CN103052792A - 垂直轴风轮机 - Google Patents

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Abstract

一种包括垂直轴转子的风轮机，其中工作叶片被紧固至水平设置的顶部和底部安装件并且单独的转子构件(3)被连接至水平设置在中心垂直轴(5)上的金属承重臂(4)，包括三个叶片(6)，叶片(6)绕中心轴(5)旋转并且在剖面图中具有沿总长度开放的螺旋桨外形。在转子的中心部分处存在控制气流的装置(7)，该装置(7)从顶部和底部覆盖有罩(8)，该罩(8)保护结构构件不受大气的影响并且改善其空气动力学性能。罩被固定以安装彼此距离“h”安装的盘(9)，支撑结构的臂(4)被固定至罩。

Description

垂直轴风轮机
本发明涉及包括安装在桅杆上的垂直轴转子的风轮机。
垂直轴风轮机的转子通常已知为Savonius型、Drrieux型以及Jackson型转子。所述经典解决方案的多种改进是已知的。
从波兰专利说明书第162648号中已知一种风轮机，其安装在具有水平轴转子的桅杆上并且设有在以凸轮为末端的套管中移动的径向安装的叶片。能量被转移到经传动箱连接至旋转的垂直轴的传动轴，所述旋转的垂直轴安装在桅杆上并连接至发电机。
先前的风轮机转子的方案从波兰专利说明书第168652号和第176172号以及专利申请第381110号中已知。这种方案包括垂直轴转子，但在专利第168652号中，转子具有由至少两个翼面组成的区段构造，并且每个区段具有鳍状结构，其端面是类似于双曲面的实心部分。在专利申请第381110号中描述的风机由具有安装在顶部上的垂直轴转子的柱状塔组成，其包括固定在轴承中转动简单的三个叶片。叶片沿垂直剖面具有对称的空气动力学外形，类似于飞机翅膀的构造。风速仪控制转子，但控制齿轮能够机械地、水力地以及气动地启动。
专利申请PCT第WO/2006/119922描述了垂直轴涡轮转速控制装置连同所述涡轮构造的系统。所应用的速度控制系统能够在强风期间调节涡轮运转，而不影响垂直轴转子的基本特征，允许转子在相对轻微风期间运转。
先前的风轮机转子的方案从PCT程序的框架中的第WO2009/024714号、第WO2009/036713号和第WO2009/072116号专利申请中已知。专利申请JP58057082描述了是双向气动轴流式涡轮的风轮机。所述解决方案以及其他垂直轴转子应用强调所述构造的优势。所述构造的优势如下：当存在强风和微风两者时的高效率、相对小的尺寸、缺少对于固定水平轴转子叶片的高塔构造的必要性。安静地运转是区别这种转子不同于水平轴转子的非常重要的特征，其中，螺旋桨叶片沿其长度以不同的速度移动。通常，在叶片的末端处的速度高于风的速度，这产生了很多噪音。
本发明的主题是设有安装在区段的开放金属塔上的垂直轴转子或多个转子的区段风轮机。本发明还涉及转子叶片的形状及其结构部件的优化以便改善此设备的空气动力学效率，这应当提供最大的风能收集。转子和涡轮的构造应当提供设备的强度及其运转的安全性。
本发明的想法在于设有垂直轴转子的风轮机，其金属承重臂是水平设置在中心垂直轴上的并且连接至绕中心轴旋转的三个叶片。叶片沿其长度具有半开放的翼型。在转子的中心部分存在控制气流的装置，该装置从顶部和底部覆盖有罩，该罩保护该结构构件不受大气的影响，其主要目的是改善设备的空气动力学性能。
作为转子的一部分的、控制气流的构件是具有冠状的和凹的壁的六角棱柱体，所述的壁是半径r=950mm的扇形，交替布置产生三个对称区域，其中冠状的构件是46°和10°的圆且凹的构件是64°的圆。角度10°是相对于定子的最大的翼偏转角。
旋转叶片具有半开放的翼型，其中直立构件朝向转子轴，而扇形的半开放的构件指向转子外。在翼前部的这两个构件都是半径r=136.6mm的半圆形连接装置。
定子的形状和总体尺寸以及适当地设置叶片并使它们成形允许获得设备最高的空气动力学效率，这将提供最大的风能收集。同时，转子和涡轮构造提供了该构造的强度及其运转的安全性。
风轮机可设有安装在区段上的垂直轴转子或多个转子，固定到地面上的开放的金属塔。将装置设置在平的且模块化结构的塔上允许获得以高功能性和普遍适用性而区别开的设备。涡轮可设有多达三个转子。
根据本发明的所述风轮机的优势是2,0m/s量级低速风的用途，在多种大气条件下在低风和强风下运转以及无声运转，无声运转在寻找位置时可具有决定性意义。模块化的结构允许基于一个涡轮得到不同功率的设备。
本发明的主题在以下附图中提出，其中：
图1是具有一个转子的风轮机的图示侧视图。图2是具有三个转子的涡轮的图示视图。图3是涡轮转子的俯视图。图4是转子的侧视图。图5是控制装置的俯视图，而图6说明了用于控制气流的控制装置的图示视图。图7是旋转叶片的图示视图，而图8是在此部件的线A-A上得到的剖面图。
图3和图4中示出的垂直轴风轮机的转子由用于控制气流的六角棱柱体形状的控制装置7组成，该装置从顶部和底部覆盖有罩8，该罩8保护该结构构件不受大气的影响。所述构件被连接以安装盘9，盘9相互之间以距离“h”安装。
以空气动力学上半开放的螺旋桨6形状的、绕中心轴5旋转的三个叶片是转子的基础构件。从设备的顶部和底部设置在定子和转子叶片6之间的罩14具有两层含义。它们使气流定向并保护设备不受大气的影响。所述方案利用了风的推力和拉力的优势。
图5和图6中示出的控制气流的装置7是具有凸壁8和凹壁9的六角棱柱体，所述的壁是半径r=950mm的扇形，交替布置并产生三个对称区域，其中冠状的构件是46°和10°的圆且凹的构件是64°的圆。
图7和图8中示出的旋转叶片6是半开放的螺旋桨，其中平面构件朝向转子轴10，而作为半径r=1713,5mm的扇形的半开放的构件从转子11指向外部。位于翼前部的这两个构件都是半径r=136.6mm的半圆形结合装置12。从顶部和底部，叶片的头部具有构件15，其形状是叶片交叉的结果。头部的构件经图7中示出的夹紧螺钉16连接至叶片。另外，在定子内部安装了强化叶片构造的两个构件17，其形状是叶片交叉的结果。
图1的风轮机由是矩形棱柱体的金属开放的塔1组成。所述构造是一种构架，其中横杆13将取决于设备等级的需要而紧固转子或多个转子。整体被安装在固定在地面中的混凝土柱2中。图2中示出的解决方案说明了在单独的区段14中连接一个在另一个上方地放置在桅杆上的从1至3的多个转子的可能性，这允许获得更大功率，且操作安全性稳定。
所提出的设备可合并以形成风电场。
所选用于说明的、具有直径为1880mm且具有1866mm的高工作翼面的1个转子的涡轮功率在风速为6,5m/s时是1,6kW。6,0kW是安装三个转子时系统的额定功率。

Claims (4)

1.具有垂直轴转子的风轮机，其中工作叶片被紧固至水平设置的顶部和底部安装件，其特征在于，单独的转子构件(3)被连接至水平设置在中心垂直轴(5)上的金属承重臂(4)，包括三个叶片(6)，所述叶片(6)绕中心轴(5)旋转并且在剖面图中具有沿总长度开放的螺旋桨外形，同时在中心处存在控制气流的装置，所述装置从顶部和底部覆盖有罩，所述罩保护结构构件不受大气的影响并且改善所述转子的空气动力学性能，所述罩被固定以安装彼此距离“h”安装的盘(9)，并且支撑结构的臂被固定至所述罩。
2.如权利要求1所述的涡轮，其特征在于，所述控制气流的装置(7)是具有凸的壁(8)和凹的壁(9)的六角棱柱体，所述壁交替布置并产生三个对称区域的区域，其中凸的构件是46°和10°的圆且凹的构件是64°的圆。
3.如权利要求1所述的涡轮，其特征在于所述转子的旋转叶片(6)半开放的螺旋桨形状，其中所述平的构件朝向所述转子轴(10)，而是扇形的半开放的构件从所述转子(11)指向外部，并且在所述翼的前部中的两个构件是半径r=136,5mm的半圆形结合装置(12)。
4.如权利要求1所述的涡轮，其特征在于矩形棱柱体形状的带有区段的开放的塔(1)，其中所述涡轮被安装、建造在固定在地面中的混凝土柱(2)上。
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