專利名稱：用于發(fā)電機，尤其是用于風輪機的轉子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)電機的轉子，該發(fā)電機尤其產生基于流體流的電能，該流體流尤其可以是空氣和水。更準確地說，本發(fā)明涉及風輪機轉子。本發(fā)明還適用于發(fā)電裝置，尤其是風輪機，該發(fā)電裝置包括聯接到至少一個轉子上的發(fā)電機。
背景技術：
近年來，礦物燃料的環(huán)境關系和上漲的價格導致對替代能源尤其是風輪機領域的興趣增加。最常見的風輪機解決方案包括具有水平軸的風輪機，該風輪機具有與風垂直的螺旋槳并安裝在風輪機塔架上。這種技術常常用于產生大量電力的大型裝置。已經提出一些較小外形尺寸的解決方案，尤其是用于消耗電力的建筑物附近的裝置。文獻FR^872867中就說明了這樣的裝置，該文獻公開了一種用于通過風力產生能量的機械，該機械的形式為具有轉子的風力發(fā)電機，該轉子的葉片具有半截頭錐形形狀并且近似平行于旋轉軸線。基本上與水平旋轉軸一起使用，這種類型的裝置十分有效和緊湊，從而使它適合于許多安裝區(qū)域尤其是安裝在建筑物屋頂上。然而，這種發(fā)電機的葉片很大，并因此具有與流體接觸的大表面，這導致出于機械強度的考慮而需要將結構的尺寸設計成適合于承受由十分易改變風力的風所產生的應力。該文獻所提出的發(fā)明旨在改進具有葉片的轉子的技術，所述葉片相對于轉子的軸線傾斜設置。文獻US4159191說明了一種用于基于流體流的發(fā)電機的轉子，該轉子包括多個相對于轉子軸線傾斜設置的柔性葉片，該轉子布置成使得葉片的斜度能在運行期間變動。更準確地說，各葉片的前端剛性固定在圓頂上，而其余部分是自由的。這樣，各葉片安裝成能通過它們的前端浮在圓頂上，而本身則剛性連接到轉子的水平旋轉軸上。根據卷入由圓頂限定的轉子前開口中的風的力，柔性葉片的后自由端移離或移向水平旋轉軸。因此，轉子的葉片的斜度存在變化，但斜度的這種可能變化不能認為是葉片的調節(jié)。這種解決方案似科是純粹理論上的，且似乎不會產生實際應用。使這種應用到風輪機上的轉子能令人滿意的、 持久而安靜地運行的構造實際上似乎很難實現。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種針對具有傾斜設置的葉片的風輪機的上述問題的解決方案。特別地，本發(fā)明具有使它能很容易適應流體流速(流量)的優(yōu)點，該流體流速尤其是當涉及風時可能十分易變。為此，在本文獻中推薦的轉子的構型根據風力改變，從而保護發(fā)電裝置免受轉子斷裂的危險，并且使它能尤其是在由風所施加的機械應力方面優(yōu)化組件的結構。申請人注意到，通過實施發(fā)明，可以明顯地減輕轉子的重量同時保持足夠的機械可靠性。
另一些目的和優(yōu)點將在對本發(fā)明的具體實施例的說明中顯見，然而，不能把這些實施例看成是限制性的。首先應該注意，本發(fā)明涉及用于基于流體流的發(fā)電機的轉子，該轉子包括相對于轉子的軸線傾斜設置的多個葉片，其特征在于，它包括用于控制葉片的斜度變化的機構。按照優(yōu)選而非限制性的可供選擇的方案，該轉子設計成-控制確保葉片的傾角變化的機構，以使葉片的斜度從屬(隨動，順從，服從)于流體流動的速度，-葉片具有整體半截頭錐形的形狀，-葉片的斜度在一平面中可變，該平面基本上垂直于由葉片的縱向邊緣限定的平-該裝置包括沿著轉子的軸線(延伸)的軸以及用于連接在該軸和各個葉片之間的連接機構，-對每個葉片來說，該連接機構包括位于葉片的前緣附近的鉸接件和至少一個可變的下游連接件，-所述變化機構包括用于改變下游連接件的長度的機構，-所述變化機構包括用于沿所述軸改變所述連接件的位置的機構，-葉片的斜度可以在0°和45°之間變化，-葉片的前緣朝外與垂直于葉片的縱向軸線的平面形成20°至30°的角度，-葉片的后緣在外部與垂直于葉片的縱向軸線的平面形成20°至30°的角度，本發(fā)明還涉及一種發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置包括發(fā)電機，該發(fā)電機聯接到至少一個如上所述的轉子上。
附圖作為示例給出并且不用于限制本發(fā)明。它們僅示出本發(fā)明的實施例并且使本發(fā)明能更容易理解。圖1示出能適用于平均速度的流體流的本發(fā)明的第一構型的透視圖。圖2是沿方向F的視圖。圖3示出本發(fā)明在更強的流體流的情況下的透視圖。圖4是沿方向E的視圖。圖5和6示出本發(fā)明的轉子的葉片的兩個不同斜度。圖8和9示出本發(fā)明的與圖7中示意性示出的實施例相對照的可供選擇的方案。
具體實施例方式這里所提供的轉子包括多個葉片4，所述葉片在各個附圖中示出并且具有縱向方向，該縱向方向相對于轉子的旋轉軸線2具有非零的分量。這樣，葉片4相對于轉子的軸線傾斜地形成。每個葉片4都在縱向上從它的前端或前緣5朝后并在徑向上向外延伸，以致逐漸地移動離開旋轉軸線2。由此設置的葉片的斜度可在0°和45°之間改變。在所示的情況下，設置有三個葉片4，但該數目是非限制性的。此外，所示的例子具有相同的葉片4，這些葉片均勻分布并且由半截頭錐形殼體形成，該半截頭錐形殼體在前緣 5和后緣6之間稍微卷繞在20°和30°之間的角度。葉片4在圖5和6所示的XY平面中相對于由旋轉軸線2限定的方向傾斜地偏置約為5°至15°的角度。作為示例，用來形成前緣5的截錐體的基底的直徑約為葉片長度的0. 25倍，而用來產生后緣6的截錐體的頂部的直徑約為所述長度的0. 083倍。因此由這些圍繞軸1所形成的軸線2旋轉的葉片4形成的轉子能尤其用在發(fā)電裝置中，特別是用于風輪機。在這種情況下，尤其如圖1和3中所示的，轉子的軸聯接到能產生電力的發(fā)電機10上。該組件圍繞垂直軸線樞轉式安裝，以便使它能按風向自動地定位。按照所示的實施例，該組件由基座7支承，該基座通過具有基本垂直的位置的支承臂12a、12b連接到用于引導軸1旋轉的前軸承8和后軸承9上。基座7本身有利地樞轉式安裝，以便當流體流是風能型時實施風向標功能并適應風向。還設有用于控制該組件的配電箱11。該配電箱11可以位于風塔的基底處，該風塔用于在需要時用來升起風輪機。按照本發(fā)明，轉子的構型能根據流體流速變更。尤其是，葉片4的斜度是可變的并且有利地從屬于流速。葉片的斜度變化優(yōu)選地在圖5和6所示的TL平面中進行，該TL平面由基本上與葉片的縱向邊緣所限定的平面垂直的平面形成。還優(yōu)選地，出于動力平衡原因，每個葉片4的斜度變化是相同并且同時進行的。可以設置用于控制這種斜度變化的不同機構。參見附圖，其中示出這樣的實施例，S卩，在該實施例中，每個葉片4都通過聯接構件13，尤其是通過樞轉鉸接件18連接到軸1上。該鉸接件可以由帶有螺紋軸的裝置形成，該裝置可選地能在葉片上所形成的長孔中移動，以便也能根據參照圖5和6的方向XY調節(jié)斜度。另外，在轉子后面，安裝在軸1上的聯接構件14與連接件15、16、17配合，所述連接件均將該聯接構件14連接到葉片4上。優(yōu)選地，聯接構件14起到輪轂的作用。優(yōu)選地，每個連接件的端部都相對于聯接構件14和葉片4的上表面以旋轉接合樞轉式連接。如示意示出的，葉片4的斜度變化由連接件15、16、17的長度變化產生。為此，每個連接件都可包括電氣、氣動或液力的并且受控的氣缸。按照可供選擇的解決方案，聯接構件14可以沿軸1移動，以便變更連接件15、16、 17的傾角，由此使后緣6移向或移離軸1。盡管控制可以是手動的，但有利的是提供能產生葉片4的斜度變化的自動機構， 以使旋轉速度幾乎恒定。為此，該裝置有利地包括用于測量流體流速的機構，在風輪機裝置的情況下，該測量機構尤其是電子風速計的形式。這些測量機構連接到能產生輸出信號的伺服電路上，以用于控制確保斜度變化的機構。這些用于操縱葉片的機構可以是機械、機電、氣動或液壓機構?？梢岳斫?，一旦測得速度變化，則尤其是使轉子的構型適應，以便在強風的情況下減小斜度。如果空氣的阻力減小，則葉片4比如果它們保持在更傾斜的位置承受較低的機械應力。
有利地，斜度能在0°和45°之間進行調節(jié)。此外，用于控制葉片的致動的次序有利地由空心的旋轉軸2發(fā)送(安排，規(guī)定)。除了最佳流體能量回收之外，無論流動的力如何，本發(fā)明都能通過將傾斜角移向0 而更安全。也可以與盤式制動器19相關聯，該盤式制動器19具有在風下安裝在軸1的端部處的液壓或機械控制裝置。還可以防止不受控制的機械振動，這種振動目前當旋轉速度過大時可能發(fā)生。由于幾乎恒定的旋轉速度，還觀察到噪聲水平減小。這種恒定性也提高了組件的可靠性。圖8和9示出相對于平面(X、Z)延伸的下游邊界21和上游邊界20的可供選擇的實施例。在上述具體實施例中，在平均風力下，斜度可以具有約30°的值。在該值下，前緣將處在葉片前部的一包含葉片垂直線的平面中，該平面穿過旋轉軸線并與所述軸線形成 25°的角。這樣的效果是葉片的外部邊界擴展并因此使葉片4的有效表面增加約6%，由此進一步提高了能效。
權利要求
1.用于基于流體流的發(fā)電機的轉子，尤其是用于風輪機的轉子，該轉子包括相對于轉子的軸線( 傾斜地設置的多個葉片G)，其中，每個葉片(4)都在縱向上從其前端或前緣(5)向后并在徑向上向外延伸，由此逐漸地移動離開所述轉子的旋轉軸線O)，其特征在于，該轉子包括用于控制葉片(4)的斜度變化的機構(14;15、16、17)。
2.按照權利要求1所述的用于基于流體流的發(fā)電機的轉子，其特征在于，它包括用于測量流體流速的測量機構，該測量機構連接到一伺服電路上，該伺服電路能產生輸出信號以控制確保葉片⑷的斜度變化的操縱機構(14;15、16、17)，從而使葉片(4)的斜度從屬于流體流速。
3.按照權利要求2所述的用于基于流體流的發(fā)電機的轉子，其特征在于，用于測量流體流速的測量機構包括電子風速計。
4.按照權利要求1-3之一所述的轉子，其中，葉片(4)具有整體半錐形的形狀。
5.按照權利要求4所述的轉子，其中，葉片(4)的斜度是在一基本上與由葉片(4)的縱向邊緣限定的平面垂直的平面中可變的。
6.按照權利要求1-5之一所述的轉子，包括沿著轉子的軸線O)的軸(1)以及處于該軸⑴和每個葉片⑷之間的連接機構。
7.按照權利要求6所述的轉子，其中，對于每個葉片(4)來說，所述連接機構包括在葉片⑷的前緣(5)附近的鉸接件(18)和至少一個可變的下游連接件(15、16、17)。
8.按照權利要求7所述的轉子，其中，變化機構包括用于改變下游連接件(15、16、17) 的長度的機構。
9.按照權利要求7所述的轉子，其中，變化機構包括用于沿著軸(1)改變連接件(15、 16、17)的位置的機構(14)。
10.按照權利要求1-8之一所述的轉子，其中，葉片(4)的斜度可以在0°和45°之間變化。
11.按照權利要求1-10之一所述的轉子，其中，葉片⑷的前緣(5)相對于垂直于葉片 (4)的縱向軸線的平面朝外形成一在20°和30°之間的角。
12.按照權利要求1-11之一所述的轉子，其中，葉片(4)的后緣(6)在外部與垂直于葉片的縱向軸線的平面形成一在20°和30°之間的角。
13.發(fā)電裝置，尤其是風輪機，包括發(fā)電機(10)，該發(fā)電機聯接到至少一個按照權利要求1-12之一所述的轉子上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于流體流發(fā)電機的轉子，該轉子包括相對于轉子的軸線傾斜定向的多個葉片，其特征在于，它包括用于改變葉片的斜度的機構。
文檔編號F03D7/02GK102365453SQ200980158304
公開日2012年2月29日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權日2009年3月26日
發(fā)明者N·哈德耶利 申請人:耐歐立斯簡易股份公司