CN1283919C - 用于获取能量的风力设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用来获取能量的风力设备，具有一轴向通流的、可旋转地支承在轴(2)上的设有叶片(3)的叶轮(4)，和一使通过叶轮(4)的气流加速的导引装置(5)。为了创造获取能量的有利条件，建议，导引装置(5)由许多沿流动方向逐渐变细的流道组成，这些流道绕一个轴(2)轮缘状分布地安装在叶轮(4)上，叶片(3)配于各个流道(6)，并且叶轮(4)具有一包围着它的外壳(7)。

Description

用于获取能量的风力设备
技术领域
本发明涉及一种用于获取能量的风力设备(Windkraftanlage，风力发电系统)，具有一轴向通流的、可旋转地支承在一轴上的带有叶片的叶轮，和一使通过叶轮的气流加速的导引装置。
背景技术
常见的风力设备大多具有螺旋桨式的叶轮，它们为了产生能量沿风向或逆风向布置。然而已知叶轮有这样的缺点，即在小的风速和小的直径时其经济性极小。为了改善这一点，已知(DE3323200A)，通过一漏斗状导引装置将空气输送给叶轮。导引装置具有一向涡轮方向逐渐缩小的喷嘴形形状，它可以使气流通过叶轮加速。但是这种已知风力设备具有很大的结构尺寸，特别是结构长度，因此它很难大规模地商业利用，例如特别是用于私人领域。
发明内容
因此本发明的目的是，克服这种缺点，提供一种上述类型的风力设备，它可以在紧凑的结构尺寸情况下尽可能地利用可供使用的风能。
本发明通过这样的方法实现这个目的，即，导引装置由许多沿流动方向逐渐变细的流道组成，这些流道绕一个轴分布在叶轮轮缘上，叶片分别配于各个流道，并且叶轮具有一包围着它自身的外壳。
按本发明的风力设备效率提高的一个重要因素是，气流充分利用叶轮的几乎整个投影基面，为此叶轮具有许多绕一个轴分布的用于气流的轮缘形流道，各个叶片分别配设于其单独一个流道。因此每个流道具有其自身的导引装置，用它将气流输送给各个叶片。由于单个流道特别的结构形状并且设置了包围叶轮的外壳，而附加地提高了叶轮前的风滞压力，由此使流过叶轮的空气附加地加速。叶片可以设置在例如流道内直至流道末端，或者伸出流道末端。如果想要造成一种结构简单的结构，那么适合于将叶片设置在各个流道后面。
如果流道在其缩小部位后面接着重新扩大，那么对于风力设备产生特别有利的条件，其中各个流道横截面便做成喷嘴形，并在叶片区域内形成一最大的流速。为了能够使本发明的风力设备尽可能用于大的气流速度范围，叶片设计得可以调整，使得叶片的迎流角可以分别和占上风的气流相适配。
按照本发明一种优良的改进结构在流道内叶片前设有导引壁，它将气流引向叶片。此引导壁例如可以是倾斜放置的导向轨，它将风流引向流道中心。
为了例如在阵风的情况下能够保证叶轮尽可能恒定的转速，叶轮可以配设一与叶轮同心支承的飞轮，它借助于一离合器可松脱地与叶轮连接。例如起动过程期间飞轮与叶轮脱开，以减小叶轮的惯性矩，并且在特别是风的强度小的情况下加速起动过程。如果叶轮达到了其希望的工作转速，飞轮便可以慢慢地与叶轮连接，从而最后用作平衡转速波动的储能器。如果飞轮安装在叶轮的外壳上，便能得到特别高的惯性矩和转速波动的平衡能力，以及简单的结构关系。
如果希望流动使用本发明的风力设备，那么就将它安装在一承载车辆上。此承载车辆例如可以是一挖掘机，风力设备安装在其挖掘臂上。在这种情况下风向跟踪装置通过履带式车辆的转盘进行调节。履带式车辆本身可以在野外难以通行的地区方便和不用附加辅工具地行驶。
如果要进一步提高本发明风力设备的效率或者说更好地利用可供使用的风能，建议在叶轮后面设置一装在辅助轴上的轴向通流的辅助叶轮。辅助叶轮例如可以配备一普通的转子叶片系统，这种转子叶片最好做成可调的，以与相应的具体状况相适配。
按本发明的风力设备或者是通过顶风布置的水平转轴安装在一支杆等等上，或者是叶轮用垂直轴支承在一塔上，塔具有一与叶轮同心的可调的、带一使水平气流向叶轮转向的弯管的塔顶，从而也可以利用塔顶面和塔底面之间亦即输入端和输出端之间的压降，来获取能量。如果需要通过叶轮附加地提高风速，那么弯管在叶轮上的流动接头沿流动方向逐渐变窄是有利的。
为了在必要时叶轮或者辅助叶轮在运行时可以用作另一个轮子的导引装置，叶轮和/或辅助叶轮配设一制动装置，用它可以制动一个叶轮或另一个叶轮，直至停止为止。
附图的简要说明
在附图中借助于一个实施例示意表示本发明。附图表示：
图1本发明风力设备的正视图，
图2图1中风力设备局部剖开的侧视图，
图3图1和2中的风力设备的后视图，连同设置在叶轮后面的辅助叶轮，
图4和5图2和3中的风力设备的结构方案的正视图和侧视图，
图6一个流道的速度和压力分布示意图，
图7设置在一流道内的导引壁，
图8叶片的一个实施例，
图9和10一安装在塔上的本发明的风力设备的正剖视和侧剖视图，
图11和12图9和10中的风力设备局部剖开的俯视图，
图13图9至12中风力设备一种结构方案的局部剖开的侧视图。
具体实施方式
用来获取能量的风力设备，主要包括一轴向通流的固定在一轴2上的设有叶片3的叶轮4和一使流过叶轮4的气流加速的导引装置5。导引装置5由许多沿流动方向逐渐变细的流道6组成。这些流道6连同其导引装置5绕轴2轮缘形地分布在叶轮4上，以便能够在叶轮4的整个迎流横截面上利用气流。叶轮3分别设置在一流道6的后面，并且叶轮4具有一围绕它的外壳7。此外壳具有一环形喷嘴的形状，由此可以提高叶轮4前的风滞压力。同样轮缘形导引装置5也提高风滞压力，在叶轮4后面安装一装在未具体画出的辅助轴上、和叶轮一样轴向通流的辅助叶轮18，以更好地充分利用风能(图3)。辅助叶轮18同样驱动一发电机。
流道6在其变窄部位后面重新扩大。为了提高风力设备1的利用率，叶片可以具有一承压面轮廓。叶片3最好在本身之间同样形成喷嘴形流道，其中流道在点m和n之间(图8)逐渐变细，接着重新扩大。叶片3做成可调的，以便与占优势的风速相匹配。同样也可以在各个流道6内叶片3之前设置导引壁8，此导引壁8应该强制使流道6内的气流朝叶片流动。
按图4和5，本发明的风力设备可以安装在一机动的承载车辆9上，以确保风力设备1的流动使用。叶轮4固定在轴2上，轴2可旋转地支承在一壳体11内，并通过一传动箱10和一联轴器12连接在一发电机13上，由此使风能转变成电能。风力设备1安装在承载车辆9的一悬臂14上。风力设备1的风向跟踪通过承载车辆的一转盘进行，例如借助于一作用在转盘15上的电机。按图2和3，本发明的风力设备1安装在一桁架式支杆16上。叶轮3具有一支轴2同心的中心置换体(沉筒件)17，它同时构成支承叶轮4的轮毂，并将来自叶轮内部区域的由于离转轴的距离小利用率非常低的气流引向位于较外面的流道，由此附加地提高叶轮4前的风滞压力。
按照本发明风力设备的一种结构方案，叶轮4用垂直轴支承在一塔20上，该塔具有一可调的与叶轮4同心的带一使水平气流向叶轮4偏转的弯管22的塔顶21。弯管22在叶轮4上的流动接头23沿穿过弯管22流向叶轮4的空气的流动方向逐渐变细。气流通过支承在转盘24上的塔顶21输送给叶轮4，风向跟踪通过一作用在转盘24上的转盘电机25进行，该电机由一风向传感器26根据当时占优势的风向控制。塔顶21通过一支承27支撑在塔上。
叶轮4一方面和一设置在塔底附近的飞轮28、另一方面和发电机29驱动连接。按所示实施例，发电机29借助于一作用在飞轮28上的平带30驱动。流入塔20内的空气在塔底面附近通过管道31离开塔20，在管道31末端上设有可调节的阀门32，以调节流过风力设备1的气流。在本发明的风力设备所处的场地，在塔20的至少一侧存在下坡的情况下，管道31可以从透平机底面沿场地往下铺设(图13)，以便可以利用空气入口和出口之间可能存在的压差来获取能量。

Claims (13)

1.用于获取能量的风力设备，具有一轴向通流的、可旋转地支承在轴上的设有叶片的叶轮，和一使通过叶轮的气流加速的导引装置，其特征为：导引装置(5)由许多沿流动方向逐渐变细的流道(6)组成，这些流道绕一个轴(2)轮缘状分布地设置在叶轮(4)上，叶片(3)分别配于各个流道(6)，并且叶轮(4)具有一包围着它的外壳(7)。
2.按权利要求1的风力设备，其特征为：叶片(3)分别设置在一流道(6)的后面。
3.按权利要求1或2的风力设备，其特征为：流道(6)接着其变窄部位重新扩大。
4.按权利要求1或2的风力设备，其特征为：叶片(3)设计成可调的。
5.按权利要求1或2的风力设备，其特征为：在流道(6)内叶片(3)之前设有导引壁(8)。
6.按权利要求1或2的风力设备，其特征为：叶轮(4)配有一与叶轮(4)同心支承的飞轮(28)，它借助于一离合器可松脱地与叶轮(4)连接。
7.按权利要求6的风力设备，其特征为：飞轮(28)安装在外壳(7)上。
8.按权利要求1或2的风力设备，其特征为：此设备装在一承载车辆(9)上流动性使用。
9.按权利要求1的风力设备，其特征为：在叶轮(4)后面设置一装在一辅助轴上的轴向通流的辅助叶轮(18)。
10.按权利要求9的风力设备，其特征为：辅助叶轮(18)具有可调的转子叶片。
11.按权利要求1的风力设备，其特征为：叶轮(4)用垂直轴支承在一塔(20)上，塔具有一与叶轮(4)同心的可调塔顶(21)，所述塔顶带有一使水平气流向叶轮(4)偏转的弯管(22)。
12.按权利要求11的风力设备，其特征为：弯管(22)在叶轮(4)上的流动接头(23)沿流动方向逐渐变细。
13.按权利要求9至12之任一项的风力设备，其特征为：叶轮(4)和/或辅助叶轮(18)配有一制动装置。
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