CN102947584B - 涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机，包括转子（2）和驱动单元（4），该转子具有至少两个用于在平面（5）内转动的转子件（7，11；8，12；9，13；10，14），该转子件基本径向地设置并且与设置为大致横向于所述平面（5）的轴（3）连接，所述驱动单元（4）与所述轴连接，其中所述转子件包括流体接触件（7，8，9，10），该流体接触件（7，8，9，10）与连接于所述轴（3）的臂（11，12，13，14）铰接，其特征在于，所述流体接触件（7，8，9，10）适于在流体作用位置和流体穿透位置之间枢转，在所述流体作用位置，所述流体接触件横向于所述平面伸出，且在所述流体穿透位置，所述流体接触件基本平行于所述平面延伸。

Description

涡轮机
技术领域
本发明涉及一种涡轮机，包括转子和驱动单元，该转子具有至少两个用于在平面内转动的转子件，该转子件基本径向地设置并且与处于大致横向于所述平面的位置的轴连接，且驱动单元与轴连接，其中转子件包括流体接触件，该流体接触件与连接于所述轴的臂铰接。
背景技术
从US2010/0054936中公开了这种涡轮机，尤其是竖轴风力涡轮机，该文献展示了一种竖轴风力涡轮机，在该竖轴风力涡轮机中，风接触件包括气翼（airfoil），该气翼横向于转动平面延伸，并且所述气翼可以围绕基本竖直的轴枢转以与拍打表面的风向一致。公知的风力涡轮机具有相对较大的占用面积并且在竖直平面内伸出从而会对环境产生负面影响。公知的风力涡轮机的另一个缺点是：当转动时，逆风向移动的气翼承受相对较大的空气阻力。此外，公知的气翼的枢转结构相对复杂并且需要精细的维护。
因此，本发明的目的是提供一种流体涡轮机，该流体涡轮机具有在基本非竖直平面内转动的转子，具有相对较小的占用面积，并且沿竖直方向具有紧凑的结构。本发明的另一个目的是提供一种流体涡轮机，该流体涡轮机以简单和自动的方式使流体涡轮机的流体作用面适应于流体负载和/或轴上的负载。本发明的又一个目的是提供一种流体涡轮机，该流体涡轮机相对便宜并且需要的维护相对较少。
发明内容
这里，根据本发明的流体涡轮机的特征在于，流体接触件适应于在流体作用位置和流体穿透位置之间枢转，在流体作用位置，流体接触件横向于所述平面伸出，且在流体穿透位置，流体接触件基本平行于所述平面延伸。
通过以流体接触件能够枢转进入和离开转动平面的方式设置流体接触件，当转子沿着流向移动时，冲击流体接触件的流体将向下推动流体接触件，而当流体接触件逆着流向移动时，流体接触件被抬升以基本平行于旋转平面延伸。这样，流体接触件根据流体的速度和轴上的负载而自动地位于适当的位置。这里使用的术语“流体作用位置”意指流体接触件具有垂直于所述平面的相对较大的突出的表面积的位置，反之“流体穿透位置”意指流体接触件具有垂直于所述平面的相对较小的突出的表面积且具有位于转动平面内的相对较大的突出的表面积的位置。
根据本发明的涡轮机不仅可以用在空气中以作为风力涡轮机，也可以用在水下以与水流相互作用。
当流动速度较低，和/或轴上的负载较大时，流体接触件将相对于转动平面向下或向上枢转直到流体作用面积（垂直于流向）变得足够大以用于转动流体涡轮机。当背朝风向转动时，流体接触件可以被流体向上抬升或向下推动到使流体接触件基本位于转动平面内的程度，在流体接触件基本位于转动平面内的位置，流体阻力最小。
根据本发明的流体涡轮机具有相对较小的占用面积，从而使其能够在建筑区中被使用，例如在城市的屋顶上或在一小块地上。同时，它具有紧凑的竖直尺寸，从而使其对于环境的视觉冲击更小。
由于转子的流体作用件的自动调节，流体涡轮机的转子位置将被最佳地调节至主要的流体状态和负载状态，而不需要复杂的机械部件或昂贵的控制电路，从而可以实现有效的、连续的、自动防故障的、可靠的以及相对便宜的风能或水能的产生。
虽然流体接触件可以由可枢转地相互连接的刚性部组成，但是根据优选实施方式的流体涡轮机的特征在于，流体接触件包括柔性材料，接触件的一侧与支架连接，且接触件具有自由端，处于所述轴的第一角度位置在流体作用位置的自由端通过具有平行于所述平面的分量的流体力以远离所述平面弯曲，并且在所述轴的第二角度位置的远离流体作用位置而被抬升至流体穿透位置。在该实施方式中，流体接触件可以由能够根据转动位置上下“拍打”（很像鸟的翅膀）的柔性片材料组成，以具有最佳的流体阻力，该最佳的流体阻力适合驱动流体涡轮机的轴或适合克服流体的作用以使得该流体接触件转动回到其初始位置。
柔性流体接触件可以由金属、塑料、复合材料或它们的层压材料制成。流体接触件可以为弧形或者可以具有翼状横截面的轮廓或者可以为平面形。
所述涡轮机包括至少两个臂，并且可以具有三个或更多的臂以自动启动。
在一种实施方式中，支架包括至少四个臂，转子件包括柔性表面，该柔性表面具有第一侧、自由侧和两个长侧，第一侧位于基本与臂平行且与所述臂连接，两个长侧横向于臂延伸，自由侧在与臂隔开一定距离处基本平行于臂延伸。每个臂可以从穿过轴的中心毂向外延伸至圆周位置。流体接触件可以垂直于臂沿整个臂或沿每个臂的端部延伸，流体接触件的自由端能够横向于所述平面移动（向上或向下）。
风力涡轮机的驱动单元可以包括用于发电的发电单元，例如已知的发电机。可选择地，流体涡轮机可以设置在船的甲板上或轮子上的车辆上以用于直接推动船或车辆，使得驱动单元包括船体或电机，该电机在轮子上的底盘上。
转子的转动平面可以为固定的水平面，但是，优选地，它可以设置有调节件（例如液压缸）以调节轴相对竖直方向的角度。
在进一步的实施方式中，流体涡轮机可以设置为相互连接的模块，由每个流体涡轮机形成的流体涡轮机组件包括圆柱形壁，圆柱形壁具有围绕所述臂设置的流体穿透区域，并且圆柱形壁与轴连接，圆柱形壁和每个流体涡轮机的轴可拆卸地连接。通过堆叠多个流体涡轮机，可以调整组件的功率以适应特定的应用或占优势的的流体状态。
附图说明
将参考附图详细说明根据本发明的流体涡轮机的一种实施方式。在附图中：
图1是根据本发明的风力涡轮机的立体图，
图2a和图2b分别是顺风向移动的柔性控风件的侧视图和逆风向移动的柔性控风件的侧视图，
图3显示图1的风力涡轮机的顶视图，以及
图4显示根据本发明的风力涡轮机的模块化设置的实施方式。
具体实施方式
图1显示根据本发明的风力涡轮机的典型的实施方式的立体图，该风力涡轮机具有转子2，该转子2在转动平面5上旋转并且与轴3连接。轴3与驱动单元4连接，该驱动单元可以包括发电机、电动机、轮子上的底盘、船等。转子2设置有四个风接触件或叶片7、8、9、10，每个风接触件或叶片通过各自的臂11、12、13、14与中心毂15连接。
叶片7至10中的每个叶片包括一片柔性材料，该柔性材料具有与各自的臂11至14连接的固定端17以及具有能够横向于（transversely）转动平面5移动的自由端18。在图1中，臂11至14在转动平面5内的沿箭头W的方向的风分量的作用下，沿箭头R的方向转动。叶片10的自由端18通过风力向下移动以离开转动平面5，同时叶片17沿风向W运动。逆着风向W移动的叶片8的自由端19被风向上提升以基本位于转动平面5中的位置，在自由端19位于该位置时，叶片8产生的空气阻力最小。
在图2a中，显示了叶片17的侧视图，用虚线标示的位置表示进一步远离转动平面5弯曲的叶片，并且该叶片以此方式来适应更强的风力和/或轴3上的更大的负载。在图2b中，叶片8显示为在“流体穿透”位置伸展，在该“流体穿透”位置，空气阻力最小并且叶片基本平行于转动平面5伸展。
图3显示图1的风力涡轮机的顶视图，其中，叶片8基本平行于转动平面5或者被稍微抬离所述平面，并且叶片10向下移动至图中的平面内。
图4显示由两个相互连接的模块21、22制成的模块化组件，每个模块包括环形框架23，该环形框架23的壁中形成有多个开口24、25。开口24、25可以包括环形壁的表面的大部分，从而使环形框架23产生最小的空气阻力。
柔性叶片26、27、28、29在框架23内转动。模块21、22的轴相互连接并且与共同的驱动单元4连接。可以使用调节件30（例如液压缸）来改变轴31相对于竖直方向的角度。
虽然已经参考风力涡轮机描述了根据本发明的流体涡轮机，但是本发明也可以在水下使用以产生能量，并且本发明可以用作推动车辆或船舶的直接或间接的驱动件。

Claims (6)

1.一种涡轮机(1)，该涡轮机(1)包括转子(2)和驱动单元(4)，该转子(2)具有至少两个用于在平面(5)内转动的转子件(7，11；8，12；9，13；10，14)，该转子件基本径向地设置并且与处于大致横向于所述平面(5)的位置的轴(3)连接，所述驱动单元(4)与所述轴连接，其中所述转子件包括流体接触件(7，8，9，10)，该流体接触件(7，8，9，10)与连接于所述轴(3)的臂(11，12，13，14)铰接，所述流体接触件(7，8，9，10)适于在流体作用位置和流体穿透位置之间枢转，在所述流体作用位置，所述流体接触件横向于所述平面伸出，且在所述流体穿透位置，所述流体接触件基本平行于所述平面延伸，其特征在于，所述流体接触件(7，8，9，10)包括柔性材料，所述流体接触件的一侧与所述臂连接，且所述流体接触件具有自由端(18，19)，处于所述流体作用位置的所述自由端在所述轴(3)的第一角度位置通过具有平行于所述平面的分量的流体力而远离所述平面(5)弯曲，并且所述自由端在所述轴(3)的第二角度位置远离所述流体作用位置而被抬升至所述流体穿透位置。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，该涡轮机包括至少四个臂(11，12，13，14)，所述转子件包括柔性表面，该柔性表面具有第一侧、自由侧和两个长侧，所述第一侧基本与所述臂平行且与所述臂连接，所述两个长侧横向于所述臂延伸，所述自由侧在与所述臂间隔一距离处基本平行于所述臂延伸。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，所述驱动单元(4)包括动力产生单元，该动力产生单元用于产生电力。
4.根据权利要求1所述的涡轮机，该涡轮机包括调节件(30)，该调节件(30)用于调节所述轴(31)相对于竖直方向的角度。
5.根据权利要求1所述的涡轮机，所述驱动单元包括车辆的电机。
6.根据权利要求1所述的涡轮机，所述驱动单元包括船。
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