NO20230302A1

NO20230302A1 -

Info

Publication number: NO20230302A1
Application number: NO20230302A
Authority: NO
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2024-09-23
Also published as: NO348242B1; WO2024196261A1

Description

TURBINSTRUKTUR FOR EN FLERHET VINDTURBINER TURBINE STRUCTURE FOR A MULTIPLE WIND TURBINES

Denne patentsøknaden omhandler en ny type turbinstruktur for en flerhet vindturbiner som gjør det mulig å bygge enklere, lettere, større og rimeligere strukturer. Oppfinnelsens område er som definert i innledningen i krav 1. Man vil også med denne teknologien ifølge oppfinnelsen, kunne bygge betydelig høyere strukturer og på den måten få et mindre arealmessig fotavtrykk pr produsert kilowattime elektrisk energi. This patent application concerns a new type of turbine structure for a plurality of wind turbines which makes it possible to build simpler, lighter, larger and less expensive structures. The scope of the invention is as defined in the introduction in claim 1. With this technology according to the invention, you will also be able to build significantly higher structures and thus have a smaller footprint per kilowatt-hour of electrical energy produced.

Strukturer ifølge oppfinnelsen vil kunne benyttes både på landbaserte og flytende konsepter. Structures according to the invention will be able to be used both on land-based and floating concepts.

BAKGRUNN BACKGROUND

Utvikling av vindkraftteknologi: Utviklingen av dagens vindkraftteknologi har sin opprinnelse i enkle vindmøller som ble brukt til å male korn og pumpe vann. Det var spesielt i Nederland man først utviklet og tok i bruk denne teknologien. Senere fant man ut at man kunne benytte vindmøller som turbiner til å produsere elektrisk strøm, ved å koble rotoren til en dynamo. Utviklingen fortsatte og man utviklet større og større og mere avanserte vindturbiner. Vindturbinene var i denne perioden utelukkende plassert på land. Development of wind power technology: The development of today's wind power technology has its origins in simple windmills that were used to grind grain and pump water. It was particularly in the Netherlands that this technology was first developed and used. Later it was found that you could use windmills as turbines to produce electricity, by connecting the rotor to a dynamo. Development continued and bigger and bigger and more advanced wind turbines were developed. During this period, the wind turbines were exclusively located on land.

Ettersom stadig flere vindturbiner ble bygget, begynte man å plassere vindturbinene på grunt vann i havet, der vindturbinene var fundamentert til bunnen. I den senere tid han man også begynt å plassere vindturbiner på store flytere på dypt vann. As more and more wind turbines were built, people began to place the wind turbines in shallow water in the sea, where the wind turbines were grounded to the bottom. In recent times, wind turbines have also begun to be placed on large floats in deep water.

Frem til nå har alle vindturbiner i prinsippet vært helt like. De har nesten alle en yaw-funksjon. Det vi si at generatoren og rotoren blir dreiet ved hjelp av en liten elektrisk motor, slik at rotoren alltid peker mot vindretningen. De aller fleste konvensjonelle vindturbiner har også pitch-blader, der bladene kan roteres rundt sin lengdeakse i forhold til vindstyrken. Up until now, all wind turbines have in principle been exactly the same. They almost all have a yaw function. What we mean is that the generator and the rotor are turned with the help of a small electric motor, so that the rotor always points towards the direction of the wind. The vast majority of conventional wind turbines also have pitch blades, where the blades can be rotated around their longitudinal axis in relation to the wind strength.

Det er verdt å merke seg at det er kommet noen konsepter som utfordrer den etablerte teknologi. Det er bla. kjent multirotor-teknolog, der mange relativt små vindturbiner er plassert i en stor konstruksjon montert på en flyter, der hele konstruksjonen dreies om en turret, slik at turbinene alltid vender mot vindretningen. It is worth noting that some concepts have emerged that challenge the established technology. It is, among other things, well-known multi-rotor technologist, where many relatively small wind turbines are placed in a large structure mounted on a float, where the entire structure revolves around a turret, so that the turbines always face the direction of the wind.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN SUMMARY OF THE INVENTION

Turbinstrukturen gjør det mulig på en effektiv, kostnadsbesparende og arealeffektiv måte å etablere og benytte multirotor-teknologi på land. Løsningen kan benyttes til vindkraftanlegg både på land og til havs, dvs. som bunnfaste eller på flytende installasjoner. The turbine structure makes it possible to establish and use multi-rotor technology on land in an efficient, cost-saving and area-efficient way. The solution can be used for wind power plants both on land and at sea, i.e. as fixed to the bottom or on floating installations.

For å kunne utnytte denne teknologien optimalt på land, vil det i de fleste tilfeller være en forutsetning at man etablerer den på steder med mest mulig ensrettet vindretning og der det i tillegg er kraftig vind relativt ofte. In order to be able to use this technology optimally on land, it will in most cases be a prerequisite to establish it in places with the most unidirectional wind direction possible and where there is also strong wind relatively often.

For å kunne etablere vindkraftverk med multirotor-teknologi både lokalisert på land og på en flytende installasjon, ifølge denne oppfinnelsen, var det en del utfordringer som måtte finne sin løsning og løsningene er funnet og omtalt i denne patentsøknaden. In order to be able to establish wind power plants with multi-rotor technology both located on land and on a floating installation, according to this invention, there were a number of challenges that had to be solved and the solutions have been found and discussed in this patent application.

Ifølge oppfinnelsen er det frembrakt en turbinstruktur for en flerhet vindturbiner, omfattende minst to opprett stående tårn hvert med innbyrdes avstand, idet hvert tårn nederst er festet til et underliggende fundament via et hengsel. Hvert tårn er forbundet med et naboliggende tårn med et antall tårnkabler, for å sikre at tårnene i drift holdes innbyrdes parallelle. Turbinstrukturen er sikret med fremre og bakre skråstilte kabler som forbinder tårnene med et underlag, for å styre turbinstrukturens svingebevegelse frem og tilbake om hengslene mot eller med en dominerende vindretning. På fremsiden av hvert tårn er det tilveiebrakt et antall vindturbiner over hverandre oppetter tårnet. According to the invention, a turbine structure has been produced for a plurality of wind turbines, comprising at least two upright towers each spaced apart, each tower being attached at the bottom to an underlying foundation via a hinge. Each tower is connected to a neighboring tower by a number of tower cables, to ensure that the towers in operation are kept mutually parallel. The turbine structure is secured with front and rear inclined cables that connect the towers to a base, to control the swinging movement of the turbine structure back and forth about the hinges against or with a dominant wind direction. At the front of each tower, a number of wind turbines have been provided one above the other up the tower.

I en utførelsesform støttes hvert ytre tårn i en rekke av tårn av en eller flere sideveis kabler for avstivning, og for å holde tårnene tilnærmet innbyrdes parallelt begrenset, og slik at tårnkablene mellom to tårn holdes strammet. In one embodiment, each outer tower in a row of towers is supported by one or more lateral cables for bracing, and to keep the towers approximately mutually parallel constrained, and so that the tower cables between two towers are kept taut.

I en utførelsesform har kablene på fremsiden og baksiden av tårnene individuell forspenning som er utført på en slik måte at når vinden presser tårnene bakover vil de beholde en tilnærmet rett linje og man unngår å få store spenning og påfølgende utmattelse i turbinstrukturen, og hele turbinstrukturen beveger seg som en enhet om hengslene. In one embodiment, the cables on the front and back of the towers have individual pre-tensioning which is done in such a way that when the wind pushes the towers backwards they will keep an approximately straight line and you avoid getting great tension and subsequent fatigue in the turbine structure, and the whole turbine structure moves itself as a unit on the hinges.

I en utførelsesform er det montert støttekabler vinkelrett på kablene og ned til små fundamenter på bakken, idet hver av støttekablene omfatter en spiralfjær med en tilhørende støtdemper. In one embodiment, support cables are mounted perpendicular to the cables and down to small foundations on the ground, each of the support cables comprising a spiral spring with an associated shock absorber.

I en utførelsesform er tårnene bygget av ekstrudert lettmetall som er seksjonert i deler tilpasset helikopterløft og der delene blir skrudd sammen. In one embodiment, the towers are built from extruded light metal which is sectioned into parts suitable for helicopter lifting and where the parts are screwed together.

I en utførelsesform er hver vindturbin montert i en avstand ut fra fremsiden til sitt respektive tårn som gjør det mulig å etablere en heisløsning på tårnets fremside og innenfor vindturbinen. In one embodiment, each wind turbine is mounted at a distance from the front of its respective tower which makes it possible to establish a lift solution on the front of the tower and inside the wind turbine.

I en utførelsesform er en heisvogn montert mellom to tårn for vedlikehold eller skifte av vindturbiner på begge sider av to tilstøtende tårn, idet en heisvogn kun er montert i annethvert tårn-mellomrom In one embodiment, an elevator car is mounted between two towers for maintenance or replacement of wind turbines on both sides of two adjacent towers, an elevator car is only mounted in every other tower-interspace

I en utførelsesform er heisvognen er festet til tårnene med løpehjul som går inne i delvis lukkede skinner/løpebaner som er en del av turbinstrukturen, og heisvognen beveges opp og ned ved hjelp av vinsjdrevet vaier. In one embodiment, the elevator car is attached to the towers with wheels that run inside partially closed rails/raceways that are part of the turbine structure, and the elevator car is moved up and down by means of a winch-driven cable.

I en utførelsesform blir heisvognen koblet til eksisterende vaiere som henger i delvis lukkede skinnesystemer på fremsiden av tårnene og der vaierne går over løpehjul på toppen av tårnene og ned på baksiden eller på et av sidene av tårnene og ned til et vinsj-system som kan løfte heisvognen opp eller ned. In one embodiment, the elevator car is connected to existing cables that hang in partially closed rail systems at the front of the towers and where the cables go over rollers on top of the towers and down the back or on one of the sides of the towers and down to a winch system that can lift the lift car up or down.

I en utførelsesform er heisvonen festet til en skinnegående vogn som kan forflytte heisvognen nede på bakken sidelengs i forhold til turbinstrukturen og på denne skinnegående vognen er det etablert en eller flere vinsjer som blir koblet til vaierne som henger på tårnene. In one embodiment, the lift carriage is attached to a rail-running carriage which can move the lift carriage down on the ground laterally in relation to the turbine structure and on this rail-running carriage one or more winches are established which are connected to the cables hanging on the towers.

Ifølge oppfinnelsen er turbinstrukturen til landbaserte og havbaserte riggkonstruksjoner. According to the invention, the turbine structure is for land-based and sea-based rig structures.

Utfordringene som er funnet løsning på og omtalt i denne patentsøknaden er: The challenges that have been solved and discussed in this patent application are:

DESIGN INKLUDERT BARDUNSTØTTE BYGGEMETODE HEIS-SYSTEM DESIGN INCLUDING BAR SUPPORTED CONSTRUCTION METHOD ELEVATOR SYSTEM

DESIGN IINKLUDERT BARDUNSTØTTE PÅ EN FLYTENDE INSTALLASJON DESIGN INCLUDES BAR SUPPORT ON A FLOATING INSTALLATION

Disse vesentlige detaljer skal forklares nedenfor under henvisning til de vedlagte figurene, hvori: Figur 1 viser en vindturbinrigg sett rett forfra. These essential details shall be explained below with reference to the attached figures, in which: Figure 1 shows a wind turbine rig seen from the front.

Figur 2 viser et sideriss av en mast med en turbin ragende ut på fremsiden. Figure 2 shows a side view of a mast with a turbine protruding from the front.

Figur 3 viser hvordan hver mast/tårn i riggen er hengslet til en sokkel. Figure 3 shows how each mast/tower in the rig is hinged to a plinth.

Figur 4 viser et plansnitt av en heis med en arbeidsplattform tilknytte to innbyrdes naboliggende tårn i riggen. Figure 4 shows a plan section of an elevator with a work platform connected to two adjacent towers in the rig.

Figur 5 viser et sideriss at deler av et tårn, og antyder plasseringen av heisen med arbeidsplattform i forhold til den utstikkende akslingen med turbin og turbinvinger. Figure 5 shows a side view of parts of a tower, and suggests the location of the lift with work platform in relation to the projecting shaft with turbine and turbine blades.

Figur 1 viser en turbinstruktur 10 omfattende tre sidestilte master eller tårn 12 som hver har montert et antall turbingeneratorer slik som vindturbiner 14a,14b på seg. På den midterste masten 12 i figuren er det antydet to slike vindturbiner 14a, 14b. Den ene vindturbinen 14b er montert over den andre vindturbinen 14a på masten 12. Hver vindturbin 14 omfatter turbinblader 16. Sett i et planriss står mastene 12 på linje, idet hver av dem opplagret delvis svingbare om et hengsel-ledd 18 i en sokkel eller et fundament 20 på et underlag 22. Underlaget 22 kan være f.eks. bakken eller del av en flytende konstruksjon. Hengsellagringen av hvert tårn 12 vises forstørret i figurene 2 og 3. Slike hengselledd er i seg selv velkjente. Figure 1 shows a turbine structure 10 comprising three juxtaposed masts or towers 12, each of which has mounted a number of turbine generators such as wind turbines 14a, 14b on it. Two such wind turbines 14a, 14b are indicated on the middle mast 12 in the figure. One wind turbine 14b is mounted above the other wind turbine 14a on the mast 12. Each wind turbine 14 comprises turbine blades 16. Seen in a plan view, the masts 12 are aligned, with each of them partially pivotable on a hinge joint 18 in a base or a foundation 20 on a substrate 22. The substrate 22 can be e.g. the ground or part of a floating structure. The hinge bearing of each tower 12 is shown enlarged in Figures 2 and 3. Such hinge joints are in themselves well known.

DESIGN INKLUDERT BARDUNSTØTTE DESIGN INCLUDING BAR SUPPORT

For at det skal være økonomisk interessant å bygge multirotor-vindkraftverk på land må disse kraftverkene bygges meget store, gjerne med en høyde på 300 meter eller mere og tilsvarende eller større bredde. Dette er utfordrende og turbinstrukturen 10 omfatter mange tårn 12 som står ved siden av hverandre og holdes på plass av en flerhet kabler 40 forankret til bakken både på fremsiden (mot vindretningen) og på baksiden. Dette er vist i figur 2. På hvert tårn 12 kan det gjerne være ni turbingeneratorer 14a,b eller flere anordnet over hverandre på hvert tårn/mast. For it to be economically interesting to build multi-rotor wind power plants on land, these power plants must be built very large, preferably with a height of 300 meters or more and a corresponding or greater width. This is challenging and the turbine structure 10 comprises many towers 12 which stand next to each other and are held in place by a plurality of cables 40 anchored to the ground both on the front side (upwind) and on the back. This is shown in Figure 2. On each tower 12, there may be nine turbine generators 14a,b or more arranged above each other on each tower/mast.

For å få en effektiv konstruksjon, blir mange slike tårn 12, plassert ved siden av hverandre hver på sitt hengsle 18. To naboliggende tårn 12 er innbyrdes forbundet med horisontale og skråstilte tårnkabler 15 av stål eller kunstfiber. Naboliggende forstås som et tårn 12 som er plassert nærmest et annet tårn 12. Hvert tårn 12 kan fortrinnsvis være bygget som en velkjent fagverkskonstruksjon med firkantet plansnitt/riss. Fra det ytre tårnet 12 i hver rekke er det dessuten montert et antall skråstilte barduner eller kabler 17 sideveis ned mot et feste på underlaget 22, slik at man oppnår en effektiv fagverksavstivning av vindturbinriggen. Kablene 17 er altså strukket i en retning på tvers av dominerende vindretning. Kablene 17 bidrar til å spenne opp tårnene sideveis slik at tårnkablene 15 mellom hvert tårn hele tiden holdes stramme. Dette settet av tårnkabler 15 mellom hvert tårn og de sideveis strukkede kablene 17 er antydet på figur 1. Et sett av lignende kabler er også strukket mellom tårnene fra ulike høyder og på skrå ned mot et bakkefeste både fra forsiden og baksiden av riggen. In order to obtain an efficient construction, many such towers 12 are placed next to each other, each on its hinge 18. Two adjacent towers 12 are mutually connected by horizontal and inclined tower cables 15 of steel or artificial fibre. Neighboring is understood as a tower 12 that is placed closest to another tower 12. Each tower 12 can preferably be built as a well-known truss construction with a square plan section/outline. From the outer tower 12 in each row, a number of inclined bar dunes or cables 17 are also mounted laterally down towards an attachment on the base 22, so that an effective truss bracing of the wind turbine rig is achieved. The cables 17 are thus stretched in a direction across the prevailing wind direction. The cables 17 help to tension the towers laterally so that the tower cables 15 between each tower are kept taut at all times. This set of tower cables 15 between each tower and the laterally stretched cables 17 is indicated in figure 1. A set of similar cables is also stretched between the towers from different heights and slanting down towards a ground attachment both from the front and back of the rig.

Når man bygger store konstruksjoner på denne måten, vil ikke bare hvert enkelt tårn men også hele konstruksjonen bevege seg litt frem og tilbake som en følge av vindkreftene som virker på den. Dette vil føre til svært store spenninger og utmattelse spesielt på de horisontale bjelkene i hvert tårn. For å unngå dette er problemet løst på følgende måte: When you build large structures in this way, not only each individual tower but also the entire structure will move slightly back and forth as a result of the wind forces acting on it. This will lead to very high stresses and fatigue especially on the horizontal beams in each tower. To avoid this, the problem is solved in the following way:

Hvert tårn er forbundet til et fundament 20 på underlaget 22 ved hjelp av hengsleleddet 18. Each tower is connected to a foundation 20 on the base 22 by means of the hinge joint 18.

Fundamentet 20 kan være av betong. Fundamentet 20 og underlaget 22 kan være del av samme element eller konstruksjon. I tillegg har bardunene (som ikke er vist spesifikt på figurene) fremover (mot vindretningen) og bakover forskjellig forspenning og stivhet/tykkelse. Når man gjør det på denne måten, vil hvert tårn 12 rotere på hengslet 18, frem og tilbake som en tilnærmet rett linje og man vil unngå bøyninger og interne spenninger i riggen/konstruksjonen. Det er likevel i enkelte tilfeller en viss fare for at tårnene 12 og kablene 17 kan komme i resonans-svingninger med påfølgende utmattelse og ødeleggelse av konstruksjonen. Dette kan løses ved å sette dempning på bardunkablene 17. I praksis kan dette gjøres ved å montere støttekabler vinkelrett på bardunkablene og ned til små fundamenter på bakken. På disse støttekablene blir det montert en spiralfjær med en tilhørende støtdemper. Hele dempningssystemet kan sammenlignes med fjærsystemet på en personbil. Dette vil stabilisere hele strukturen. Figur 1 viser settene av horisontale og skråstilte tårnkabler 15 mellom tårnene 12, og de skråstilte sideveis kablene 17. Barduner/kabler fra tårnene på skrå framover (mot vindretningen) og bakover mot bakkefeste er ikke vist. The foundation 20 can be made of concrete. The foundation 20 and the substrate 22 can be part of the same element or construction. In addition, the bar downs (which are not shown specifically in the figures) forward (upwind) and backward have different bias and stiffness/thickness. When you do it in this way, each tower 12 will rotate on the hinge 18, back and forth as an approximately straight line and you will avoid bending and internal stresses in the rig/structure. There is nevertheless, in some cases, a certain danger that the towers 12 and the cables 17 may enter resonant oscillations with subsequent fatigue and destruction of the structure. This can be solved by adding damping to the bar dunk cables 17. In practice, this can be done by mounting support cables perpendicular to the bar dunk cables and down to small foundations on the ground. A spiral spring with an associated shock absorber is mounted on these support cables. The entire damping system can be compared to the spring system of a passenger car. This will stabilize the entire structure. Figure 1 shows the sets of horizontal and slanted tower cables 15 between the towers 12, and the slanted lateral cables 17. Bardunes/cables from the towers slanted forward (against the direction of the wind) and backwards towards the ground attachment are not shown.

BYGGEMETODE CONSTRUCTION METHOD

Det kan være særdeles utfordrende å bygge en konstruksjon ute i terrenget, på fjellplatå eller lignende. Konstruksjonen vil gjerne være 300 meter eller høyere og det finnes i realiteten ikke mobile kransystemer som vil kunne gjøre denne jobben. Bygging av en slik turbinstruktur vil derfor kunne utføresmed helikopter på omtrent samme måte som man i dag bygger kraftlinjer og høye tårn. It can be particularly challenging to build a structure out in the terrain, on a mountain plateau or similar. The construction would like to be 300 meters or higher and there are in reality no mobile crane systems that would be able to do this job. Construction of such a turbine structure will therefore be able to be carried out by helicopter in much the same way as power lines and tall towers are built today.

For å kunne gjøre dette vil det være en stor fordel at praktisk talt hele turbinstrukturen er av aluminium eller annet lettmetall, for å spare vekt. Som figurene viser kan hvert tårn 12 ha et firkantet planriss. Hele strukturen må designes på en slik måte at den kan stykkes opp i mange seksjoner, som har en vekt tilpasset helikopter-løft og disse seksjonene må så kunne skrues sammen. Dvs. at tårnene er sammensatt i seksjoner som løftes på plass en etter enn oppover i tårnhøyden, hvoretter bardunene monteres samtidig. Det er nødvendig å designe et guide-system som gjør det unødvendig for personell å oppholde seg i konstruksjonen når helikopteret setter på plass en seksjon. Dette guide-systemet har et selv-låsende klikksystem som automatisk låser tårn-delen som henger under helikopteret til tårnet som er under bygging. To be able to do this, it would be a great advantage that practically the entire turbine structure is made of aluminum or other light metal, in order to save weight. As the figures show, each tower 12 may have a square plan. The entire structure must be designed in such a way that it can be broken up into many sections, which have a weight suitable for helicopter lifting and these sections must then be able to be screwed together. That is that the towers are assembled in sections that are lifted into place one after the other up the tower height, after which the bar downs are assembled at the same time. It is necessary to design a guide system that makes it unnecessary for personnel to stay in the structure when the helicopter places a section. This guide system has a self-locking click system that automatically locks the tower part hanging below the helicopter to the tower under construction.

HEIS-SYSTEM ELEVATOR SYSTEM

For å få et multirotor-vindkraftverk til å fungere, vil det være nødvendig å kunne vedlikeholde og skifte ut turbiner på en enkel og rask måte. Dette kan gjøres med et heis-system som kan betjene alle turbinene. To make a multi-rotor wind farm work, it will be necessary to be able to maintain and replace turbines in a simple and fast way. This can be done with an elevator system that can operate all the turbines.

Det er kjent et heis-system på et multirotor-vindkraftverk på en flytende installasjon. Dette heissystemet omfatter en heis montert bak de fremre tårnene som turbinene er festet på. Denne heisen er montert mellom tårnene, og den blir dermed stående inne i strukturen. Dette systemet vil fungere men det vil mange steder være utfordrende å løfte turbinene forbi de fremste tårnene og gjennom strukturen. A lift system on a multi-rotor wind turbine on a floating installation is known. This elevator system comprises an elevator mounted behind the forward towers on which the turbines are attached. This lift is mounted between the towers, and thus remains inside the structure. This system will work but it will be challenging in many places to lift the turbines past the foremost towers and through the structure.

Ifølge denne patentsøknaden er det gjort en del vesentlige forandringer som gjør heis-systemet vesentlig enklere og mere funksjonelt, og slik at det ikke vil forstyrre kabeloppsettet mellom tårnene. According to this patent application, a number of significant changes have been made which make the lift system significantly simpler and more functional, and so that it will not interfere with the cable layout between the towers.

Dette heissystemet er beskrevet med henvisning til figurene 4 og 5: This lift system is described with reference to Figures 4 and 5:

Turbinene som er montert på tårnene, blir flyttet fremover, slik at det blir en større avstand mellom turbinbladene og framsiden til tårnstrukturen. Avstanden vil typisk kunne være 4 meter eller større for å gjøre plass til en heis med en arbeidsplattform som er bevegbar forankret til fremsiden av tårnene. Når man gjør denne endringen, vil det være mulig å montere heis-systemet på fremsiden av tårnene. Det blir da vesentlig enklere å vedlikeholde eller ta ned/skifte turbiner eller blader. The turbines mounted on the towers are moved forward, so that there is a greater distance between the turbine blades and the front of the tower structure. The distance will typically be 4 meters or more to make room for a lift with a work platform that is movable anchored to the front of the towers. When making this change, it will be possible to mount the elevator system on the front of the towers. It then becomes significantly easier to maintain or take down/replace turbines or blades.

Det er utviklet et nytt løftesystem for heisen. Heisvognen 30 er montert mellom to tårn 12 men i fremkanten av to tårn 12 ved siden av hverandre, slik det vises på figur 4 og 5, og heisen benyttes til vedlikehold eller til å skifte turbiner på begge sider (av de to tilstøtende tårnene 12) og det er derfor bare nødvendig at heisvognen 30 er montert i annethvert tårn-mellomrom. A new lifting system has been developed for the lift. The elevator car 30 is mounted between two towers 12 but at the leading edge of two towers 12 next to each other, as shown in Figures 4 and 5, and the elevator is used for maintenance or to change turbines on both sides (of the two adjacent towers 12) and it is therefore only necessary that the lift car 30 is mounted in every other tower space.

Heisvognen 30 kan være festet til tårnene 12 med løpehjul som går inne i delvis lukkede skinner/løpebaner (i bjelker som sammen danner underskårne føringsspor) som er en del av tårnstrukturen, særlig i de fremre hjørnene 36, 38 (fig 4) av de respektive tårnene. The elevator car 30 can be attached to the towers 12 with running wheels that run inside partially closed rails/running tracks (in beams which together form undercut guide tracks) which are part of the tower structure, especially in the front corners 36, 38 (fig. 4) of the respective the towers.

Inne i disse delvis lukkede skinnene (sporene) går det en vaier i hver skinne helt opp til toppen av tårnene, over et løpehjul og ned igjen i en egen løpebane bak de delvis lukkede skinnene. Inside these partially closed rails (tracks), a wire runs in each rail all the way up to the top of the towers, over a running wheel and back down into a separate track behind the partially closed rails.

Langsmed multirotor-strukturen på fremsiden, nede på bakken er det montert en skinnebane (som kan utgjøre arbeidsplattformen med sin heis) og på denne skinnebanen er det en hjulgående vogn. Along the multi-rotor structure at the front, down on the ground, a rail track (which can form the working platform with its lift) is mounted and on this rail track there is a wheeled carriage.

Vognene kan ha fremdriftsmotor (hydraulisk, elektrisk eller diesel/bensin) eller et vinsj-arrangement for fremdrift. The wagons can have a propulsion engine (hydraulic, electric or diesel/petrol) or a winch arrangement for propulsion.

På denne hjulgående vognen er det montert to store vinsjer 32 hhv 34 som kan kobles til vaierne som går langsmed tårnene, i tillegg er det også en heisvogn oppå den hjulgående vognen. Denne heisvognen kan også kobles til vaierne som henger på tårnene. Den fremre del av plattformen omfatter et utfellbart gitterverk/rekkverk 33 som kan benyttes som et underlag for å lette tilkomsten til deler av turbinen og propellene som rager fremfor riggen. Two large winches 32 and 34 are mounted on this wheeled carriage which can be connected to the cables that run along the towers, in addition there is also a lift carriage on top of the wheeled carriage. This lift car can also be connected to the cables hanging on the towers. The front part of the platform includes a fold-out grating/railing 33 which can be used as a base to facilitate access to parts of the turbine and propellers that protrude beyond the rig.

Heis-systemet fungere på følgende måte: Når man skal skifte ut en turbin eller utføre service, blir den hjulgående vognen 31 kjørt frem til riktig tårn-rekke mellomrom. Løftevaierne (de som henger langsmed tårnene) blir koblet til de to vinsjene på den hjulgående vognen og til heisvognen. I tillegg må den hjulgående vognen festes, f.eks. med kabler, til underlaget, så den ikke blir løftet opp. Løftevaierne blir også koblet til heisvognen. The lift system works in the following way: When a turbine is to be replaced or service carried out, the wheeled carriage 31 is driven to the correct tower-row spacing. The lifting cables (those hanging along the towers) are connected to the two winches on the wheeled carriage and to the lift carriage. In addition, the wheeled trolley must be secured, e.g. with cables, to the substrate, so that it is not lifted up. The lifting cables are also connected to the lift truck.

Det er nå et system som kan løfte heisvognen helt opp til toppen av tårnene og betjene turbiner festet på tårnene på begge sider av heisvognen. There is now a system that can lift the lift car all the way to the top of the towers and operate turbines attached to the towers on both sides of the lift car.

-På heisvognene er det montert diverse utstyr som kraner, jekkesystemer og lignende, som blir brukt til å skifte turbiner eller utføre service. - Various equipment such as cranes, jacking systems and the like are mounted on the lift cars, which are used to change turbines or carry out service.

-På heisvognen er det også praktisk å anlegge et lite oppholdsrom og toalett for det personellet som skal jobbe ut fra heisvognen. -On the lift car, it is also practical to build a small living room and toilet for the personnel who will work from the lift car.

DESIGN INKLUDERT BARDUNSTØTTE PÅ EN FLYTENDE INSTALLASJON DESIGN INCLUDING BAR SUPPORT ON A FLOATING INSTALLATION

Dersom turbin-strukturen skal etableres på en flytende installasjon, må det gjøres en del endringer. På en flytende struktur vil bardunkablene både foran og bak seil-strukturen måtte ende i tilnærmet et punkt. Man vil ikke her ha muligheten for sideveis bardunering av strukturen. Det betyr at når kablene både foran og bak strukturen ender i et punkt foran strukturen og et punkt bak strukturen og bardunkablene vil derfor trekke tårnrekkene mot sentrum av strukturen. For å hindre dette må det designes relativt kraftige horisontale dragerer på tvers av strukturen og bardunkablene må festes til disse horisontale dragerne eller i den samme høyden som dragerne er plassert. If the turbine structure is to be established on a floating installation, a number of changes must be made. On a floating structure, the bar dunk cables both in front of and behind the sail structure will have to end at approximately one point. Here, you will not have the possibility of lateral bardunation of the structure. This means that when the cables both in front and behind the structure end at a point in front of the structure and a point behind the structure and the bardunk cables will therefore pull the tower rows towards the center of the structure. To prevent this, relatively strong horizontal girders must be designed across the structure and the bar dunk cables must be attached to these horizontal girders or at the same height as the girders are placed.

Det vil også på en slik flytende konstruksjon være nødvendig med forspenning av bardunkablene, men det er ønskelig at denne forspenningen blir så liten som mulig for å unngå at man må overdimensjonere turbin-strukturen og selve flyteren som en konsekvens av høy forspenning. It will also be necessary on such a floating construction to pre-tension the bar dunk cables, but it is desirable that this pre-tension be as small as possible to avoid having to oversize the turbine structure and the float itself as a consequence of high pre-tension.

Når man benytter en relativt lav forspenning vil det få som konsekvens at seilstrukturen vil bevege seg en del og bli presset bakover som en følge av vinden. Dette vil igjen medføre at bardunkablene på baksiden av strukturen blir slakke. Dette i kombinasjon av bevegelser på den flytende konstruksjonen generert av bølger, vil lett føre til at hele turbinstrukturen kan komme i resonans med de fatale følger som det vi medføre. When a relatively low pretension is used, the consequence will be that the sail structure will move somewhat and be pushed backwards as a result of the wind. This will in turn cause the bar dunk cables on the back of the structure to become slack. This, in combination with movements on the floating structure generated by waves, will easily cause the entire turbine structure to come into resonance with the fatal consequences that we bring about.

Dette kan løses ved å holde forspenningen på de bakerste kablene konstant. Dette kan gjøres hydraulisk eller elektrisk/mekanisk, men det enkleste vil kanskje være å benytte lodd festet til de bakerste kablene. This can be solved by keeping the bias on the rear cables constant. This can be done hydraulically or electrically/mechanically, but perhaps the easiest would be to use a plumb bob attached to the rear cables.

Et eksempel: An example:

Det er 36 kabelbarduner på fremsiden av strukturen og 36 kabelbarduner på baksiden av strukturen. Hver kabel har en MBL («Mean Breaking Load») på 400 tonn. Den maksimale teoretiske belastningen som hver kabel kan bli utsatt for er 100 tonn. There are 36 cable bars on the front of the structure and 36 cable bars on the back of the structure. Each cable has an MBL (Mean Breaking Load) of 400 tonnes. The maximum theoretical load that each cable can be subjected to is 100 tonnes.

Kablene på baksiden av strukturen, er hver enkelt, festet til et fritthengende lodd med en vekt på 8000 kg. Det er monterte en sperre, slik at loddene ikke kan løftes høyere enn til et visst punkt. Lengden på kablene er tilpasset, slik at når loddene når det høyeste punktet vil tårnstrukturen stå loddrett. The cables on the back of the structure are each attached to a free-hanging weight with a weight of 8,000 kg. A lock is fitted so that the plumb bobs cannot be lifted higher than a certain point. The length of the cables is adjusted so that when the plumb bobs reach the highest point, the tower structure will stand vertically.

Kablene på fremsiden blir deretter forspent med 10 tonn. Dette medfører at de fritthengende loddene blir trukket opp til sitt høyeste punkt og stoppes av den monterte sperren som hindrer de i å løfte seg mer. The cables on the front are then pre-tensioned by 10 tonnes. This means that the free-hanging plumb bobs are pulled up to their highest point and are stopped by the fitted latch which prevents them from lifting any further.

Kablene både på fremsiden og baksiden av strukturen vil nå ha en forspenning på 10 tonn. Når denne strukturen nå blir utsatt for kraftig vind forfra, vil strukturen bli presset litt bakover, med den følge at loddene som er festet til kablene bak strukturen, drar kablene nedover på grunn av tyngden til loddene og kablene på baksiden av strukturen vil aldri ha en forspenning som er mindre enn 8000 kg. Dette systemet vil da kunne hindre at turbins-strukturen kommer i resonans. The cables on both the front and back of the structure will now have a pretension of 10 tonnes. When this structure is now exposed to strong winds from the front, the structure will be pushed slightly backwards, with the result that the weights attached to the cables behind the structure will pull the cables down due to the weight of the weights and the cables at the back of the structure will never have a preload that is less than 8000 kg. This system will then be able to prevent the turbine structure from coming into resonance.

Claims

PATENT CLAIMS

1.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b), comprising:

at least two upright towers (12) each spaced apart, each tower (12) being attached at the bottom to an underlying foundation (20) via a hinge (18);

each tower (12) is connected to a neighboring tower (12) by a number of tower cables (15), to ensure that the towers (12) in operation are kept mutually parallel;

the turbine structure (10) is secured with front and rear inclined cables (40) connecting the towers (12) to a base (22), to control the swinging movement of the turbine structure (10) back and forth about the hinges (18) against or with a dominant wind direction ;

on the front side of each tower (12) a number of wind turbines (14, 14a,b) are provided one above the other up the tower (12).

2.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to claim 1, wherein each outer tower (12) in a row of towers (12) is supported by one or more lateral cables (17) for bracing, and to keep the towers (12) approximately parallel to each other limited, and so that the tower cables (15) between two towers (12) are kept taut.

3.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to claims 1 and 2, in which the cables (40) on the front and back of the towers have individual pretensioning which is carried out in such a way that when the wind pushes the towers backwards they will keep an approximately straight line and one avoids getting great stress and subsequent fatigue in the turbine structure (10), and the entire turbine structure (10) moves as a unit about the hinges (18).

4.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to claims 1 and 2, in which support cables are mounted perpendicular to the cables (40) and down to small foundations on the ground (22), each of the support cables comprising a spiral spring with an associated shock absorber.

5.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to one of claims 1-4, in which the towers (12) are built of extruded light metal which is sectioned into parts suitable for helicopter lifting and where the parts are screwed together.

6.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to one of claims 1-5, in which each wind turbine (14, 14a,b) is mounted at a distance from the front of its respective tower (12) which makes it is possible to establish a lift solution on the front of the tower (12) and inside the wind turbine (14, 14a,b).

7.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to one of the preceding claims, in which an elevator car (30) is mounted between two towers (12) for maintenance or replacement of wind turbines (14, 14a,b) on both sides of two neighboring towers (12), as an elevator car (30) is only mounted in every other tower space.

8.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to claim 7, in which the lift carriage (30) is attached to the towers (12) with running wheels that run inside partially closed rails/raceways that are part of the turbine structure (10 ), and the lift carriage (30) is moved up and down using a winch-driven cable.

9.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to claims 7 and 8, in which the lift carriage (30) is connected to existing cables which hang in partially closed rail systems on the front of the towers and where the cables go over running wheels on top of the towers (12) and down the back or on one of the sides of the towers (12) and down to a winch system that can lift the lift truck (30) up or down.

10.

Turbine structure (10) for a plurality of wind turbines (14, 14a,b) according to one of the claims 7-9, in which the lift carriage (30) is attached to a rail-running carriage which can move the lift carriage (30) down on the ground (20) sideways in relation to the turbine structure (10) and one or more winches have been established on this rail-running carriage which are connected to the cables hanging on the towers (12).

Application of the turbine structure (10) according to one of the preceding claims, for use on land-based and sea-based rig structures.