风力涡轮机制造技术

一种变桨距竖直轴线风力涡轮机，包括：轮毂和叶片，该轮毂被支撑以围绕中心轴线旋转，该叶片枢转地安装到轮毂，以允许叶片和轮毂之间的相对旋转。叶片和轮毂之间限定了桨距角。风力涡轮机包括构造成在轮毂围绕中心轴线旋转期间产生往复运动的机构。该风力涡轮机包括连杆，该连杆构造成将由该机构产生的往复运动传递到叶片，从而改变桨距角。

Wind turbine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机本专利技术涉及风力涡轮机，并且尤其涉及变桨距竖直轴线风力涡轮机。风力涡轮机是将风中存在的动能转换为有用功的设备，所述有用功例如机械能或电能。风力涡轮机通常包括转子，该转子可以被风吹动以产生旋转运动，然后该旋转运动用于为发电机供能。转子的直径可以从低功率应用(例如，在生存或露营设备中)的几厘米向上变化到高功率应用(例如，在主电源中的应用)的150米或更大。风力涡轮机的设计通常可以归为两种类型之一，即：水平轴线风力涡轮机(Horizontalaxiswindturbine，HAWT)和竖直轴线风力涡轮机(Verticalaxiswindturbine，VAWT)。HAWT的特征在于转子被支撑以绕水平轴线旋转。通常，HAWT转子包括三个具有翼型形状的横截面的叶片，这些叶片被支撑在中心轮毂上。当风接近转子时，翼型形状的叶片使风偏转，从而使叶片与轮毂一起绕水平轴线旋转。与HAWT相比，VAWT是风力涡轮机的一种较不常见的构造，其包括一个转子，该转子被支撑以绕竖直轴线旋转。通常，这种VAWT的转子包括由轮毂支撑的一个或多个叶片。发电机或其他合适的旋转功率转换器连接至轮毂，以将轮毂的旋转能转换为有用功和/或电能。与HAWT相比，所有VAWT的共同之处在于，当叶片绕竖直轴线旋转时，有半圈旋转将与风向相同，而另一半圈的旋转将与风向相反。这样，为了使叶片旋转，由随风旋转的转子的一半从风中吸收的动能量必须足够大，以允许叶片克服与将所述转子的一半移入迎风方向相关的任何阻力。Savonius型VAWT能够通过具有大致半圆形的凹形叶片来实现这种旋转，该凹形叶片构造成在风进入其凹面时表现出相对较大的阻力(以使叶片有效地“铲起”风)，而在其凸面具有相对较低的阻力。Darrieus型VAWT是VAWT的另一种设计，它能够通过使用具有翼型形状的叶片来实现这种旋转，所述翼型形状会产生升力，从而使轮毂绕竖直轴线旋转。由于Darrieus型VAWT由升力而不是阻力驱动，因此，在低风速下，叶片通常无法产生足够的升力来引起转子的旋转，因此，此类风力涡轮机通常包括用于在低风速下启动旋转的电动机。此外，随着风速的增加，转子的旋转速度也增加，从而导致向风力涡轮机的部件施加高离心力。在如此高的风力条件下，Darrieus型风力涡轮机通常会受到机械制动或简单地停机的限制。这样，Darrieus型风力涡轮机可以在其中操作的风速范围相对狭窄。无论是在本文中还是在其他地方，都存在消除或减轻现有技术的一个或多个问题的需求。根据本专利技术的第一方面，提供了一种变桨距竖直轴线风力涡轮机，其包括：轮毂，该轮毂被支撑以围绕中心轴线旋转；叶片，其枢转地安装到轮毂上，以允许叶片和轮毂之间的相对旋转，叶片和轮毂之间限定了桨距角；机构，其构造成在轮毂绕中心轴线旋转期间产生往复运动；以及连杆，其构造成将由机构产生的往复运动传递到叶片，以改变桨距角。叶片被风吹动时会产生诸如升力和阻力之类的空气动力。升力和阻力产生作用在叶片上的净合力，该净合力使叶片沿着由轮毂的旋转所定义的圆形路径绕中心轴线旋转。当叶片相对于迎风方向布置在其最上游位置和最下游位置时，叶片产生最大升力。通过在叶片绕中心轴线旋转时改变桨距角，可以在圆形路径的上游部分和下游部分产生更大的升力，同时将当叶片直接移入或移离迎风时产生的阻力最小化。这样，提高了风力涡轮机的效率。如果叶片产生的升力不够大，叶片将不会绕中心轴线旋转，并且风力涡轮机将不会产生任何动力。叶片产生的升力的量由叶片相对于迎面而来的空气(即：从叶片的角度看气流方向)的迎角确定。通过增加迎角，例如通过增加或减小桨距角，叶片可以产生更大的升力，因此，对于给定的风速，风力涡轮机产生了更大的动力，并且此外，风力涡轮机还能在增加的风速范围内运转。这样，风力涡轮机能够以相对较低的风速开始旋转并产生动力，因此不需要启动马达来启动旋转。应当理解，“桨距角”是指叶片的翼弦与叶片围绕中心轴线旋转时由叶片所界定的圆形路径的切线之间的相对角度。当弦与叶片的路径相切时，桨距角为零。当叶片的前缘在叶片的后缘的径向外侧时，测得正的桨距角，当叶片的前缘在后缘的径向内侧时，测得负的桨距角。由于该机构产生的往复运动，每绕中心轴线旋转一圈叶片的桨距角就以正弦方式在最大桨距角和最小桨距角之间变化。最大桨距角可以是正的桨距角，最小桨距角可以是负的桨距角。最大桨距角与最小桨距角之间的变化称为桨距角的幅度。应当理解，该机构可以基本上是构造成产生往复运动的任何机构。因此，该机构包括机械、电气或液压元件，包括马达、泵等。应当理解，“枢转地安装”是指叶片可以相对于轮毂、绕不是中心轴线的轴线旋转。叶片可以直接或间接地，例如经由支柱等，枢转地安装到轮毂。尽管本专利技术的第一方面涉及竖直轴线风力涡轮机，但是应当理解，术语“竖直轴线”不旨在限制风力涡轮机相对于重力的定向。相反，术语“竖直轴线风力涡轮机”旨在表示其中一个或多个叶片的功产生部分大致平行于轮毂的中心轴线延伸的任何风力涡轮机。这样，可以将竖直轴线风力涡轮机定位成使其中心轴线水平地延伸。尽管如此，本专利技术的第一方面的风力涡轮机的中心轴线可以定向为使得其基本竖直。将理解的是，叶片可以是例如笔直的、螺旋的、弓形的等。该机构可以包括能够相对于中心轴线倾斜的定子部分，以在之间限定倾斜角。“能够相对于中心轴线倾斜”是指定子部分可绕垂直于中心轴线的轴线(例如水平轴线)旋转。当定子部分相对于中心轴线倾斜时，这将偏心元件引入机构中，该机构可用于产生往复运动。例如，该机构的一部分可以构造成与叶片和轮毂一起相对于定子部分绕中心轴线旋转。因此，定子板的倾斜可导致机构的所述部分响应于叶片和轮毂的旋转而沿中心轴线上升和下降，从而产生往复运动。因为定子部分是可倾斜的，所以应当理解，由该机构引起的往复运动本质上将是正弦的。此外，往复运动是由叶片围绕中心轴线的运动来限定的，因此往复运动与叶片的旋转具有相同的频率。这样，可以同步地连续地调节叶片的桨距角与叶片绕中心轴线的旋转。应当理解，“倾斜角”是指定子部分与大体正交于中心轴线和定子部分的旋转轴线的轴线之间的角度。倾斜角可以是正的或负的，并且当定子部分对准以使得定子部分的纵向轴线平行于中心轴线时，倾斜角为零。该机构可以进一步包括转子部分，该转子部分由定子部分支撑并相对于定子部分旋转，其中转子部分构造成与叶片一起绕中心轴线旋转。转子部分可以由轮毂支撑，使得叶片、轮毂和转子部分构造成绕中心轴线同步地旋转。因此，叶片绕中心轴线的旋转提供了驱动力以产生往复运动。例如，当定子部分相对于中心轴线倾斜时，这可能产生转子部分的相应倾斜。在使用期间，对于转子部分绕中心轴线每旋转一整圈，转子部分上的点将从最大高程摆动到最小高程，然后再次返回。连杆可以连接到转子部分，以便将所述点的运动转换为往复运动，该往复运动通过连杆传递到叶片。转子部分可以由定子部分支撑，以使得转子部分构造成与定子部分一起绕大致正交于中心轴线的轴线倾斜。例如，该机构可以包括轴承装置，该轴承装置构造成允许转子部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变桨距竖直轴线风力涡轮机，包括：/n轮毂，该轮毂被支撑以围绕中心轴线旋转；/n叶片，所述叶片枢转地安装到所述轮毂上，以允许所述叶片和所述轮毂之间的相对旋转，所述叶片和所述轮毂之间限定了桨距角；/n机构，所述机构构造成在所述轮毂绕所述中心轴线旋转期间产生往复运动；以及/n连杆，所述连杆构造成将由所述机构产生的往复运动传递到所述叶片，以改变所述桨距角。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170704 GB 1710753.31.一种变桨距竖直轴线风力涡轮机，包括：
轮毂，该轮毂被支撑以围绕中心轴线旋转；
叶片，所述叶片枢转地安装到所述轮毂上，以允许所述叶片和所述轮毂之间的相对旋转，所述叶片和所述轮毂之间限定了桨距角；
机构，所述机构构造成在所述轮毂绕所述中心轴线旋转期间产生往复运动；以及
连杆，所述连杆构造成将由所述机构产生的往复运动传递到所述叶片，以改变所述桨距角。


2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述机构包括定子部分，所述定子部分能够相对于所述中心轴线倾斜以在之间限定倾斜角。


3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述机构还包括转子部分，该转子部分由所述定子部分支撑并相对于所述定子部分旋转，其中所述转子部分构造成与所述叶片一起绕所述中心轴线旋转。


4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其特征在于，所述定子部分构造成接收与所述叶片的运动无关的旋转输入。


5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机还包括风向标，所述风向标被支撑以相对于所述轮毂旋转，所述风向标构造成产生用于与所述迎风方向对准的所述定子部分的旋转输入。


6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机还包括轴，所述轴具有安装在其上的所述风向标和所述定子部分。


7.根据权利要求2至6中任一项所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机还包括构造成调节所述定子部分的所述倾斜角的调节器。


8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其特征在于，所述调节器包括致动部分，所述致动部分构造成响应于飞锤相对于所述中心轴线的径向运动而产生线性运动。


9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其特征在于，所述调节器还包括偏置构件，所述偏置构件构造成将所述飞锤偏置到径向最内位置。

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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·钟，大卫·邓菲，
申请(专利权)人：维特根有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB