CN102630275A - 能量转换组件 - Google Patents

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CN102630275A CN2009801619514A CN200980161951A CN102630275A CN 102630275 A CN102630275 A CN 102630275A CN 2009801619514 A CN2009801619514 A CN 2009801619514A CN 200980161951 A CN200980161951 A CN 200980161951A CN 102630275 A CN102630275 A CN 102630275A
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Abstract

一种能量转换组件(1)，所述能量转换组件包括具有优选S形横向截面的至少一个中心叶片(2)，所述叶片(2)能够由于流体流的作用而围绕平行于它的母线的中心轴线旋转，随后的是，机械能传送到可与叶片(2)相关的轴。组件包括至少一对大致楔形的本体(3)，本体共同地连接到叶片(2)并且在相对侧面上面向叶片。每个大致楔形的本体(3)的三个侧向面(3a，3b，3c)中的每个都被用于相应的有用的旋转部分的流体流的作用所影响，并且基本在每个部分中都为电机动能提供积极的促进，电机动能通过流体流传送到叶片(2)，以便优化所传送的机械能的值。

Description

能量转换组件
技术领域
本发明涉及一种能量转换组件，具体地用于风能的能量转换组件。
背景技术
当前，给予可替代和/或可更新能源越来越多的关注，以便在不依赖于使用矿物燃料(石油、煤等)的情况下确保满足能源需求，矿物燃料注定要耗尽并且在任何情况下都是高度污染的。
在这些可替代能源中，风能扮演了无可置疑的重要角色，如已知的，其从风动能转换为其它形式(通常地是电能)的转换中而获得。
风能发电机因此在位于具有充足风的区域逐渐地普遍并且风能发电机包括一个或多个桅杆，桅杆在它们的顶部支撑着相应的风轮机，风轮机被赋予了将风能转换为机械能的任务，这反过来能够驱动例如交流发电机的相应的发电机，以便产生期望的电能。
为了确保在转换中的最大效率并使得由碰撞涡轮机的空气流供给的用于相等能量的机械能的值最大化，因此给予属于涡轮机的转子的风力叶片的形状以特别的关注。
更精确地，叶片良好的尺寸设计以及能够适当地传送流动的轮廓的选择使得能够具有与转换过程相关的不可避免的损失并且确保了涡轮机的高性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够确保能量转换中的高效率的组件。
在该目标中，本发明的一个目的是提供一种声音冲击为零或者至少极其低的组件。
本发明的另一个目的是提供一种确保在操作中具有高可靠性的组件。
本发明的另一个目的是，提供一种能够从通常的商业可获得的元件和材料开始容易获得的组件，其甚至可以是珍贵的和/或可再循环的。
本发明的另一个目的是提供一种成本低且使用安全的组件。
该目标与这些目的，以及将在下文变得更加显而易见其它的目的，通过能量转换组件来实现，该能量转换组件包括具有优选S形横向横截面的至少一个中心叶片，所述叶片能够通过流体流的作用而围绕平行于其母线的中心轴线旋转，随之发生的是，机械能传送到可与所述叶片相关的轴，其特征在于，其包括结合地连接到所述叶片的至少一对大致楔形的本体并且在相对侧面上面向叶片它，所述大致楔形本体中的每个的三个侧向面中的各面均被用于相应的旋转部分的流体流的作用所影响，并且基本在所述部分中的每个中均为电机动能提供积极的促进，电机动能通过流体流传送到所述叶片，以便优化传送的机械能的值。
附图说明
本发明的其它特征和优点从以下根据本发明的组件的三个优选的但不是排它的实施方式的详细的描述中将变得更明显，在附图中以非限定实例的方式示出，在附图中：
图1和图2是根据本发明的第一实施方式的组件的视图，更准确地说：
图1是根据本发明的位于第一角位置的组件的立体图；
图2是根据本发明的位于第二角位置的组件的立体图并且示出了流体流的流动方向；
图3和图4是根据本发明的第二实施方式的组件的视图，并且更具体地；
图3是根据本发明的位于第一角位置的组件的立体图；
图4是根据本发明的位于第二角位置的组件的立体图；
图5和图6是根据本发明的第三实施方式的组件的视图，并且更具体地；
图5是根据本发明的位于第一角位置的组件的立体图；
图6是根据本发明的位于第二角位置的组件的立体图。
具体实施方式
参照附图，总体由附图标记1指示的根据本发明的组件适于能量转换并且包括具有优选S形横向横截面的至少一个中心叶片2。叶片2可以通过流体流围绕平行于其母线的中心轴线旋转，随后是机械能传送到可与叶片2相关联的轴。
应该详细直接地说明的是，根据本发明优选的应用，组件1是风能发电机的一部分并且因此能够将风动能(该动能由此构成流体流)转换为机械能，以使其可用于诸如发电机或交流发电机的电力产生装置(由于轴的旋转)。
本说明书的其它部分应该参照该优选的应用，但是如果特定的要求允许其和/或使其是优选的，则不排除与根据本发明的组件1的不同的用途(这在任何情形中都在本文的权利要求的保护范围之内)。
在下文中，在图2中指示的方向和定向将是针对风而考虑的。当然，该选择完全是任意的并且仅通过实例的方式使用，任何其它的方向都不会危害根据本发明的组件1的操作。
还适合的是，规定用于组件1的活动元件的轮廓的构造和曲率选择为使得组件1顺时针旋转(在此方面，在描述的进程中也有几个参考)。然而，不排除提供组件1的可能，其中，轮廓适于分配逆时针旋转或者简单地通过在附图中示出的相同元件的不同组件来实现该结果。此外，提供了使用两个或更多个组件1的可能性，例如，采取包括水平地配合以增加传送功率的两个涡轮机(每个涡轮机均具有相应的组件1)的解决方案。
根据本发明，组件1包括至少一对大致楔形的本体3，本体3共同地连接到叶片2并且在相对侧面上面向叶片。
大致楔形本体3中的每个的三个侧面3a，3b，3c中的每个都受到用于相应的有用的旋转部分(其至少可以部分地相符合)的流体流的作用的影响，并且大致在这些部分中的每个中都产生对于电机动能的积极促进，电机动能通过流体流而传送到叶片2，以便优化传送的机械能的值。
更具体地说，叶片2是具有竖直轴线的类型，因此中心轴线大致垂直于地面。
便利地，组件1包括下板4，下板4确保用于中心叶片2和用于大致楔形本体3的支撑和连接。此外，组件1包括上板，上板以相对于下板4大致平行的构造布置并且稳定地抵靠中心叶片2和本体3而放置在上方区域中。
设计为接收待传送到电动机的电机动能的轴可以与下板4(和/或可选地与上板)相关联。此外，组件1的其它附加元件(诸如例如各种类型的控制和调节装置)均能被锚定到下板4(和/或上板)。
此外，下板4与上板帮助避免流体流的均匀部分相对于叶片2和本体3向上或者向下脱离，由此使它们的效率最大化而不损失部分有用效果的可能性。
根据大致实际利益的一个实施方式，其通过本发明的应用的非限定实例的方式在附图中引用并提出，各个大致楔状的本体3均包括大致凸出并且面向中心叶片2的相应的弯曲部2a的第一侧向面3a。第一侧向面3a中的每个均配合以形成相应的弯曲部2a(弯曲部是凹入的)以及下板4和上板的相应部分，用于流体流的第一通道5。
第一通道5在相对侧相对于流体流的到来的方向(引入方向)逐渐地变细(缩小)。在第一侧向面3a的有用部分处，组件1的角定向使得流体流进入第一通道5并且大致由文丘里效应产生对于传送到叶片2的电机动能的积极促进，将力施加到第一通道5的壁处(并且因此到第一侧向面3a并且特别地到弯曲部2a)。
参照优选的实施方式，各个大致楔形本体3还包括第二大致凹入的横向侧面3b。事实是，在对于第二侧向面3b有用的一些部分处，使得所述第二面的倾斜度被朝向第一通道5传送的流体流的动作所影响，效果如上所述。
此外，作为组件1的局部旋转的结果，第二侧向面3b布置在附加的有用部分处，其中流体流直接地为传送到叶片2的电机动能提供了积极的促进，因为其施加的力具有将旋转运动施加到具有顺时针定向的本体3的分量。
进一步参照附图中示出的优选的实施方式，每个大致楔形的本体3最终都包括大致凸出的第三侧向面3c。在对于第三侧向面3的有用部分处，该面被流体流所撞击，以便为传送到叶片2的电机动能再次提供积极的促进。
有利地，组件1包括至少一对切向轮叶6，该对切向叶片优选地形成有翼部类型的横截面并且像叶片2和叶片3一样被插入到下板4与上板之间(它们进一步连接到那)。切向轮叶6相对于本体3交替地布置并且面向中心叶片2的端部2b。在组件1的相应的有效旋转部分处，轮叶6构成用于叶片2的相对于流体流的防护屏，以防拖拽的侵袭，否则拖拽可能会减小风动能的转换效率。
具体地说，在图2的角度构造中，其中风的方向大致与叶片2的S形轮廓纵向地对齐，轮叶6起到防止上述流体流的作用。
此外，基于轮叶6的外部面6a的曲率，流体流的推力的合矢量(合量，resultant)相对于叶片2的旋转等同地定向并且因此还促进了传送的机械能的最大化。
有利地，指向叶片2的轮叶6的内部面6b具有的形状适于在旋转的附加有效部分处产生提升效果，其相对于叶片2的旋转等同定向(即，以便施加顺时针旋转)，以使传送的机械能最大化。
还应该注意的是，轮叶6的内部面6b、叶片2的相应端2b以及下板4和上板的相应区域形成用于流体流的第二通道7。
为了使得一定角度位置处排出的空气团能够穿过第二通道7，通过文丘里效应的方式产生与叶片2的旋转相反的拖拽，下板4和上板在限定第二通道7的上述区域包括用于流体流的合适的孔8(根据具体的要求其可以具有各种构造)。
根据本发明的组件的操作如下。
在撞击叶片2、本体3和轮叶6的风的作用下，根据本发明的组件1围绕其自身中轴线旋转，以将机械能(转矩电机动能)传送到轴，如上所述，轴可以例如与诸如控制装置的任何其它部分一起锚定到下板4(在与叶片2相对的侧面上)。
在相应的有用部分中，组件1的各个部件(叶片2、本体3，具体地，其侧向面3a、3b、3c中的每个，以及轮叶6)均被流体流的作用所影响，并且这些有用部分中的一些部分符合：通过风施加的力由此适于增加所传送的机械能，因此提供期望的最大化的转换效率。
对于第三侧向面3c来说，旋转的有用部分主要的是这些，其中，相应的本体3放置在旋转轴线的右侧，由于第三侧向面的曲率，流体流实际上能够撞击第三侧向面3c，具有指定的结果，以将顺时针运动施加到组件1。
在一些构造中，诸如例如图2(并且因此还有图4和图6)中的一个构造，当布置到旋转轴线的右侧的本体3的第三侧向面3c作用时，布置到旋转轴线的左侧的本体3的第二侧向面3b以及暴露于流体流(在图中向下)的切向轮叶6也积极地促进被传送的电机动能。
进一步顺时针旋转使得流体流影响其它的切向轮叶6，更具体地说，在该步骤中，轮叶6促使了在前述段落中示出的通过提升作用传送的转矩的增加。
随着顺时针旋转，布置到旋转轴线的右侧的本体3移动到其左侧。初始地，这使得其暴露到流体流，第三侧向面3c(这提供了积极的促进)。然后，组件1的进一步旋转逐渐地使得第三侧向面3c的隐藏，同时第二横向表面3b暴露到流体流的作用下。初始地，第三侧向面3c和第二侧向面均被风的动作所影响，如上所述，这将流体流朝向第一通道5传送。
接着，组件1的旋转使得第二侧向面3b到风的暴露增加，同时，另一个方面，第三侧向面3c越来越少地被流体流所影响。
在该步骤期间，第二侧向面3b的曲率使得产生了用于流体流的动作的结果，以便有效地促进传送的电机动能。
还应该指出的是，如果应用的特定要求或者审美选择使其是优选的，那么根据本发明的组件1也可以有效地由包括例如贵重和/或可循环材料的多种材料制成。
此外，规定了，根据本发明的组件1可以被用于这样的应用中，其中，在叶片与交流发电机(或发电机)之间设有减速单元，并且还用于没有减速单元的应用中(具有根据结构简单以及摩擦减小以及散热作用的结果的优势)。
最后，很方便地注意到，根据本发明的组件1能够具有上述的高的转换效率，在其解决方案中，声音冲击非常低或者甚至为零(还通过以高达250rpm的转速操作的测试来验证)并且远低于已知解决方案。
在实践中，已经发现，根据本发明的组件完全实现了期望的目的，因为其通过面向叶片的至少一对楔形体确保能量转换的高效率，并且能够积极地促进通过它们三个侧向面中的每个传送的电机动能。
由此构思出来的本发明容许多种修改和变型，所有这些都在所附权利要求的范围内，所有细节还可以被其它技术上等同的元件替换。
例如，提供采取能够相对于下板4(并且因此相对于中心叶片2)定向的本体3和/或轮叶6的可能性，以便根据其强度和/或特定的构造要求而优化风动能的转换效率。
此外，不排除自动操作上述定向的可能性。
还应该注意的是，这里提出的保护范围包括这样的组件1，其相对于图1和图2中示出的优选的实施方式针对各种元件而具有不同轮廓和/或形状(但是与已经描述的大致相同的操作原理)。
具体地说，图3和图4示出了使用下板4的实施方式，下板4具有大致圆形的形状和细长的本体3，以更均匀地沿着叶片2的弯曲2a。由于能够传送较大的电机动能的构造，由此获得的组件1特别适用于风速低的情形中，并且能够因此最佳地利用由流体流所运送的甚至最小的能量。
替代地，图5和图6示出了采取具有大致钩状喙的形状的本体3的实施方式，通过这种方式，包含在第二侧向面3b与第三侧向面3c之间的边缘呈现钩子的形状，这在一些有用的旋转部分中，更好地朝向第一通道5传送流体流。
在示出的示例性实施方式，根据具体实例给出的各个特征实际上可以与存在于其它示例性实施方式中的其它不同的特征相互交换。
此外，应该注意的是，在申请专利的过程中发现是已知的任何实物都被理解为未要求权利并且是放弃的主题。
在实践中，使用的材料以及尺寸可以根据要求以及该技术领域的状态而任意设定。
在任一项权利要求中提及的技术特征都标有附图标记，包含这些附图标记仅是为了增加权利要求的可理解性的目的，并且相应地，该附图标记对通过由该附图标记的实例表示的各个元件的解释，不具有任何限定作用。

Claims (9)

1.一种能量转换组件(1)，包括具有优选S形横向截面的至少一个中心叶片(2)，所述叶片(2)能够通过流体流的作用而围绕平行于其母线的中心轴线旋转，随之发生的是，机械能传送到能够与所述叶片(2)相关的轴，其特征在于，所述能量转换组件包括至少一对大致楔形的本体(3)，所述至少一对大致楔形的本体共同地连接到所述叶片(2)并且在相对侧面面向所述叶片，所述大致楔形的本体(3)中的每个的三个侧向面(3a，3b，3c)中的每个面均受到用于相应的旋转有用部分的流体流的作用的影响，并且基本在所述部分中的每个中均为电机动能提供积极的促进，所述电机动能通过所述流体流而传送到所述叶片(2)，以便优化所传送的机械能的值。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述叶片(2)是具有竖直轴线的类型，所述中心轴线基本垂直于地面。
3.根据权利要求1和2所述的组件，其特征在于，所述组件包括下板(4)和上板，所述下板用于支撑且连接所述叶片(2)和所述大致楔形的本体(3)，所述上板基本与所述下板(4)平行并且定位在所述叶片(2)和所述本体(3)上方且稳定地被它们支撑。
4.根据上述权利要求中一项或多项所述的组件，其特征在于，所述大致楔形的本体(3)中的每个均包括第一侧向面(3a)，所述第一侧向面大致凸起并且面向所述中心叶片(2)的相应的弯曲部(2a)，所述第一侧向面(3a)中的每个、相应的弯曲部(2a)、所述下板(4)和所述上板的相应部分形成用于所述流体流的第一通道(5)，所述通道在与所述流体流的到来方向相反的一侧上逐渐变细，在对于所述第一侧向面(3a)有用的所述部分处，所述流体流进入所述第一通道(5)以便对传送到所述叶片(2)的电机动能产生积极的促进。
5.根据上述权利要求中一项或多项所述的组件，其特征在于，所述大致楔形的本体(3)中的每个均包括第二大致凹入的侧向面(3b)，在用于所述第二侧向面(3b)的所述有用部分中的一些部分处，所述流体流朝向所述第一通道(5)传送，在所述有用部分中的其他部分处，所述流体流为传送到所述叶片(2)的电机动能提供积极的促进。
6.根据上述权利要求中一项或多项所述的组件，其特征在于，所述大致楔形的本体(3)中的每个均包括大致凸起的第三侧向面(3c)，在对所述第三侧向面(3c)而言有用的所述部分处，所述流体流为传送到所述叶片(2)的所述电机动能提供了积极的促进。
7.根据上述权利要求中一项或多项所述的组件，其特征在于，所述组件包括至少一对切向轮叶(6)，所述切向轮叶相对于所述本体(3)交替布置并且面向所述中心叶片(2)的端部(2b)，在相应的有效旋转部分处，所述轮叶(6)构成用于所述叶片(2)的相对于所述流体流的保护屏，并且限定了所述流体流的推力的合矢量，使其相对于所述叶片(2)的旋转等同地定向，以使所传送的机械能最大化。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述轮叶(6)的指向所述叶片(2)的内部面(6b)具有的形状适于在附加的有效旋转部分处产生提升作用，所述提升作用相对于所述叶片(2)的旋转等同地定向，以使所传送的机械能最大化。
9.根据上述权利要求中的一项或多项所述的组件，其特征在于，所述轮叶(6)的所述内部面(6b)中的每个、所述叶片(2)的相应端部(2b)、所述下板(4)和所述上板的相应区域形成了用于所述流体流的第二通道(7)，所述下板(4)和所述上板在限定所述第二通道(7)的所述区域处包括用于所述流体流的孔(8)。
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