CN102330640B - 流动能量装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流动能量装备(1，1’，1”)，尤其是风力发电装备，该流动能量装备有一个壳体(2，2’)，该壳体有一种液滴形的截面并且可以围绕其竖直轴线被调整到与流动方向、尤其是与风向对齐；其中该壳体(2，2’)前面上有一个到一个内部流动通道(6，6’)的进口(3，3’)，该内部流动通道通向尤其是安排在该壳体的侧部的至少一个出口(4，5)，并且至少一个具有轴向入射流的螺旋桨(10，10’，10”，10”’)被安排在该流动通道(6，6’)之中，其中该流动通道(6，6’)在其邻近该进口(3，3’)的进口区域中具有多个边界表面(18，18’，19，19’)，这些边界表面以一种凸起的形状延伸。

Description

流动能量装备

技术领域

本发明涉及一种流动能量装备，尤其是一种风力发电装备。

背景技术

从现有技术已知多种风力发电装备。风力发电装备将风的动能转换为电能、并且将其输送到电力网络之中。这是由风流的运动能作用在转子的桨叶上从而导致转子转动来完成的。这个转子将转动能量传递到一个发电机上，在那里转动能量被转换为电能。

DE 8434578 U1披露了一种风力发电装备，其中的两个圆柱形的桨叶转子被安排为彼此相距一个距离，并且这些桨叶转子的轴线竖直地延伸。这些桨叶转子被容纳在由三个部分组成的一个液滴形的壳体之中。在这些桨叶转子的两个前方部分迎风的同时，第三个部分的后端形成一个风向标。在这两个前方部分之间形成有一个风通道，该风通道带有一个缝隙形式的进口，这些桨叶转子进入该进口。在下游，该风通道在第三壳体部分的一个前方的、楔形的尖端处分裂成两个分支通道，这两个分支通道通向在两个第一壳体部分与第三壳体部分之间的、缝隙形式的多个出口。

发明内容

然而，由现有技术已知的流动能量装备没有满足所有的要求，其结果是本发明所基于的目的是提供带有改进的功率值并且同时具有一种在实体上简单的设计的新颖的流动能量装备。

这一目的是通过下述1所述的一种流动能量装备来实现的，其中2-15是本发明的优选方案：

1.一种流动能量装备，尤其是一种风力发电装备，具有一个壳体，该壳体具有一种液滴形的截面并且可以围绕其竖直轴线被调整到与流动方向、尤其是与风向对齐；其中该壳体前面上具有一个到一个内部流动通道的进口，该内部流动通道通向尤其是安排在该壳体的侧部的至少一个出口，并且至少一个具有轴向入射流的螺旋桨被安排在该流动通道之中，其中该流动通道在其邻近该进口的进口区域中具有多个边界表面，这些边界表面以一种凸起的形状延伸。

2.如1所述的流动能量装备，其特征为，一个单个的流动通道，该流动通道优选地开始于该液滴形的壳体前面上的中央并且然后通向带有多个侧部出口的两个分支出口通道。

3.如2所述的流动能量装备，其特征为，在该壳体外侧上的多个开放的出口通道，这些出口通道在该流动方向上邻近这些侧部出口。

4.如1、2或3所述的流动能量装备，其特征为，在该流动通道中、或在这些分支出口通道的区域中的一个螺旋桨。

5.如1至4中至少一项所述的流动能量装备，其特征为，该螺旋桨被安排在该流动通道的最窄的总横截面之中。

6.如1至5中至少一项所述的流动能量装备，其特征为，在这些分支出口通道的每一个中的至少一个螺旋桨。

7.如1至6中至少一项所述的流动能量装备，其特征为，处于一个轴流叶轮形式的一个螺旋桨，该螺旋桨具有一个轴向入射流并且被中央地安排在对应的流动通道和/或出口通道之中。

8.如1至7中至少一项所述的流动能量装备，其特征为，多个壳体，这些壳体可以被联接在一起以形成多重能量生产单元，其中与一个能量生产单元功能性地合为一体的每个壳体形成了一个分离的模块。

9.如1至8中至少一项所述的流动能量装备，其特征为，多个模块(M1，M2，M3，M4)，这些模块可以被插到一起以形成叠堆。

10.如1至9中至少一项所述的流动能量装备，其特征为，多个能量生产单元，这些能量生产单元是至少部分地功能性地联接在一起的。

11.如8或9所述的流动能量装备，其特征为，多个能量生产单元，例如变速器和/或发电机单元，这些能量生产单元被安排在这些模块(M1，M2，M3，M4)之中，其中这些能量生产单元通过一种电连接被连接到共用的功率电子装置上。

12.如8至11之一所述的流动能量装备，其特征为，多个模块(M1，M2，M3，M4)到一个共用的能量生产单元上、尤其是一个共用的变速器和/或发电机单元上的机械连接。

13.如1至10之一所述的流动能量装备，其特征为用在一艘船舶上。

14.如13所述的流动能量装备，其特征为用作一个船舶烟囱。

15.如1至10之一所述的流动能量装备，其特征为用作一个广告栏。

根据本发明，该流动能量装备(尤其是一种风力发电装备)配备有一个壳体，该壳体具有一种液滴形的截面并且可以围绕其竖直轴线被调整到与流动方向、尤其是与风向对齐。在该壳体上设置一个内部流动通道的前面进口，该前面进口通向尤其是在侧面的至少一个出口并且配备有至少一个轴向入射流的螺旋桨。该流动通道在其进口区域中具有多个边界表面，它们以一种凸起形状延伸。与例如带有成形为直的进口缝隙的已知的风力发电装备相比，在该螺旋桨上的轴向入射流与这些以凸起形状延伸的边界表面一同导致了相当大的功率增加，这是因为这些以凸起形状延伸的边界表面使转子平面上的空气加速。这种液滴形的基座本体由于其空气动力学形状而总是被指向风的方向。这种液滴形的基本形状导致了尽可能小的阻力。应该指出，该液滴形壳体的后部区域无需延伸至一个点而是还可以被切除，以便实现一种更短的实体形状。

一个实施方案提供了使该流动能量装备可以具有一个单个的流动通道，该单个的流动通道优选地从该液滴形壳体的前面上的中央开始并且然后通向带有侧出口的两个分支出口通道。从该流动通道开始，这些出口通道均匀地向外延伸并且通向在对应的侧面壳体壁上的相关出口。该壳体的液滴形的基本形状允许了这种中央安排的流动通道(空气进口通道)与风或者流动的方向最佳地对齐。在这种情况下，如果该壳体转动所能围绕的该竖直轴线被安排在一个侧视图中的空气动力学压力中心的前方，则该壳体自动地与风的方向对齐。可替代地或者额外地，还可以对该壳体的转动主动地进行控制(例如通过一个马达驱动)。

优选地，至少一个螺旋桨被安排在该流动通道中这些以凸起形状延伸的边界表面的最窄点处，因而导致尽可能高的流动速度。在这种情况下，该螺旋桨被安排在该流动通道之中从而确保这些转子桨叶通过空气流动而完全地并且全方位地被进气冲击(Beaufschlagung)。作为举例，该螺旋桨可以安装在一个分离的保持框架上、和/或可以通过附接或者多个支撑支柱而附接到在该壳体内的一个包围结构上。

另一个实施方案提供了在每一个分支出口通道中可以安排至少一个螺旋桨。同样在这种情况下，这个进口通道和这些出口通道被设计为使得这些螺旋桨位于具有最小的总横截面(Gesamtquerschnitte)并且因此具有最高的流动速度的区域之中。

该螺旋桨优选地是处于一个轴流叶轮的形式，该轴流叶轮具有一个轴向入射流并且被中央地安排在对应的流动通道和/或出口通道之中。轴流叶轮的优点是与所要求的高的空气通量相比具有小的尺寸。该轴流叶轮的旋转轴线平行于空气流动而延伸。

这两个实施方案都可以被容纳在以多个模块的形式的壳体中，这些模块可以联接在一起并且然后形成一个单元。因此，通过附加多个单独的模块可以实现该流动能量装备的一种简单的功率增加和/或缩放。原理上，这些可以彼此组合的模块还可以具有彼此不同的功率水平。

这些模块优选地被设计为它们可以联接到一起以形成叠堆。作为举例，为此目的可以提供一个连续的桅杆，这些模块插在该桅杆上，其中该桅杆同时形成了所有这些模块的竖直轴线。在此同样可行的是多个连接元件，这些连接元件各自将两个模块彼此连接。然而，这些模块优选地为此目的而配备有适当的多个表面区段，这些表面区段彼此连接并且被设计为具有彼此互补的形状。因此这些模块可以具有一个直的上面和/或下面、或者另外可以在一侧上配备有多个伸出部并且在另一侧上配备有多个接收座，这些伸出部和接收座被设计为具有彼此互补的形状。

一个优选实施方案提供了使多个联接在一起的模块的这些能量生产单元可以彼此相互连接。在这种情况下，在下文中，一个能量生产单元应该被理解为意味着至少一个变速器与发电机单元(Getriebe-undGeneratoreinheit)(它跟随在该轴流叶轮之后)和多个功率电子装置的功能性的整合、或其一个子区域。

为了将这些联接在一起的模块连接在电力侧上，在单独模块中提供的这些能量生产单元可以通过多个电连接被连接到中央功率电子装置上。作为举例，功率电子装置使得有可能改变所产生的电能的电压波形、电压水平以及频率。这种类型的连接是特别简单的并且运行上可靠的，这是因为每个模块本身独立地产生电能。

可替代地，通过将这些模块机械地连接到一个共用的能量生产单元(尤其是一个中央发电机单元)上，这些联接在一起的模块可以优选地在一个叠堆中连接在电力侧上。取决于运行条件，这些变速器单元可以或者被安排在多个单独模块中或者与发电机单元类似地一起安排在中央。就重量、并且还可能就效率而言，这种类型的连接提供了优点。

在这种情况下，这些连接在一起的模块可以被作为一个单元安排在桅杆上，该桅杆应该对应于这些单独壳体的竖直轴线。如果入射流允许的话，例如当被安装在一个更高的表面上时(如屋顶)，这些连接在一起的模块还可以被直接可转动地安装在一个基座上。

这些模块和/或叠堆能够以很多方式来使用。除了作为一种流动能量装备被自由地安装在地面、屋顶或者桅杆上之外，这些叠堆尤其是还可以装饰性地加以利用。例如，它们可以被用作广告基座。可替代地，该流动能量装备可以作为(假的)船舶烟囱安装在船舶上。

本发明另外的多个优点、特征和细节将从以下说明中变得明了，其中参见附图对本发明的一个示例性实施方案进行了说明。在这种情况下，在说明书中提到的这些特征各自可以单独就其本身而言或在任何希望的组合中对本发明来说是必不可少的。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据本发明的一种示意性地展示的流动能量装备的透视图；

图2示出了在图1中示出的流动能量装备的示意性地展示的截面图；

图3示出了一种流动能量装备的另一个实施方案的截面图；

图4示出了一种流动能量装备的另一个实施方案的透视图；

图5示出了在图4中示出的流动能量装备的截面图；并且

图6示出了组合形成一个叠堆的多个单独模块。

具体实施方案

图1示出了一种示意性地展示的流动能量装备1的透视图。流动能量装备1具有一个壳体2，该壳体带有一种液滴形的截面，其中在液滴形的壳体2中提供了一个前面进口3以及多个侧出口4、5(仅4可见)。

前面进口3被连接到一个流动通道6上，在这种情况下，两个出口通道7、8从流动通道6开始、在壳体2之中延伸、通向这些侧出口4、5。在流动通道6之中安排了一个轴流叶轮10(螺旋桨)，其中该轴流叶轮10的直径至少略微小于流动通道6的直径。

壳体2具有一个直的上面11和下面12，并且因而在原理上被设计为使得这些壳体可以被堆叠。壳体2具有一个基本上整体的基座本体13、以及附接到其上的多个基板14、15、以及一个盖板16。因此，壳体2是由多个部分形成的。例如，壳体2的后部区域17可以是处于一个空腔的形式，在这种情况下，作为举例，用于驱动轴流叶轮10的这些变速器和/或发电机单元可以安装在这个空腔内。壳体2被安排在一个桅杆9上、被安装为使得它可以转动、并且具有一种液滴形的截面。壳体2可以围绕一个竖直轴线A转动，在这种情况下该竖直轴线在侧视图中被安排在空气动力学压力中心B的前方，其结果是当流体作用到壳体2上时该壳体自动地与气流对齐。在这种情况下，壳体2在其逐渐变窄的末端区域中不必是处于一种楔状的形式，而是也可以被切断(如由虚线C所指示的)以便实现一种更短的实体形状。

图2示出了流动能量装备1的示意性地展示的截面图。这些出口通道7、8从流动通道6分支开并且在形成有多个出口4、5的情况下通向壳体2的多个侧部区域中。流动通道6在其进口区域中具有以一种凸起形状延伸的多个边界表面18、19，其中这些凸起的边界表面18、19为空气进入流动通道6引入了更好的流动条件。在轴流叶轮10的下游，空气像散射体一样被分配到这些出口通道7、8中。

此外，如由线D所指示的，多个开放的出口通道26、27可以延伸到这些出口4、5上，其中这些出口通道26、27被成形在壳体2的这些侧部区域之中、并且在顶部和底部受上面11和下面12限制。

图3示出了一种流动能量装备1’的另一个实施方案的截面图。流动能量装备1’的实体形状和构形与图1中所示的流动能量装备1基本上是完全相同的，但是不同之处在于提供了安排在对应的输出通道7、8中的两个轴流叶轮10’、10”。

图4示出了一种流动能量装备1”的另一个实施方案，其中流动能量装备1”包括(除其他之外)一个壳体2’，该壳体具有一个水平延伸的、基本上中央的分离平面20。因此，该壳体实质上由一个上部21和一个下部22组成。由功能所支配的设计和运行原理对应于图1中所示的流动能量装备1的设计和运行原理。

图5示出了图4中所示的另一个实施方案的在分离平面20上被分离的下部22的截面图。这清楚地示出了流动通道6’和多个出口通道7’、8’以及在流动通道6’中安排的轴流叶轮10”’。围绕进口3’的进口区域类似地具有多个边界表面18’、19’，它们以一种凸起的形状延伸。

图6示出了已组合形成一个叠堆S的多个模块M1、M2、M3、M4。每个模块M1、M2、M3、M4是处于一个独立的流动能量装备的形式，在这种情况下术语模块意味着一个壳体与能量生产单元功能性地合为一体。叠堆S被可转动地安装在一个基座23上，其中基座23容纳了功率电子装置24。每个模块M1、M2、M3、M4都通过多条电线25连接到功率电子装置24上，该功率电子装置在输出侧上被连接到一个未示出的电力网络中。

参考标记清单

1 流动能量装备

2 壳体

3 进口

4 出口

5 出口

6 流动通道

7 出口通道

8 出口通道

9 桅杆

10 轴流叶轮(螺旋桨)

11 上面

12 下面

13 基座本体

14 基板

15 基板

16 盖板

17 后部区域

18 以凸起形状延伸的边界表面

19 以凸起形状延伸的边界表面

20 分离平面

21 上部

22 下部

23 基座

24 功率电子装置

25 电线

26 出口通道

27 出口通道

A 竖直轴线

B 空气动力学压力中心

C 线

D 线

M1 模块

M2 模块

M3 模块

M4 模块

S 叠堆

Claims (19)

1.一种流动能量装备(1，1’，1”)，具有一个壳体(2，2’)，该壳体具有一种液滴形的截面并且可以围绕其竖直轴线被调整到与流动方向对齐；其中该壳体(2，2’)前面上具有一个到一个内部流动通道(6，6’)的进口(3，3’)，该内部流动通道被基本封闭在一个平坦的顶部表面和一个平坦的底部表面之间，并通向安排在该壳体的侧部的至少一个出口(4，5)，并且至少一个具有轴向入射流的螺旋桨(10，10’，10”，10”’)被安排在该流动通道(6，6’)之中，所述螺旋桨是处于一个轴流叶轮形式的一个螺旋桨(10，10’，10”，10”’)，并且所述螺旋桨的直径至少略微小于该流动通道的直径，其中该流动通道(6，6’)在其邻近该进口(3，3’)的进口区域中具有多个边界表面(18，18’，19，19’)，这些边界表面以一种凸起的形状延伸。

2.如权利要求1所述的流动能量装备，其特征为，一个单个的流动通道(6，6’)，该流动通道开始于该液滴形的壳体(2，2’)前面上的中央并且然后通向带有多个侧部出口(4，5)的两个分支出口通道(7，7’，8，8’)。

3.如权利要求2所述的流动能量装备，其特征为，在该壳体(2，2’)外侧上的多个开放的出口通道(26，27)，这些出口通道在该流动方向上邻近这些侧部出口(4，5)。

4.如权利要求2所述的流动能量装备，其特征为，在该流动通道(6，6’)中、或在这些分支出口通道(7，7’，8，8’)的区域中的一个螺旋桨(10，10’，10”，10”’)。

5.如权利要求1、2或3所述的流动能量装备，其特征为，该螺旋桨(10，10’，10”，10”’)被安排在该流动通道(6，6’)的最窄的总横截面之中。

6.如权利要求2或3所述的流动能量装备，其特征为，在这些分支出口通道(7，7’，8，8’)的每一个中的至少一个螺旋桨(10，10’，10”，10”’)。

7.如权利要求1、2或3所述的流动能量装备，其特征为，该螺旋桨具有一个轴向入射流并且被中央地安排在对应的流动通道和/或出口通道之中。

8.如权利要求1所述的流动能量装备，其特征为，所述流动能量装备(1，1’，1”)是一种风力发电装备。

9.如权利要求8所述的流动能量装备，其特征为，该壳体可以围绕其竖直轴线被调整到与风向对齐。

10.如权利要求1、2或3所述的流动能量装备，其特征为，多个壳体，这些壳体可以被联接在一起以形成多重能量生产单元，其中与一个能量生产单元功能性地合为一体的每个壳体形成了一个分离的模块。

11.如权利要求10所述的流动能量装备，其特征为，多个模块(M1，M2，M3，M4)，这些模块可以被插到一起以形成叠堆。

12.如权利要求10所述的流动能量装备，其特征为，多个能量生产单元，这些能量生产单元是至少部分地功能性地联接在一起的。

13.如权利要求11所述的流动能量装备，其特征为，多个能量生产单元，这些能量生产单元被安排在这些模块(M1，M2，M3，M4)之中，其中这些能量生产单元通过一种电连接(25)被连接到共用的功率电子装置(24)上。

14.如权利要求13所述的流动能量装备，其特征为，所述能量生产单元是变速器和/或发电机单元。

15.如权利要求11所述的流动能量装备，其特征为，多个模块(M1，M2，M3，M4)到一个共用的能量生产单元上的机械连接。

16.如权利要求15所述的流动能量装备，其特征为，多个模块(M1，M2，M3，M4)到一个共用的变速器和/或发电机单元上的机械连接。

17.如权利要求1、2或3所述的流动能量装备，其特征为用在一艘船舶上。

18.如权利要求17所述的流动能量装备，其特征为用作一个船舶烟囱。

19.如权利要求1、2或3所述的流动能量装备，其特征为用作一个广告栏。