具有自动偏斜框架的风力涡轮机制造技术

提供了一种风力涡轮机组件。该组件包括支撑结构和安装在支撑结构上的风力涡轮机。风力涡轮机包括：具有叶片的正面，限定用于结合进入的风的表面区域；滚动轴，风力涡轮机能响应于进入的风而相对于滚动轴旋转以驱动发电机；支撑结构限定水平偏斜轴，风力涡轮机能相对于水平偏斜轴向前倾斜和向后倾斜；偏斜轴将风力涡轮机的表面区域划分成大小不相等的上部和下部；其中风力涡轮机的正面上进入的风施加不相等的力到风力涡轮机的表面区域的上部和下部，导致风力涡轮机相对于偏斜轴倾斜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年1月31日提交的美国临时申请61/934191名称为用于卸载风力涡轮机遭遇的破坏性风的自动偏斜框架的优先权。该申请通过引用将其全部内容明确地并入本文。本申请还涉及于2009年8月21日提交的美国专利申请12/461719，该申请的内容通过引用明确地并入本文。
本文描述的各种实施例通常涉及风力涡轮机的框架。更具体地，实施例涉及风力涡轮机的框架，该框架允许涡轮机相对于水平偏斜轴旋转以抵消高风的影响。
技术介绍
现代，风力驱动的发电机诞生于1970年代晚期。直到1970年代早期，风能满足小的机会市场，该机会市场供应用于磨谷物和泵水的机械能以及用于乡村电池充电的电力。除电池充电器和具有较大的电力产生的机器的少有实验外，1850年和甚至1950年的风力站与它们所源自的原始装置区别很小。截止2014年7月，风能提供了大约4％的美国总的电量生成。大多数现代风力涡轮机具有典型地安装在60-80米塔顶上的直径为10-80米的多叶片转子。另一种已知的涡轮机设计称为“镶边的”涡轮机，其中明显多于三个叶片被安装到内毂和在它们的内侧末端处及在它们尖端的外边缘处。数十年来，这种类型的涡轮机在乡村农场一直被广泛用于泵送灌溉水。在这两种情况下，叶片可相对于旋转轴基本上等距延伸。每个叶片都具有选择的空气动力学形状以在有风的情况下施加旋转扭矩，所述旋转扭矩使叶片在几何中心相对于旋转轴旋转。叶片定形成响应于通常平行于旋转轴移动的主风而产生该旋转。风速与机械部件上的力之间的关系基于y＝x3的关系。因此，相对于15英里每小时的风产生的应力，30英里每小时的风将导致8倍以上的应力，60英里每小时的风将导致64倍以上的应力，120英里每小时的风将导致512倍以上的应力。夏威夷的风力涡轮机的认证要求风力涡轮机必须能够承受偶然的飓风力量的风，而且必须和风力涡轮机仅遇到平均风速相当于15英里每小时，或飓风级别大致在3级范畴时的承受强度的512倍一样强。现有技术的风力涡轮机(a)必须因此明显过度建设以承受其使用寿命中一个非常小的百分比期间发生的破坏性暴风，或者(b)限制于将不经受破坏性风的非常少的地理区域中不实用的位置。现有技术包含多种设计以改变相对于风的叶片的导向从而减少应力。例如，申请人的美国公开专利2010-0140949展示出了设计，在该设计中单个叶片可以被缩回到关闭位置。并入本文的美国专利申请12/461719展示出了一种设计，在该设计中进入风力涡轮机简单地被移动到水平面，其中叶片不面对风。附图说明根据本公开的各种实施例将参考图进行描述，其中：图1展示了本专利技术的实施例在静止或最小风条件下的前视图。图2展示了与图1相比较的处于更高风导向的图1的实施例。图3展示了与图2相比较的处于更高风导向的图1的实施例。图4展示了与图3相比较的处于更高风导向的图1的实施例。图5展示了处于基本上平行位置的图1的实施例。图6展示了在静止或最小风条件下的本专利技术的实施例的后视图。图7展示了与图6相比较的处于更高风导向的图6的实施例。图8展示了与图7相比较的处于更高风导向的图6的实施例。图9展示了与图8相比较的处于更高风导向的图6的实施例。图10展示了处于基本上平行位置的图6的实施例。图11展示了在静止或最小风条件下的本专利技术的实施例前视图。图12展示了与图1相比较的处于更高风导向的图11的实施例。图13展示了与图2相比较的处于更高风导向的图11的实施例。图14展示了与图3相比较的处于更高风导向的图11的实施例。图15展示了处于基本上平行位置的图11的实施例。图16展示了在静止或最小风条件下的本专利技术的实施例的后视图。图17展示了与图16相比较的处于更高风导向的图16的实施例。图18展示了与图17相比较的处于更高风导向的图16的实施例。图19展示了与图18相比较的处于更高风导向的图16的实施例。图20展示了处于基本上平行位置的图16的实施例。图21展示了在静止或最小风条件下本专利技术的实施例的前视图。图22展示了与图21相比较的处于更高风导向的图21的实施例。图23展示了与图22相比较的处于更高风导向的图21的实施例。图24展示了与图23相比较的处于更高风导向的图21的实施例。图25展示了处于基本上平行位置的图21的实施例。图26展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图27展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图28展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图29展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图30展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图31展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图32展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图33展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图34展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图35展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图36展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图37展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图38展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图39展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图40展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图41展示了处于特定旋转和倾斜位置的图1的实施例。图42展示了风力涡轮机驱动的发电机。图43展示了悬挂在电缆上的本专利技术的实施例的悬吊版本。图44展示了悬挂在电缆上的多个悬吊实施例。图45展示了本专利技术另一实施例的立体图。具体实施方式在下面的描述中，各种实施例在附图的图中将作为示例以及不作为限制来展示。对该公开中的各种实施例的引用不一定是相同的实施例，以及这样的引用意指至少一个。尽管讨论特定的实现和其他细节，要理解的是，这样做仅仅为了说明的目的。本领域技术人员将意识到，在不脱离要求权利的主题的范围和精神的情况下，可以使用其他部件和配置。本申请的实施例针对减轻风速的破坏力的水平轴风力涡轮机的偏斜框架，该破坏力将造成涡轮机和安装涡轮机的结构的破坏。该设计可以使用仅三分之一的结构强度或更小的质量和现有技术中典型商业涡轮机更少的成本满足认证标准。图1-41展示出了根据本专利技术的一个实施例的风力涡轮机组件100。图1-41中的每个显示了基于周围条件的风力涡轮机组件100的不同视图和/或导向。本文中提及的各种图在以下程度上用于描述实施例的方面：这些方面从特定图的特定视图/方向可以是最佳可见的，但图1-41中示出的所有视图是相同的实施例。作为参考，风力涡轮机组件100面向进入的风的面在本文中称为前侧，相对的面在本文中称为后侧。类似地，从前侧向前指向风的方向是向前方向，从后侧向后指向的方向是向后方向。现在，具体参照图1和图42，风力涡轮机组件100包含具有多个叶片102的风力涡轮机101，该叶片安装于在风力下旋转的中央毂104上。毂104内(或对于其外部)的马达(发电机)4202由旋转驱动并由于其经由电缆4204而产生电力。在图1展示的实施例中，尽管本专利技术不限于任何特定的涡轮机架构，该涡轮机101与在美国专利申请12/461719中展示的是一致的。现在，参照图1和图11，支撑结构将涡轮机101安装在空中。该支撑结构包含桅杆106和可旋转地安装在桅杆106上的轭108。优选的是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机组件，包括：支撑结构；风力涡轮机，安装在所述支撑结构上，所述风力涡轮机包含：具有叶片的正面，所述正面限定用于结合进入的风的表面区域；滚动轴，所述风力涡轮机能响应于进入的风而相对于所述滚动轴旋转以驱动发电机；所述支撑结构限定水平偏斜轴，所述风力涡轮机能相对于所述水平偏斜轴向前倾斜和向后倾斜；所述偏斜轴将所述风力涡轮机的所述表面区域划分成大小不相等的上部和下部；其中在所述风力涡轮机的所述正面的进入的风施加不相等的力到所述风力涡轮机的所述表面区域的所述上部和所述下部，导致所述风力涡轮机相对于所述偏斜轴倾斜；其中所述风力涡轮机与支撑装置被平衡以允许所述风力涡轮机基于进入的风速相对于所述偏斜轴自然地倾斜成多个位置，所述多个位置至少包含：响应于特定风速的基本上垂直的位置；响应于比所述特定风速更高的风速的高风位置，所述高风位置相对于所述基本上垂直的位置处于非零角度，以减少作用在所述组件上的物理应力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.31 US 61/934,1911.一种风力涡轮机组件，包括：支撑结构；风力涡轮机，安装在所述支撑结构上，所述风力涡轮机包含：具有叶片的正面，所述正面限定用于结合进入的风的表面区域；滚动轴，所述风力涡轮机能响应于进入的风而相对于所述滚动轴旋转以驱动发电机；所述支撑结构限定水平偏斜轴，所述风力涡轮机能相对于所述水平偏斜轴向前倾斜和向后倾斜；所述偏斜轴将所述风力涡轮机的所述表面区域划分成大小不相等的上部和下部；其中在所述风力涡轮机的所述正面的进入的风施加不相等的力到所述风力涡轮机的所述表面区域的所述上部和所述下部，导致所述风力涡轮机相对于所述偏斜轴倾斜；其中所述风力涡轮机与支撑装置被平衡以允许所述风力涡轮机基于进入的风速相对于所述偏斜轴自然地倾斜成多个位置，所述多个位置至少包含：响应于特定风速的基本上垂直的位置；响应于比所述特定风速更高的风速的高风位置，所述高风位置相对于所述基本上垂直的位置处于非零角度，以减少作用在所述组件上的物理应力。2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述支撑结构包含至少一个表面，当所述风力涡轮机响应于所述特定风速以上更高的风速而相对于所述偏斜轴旋转时，所述至少一个表面用于与风逐渐结合，其中在飓风条件下，连同所述风力涡轮机和所述支撑结构的平衡的所述至少一个表面与飓风的结合使所述风力涡轮机旋转成并保持基本上水平的位置。3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述至少一个表面是桨，所述桨与所述滚动轴基本上平行。4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述支撑结构包含至少一个弹簧，所述至少一个弹簧连接成偏压所述风力涡轮机以在与进入的风所导致的方向相对的方向上相对于所述偏斜轴旋转。5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述支撑结构包含桅杆、连接到所述桅杆的至少一个臂、和枢转地连接到所述至少一个臂和所述风力涡轮机的后侧的支撑件。6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述支撑结构包括连接到所述支撑件的至少一个弹簧，所述至少一个弹簧以与进入的风所导致的方向相反的方向相对于所述偏斜轴偏压所述风力涡轮机。7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述水平偏斜轴平行于并穿过所述涡轮机。8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，还包含限定垂直轴的所述支撑结构，所述风力涡轮机能相对于所述垂直轴旋转以导向成进入的风。9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件还包括包含鳍的所述支撑结构，所述鳍用于与进入的风相结合以相对于扭转轴驱动所述风力涡轮机与所述进入的风对齐。10.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述偏斜轴位于所述滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·彼得雷，
申请(专利权)人：自然动力概念公司，
类型：发明
国别省市：美国;US