專利名稱：自導(dǎo)向風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)自導(dǎo)向風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)方案，在該設(shè)計(jì)方案中，本發(fā)明致力于簡(jiǎn)化此類機(jī)組的運(yùn)行、使其具有更大的自由度、并為其提供了自導(dǎo)向構(gòu)架和自穩(wěn)定風(fēng)輪，在這種設(shè)計(jì)方案中，利用風(fēng)力本身來(lái)保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)，而不是使其被風(fēng)力破壞，如果風(fēng)力渦輪機(jī)已經(jīng)用于產(chǎn)生“風(fēng)力電流”，則能更好地利用所述風(fēng)力，且確保渦輪機(jī)的構(gòu)架、底座或地基能抵御大于額定值的作用力。本發(fā)明的一項(xiàng)特性能減少進(jìn)行組裝和維護(hù)的工時(shí)和成本，并減少了建造所必需的基礎(chǔ)設(shè)施的時(shí)間和成本，因而，本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)是一種具有很高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品，其適于用來(lái)建造與電網(wǎng)相聯(lián)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和/或用在利用風(fēng)能來(lái)進(jìn)行泵送、節(jié)省能源的情況，以及用在孤立于電網(wǎng)之外的情況中，其中，所述特性是指機(jī)組的構(gòu)架可發(fā)生傾斜，甚至傾斜到使軸頭和風(fēng)輪非常接近于地面的位置點(diǎn)。
背景技術(shù)：
世界上大部分風(fēng)力機(jī)組采用的都是三葉式水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。然而，現(xiàn)有技術(shù)中也存在大量低功率的風(fēng)力泵和風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但它們只占總裝機(jī)量中很小的一部分(無(wú)太大重要意義)。
對(duì)于一般尺寸規(guī)格的各種機(jī)組，技術(shù)的完備程度也是不同的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的規(guī)格尺寸已經(jīng)從功率75kW、直徑15m逐漸增大到直徑40-65m、標(biāo)定功率為500-1500kW，所有這些機(jī)組均帶有迎風(fēng)(上風(fēng)式)的三個(gè)槳葉、和背風(fēng)(下風(fēng))的管架。在風(fēng)力渦輪機(jī)的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，尚未出現(xiàn)任何重大的革新。整個(gè)技術(shù)發(fā)展過(guò)程是由幾個(gè)方面的進(jìn)展組成的在提高生產(chǎn)收益方面，進(jìn)展體現(xiàn)在對(duì)設(shè)計(jì)及制造工藝的優(yōu)化和改進(jìn)，從而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)用性提高；在降低安裝、工作和維護(hù)成本方面，進(jìn)展體現(xiàn)在降低比重量(比重量＝[風(fēng)輪+吊艙的總重量]/風(fēng)輪的掃掠面積)，但結(jié)構(gòu)參數(shù)則始終保持不變(塔架高度＝3/4風(fēng)輪直徑+10米以內(nèi))。
具體來(lái)講，目前風(fēng)力系統(tǒng)的情況是這樣的-帶有兩速異步發(fā)電機(jī)的、可調(diào)節(jié)氣動(dòng)損耗的三槳葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中的異步發(fā)電機(jī)是利用處于正則系的連接電極而實(shí)現(xiàn)雙速的；-帶有定速異步發(fā)電機(jī)、且可調(diào)節(jié)氣動(dòng)損耗的三槳葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)；-對(duì)風(fēng)的改變具有調(diào)節(jié)功能的、并帶有小范圍變速系統(tǒng)(優(yōu)選為滑差式系統(tǒng))的三槳葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)；-在風(fēng)發(fā)生改變時(shí)能保持定速的調(diào)節(jié)系統(tǒng)；-利用多極式(multi-poled)同步發(fā)電機(jī)、且不帶有任何增速箱的三槳葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其對(duì)風(fēng)的改變具有調(diào)節(jié)功能，并帶有變速系統(tǒng)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常是管架處于背風(fēng)位置的三槳葉系統(tǒng)，其對(duì)風(fēng)力損耗和/或風(fēng)的改變具有調(diào)節(jié)功能，并帶有主動(dòng)的定向系統(tǒng)。風(fēng)輪帶動(dòng)一增速器，該增速器反過(guò)來(lái)再驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；在增速器的外露轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一制動(dòng)盤。
盡管已經(jīng)驗(yàn)證了目前的系統(tǒng)在產(chǎn)生和利用風(fēng)力方面具有很好的功能，但在結(jié)構(gòu)上則存在很多問(wèn)題，這些問(wèn)題的原因在于塔架對(duì)槳葉造成了遮擋；由于風(fēng)輪的重心相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線存在偏移而產(chǎn)生了回轉(zhuǎn)力矩；比重量在14kg/m2的數(shù)量級(jí)上；由于風(fēng)向的不斷變化、以及上方槳葉與下方槳葉之間速度差而產(chǎn)生的俯仰力矩，這些結(jié)構(gòu)問(wèn)題會(huì)對(duì)整個(gè)構(gòu)架產(chǎn)生影響，當(dāng)在構(gòu)架上安裝剛性的風(fēng)輪時(shí)，這些問(wèn)題會(huì)將構(gòu)架削弱，而且，在很大的高度處執(zhí)行組裝工作和維護(hù)工作也是不方便的。
對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，很重要的是要注重比重量的增大。如果將直徑為45m的風(fēng)力發(fā)電機(jī)(標(biāo)定功率為600kW)與直徑為60m的風(fēng)力發(fā)電機(jī)(標(biāo)定功率為1MW)進(jìn)行數(shù)值比較，則發(fā)現(xiàn)比成本(總成本/掃掠面積)的增加大于30％，而每一裝機(jī)千瓦的成本增大了35％。
下文將對(duì)某些基本構(gòu)件進(jìn)行描述風(fēng)輪風(fēng)輪通常具有三個(gè)槳葉，并具有一個(gè)軸套，軸套被固定到轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸被安裝到兩軸承上，軸承或者被牢固地固定到吊艙機(jī)架上，或者被直接安裝到增速器的輸入軸上。這些槳葉為慢速槳葉，槳端的線速度為55m/s，槳葉的旋轉(zhuǎn)面距離這些槳葉所樞接的轉(zhuǎn)軸立柱的距離為5米，這將會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)陀螺效應(yīng)，該效應(yīng)趨于使機(jī)組失穩(wěn)。在大多數(shù)情況下，風(fēng)輪位于塔架的迎風(fēng)面(上風(fēng)方向)。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)減小塔架的遮擋效應(yīng)而降低了風(fēng)對(duì)槳葉的應(yīng)力，并消除了槳葉處于背風(fēng)面時(shí)所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)噪音。三葉式風(fēng)力發(fā)電機(jī)在目前占總裝機(jī)量的80％。然而，隨著風(fēng)輪直徑的增大一在達(dá)到雙槳葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)值時(shí)，這些風(fēng)輪通常就被設(shè)計(jì)成用在背風(fēng)處，此情況下，塔架對(duì)槳葉的遮擋影響將更為顯著，從而會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力和振動(dòng)。
導(dǎo)向大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用了一套導(dǎo)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用一伺服馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)一些齒輪，這些齒輪會(huì)對(duì)吊艙與支撐塔架所聯(lián)接的帶孔頂部施加作用。該系統(tǒng)還具有制動(dòng)盤和夾鉗，當(dāng)制動(dòng)盤就位之后，夾鉗可將其固定好。由于風(fēng)向會(huì)不斷地發(fā)生變化，所以這將產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩和仰俯力矩，力矩將通過(guò)風(fēng)輪作用到增速器和整個(gè)構(gòu)架上。在功率控制方面，可按照兩種方式來(lái)對(duì)所發(fā)出的功率進(jìn)行控制一即基于氣動(dòng)損耗和基于風(fēng)的改變。后一方式可在很大的風(fēng)速范圍內(nèi)發(fā)出最大的功率，并具有一安全系統(tǒng)來(lái)抵御強(qiáng)風(fēng)(保護(hù)空氣中的槳葉)，而前者則需要提供另外的制動(dòng)作用。變風(fēng)控制需要裝備復(fù)雜的活動(dòng)部件，且存在相應(yīng)的故障風(fēng)險(xiǎn)，而且需要更大程度地進(jìn)行維護(hù)。
塔架至于塔架的結(jié)構(gòu)，其主要部分是獨(dú)立的鋼質(zhì)垂直管體。為了優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，采用了管筒形狀，且其直徑在基部與吊艙之間是逐漸縮細(xì)的。當(dāng)要對(duì)塔架進(jìn)行組裝和維護(hù)時(shí)，塔架的高度會(huì)造成不便。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)位于可旋轉(zhuǎn)吊艙內(nèi)的這一事實(shí)也會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題如何通過(guò)電纜將電力傳輸?shù)降孛嫔?。直到最近，大多?shù)制造商都是用電纜形成一個(gè)環(huán)圈，以減小由于導(dǎo)向方向的改變而導(dǎo)致的卷纏效應(yīng)，這反過(guò)來(lái)就需要有一套由計(jì)算機(jī)操作的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)轉(zhuǎn)過(guò)的總圖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并命令吊艙在相反方向旋轉(zhuǎn)，從而可松開(kāi)對(duì)電纜的卷纏。雖然現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)逐步針對(duì)于電力線、可變槳距和速度、控制系統(tǒng)、材料以及其它方面作出了一些技術(shù)進(jìn)步，但這可能是大型機(jī)組所能達(dá)到的最好結(jié)果。歸功于塔架高度的增加(在大多數(shù)情況下，高度的增加與風(fēng)速的增大是同步的)，風(fēng)輪直徑的增大會(huì)帶來(lái)比功率(kWh/m2)的提高。但是，如果維持目前的技術(shù)設(shè)計(jì)理念一致力于設(shè)計(jì)風(fēng)輪直徑大于50m的機(jī)組，則風(fēng)速的增大可能并不能抵償制造成本的提高。
出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因在于這樣的事實(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要壓力是風(fēng)輪直徑的立方關(guān)系，重量和制造成本的增加也符合同樣的關(guān)系，而所產(chǎn)生能量的則是隨風(fēng)輪面積的增大而增大的。在另一方面，對(duì)高功率機(jī)組進(jìn)行運(yùn)輸、組裝、運(yùn)行和維護(hù)的單位成本要大于目前市場(chǎng)上常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本。
制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更大的機(jī)組將取決于合適的新型設(shè)計(jì)方案的進(jìn)展，這樣的設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)使機(jī)組比重量沒(méi)有顯著的增加。


圖1中的側(cè)面圖表示了迎風(fēng)式和背風(fēng)式的風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)的規(guī)格對(duì)應(yīng)于1MW、11m/s的機(jī)組，該圖中的各個(gè)標(biāo)號(hào)為標(biāo)號(hào)6立柱；標(biāo)號(hào)7配重；標(biāo)號(hào)8自導(dǎo)向構(gòu)架；標(biāo)號(hào)12軸承；標(biāo)號(hào)13風(fēng)輪；標(biāo)號(hào)16底座；標(biāo)號(hào)19樞轉(zhuǎn)軸線；標(biāo)號(hào)21風(fēng)輪軸頭，圖2表示了對(duì)于迎風(fēng)式機(jī)組、軸頭和風(fēng)輪由于受軸向推力而發(fā)生傾斜的情形，其中，軸頭和風(fēng)輪的傾斜與液壓缸的作用相逆；圖3中的側(cè)視圖和俯視圖表示了位于自導(dǎo)向構(gòu)架上部的軸頭與風(fēng)輪，從圖可見(jiàn)，基底結(jié)構(gòu)是由兩平行的增強(qiáng)桁架構(gòu)成的，桁架位于邊緣上，整套結(jié)構(gòu)在該桁架上發(fā)生傾斜，圖中的各個(gè)標(biāo)號(hào)為標(biāo)號(hào)1減震器；標(biāo)號(hào)5液壓缸；標(biāo)號(hào)8自導(dǎo)向構(gòu)架；標(biāo)號(hào)18傾斜軸；標(biāo)號(hào)19樞轉(zhuǎn)軸；標(biāo)號(hào)20軸向推力的作用點(diǎn)圖4表示了風(fēng)輪軸頭，圖中表示出了由風(fēng)輪叉架通過(guò)關(guān)節(jié)軸承與外擺線增速器機(jī)架相連接而形成的組件。圖中的各個(gè)標(biāo)號(hào)為標(biāo)號(hào)2液壓泵；標(biāo)號(hào)3緊固夾壓件；標(biāo)號(hào)4液壓設(shè)備；標(biāo)號(hào)8自導(dǎo)向構(gòu)架；標(biāo)號(hào)10叉架；標(biāo)號(hào)12軸承；標(biāo)號(hào)13擺振風(fēng)輪圖5表示了位于軸承固定圈上的發(fā)電機(jī)組件，軸承位于立柱的頂端上，并可在頂端上轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服馬達(dá)位于活動(dòng)圈上，其通過(guò)靜液壓傳動(dòng)裝置帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力從風(fēng)輪軸頭上的液壓設(shè)備傳遞到自導(dǎo)向構(gòu)架的頂端處，圖中的各個(gè)標(biāo)號(hào)為標(biāo)號(hào)4液壓設(shè)備；標(biāo)號(hào)6立柱；標(biāo)號(hào)8自導(dǎo)向構(gòu)架；標(biāo)號(hào)9發(fā)電機(jī)；標(biāo)號(hào)12軸承；標(biāo)號(hào)14液壓伺服馬達(dá)；標(biāo)號(hào)15靜液壓傳動(dòng)裝置；標(biāo)號(hào)16底座圖6表示了“回飛器”形狀的自導(dǎo)向迎風(fēng)式風(fēng)力渦輪機(jī)，其中的風(fēng)輪處于半傾斜姿態(tài)；圖7表示了處于半傾斜姿態(tài)的背風(fēng)式自導(dǎo)向風(fēng)力渦輪機(jī)；以及圖8表示了均已完全傾倒、處于維護(hù)狀態(tài)的兩類風(fēng)力渦輪機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
及
具體實(shí)施例方式
對(duì)于本專利申請(qǐng)中的發(fā)明，目的在于使用比常規(guī)渦輪機(jī)更為簡(jiǎn)單的渦輪機(jī)來(lái)利用風(fēng)能；提出一種自導(dǎo)向設(shè)計(jì)，當(dāng)將自導(dǎo)向構(gòu)架定位在風(fēng)流方向中時(shí)，其使渦輪機(jī)具有完全的自由度；能更好地利用偶發(fā)氣流的能量，偶發(fā)氣流的作用力不但被用來(lái)產(chǎn)生功率，而且還被用于保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)，避免了要使機(jī)組能耐受超出計(jì)算值的作用力和力矩的必要性。所述自導(dǎo)向構(gòu)架的設(shè)計(jì)方案是這樣的自導(dǎo)向構(gòu)架是由兩個(gè)平行的增強(qiáng)桁架構(gòu)成的，在它們各自所在的那一側(cè)，兩桁架為“格柵”的形式，在風(fēng)向的迎風(fēng)方向上，自導(dǎo)向構(gòu)架的投影截面較小(在機(jī)組就位之后)，這樣就使風(fēng)能穿過(guò)該結(jié)構(gòu)，且所遇到的阻力很小，同時(shí)還能降低對(duì)槳葉的遮擋效應(yīng)，由于推力的作用中心相對(duì)于支撐該結(jié)構(gòu)的立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線是移向側(cè)旁的，所以可實(shí)現(xiàn)自導(dǎo)向功能。在迎風(fēng)運(yùn)行過(guò)程中，“回飛器”結(jié)構(gòu)形狀使得構(gòu)架能遠(yuǎn)離槳葉的旋轉(zhuǎn)面，該旋轉(zhuǎn)面保持為二面角的形式；并能使風(fēng)輪的重心位于立柱軸線的垂直方向上，因而就消除了通常會(huì)使風(fēng)輪失穩(wěn)的陀螺回轉(zhuǎn)效應(yīng)(進(jìn)動(dòng))。
在背風(fēng)運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)輪表現(xiàn)為圓錐曲線的形式，自導(dǎo)向構(gòu)架則是傾斜的，因而使它們之間產(chǎn)生區(qū)別，這樣就可消除結(jié)構(gòu)對(duì)槳葉的遮擋效應(yīng)。上述的兩種設(shè)計(jì)形成了兩種機(jī)組，一種帶有低速風(fēng)輪(迎風(fēng)式)、另一種帶有高速風(fēng)輪(背風(fēng)式)，具體采用那一種取決于在任意給定時(shí)刻需要那一種機(jī)組。至于比重量(風(fēng)輪+吊艙的重量/掃掠面積)，本發(fā)明將該數(shù)值從14Kg/m2顯著降低到4.5Kg/m2，因而a)設(shè)置了兩個(gè)槳葉，而非三個(gè)槳葉，且形成更輕的氣動(dòng)槳葉，該槳葉的核心部是用密度為2.65Kg/dm3的鋁制成的管筒體，其上帶有鋁制的氣動(dòng)學(xué)肋條，肋條帶有1.2mm厚的聚碳酸酯薄層，其填平了所述肋條，該聚碳酸酯材料的密度為1.2Kg/dm3。槳葉的重心位于距離緊固夾壓件的長(zhǎng)度為總長(zhǎng)39％的部位處；b)假定風(fēng)輪處于二面角形狀，且支撐力補(bǔ)償了離心作用力，這將導(dǎo)致槳葉核心部所形成的整個(gè)橢圓形截面承擔(dān)了主導(dǎo)性的拉伸應(yīng)力，因而實(shí)現(xiàn)了采用剛性風(fēng)輪的設(shè)計(jì)方案，使槳葉的切線速度從傳統(tǒng)槳葉的55m/s增大到75m/s的數(shù)量級(jí)，這將能減少增速器的輸入力偶，并降低增速器的等級(jí)，這樣就導(dǎo)致1MW級(jí)機(jī)組中增速器的量級(jí)為2.2Tm，而非7.6Tm，風(fēng)輪的直徑為60m，風(fēng)速為11m/s。在此情況下，構(gòu)成二面角的槳葉與垂直方向的交角為12°到14°，施加推力的軸向中心處于沿二面角平分線70％的位置處，從而位于其重心之后很遠(yuǎn)的位置處，這樣就可獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。
c)采用了帶有四組電極的發(fā)電機(jī)(1500rpm)，其半電壓為6KV，從而減輕了重量，并去掉了要被設(shè)置在機(jī)組基部的變壓器，同時(shí)還減少了電力傳輸電纜的用量。當(dāng)發(fā)電機(jī)被安裝到立柱的轉(zhuǎn)軸(圖5中標(biāo)號(hào)9)上時(shí)(固定到立柱頂端上、而非安裝到風(fēng)輪軸頭上)，為了避免采用旋轉(zhuǎn)連接件來(lái)傳輸動(dòng)力，由風(fēng)輪收集到的動(dòng)力通過(guò)一油質(zhì)液壓回路(圖5中的標(biāo)號(hào)15)進(jìn)行傳輸，該回路的設(shè)備和泵被設(shè)置在風(fēng)輪的軸頭中，因而降低了風(fēng)輪的比重量，假如風(fēng)輪具有高壓液壓泵(350Kg/m2)，則重量/功率比在0.4kg/kW的數(shù)量級(jí)上，而不是在帶著發(fā)電機(jī)時(shí)的5.5kg/kW。大功率機(jī)組中所用的旋轉(zhuǎn)連接件是昂貴而復(fù)雜的。
一種備選方案是采用靜液壓傳動(dòng)裝置，該系統(tǒng)是由一定速的轉(zhuǎn)動(dòng)泵(圖4中的標(biāo)號(hào)2)與一可變速的伺服轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)(圖5中的標(biāo)號(hào)14)構(gòu)成的，泵與馬達(dá)之間由對(duì)應(yīng)的液壓回路連接起來(lái)，從而可用變速風(fēng)輪按照一個(gè)常數(shù)(λ)的關(guān)系來(lái)驅(qū)動(dòng)定速發(fā)電機(jī)，從而在任何速度上都能提高輸出能量，并能采用同步發(fā)電機(jī)，而同步發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸送的電力具有更好的質(zhì)量。如果發(fā)電機(jī)被安裝在軸承的固定圈上，其與立柱同心，并被固定到立柱上，且驅(qū)動(dòng)該發(fā)電機(jī)的伺服馬達(dá)被同心地安裝在活動(dòng)圈的上方，自導(dǎo)向構(gòu)架落座在其中的活動(dòng)圈上，則就能獲得很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，原因在于這樣的設(shè)計(jì)能獲得一種自導(dǎo)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其比重量很低，并能輸出高質(zhì)量的電力。
如上文對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行描述的那樣，各個(gè)制造商的努力集中在對(duì)收集到的能量進(jìn)行控制，以確保其不會(huì)超過(guò)風(fēng)輪的輸入力偶的范圍。在本發(fā)明中，對(duì)推力的軸線進(jìn)行控制，該推力是作用在機(jī)組、底座和地基上的所有動(dòng)力學(xué)力矩的實(shí)際原動(dòng)力。軸向推力(圖2)是由于風(fēng)輪前面的動(dòng)壓力與后面上的動(dòng)壓力的不同而產(chǎn)生的，該推力也是被風(fēng)輪轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的實(shí)際原動(dòng)能。因而，通過(guò)采用軸向推力可控的方案，不但能對(duì)渦輪機(jī)收集的動(dòng)力進(jìn)行控制，而且可確保構(gòu)架、底座和地基的安全，使它們的受力不會(huì)超過(guò)預(yù)計(jì)的應(yīng)力。作為結(jié)果，本發(fā)明可減少民用建筑的占地，并建造更輕便的機(jī)組。通過(guò)采用輕量化的風(fēng)輪和軸頭而降低了比重量，由此可在接近地面的位置處對(duì)傾斜的構(gòu)架進(jìn)行組裝和維護(hù)，因而使風(fēng)力機(jī)組具有更大的經(jīng)濟(jì)收益?？砷_(kāi)發(fā)平均風(fēng)速為5.4m/s的地區(qū)，從而進(jìn)一步拓展了市場(chǎng)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于其具有一自導(dǎo)向構(gòu)架(圖1中的標(biāo)號(hào)8)，所述構(gòu)架是由兩個(gè)或多個(gè)桁構(gòu)梁構(gòu)成的，所述桁構(gòu)梁按“格柵”形式側(cè)立布置，構(gòu)架在偶發(fā)風(fēng)流方向上的投影面積達(dá)到最小，從而降低了對(duì)槳葉的遮擋效應(yīng)，由于所述構(gòu)架被一個(gè)位于底端的配重(圖1中的標(biāo)號(hào)7)所平衡，所以僅在風(fēng)力的作用下，所述構(gòu)架就可繞一高度可變立柱(圖1中標(biāo)號(hào)6)的軸線(圖1中標(biāo)號(hào)19)樞轉(zhuǎn)，所述構(gòu)架支撐在所述立柱上；軸頭和風(fēng)輪位于所述構(gòu)架的頂端，該風(fēng)力渦輪機(jī)可以是迎風(fēng)式的設(shè)計(jì)、或背風(fēng)式設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于所有應(yīng)力的原發(fā)作用力—即軸向推力(見(jiàn)圖2)，所述作用力來(lái)源于風(fēng)輪(圖1中標(biāo)號(hào)13)前面與后面動(dòng)壓的差值，它是可控的，從而可防止渦輪、底座(圖1中標(biāo)號(hào)16)和地基受到過(guò)大的應(yīng)力；此控制是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的利用兩液壓缸的逆向作用，使軸頭—風(fēng)輪組件擺動(dòng)，其中，所述液壓缸的壓力被調(diào)配到某一數(shù)值點(diǎn)，在該數(shù)值點(diǎn)上，由軸向推力引起的傾覆力矩與液壓缸阻力的力矩達(dá)到平衡，從而可采用適當(dāng)?shù)墓ぷ鲀A角，而無(wú)須中止機(jī)組的工作(見(jiàn)圖2、6和圖7)；這樣就實(shí)現(xiàn)了機(jī)組自身利用風(fēng)力在結(jié)構(gòu)上保護(hù)自己，且不會(huì)影響輸出功率。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于所述功率控制的實(shí)現(xiàn)是對(duì)軸向推力進(jìn)行控制的直接結(jié)果，對(duì)軸向推力的控制源于使風(fēng)輪產(chǎn)生傾斜，原因在于風(fēng)輪的傾斜會(huì)使風(fēng)輪在風(fēng)流方向上的投影截面減小(見(jiàn)圖2、6和圖7)；上述特征使機(jī)組能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的啟機(jī)和停機(jī)，取消了緊急鎖止系統(tǒng)，同時(shí)利于將發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)聯(lián)接起來(lái)，且不會(huì)出現(xiàn)超速飛車的危險(xiǎn)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于其具有一自穩(wěn)定兩葉風(fēng)輪(圖1中的標(biāo)號(hào)13)，這將改善渦輪機(jī)在工作中的自導(dǎo)向性能，該效果是由于這樣的事實(shí)風(fēng)輪為二面角形狀，在偶發(fā)風(fēng)的方向上，推力的軸向中心(圖3中的標(biāo)號(hào)20)位于風(fēng)輪重心(圖3中的標(biāo)號(hào))的后方，從而使其具有獨(dú)立的穩(wěn)定性，且由于軸向推力的作用點(diǎn)位于立柱轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(圖3中的標(biāo)號(hào)19)的后方，從而使整個(gè)渦輪機(jī)在工作時(shí)的自導(dǎo)向性得到改善，其中，風(fēng)輪在該立柱上樞轉(zhuǎn)；獨(dú)立穩(wěn)定的該兩葉風(fēng)輪被一叉架—栓樁組件(圖3中的標(biāo)號(hào)10)支撐著，該組件位于穿過(guò)風(fēng)輪重心的軸線上，從而可使風(fēng)輪發(fā)生擺動(dòng)，且由于設(shè)置了減震器(圖3中的標(biāo)號(hào)3)，可減小其振動(dòng)，利用處于小攻角的風(fēng)流和不斷變化的方向，上槳葉和下槳葉之間的速度差會(huì)產(chǎn)生仰俯力矩；如果需要將風(fēng)輪的重心保持在其構(gòu)架范圍內(nèi)，則雙葉風(fēng)輪的形狀可變?yōu)轭愃朴诤ｚt翅膀的“W”形。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于所述機(jī)組的設(shè)計(jì)使得增速器的內(nèi)部元件(圖4中的標(biāo)號(hào)11)不會(huì)受到軸向推力、仰俯力矩以及風(fēng)輪振動(dòng)的作用，原因在于可傳動(dòng)力力偶、遞軸向推力、仰俯力矩、以及振動(dòng)的叉架(圖4中的標(biāo)號(hào)10)被固定到大軸承(圖4中的標(biāo)號(hào)12)的活動(dòng)環(huán)圈上，軸承的固定環(huán)圈在外部與夾壓件(圖4中的標(biāo)號(hào)3)相聯(lián)接，夾壓件固定著一個(gè)外擺線增速器(圖4中的標(biāo)號(hào)11)的殼架，所述的那些應(yīng)力(除了動(dòng)力力偶之外)被從叉架傳遞給增速器殼架，而不會(huì)經(jīng)過(guò)主軸，這一事實(shí)有利于提高增速器轉(zhuǎn)軸、軸承和齒輪的耐久性。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于發(fā)電機(jī)、泵、壓縮機(jī)或其它要被驅(qū)動(dòng)的元件(圖5中的標(biāo)號(hào)2)可被組裝到軸承(圖5中標(biāo)號(hào)12)的固定環(huán)圈上，軸承被設(shè)置在立柱的頭部(圖5中標(biāo)號(hào)6)上，并在該立柱上與其同心地轉(zhuǎn)動(dòng)，以便于能取消設(shè)置在所述軸承活動(dòng)環(huán)圈上、與自導(dǎo)向構(gòu)件相連接且用于傳遞動(dòng)力的轉(zhuǎn)動(dòng)連接件，設(shè)置了一臺(tái)定速或變速的氣缸型油工質(zhì)液壓伺服馬達(dá)(圖5中的標(biāo)號(hào)14)，用于將動(dòng)力傳遞給要被驅(qū)動(dòng)元件(圖5中標(biāo)號(hào)9)的轉(zhuǎn)軸；在此情況下，一位于風(fēng)輪軸頭上的油質(zhì)液壓設(shè)備(圖5中的標(biāo)號(hào)4)將風(fēng)輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤河偷囊簤耗?，并通過(guò)壓力管線(圖5中的標(biāo)號(hào)15)傳遞給伺服馬達(dá)，從而形成一封閉回路。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于當(dāng)該渦輪機(jī)為自導(dǎo)向的迎風(fēng)式構(gòu)造時(shí)，其是由一“回飛器”形狀的構(gòu)架構(gòu)成的，在該其底端處，該構(gòu)架被一可使用的平臺(tái)進(jìn)行平衡，該平臺(tái)作為配重，而在構(gòu)架的頂端處，風(fēng)輪的軸頭被按照某種方式設(shè)置，使得風(fēng)輪的重心位于立柱軸線的垂向上，構(gòu)架在該立柱軸線上樞轉(zhuǎn)，從而消除了陀螺回旋效應(yīng)，當(dāng)機(jī)組由于受到軸向推力而傾斜時(shí)，風(fēng)輪和軸頭可發(fā)生傾斜，而構(gòu)架則保持不動(dòng)(圖6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于機(jī)組為自導(dǎo)向的背風(fēng)式構(gòu)造，其是由一豎立的構(gòu)架組成的，構(gòu)架被按照傾斜方式組裝到立柱上，以便于在構(gòu)架由于受到軸向推力而應(yīng)當(dāng)發(fā)生傾斜時(shí)，使其在側(cè)風(fēng)作用下變?yōu)椴黄胶?，從而保證了自導(dǎo)向作用的條件；風(fēng)輪、軸頭、構(gòu)架和配重能同時(shí)發(fā)生傾斜。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于自導(dǎo)向構(gòu)架的上部可隨意進(jìn)行傾斜，從而使軸頭和風(fēng)輪可被放低，便于在較低的高度處執(zhí)行組裝和維護(hù)工作；在非工作期間，兩種設(shè)計(jì)(迎風(fēng)式和背風(fēng)式)均可保持“平躺姿態(tài)”，從而減小了對(duì)所處環(huán)境的影響(見(jiàn)圖8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種迎風(fēng)式或背風(fēng)式風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有一自導(dǎo)向構(gòu)架，該構(gòu)架是由兩平行的加強(qiáng)梁構(gòu)成的，兩平行梁形成了一個(gè)“格架”。所述構(gòu)架側(cè)向壓力的中心偏離立柱的軸線，構(gòu)架落座在其中的立柱上，并在其上轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪機(jī)上呈二面角形狀的雙葉風(fēng)輪是自穩(wěn)定的，原因在于其壓力中心位于其重心和渦輪機(jī)導(dǎo)向軸的后方，從而可改善在運(yùn)行時(shí)的自導(dǎo)向性。當(dāng)利用反向液壓壓力使軸頭和風(fēng)輪傾斜時(shí)，可對(duì)軸向推力進(jìn)行控制，從而確保推力不會(huì)超過(guò)所能收集的功率、以及作用在構(gòu)架、底座和地基上的力矩?？衫靡簤鹤饔脤⒆詫?dǎo)向構(gòu)架傾斜，以放低其軸頭和風(fēng)輪，從而便于進(jìn)行組裝，且只需要很少的維護(hù)。當(dāng)其不工作時(shí)，使構(gòu)架保持“平躺”姿態(tài)，這樣就減弱了對(duì)視覺(jué)的影響。該渦輪機(jī)利用風(fēng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)自我控制，從而簡(jiǎn)化了與電網(wǎng)聯(lián)接的、或用在孤立場(chǎng)合中的大型風(fēng)力渦輪機(jī)的制造。
文檔編號(hào)F03D7/02GK1526054SQ02813810
公開(kāi)日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月12日
發(fā)明者塞瓦斯蒂安·曼努埃爾·拉韋爾塔·安東, 瑪麗亞·拉韋爾塔·安東, 拉韋爾塔 安東, 塞瓦斯蒂安 曼努埃爾 拉韋爾塔 安東 申請(qǐng)人:伊萬(wàn)·拉韋爾塔·安東, 塞瓦斯蒂安·曼努埃爾·拉韋爾塔·安東, 瑪麗亞·拉韋爾塔·安東, 伊萬(wàn) 拉韋爾塔 安東