbundet med den aerodynamiske bremsen, og som kan styres for å kjøre ut den aerodynamiske bremsen mot fjærelementets 3 forspenning. Den aerodynamiske bremsen ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er derved i stand til å påvirke dreiemomentforløpet til en vindturbin Den foreliggende oppfinnelsen har i tillegg den fordel at det med denne anordningen ikke bare er mulig å bremse en vindturbin 14 på en slitasjefri måte, men at man også på en slitasjefri måte kan styre dennes rotasjonshastighet ved vind. Som følge derav muliggjør den foreliggende oppfinnelsen også en drift av en vindturbin 14 under sterke og raskt vekslende vindforhold (vindretning, byger, osv.), når de vanlige vindturbinene i teknikkens stand må utkobles for å beskyttes mot skader. Derfor er den foreliggende oppfinnelsen på fordelaktig måte særlig egnet for bruk i sterk vind-anlegg. Kort beskrivelse av tegningene Figur 1 viser en foretrukket utførelsesform av styreanordningen 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen i et sprengriss uten fjærelement 3. Figur 2 viser en foretrukket utførelsesform av styreanordningen 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen med forbindelseselementer 18. Figur 3 viser et rotorbladsegment 6 med flere koblede styreanordninger 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen. 3 Figur 4 viser en foretrukket utførelsesform av styreanordningen 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som er innbygget i et rotorbladsegment 6 og styres av en aktuator 8.

4 NO/EP Figur viser profilen til et rotorbladsegment 6 og en lufttrykkfordeling ved bremsing med styreanordningen 1 ifølge en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 6 viser profilen til et rotorbladsegment 6 og en luftstrømfordeling ved bremsing med styreanordningen 1 ifølge en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 7 viser hhv. et vindkraftsystem eller et vindkraftanlegg av typen vertikalakse vindturbin 14 (VAWT). Figur 8 viser et tverrsnitt i området av rotorbladsegmentets tilstrømningskant 16. Detaljert beskrivelse 1 I figurene 1, 2, 3 og 4 er det angitt retninger i rommet med tre akseretninger: x, y og z, for å tilveiebringe en lettere forståelse av den tredimensjonale fremstillingen. Bemerk at retningene er bibeholdt i alle figurene. x-retningen forløper fra profilenden 17 i retning av tilstrømningskanten 16. y-retningen forløper radialt utover med hensyn til vindturbinens 14 (VAWT) rotasjonsakse. z- retningen forløper langs lengden av et rotorbladsegment 6 i en VAWT, nedenfra og opp, dvs. fra fundamentet til VAWT-en og loddrett opp til det høyeste punktet på VAWT-en. 2 3 Styreanordningen 1 ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen omfatter tre komponenter. Den første komponenten 2 omfatter minst ett fjærelement 3 for å forspenne den aerodynamiske bremsen i retning av en innkjørt posisjon. Således utøver dette fjærelementet 3 en forspenningskraft på den aerodynamiske bremsen. Den innkjørte posisjonen tilsvarer en ikkebetjening av den aerodynamiske bremsen. Fortrinnsvis er fjærelementet 3 utført som et torsjonselement, slik det er vist i fig. 2. Dette torsjonselementet plasseres i en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen (fig. 2) på en slik måte i rotorbladsegmentet 6 at dets hhv. dreie- eller torsjonsakse forløper fra tilstrømningskanten 16 til rotorbladsegmentets 6 profilende 17, men kan ifølge oppfinnelsen også bygges inn på andre måter og avhenger av de aktuelle kravene som f.eks. tilgjengelig plass eller allerede gitte innerkonstruksjoner. Denne forspenningen holder den aerodynamiske bremsen i en innkjørt posisjon,

5 NO/EP der det ikke oppstår noen bremsevirkning. Riktignok kan det også anvendes andre typer fjærelementer 3, som f.eks. gasstrykkfjærer, hydrauliske fjærer, bladfjærer eller spiralfjærer, og valget skjer alt etter kravene som stilles til vindturbinen 14. I figur 1 vises enkelte deler av den andre 4 og tredje 7 komponenten av en utførelsesform av oppfinnelsen. Pilene for henvisningstallene 4 og 7 betegner kun delenes tilhørighet til enkelte komponenter og de enkelte delene, som derfor i tillegg som regel er utstyrt med delspesifikke henvisningstall. Den andre komponenten 4 omfatter minst ett masseelement for å kjøre ut den aerodynamiske bremsen mot fjærelementets 3 forspenning ved hjelp av en sentrifugalkraft forårsaket av en tilstrekkelig høy rotasjon av rotorbladsegmentet 6, slik det er vist i fig. 1. I en foretrukket utførelsesform er masseelementet posisjonert slik at sentrifugalkraften genererer en radialbevegelse av masseelementet med hensyn til vindturbinens 14 rotasjonsakse, dvs. i y- retning, som via en første delkomponent, som f.eks. en hevarmanordning, genererer en kraft for å kjøre ut den aerodynamiske bremsen mot fjærelementets 3 forspenning. 2 Den utkjørte posisjonen tilsvarer en betjening av den aerodynamiske bremsen (fig. 1 og fig. 2). Det er også mulig med en utførelsesform av oppfinnelsen der den første komponenten 2 ikke inneholder et fjærelement 3, hhv. der den andre komponenten 4 i tillegg kan overta oppgaven til den første komponenten. I tillegg kan masseelementet være posisjonert på en slik måte at masseelementets vektkraft forårsaker den aerodynamiske bremsens forspenning i retning av en innkjørt posisjon, idet det benyttes en hevarmanordning og/eller en giranordning for kraftomformingen. Dermed virker masseelementets vektkraft i negativ z-retning som forspenningskraft, mens masseelementets sentrifugalkraft trykker radialt utover med hensyn til vindturbinens 14 rotasjonsakse 1, dvs. i y-retning. 3 Når vindturbinen 14 dreies, drives masseelementet som følge av sentrifugalakselerasjonen radialt utover (y-retning i fig. 1, 2, 3, og 4), og kjører derigjennom den aerodynamiske bremsen ut, som arbeider mot vindturbinens 14 dreiing og bremser derved denne. Denne bevegelsen av masseelementet overføres via anordningen ifølge oppfinnelsen i en foretrukket utførelsesform til den aerodynamiske bremsen, slik det er vist i fig. 2. Fig. 2 viser en sammenbygd

6 NO/EP utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen inklusiv den første komponenten, som omfatter fjærelementet 3. Her er forbindelseselementer 18, f.eks. skyvestenger, hvert anbrakt bevegelig på forbindelsespunktene A og B på en slik måte at et forbindelseselement ved bremsing beveges hhv. i y-retning og i negativ y-retning. Den foreliggende oppfinnelsen er selvfølgelig ikke begrenset til to slike skyvestenger. Det kan benyttes et vilkårlig antall slike skyvestenger. Man kan også tenke seg en utførelsesform med kun én enkelt skyvestang. Den aerodynamiske bremsen bevirker ved fullstendig bremsing (0 %) et tilnærmet fullstendig avbrudd av driftsstrømningen for vindturbinen 14. Dette vil forklares nærmere i det følgende. 1 2 I en foretrukket utførelsesform har den andre komponenten 4 en første delkomponent 12 med en første og en andre ende. Den første delkomponenten 12 er fast forbundet med torsjonselementet mellom sin første og andre ende loddrett på torsjonselementets rotasjonsakse 19. Ifølge denne foretrukne utførelsesformen omfatter den andre komponenten 4 videre en andre delkomponent 13 med en første og en andre ende, hvorved den andre delkomponenten 13 er fast forbundet med torsjonselementet på analog måte som den første delkomponenten 12, mellom sin første og andre ende, likeledes loddrett på torsjonselementets rotasjonsakse 19, og er loddrett på den første delkomponenten (se fig. 1). Den første og andre delkomponenten 12 hhv. 13 kan imidlertid også være festet til hverandre i andre vinkelforhold, og vinkelforholdene kan tilpasses av fagpersonen etter behov. Til og med en variabel tilpasning av vinkelforholdene under drift av den foreliggende oppfinnelsen er i en ytterligere utførelsesform mulig. Disse delkomponenten kan f.eks. være hevarmanordninger slik som stenger, rør eller lignende. 3 Den første komponenten 2 er virkningsforbundet med den andre komponenten. Derved kan det dreie seg om en direkte forbindelse, idet den første og den andre komponenten 4 direkte forbindes ved sveising, lodding eller skruing. Det kan imidlertid også legges inn mellomelementer 19 mellom den første og den andre komponenten, for å fremstille en indirekte forbindelse mellom den første og andre komponenten via ett eller flere mellomelementer 19. Disse mellomelementene 19 kan f.eks. være giranordninger som bevirker en kraftomforming. Således er det mulig at torsjonselement og masseelement i ulike utførelsesformer av oppfinnelsen kan bevege seg i samme rotasjonsretning

7 NO/EP eller i innbyrdes motsatte retninger. Delkomponentene må ikke nødvendigvis være symmetriske. I en utførelsesform av oppfinnelsen er dette masseelementet fordelaktig festet direkte på den første enden av den andre delkomponenten (fig. 1 og fig. 4). Masseelementet kan imidlertid også selv tilveiebringes for den andre delkomponenten ved form og materialvalg, slik at det ikke må festet en ytterligere massekomponent på den andre delkomponenten. Når vindturbinen 14 er i drift, lagres mekanisk energi ved hjelp av dette masseelementet ifølge oppfinnelsen, da det virker hhv. en sentrifugalkraft eller sentrifugalakselerasjon på dette masseelementet ved hjelp av vindturbinens 14 rotasjon, som forsøker å akselerere masseelementet radialt utover (y-retning) med hensyn til vindturbinens Den tredje komponenten 7 omfatter en aktuator 8 (fig. 1 og 4) som er forbundet med den aerodynamiske bremsen og som kan styres for å kjøre ut den aerodynamiske bremsen mot fjærelementets 3 forspenning, hhv. mot forspenningen som følge av masseelementets vektkraft ifølge den tidligere nevnte utførelsesformen. Denne tredje komponenten 7 kan styres på en slik måte den aerodynamiske bremsen ved hjelp av en koblingsanordning, som i det følgende beskrives nærmere, kan beveges til og holdes i utkjørt posisjon, i innkjørt posisjon og i enhver mellomposisjon mellom utkjørt og innkjørt posisjon. Mellomposisjonene utgjør dermed en valgfritt innstillbar aerodynamisk delbremsing (mellom 0 % og 0 %, hvorved 0 % tilsvarer den fullstendig innkjørte posisjonen og 0 % tilsvarer den fullstendig utkjørte posisjonen) av vindturbinen 14, mens den fullstendig utkjørte aerodynamiske bremsen utgjør en fullstendig aerodynamisk bremsing av vindturbinen 14. Aktuatoren 8 har i en foretrukket utførelsesform en servomotor 11 som er festet via minst ett forbindelseselement 18, f.eks. en skyvestang, på minst én hevarm. I den foretrukne utførelsesformen er denne hevarmen opplagret dreibart på torsjonselementet, slik det er vist i figur 4. 3 Den tredje komponenten 7 kan også ha et returelement (ikke vist), som medfører at aktuatoren 8 kjører ut den aerodynamiske bremsen mot fjærelementets 3 forspenning, når aktuatoren 8 ikke kan styres eller har en feil. Dette er fremfor alt tilveiebrakt for den situasjonen der det ikke foreligger noen sentrifugalkraft for utkjøring av den aerodynamiske bremsen mot fjærelementets

8 NO/EP forspenning, dvs. når vindturbinen 14 ikke roterer. Dette returelementet kan f.eks. være et ytterligere fjærelement. 1 Første, andre og tredje komponent 7 kan være utstyrt med begrensere 9, som begrenser bevegelsesfriheten til de enkelte komponentene til et på forhånd bestemt innstillingsområde. Alt etter utførelsesform kan én eller flere begrensere 9 anvendes til én eller flere komponenter. Den foretrukne utførelsesformen, f.eks. i fig. 1 og 2 har begrensere 9 for den andre komponenten 4, som definerer de maksimalt mulige innstillingene til den andre komponenten, og, som følge av deres faste forbindelse med den første komponenten, også de maksimalt mulige innstillingene til den første komponenten. I tillegg inneholder den andre komponenten 4, slik det er vist i fig. 1, en anslagsarm 21. Denne anslagsarmen 21 støter i de tidligere bestemte posisjonene for begrenserne 9 mot nettopp disse begrenserne 9, og sørger dermed for at bevegelsesrommet til den andre komponenten er begrenset. Fjærelementet 3 sørger for at anslagsarmen 21 i den innkjørte posisjonen trykkes mot den tilhørende begrenseren 9. Denne anslagsarmen 21 kan også tilveiebringes for hver komponent av den foreliggende oppfinnelsen. Delkomponentene kan selv tjene som anslagsarm 21 for begrensere 9, slik at en anslagsarm 21 utover dette kan falle bort som ekstra komponent som i den foretrukne utførelsesformen fra fig For å tilveiebringe en virkningsforbindelse mellom den andre komponenten og den tredje komponenten 7 tilveiebringes ifølge oppfinnelsen en koblingsanordning. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er denne koblingsanordningen festet på den andre komponenten for valgfritt å koble til eller koble fra den andre og tredje komponenten 7. Som det er vist i fig. 1, er koblingsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen festet på den andre enden av den andre delkomponenten, og forbinder derigjennom den andre delkomponenten 13 virkende med den tredje komponentens 7 aktuator 8. Ifølge en annen foretrukket utførelsesform kan koblingsanordningen også være plassert på den tredje komponenten 7, eller mer nøyaktig på aktuatorens 8 hevarm, for valgfritt å koble til eller koble fra den tredje komponenten 7 virkende med den andre komponenten. Når koblingsanordningen befinner seg på den andre komponenten, kan den tredje komponenten 7 ha et tilsvarende motstykke for å sikre koblingen. I omvendt tilfelle gjelder tilsvarende. Dette motstykket er således del av koblingsanordningen.

9 NO/EP Denne koblingsanordningen er i stand til å løsne og gjenopprette forbindelsen mellom den første 2 og den andre 4 komponenten på den ene side, og den tredje komponenten 7 på den annen side. 1 2 Så lenge koblingsanordningen opprettholder forbindelsen mellom første og andre komponent på den ene siden og tredje komponent på den andre siden, utover den tredje komponenten 7 en hhv. justerbar eller styrbar kraft på den første 2 og den andre komponenten 4, slik at det ikke er mulig for masseelementet, på tross av hhv. sentrifugalakselerasjonen eller sentrifugalkraften som oppstår ved rotasjon av vindturbinen 14, å overvinne fjærelementets 3 forspenningskraft. Bevegelsesmønsteret og den aktuelle posisjonen til den aerodynamiske bremsen hhv. domineres eller bestemmes av aktuatoren 8. Når den aerodynamiske bremsen befinner seg i en mellomstilling mellom utkjørt og innkjørt posisjon, holdes denne posisjonen ved hjelp av den tredje komponenten 7 som omfatter aktuatoren 8, uten at det er mulig for masseelementet å bringe den aerodynamiske bremsen til den utkjørte posisjonen ved hjelp av sentrifugalkraften som tilveiebringes ved rotasjon av vindturbinen 14. Den tredje komponenten 7 er dermed utformet slik at den kan stille inn og holde den aerodynamiske bremsen i enhver mulig posisjon mot virkingene av fjærelement 3 eller masseelementets vektkraft og sentrifugalkraft, så lenge koblingsanordningen opprettholder forbindelsen mellom første og andre komponent på den ene siden og tredje komponent på den andre siden. Sagt på en annen måte, sikres dermed at styringen av den aerodynamiske bremsen utelukkende skjer ved hjelp av den tredje komponenten 7, så lenge koblingsanordningen opprettholder forbindelsen mellom første og andre komponent på den ene siden og tredje komponent på den andre siden. 3 Når koblingsanordningen opphever forbindelsen mellom første og andre komponent på den ene siden og tredje komponent på den andre siden, hhv. kobler fra den tredje komponenten 7 fra de andre komponentene, oppheves den posisjonsbestemmende virkningen til den tredje komponenten, som, som nevnt tidligere, overføres via koblingsanordningen til de andre komponentene. I denne frakoblede tilstanden blir masseelementet til den andre komponenten ikke lenger holdt fast av den tredje komponenten. Dermed vil hhv. sentrifugalkraften som oppstår ved vindturbinens 14 rotasjon, eller sentrifugalakselerasjonen bevege masseelementet radialt utover (y-retning) med hensyn til vindturbinens 14 rotasjon. Da dette masseelementet som følge

10 NO/EP av sentrifugalkraften kan overvinne fjærelementets 3 virkning, blir den aerodynamiske bremsen i denne situasjonen i tillegg påvirket til å bevege seg fra den momentane posisjonen, dvs. fra den innkjørte posisjonen eller en hvilken som helst mellomposisjon, til den fullstendig utkjørte posisjonen. Derigjennom blir den aerodynamiske bremsen fullstendig aktivert, vindturbinens 14 driftsstrømning blir i beste fall avbrutt, og vindturbinens 14 rotasjon avtar helt til stillstand. 1 2 Denne frakoblingen av den tredje komponenten fra de andre komponentene kan utløses ved hjelp av ulike forhold. Eksempelvis kan en bryter eller knapp betjenes manuelt, som forårsaker frakoblingen. Likeledes er det mulig å forårsake frakoblingen med kommandoer fra en elektronisk styring eller en datamaskin. I en utførelsesform av oppfinnelsen forårsakes denne frakoblingen gjennom et strømbrudd som oppstår så snart det oppstår en feil, en defekt eller en svikt i en hvilken som helst komponent i VAWT-en. Dermed bevirkes en automatisk nødutkobling av vindturbinens 14 rotasjon, uten at en aktiv kommando må gis gjennom en operatør eller en programvare. Ifølge andre utførelsesformer av oppfinnelsen er det også tilveiebrakt å utløse denne frakoblingen ved hjelp av ulike forhold. Koblingsanordningen kan både betjenes ved manuell aktivering, ved elektroniske kommandoer eller også selvstendig. I den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen omfatter koblingsanordningen en magnetisk kobling. Derved forsynes minst én elektromagnet varig med strøm for å opprettholde hhv. koblingen eller forbindelsen mellom første og andre komponent på den ene siden og tredje komponent på den andre siden. Så snart strømmen avbrytes, bryter det derigjennom genererte magnetfeltet sammen, løser hhv. koblingen eller forbindelsen og hhv. den tredje komponenten 7 eller aktuatoren 8 mister sin dominerende innvirkning på posisjonen til den aerodynamiske bremsen, dvs. aktuator 8 og aerodynamisk bremse. Som følge derav, frigis den kinetiske energien lagret i masseelementet og den aerodynamiske bremsen kjøres ut. 3 Den aerodynamiske bremsen ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter minst én hhv. klaffanordning eller skjoldflateanordning, som er festet på et rotorbladsegment 6 til en vindturbin 14 og er forbundet med styreanordningen 1 via minst ett forbindelseselement 18 og/eller minst én hengselanordning 23. Fortrinnsvis er dette forbindelseselementet 18 et rør- eller stangelement. Denne klaffanordningen er i en utførelsesform hhv. et vindskjold eller strømningsskjold

11 NO/EP , som kan stilles med et plan eller en overflate på en slik måte i driftsstrømningen at driftsstrømningen ved fullstendig bremsing i det vesentlige avbrytes. Det kan ifølge den foreliggende oppfinnelsen også tilveiebringes et strømningsskjold 22, som trykkes direkte ut fra rotorbladsegmentets 6 innvendige rom og til en bestemt vinkel i forhold til rotorbladsegmentet. I en slik utførelsesform vil en hengselsanordning 23 ikke være nødvendig. Ved en delbremsing, noe som tilsvarer en styring av vindturbinens 14 dreiemomentforløp, påvirkes driftsstrømningen valgfritt. Fortrinnsvis stilles overflaten inn på en slik måte i driftsstrømningen at driftsstrømningen treffer mest mulig loddrett på overflaten, for å oppnå en størst mulig strømningsmotstand når vindturbinen 14 skal bremses fullstendig. Ved en delbremsing svinges dette strømningsskjoldet 22 selvfølgelig bare delvis ut. I en utførelsesform av oppfinnelsen omfatter klaffanordningen to strømningsskjold 22 per styreanordning 1. Det vil imidlertid også være mulig å anvende bare ett strømningsskjold 22 eller flere strømningsskjold 22 per styreanordning. Denne utførelsesformen, slik den er vist i fig. 3 og 4, omfatter et indre og et ytre strømningsskjold 22. Alle strømningsskjold 22 til den aerodynamiske bremsen er forbundet med sine tilhørende styreanordninger 1 på en slik måte at de i den innkjørte posisjonen ligger tett an mot rotorbladsegmentets 6 overflate, dvs. er kjørt inn, og i den utkjørte posisjonen er i det vesentlige loddrett med sin overflate på driftsstrømningen. Ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen blir ved et bremseforløp overforliggende strømningsskjold 22 kjørt ut mot hverandre, da de er festet på overforliggende sider av rotorbladet, for å påvirke driftsstrømningen på den respektive siden. Det er også mulig at strømningsskjoldene 22 er plassert i en fordypning av rotorbladsegmentet 6 i den innkjørte posisjonen, og ved utkjøring forlater denne fordypningen minst delvis. I en foretrukket utførelsesform er flere strømningsskjold 22 forbundet med hverandre via forbundede delkomponenter, som f.eks. den andre delkomponenten 13, på en slik måte at bevegelsene til strømningsskjoldene 22 er ensformede eller symmetriske. Strømningsskjoldene 22 kan imidlertid også være forbundet med hverandre via forbundede delkomponenter på en slik måte at deres bevegelse er koblet asymmetrisk, dvs. at strømningsskjoldene 22 kjøres ut samtidig eller også tidsforskjøvet til innbyrdes ulike posisjoner. Nødvendige mekaniske hevarmomforminger er kjent for fagpersonen og blir her ikke nærmere forklart.

12 NO/EP I utførelsesformen i fig. 3 beveges hhv. den aerodynamiske bremsen eller strømningsskjoldene 22 symmetrisk. Det er ifølge oppfinnelsen imidlertid også mulig å bevege strømningsskjoldene 22 asymmetrisk i forhold til hverandre. Dette kan etter behov enkelt stilles inn, idet det anvendes ulike lengder av forbindelseselementene 18 eller ulike oversettelser, f.eks. kan til dette i denne utførelsesformen forbindelseselementene 18 festes på ulik avstand til fjærelementet 3 (her et torsjonselement) på den andre komponenten. 1 Ifølge oppfinnelsen kan også flere styreanordninger 1 drives sammenkoblet, slik det er vist i fig. 3. Disse er forbundet med hverandre via forbindelseselementer 18, som er festet bevegelig på den aktuelle styreanordningen 1. I den foretrukne utførelsesformen er forbindelseselementer 18 forbundet med den andre komponenten 4 på punktene C og D. Dermed kan utkjøringen og innkjøringen av et strømningsskjold 22 eller strømningsskjoldpar 22 til den aerodynamiske bremsen overføres til ytterligere strømningsskjold 22. Et rotorbladsegment 6 kan dermed også inkludere flere styreanordninger 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Dessuten kan et rotorblad bestå av flere rotorbladsegmenter 6 som inkluderer styreanordninger 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Rotorblader med styreanordninger 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen er tilveiebrakt for horisontal-akse vindturbiner 14 og vertikal-akse vindturbiner 14, kan imidlertid også anvendes i andre områder. 2 3 Totalt blir således også en styringsfremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for aerodynamisk bremsing av et vindkraftsystem med en styreanordning 1 ifølge krav 1 til XXX omtalt. Denne bremsefremgangsmåten kan utløses manuelt av en operatør, elektronisk av f.eks. en datamaskin eller også selvstendig. Den selvstendige utløsningen baseres på en defekt eller feilfunksjon i vindkraftsystemet. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter først en frakobling av den andre komponenten fra den tredje komponenten. Fortrinnsvis skjer dette via en koblingsanordning, f.eks. en magnetkobling. I en utførelsesform av oppfinnelsen forsynes en magnetkobling konstant med elektrisk strøm, for å opprettholde koblingen mellom andre og tredje komponent. Ved en defekt eller feilfunksjon i vindkraftsystemet, særlig styreanordningen 1, er strømforsyningen avbrutt og koblingen mellom andre og tredje komponent oppheves, og den andre og tredje komponenten 7 frakobles.

13 NO/EP I reaksjonen på frakoblingen av andre og tredje komponent blir den aerodynamiske bremsen i det vesentlige kjørt ut til posisjonen frem til loddrett på rotorbladsegmentets 6 rotasjonsretning ved bevegelse av den andre komponenten ved hjelp av sentrifugalkraft. Nærmere bestemt stilles strømningsskjoldene 22 inn slik i vinden at de står mest mulig loddrett på vindens driftsstrømning. Derved endres rotorbladsegmentets 6 strømningsegenskaper slik at vindkraftsystemets driftsstrømning avbrytes. Ved bortfallet av driftsstrømningen kan vindturbinen 14 ikke lenger ta opp vindenergi. I tillegg danner strømningsskjoldene 22 som er stilt inn loddrett på vindens driftsstrømning, en hindring for vindstrømningen, slik at vindturbinens 14 rotasjon derved bremses. Dette kan føre til en fullstendig stopp av rotasjonen, noe som ender opp i en utkobling av vindkraftsystemet. Selvsagt kan alle utførelsesformene av den foreliggende oppfinnelsen kombineres med hverandre. Fig. og fig. 6 viser bremsevirkningen til den aerodynamiske bremsen ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. I begge figurene vises profilen til et rotorbladsegment 6. Fig. viser en lufttrykkfordeling og fig. 6 viser en luftstrømfordeling i en bremsesituasjon. I fig. 6 kan det tydelig ses at strømningsskjoldene 22 danner en barriere for driftsstrømningen fra retningen av tilstrømningskanten 16, slik at driftsstrømningen avbrytes, og i området bak strømningsskjoldene 22 eller på profilenden 17 finner det sted en strømningsretur. Rotorbladsegmentet 6 kan dermed ikke lenger omforme vindenergi til rotasjonsenergi. Lufttrykkfordelingen i fig. viser at det bak strømningsskjoldet 22 eller på profilenden 17 hersker et negativt lufttrykk sammenlignet med omgivelsestrykket som nullnivå, hvis kraftvirkning virker mot rotorbladsegmentets 6 bevegelsesretning. Fra strømningsskjoldet 22 og på tilstrømningskanten 16 vil det derimot bygges opp et positivt lufttrykk eller et overtrykk sammenlignet med omgivelsestrykket som nullnivå. Dette virker likeledes mot rotorbladsegmentets 6 bevegelsesretning. Derigjennom bremses rotorbladsegmentets 6 rotasjon. Selvsagt kan alle utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen kombineres med hverandre. 3 Et vindkraftsystem ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter minst én rotor med minst ett rotorbladsegment 6, som inkluderer en styreanordning 1 ifølge oppfinnelsen for en aerodynamisk bremse, og minst én energiomformingsanordning. Denne energiomformingsanordningen kan f.eks.

14 NO/EP være en generator, som omformer mekanisk energi, som er generert ved rotasjon av en rotor som omfatter minst ett rotorbladsegment 6, til elektrisk energi. Denne energiomformingsanordningen kan imidlertid også være et annet apparat, som f.eks. en pumpe, et maleverk eller lignende. Figur 7 viser et vindkraftanlegg eller et vindkraftsystem av typen vertikal-akse vindturbin 14 (VAWT), som er utstyrt med en styreanordning 1 ifølge oppfinnelsen. 1 Dessuten er det i vindkraftsystemet ifølge oppfinnelsen tilveiebrakt en varmeanordning. Denne varmeanordningen (fig. 8) leder en del av energien, som er generert av energiomformingsanordningen i det indre rommet til minst ett rotorbladsegment 6, for å varme opp minst ett rotorbladsegment 6. Fortrinnsvis blir overskytende varmeenergi først bort fra energiomformingsanordningen og direkte inn i det indre rommet til minst ett rotorbladsegment. Ifølge en utførelsesform blir varmeenergien kun ført langs innsiden av tilstrømningskanten 16 (fig. 8), dvs. i det fremre området 24 av det indre rommet til et rotorbladsegment 6, da isdannelse som kjent er mest utpreget på tilstrømningskanten 16. Når energiomformingsanordningen er en generator, kan også generatorens elektriske energi brukes for å varme opp det indre rommet til minst ett rotorbladsegment 6, når man dermed i det indre rommet til et rotorbladsegment 6 driver en elektrisk varmeanordning. Selvsagt kan alle anvendbare energityper anvendes til oppvarming av det indre rommet til et rotorbladsegment 6 og kombineres med hverandre for å oppnå en optimal oppvarming i de enkelte tilfellene av det indre rommet til et rotorbladsegment Alle tidligere beskrevne utførelsesformer, varianter og delområder av den foreliggende oppfinnelsen kan kombineres med hverandre. Det er også mulig å anvende flere styreanordninger 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen, som kan drives enkeltvis eller sammenkoblet. Styreanordninger 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan også drives uavhengig av hverandre i en vindturbin 14. Selv om utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen er blitt beskrevet som eksempler, skal de ikke tolkes som begrensende på beskyttelsesomfanget til de medfølgende kravene. Fagfolk vil forstå at ulike modifikasjoner og variasjoner av de beskrevne utførelsesformene kan foretas, og at tallrike andre konfigurasjoner eller kombinasjoner av hver av disse utførelsesformene er i stand til å oppnå det samme resultatet, uten å forlate beskyttelsesomfanget til de foreliggende kravene til denne oppfinnelsen. I tillegg vil selve den

15 NO/EP foreliggende oppfinnelsen foreslå for fagfolkene løsninger på andre oppgaver og tilpasninger for andre anvendelser. Det er søkerens mening å dekke alle slike anvendelser av den foreliggende oppfinnelsen og endringer og modifikasjoner gjennom de medfølgende kravene, som kan foretas av utførelsesformene som er beskrevet med det formål å omtale den foreliggende oppfinnelsen, uten å avvike fra den foreliggende oppfinnelsens vesen og beskyttelsesomfang. Liste over henvisningstall: styreanordning 2 første komponent 3 fjærelement 4 andre komponent masseelement 6 rotorbladsegment 7 tredje komponent 8 aktuator 9 begrenser koblingsanordning 11 servomotor 12 første delkomponent 13 andre delkomponent 14 vindturbin 1 rotasjonsakse 16 tilstrømningskant 17 profilende 18 forbindelseselement 19 torsjonselementets rotasjonsakse hevarm 21 anslagsarm 22 strømningsskjold hengselsanordning A forbindelsespunkt for et forbindelseselement 18 mellom 4 og 22 B forbindelsespunkt for et forbindelseselement 18 mellom 4 og 22 C forbindelsespunkt for et forbindelseselement 18 mellom tilstøtende styreelementer 1

16 NO/EP D forbindelsespunkt for et forbindelseselement 18 mellom tilstøtende styreelementer 1 E forbindelsespunkt for et forbindelseselement 18 mellom og 11

17 NO/EP P a t e n t k r a v 1. Vindturbinstyreanordning til en vertikal-akse vindturbin med minst ett rotorbladsegment (6), omfattende: et fjærelement (3); minst ett masseelement () på en første delkomponent (12), hvorved den første delkomponenten (12) er opplagret dreibart rundt en rotasjonsakse (19); minst to forbindelsespunkter (A, B) på den første delkomponenten (12), i hvilke et forbindelseselement (18) griper fatt, som hvert forbinder styreanordningen (1) med et strømningsskjold (22) til vindturbinen; 1 hvorved forbindelsespunktene (A, B) er anordnet på den første delkomponenten (12) på en slik måte at de i det vesentlige ligger overfor hverandre med hensyn til rotasjonsaksen (19) og styrer strømningsskjoldene (22) motsatt av hverandre via forbindelseselementene (18) ved en svingebevegelse av delkomponenten (12), som følge av at en sentrifugalkraft virker inn på masseelementet (): k a r a k t e r i s e r t v e d at fjærelementet (3) er del av en første komponent (2) og den første delkomponentens (12) masseelement () er del av en andre komponent (4) og styreanordningen (1) omfatter videre en tredje komponent (7) som har en aktuator (8) og er løsbart forbundet med den andre komponenten (4), og hvorved fjærelementet (3) særlig er et torsjonselement. 2. Vindturbinstyreanordning ifølge krav 1, hvorved den første komponenten (2) er forbundet kraftoverførende med den andre komponenten (4) Vindturbinstyreanordning ifølge krav 1 eller 2, hvorved den andre komponenten (4) begrenses av begrensere (9) til et på forhånd bestemt innstillingsområde. 4. Vindturbinstyreanordning ifølge krav 1 til 3, hvorved enten den andre komponenten (4) eller den tredje komponenten (7) omfatter en koblingsanordning () som valgfritt kobler til eller kobler fra den andre (4) og tredje komponenten (7). 3. Vindturbinstyreanordning ifølge krav 1 til 4, hvorved den tredje komponenten (7) omfatter en servomotor (11).

18 NO/EP Vindturbinstyreanordning ifølge krav 4 til, hvorved koblingsanordningen () ved kobling av den andre (4) og tredje (7) komponenten forhindrer den sentrifugalkraftbetingede utkjøringen av den aerodynamiske bremsen. 7. Vindturbinstyreanordning ifølge krav 4 til 6, hvorved koblingsanordningen () ved frakobling av den andre (4) og tredje (7) komponenten muliggjør en sentrifugalkraftbetinget utkjøring av den aerodynamiske bremsen. 8. Vindturbinstyreanordning ifølge krav 4 til 7, hvorved den tredje komponenten (7) kan bevege den første (2) og andre komponenten (4), så lenge koblingsanordningen () kobler den tredje komponenten (7) med den andre komponenten (4) Vindturbinstyreanordning ifølge krav 4 til 8, hvorved koblingsanordningen () er innrettet for å frakoble den andre (4) og tredje komponenten (7) når den tredje komponenten (7) minst delvis hhv, svikter eller faller ut.. Vindturbinstyreanordning ifølge krav 1 til 9, hvorved den første delkomponenten (12) er fast forbundet med fjærelementet (3) mellom den første og andre enden av den første delkomponenten (12) loddrett på rotasjonsaksen Vindturbinstyreanordning ifølge krav 1 til, hvorved den andre komponenten (4) videre har: en andre delkomponent (13) som er fast forbundet med fjærelementet (3) mellom den første og den andre enden av den andre delkomponenten (13) loddrett på rotasjonsaksen og loddrett på den første delkomponenten (12) Vindturbinstyreanordning ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene 1 til 11, hvorved strømningsskjoldene (22) er posisjonert på en ytterflate av rotorbladsegmentet (6) på en slik måte at planene til strømningsskjoldene (22) valgfritt kan kjøres ut fra en posisjon parallelt med rotorbladsegmentets (6) rotasjonsretning til en posisjon loddrett på rotorbladsegmentets (6) rotasjonsretning, slik at strømningsskjoldene (22) befinner seg loddrett på driftsstrømningen.

19 NO/EP Vindturbinstyreanordning ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene 1 til 12, hvorved den andre komponenten (4) er posisjonert med sitt masseelement () på en slik måte at masseelementet () beveges radialt utover ved dreiing av rotoren som følge av sentrifugalkraften. 14. Vindturbinstyreanordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 13, hvorved den tredje komponenten (7) videre har: et returelement som medfører at aktuatoren (8) kjører ut den aerodynamiske bremsen mot fjærelementets (3) forspenning, når aktuatoren (8) ikke styres.

20 1 NO/EP228944

21 2 NO/EP228944

22 3 NO/EP228944

23 4 NO/EP228944

24 NO/EP228944

25 6 NO/EP228944

26 7 NO/EP228944