风轮机和基于该风轮机的风力发电站制造技术

提出了一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有安装在固定的圆柱形壳体中的垂直轴转子。该壳体设置有向外打开的遮板。转子由转芯和环形叶轮组成。该旋转转芯包括紧固在两个圆形基部之间并形成乌格林斯基转子的芯叶片。该环形叶轮被配置为围绕转芯独立旋转。叶轮包括固定在两个环形基部之间并形成芯叶片的延续部分的叶轮叶片，其中形成有公共的叶片间通道。该通道朝向转子的中心变窄。还提出了基于上述风力涡轮机的风力发电站，通过一个涡轮机在另一个之上垂直安装以形成发电塔，或者安装在高层建筑物的正面上。本发明专利技术提高了风力涡轮机的效率，并且使得可以将风力发电站并入城市环境中。并且使得可以将风力发电站并入城市环境中。并且使得可以将风力发电站并入城市环境中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风轮机和基于该风轮机的风力发电站


[0001]本专利技术涉及风力涡轮机，即具有垂直轴转子的风力涡轮机和基于该风力涡轮机的风力发电站。

技术介绍

[0002]风力涡轮机，也称为风电单元，是用于将风流的动能转换为涡轮机转子旋转的机械能，随后将其转换为电能的装置。根据涡轮机的类型，风力涡轮机被划分为具有水平和垂直旋转轴的单元。最常见的是具有水平旋转轴的风力涡轮机，它们的实际效率达到40％，但它们具有许多基本缺点。风力发电机的功率取决于由风速和扫风面积决定的空气功率，因此这种类型的工业发电机的转子尺寸非常大。这种风力涡轮机体积大，制造、安装和操作成本高。具有较大转子(1米或更大)的风力涡轮机的运行会产生特有的噪音和振动，这些噪音和振动会给人带来很大的不适。因此，其运行在人口集中的，尤其，城市区域被限制或禁止。在这种涡轮机的操作中，进一步的挑战是转子叶片的结冰，以及当风力负载过度增加时需要对其进行制动。此外，这种类型的涡轮机的转子经常杀死鸟类。
[0003]在具有垂直旋转轴的风力涡轮机中避免了一些缺点，该风力涡轮机可以基于相当紧凑的垂直轴转子，该垂直轴转子的操作不会引起人类感知的噪声和振动。这种风力涡轮机可以安装在城市环境中，特别是安装在高层建筑的屋顶上。为了增加功率，紧凑的垂直轴转子可以组合成风力发电站。
[0004]例如，已知一种风力发动机(2007年2月27日公开的RU2294452C1)，该风力发动机由一个安装在另一个上方的部分组成，每个部分包括中空圆柱形转子，该转子具有位于气流导向定子中的垂直叶片。定子又包括安装在圆形刚性基座之间的垂直叶片。转子叶片和定子叶片是圆柱面的一部分，其凸度沿转子旋转方向排列。定子叶片的曲率半径大于转子叶片的曲率半径，并且每个定子部分的叶片数量是转子的每个圆柱形元件的叶片数量的两倍。所描述的定子为转子产生定向涡旋气流，从而优化其操作条件并提高风力发动机的效率。分段设计使得可以在高度上按比例缩放风力发电机的尺寸，增加扫掠面积(所有部分的转子)，从而增加了功率，简化了发电机的维护和安装。
[0005]然而，基于具有固定叶片的定子的涡轮机的设计在效率方面不是最佳的。已知的解决方案仅提供了在高度方向上缩放风力涡轮机的尺寸。这种转子对鸟类仍有潜在的危险。也没有解决保护转子免受过大风力载荷的问题。然而，上述风力发动机是与所要求保护的专利技术最接近的技术方案，并且被选择作为其原型。
[0006]在当今社会，不断需要开发基于可再生能源的能源系统，包括风力涡轮机。非常需要提高风力涡轮机和风力发电站的效率，以及设计可结合在城市环境(例如高层建筑)中的风力涡轮机。本专利技术旨在解决这些问题。

技术实现思路

[0007]根据本专利技术，提出了一种具有垂直轴转子的风力涡轮机，其特征在于，转子安装在
配备有向外打开的遮板的固定的圆柱形壳体中，并且由转芯和环形叶轮构成。该转芯包括紧固在两个圆形基部之间并且形成乌格林斯基(Ugrinsky)转子的芯叶片。该环形叶轮被配置为围绕转芯独立地旋转并且包括紧固在两个环形基部之间的叶轮叶片。其中，叶轮叶片被构造成在所述转子横截面中形成所述芯叶片的延续。芯叶片具有朝向所述转子中心逐渐变细的共同的叶片间通道的结构。
[0008]上述涡轮机可以非常紧凑，高度约为500
‑
1000mm，宽度约为300
‑
800mm，其特征在于运行效率高，特别是在低风速下。叶轮独立地围绕转芯旋转，减少了转芯的反向扭矩，增加了涡轮的功率，原型中的定子也是如此。由于转子由两个匹配的部件制成：叶轮叶片在转子的横截面中形成芯叶片的延续，形成共同的叶片间通道，因此实现了涡轮机功率的额外增加。因此，叶轮和转芯具有相同数量的叶片。叶片间通道朝向转子中心的逐渐变细提供了进入气流速度的增加，从而增加了效率并且即使在低气流速度下也确保了涡轮机的效率。因此，叶轮首先在低风速下开始移动，从而较早地启动转芯的旋转。
[0009]带有关闭遮板的保护外壳的存在确保了涡轮机转子的保护和鸟类的安全。此外，可以提供可扩展的风力发电站，其将多个这样的涡轮机组合成单个发电联合体。因此，所提出的涡轮机可用于设计用于工业、商业和家庭、私人用途的风力涡轮机。
[0010]根据一个实施例，风力涡轮机的芯叶片和叶轮叶片相对于转子的垂直轴线倾斜。特别地，芯叶片可以具有与叶轮叶片相对于转子的垂直轴的倾斜相反的倾斜。因此，气流被连续地分流到转子内部的不同叶片间通道中，以进一步提高涡轮机的效率，特别是在低气流速度下。
[0011]根据一个实施例，风力涡轮机壳体遮板构造成在打开状态下在转子的横截面中形成叶轮叶片的延续。在这种情况下，壳体遮板承担了原型定子叶片的作用，从而优化了工作条件并提高了复合材料转子的效率。此外，遮板可以配备有进入气流的水平限流器，该水平限流器从每个遮板的上表面和下表面上的内表面以直角延伸。因此，转子的所有部件共同构造成形成共同的叶片间通道，该通道从具有限流器的壳体遮板的边缘朝向转子的中心轴线逐渐变细。
[0012]根据一个实施例，涡轮机芯叶片形成多个朝向中心逐渐变细的叶片间通道，其中一个通道穿过并形成乌格林斯基转子。芯叶片形成多于一个具有乌格林斯基转子的几何形状的贯穿叶片间通道的实施例也是可能的。例如两个、三个或四个这样的通道。根据另一实施例，涡轮芯基部和叶轮基部为楔形表面的形式，该楔形表面提供了垂直地朝向转子的中心轴线的渐缩的叶片间通道。因此，叶片间通道在水平和垂直方向上都逐渐变细，以加速转子内的气流。
[0013]根据另一实施例，风力涡轮机包括壳体遮板控制系统，该壳体遮板控制系统配置成根据可由转子壳体内部和/或外部的相应传感器测量的风载荷来自动打开和关闭遮板。因此，为转子的稳定操作提供了基本恒定的进入气流速度。
[0014]根据另一实施例，风力涡轮机包括用于加热壳体的内部空间和/或外表面的系统。此外，涡轮壳体可配备冷凝水排放系统。因此，基本上可以在任何天气和气候条件下操作涡轮机。
[0015]根据另一实施例，风力涡轮机包括两个盘式发电机，这两个盘式发电机位于涡轮机壳体的下部和上部，并连接到用于发电的转芯和/或叶轮的基部。例如，位于涡轮壳体下
部的盘式发电机可以连接到转芯的基部，而位于涡轮壳体上部的盘式发电机可以连接到叶轮的基部。
[0016]在另一方面，本专利技术提供了一种风力发电站，其包括多个上述风力涡轮机，所述风力涡轮机彼此垂直安装以形成发电柱，其中所述涡轮机彼此独立地运行。优选地被配置为向消耗者提供能量的能量存储装置可以设置在塔的底部。这种风力发电站将具有上述风力涡轮机的所有优点。此外，这种布局的风力发电站易于扩展，其特征在于易于安装和维护。实际上，根据要解决的问题，风力发电站可以以几个涡轮机单元的紧凑列的形式或以多个涡轮机单元的大型独立列的形式同样成功地实施。多个这样的风力发电站柱可以组合成基本上任何面积和功率的发电阵列。
[0017]最后，本专利技术提供了一种风力发电站，该风力发电站包括多个上述的风力涡轮机，这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有垂直轴转子的风力涡轮机，其特征在于，所述转子安装在配备有向外打开的遮板的固定的圆柱形壳体中，并且由转芯和环形叶轮构成；所述转芯包括紧固在两个圆形基部之间并且形成乌格林斯基(Ugrinsky)转子的芯叶片；所述环形叶轮被配置为围绕所述转芯独立地旋转并且包括紧固在两个环形基部之间的叶轮叶片；其中所述叶轮叶片被配置为在所述转子横截面中形成所述芯叶片的延续；所述芯叶片具有朝向所述转子中心逐渐变细的共同叶片间通道的结构。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述芯叶片和叶轮叶片相对于所述转子的竖直轴线倾斜。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其特征在于，所述芯叶片具有与所述叶轮叶片相对于所述转子的垂直轴的倾角相反的倾角。4.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述壳体遮板构造成在打开状态下在所述转子的横截面中形成所述叶轮叶片的延续。5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于，所述壳体遮板配备有进入气流的水平限流器；所述水平限流器从每个遮板的上表面和下表面上的内表面以直角延伸。6.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于，所述芯叶片形成多个朝向所述中心逐渐变细的叶片间通道，其中一个通道穿过所述乌格林斯基转子并形成所述乌格林斯基转子。7.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：提木尔，
申请(专利权)人：安特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：