CN103688049A - 利用风力的设备 - Google Patents

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Abstract

一种利用风力的设备带有至少一个转子，其中，转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴并且在转子轴处在其旋转方向上转子叶片彼此分别偏移相同角度地来布置，每个转子容纳在风力模块的框架中，转子轴以其两端可旋转地支承在框架的容纳部中，并且多个风力模块的各个转子经由用于转子轴的容纳部可力配合地相互联结。

Description

利用风力的设备
技术领域
本发明涉及一种带有至少一个转子的利用风力的设备，其中，转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴并且在转子轴处在其旋转方向上转子叶片彼此分别偏移相同角度地来布置。
背景技术
带有竖直布置的旋转轴线的风力设备相对于带有转子的处于风向上的水平的旋转轴线的风力设备大多具有较低的效率，其至今与经济的运行相冲突。当转子构造为阻力转子(Widerstandslaeufer)时，尤其是这种情况。低效率常常由此引起，即风始终冲击到随风向和还逆着风向旋转的转子叶片上且仅不足地在逆着旋转的转子叶片处流走。因此此外尝试利用部分地围绕转子布置的壳体使空气流动相应地改道或转向，然而在此存在该缺点，即仅还能从一个方向来捕获风。此外，不仅带有水平布置的旋转轴线的风力设备而且带有竖直布置的旋转轴线的风力设备在其建立之后大多不可扩展。与例如变化的功率轮廓(Leistungsprofil)的匹配在不更换主要部件的情况下是不能的，这样大多要求整个风力设备的拆卸。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用风力的设备，其可灵活地使用和扩展以及相对于至今的带有竖直旋转轴线的阻力转子具有更高的效率。
该目的的解决方案利用根据权利要求1的设备实现。该设备的改进方案和有利的设计方案在从属权利要求2-10中来列举。
在一种带有至少一个转子的利用风力的设备中，其中，转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴并且在转子轴处在其旋转方向上转子叶片彼此分别偏移相同角度地来布置，根据本发明设置成，每个转子容纳在风力模块的框架中，转子轴以其两端可旋转地支承在框架的容纳部中，并且多个风力模块的各个转子经由用于转子轴的容纳部可力配合地相互联结。
容纳部(转子轴支承在其中且经由其可将两个转子轴带到力配合地相互连接)使能够将两个或更多个风力模块装到共同的发电机处。根据风力模块的数量和总地产生的转矩，那么可确定发电机的所需的功率。转子容纳在其中的框架给由多个风力模块组状而成的设备提供必需的稳定性和安全性。对此，风力模块的框架有利地具有装配件，经由其可将风力模块连接和模块式地组装成一个设备。
因为各个风力模块可相互组合成一个设备，可使利用风力的该设备的尺寸与相应所需的或在设备的所在地处最大可能的功率灵活地匹配。后来的扩展可以通过附加的风力模块的安装以及必要时待更换的发电机在没有较大耗费的情况下是可能的。
为了独立于风的流入方向确保设备的运行，需要至少三个转子叶片。它们优选地可在垂直于转子的旋转轴线的平面中以120°的角度来布置，由此实现风力模块的特别紧凑的尺寸。围绕转子轴的周缘可供使用的空间因此被最佳地利用。为了获得更均匀的且更高的转矩，可总计设置多于三个转子叶片，它们那么彼此可以相应较小的角距布置。有利地六个转子叶片布置在垂直于转子的旋转轴线的至少两个平面中，其中，在一平面中转子叶片彼此的角距为120°而第一平面的转子叶片相对于第二平面在风力模块中总共两个平面的情况下彼此以60°偏移。
四个转子叶片的另一优点在于，在装置的运行中减少可能出现的不平衡且因此避免作用到转子上的、根据方向变换的负荷。同时实现，通过转子的旋转所产生的转矩遭受较少波动。
根据一改进方案设置成，转子叶片与转子轴径向相间隔地布置，其中，在转子叶片与转子轴之间分别构造有至少一个通风口(Winddurchlass)。利用通风口实现，与来自在背侧被流入的、逆着风向旋转的转子叶片的风相反的阻力在设备的运行中相对于贴靠在转子轴处的转子叶片减小。冲击到在背侧被流入的转子叶片上的风那么有利地可在两侧、也就是说不仅在转子叶片的面向转子轴的侧面处而且在背向转子轴的侧面处流走。因为冲击到顺风旋转的转子叶片上的风不变地被其“捕获”，根据本发明的转子在带有特别有利的压力与背压的比的转子叶片处具有总体上改善的流动轮廓。该设备的效率由此特别有利。
为了确保通风口尺寸设定得足够，设置成，在转子叶片与转子轴之间的其面积为转子叶片的面积的相应至少六分之一、尤其分别为转子叶片的面积的相应至少四分之一、尤其转子叶片面积的相应至少一半。利用这些尺寸保证，被在背侧被流入的转子叶片偏转的空气量以最佳的方式且无空气的滞塞地可从转子叶片导出，其中，该至少所需的面积取决于转子叶片的设计。在转子叶片相应地特别成型的情况下，通风口的面积也可仅为转子叶片的面积的七分之一至八分之一。
在竖直的延伸中，构造在转子叶片与转子轴之间的通风口有利地分别通过支承臂来限制。这些支承臂有利地与转子轴相连接且形成对转子叶片的支承框架，其中，转子叶片在支承框架中保持在支承臂之间。通风口的面积因此尽可能大。此外，空气涡流由于支承框架的支杆而被避免。保持在相应的支承框架处的转子叶片同时被最佳地固定，其中，提供一种结构简单的且较轻的支承框架。
可由此有效地反作用于转子或各个支承臂的强烈根据方向变化的负荷，即布置在垂直于转子的旋转轴线的平面中的全部支承臂构造为一件式的构件。为防止在相应的天气下结冰，转子叶片和/或支承臂此外可实施成可加热。
通过转子叶片的在流动技术上有利的设计，尤其可减少作用到在运行中逆着风向在背侧被流入的转子叶片上的背压。因此设置成，转子叶片构造为带有在转子旋转轴线的旋转方向上向外拱曲的叶片背脊(Schaufelruecken)的凹槽(Mulde)。在一实施形式中，凹槽例如半圆柱状地成形，其中，转子叶片以彼此平行的面部段固定在支承框架的支承臂上。在设备的运行中，风压到转子叶片的朝向风敞开的凹槽中。流入凹槽中的空气被“捕获”且在其中构建被转化成转子的旋转运动的压力。以简单的方式围绕转子叶片的对着风拱曲的叶片背脊来导引风。在此方面，在相应的凹槽中的压力超过作用到转子叶片的拱曲的、外面的叶片背脊上的背压。
在一备选的实施方案中，转子叶片也可具有带有凸状地拱曲的叶片背面的锥体的形状，其中，锥体的底面构造为敞开的凹部或具有凹槽。该形状非常接近球体的有利的流动特性，使得冲击到凸状地拱曲的外面的叶片背面上的风可以以最佳的方式从其流走。同时利用锥体的底面提供较大的流入面，尤其当底面构造成矩形时利用其“可捕获”尽可能多的风以产生用于推动转子的压力。
可通过在转子叶片处的优化的风载荷分布来提高利用该设备可产生的转矩。对此设置成，转子叶片具有带有从其中心向外偏移地布置的风载荷中心(Windlastschwerpunkt)的不对称的弯曲部。风载荷中心取决于转子叶片的形状且在所构造的凹槽中大多是凹槽的最深的区域。因为转矩随着与转子轴的距离而增加，转子叶片的凹槽的最深点可布置成与转子轴有尽可能大的距离。该较大的距离利用不对称的弯曲部来实现，而转子本身的尺寸并不增加。
由风力模块所建立的设备的高稳定性和安全性有利地可由此实现，即风力模块的框架具有带方形支承面(Standflaeche)的直六面体形状(Quaderform)，其中，支承面的棱边长于框架的垂直于支承面布置的棱边。直六面体形的框架以特别简单的方式使风力模块能够不仅可相叠而且可并排布置。与宽度相比风力模块的总体上较低的高度尤其在多个风力模块相叠布置时是有利的，由此即使在多个风力模块相叠布置时也可在没有附加的支杆和/或保险部的情况下确保必要的安全性。在此，带有转子叶片的转子具有比框架的方形支承面的棱边的长度更小的跨度。
用于风力模块的转子轴的容纳部有利地分别布置在风力模块的彼此平行延伸的两个外表面中心。这些外表面是风力模块的支承面以及遮盖面(Deckflaeche)，其中，两个相叠布置的风力模块的支承面和遮盖面彼此贴靠。经由在一风力模块的支承面和另一风力模块的遮盖面中的两个容纳部那么确保这两个转子轴的力配合的连接。相叠布置的、驱动共同的发电机的风力模块因此可在其数量上匹配相应的发电机。
为了风力模块的相互固定，可设置有待带到相互连接的装配板，其尤其布置在风力模块的直六面体形的框架的角中。装配板有利地不仅可布置在支承面和遮盖面处而且可布置在风力模块侧面。
附图说明
图画的唯一附图示出风力模块1的透视图。
具体实施方式
该风力模块1具有直六面体形的框架2。框架2包括沿着框架2的棱边彼此成直角布置的框架杆3以及在直六面体形的框架2的彼此平行布置的两个侧面中的交叉的对角支杆4。带有对角支杆4的侧面构造为直六面体形的框架2的支承面和为遮盖面且分别具有方形的面积区域。
在对角支杆4的交点中分别布置有容纳部5或5′，其中，在容纳部5、5′之间支承有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴6。该转子轴6经由容纳部5、5′可与另外的风力模块1的转子轴6力配合地连接，其中，容纳部5和容纳部5′可分别相互联结。
在转子轴6处在垂直于转子轴6的旋转轴线的两个平面中布置有转子叶片7，其中，平面中的每个具有分别以120°彼此偏移地布置的三个转子叶片7。转子叶片7分别通过由上支承臂8和下支承臂9构成的支承框架保持在转子轴6处，其中，垂直于转子轴6各布置有6个支承臂8和6个支承臂9。
转子叶片7构造为带有在转子轴6的旋转方向上向外拱曲的叶片背脊的凹槽。转子叶片7中的每个此外具有两个彼此相对而置的、以大约20°的角度彼此调整地布置的面部段，其在曲线形部段处限制叶片背脊并且支承臂8、9分别固定在其处。与叶片背脊一起，因此在其与这两个面部段之间构造有转子叶片的风流入面，其中，面部段朝向叶片背脊彼此会聚地(zulaufend)布置。在转子轴6与转子叶片7之间分别构造有通风口10，其此外由相应的支承臂8、9来限制。
为了将多个风力模块1模块式地相互拼接，在带有风力模块1的容纳部5′的遮盖面和带有容纳部5的支承面的角处分别布置有装配板11，其可与另外的风力模块1的装配板11连接。在两个风力模块1连接时，彼此贴靠的遮盖面和支承面的容纳部5和5′那么接合到彼此中，使得保持在容纳部5、5′中的转子轴6力配合地相互联结。为了产生电流，风力模块1中的一个的转子轴6可经由容纳部5或5′与发电机联结。
在设备的运行中，风压到转子叶片7的凹槽的相应朝向风敞开的凹部中且将转子轴6置于旋转中。冲击到转子叶片7的逆着风向旋转的拱曲部上的风被向转子轴6且向外在拱曲部处偏转并且在转子轴6的侧面处经由相应的通风口10以简单的方式流走。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种利用风力的设备，其带有至少一个转子，其中，所述转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴并且在所述转子轴处在其旋转方向上转子叶片彼此分别偏移相同角度地来布置，其中，每个转子容纳在风力模块(1)的框架(2)中，所述转子轴(6)以其两端可旋转地支承在所述框架(2)的容纳部(5，5′)中，
其特征在于，
多个风力模块(1)的各个转子经由用于所述转子轴(6)的所述容纳部(5，5′)能够力配合地相互联结，
所述转子叶片(7)与所述转子轴(6)径向相间隔地布置，其中，在所述转子叶片(7)与所述转子轴(6)之间分别构造有至少一个通风口(10)，并且
所述转子叶片(7)构造为带有在所述转子的旋转轴线的旋转方向上向外拱曲的叶片背脊的凹槽。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，风力模块(1)的所述转子叶片(7)在至少一个旋转平面中、尤其在至少两个旋转平面中垂直于所述转子的旋转轴线布置。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在所述转子叶片(7)与所述转子轴(6)之间的所述通风口(10)的面积分别为所述转子叶片(7)的面积的至少六分之一。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子叶片(7)中的每个保持在由与所述转子轴(6)相连接的两个支承臂(8，9)构成的支承框架处。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，布置在风力模块(1)的旋转平面中的全部支承臂(8，9)构造为一件式的构件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子叶片(7)具有带有凸状地拱曲的叶片背面的锥体的形状，其中，所述锥体的底面构造为敞开的凹部(8)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子叶片(7)具有不对称的弯曲部，其带有从其中心向外偏移地布置的风载荷中心。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，风力模块(1)的所述框架(2)具有带有方形支承面的直六面体形状，其中，所述支承面的棱边比垂直于所述支承面布置的棱边更长。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，带有所述转子叶片(7)的所述转子具有比所述框架(2)的方形支承面的棱边的长度更小的跨度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，用于风力模块(1)的所述转子轴(6)的所述容纳部(5，5′)分别布置在所述风力模块(1)的彼此平行延伸的两个外表面中心。

Claims (12)

1.一种利用风力的设备，其带有至少一个转子，其中，所述转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴并且在所述转子轴处在其旋转方向上转子叶片彼此分别偏移相同角度地来布置，其特征在于，每个转子容纳在风力模块(1)的框架(2)中，所述转子轴(6)以其两端可旋转地支承在所述框架(2)的容纳部(5，5′)中，并且多个风力模块(1)的各个转子经由用于所述转子轴(6)的所述容纳部(5，5′)能够力配合地相互联结。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，风力模块(1)的所述转子叶片(7)在至少一个旋转平面中、尤其在至少两个旋转平面中垂直于所述转子的旋转轴线布置。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子叶片(7)与所述转子轴(6)径向相间隔地布置，其中，在所述转子叶片(7)与所述转子轴(6)之间分别构造有至少一个通风口(10)。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，在所述转子叶片(7)与所述转子轴(6)之间的所述通风口(10)的面积分别为所述转子叶片(7)的面积的至少六分之一。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子叶片(7)中的每个保持在由与所述转子轴(6)相连接的两个支承臂(8，9)构成的支承框架处。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，布置在风力模块(1)的旋转平面中的全部支承臂(8，9)构造为一件式的构件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子叶片(7)构造为带有在所述转子的旋转轴线的旋转方向上向外拱曲的叶片背脊的凹槽。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子叶片(7)具有带有凸状地拱曲的叶片背面的锥体的形状，其中，所述锥体的底面构造为敞开的凹部(8)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子叶片(7)具有不对称的弯曲部，其带有从其中心向外偏移地布置的风载荷中心。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，风力模块(1)的所述框架(2)具有带有方形支承面的直六面体形状，其中，所述支承面的棱边比垂直于所述支承面布置的棱边更长。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，带有所述转子叶片(7)的所述转子具有比所述框架(2)的方形支承面的棱边的长度更小的跨度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其特征在于，用于风力模块(1)的所述转子轴(6)的所述容纳部(5，5′)分别布置在所述风力模块(1)的彼此平行延伸的两个外表面中心。
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