CN117501006A - 用于风力涡轮机的叶轮 - Google Patents

Abstract

一种用于风力涡轮机的叶轮(1)包括具有中心轴线(X)的后环(2)。叶轮(1)包括具有内周表面(4)的前环(3)。前环(3)与后环(2)同轴地布置并且以可滑动的方式与后环(2)相关联。前环(3)可沿着中心轴线(X)移动并且相对于后环(2)在紧密构造和分隔构造之间进行切换。叶轮(1)包括多个叶片(5)，其连接到前环(3)并且限定变距螺旋桨(6)。叶片(5)可在当前环(3)处于紧密构造时的最小隔距和当前环(3)处于分隔构造时的最大隔距之间进行调节。

Description

用于风力涡轮机的叶轮

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的叶轮。本发明可用于风能生产的发电机。

背景技术

在现有技术中已知用于风能生产的设备，其包括水平轴风力涡轮机。这些设备包括转子，该转子包括例如三个叶片。转子连接到定位在塔的顶部的机舱。机舱能够相对于塔旋转，以使其自身与风的方向对准。转子轴位于机舱内，并且被布置成将叶片的旋转运动传送到齿轮传动箱。齿轮传动箱将运动传递到被称为高速轴的另一个轴，该高速轴驱动发电机。

US1555349A说明了被构造用于操作泵的风车。风车包括一对彼此分隔的同轴环和径向布置在这对环之间的叶片，其具有弓形形状。此外，风车包括将该对环连接的弹簧，并且该弹簧被构造成收缩以使该对环更靠近在一起。此外，在弹簧收缩期间，叶片重新取向，从而增加暴露的面积。

不利的是，根据现有技术的能量生产取决于两个因素：风速和叶片在旋转期间形成的圆盘的实际面积。为了优化设备的性能，需要相当大的风速，并非存在于地面水平处：因此，叶片必须被安装在相当高的高处。此外，必须使用大的叶片来使实际圆盘面积最大化。由于这些操作条件，设备的运输和安装是复杂的。

发明内容

在这种情况下，本发明的技术任务是提出一种用于风力涡轮机的叶轮，其克服了上述现有技术的缺点。

尤其地，本发明的目的是提供一种用于风力涡轮机的叶轮，其产生的功率即使在风速不是最佳的情况下也被最大化。

本发明的目的还在于提供一种用于风力涡轮机的叶轮，其在产生的相同功率的情况下需要的叶片较小。

所述技术任务和规定的目的基本上由包括一个或多个以下技术方案所述的技术规格的用于风力涡轮机的叶轮来实现。

尤其地，根据本发明的用于风力涡轮机的叶轮包括具有中心轴线的后环。

前环具有内周表面并且相对于后环同轴地布置，而且以可滑动的方式与后环相关联。前环可沿着中心轴线移动；其相对于后环在紧密构造和分隔构造之间变化。

多个叶片被连接到前环并且限定变距螺旋桨。叶片可以在当前环处于紧密构造时的最小隔距和当前环处于分隔构造时的最大隔距之间进行调节。

轴沿着中心轴线延伸。所述轴包括连接到后环的后部和连接到前环的前部。轴的前部被构造成相对于后部进行旋转的平移运动以使前环在紧密构造和分隔构造之间进行切换，并且具有沿着中心轴线延伸的前腔。轴的后部至少部分地插入前腔中。

前部包括布置在内表面上的至少一个螺旋导向部。后部包括至少一个滑块，其与螺旋导向部相关联并且被布置在外表面上。

这种用于风力涡轮机的叶轮解决了该技术问题，因为叶轮能够根据风速对其构造进行优化。事实上，沿着中心轴线平移的前环使叶片的隔距改变。因此对气流的入射角度进行调节，从而使得即使在风速降低的情况下也能产生最大化的能量。有利的是，叶轮不需要大的叶片：由于能够优化进气流，叶轮可以在产生相同功率的情况下具有较小的尺寸。

附图说明

通过对用于风力涡轮机的叶轮的示例性而非排他性且因此非限制性的优选实施方式的说明，本发明的其他特征和优点将变得更加显而易见，如附图中所示，在其中：

-图1是根据本发明的叶轮的立体分解图；

-图2是图1的叶轮的根据不同角度的另一立体分解图；

-图3是图1和图2的叶轮的立体后视图；

-图4是图1和图2的叶轮的剖面侧视图；

-图5是图1和图2的叶轮的第一细节部的立体前视图；

-图6是图5的细节部的立体后视图；

-图7是图1和图2的叶轮的第二细节部的立体图；

-图8是图1和图2的叶轮的第三细节部的放大前视图；

-图9是根据本发明的涡轮机的示意性侧视图。

具体实施方式

参考附图，1是指根据本发明的用于风力涡轮机的叶轮。

如图3所示，叶轮1包括气流从其进入的前环3和气流从其向外流动的后环2。叶轮1还具有中心轴线X。

如图5所示，前环3具有会聚部30，该会聚部具有截锥形状，用于将气流朝向叶轮1的内部输送。尤其地，会聚部30具有限定在前环3的前边缘处的入口区段31。会聚部30具有中间区段33，该中间区段定位在前环3的内部并且相对于入口区段31具有较小的面积。筒形部38连接到会聚部30。筒形部38具有与会聚部30的较小的区段33相同的直径并且沿着中心轴线X延伸。

如图1所示，前环3包括前部39和后壁50。前部39具有筒形形状并且具有与会聚部30的较大的区段31基本上相同的直径。后壁50包括内周表面4和外周表面35。外周表面35具有筒形形状并且具有与筒形部38基本上相同的直径。内周表面4与外周表面35相反。此外，内周表面4包括多个平坦表面25，与可以具有不同的几何形状中间表面34交替，其例如是筒侧表面的部分。如图6所示，通常后壁50在中心轴线X的方向上具有尺寸L，其相对于前部39的在中心轴线X的方向上的尺寸D较大。

应当注意，如图4所示，叶轮1包括沿着中心轴线X延伸的轴7。轴7包括连接到后环2的后部8和连接到前环3的前部9。稍后将在本说明书中提供轴7的更多细节。

如图5所示，前环3包括多个前径向元件21。每个前径向元件21包括固定到轴7的前部9的第一端40和连接到内周表面4的筒形部38的第二端41。此外，如图6中所示，每个径向元件21包括后边缘42，其被认为是面向后环2的边缘。

现在参考图7中示出的后环2，其具有筒形形状并且包括内表面45。此外，后环2沿着穿过后环2的中心的中心轴线X延伸。前环3相对于后环2同轴地布置。后环2的直径大于前环3的后壁50的直径且小于前环3的前部39的直径。

后环2包括多个后径向元件23。每个后径向元件23包括固定到轴7的后部8的第一端43和连接到后环2的内表面45的第二端44。此外，每个径向元件23包括槽24，详细示于图8。两个连续的径向元件之间的距离大于槽24的宽度。

如图1所示，叶轮1包括连接到前环3的多个叶片5、优选地为8个。前径向元件21和后径向元件23的数量对应于叶片5的数量。叶片5限定了变距螺旋桨6。如图1中所示，每个叶片5具有外边缘26、内边缘20和前边缘22。外边缘26与内周表面4的相应的平坦表面25接触。内边缘20与叶轮的轴7接触。前边缘22被认为是每个叶片5最靠近入射气流的进口的边缘。每个叶片5的前边缘22与前径向元件21的相应的后边缘42铰接。

更详细地，每个叶片具有主体47和尾部46。尾部46与主体47形成角度。每个尾部46插入后径向元件23的相应的槽24内。此外，如图1所示，尾部46具有被认为是在叶片5的尾部46和主体47之间的中间边缘37和与前边缘22相反的后边缘32。

应当注意，轴7的前部9和后部8分别具有前腔10和后腔15，分别如图1和图7所示。前腔10和后腔15沿着中心轴线X延伸。轴7的后部8至少部分地插入前腔10内。

应当注意，如图6所示，轴7的前部9具有内表面12，在该内表面上包括有至少一个螺旋导向部11。如图7所示，后部8包括外表面14，在该外表面上设有至少一个滑块13，该滑块与前部9的螺旋导向部11相关联。如图5所示，前部9具有外表面18，在其上设有多个平坦表面19。前部9的平坦表面19与可以具有不同的几何形状的侧表面36交替，其例如是筒侧表面的部分。此外，前部9的每个平坦表面19与叶片5的相应的内边缘20接触，如图1所示。

应当注意，前环3以可滑动的方式与后环2相关联并且相对于后环2沿着中心轴线X在紧密构造和分隔构造之间切换。指示性地，前环3相对于后环2的最大行程为沿着中心轴线X的10厘米的量级。当前环3以可逆的方式改变构造时，后环2被插在后壁50和前部39之间。此外，通过使前环3的构造变化，可以在当前环3处于紧密构造时的最小隔距和当前环3处于分隔构造时的最大隔距之间调节叶片5的取向。

当前环3改变其构造时，对叶片5进行调节。叶片5的每个前边缘22和前径向元件21的相应的后边缘42之间的铰接使得叶片5的主体47能够倾斜，从而改变螺旋桨6的隔距、优化气流。当对叶片5进行调节时，外边缘26和内边缘20分别在内周表面4的相应的平坦表面25和前部9的平坦表面19上滑动。边缘26和20在相同的方向上滑动并且维持与相应的平坦表面25和19的接触。此外，叶片5的每个尾部46可以滑动到位于中间边缘37和后边缘32之间的部分中的相应的槽24中。

应当注意，轴7的前部9被构造用于相对于后部8旋转地平移，从而在紧密构造和分隔构造之间以可逆的方式对前环3进行切换。有利地，通过将后部8的滑块13与前部9的相应的螺旋导向部11相关联，能够实现后部8的并因此能够实现前环3的受控的旋转的平移。此外，在前环3在紧密结构和分隔结构之间进行切换期间，每个内边缘20可沿着前部9的平坦表面19滑动。

应当注意，如图1和图4所示，叶轮1包括插入前腔10和后腔15内的致动器16。致动器16包括插入后部8的后腔15中的固定端17和插入前部9的前腔10中的可移动端18。在使用中，在收缩的构造(以用于将前环3切换到紧密构造中)和伸展的构造(以用于将前环3切换到分隔构造中)之间切换和操作致动器16。

应当注意，如图9所示，上述叶轮1可连接到的风力涡轮机27，其包括框架28、传动装置29和交流发电机49。尤其地，传动装置29可以包括转子轴48。后环2沿着中心轴线X固定并连接到传动装置29。

Claims (7)

1.一种用于风力涡轮机的叶轮(1)，包括：

-后环(2)，具有中心轴线(X)；

-前环(3)，具有内周表面(4)；所述前环(3)相对于所述后环(2)同轴地布置；所述前环(3)以能滑动的方式与所述后环(2)相关联并且能沿着所述中心轴线(X)相对于所述后环(2)在紧密构造和分隔构造之间移动；

-多个叶片(5)，被连接到所述前环(3)并限定变距螺旋桨(6)，所述叶片(5)能在当所述前环(3)处于所述紧密构造时的最小隔距和当所述前环(3)处于所述分隔构造时的最大隔距之间进行调节；

-轴(7)，沿着所述中心轴线(X)延伸；所述轴(7)包括连接到所述后环(2)的后部(8)和连接到所述前环(3)的前部(9)；所述轴(7)的所述前部(9)被构造成相对于所述后部(8)进行旋转的平移运动以使所述前环(3)在所述紧密构造和所述分隔构造之间进行切换；所述轴(7)的所述前部(9)具有沿着所述中心轴线(X)延伸的前腔(10)；所述轴(7)的所述后部(8)至少部分地插入所述前腔(10)中，

其特征在于，所述前部(9)包括布置在内表面(12)上的至少一个螺旋导向部(11)；所述后部(8)包括至少一个滑块(13)，所述滑块与所述螺旋导向部(11)相关联并且被布置在外表面(14)上。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，所述轴(7)的所述后部(8)具有沿着所述中心轴线(X)延伸的后腔(15)；所述叶轮(1)包括插入所述腔(10、15)内的致动器(16)；所述致动器(16)包括连接到所述后环(2)的固定端(17)和连接到所述前环(3)的可移动端(18)；所述致动器(16)能被操作成以可逆的方式使所述环(2、3)在所述紧密构造和所述分隔构造之间进行切换。

3.根据权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于，所述前部(9)具有外表面(18)；所述前部(9)的所述外表面(18)具有多个平坦表面(19)；每个叶片(5)具有与所述前部(9)的相应的平坦表面(19)相接触的内边缘(20)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述前环(3)包括连接到所述前部(9)的多个前径向元件(21)；每个叶片(5)具有铰接到相应的前径向元件(21)的前边缘(22)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述后环(2)包括多个后径向元件(23)；每个后径向元件(23)具有相应的槽(24)；每个叶片(5)以能滑动的方式插入相应的槽(24)中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的叶轮，其特征在于，所述前环(3)的所述内周表面(4)具有多个平坦表面(25)；每个叶片(5)具有与所述内周表面(4)的相应的平坦表面(25)相接触的外边缘(26)。

7.一种风力涡轮机(27)，包括框架(28)、传动装置(29)和根据前述权利要求中任一项所述的叶轮(1)；所述叶轮(1)的所述后环(2)连接到所述传动装置(29)并且沿着所述中心轴线(X)固定。