專利名稱：可變部分風(fēng)壁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及關(guān)于或源起于控制葉片表面到風(fēng)、空氣壓力及/或空氣移動(dòng)的曝露以產(chǎn)生能量的裝置、過程、方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：

發(fā)明內(nèi)容
一般熟悉風(fēng)力發(fā)電技術(shù)者大致上應(yīng)理解，下文的術(shù)語具有普通含義，其可包含下·列意思或可由以下提供的意思補(bǔ)充。用于本文中時(shí)，“風(fēng)(Wind)”指氣流。用于本文中時(shí)，“風(fēng)力機(jī)(Windmill) ”指響應(yīng)于風(fēng)或受控的空氣移動(dòng)而圍繞軸(垂直、水平或復(fù)合)而旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。用于本文中時(shí)，“葉片(Blade) ”指可由風(fēng)或移動(dòng)的氣流移位的延伸元件。用于本文中時(shí)，“樞軸(Pivot) ”指將一(或若干)個(gè)葉片以可移動(dòng)方式支撐于基座或支撐件上的定位器或系統(tǒng)。將部分地在下文的描述及附圖中陳述本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點(diǎn)，其中本發(fā)明的實(shí)施方案經(jīng)描述及顯示，且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在結(jié)合附圖而檢視下文描述之后可部分地理解或可通過實(shí)踐本發(fā)明而學(xué)習(xí)。可通過在本發(fā)明及任何附加技術(shù)方案中所特別指出的機(jī)構(gòu)及組合而認(rèn)識(shí)且獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為具有可延伸壁部件或結(jié)構(gòu)的水平軸風(fēng)輪機(jī)(HAWT)的部分前視圖的示范性
實(shí)施方案。圖2A為可延伸壁部件或結(jié)構(gòu)的前視圖。圖2B到2C為例如圖2A中所示的可延伸壁部件沿線A-A及B-B而剖開的橫截面剖面的一些實(shí)例。圖3A為可延伸壁部件的前視圖。圖3B為圖3A的沿線A-A的剖面圖。圖4為具有可延伸壁部件或結(jié)構(gòu)的水平軸風(fēng)輪機(jī)(HAWT)的示范性實(shí)施方案的部分側(cè)視圖。圖5為具有可延伸壁部件或結(jié)構(gòu)的水平軸風(fēng)輪機(jī)(HAWT)的示范性實(shí)施方案的部分前視圖。
圖6A到6D為具有部分壁部件或結(jié)構(gòu)的垂直軸風(fēng)輪機(jī)(VAWT)的示范性實(shí)施方案的前視圖及剖面圖。應(yīng)理解，為了闡述的簡(jiǎn)明扼要，圖中所示的元件不一定按照實(shí)際比例繪制。例如，為了簡(jiǎn)潔起見，所述元件中的一些的尺寸相對(duì)于彼此而放大。此外，在合適的情形下，在多個(gè)圖中重復(fù)相同的參考數(shù)字來指示對(duì)應(yīng)的元件。
具體實(shí)施例方式圖中的所有表示法及文字以引用的方式在此全數(shù)并入本文中。風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含至少三個(gè)主要子系統(tǒng)空氣動(dòng)力系統(tǒng)(例如，轉(zhuǎn)子葉片及類似物)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)(例如，齒輪、軸承及類似物)，及發(fā)電系統(tǒng)。所述風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的物理配置在自然發(fā)生的氣流或“風(fēng)”中產(chǎn)生不對(duì)稱力以控制空氣移動(dòng)。受控制的空氣移動(dòng)造成所述 物理配置(包含但不限于，流動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)及收集器)旋轉(zhuǎn)、振蕩或平移，因此提供機(jī)械能，從所述機(jī)械能可產(chǎn)生電力。在一些情形下，可產(chǎn)生物理?xiàng)l件，例如，壓力梯度或溫度梯度，以控制所述空氣移動(dòng)且產(chǎn)生提供機(jī)械能的運(yùn)動(dòng)。如果機(jī)械能由機(jī)器直接用于(例如)泵送水、切割木材或研磨石塊，則所述機(jī)器大致上被稱為風(fēng)力機(jī)。如果相反地，所述機(jī)械能被轉(zhuǎn)換成電力，則所述機(jī)器大致上被稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)輪機(jī)。風(fēng)輪機(jī)大致上基于輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的定向而分為兩類1)水平軸風(fēng)輪機(jī)(“HAWT”)及2)垂直軸風(fēng)輪機(jī)(“VAWT”)。常規(guī)的用于發(fā)電的HAWT大致上具有多達(dá)五個(gè)或五個(gè)以上葉片，其經(jīng)布置如同推進(jìn)器，安裝到水平轉(zhuǎn)子或驅(qū)動(dòng)軸桿，而所述水平轉(zhuǎn)子或驅(qū)動(dòng)軸桿則附接到驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的齒輪箱。出于安全的目的，所述HAWT為安裝于支撐塔上，所述支撐塔維持所述HAWT高于地面明顯距離，且最小化風(fēng)流動(dòng)的地面效應(yīng)。所述齒輪箱通常用于逐步加速驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)的速率，但一些設(shè)計(jì)可直接驅(qū)動(dòng)環(huán)狀發(fā)電機(jī)。一些輪機(jī)以恒定速率操作；然而，可通過使用可變速率輪機(jī)及固態(tài)電力轉(zhuǎn)換器來使所述輪機(jī)與發(fā)電機(jī)介接而收集更多的能量。常規(guī)的VAWT具有若干葉片，其安裝到垂直延伸的轉(zhuǎn)子或驅(qū)動(dòng)軸桿且大致上用于其中風(fēng)恒定地偏移方向的區(qū)域，因?yàn)樗鋈~片無須旋轉(zhuǎn)來迎風(fēng)。所述VAWT —般在風(fēng)力小的區(qū)域中發(fā)揮功能，因?yàn)槠湫枰^低的風(fēng)速來開始發(fā)電。圖I顯示風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、風(fēng)截獲器、發(fā)電設(shè)備或另外的可再生能量裝置及系統(tǒng)100。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100包含水平軸風(fēng)輪機(jī)或HAWT，其包括被容納于艙中的驅(qū)動(dòng)或電源單元150。驅(qū)動(dòng)或電源單元150包含用于支撐旋轉(zhuǎn)的葉片110、轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未圖示)來提供電力以及在許多情形下允許將葉片110制動(dòng)或鎖住(例如，在轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)需要減緩或停止的情況下)的組件。此類驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)還常常具有橫搖控制器，以提供驅(qū)動(dòng)單元150圍繞主支撐結(jié)構(gòu)200的移動(dòng)。轉(zhuǎn)子葉片110大致上設(shè)定成多個(gè)，其具有2個(gè)或2個(gè)以上圍繞驅(qū)動(dòng)或電源單元150成平衡關(guān)系的經(jīng)隔開的葉片。容納于所述艙內(nèi)的驅(qū)動(dòng)或電源單元150的組件可包含軸桿、齒輪、皮帶、磁鐵、線圈、電子板、電路、控制器及類似物。這些組件圖中未詳示，因?yàn)槠錇橐话闼鶎兕I(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知。葉片110旋動(dòng)或樞轉(zhuǎn)會(huì)造成發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸桿在所述驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生電力。輪轂300 (—般在操作期間迎風(fēng))常常附接于葉片110的共同連接點(diǎn)的上方，以改善所述連接點(diǎn)處的空氣動(dòng)力學(xué)。不同的風(fēng)力機(jī)組件額定于某些速率限制。當(dāng)風(fēng)力機(jī)以超過額定值的速率旋動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片110、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元150的軸桿及其它組件或支撐結(jié)構(gòu)200可能由于接著可發(fā)生的應(yīng)力、振動(dòng)及其它力而受損。施加到葉片110的總風(fēng)力為風(fēng)向量的總和，風(fēng)向量在本發(fā)明的下文中將詳盡描述且在本發(fā)明的示范性實(shí)施方案中闡明及描述。向量總和可受控制。流向輪機(jī)葉片的風(fēng)類似于流向任何翼面的風(fēng)。橫跨所述葉片的差壓產(chǎn)生葉片的有用移動(dòng)。當(dāng)風(fēng)改變方向而使得流動(dòng)不再垂直于葉片時(shí)，僅風(fēng)的部分分量產(chǎn)生有用的能量。其余的能量在葉片上產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。此類應(yīng)力對(duì)所述葉片的結(jié)構(gòu)性材料造成損害且最終使所述結(jié)構(gòu)性材料失效。極強(qiáng)的風(fēng)也是包含可變方向的較強(qiáng)陣風(fēng)的風(fēng)，且這是輪機(jī)關(guān)閉的正常原因，因?yàn)轱L(fēng)造成的損害應(yīng)力超過了所述葉片的設(shè)計(jì)限度。本文所揭示的實(shí)施例攔截風(fēng)且通過將穿過葉片的部分風(fēng)導(dǎo)回而抵于葉片而減少所述葉片所經(jīng)歷的氣流。經(jīng)導(dǎo)向回到所述葉片的風(fēng)力的分量穩(wěn)定所述葉片且平滑掉風(fēng)方向變化的可變性，從而減小損害的風(fēng)分量?？裳由?、可充氣或可機(jī)械式展開的壁部件或結(jié)構(gòu)(其也被稱為壁部件或結(jié)構(gòu)或者部分壁部件或結(jié)構(gòu))經(jīng)展開且定位于葉片110的后方，以克服風(fēng)向量。部分風(fēng)壁(Pffff)可少到一個(gè)部件且多到實(shí)際上可放置于所述艙的周圍的數(shù)目。如圖I中所示，所述Pffff可對(duì)稱地放置于所述葉片的旋轉(zhuǎn)軸周圍，例如Pffff 500、510、520及530。所述Pffff可與每個(gè)另一 PWW相對(duì)地延伸180度。所述Pffff還可不對(duì)稱地放置于一位置處而不是與另一 Pffff相對(duì)地成180度。Pffff在前平面中的寬度可大體上均勻，例如Pffff 500及Pffff 510。對(duì)于例如均包含錐體的Pffff 520及Pffff 530，則Pffff的寬度可能不均勻。在一個(gè)實(shí)施例中，所述Pffff的展開是通過使所述PWW充氣而完成。在超過所述輪機(jī)葉片110的設(shè)計(jì)容量的風(fēng)速下，過量電能的一部分可用于驅(qū)動(dòng)例如空氣壓縮機(jī)。所述空氣壓縮機(jī)使所述風(fēng)壁裝置的結(jié)構(gòu)的至少一部分充氣，以增加其位于所述葉片的作用掃過表面后方的大小。充氣繼續(xù)直到所述葉片附近的風(fēng)速回到對(duì)于所述葉片來說安全的水平。如果風(fēng)降低到低于最大可允許值，則所述空氣壓縮機(jī)可關(guān)閉，且抵于風(fēng)壁的自然空氣壓力開始?jí)核霰?。以此方式，風(fēng)壁的展開的范圍由所述風(fēng)輪機(jī)葉片附近的風(fēng)速控制?？諝鈮嚎s機(jī)及充氣的使用是可與所述葉片上的損害風(fēng)的程度或缺失直接相關(guān)的機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。還可采用具有直接驅(qū)動(dòng)器或液壓系統(tǒng)的輔助馬達(dá)。所述Pffff還可使用套疊式部件或通過使所述Pffff圍繞定位于所述Pffff的基座端的機(jī)械接合件樞轉(zhuǎn)而展開。測(cè)量風(fēng)速、振動(dòng)或指示需要減小葉片110的旋動(dòng)速率的任何其它變量的傳感器400可位于支撐件200上或其附近。已顯示所述Pffff結(jié)構(gòu)位于艙的周圍且相對(duì)于風(fēng)向定位于葉片110后方?？裳由毂?Pffff)可經(jīng)由充氣、液壓、風(fēng)壓力、機(jī)械方式或流體而展開。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，氣球類型的結(jié)構(gòu)可由各種氣體或液體流體填充，以提供延伸性且控制剛性。適于此種可展開Pffff結(jié)構(gòu)的材料包含但不限于，聚酯樹酯(Mylar)、層壓箔及塑料、橡膠、橡膠化箔、凱夫拉爾(Kevlar)、具有由成形纖維(例如布，其單獨(dú)使用或連同作為結(jié)合材料的聚合物樹脂一起使用)組成的多層的復(fù)合物。材料的主要本質(zhì)在于，其用作流體障壁且在充氣后便提供某種程度的可選擇的剛性。圖2A到2C中顯示可用于構(gòu)造所述Pffff部件的配置的方面。在一些情形下，PWW部件600 (如圖2A中所圖解，圖中顯示其側(cè)到側(cè)寬度大致均勻)還可具有非均勻?qū)挾?。圖2A到2C中的均勻性的指示并不意在限制。圖中顯示Pffff部件600的實(shí)例的其它方面具有重疊的橫截面部分。在遠(yuǎn)端601或基座端601'的附近指示橫截面。在此實(shí)例中，所述基座端最靠近所述艙。在圖2B中，將Pffff 600的靠近遠(yuǎn)端601的橫截面剖面602與最靠近基座端601'的橫截面剖面603作比較。雖然圖中顯示側(cè)到側(cè)寬度大體上均勻，但在一些情形下，需要變動(dòng)前到后側(cè)寬度，其中橫截面剖面602的從Pffff 600的前側(cè)604到Pffff 600的后側(cè)605的距離“dl”小于橫截面剖面603的從前側(cè)604到后側(cè)605的距離“d2”。圖2C中顯示Pffff 600靠近遠(yuǎn)端601的變體的橫截面剖面606與較靠近基座端601'的橫截面剖面作比較。在此實(shí)施方案中，較靠近遠(yuǎn)端601的第一區(qū)包含一系列流體腔室607及607 ^，其經(jīng)形成具有中央接縫或肋件608。所述腔室經(jīng)流體地連接到所述Pffff的靠近基座端601'的第二區(qū)609。第一區(qū)“d3”的橫截面剖面重疊到第二區(qū)609的橫截面剖面上，如圖2C中所示。第一區(qū)的面對(duì)葉片110的背側(cè)的剖面是至少兩個(gè)輻射式部分，其經(jīng)成形而調(diào)制、引導(dǎo)經(jīng)偏轉(zhuǎn)的風(fēng)且另一方面改變經(jīng)偏轉(zhuǎn)的風(fēng)。本發(fā)明中的任何敘述均不意在將Pffff限制為具有大體上光滑及或均勻的形狀及
表面。 圖3A到3B中顯示可用于構(gòu)造一或多個(gè)Pffff部件的配置的方面。圖3A中顯示Pffff部件700的側(cè)到側(cè)寬度大體上均勻。此圖解中的均勻性的指示并不意在為限制。圖3B中顯示Pffff部件700的實(shí)例，其具有在平分所述Pffff的A-A處切割的橫截面。Pffff 700具有外區(qū)段710，其在至少三個(gè)側(cè)上圍繞內(nèi)部720。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的范圍包含在所有四個(gè)側(cè)上圍繞的內(nèi)區(qū)段720。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步理解，內(nèi)區(qū)段720可為一系列兩個(gè)或兩個(gè)以上分散的內(nèi)部，其各自由外部710圍繞。圖3B中顯示Pffff 700的剖面圖，所述Pffff的背側(cè)730 (遠(yuǎn)離所述葉片)可為光滑的或者其可具有其它肋狀特征(未圖示)，其與支撐經(jīng)充氣的PWff—致。內(nèi)區(qū)段720的剖面圖顯示其剖面，其具有一系列不平行的參差部。所述參差部還可為彎曲、凹陷部、肋件、突起和此類物。內(nèi)區(qū)段720剖面面對(duì)所述葉片的背側(cè)且可為不平行的，以調(diào)制、引導(dǎo)經(jīng)偏轉(zhuǎn)的風(fēng)且另一方面改變經(jīng)偏轉(zhuǎn)的風(fēng)。圖4顯示風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、風(fēng)截獲器、發(fā)電設(shè)備或另外可再生能量裝置及系統(tǒng)800的側(cè)視圖。在此實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)為HAWT，其包括容納于艙中的驅(qū)動(dòng)器或電源單元150。驅(qū)動(dòng)器或電源單元150包含用于支撐旋轉(zhuǎn)的葉片110、轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未圖示)來提供電力以及在許多情形下允許將葉片制動(dòng)或鎖住(在葉片旋轉(zhuǎn)需要減緩或停止的情況下)的組件。此類驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)還常常具有橫搖控制，以提供驅(qū)動(dòng)單元150圍繞主支撐結(jié)構(gòu)200的移動(dòng)。迎風(fēng)的輪轂300常常被附接到葉片110的共同連接點(diǎn)的上方，以改善空氣動(dòng)力學(xué)。葉片110圍繞軸桿旋動(dòng)或樞轉(zhuǎn)，從而使所述發(fā)電機(jī)在所述驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電力。在此實(shí)施方案中，圖中顯示一個(gè)或一個(gè)以上可延伸可充氣部件(EM) 500和充氣泵在艙150周圍位于套筒上艙(NOS)SlO中，套筒上艙(NOS)SlO可添加到現(xiàn)有的或新的艙。所述NOS還可形成為艙的一部分。所述可延伸PWW可經(jīng)設(shè)計(jì)為在縮回時(shí)延伸所述葉片長(zhǎng)度的任何希望的百分t匕，例如，延伸少于所述葉片長(zhǎng)度的約15%且較優(yōu)選小于所述葉片長(zhǎng)度的約10%，且最優(yōu)選所述Pffff當(dāng)縮回時(shí)不會(huì)延伸超過NOS 810。圖中顯示可延伸Pffff 500在第一位置820中延伸。Pffff 500可沿箭頭812的路徑移動(dòng)到第二位置825。所述Pffff的充氣速率、壓力及結(jié)構(gòu)的選擇用于控制位置。第二位置將所述Pffff的遠(yuǎn)尖端826定位于距葉片更遠(yuǎn)于當(dāng)其位于第一位置820時(shí)。在系統(tǒng)800處導(dǎo)向的一些風(fēng)穿過葉片110且到達(dá)所述PWW。在沿箭頭1000的線到達(dá)所述Pffff后，風(fēng)可即刻沿例如箭頭1002的線(當(dāng)所述Pffff位于第一位置中時(shí))偏轉(zhuǎn)。在沿箭頭1000的線到達(dá)所述PWW后，風(fēng)可即刻沿例如箭頭1012的線(當(dāng)所述Pffff位于第二位置中時(shí))偏轉(zhuǎn)。在所述第一位置820處風(fēng)1000偏轉(zhuǎn)的向量與在第二位置825處風(fēng)1000偏轉(zhuǎn)的向量的比較顯示所述PWW的成角度可用于引導(dǎo)風(fēng)向量。風(fēng)向量的此方向具有多個(gè)用途。方向的一個(gè)方面在于，位于類似于位置二(與位置一比較)的位置處的PWW長(zhǎng)度可較短，但仍繼續(xù)撞擊與將位于位置一處的較長(zhǎng)PWW相同量的葉片。此外，向量的總和界定撞擊葉片110的實(shí)際風(fēng)速。通過控制經(jīng)偏轉(zhuǎn)的風(fēng)1002及1012，所述Pffff可減小撞擊葉片110的總風(fēng)速，從而保持系統(tǒng)在標(biāo)稱操作參數(shù)內(nèi)，即使在風(fēng)超過此類參數(shù)時(shí)也是如此。風(fēng)壁通過上述的方法展開，以始終提供葉片上的安全的操作風(fēng)體系，且在風(fēng)速低于輪機(jī)的操作的標(biāo)稱最大額定的風(fēng)時(shí)不會(huì)干擾風(fēng)的流動(dòng)。圖5中顯示風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、風(fēng)截獲器、發(fā)電設(shè)備或另外可再生能量裝置及系統(tǒng)900的前視圖。圖中顯示包括被容納于艙中的驅(qū)動(dòng)或電源單元150的HAWT。驅(qū)動(dòng)或電源單元150包含用于支撐旋轉(zhuǎn)的葉片110、轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未圖示)來提供電力以及在許多情形下允許將葉片制動(dòng)或鎖住(在葉片旋轉(zhuǎn)需要減緩或停止的情況下)的組件。迎風(fēng)的輪轂300常常附接到葉片HO的共同連接點(diǎn)的上方，以改善空氣動(dòng)力學(xué)。在此實(shí)施方案中，可延伸可充·氣部件(EM)902圍繞艙150而展開。所述EM也是用于風(fēng)碟904的支撐結(jié)構(gòu)。指示風(fēng)碟為圓形并非限制，且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明適用于部分圓形，包含壁/擋墻的至少部分地由一個(gè)或一個(gè)以上EM 902支撐的任何區(qū)。風(fēng)碟無須為可充氣的。風(fēng)碟可為薄材料。風(fēng)碟材料可為多孔的，以允許導(dǎo)向于所述風(fēng)碟的某一百分比的風(fēng)穿過。圖中顯示風(fēng)碟904具有同心區(qū)及區(qū)段。同心區(qū)及區(qū)段并非至關(guān)重要。同心區(qū)一906為距艙150最遠(yuǎn)的外區(qū)。在一些情形下,在不存在額外同心區(qū)時(shí)，同心區(qū)一 906可足以解決風(fēng)速問題。在距旋轉(zhuǎn)軸不同長(zhǎng)度處，影響葉片110的風(fēng)速是不同的。較高的風(fēng)速傾向于提供葉片110的較遠(yuǎn)部112附近處的葉片的提升形式。因此，相對(duì)于葉片位于一角度位置(參看圖4的描述)的第一同心區(qū)段可使風(fēng)朝向所述葉片的遠(yuǎn)部112偏轉(zhuǎn)。同心區(qū)二 908較為接近所述艙。圖中顯示同心支撐肋件910位于區(qū)一 906與區(qū)二908之間。區(qū)段912及914可由具有與風(fēng)碟的其它部分不同特性的材料構(gòu)造。區(qū)段可為較少孔、較多孔、剛性可較低或較高或者具有不同的曲率。所述類型的結(jié)構(gòu)可針對(duì)輪機(jī)相對(duì)于其環(huán)境的位置來調(diào)適。例如，位于陡峭梯度的邊緣上的輪機(jī)比位于陡峭梯度前部的輪機(jī)經(jīng)歷更多的從下方?jīng)_擊在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上的陣風(fēng)。放置得更為接近在一起的輪機(jī)取決于放置而經(jīng)歷來自陣列中鄰近的輪機(jī)的影響。元件的形狀可用于解決此類特定問題，因?yàn)槠鋵?dǎo)致來自一個(gè)方向的損害性陣風(fēng)的主導(dǎo)。圖6A到6D中顯示垂直軸風(fēng)輪機(jī)(VAWT)950的視圖，其可為風(fēng)截獲器裝置、發(fā)電設(shè)備或可再生能量裝置及系統(tǒng)。VAWT 950包括驅(qū)動(dòng)或電源單元951。驅(qū)動(dòng)或電源單元951包含用于圍繞由中心柱960界定的垂直軸支撐垂直葉片952以轉(zhuǎn)動(dòng)提供電力的發(fā)電機(jī)(未圖示)以及在許多情形下允許將葉片制動(dòng)或鎖住(在葉片旋轉(zhuǎn)需要減緩或停止的情況下)的組件。圖中顯示所述VAWT位于主支撐結(jié)構(gòu)200上，其在所述VAWT如果安裝于屋頂或其它結(jié)構(gòu)時(shí)可為任選的。圖中指示葉片952至少部分地位于頂部結(jié)構(gòu)953與底部結(jié)構(gòu)954之間，其中每一者可為環(huán)或碟。每個(gè)葉片的底端955與每個(gè)葉片的頂端956經(jīng)固定。固定可允許葉片旋轉(zhuǎn)或可使葉片表面不可相對(duì)于頂部結(jié)構(gòu)953及底部結(jié)構(gòu)954移動(dòng)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，存在著在所述VAWT中使用的多種葉片配置，其中一些具有移動(dòng)葉片，另一些具有不可移動(dòng)葉片。此外，在一些情形下，頂部結(jié)構(gòu)953及底部結(jié)構(gòu)954可省略，且所述葉片將在頂部和底部或通過中間支撐件(未圖示)附接到中心柱960。至少一個(gè)(底部)軸承組合件962 (其可為電源單元951內(nèi)的發(fā)電機(jī)的部分(或可分開))插置于旋動(dòng)的葉片與發(fā)電機(jī)之間。在一些情形下，額外或頂部軸承組合件963可放置于葉片與中心柱960之間。風(fēng)所施加力的總和1100(其撞擊葉片952)可在其經(jīng)由成形部分風(fēng)壁錐體965而撞擊葉片963的特定區(qū)段時(shí)減少，其中圓錐角使風(fēng)1100的一部分偏轉(zhuǎn)回1110葉片的后表面處。如圖6B及6C所示的壁錐體965可具有變化的直徑。例如，沿圖6A的線A-A的錐體剖面的直徑大于沿線C-C的錐體剖面的直徑。變化的直徑可經(jīng)調(diào)整而提供具有一表面的壁錐體965，所述表面經(jīng)成角度以使風(fēng)在葉片處以預(yù)定方式偏轉(zhuǎn)。如上參考部分風(fēng)壁陳述的壁錐體可為可充氣的或者可以機(jī)械方式或另外方式為實(shí)心的且保持展開。
此外，由于VAWT可能經(jīng)受從底部結(jié)構(gòu)954向上朝頂部結(jié)構(gòu)953的恒定的風(fēng)速(力)差，因此壁錐體可均衡分別施加到頂部結(jié)構(gòu)953及底部結(jié)構(gòu)954的風(fēng)力，或至少大體上減小頂部與底部之間的力差，借此更均勻地分布施加到VAWT的負(fù)載。此減小了由于VAWT對(duì)軸承組合件施加離軸力矩(其對(duì)應(yīng)于風(fēng)差)而對(duì)軸承組件的磨損。在VAWT的正常高負(fù)載操作中，始終存在從沖擊于輪機(jī)的一側(cè)上的風(fēng)施加到頂部軸承組合件963的應(yīng)力。這些負(fù)載在高風(fēng)速下?lián)p害性極大。由于所述壁錐體的展開通過提供逆風(fēng)向(箭頭1110)而減少來自所述沖擊方向(箭頭1100)的風(fēng)，所以其減小所述頂部軸承上的負(fù)載(應(yīng)力)。這可減少輪機(jī)的維護(hù)成本且壽命延長(zhǎng)。由于可在不脫離本文所述的本發(fā)明的范圍的情況下對(duì)上述設(shè)備做出特定改變，所以希望包含于上述描述、如附圖中所示的所有標(biāo)的物應(yīng)被理解為具有說明性意義而非限制性意義。
權(quán)利要求
1.一種減小垂直軸風(fēng)輪機(jī)VAWT的軸承組合件上的負(fù)載的方法，所述垂直軸風(fēng)輪機(jī)VAffT具有圍繞垂直軸安置的葉片，所述葉片中的每一者具有頂部分及底部分，所述方法包括 將成形壁錐體放置于所述垂直軸的一部分周圍；及 使來自所述壁錐體的風(fēng)朝向所述葉片偏轉(zhuǎn)，借此所述偏轉(zhuǎn)大體上減小所述葉片的所述頂部分與底部分之間的所施加風(fēng)力差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述偏轉(zhuǎn)減小所述VAWT的所述軸承組合件上的磨損，所述磨損歸因于施加到所述軸承組合件的離軸力矩，所述力矩對(duì)應(yīng)于不存在所述成形壁錐體的情況下的風(fēng)力差。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述軸承組合件包含頂部軸承組合件及底部軸承組合件，且其中所述壁錐體經(jīng)配置以通過提供逆風(fēng)向而減小來自沖擊方向的風(fēng)的力，所述逆風(fēng)向減小所述VAWT的所述頂部軸承組合件上的負(fù)載。
4.一種減小垂直軸風(fēng)輪機(jī)VAWT的頂部軸承組合件上的負(fù)載的方法，所述垂直軸風(fēng)輪機(jī)VAWT具有圍繞垂直軸安置的葉片，所述方法包括 將可展開壁錐體放置于所述垂直軸的一部分周圍； 獲取指示需要減小施加到所述葉片的一部分的力的傳感器數(shù)據(jù)； 使用所述傳感器數(shù)據(jù)來確定所述壁錐體的展開；及 將所述壁錐體展開在所述葉片后方，以減小施加在所述葉片的一部分上的負(fù)載力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述壁錐體經(jīng)配置以通過提供逆風(fēng)向而減小來自沖擊方向的風(fēng)的力，所述逆風(fēng)向減小所述頂部軸承組合件上的負(fù)載力。
6.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其包括 風(fēng)輪機(jī)，其具有至少一個(gè)葉片且附接到支撐塔 '及 可展開壁部件，其耦合到所述風(fēng)輪機(jī)，所述可展開壁部件可在第一位置與第二位置之間移動(dòng)，在所述第一位置中所述可展開壁部件的遠(yuǎn)尖端位于相對(duì)于所述至少一個(gè)葉片的第一地點(diǎn)處，在所述第二位置中所述遠(yuǎn)尖端比在所述第一位置中更遠(yuǎn)離所述至少一個(gè)葉片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中所述可展開壁部件包含可延伸可充氣部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括艙，其中多個(gè)可延伸可充氣部件對(duì)稱地放置于所述艙的周圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括艙，其中多個(gè)可延伸可充氣部件不對(duì)稱地放置于所述艙的周圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中所述可展開壁部件具有兩個(gè)或兩個(gè)以上流體腔室，且其進(jìn)一步包括艙，其中多個(gè)可延伸可充氣部件對(duì)稱地放置于所述艙的周圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中所述可展開壁部件經(jīng)由充氣而延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括風(fēng)碟，所述風(fēng)碟連接到所述可延伸可充氣部件的延伸部分且由所述可延伸可充氣部件的所述延伸部分展開。
13.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其包括 艙； 風(fēng)輪機(jī)，其具有至少一個(gè)葉片；所述風(fēng)輪機(jī)附接到支撐塔；及 至少一個(gè)可 展開壁部件，其耦合到所述艙及所述風(fēng)輪機(jī)中的至少一者，所述可展開壁部件可移動(dòng)以當(dāng)位于第一位置時(shí)使穿過所述風(fēng)輪機(jī)的所述葉片的第一風(fēng)向量沿第一路徑偏轉(zhuǎn)且當(dāng)位于第二位置時(shí)使穿過所述風(fēng)輪機(jī)的所述葉片的第二風(fēng)向量沿第二路徑偏轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中所述第一路徑及所述第二路徑包括向量路徑，所述向量路徑包含被引向所述葉片的分量。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中所述可展開壁部件經(jīng)由充氣而延伸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括風(fēng)碟，所述風(fēng)碟連接到所述可延伸可充氣部件的延伸部分且由所述可延伸可充氣部件的所述延伸部分展開。
17.一種緩沖風(fēng)輪機(jī)的葉片上的高風(fēng)力負(fù)載的方法，所述方法包括 獲取指示需要減小所述葉片的旋動(dòng)速率的傳感器數(shù)據(jù)； 使用所述傳感器數(shù)據(jù)來確定部分風(fēng)壁結(jié)構(gòu)的展開；及 將部分風(fēng)壁結(jié)構(gòu)展開于所述葉片的后方，以減小所述葉片的所述旋動(dòng)速率。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其包含附接到支撐塔的風(fēng)輪機(jī)；及風(fēng)偏轉(zhuǎn)器，其可相對(duì)于空氣流的方向而展開且經(jīng)配置以控制流經(jīng)所述風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的至少一部分空氣流的移動(dòng)，以減小所述風(fēng)輪機(jī)的組件上的風(fēng)力負(fù)載，同時(shí)維持空氣流在操作發(fā)電范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)F03D3/04GK102906421SQ201180026013
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者馬克·H·奎茲曼, 威廉·A·法隆, 周蕓 申請(qǐng)人:亞若丁能源公司