一种垂直轴风力涡轮机(1)，包括涡轮机转子，所述涡轮机转子具有旋转轴以及至少一个叶片(2)，所述叶片(2)与所述涡轮机的所述旋转轴分开并且安装为绕所述旋转轴旋转。所述叶片具有至少一个纵向表面，所述纵向表面与所述旋转轴基本平行并且用于在使用时与入射在所述涡轮机转子上的风接合。所述叶片是两部分式叶片，第一前叶片部(7)枢转地连接至第二后叶片部(8)。所述涡轮机包括用于控制所述叶片的螺距和曲度的螺距控制装置和曲度控制装置。所述螺距控制装置是在所述第一前叶片部上的枢轴，所述螺距枢轴(24)沿着由第一物理路径部件(10)限定的螺距路径可导向，以及所述曲度控制装置是在所述第二后叶片部上的曲度枢轴，所述曲度枢轴沿着由第二物理路径部件(11)限定的曲度路径可导向。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用作风力涡轮机的涡轮机。本专利技术涉及具有带旋转轴的涡轮机转子并且包括与涡轮机的旋转轴间隔开的叶片的涡轮机，其中，叶片的纵轴与转子的旋转轴基本平行。虽然本专利技术也适用于诸如潮汐涡轮机等水驱动涡轮机，但是本专利技术的实施例在用作垂直轴风力涡轮机的一部分时尤其有利。
技术介绍
达里厄(Darrieus)式垂直轴风力和水力涡轮机是众所周知的(例如见US2011/0006526)。这类涡轮机具有若干已知的缺点，包括:效率低、启动转矩缺失以及振动过大。为了克服这些缺点中的一些，已经提出了一些涡轮机布置，这些涡轮机布置具有用于调整涡轮机叶片的螺距的机构。达里厄涡轮机并未达到所期望的效率或效果。这被认为是由于物理应力以及实际设计和实际风况(不可能始终一致)所带来的限制。此外，难以使达里厄涡轮机自启动。已经提出了若干布置来改善达里厄或垂直轴风力涡轮机的性能。冲角(angle of attack)是指在入射流体的方向与在机翼(诸如，祸轮机叶片)上的基准线之间的角度。机翼(诸如，风力涡轮机叶片)的螺距角或螺距是机翼相对于固定参照物(诸如，风力涡轮机的基座)或地平线的角度。对于处在方向不改变的风中的风力涡轮机，螺距用于衡量冲角。螺距也可以定义为施加至叶片根部的角旋转。已知的是机翼的螺距会影响入射流体(例如，在风力涡轮机上的风)施加在机翼上的转矩，因此会影响来自涡轮机(包括机翼叶片)的输出。各种用于控制垂直轴风力涡轮机的叶片的螺距的布置是已知的。布置，诸如在 US 2011/0006526 AU WO 2011/130797 AU WO 2011/144830 Al、FR 2 924 182 AU US 3, 382, 931 Al 和 WO 201/0305569 Al 中公开的布置，旨在通过使用凸轮布置来控制垂直轴风力涡轮机的叶片的螺距，借此提供居中定位的凸轮且联接至叶片的凸轮随动器跟随凸轮，从而使叶片在绕涡轮机的旋转轴移动时枢转。WO 2011/130797公开了一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有呈环或导向件形式的螺距控制装置，该螺距控制装置定位在轴周围并且经由连杆或线联接至各个叶片的尾端以在涡轮机转子旋转期间控制各个叶片的螺距。该环或导向件安装为使得其自身可以随着涡轮机的旋转而移动。使该环或导向件能够移动的机构创建了被动控制系统，从而使得叶片的位置部分地由风的强度和方向确定，从而至少部分地自我调整。该布置制造复杂并且容易发生故障。被动控制系统(诸如WO 2011/130797中的被动控制系统)也无法提供对叶片曲度的控制。FR 2 924 182公开了一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有用于控制螺距的凸轮布置。绕涡轮机转子的旋转轴设置有不规则中心凸轮轨道并且凸轮随动器通过臂或连杆连接至叶片。设置单个不规则中心凸轮轨道和在凸轮随动器上的一系列连杆产生会振动和颤动的复杂布置，并且极难针对不同的风况进行调整。用于将中心凸轮随动器连接至各自的叶片的控制杆或连杆示出为与各自的支撑臂平行。然而，这些控制杆或连杆在使用时需要将叶片拉至与该臂不平行的角度。这可能会导致高摩擦力以及高振动和颤动。US 3, 382, 93UUS 2011/0006526,WO 2011/144830 和 US 2011/0305569 全部公开了与达里厄所提出的初始布置相似的布置，其中，借助于提供连接至中心螺距控制单元的连杆或杆体从而使它们绕相对于涡轮机转子的旋转轴偏心定位的点旋转来实现螺距控制。这类布置也具有振动过大因此损耗过大的缺点。本申请的专利技术人已经了解到，具有连接至共用中心轮毂或枢轴的刚性杆或连杆会导致应变和振动，这是由于涡轮机的相对侧受到非常不同的风况这一事实导致的，因此，相对的连杆或杆体施加不同的力并导致失衡。用于垂直轴风力涡轮机的螺距控制装置在商业上未取得成功。已经存在有许多设计，但可用的测试数据中无一具有前景。现有和已知的装置尚未充分解决振动、摩擦以及性能低的问题。虽然可变螺距似乎是垂直轴风力涡轮机的冲角在涡轮机每次旋转期间产生大变化(由此产生的显著动力加载波动，这会导致疲劳并且降低涡轮机的性能)的原因，但是尚未发现成功的设计。因此，已知的垂直轴式涡轮机并非如想象中强效，且在不具有螺距控制的当前垂直式设计中存在疲劳后果。US 3，382，931、US 2011/0006526、FR 2 924 182、WO 2011/130797 和 US2011/0305569公开了风力涡轮机，其中，一些叶片的叶片螺距角由杆体控制，所述杆体将各个叶片连接至中心凸轮轨道或单个中心轴承，所述单个中心轴承绕偏离涡轮机叶片的旋转轴的轴线旋转。如上面论述的，本申请的专利技术人第一个了解到，从单个中心轨道或轴承延伸出至一些叶片的杆体的该布置会导致低性能。导致低性能的原因并不完全清楚，但是相信是因为在实际应用中叶片和杆体并非完全刚性，叶片之间的距离在叶片旋转时会不可避免地发生轻微变化，这是因为在其旋转期间不同点处的力存在差异。这些差异导致振动。旋转和/风或流体速度越快，这种效应越大，这是因为在旋转时不同点之间的差异变大。机翼(诸如，涡轮机叶片)的曲度实际上是机翼的形状或曲率。机翼的曲度可以由曲度线限定，该曲度线是在机翼的上下表面之间的中间的曲线。US 2010/0096854 Al公开了一种可被主动控制的垂直轴风力涡轮机。各个叶片均为两部分式，并且各个叶片的螺距和曲度由设置在叶片中或靠近叶片的马达控制，这些马达可控地移动各个叶片的两个部分从而改变叶片螺距和曲度。该布置要求复杂的数据处理以控制各个马达。而且，这些马达需要具有大功率，并且由于使叶片部在旋转时移动所需之力非常大，所以难以进行精确控制。US 2010/0054936和DE 20 2010 002 046 U也公开了通过使用位于涡轮机叶片中或靠近涡轮机叶片的受计算机控制的致动器来控制各个风力涡轮机叶片的曲度(和/或螺距)的布置。如上面针对US 2010/0096854所论述的，在使用时，叶片迅速移动且受到非常大的力。因此，适合控制叶片的致动器或马达因此必须能够提供非常高的力，以改变移动的叶片的冲角或螺距角以及形状或曲度。因此，所需致动器或马达昂贵且容易发生故障。而且，将致动器定位在叶片处或靠近叶片会使致动器的维护和更换困难、耗时且成本高。WO 2004/079187公开了一种具有被动曲度导向件的风力涡轮机。该风力涡轮机无法达成对曲度的精确控制，因此无法在各自的叶片的旋转中达成不同点处曲度性质的最佳化。
技术实现思路
本专利技术提供了一种如权利要求1所述的涡轮机，现在应参考权利要求1。本专利技术的各个实施例的优选特征在从属权利要求项中进行了陈述，也参考各个从属权利要求项。本申请专利技术人是第一个了解到，可通过利用简单且鲁棒(robust)的物理或机械控制而非借助于精确但易发生故障的电子控制来控制曲度和螺距的反直观步骤，达成对与系统(如US 2010/0096854的系统)相关联的复杂且困难的控制问题的解决方案。本专利技术人是第一个了解到，可使用物理或机械凸轮型控件布置来有效地控制涡轮机叶片的螺距和曲度，并且这种控制可显著提高垂直轴风力涡轮机的效率。本专利技术的实施例提供了一种通过确保螺距和曲度枢轴跟随由各自的第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种涡轮机(1)，包括涡轮机转子，所述涡轮机转子具有旋转轴以及至少一个叶片(2)，所述叶片(2)与所述涡轮机的所述旋转轴分开并且安装为绕所述旋转轴旋转，所述叶片具有至少一个纵向表面，所述纵向表面与所述旋转轴基本平行并且用于在使用时与入射在所述涡轮机转子上的流体接合，以及所述叶片是两部分式叶片，第一前叶片部(7)枢转地连接至第二后叶片部(8)，所述涡轮机进一步包括用于控制所述叶片的螺距的螺距控制装置和用于控制所述叶片的曲度的曲度控制装置，所述螺距控制装置包括螺距枢轴(24、41)，所述第一前叶片部设置为绕所述螺距枢轴枢转并且所述螺距枢轴沿着由第一物理路径部件(10)限定的螺距路径可导向，以及所述曲度控制装置包括曲度枢轴(27、65)，所述第二后叶片部设置为绕所述曲度枢轴枢转并且所述曲度枢轴沿着由第二物理路径部件(11)限定的曲度路径可导向。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·弗雷德里克·卡纳克·惠尼，
申请(专利权)人：超级垂直轴风力机有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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