TW201945640A - 具有雙渦輪機的浮動式垂直軸風力渦輪機 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種浮動式風力渦輪機（10），其包含一浮動式平台（14），包含兩個垂直軸渦輪機（30）之一渦輪機引擎擱置於該浮動式平台（14）上。該等渦輪機由相對於該浮動式平台可旋轉地裝配之一中間垂直標塔（20）承載，且由在相對於該標塔之一距離處鏈接及固持該等渦輪機之旋轉軸件的鏈接構件（41、43）承載。
該風力渦輪機包含：
用於偵測風之方向及指向的一裝置，及
該標塔之一主動偏轉伺服控制裝置（50），其作用於該標塔之樞轉軸件，該伺服控制裝置經配置及組態以使得在致動之情況下，其致使該標塔移動以便實質上垂直於風之方向置放含有第一及第二渦輪機之旋轉軸（A、A'）的一第二平面（P2）。
本發明之領域尤其為一海洋環境中之風力渦輪機的領域。

Description

具有雙渦輪機的浮動式垂直軸風力渦輪機

本發明係關於一種浮動式風力渦輪機，其包含一浮動式平台，包含兩個垂直軸渦輪機之一渦輪機引擎擱置於該浮動式平台上。該等渦輪機由相對於該浮動式平台可旋轉地裝配之一中間垂直標塔承載，且由在相對於該標塔之一距離處鏈接及固持該等渦輪機之旋轉軸件的鏈接構件承載。

該風力渦輪機包含：
用於偵測風之方向及指向（sense）的一裝置，及
該標塔之一主動偏轉（yaw）伺服控制裝置，其作用於該標塔之樞轉軸件，該控制裝置經配置及組態使得在致動之情況下，其致使該標塔移動以便實質上垂直於該風方向置放含有第一及第二渦輪機之旋轉軸的一平面。

本發明之領域尤其為一海洋環境中之風力渦輪機的領域。

產生電在吾人之當今時代至關重要。已開發出基於再生性能源之產生技術，一方面用來使能量供應源多樣化，且另一方面用來以生態方式產生電能。因此，已開發出風力渦輪機，且將其尤其安裝於具有極少或沒有障礙物並運用可易於接取之電網的陸地上。此外，在海洋環境中愈來愈多地設想風力渦輪機，此係因為風在海洋環境中歸因於完全不存在山而更強且更可靠。在一年內，可因此確保超過8 m/s之平均風速，從而使得有可能達到高於風力渦輪機之標稱功率的30%，其為對於陸基設施難以達成之值。

通常，在風力渦輪機之領域中，兩種類型之設施為吾人所知：水平軸型風力渦輪機（horizontal-axis type wind turbine）（縮寫為HAWT），及垂直軸型風力渦輪機（vertical-axis type wind turbine）（縮寫為VAWT）。

在海上，當前操作之風力渦輪機安裝於大約幾十公尺之相當淺的水深度：此等風力渦輪機被稱為「底部裝配式」風力渦輪機。此類風力渦輪機之塔的下端剛性地固定至海床。出於與生態學、用途衝突（海岸漁業區域、具有信號站及雷達服務之區域）或旅遊（休閒及遊樂活動）相關聯之許多原因，基於此類型之風力渦輪機的一些項目不被准許。此外，如例如在北海中可用之緩斜淺風力渦輪機位點的數目受到限制，該等風力渦輪機位點為適合於安裝具有剛性錨具的此類型之風力渦輪機的唯一風力渦輪機位點。另一方面，對於大多數其他海及海洋，斜坡通常陡得多，從而實質上將此類型之風力渦輪機的安裝限於相對窄的海岸帶。舉例而言，在地中海中，此海岸帶亦對應於繁忙海上交通之區域。

然而，當前設想藉由設計浮動式風力渦輪機來遠離海濱而移動，該等浮動式風力渦輪機仍處於計劃或設計階段。此等風力渦輪機之幾乎不存在的視覺影響使得尤其有可能安裝更強力的機器及更大的機隊，從而避免了分散。經濟原因增添至剛才已陳述之原因。風力資源事實上通常在遠離海濱之位點處最大。可在由於此類位點處之此資源之增加的增益與由於遠離海濱而引起的明顯額外成本之間一致地尋求最佳方案：增加電纜線長度且增加輸送及維護成本。最後，一些人主張，浮動式風力渦輪機之製造相比於底部裝配式風力渦輪機之製造應更便宜（歸因於置放於地面上之地基），但此需要進一步研究。

實際上，對於此類風力渦輪機會出現新的技術挑戰。對於極大的水深度，當前文獻建議使用包含至少一個浮體且通常由一個或多個系索固定至海床之支撐結構。必要時，該等支撐結構可由容納於結構之基底中的水下壓載物穩定。不同於具有剛性錨具之風力渦輪機，該等支撐結構可相對於海床移動，且尤其經歷風對氣力發電機（至少包含渦輪機及電機之總成）之水平力、水流對承載結構之水平力、波浪及水流之交替水平與垂直力、系索之校正力（水平及垂直）、對浮體之阿基米德（Archimedes）推力、對所有元件之重力。所使用之系留類型表示對海洋風力渦輪機之總投資的顯著部分，且此外確保其可靠性。

在水生環境中之風力渦輪機的領域中，可安裝的兩種類型之機器亦為吾人所知：水平軸風力渦輪機，及垂直軸風力渦輪機。

為了改良氣流，專利FR 3048740描述了一種風力渦輪機，其由具有矩形最大截面之兩個對轉垂直渦輪機構成，該等垂直渦輪機由被單一中間塔固持在一起之上及下橫向元件支撐。當渦輪機與直葉片足夠接近時，渦輪機與直葉片之相互作用事實上會增加其個別效率；另外，已展示，在此類雙渦輪機之情況下，風力渦輪機機隊可由於氣壓流擾動之更緊密區域而具有增加之密度。此渦輪機引擎相對於塔裝配於樞軸上且圍繞塔之垂直軸自由地樞轉。此軸位於空氣動力推力中心上游，使得總成自然地迎風定向。

本發明之一目標係進一步縮減浮動式風力渦輪機之製造及/或安裝成本，而不縮減其效能，例如空氣動力效能及/或能量效率。本發明之另一目標係促進風力渦輪機之維護。另一目標係提議一種風力渦輪機，其改良風力渦輪機之空氣動力特性及/或能量效率。

根據本發明，前述目標中之至少一者係運用一種浮動式風力渦輪機予以達成，該浮動式風力渦輪機予包含一浮動式平台及擱置於該平台上之一渦輪機引擎，該渦輪機引擎至少包含：
第一及第二垂直軸叉流渦輪機，其相對於一第一垂直對稱平面對稱地置放，每一渦輪機包含葉片，
該等渦輪機之一承載結構，其包含：
一中間垂直標塔，其縱軸包含於該第一對稱平面內，該中間垂直標塔相對於該浮動式平台沿著一樞轉軸可旋轉地裝配，
頂部鏈接構件及底部鏈接構件，其由其旋轉軸件剛性地承載該等渦輪機且在與該標塔相隔之一距離處固持該等渦輪機。

該風力渦輪機包含：
用於偵測或考量風之方向及指向的一裝置，及
該標塔之一主動偏轉伺服控制裝置，其取決於該風方向而作用於該標塔之樞轉軸件，例如其屬於一已知類型。

根據本發明，該控制裝置經配置及組態使得在致動之情況下，其致使該標塔移動以便實質上垂直於該風方向置放含有該等第一及第二渦輪機之旋轉軸的一第二平面。

有可能例如迎風置放該等渦輪機並持續地以一更準確且更穩定之方式迎風固持該第二平面，從而使得有可能改良該風力渦輪機之輸出。此亦使得有可能藉由最小化氣力發電機總成圍繞該標塔之該樞轉軸的振盪來改良該風力渦輪機之穩定性，並縮減該浮動式風力渦輪機之某些不穩定性，該等不穩定性可能會在一被動偏轉控制之情況下發生，如先前技術中所知。

根據本發明之該浮動式風力渦輪機的目標係實現較佳穩定性，以便改良其相對於風之定位及/或定向且因此改良其產率。

所提議之解決方案提供了製造、裝配及維護成本與返回至電網之電能之間的一折衷。另外，藉由改良穩定性（尤其是藉由縮減俯仰），該浮動式風力渦輪機接著可接受較強的風且因此相對於先前技術之浮動式風力渦輪機產生更多的能量。所提議之解決方案使得有可能獲得一種風力渦輪機，一旦風以3 m/s（公尺每秒）之一速度吹動，該風力渦輪機之渦輪機就開始轉動，並繼續轉動直至24 m/s（公尺每秒）之一風速，含有該等第一及第二渦輪機之旋轉軸的該第二平面迎風；當風達到12 m/s（公尺每秒）時會獲得該風力渦輪機之標稱功率。

「叉流渦輪機（cross-flow turbines）」意謂經配置及組態以便在實質上垂直於該等渦輪機之旋轉軸的一方向上接收一氣流的渦輪機。此處，所使用之該等渦輪機分別具有實質上垂直之一旋轉軸。

典型地，每一渦輪機包含若干剛性葉片，其圍繞每一渦輪機之垂直軸分佈且在該頂部鏈接構件與該底部鏈接構件之間延伸。舉例而言，每一葉片具有遠離該軸且由其端剛性地鏈接至旋轉中心之一垂直部件。

根據一具體實例，每一渦輪機包含至少兩個葉片。該等葉片在一垂直方向上延伸。每一葉片在其兩個端中之每一者處由一臂延伸。該等葉片主要在一縱向方向上延伸，且該等臂主要在一橫向方向上延伸。該等旋轉葉片描述圓柱。該等臂由形成一葉片之一旋轉軸的樞轉連桿鏈接至軸件元件。根據一第一實例，每一渦輪機包含兩個葉片。根據一第二實例，每一渦輪機包含三個葉片。

較佳地，該主動偏轉控制裝置經配置及組態使得在致動之情況下，其致使該標塔移動以便實質上垂直於該風方向置放含有該等第一及第二渦輪機之旋轉軸的該第二平面，並迎風置放該第二平面。

此具體實例具有迎風置放該等渦輪機且因此使該風力渦輪機穩定之優點。

較佳地，該偏轉伺服控制裝置置放於該標塔之該樞轉軸件的下端處。其置放於例如該等渦輪機下方及/或靠近該浮動式平台。根據一具體實例，該偏轉伺服控制裝置包含對應於一樞轉連桿之一凸形部分的一圓柱形部分，該部分經配置及組態以便進入設置於該標塔之底座中的一圓柱形開口，該圓柱形開口對應於該標塔之底座中的該樞轉連桿之凹形部件。此定位具有可易於接取之優點，此係因為其處於該平台之水平面；且此定位具有歸因於近接於水而允許冷卻及自然熱穩定之優點。

較佳地，該主動偏轉伺服控制裝置經配置及組態使得在其未致動之情況下，該標塔自由地旋轉。

較佳地，且尤其是在本文中所揭示之具體實例族中，該承載結構相對於該平台之旋轉軸不置放於該等渦輪機之軸之平面上游，而是置放於此平面中或相對於風置放於此平面下游。

該承載結構為含有該等渦輪機之一剛性總成，其相對於該浮動式平台樞轉，使得該等渦輪機及其風驅動推力中心在該樞轉標塔之前遇到風。

應理解，不同於先前技術中，本發明中之該等渦輪機不在塔之「順風」方向。不同於先前技術中，本發明之風驅動總成因此不能夠在風之力下自身自然地定向。

本發明因此提議相對於風之定向不具有相同自然穩定性的一操作模式。在本發明中，歸因於定向控制及其主動調整而持續地維持此「迎風」定向。

儘管此組態暗示特定約束及某一複雜度，然而，其確實允許新穎且有前景之優點。

根據一第一具體實例，該等鏈接構件經配置及組態使得該承載結構之該縱軸不同於含有該等渦輪機之旋轉軸的該第二平面。另外，在致動之情況下，該主動偏轉伺服控制裝置經配置及組態以便致使該標塔移動，以便相對於該浮動式平台相對於風之方向及指向在該第二平面下游置放該承載結構之該縱軸。

優選地，該主動偏轉伺服控制裝置經配置及組態以便實質上垂直於該風方向置放含有該等渦輪機之旋轉軸的該第二平面及/或該渦輪機引擎之空氣動力推力中心。

在此組態中，應注意，該標塔之樞轉在該等渦輪機之「順風」方向，即，下游。在某些情況下，因此存在此組態可能會遭受定向不穩定性之一風險，必須接著藉由伺服定向控制來抗衡此定向不穩定性。

較佳地，該風力渦輪機經配置及組態使得該渦輪機引擎之元件定位於該平台上，使得該渦輪機引擎之重心偏移並在該標塔之該樞轉軸外部，且相對於風位於該標塔之此樞轉軸上游。「該渦輪機引擎之元件」意謂至少該等渦輪機，或渦輪機、發電機、電氣設備之各種物品及該承載結構的總成，甚至包括該標塔自身。

在前述內容中且對於本說明書之其餘部分：
「空氣動力推力中心」意謂由風施加至該渦輪機引擎之力之合力的施力點；
「重心」意謂重力（gravitational force/weight force）之合力的施力點；
「浮心」意謂阿基米德推力之合力的施力點，且亦對應於水下體積（位移流體之體積）的幾何中心；在靜態平衡中，浮動式物體之浮心及重心位於相同垂直方向上。

該渦輪機引擎之重心係使得當該風力渦輪機置放於一水平地面上時，穿過該渦輪機引擎之重心的垂直方向自該浮動式平台之縱向對稱軸偏移。該浮動式平台之重心被視為位於該浮動式平台之縱向對稱軸上。當該浮動式風力渦輪機就位時，若該浮動式風力渦輪機之「前向」部件為迎風部件，則此配置產生施加於該風力渦輪機之一力矩，其被稱為「下俯」力矩。

當施加至該風力渦輪機之力為阿基米德推力及重力（無風）時，該風力渦輪機傾向於歸因於該偏移而傾斜；該浮動式平台之縱向對稱軸相對於該垂直方向（其一致地穿過浮心）形成一非零角，其被稱為「下俯角」。當施加至該風力渦輪機之力為阿基米德推力、重力及風作用時，風作用產生補償該下俯力矩之一力矩，其被稱為「上俯」力矩。該風力渦輪機傾向於歸因於該等渦輪機上之風作用而自身校正朝向或進入一實質上垂直位置；該浮動式平台之縱向對稱軸形成小於該下俯角的被稱為「校正角」之一角度，或相對於該垂直方向形成一零角。

此下俯力矩在構造上因此對抗風之效應，且因此使得有可能使機器比其在無風之情況下平衡為垂直時耐受更大的風。

應注意，相對於該標塔之該樞轉軸在上游偏移的此渦輪機組態特別有利於獲得此類偏移重心，同時例如僅藉由在浮體之中心處置放該標塔之該樞轉軸來保持對於浮體居中並對稱且因此簡單、緊密且經濟之一架構。

根據一第二替代具體實例，該等鏈接構件經配置及組態使得該標塔之該縱軸包含於含有該等渦輪機之旋轉軸的該第二平面內。此具有以下優點：獲得更簡單、更穩固、就原料而言緊密且經濟之一結構，並獲得一較硬結構，此使得有可能增加自然振動頻率之臨限值且因此增加與該等葉片之最大頻率的差。

典型地，根據該第一具體實例或該第二具體實例，該標塔之樞轉軸與該標塔之縱軸合併。較佳地，該標塔之縱軸與該浮動式平台之縱向或甚至中心對稱軸合併。此允許材料經濟性，以及簡單性、緊密性及穩固性。

根據一具體實例，該標塔之該樞轉軸在穿過該浮動式平台之重心的該垂直方向上延伸。

根據另一具體實例，該標塔之該樞轉軸在不穿過該浮動式平台之重心的一垂直方向上延伸。

根據一第三具體實例，該標塔具有一「轉折（dog-leg）」形狀（亦稱「卡口（bayonet）」形狀），使得該標塔包含一垂直主部件及鏈接至該樞轉軸件之一連接部件，使得該標塔之該樞轉軸不同於該標塔之該縱軸。

此具體實例使得有可能例如使該渦輪機引擎之重心相對於該浮動式平台之重心進一步偏移。

較佳地，該主部件圍繞該渦輪機引擎之一樞轉軸可旋轉地相對於該連接部件鏈接該渦輪機引擎，該樞轉軸垂直且相對於該標塔之該樞轉軸逆風定位。該主部件相對於該連接部件可樞轉地鏈接。該主部件相對於該連接部件自由地轉動。此旋轉因此例如在短期內相對於該標塔提供一自然定向，及/或在風之定向上提供低量值變化。在此具體實例中，該主動偏轉伺服控制裝置相對於該浮動式平台僅作用於該連接部件。因此有可能限制伺服調整之操作。

優選地，該渦輪機引擎之該空氣動力推力中心及/或該第二平面在該連接部件上相對於該渦輪機引擎之該樞轉軸順風置放於（該垂直主部件之縱軸）下游，且在浮動式基底上相對於該轉折標塔之該樞轉軸逆風置放於上游。

此配置使得有可能獲得該渦輪機引擎相對於風之某一自對準以及一重力扶正扭矩（「下俯」力矩）兩者，該重力扶正扭矩允許由風施加至該浮動式平台之俯仰力矩（「上俯力矩」）的某一補償。

根據該等組態，該渦輪機引擎之該樞轉軸相對於該標塔之該樞轉軸的下游偏移可小於、等於或大於由轉折產生之偏移。

根據與已經提及之所有具體實例相容之一具體實例，該等鏈接構件包含頂部鏈接構件及底部鏈接構件，每一鏈接構件固持一渦輪機之一旋轉軸件的一端。該頂部鏈接構件及該底部鏈接構件在該標塔之任一側上延伸。

該等底部鏈接構件固持該等第一及第二渦輪機之該等旋轉軸件的下端。該等頂部鏈接構件固持該等第一及第二渦輪機之該等旋轉軸件的上端。

舉例而言，一鏈接構件可為一肋狀物或一翼梁。其實質上橫向地及/或水平地延伸。

該等鏈接構件使得有可能藉助於一樞轉連桿承載每一渦輪機。該等鏈接構件允許免除一中心驅動軸件。該等鏈接構件使得有可能將該等渦輪機之直葉片置放成彼此足夠接近，以便增加該等渦輪機中之每一者的輸出。

較佳地，該頂部鏈接構件及該底部鏈接構件在該標塔之任一側上延伸，以便在垂直於該標塔之該軸的一第三平面中具有一「V」形狀。

該等鏈接構件之「V」形狀使得有可能使該等第一及第二渦輪機之旋轉軸偏移。此具有以下優點：藉助於該主動偏轉伺服控制裝置將該兩個渦輪機且因此將該空氣動力推力中心置放於該標塔之樞轉軸上游或下游，使得含有該等渦輪機之旋轉軸的平面（第二幾何平面）相對於風定向。

根據與已經提及之所有具體實例相容之一具體實例，該標塔具有一窄且流線型之形狀。此使得有可能儘可能遠地限制其拖曳，以最佳化其二次彎曲力矩，以便保持最大硬度並最小化原料之消耗。根據一特定具體實例，該標塔將係流線型的，具有一縱橫比接近二之一橢圓形形狀，或根據相當厚（大於20%之相對厚度）的一對稱4數位NACA剖面。

將在下文中描述之具體實例絕非限制性的；尤其可實施僅包含下文中所描述之一系列特性的本發明之變體，其與所描述之其他特性隔離，條件是此特性足以賦予技術優點或相對於目前先進先前技術區分本發明。此系列包含至少一個（較佳地為功能）特性，而無結構性細節或僅具有結構性細節之一部分，條件是此部分單獨足以賦予技術優點或相對於目前先進先前技術區分本發明。

詳言之，可將所描述之所有變體及所有具體實例組合在一起，條件是根據技術視角不反對此組合。

圖1、圖3及圖5分別展示根據下文將個別地描述之三個具體實例的浮動式風力渦輪機10。風力渦輪機10屬於垂直軸類型（縮寫為VAWT），且經配置及組態以便在具有極大深度之水體上浮動，尤其是在遠離海岸之海上浮動。風力渦輪機10包含確保整個裝置之浮力且充當支撐件的浮動式平台14。使用接地錨或纜線（圖中未示）以便在水體上之位置中固持風力渦輪機且阻止風力渦輪機漂移。對於本說明書之其餘部分，圖1及圖3展示水之外的風力渦輪機。

浮動式風力渦輪機10包含擱置於平台14上之渦輪機引擎。參考圖1、圖3及圖5，亦被稱為氣力發電機之渦輪機引擎包含固定至浮動式平台14之垂直標塔20。標塔20相對於浮動式平台14圍繞標塔之樞轉軸M可旋轉地裝配（見圖2b、圖2c、圖4b及圖5）。標塔20意欲支撐渦輪機。

參考圖1及圖3，浮動式風力渦輪機10包含兩個並置且對轉之叉流垂直軸渦輪機30。參考圖2a及圖4a，兩個渦輪機30具有彼此平行之垂直旋轉軸A與A'。該等旋轉軸相對於第一幾何對稱平面P1對稱地置放。該等旋轉軸A及A'平行於標塔之縱軸L。根據所有具體實例，標塔之縱軸L在對稱平面P1中延伸，使得標塔之縱軸位於渦輪機30之間。此外，界定含有渦輪機之兩個旋轉軸A及A'（見圖2a及圖4a）的幾何平面P2。

在此實例中，每一渦輪機30包含垂直地延伸且在操作中經受風作用以便使渦輪機旋轉之兩個葉片32。葉片32平行於渦輪機之旋轉軸A或A'延伸，且相對於該等旋轉軸A或A'對徑相對地置放。

參考圖1、圖3、圖5及圖7，每一葉片32在其兩個端--頂端及底端--中之每一者處由一臂延伸。在頂端處，每一葉片32由上臂33延伸。在底端處，每一葉片32由下臂31延伸。上臂33及下臂31分別藉助於圓形彎頭連接至葉片32。每一渦輪機之葉片的旋轉描述圓柱（見圖2a、圖4a及圖6a）。

臂由形成葉片旋轉軸之樞轉連桿鏈接至軸件元件。參考圖7，每一渦輪機30包含兩個渦輪機軸件輪轂--上輪轂36及下輪轂34。輪轂36及34圍繞具有高度縮減之軸A或A'的軸件元件旋轉。每一上臂33固定至上輪轂36且每一下臂31固定至下輪轂34。

參考圖1、圖2b、圖2c、圖3、圖4b及圖5，浮動式風力渦輪機10包含牢固地連接至標塔之鏈接構件--頂部鏈接構件43及底部鏈接構件41，其在一距離處承載及固持渦輪機之旋轉軸件。為了承載每一渦輪機，頂部鏈接構件43及底部鏈接構件41係必要的。頂部鏈接構件43自標塔之頂部延伸；底部鏈接構件41近接於浮動式平台14自標塔延伸。根據一具體實例（圖中未示），底部鏈接構件41在與波浪相隔之一距離處近接於吃水線而延伸。

因此，頂部鏈接構件43及底部鏈接構件41藉助於樞轉連桿承載每一渦輪機，從而免除對中心驅動軸件之需要。每一鏈接構件將標塔20鏈接至輪轂34或36。

風力渦輪機亦組合發電機（圖中未示）以便將渦輪機之機械旋轉能轉換成電能。每一發電機以已知方式連接至一渦輪機。發電機置放於下鏈接構件下方及/或靠近浮動式平台置放。

浮動式風力渦輪機10包含用於偵測風方向之裝置（圖中未示）及標塔之樞轉軸件M之偏轉伺服控制裝置50。參考圖2b、圖2c、圖4b及圖5，伺服裝置50靠近標塔之樞轉軸件而置放以便作用於該樞轉軸件。其亦靠近浮動式平台14而置放以便促進安裝及任何維護。主動偏轉伺服控制裝置50經配置及組態使得在該裝置致動之情況下，其致使標塔20移動以便實質上垂直於風方向置放含有渦輪機30之旋轉軸A及A'的第二平面P2。風方向被假定為實質上水平或平行於被定位有浮動式風力渦輪機之水體。在伺服裝置未啟動之情況下，使標塔自由地旋轉。

現在將更詳細地描述不同具體實例之實例。

根據圖1、圖2a、圖2b及圖2c中所表示之第一具體實例，浮動式風力渦輪機經配置及組態以便相對於風方向在含有渦輪機之旋轉軸A及A'的第二平面P2下游置放標塔20。鏈接構件41及43經配置及組態以便在使得有可能獲得標塔之縱軸L相對於含有渦輪機之旋轉軸A及A'的平面P2之偏移的位置中置放渦輪機，使得該縱軸在平面P2外部，如同圖2a。參考圖2a及圖2b，偏移係由距離或分離度「X」表示。參考圖1，頂部鏈接構件43及底部鏈接構件41在標塔20之任一側上延伸以便具有「V」形狀。

此偏移之效應為，渦輪機引擎之重心CT位於標塔之縱軸L外部，縱軸L自身置放於浮動式平台14之對稱軸中。「渦輪機引擎之重心」意謂包含渦輪機、發電機與電氣設備（圖中未示）之總成。渦輪機引擎之重心CT實質上位於平面P2中。

現在，浮動式平台之重心位於標塔之縱軸L的延伸部中，使得渦輪機引擎總成的由點CT表示之重心偏移並在穿過浮動式平台14之重心的垂直方向外部。在不存在風之情況下，存在被稱為「下俯」力矩之重力力矩，當浮動式風力渦輪機10置放於如圖2b中之水體W上時，該力矩致使風力渦輪機傾斜。一方面歸因於施加至渦輪機引擎及浮動式平台兩者之重量效應，且另一方面歸因於阿基米德推力，風力渦輪機10在此傾斜位置中平衡地固持。為了清晰起見，在圖2b中，風力渦輪機總成之重心被視為位於點CT處。風力渦輪機因此由相對力固持於適當位置：一方面，施加至風力渦輪機之重心CT的重量P，且另一方面，施加至圖2b中之點CP表示之浮心的阿基米德推力B。舉例而言，浮動式平台比渦輪機引擎重至少十倍。

參考圖2a及圖2c，風方向係由自左至右定向之箭頭V表示。當風吹動時，用於偵測風之方向及指向的裝置（圖中未示）使得有可能更新主動偏轉伺服控制裝置以便作用於標塔之樞轉軸件，以便相對於風方向在標塔之樞轉軸M上游置放含有旋轉軸A及A'之平面P2（見圖2a及圖2c）。

參考圖2a，自平面P2a（對應於調整之前的平面P2且由點線圖解地表示）不垂直於風方向之第一位置至平面P2（由實線圖解地表示）垂直於風方向之第二位置展示渦輪機引擎圍繞標塔之樞轉軸M的旋轉。

圖2c表示依據風之方向及指向而在風吹動時對浮動式風力渦輪機施加的力。考慮圖2c上所展示的浮動式平台上之標塔之支撐點（點O），渦輪機引擎之重心相對於風方向位於標塔上游，即，位於圖2C中之標塔左側。當風吹動於風力渦輪機上時，歸因於拖曳而對風力渦輪機施加新的機械作用。風力（由箭頭Ft表示）之合力施加於標塔20上之點T或「空氣動力推力中心」處。點T實質上位於標塔之縱軸L上。此作用會產生由拖曳造成之空氣動力俯仰力矩，其被稱為「上俯」力矩。「下俯」力矩（歸因於渦輪機引擎總成之重量）使得有可能補償在存在風之情況下由轉子之拖曳造成之空氣動力俯仰力矩（被稱為「上俯」力矩）的全部或部分，使得在操作中，浮動式風力渦輪機10在水體W上實質上水平。

考慮到大於8 m/s之平均風速而獲得此效應。根據渦輪機引擎之尺寸特性，判定力Ft，且因此估計「上俯」力矩。接著判定渦輪機引擎之重心CT的偏移，其將產生補償經估計「上俯」力矩之「下俯」力矩。最後，鏈接構件41及43經配置及組態以便在使得有可能獲得預期重心CT之偏移的位置中置放渦輪機。

在任何狀況下，因此縮減了由渦輪機引擎總成傳輸至浮動式平台之俯仰力矩。另外，顯著地節省了浮體之尺寸。此點在知曉與浮體製造相關聯之原料的成本及消耗（浮體之成本被估計為介於浮動式離岸風力渦輪機設施之總成本的15%與20%之間）的情況下係重要的。此配置亦使得有可能使風力渦輪機相比於先前技術之風力渦輪機接受更大之風速。

近接於點O而置放之主動偏轉伺服控制裝置使得有可能致使渦輪機引擎/氣力發電機總成樞轉，從而一方面使得有可能迎風置放渦輪機引擎/氣力發電機總成，且另一方面使得有可能在風吹動時使風力渦輪機平衡（見圖2a及圖2c）。

根據圖3、圖4a及圖4b中所展示之第二具體實例，由其與第一具體實例之差異描述，標塔之縱軸L位於或安裝於含有渦輪機30之旋轉軸A及A'的第二平面P2內。圖4b表示取決於風之方向及指向而在風吹動時對浮動式風力渦輪機施加的力。在此具體實例中，渦輪機引擎總成之重心CT及浮動式平台之重心位於相同垂直方向上，使得風力渦輪機在不存在風之情況下保持實質上垂直。此變體相對於第一具體實例之優點係獲得更節約原料但亦硬得多之結構，此將使得有可能增加系統之自然振動頻率，以便使該等自然振動頻率與葉片之自然振動頻率儘可能遠地隔開。以俯仰軸上之下俯重力力矩的損失為代價而獲得了此等優點。在低至中風期間，浮動式風力渦輪機保持實質上垂直，如圖4b中所表示。

近接於點O而置放之主動偏轉伺服控制裝置50使得有可能致使渦輪機引擎/氣力發電機總成樞轉，從而使得有可能迎風置放渦輪機引擎/氣力發電機總成（見圖4a）。

在第一及第二具體實例中，標塔20之縱軸L與該標塔之樞轉軸M合併，樞轉軸M被理解為渦輪機引擎相對於平台之樞轉軸。

根據圖5、圖6a及圖6b中所展示之第三具體實例，由其與第一具體實例之差異描述，標塔之樞轉軸M不同於標塔20之縱軸L及含有渦輪機之旋轉軸A及A'的第二平面P2兩者。渦輪機30以及頂部鏈接構件43及底部鏈接構件41之總成在其相對於標塔之配置上與第一具體實例相同。

標塔具有轉折或「L」形狀及自由旋轉軸N。

標塔20包含：
垂直主部件22，其縱軸為先前所描述之縱軸L，鏈接構件43及41如先前而固定於垂直主部件22上，從而形成用於渦輪機之承載結構，及
連接部件21，其將主部件22之下端鏈接至平台14，相對於主部件實質上水平地及垂直地延伸，以便承載該主部件22並連接至平台。

標塔之部件22的縱軸L與自由旋轉軸N合併。主部件22與連接部件21之間的機械連桿為具有軸N之樞轉連桿。未提供主部件22相對於連接部件21之樞轉伺服控制。參考圖6a及圖6b，渦輪機30可圍繞自由旋轉軸N相對地樞轉。為了清晰起見而在圖6a及圖6b中未表示平面P2。代替地，將渦輪機之旋轉軸件鏈接至標塔之頂部鏈接構件43係由形成「V」之兩條線表示。

標塔之樞轉軸M不變，而標塔之縱軸L相對於浮動式平台成懸臂。應注意，此處針對浮動式平台所表示之尺寸未必係代表性的，且可根據具體實例而變化。

在此具體實例中，標塔之主部件22可歸因於自由旋轉而定位於含有渦輪機之旋轉軸A及A'的平面P2上游。在操作中，當風吹動時，總成自然地自身迎風定向。此配置使得有可能獲得以下兩者：渦輪機30或平面P2歸因於自由旋轉軸N之迎風自對準，以及允許歸因於伺服控制裝置50圍繞樞轉軸M起作用而傳輸至浮動式風力渦輪機之俯仰力矩之縮減的重力扶正扭矩（「下俯」力矩）。參考圖6b，展示了連接部件21圍繞標塔之樞轉軸M的旋轉。主動偏轉伺服控制裝置作用於樞轉軸M以便自平面P1a（調整之前的平面P1）不平行於風方向（見圖6b）之第一位置直至平面P1平行於風方向（見圖6a）之第二位置置放連接部件21。

無

在閱讀絕非限制性之具體實例之詳細描述時，且鑒於隨附圖式，本發明之其他優點及特徵將變得顯而易見，在隨附圖式中：

圖1、圖2a、圖2b及圖2c展示根據本發明之浮動式風力渦輪機之第一具體實例，其中標塔之縱軸不同於含有兩個渦輪機之旋轉軸之幾何平面，且其中標塔之樞轉軸與該標塔之縱軸合併；圖1為風力渦輪機之透視圖，圖2a為根據第一具體實例之不同軸及平面之配置的圖解，風力渦輪機係自上方被看見，且圖2b及圖2c為垂直於含有渦輪機之旋轉軸之幾何平面之幾何平面中的側視圖；圖2b表示在不存在風之情況下在水體上處於傾斜狀態之浮動式風力渦輪機，且圖2c表示在存在風之情況下處於實質上水平狀態的圖2b中之風力渦輪機；

圖3、圖4a及圖4b展示根據本發明之浮動式風力渦輪機之第二具體實例，其中標塔之縱軸包含於含有兩個渦輪機之旋轉軸之幾何平面中，且其中標塔之樞轉軸與該標塔之縱軸合併；圖3為風力渦輪機之透視圖，圖4a為根據第二具體實例之不同軸及平面之配置的圖解，風力渦輪機係自上方被看見，且圖4b為沿著垂直於含有渦輪機之旋轉軸之幾何平面之幾何平面的側視圖；

圖5展示根據本發明之浮動式風力渦輪機之第三具體實例，其中標塔之縱軸不同於含有兩個渦輪機之旋轉軸之幾何平面，且其中標塔之樞轉軸不同於該標塔之縱軸；圖5為沿著含有垂直於渦輪機之旋轉軸之幾何平面之幾何平面的側視圖；

圖6a及圖6b為根據第三具體實例之不同軸及平面之配置的圖解俯視圖，風力渦輪機係自上方被看見，圖6a展示沿著標塔之縱軸之渦輪機之承載結構相對於標塔之垂直主部件及連接部件的旋轉，且圖6b亦展示圖6a之連接部件沿著標塔之樞轉軸相對於浮動式平台的旋轉；

圖7為展示雙葉片式渦輪機之實例的照片。

Claims (9)

1. 一種浮動式風力渦輪機（10），其包含一浮動式平台（14）及擱置於該浮動式平台（14）上之一渦輪機引擎，該渦輪機引擎至少包含： 第一及第二垂直軸叉流渦輪機（30），其相對於一第一垂直對稱平面（P1）對稱地置放，每一渦輪機包含葉片（32）， 用於該等渦輪機之一承載結構（40），其包含： 一中間垂直標塔（20），其縱軸（L）包含於該第一對稱平面（P1）內，該中間垂直標塔（20）相對於該浮動式平台（14）沿著該標塔之一樞轉軸（M）可旋轉地裝配， 頂部鏈接構件（43）及底部鏈接構件（41），其由其旋轉軸件剛性地承載該等渦輪機且在與該標塔（20）相隔之一距離處固持該等渦輪機， 其特徵在於該浮動式風力渦輪機（10）包含： 用於偵測或考量風之方向及指向的一裝置，及 該標塔（20）之一主動偏轉伺服控制裝置（50），其作用於該樞轉軸件，該控制裝置經配置及組態以使得在致動之情況下，其致使該標塔（20）移動以便實質上垂直於風之方向置放含有該等第一及第二渦輪機（30）之旋轉軸（A、A'）的一第二平面（P2）。
2. 如請求項1所述之風力渦輪機（10），其中該主動偏轉伺服控制裝置（50）經配置及組態以使得在該控制裝置未致動之情況下，該標塔（20）自由地旋轉。
3. 如請求項1或2所述之風力渦輪機（10），其中該樞轉軸（M）與該標塔（20）之該縱軸（L）合併。
4. 如請求項1或2所述之風力渦輪機（10），其中該標塔（20）具有一轉折形狀，以使得該標塔（20）包含一垂直主部件（22）及鏈接至該樞轉軸（M）之一連接部件（21），以使得該標塔之該樞轉軸（M）不同於該標塔（20）之該縱軸（L）。
5. 如請求項4所述之風力渦輪機（10），其中該垂直主部件（22）圍繞該渦輪機引擎之一樞轉軸產生該渦輪機引擎相對於該連接部件（21）之一旋轉鏈接，該樞轉軸為垂直的且相對於該標塔之該樞轉軸（M）逆風定位。
6. 如請求項5所述之風力渦輪機（10），其中該渦輪機引擎之空氣動力推力中心及/或該第二平面（P2）在該連接部件上相對於該渦輪機引擎之該樞轉軸/縱軸（L）順風置放，且在浮動式基底上相對於該轉折標塔之該樞轉軸（M）逆風置放。
7. 如請求項1至3中任一項所述之風力渦輪機（10），其中該等鏈接構件（41、43）經配置及組態以使得該承載結構之該縱軸（L）不同於該第二平面（P2），且在該偏轉伺服控制裝置（50）致動之情況下，該偏轉伺服控制裝置（50）致使該標塔（20）移動以便相對於該浮動式平台（14）相對於風之方向及指向在該第二平面（P2）下游置放該承載結構之該縱軸（L）。
8. 如請求項7所述之風力渦輪機（10），其中至少該渦輪機引擎之該等渦輪機在該平台（14）上的位置係使得該渦輪機引擎之重心偏移且在該樞轉軸（M）外部。
9. 如請求項1至8中任一項所述之風力渦輪機（10），其中該等鏈接構件（41、43）包含頂部鏈接構件（43）及底部鏈接構件（41），每一鏈接構件固持一渦輪機之一旋轉軸的一端，且其中該頂部鏈接構件（43）及該底部鏈接構件（41）在該標塔（20）之任一側上延伸以便具有一V形狀。