利用风力产生电能的设施制造技术

一种用于产生电能的设施具有多个护罩、多个风力涡轮机、电力系统、多个模块、枢轴安装系统和支撑结构。每个护罩均具有可增加通过护罩的主风速度的喉部。多个风力涡轮机中的每个风力涡轮机均可操作地放置在多个护罩的其中之一的喉部内。电力系统适合将来自多个风力涡轮机的机械能转换为电能。支撑塔包括用于支撑护罩和表面上方的风力涡轮机的中心塔，还可包括外围塔、拉索和/或其它结构组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用风力产生电能的设施专利技术背景专利
本专利技术大体上涉及发电设备，更具体地涉及一种风力发电设施。相关技术的描述现有技术示教了使用护罩增加护罩喉部内的主风的速度，以提高涡轮机捕获风能的能力。然而，现有技术的护罩并未示教其形状既可增加穿过护罩的风量，还可使风对护罩的拖拽力最小化的护罩。例如，Yamamoto，美国7，293，960示教了包括六边形护罩的浮动风力发电设施。护罩的形状，尤其是护罩的外表面的形状会产生相当大的拖拽力。Friesth，美国2008/12417示教了包括平面和非空气动力形平面外表面的护罩， 该平面和非空气动力形平面外表面一起会产生很大的拖拽力。本专利技术示教的设施还包括可为非常高的塔结构。在这种高结构中，将拖拽力最小化以防塔被大风刮倒是很重要的。现有技术确实将一些很牢固的塔组合在一起以在很小的建筑面积内优化对风能的捕捉。Friesth示教了一种塔结构，其包括核心塔和多个用于提供横向稳定性和扭转稳定性的拉索。Weisbrich，美国5，520, 505中示出了具有相似塔结构的另一个示例。上述参考的全部内容通过引用合并到本文中。专利技术概要本专利技术示教了结构和使用方面的某些益处，其引起了以下描述的目的。本专利技术提供了利用主风产生电能的设施。该设施包括多个护罩、多个风力涡轮机、 电力系统、多个模块、枢轴安装系统和支撑结构。每个护罩均具有可增加通过护罩的主风的速度的喉部。多个风力涡轮机中的每个风力涡轮机可操作地设置在多个护罩的其中之一的喉部内。电力系统适合将来自多个风力涡轮机的机械能转换为电能。本专利技术的主要目的是提供一种设施，其具有现有技术未示教的优点。另一个目的是提供一种设施，其可在相同风速下使涡轮轴处的发电量增加至未配备有护罩的尺寸相同的风力涡轮机的发电量的大约3. 3倍。另一个目的是提供一种设施，其能够在风速大约为没有护罩的尺寸相同的涡轮机发电所需最小风速的三分之二时发电，且因此具有在许多正常风速低于传统风力涡轮机发电所需风速的地理区域发电的能力。另一个目的是提供一种设施，其能够凭借新的风能可用的地理区域在有需要的点或其附近提供电能，并降低或消除提供额外电力传输设施以传输增加的电能的需要。该位置还可降低长距离传输造成的电能损耗，从而降低用户的用电费用。另一个目的是提供一种设施，其可通过将涡轮机的输出路由至一组尺寸不同的发电机来提高发电效率，该组发电机可在更宽的风速范围内以不同范围的最佳效率运行。另一个目的是提供一种设施，其通过将模块内的两个泵的液压液体的流动与一组控制器、电机和发电机结合起来以进一步提高发电效率。另一个目的是提供一种设施,其包括相对于传统风力发电设施可大大减少风力发电所需的地面量的塔支撑结构。相对于传统风力发电设施，该结构还允许在更高的海拔高度或更大的风速下使用。更进一步的目的是提供一种设施，其尺寸可更大或更小以满足各种需要。通过以下更详细的描述并结合附图(其以示例的方式示出了本专利技术的原理)，本专利技术的其它特征和优点将很明显。附图简述附图示出本专利技术。图IA是示出根据本专利技术的实施例的支撑结构和多个模块的设施的透视图。图IB是除去支撑结构的多个模块的透视图。图2是设施的电力系统的示意图。图3A是设施的护罩的透视图。图3B是沿图3A中的线3B-3B截取的护罩的剖视图。图3C是设施的平台的透视图。图3D是护罩被切除部分的透视图，其示出位于图3中的护罩内的图3C中的平台，并且还示出护罩内的支架。图3E是护罩内部结构系统的正面剖视图。图4是模块和其上可转动地安装有模块的轨道的分解透视图。图5A是上框架的透视图。图5B是外转向架的详图。图5C是下框架的透视图。图是前内转向架的详图。图5E是后内转向架的详图。图6是模块控制系统的示意图。图7是不包括模块的支撑结构的平面图。图8是核心塔的透视图。图9是外围塔的透视图。附图说明图10是桁架和轨道系统的透视图。图11是环形桁架的透视图图12是径向桁架的正视图。图13是外围桁架的正视图。图14是轨道桁架的正视图。图15是轨道的平面图。图16是拉索对的正视图。具体实施方式上述附图示出本专利技术，即利用表面上方的主风产生电能的设施。图IA是设施的一个实施例的透视图。图IB是图IA中的设施的透视图，该设施的支撑结构已移除以便更好地示出该设施的多个模块。实施例(单独或多个安装)在建筑场地短缺的地方可最有效地满足大量电力的需求。如图IA和图IB所示，设施包括电力系统、多个护罩、多个风力涡轮机、多个模块、 枢轴安装系统和支撑结构。支撑结构支撑多个远离表面(例如，地面、水面或其它位置)的风力涡轮机以使捕获的风量最大化，并将设施的占地面积降至最低。图2示出电力系统的实施例的示意图。图2所示电力系统包括风力涡轮机204、 液压系统206、发电系统208、支柱210和平台212。液压系统206可包括泵214、控制系统 216、电机218、加上线路和其它组件220。液压系统206通过泵214将来自涡轮机204的机械能转换为流体流动形式的能量。然后，控制器216将流体流动分配给合适的液压电机 218。然后，液压电机218将流体流动转换为机械能，该机械能被传输至发电机222。电力系统的控制系统216包括将来自泵的流体流动分配至不同尺寸电机218的分配元件(例如，阀门)，和优化发电的逻辑电路。控制系统216还可接收来自模块中的多个泵214的流动,如图4所示。涡轮机204、泵214以及部分线路和其它组件220由支柱210支撑。支柱210反过来通过图3A所示的护罩支撑。控制系统216、电机218、部分发电系统208、部分液压管路和其它组件220由护罩支撑，如下文中更详细地讨论。虽然示出了电力系统的一个实施例， 但是也可利用本技术中已知的可替代的电力系统(例如，机械传动装置和其它可替代的装置)，且应在本专利技术的范围内考虑这种可替代的实施例。图3A示出多个护罩的其中之一的一个实施例。如图3A所示，护罩为空气动力空心壳，其位于风力涡轮机204周围，如图IA所示。图3A所示的护罩可以是具有水平轴324、 内表面304和外表面306的特殊环状。护罩还具有前部308和后部310。该前部和后部定位同样适用于模块的所有组件，如图4所示。风从前部308接近护罩，并从后部310离开。内表面304的最小直径D为喉部312。护罩的尺寸以及风力系统的许多其它尺寸与喉部312的直径D成比例。如图IA所示，涡轮机204位于喉部312。图3B示出了图3A中的护罩的截面。图2A和图2B中的护罩为空心的旋转壳，或由图3B所示形状围绕水平轴324旋转一整圈360度的路径所形成的环状。图3B所示形状包括点326、328、332和338，加上线330、334、336和340。更具体地，图3A所示护罩的前部 308可被定义为当图3B所示形状旋转时，点326所形成的环形。点326位于距轴324的距离为O. 7D的位置,但是其可被置于距轴324的距离范围为O. 55D至O. 95D的位置。更具体地，图3A所示护罩的后部310可被定义为当图3B所示形状旋转时，点328所形成的环形。 点328距包含点326的垂直平面的后部的水平距离为I. 但是点328距点326的后部的距离范围可以是O. 5D至2. 5D。如图3B所示，本实施例的护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.15 US 61/397,665;2011.06.15 US 13/161,4711.一种利用表面上的主风产生电能的设施，所述设施包括多个护罩，每个护罩均形成可增加通过所述护罩的主风速度的喉部；多个风力涡轮机，每个风力涡轮机均被设置在所述多个护罩的其中之一的所述喉部内；电力系统，其用于将来自所述多个风力涡轮机的机械能转换为电能；多个模块，每个模块具有所述多个护罩中的至少两个护罩和相关的风力涡轮机，以及所述电力系统的至少一部分；枢轴安装系统，其用于枢轴支撑所述多个模块中的每个模块以便所述多个模块中的每个模块可根据需要转动面向主风；和支撑结构，其支撑表面之上的所述多个模块。2.根据权利要求I所述的设施，其中，所述多个护罩中的每个护罩包括内表面和外表面，二者在其间限定封闭空腔；所述封闭空腔内的结构构件，其为所述护罩提供强度和刚度；由所述护罩支撑的多个支柱，所述支柱延伸以支撑所述喉部内的所述风力涡轮机；和所述封闭空腔内的平台，用于支撑所述电力系统的组件。3.根据权利要求I所述的设施，其中所述枢轴安装系统包括内轨道和外轨道，二者位于每个模块的上面和下面，每个轨道被安装在所述支撑结构的桁架系统上。4.根据权利要求3所述的设施，其中所述枢轴安装系统还包括安装在所述模块的上框架和下框架上的多个转向架，所述多个转向架中的每个转向架具有用于将所述转向架安装至所述内轨道或外轨道中的一个轨道的至少一个轮子，其中一些所述轮子与所述外轨道垂直啮合，因此所述模块的重量由所述外轨道支撑，且所述轮子中的一些轮子与所述内轨道水平啮合，因此由主风施加到所述模块上的水平力由所述内轨道支撑。5.根据权利要求I所述的设施，其中，所述多个护罩中的每个护罩为具有水平轴的环状。6.根据权利要求5所述的设施，其中，所述多个护罩中的每个护罩还包括在环形前缘和后缘相遇的内表面和外表面，所述环形前缘具有边缘直径，所述内表面和外表面的半径向横截面形成形状，且所述形状围绕所述护罩的所述水平轴的旋转限定出所述内表面和外表面；喉部，其由所述前缘和后缘之间的所述内表面形成并具有喉部直径(D)，所述喉部直径 (D)小于所述边缘直径，且从而相对于所述主风的速度提高通过所述喉部的风的速度；所述内表面的前部内曲线，其成形为可将通过所述喉部的风的质量和速度最大化，并将风沿所述护罩的所述内表面的扰动和拖拽力最小化，所述前部内曲线从所述环形前缘的某一点开始，所述点与所述护罩轴的距离为O. 55D至O. 95D，所述前部内曲线在与垂直于所述轴的平面成十五度角以内的方向上向所述轴延伸，并在与所述轴平行的十五度角以内的方向上在所述喉部终止；和所述外表面的前部外曲线，其成形为与所述前部内曲线的形状一起将通过所述喉部的风的质量最大化，且其可成形为使风沿所述护罩的所述外表面的扰动和拖拽力最小化，所述前部外曲线从所述环形前缘开始，并在与垂直于所述轴的平面成十五度角以内的方向上远离所述轴延伸，并在与所述轴平行的十度以内的方向上终止，且所述前部外曲线与所述轴的距离为O. 6D M2. OD07.根据权利要求I所述的设施，其中，所述模块中的每个模块包括至少两个所述护罩， 所述至少两个护罩面向相同方向，且由位于所述至少两个护罩上的水平上框架和位于所述至少两个护罩下的水平下框架连接。8.根据权利要求7所述的设施，其中，每个所述模块还包括对角连接在所述上框架和所述下框架之间的至少两个框架拉索对，其用于为所述模块提供结构稳定性和尺寸稳定性，所述框架拉索对其中之一在所述上框架和所述下框架的前部处的垂直平面内，且另一个框架拉索对在所述上框架和所述下框架的后部处的垂直平面内。9.根据权利要求8所述的设施，其中所述模块中的每个模块还包括模块控制系统，所述模块控制系统包括风向感应装置、模块控制装置和用于驱动多个轮子以使所述模块转动面向所述主风的多个电机。10.根据权利要求I所述的设施，其中所述电力系统包括每个所述模块中的液压系统，其包括i.液压泵，其可操作地连接至所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机；和 .电能控制器，其用于可操作地将来自所述液压泵的流体流动引导至所选择的液压电机以将所述流体流动转换为机械能；直流电系统，其具有将来自所述液压电机的机械能转换为直流电的发电机；模块总线，其将由所述选择的液压电机生成的所有直流电聚集在所述模块内；和公用直流总线，其用于收集来自所有所述模块的直流电。11.根据权利要求10所述的设施，其中所述电力系统还包括交流电转换器，其可操作地连接至所述公用直流总线以将直流电转换为同步输送至电网的交流电。12.根据权利要求I所述的设施，其中所述支撑结构包括核心塔；和设置于所述核心...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·H·贝克，
申请(专利权)人：B·H·贝克，
类型：
国别省市：