CN112912613A - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

风力涡轮机（100），包括涡轮发电机（101）、旋转桅杆（102）、作为涡轮机基台的底板（103）和平行放置以形成扩散器的三个垂直翼型件（104、105），所述三个垂直翼型件中的两个垂直翼型件是侧翼（104），第三个垂直翼型件是以等距离放置于侧翼（104）中间的中央翼（105），其中三个垂直翼型件（104、105）具有向上减小的横截面，并且中央翼（105）包括在其背风区域中安装的、具有连接到至少一个发电机的至少一个转子的涡轮发电机（101），所述涡轮发电机（101）位于中央翼（105）内部，中央翼（105）在其横截面具有双凸翼型截面的形状，优选为滴状，而侧面翼（104）在它们的横截面具有不对称的平‑凸翼型截面的形状，侧翼（104）通过优选设置成V型的臂（106）连接至中央翼（105），在侧翼（104）和中央翼（105）之间有附接至臂的可调节窗帘（107），且中央翼（105）还包括在其背风侧区域用于拦截风流的进气口（108），该风流被引导通过侧翼（104）、可调节窗帘（107）和将风流从进气口（108）引导至涡轮发电机（101）的转子上的至少一个扩散器（109）。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机，其具有旋转取决于装置的功率的水平转子轴或垂直转子轴。

背景技术

中国专利CN103573553提出一种风力涡轮机，其包括底部以盘状物的形式嵌入轴承的旋转轴。此外，所述旋转轴与支撑V形叶片的杆连接。这种解决方案允许调整叶片的倾斜角以使其适应吹在涡轮机上的风。

此外，韩国专利KR101114015描述一种用于风力发电的装置。该装置包括在将元件引导至叶片引线(blade lead)的凹槽所限定的范围内、用于引导流线型叶片的轴。该装置还配备有用作扩散器的用于引导风的元件。

美国专利申请US20160138567描述一种用于发电的风力涡轮机，其具有以安装在放置于空气动力学整流罩内的内部支撑件上的涡轮机组件进行旋转的水平轴。该涡轮机组件可以包含具有转子轴的水滴形发电机，所述转子轴可以绕叶片使用沿远离转子的方向径向延伸的转子叶片进行旋转的轴而旋转。

美国专利申请US2011103942A1公开了一种风能系统，包括具有支撑组件的风力加速器和围绕该支撑组件的外部结构。风力加速器具有前部区域和后部区域。后部区域实质上比前部区域宽，并且所述外部结构从后部区域到前部区域逐渐变细。一个或多个涡轮机被安装于在风力加速器的后部区域处或其附近、或者风力加速器的最宽点处或其附近的支撑组件上。

法国专利申请FR2281508A1公开一种气流中的涡轮机，该涡轮机具备具有多个叶片的转子、和在转子的上游具有多个叶片的定子。使该部分环境气流通过定子以提供进入气流，一部分环境气流的速度增加和压力减小。进入气流通过转子进而驱动转子并提供出口气流。通过输送管传输出口气流以增加出口气流的压力和降低出口气流的速度，随后出口气流从输送管排放到大气中。

由于使用可再生能源的全球趋势，需要开发一种具有与现有解决方案相比将提高效率同时确保它不会对公众造成负担的设计的风力涡轮机。

发明内容

一种风力涡轮机，包括涡轮发电机、旋转桅杆、作为涡轮机基台的底板和平行放置以形成扩散器的三个垂直翼型件，所述三个垂直翼型件中的两个垂直翼型件是侧翼，第三个垂直翼型件是以等距离放置于侧翼之间的中央翼，其中，三个垂直翼型件具有向上减小的横截面，并且中央翼包括在其背风区域安装的、具有连接到至少一个发电机的至少一个转子的涡轮发电机，其中所述涡轮发电机位于中央翼内部。中央翼在其横截面具有双凸翼型截面的形状，优选为滴状，而侧面翼在它们的横截面具有不对称的平-凸翼型截面的形状。侧翼通过臂连接至中央翼，该臂优选地设置成V型。在侧翼和中央翼之间有附接至臂的可调节窗帘。中央翼还包括在其背风侧区域用于拦截风流的进气口(inlet openings)，该风流被引导通过所述侧翼、可调节窗帘和将风流从进气口引导至涡轮发电机的转子上的至少一个扩散器。

所述进气口优选用聚酰胺或聚丙烯网覆盖。

优选地，底板盖、侧翼、中央翼、臂和/或将风流从进气口引导到发电机转子的扩散器由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成。

优选地，所述可调节窗帘是以涤纶片的形式、或者以由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成的永久百叶窗的形式。

优选地，所述侧翼和/或所述中央翼分别与所述臂连接，优选地通过螺钉连接。

优选地，所述风力涡轮机配备风速计。

优选地，所述风力涡轮机包括用于控制所述可调节窗帘的电子控制器。

优选地，所述涡轮发电机配备具有由通过轮毂连接至所述发电机的两个锥形轴承支撑的竖直轴进行旋转的转子。

优选地，所述风力涡轮机具有安装至底板的销，销锚固于地面中，优选地所述销至少为60cm长。

优选地，功率超过500kW的涡轮机的涡轮发电机优选地配备至少两个转子，该转子具有通过轮毂与所述发电机连接进行旋转的水平轴。

优选地，所述将风流从进气口引导至涡轮发电机的转子的扩散器是以附接到所述中央翼的中央壁的内表面的扰流板的形式。

根据本发明的风力涡轮机的构造允许朝向其转子的风流的动能的集中增加。

根据本发明的解决方案，通过使用所述扩散器，允许增加流过涡轮机的风流的速度，这反过来允许在涡轮机的给定工作表面上相对于传统解决方案更有效地利用风流的能量。根据本发明的风力涡轮机的构造，允许增加至少十倍的风流的速度。

在涡轮机中使用横截面向上减小优选为滴形的翼型件，能够减少外部风流流动的湍流和扰动。

根据本发明的风力涡轮机可以在2m/s-30m/s的速度范围内运行，这相对于传统设计增加了涡轮机的能量效率，对于传统的水平涡轮机这是不可能实现的。

在根据本发明的风力涡轮机中，可调节窗帘的使用使得调整工作表面成为可能，这防止在速度超过41m/s的极强风的情况下的技术故障和设备损坏。

旋转桅杆和侧翼的使用允许涡轮机与风自对准。

此外，根据本发明的风力涡轮机具有取决于工作表面的宽范围的功率。所述功率范围从10kW-50kW到200kW、600kW甚至1200kW。

所描述的风力涡轮机几乎完全由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成，这使其比常用设计更轻且在开发中具有持久性，同时还具有生产成本低廉的特性。

此外，根据本发明的风力涡轮机由于发出声音低于30dB故不会产生噪声，并且不会发出可能会让公众厌烦的次声和所谓的闪烁。

另外，由于涡轮发电机被完全覆盖，涡轮机对于鸟类或蝙蝠等动物是安全的，因此不会对环境造成负面影响。

根据本发明的风力涡轮机不需要使用基台，这允许降低移动成本并且使得将其安装在住宅建筑物、公用事业建筑物例如加油站成为可能。该涡轮机还可作为用于灌溉农作物或船舶上的辅助动力的便携式发电机。

侧翼和中央翼分别与臂连接，这简化了运输、组装、拆卸和服务通路(维修通道)。

附图说明

在实施例的附图中示出了本发明的主题，其中：

图1-2示出根据本发明的风力涡轮机从迎风侧的透视图；

图3示出根据本发明的风力涡轮机的俯视图；

图4-5示出根据本发明的风力涡轮机，其在迎风侧的透视图中具有可见的进气口；

图6示出根据本发明的风力涡轮机，其水平轴在纵截面旋转；

图7示出根据本发明的风力涡轮机的中央翼，其水平轴在横截面旋转；

图8示出根据本发明的风力涡轮机，其垂直轴在纵截面旋转；

图9示出根据本发明的风力涡轮机的中央翼，其水平轴在横截面旋转。

具体实施方式

实施例1

功率达到500kW的风力涡轮机100包括与向上减小的横截面平行放置的三个垂直翼型件104、105，所述三个垂直翼型件形成扩散器。其中的两个垂直翼型件是侧翼104，而第三个垂直翼型件位于侧翼的中央，是中央翼105。

涡轮机100的中央翼105在横截面具有双凸翼型截面的形状，优选为滴形，而侧翼104在横截面具有不对称的平-凸翼型截面的形状。

侧翼104通过由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成的、呈V形放置的中空轮廓臂106连接到中央翼105。侧翼104和中央翼105使用优选具有M10螺纹的螺钉可拆卸地与臂106连接，这简化了运输、组装、拆卸和服务通路。

涡轮机100还包括以呈涤纶片107的形式、位于侧翼104和中央翼105之间的可调节窗帘。窗帘107附接到放置于臂106之上的导轨。当风(速)超过41m/s的临界值时，窗帘107被卷起。如此，得以保护风力涡轮机100免受过载和可能的损坏。帘幕卷起的方式类似于风帆卷起，且窗帘由基于风速计指示的电子控制器进行控制。

中央翼105由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成，并且横截面呈滴形。在中央翼105内部，还包括在其背风区域安装的涡轮发电机101，其是具有由通过轮毂连接至所述发电机的两个锥形轴承支撑的竖直轴进行旋转以将动能转化为电能的转子。

中央翼105在其背风侧区域包括用于拦截风流的进气口108，该风流被引导通过所述侧翼104、可调节窗帘107和将风流从进气口108引导至涡轮发电机101的转子上的扩散器109。

进气口108覆盖有防止鸟、蝙蝠、树叶和其他类似物落入中央翼105内的聚酰胺网，从而保护发电机。

中央翼105安装在使用优选具有M10螺纹的螺钉通过轴承毂连接至底板103的钢制旋转桅杆102上。底板103由钢制成并且用作整个结构的基台。底板103被由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成的护套包围。底板103具有附接到其上的60cm长的销钉，以将涡轮机锚定在地面中。

涡轮机以这样的方式工作，如此，推动风力涡轮机100的气团(风)在放置于中央翼105的背风部分的侧部区域的进气口108的方向上、被可调节窗帘107、侧翼104形式的扩散器和中央翼105引导。进气口108拦截随后由位于中央翼105内的扩散器109引导至涡轮发电机101的转子的风流，之后风流通过出气口110离开中央翼。

涡轮机中使用的扩散器和窗帘系统允许流过涡轮机的风流的速度的增加，这反过来允许在涡轮机的给定工作表面与传统解决方案相比更有效地使用风流的能量。

实施例2

功率超过500kW的风力涡轮机包括与向上减小的横截面平行放置的三个垂直翼型件104、105，所述三个垂直翼型件形成扩散器。其中的两个垂直翼型件是侧翼104，而第三个垂直翼型件位于侧翼104的中央，是中央翼105。

中央翼105在其横截面具有双凸翼型截面的形状，优选为滴形，而侧翼104在其横截面具有不对称的平-凸翼型截面的形状。

侧翼104通过由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成的、呈V形放置的中空轮廓臂106连接到中央翼105。侧翼104和中央翼105使用优选具有M10螺纹的螺钉分别与臂106连接，这简化了运输、组装、拆卸和服务通路。

涡轮机100还包括以由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成的永久百叶窗形式的可调节窗帘107，其放置在侧翼104和中央翼105之间。永久百叶窗以允许臂绕自己的轴进行旋转的方式附接到臂106。当风(速)超过41m/s的临界值时，以电磁体形式将可调节窗帘107的百叶窗保持在固定位置的防护系统不受阻碍，从而允许风流自由流动。电磁铁形式的防护装置由基于风速计指示的电子控制器进行控制。这是风力涡轮机100如何防止过载和可能损坏的方式。

中央翼105由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成，并且其横截面呈滴状。在中央翼105的内部，在其背风区域包括安装的涡轮发电机101，该涡轮发电机101将动能转换为电能并且具备具有通过轮毂安装至一个或两个发电机进行旋转的水平轴的两个转子。发电机位于中央翼105的下部。当使用两个发电机时，整个风力涡轮机100的动力通过液压或机械方式传递到中央翼105的下部。中央翼105包括在其背风侧区域用于拦截风流的进气口108，该风流被引导通过所述侧翼104、可调节窗帘107和将风流从进气口108引导至涡轮发电机101的转子上的扩散器109，在该点处风流通过出气口110离开中央冀。

进气口108覆盖有防止鸟、蝙蝠、树叶和其他类似物落入中央翼105内的聚丙烯网，从而保护发电机。

中央翼105安装在使用优选具有M10螺纹的螺钉通过轴承毂连接至底板103的钢制旋转桅杆102上。底板103由钢制成并且用作整个结构的基台。底板103被由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成的护套包围。

涡轮机的工作原理已经在实施例1中进行了描述。

Claims (11)

1.风力涡轮机（100），包括涡轮发电机（101）、旋转桅杆（102）、作为涡轮机基台的底板（103）和平行放置以形成扩散器的三个垂直翼型件（104、105），所述三个垂直翼型件中的两个垂直翼型件是侧翼（104），第三个垂直翼型件是以等距离放置于侧翼（104）中间的中央翼（105），其特征在于，三个垂直翼型件（104、105）具有向上减小的横截面，并且中央翼（105）包括在其背风区域中安装的、具有连接到至少一个发电机的至少一个转子的涡轮发电机（101），所述涡轮发电机（101）位于中央翼（105）内部，其中中央翼（105）在其横截面具有双凸翼型截面的形状，优选为滴状，而侧面翼（104）在它们的横截面具有不对称的平-凸翼型截面的形状，侧翼（104）通过优选设置成V型的臂（106）连接至中央翼（105），在侧翼（104）和中央翼（105）之间有附接至臂的可调节窗帘（107），而中央翼（105）还包括在其背风侧区域用于拦截风流的进气口（108），该风流被引导通过侧翼（104）、可调节窗帘（107）和将风流从进气口（108）引导至涡轮发电机（101）的转子上的至少一个扩散器（109）。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述进气口（108）被聚酰胺或聚丙烯网覆盖。

3.根据上述任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，底板（103）的护套、侧翼（104）、中央翼（105）、臂（106）和/或将风流从进气口（108）引导到发电机转子上的扩散器（109）由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成。

4.根据上述任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述窗帘（107）是以涤纶片的形式或者由聚酯-玻璃层压制件的夹层复合材料制成的永久百叶窗的形式。

5.根据前述任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述侧翼（104）和/或所述中央翼（105）可拆卸地与所述臂（106）连接，优选地通过螺钉连接。

6.根据上述任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机配备风速计。

7.根据上述任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机包括用于控制所述可调节窗帘（107）的电子控制器。

8.根据上述任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述涡轮发电机（101）配备具有由通过轮毂连接至所述发电机的两个锥形轴承支撑的竖直轴进行旋转的转子。

9.根据上述任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机具有安装至底板（103）的销，销锚固于地面中，优选地所述销至少为60cm长。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，涡轮机的功率超过500 kW的情况下，涡轮发电机（101）配备至少两个转子，该转子具有通过轮毂与所述发电机连接进行旋转的水平轴。

11.根据上述任一项权利要求所述的风力涡轮机，其特征在于，所述扩散器（109）是以附接到所述中央翼（105）的中央壁的内表面的扰流板的形式。

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