TW200946772A - Wind turbine structure having a plurality of propeller-type rotors - Google Patents

Description

200946772 六、發明說明： 【發明戶斤屬之技術領域3 發明領域 Φ 10 15 Ο 20 本發明總體涉及一種風輪機結構。更具體地，本發明 涉及一種垂直風輪機結構，所述風輪機結構具有多個層疊 的成對的螺旋槳型轉子。 L· □ 發明背景 隨著對能源需求的持續的增長，尤其是在發展中國 家，並且意識到傳統的化石燃料的供應是有限的，人們越 來越對新的和改良的利用可再生能源的方法感興趣，例如 日光、風、雨（水）、潮汐和地熱等可再生能源’它們是可以 自然地再補充的。水力發電成為主要的可再生能源已經幾 十年了。但是，隨著對堰塞水道造成的環境影響的日益重 視以及意識到清潔飲用水是重要的資源，水力發電計劃的 認爻性漸減。人們的注意力現轉移到利用風力作為未來 規模發電的資源。 九 水平軸式風輪機包括一塔，塔上置有一水平軸 _子以轉動發電裝置。迄今最大的水平軸式她旋樂 高40層樓’具有接近126米的轉子葉片直徑。為了 :大約 的電力供㈣公用電網，水伟式風輪機被設置於f足约 數百趟風輪機及占地面積龐大的大型風力發電/能容執 們能利用大量的可再生能源，然而，這些風力：雷：然它 面積很大並且有礙觀瞻。 占地 3 200946772 【發明内容】 發明概要 本發明的一個目的在於提供一種風輪機結構，所述風 輪機結構能夠製造成具有比迄今已知的風輪機更大的規 5 模，以更有效地利用風能。本發明的另一目的在於提供一 種風輪機結構，所述風輪機結構克服或裘少改進已知的風 輪機的一些缺點，或至少為公眾提供有用的選擇 根據本發明，提供一種風輪機結構，包换· 垂直芯 10 轉子支撐框架，所述轉子支撐框架玎轉動地置於所述 垂直芯，並且具有至少兩個徑向地延伸的臂，和 一對螺旋槳型轉子’分別位於所述徑向地延伸的臂的 末端。 優選地，垂直芯包括同心 的内部和外部®形牆壁’在 15 所述内部和外部牆壁之間留有空間。 優選地，所述風輪機結構還包括位於所述空間内且連 接所述内部和外職壁的多個垂直的肋式貧幹。 優選地，所述内部圓形牆壁在所述蚕直芯内形成中空 的中心空間。 優選地’所述轉子支撑框架可轉動地支樓在設置於所 述垂直芯的環形滾道。 〇 m $付丁叉惲框架的上部和下部可轉動地支 m所述垂直如上和™㈣上。 所述轉子支律框架可環繞所述垂直芯自由地 20 200946772 轉動。 優選地，每個螺旋槳型轉子均與自己的發電裝置連接。 優選地，每個螺旋槳型轉子均驅動一發電裝置。 優選地，每個螺旋槳型轉子包括兩層葉片。 5 優選地，所述兩層葉片的第一層朝第一方向上轉動， 並且所述兩層葉片的第二層朝相反的方向轉動。 優選地，所述兩層葉片的直徑基本上是相同的。 優選地，所述兩層葉片的葉片數量是不同的。 優選地，所述風輪機結構還包括導風裝置，所述導風 10 裝置位於所述轉子支撐框架上，用於將風導向螺旋槳型轉 子。 優選地，所述導風裝置包括大致處於中心的前緣和一 對從前緣延伸向螺旋槳型轉子的尖端的一對導風表面。 優選地，所述導風裝置垂直地延伸到基本上等同螺旋 15 槳型轉子高度的高度。 優選地，所述導風裝置的表面是平的或凹的。 優選地，所述風輪機結構還包括至少兩個轉子支撐框 架，所述轉子支撐框架以一個位於另一個上方的方式設 置，用於獨立地環繞所述垂直芯轉動。 20 此外，下面的描述公開了本發明的更多特徵和内容， 這些特徵和内容僅是以示例的方式提供，並無意圖限制本 發明的應用或功能的範圍 圖式簡單說明 現根據本發明的實施例，僅作為例子進行描述，並以 5 200946772 附圖作參考’其中： 第1圖是根據本發明的風輪機結構的透視圖； 第2圖^第1圖中的風輪機結構的正視圖； 第3圖，第1圖中風輪機的單級的正視圖； 第4圖：通過第2圖的AA線的截面平面視圖；。 第5圖，轉子切框架㈣面平面視圖； 第6圖:第2圖的區域師匚的詳細視圖（可選的梁把）； 第7圖疋第2圖的區域的詳細視圖（可選的壁架）； 10 15 第8圖示出導風裝置在第一風向的效果；和 第9圖不出導風裝置在轉子轉到第二風向的效果。 【實施方式3 較佳實施例之詳細說明 現對本發明以大型（即，高建築物規模）多層風輪機結構 來進行描述。風輪機的設計使它能被製成非常大的規模， 尤其是比已知的風輪機大很多。迄今為止，最大的風輪機 為葉片直徑達126米的水平軸式風輪機。發明人意指的大型 風輪機是指根據本發明的風輪機的總體寬度可達350米及 其垂直高度達500米或更高。然而，此表述並無意圖限制本 發明的使用或功能。本領域的技術人員將會理解到本發明 的原理可以適用於任何規模的風輪機，更大的或更小的。 因根據本發明的風輪機可被製成如此大的規模，所以 它能在風速較高的更高高度利用大面積的風。風的可能功 率(Ρ)由WpAv3給出，在此處，ρ是空氣的密度，八是凤輪機 的受風面積’ v是風速。基於此’風輪機所產生的功率的θ 20 200946772 將與轉子掃過的面積按比例增加並按風速的立方遞增。由 於可達350米寬及有多個轉子，風輪機結構提供巨大的捕風 -面積。由於可達500米或更高的高度，此意味著風輪機將暴 • 露于更高風速的風。因此，根據本發明的風輪機可從風中 5 攫取更高的能量。 構建上文所述規模的風輪機可利用已公知的建築物構 建和大型工程的技術。在世界上大多數國家已建有許多高 達500米或更高的高樓。這些結構的建造技術很容易成為本 φ 頜域技術人員所掌握的專門技術。這些已知的構造技術適 1〇 用於在此處描述的風輪機的個別結構元素和特點。 優選的實施例的裝置是“多層的(multi-stage)，，，在該裝 置中多個獨立的轉子支撐框架依附於一共用的垂直芯，垂 直地疊起，其中每個框架包括連接到支撐一對螺旋槳型轉 子的徑向臂的旋轉盤。因為風輪機結構延伸到幾百米高， 15 其在不同的高度上經受不同的風向和風速。每個轉子支撐 框架可因應它在可能經受不同風力條件下，在不同水平高 P 度’獨立地自由轉動。然*，風輪機、结構可以只有一個轉 手支撐框架。 說明書附圖描繪了根據本發明的多層風輪機結構。雖 % ,然規模對本發明來說不是關鍵的，但是所述風輪機結構直 徑有350米的總體寬度和高達米的高度。所述結構包括 圓筒形中心芯1，圍繞芯設置有四個轉子層3、4、5、6，所 述四個轉子層以—個層疊在另一個之上的方式設置。每個 轉子層包括.轉子支樓框架，所述轉子支揮框架包括可轉 7 200946772 動地置於垂直芯結構！的旋轉盤U和兩個相對的扣，所述 臂從旋轉盤U的兩側徑向地延伸。一對水平袖螺旋樂型轉 子12設置在臂13的末端。可供選擇的導風裝置邮運行時 可以設置在轉子支撐框架的受風側，用於將風從所述結構 5 的中央偏轉離開而朝向螺旋槳型轉子12。 垂直芯1包括垂直地延伸的、形成風輪機結構的芯的圓 筒形塔。H的直㈣結_敎性要求衫並且料 地具有在總的風輪機結構寬度的15%到40%之間的直徑1 優選的實施财，芯塔的直徑是風輪機結構寬度的25%。 0 10因風輪機結構有350米寬度，芯塔的直徑是88米。芯塔味 伸風輪機結構的整個高度，並且有平的、傾斜的或弯頂的 塔頂覆蓋。料由兩個.的内部和外部環圓形牆壁Μ、 Μ構建而成，且所述内部和外部圓形牆壁之間具有空間 17。多個肋式骨幹18在空間π内按圓周分隔開設置，垂直 Μ地延伸並且連接内部仙和外部㈣。垂直的肋式骨幹π 將牆壁之間的空間17分隔成多個單元。在優選的實施例 中，内部牆壁15和外部牆壁16之間的間距是幾米，有足夠 〇 的空間在牆壁空間17内設置電梯賢井、樓梯井和機器室。 位於芯的内部壁15内的區域通常是空的，形成在芯[内的大 20的中心空間19。典型地，芯塔以鋼筋混凝土建造並且可採 用已知的建造技術構建。芯塔的雙壁單元結構給塔提供強 度，以抵擋由風產生的大的橫向作用力。 風輪機結構的每層3、4、5、6包括置於芯塔1能夠自由 地轉動的轉子支揮棍架。可轉動地支撲於芯的轉子支樓框 8 200946772 Γ括二環形旋轉盤11和至少兩個徑向延伸的臂。優選 向的臂13由系-拉構件35切。在每個徑向延伸的臂 13的末端是常見的螺旋槳型轉子12。 5 ❹ 10 15 ❹ 20 20、=盤Γ轉動地置於設置在獨上和下環形滾道 二。:Γ6和7圖載面圖所示，環形滾道設置於芯 二=如第6圖所示，滾道可以置於從垂直芯延伸的梁 托，或如第7圖所示，垂直芯有多個直徑不同的截面，為滾 道ΖΓ。旋轉盤11由在上滾道和下滾道2G、21的表面 盯走的輪或滚子22、23切著。更設有水平止推滾子24、 25在芯塔的相運行。上和下滾道在頂部和底部位置支擇 著每個旋轉盤U。 為了把螺方疋紫型轉子12面向主導風向，旋轉盤η必需 月t*%繞中央心1自由地轉I每個轉子支撐框架可以在滾道 20和/或21上’由導向葉片（未示出）或機動化的系統轉到迎 風面。 位於每個轉子臂13的末端上的螺旋槳型轉子12傳統上 是本領域熟知的水平軸式風力發電單元。在優選的實施例 中，母個螺方疋槳型轉子12包括兩層葉片。一層葉片3〇是在 轉子12的前面，而另一層葉片31是在轉子12的後面。葉片 的形狀是常規的。兩層葉片3〇、31的直徑基本上是相同的， 在優選的實施例中葉片的直徑是芯直徑的15倍。優選地， 一層葉片30的葉片數量與另一層葉片31的葉片的數量不 同。在優選的實施例中，前面層的葉片3〇包括3個葉片，後 面層的葉片31包括2個葉片。當風吹過轉子12，前後葉片 9 200946772 =Γ反方向轉動。然而，對於本發明這種兩層結構 的葉片並从必需的，在可供選擇的實施例中 一層螺旋槳型葉片。 "有 垂直芯1本身即可用作自然的導風裝置，將風導向致螺 旋紫型轉子12。㈣，根據本發明的風輪機結構可以 南的發電效率。然而，在優選的實施例中， 結構更可設置導風裝置U,用於將 几輪機 10 ^ 用於將風導向螺旋紫型轉子 10 12。導風裝置14設置在轉子找_上，並且與整個框架 -起轉動。導風裝置具有大致處於中央的前緣33和—對 前緣33延伸開朝向螺旋槳型轉子12的導風表面34。導 面34的尾緣36是凹面的，以匹配螺旋槳型轉子口的葉片尖 端的通道37。在優制實施财，導風表面％也是從前緣 33朝向尾緣36的凹面，以提供從直的前緣_人的尾緣的 平滑過渡。 15 優選地，導風裝置用輕的耐用材料製成，例如薄金屬 板、帆布、防水油布織物、玻璃纖維或高硬度塑料等。 這裏描述了根據本發明的大型風輪機的實施例。對所 述結構、轉子和導風裝置的許多特徵和構成部分進行了描 述，這些特徵和構成部分已知在本領域内具有結構或功能 20 的等同物。可預期本領域技術人員將會理解到如何將這些 功能或結構等同物結合到本發明中，因而在此所描述的實 施例並無意圖限制本發明的用途或功能。 【圖式簡單説明3 第1圖是根據本發明的風輪機結構的透視圖； 200946772 第2圖是第1圖中的風輪機結構的正視圖； 第3圖是第1圖中風輪機的單級的正視圖； 第4圖是通過第2圖的A-A線的截面平面視圖；。 第5圖是轉子支撐框架的截面平面視圖； 5 第6圖是第2圖的區域B和C的詳細視圖（可選的梁托）； 第7圖是第2圖的區域B和C的詳細視圖（可選的壁架）； 第8圖示出導風裝置在第一風向的效果；和 第9圖示出導風裝置在轉子轉到第二風向的效果。 【主要元件符號說明】 1...圓筒形中心芯 20...上滾道 3、4、5、6...轉子層 21...下滾道 11...旋轉盤 22、23...滾子 12...水平軸螺旋槳型轉子 24、25...水平止推滾子 13...臂 30、31...葉片 15...内部環圓形牆壁 33...前緣 16...外部環圓形牆壁 34...導風表面 17...空間 35...系-拉構件 18...肋式骨幹 36...尾緣 19…中心空間 37...通道 11

Claims (1)

1. 200946772 七、申請專利範圍： i.一種風輪機結構，包括： 垂直芯， 5 l〇 轉子支撐框架’所述轉子切_可轉動地繞著所 述垂直芯設置，並具有至少兩個徑向延伸的臂，和 -對螺㈣型轉子’所述-對__轉子分別位 於所述徑向延伸的臂的末端。 2. 如申請專利範圍第1項所述的風輪機結構，其中所述垂

   直芯包括同心的内部和外部圓形牆壁，在所述内部和外 部牆壁之間留有空間。 3. 如申請專利範圍第2項所述的風輪機結構，還包括位於 所述空間内且連接所述内部和外部壁的多個垂直 式骨幹。 15 4.如申請專利範圍第2項所述的風輪機結構，其中所述内 部圓形牆壁在所述垂直芯内形成中空的中央空間。a 5. 如申請專利範圍第i項所述的風輪機結構，其中所 子支擇框架可軸地支#在設置Μ㈣直^ 清i酋h。 J

   6. 如_請專利範圍第5項所述的風輪機結構，其 2〇 子支樓框架的上部和下部可轉動地支撲在設置 垂直芯的上和下環形滚道上。 34 7. 如申請專利範圍第6項所述的風輪機結構，其中所、f 子支樓框架可環繞所述垂直芯自由地轉動。^轉 8. 如申請專利範固第1項所述的風輪機結構，其中每個嫂 12 200946772 旋槳型轉子與其自己的發電裝置連接。 9. 如申請專利範圍第8項所述的風輪機結構，其中具有由 每個所述螺旋槳型轉子驅動的發電裝置。 5 Ο 10 15 ❹ 20 10. 如申請專利範圍第1項所述的風輪機結構，其中每個螺 旋槳型轉子包括兩層葉片。 11. 如申請專利範圍第10項所述的風輪機結構，其中所述兩 層葉片的第一層朝第一方向轉動，所述兩層葉片的第二 層朝相反的方向轉動。 12. 如申請專利範圍第10項所述的風輪機結構，其中所述兩 層葉片的直徑基本上是相同的。 13. 如申請專利範圍第10項所述的風輪機結構，其中所述兩 層葉片的葉片數量是不同的。 14. 如申請專利範圍第1項所述的風輪機結構，還包括導風 裝置，所述導風裝置位於所述轉子支撐框架上，用於將 風導向螺旋槳型轉子。 15. 如申請專利範圍第14項所述的風輪機結構，其中所述導 風裝置包括大致處於中央的前緣和一對從前緣延伸朝 向螺旋槳型轉子的尖端的導風表面。 16. 如申請專利範圍第15項所述的風輪機結構，其中所述導 風裝置垂直地延伸到基本上等同螺旋槳型轉子高度的 高度。 17. 如申請專利範圍第15項所述的風輪機結構，其中所述導 風裝置的表面是平的或凹的。 18. 如申請專利範圍第1項所述的風輪機結構，還包括至少 13 200946772 兩個轉子支撐框架，所述支撐框架以一個位於另一個上 方的方式設置，用於獨立地環繞所述垂直芯轉動。

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