[发明专利]风车轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有多个转子叶片的、低速风力发电设备用的风 车轮。

背景技术

具有多个转子叶片的风力发电设备是公知的并越来越频繁地应用 于另选的和环保的能量获取中。在此，广泛使用带有三个转子叶片的 风车轮，这是风的高能范围用的风力发电设备并具有每个风力发电设 备最高6MW的公称功率。在此，这种风力发电设备通常远远高于100 m，并在运行时由于顶端上转子叶片高达300km/h的圆周速度而出现 很大的运行噪声。表示叶尖的速度与风速之比的所谓叶尖速比 (Schnelllaufzahl)在这种设备中大多处于6至8的范围内。这种风力 发电设备在制造方面是昂贵的并因此对许多应用领域来说不能获利 的，而且由于尺寸和噪声形成，只允许以距确定的位置(特别是居民 区)预先确定的间距来架设。例如，US 4863350A示出一种带三个转 子叶片并且带一个加速环的风车轮。

为在50kW到500kW的公称功率范围内的应用，通常使用风的 低能范围用的风力发电设备。这些风力发电设备通常可以具有大量转 子叶片，特别是多于三个的转子叶片，这是因为转子叶片范围内的空 气涡流对紧邻的转子叶片仅有很小的影响。风车轮借助大量的转子叶 片还可以在低风速时，也就是在每个时间单位转数较低时，有效利用 风力。在此，叶尖速比运行时始终低于5。通过低速运行方式和这种风 力发电设备的风车轮较小的直径，可以避免风的高能范围用的风力发 电设备的许多缺点，因此，风的低能范围用的这种风力发电设备在许 多应用领域和许多架设地点变得越来越受欢迎。在此，风的低能范围 用的风力发电设备大多具有低于风的高能范围用的风力发电设备的结 构高度，例如低于50m。

但以往所使用的风力发电设备的缺点是，在低风速时风车轮运转 不稳定并且不能进行功率输出。在此，主要在地面附近加强地出现的 阵风经常强烈地起作用。特别是在风车轮短时间停止运转时出现很大 的功率波动，因此，通常在风很弱直至中度时出现的抑制态(Flauten) 对电网有特别要求并因此在这种条件下该使用常常是不适合的。

发明内容

因此，本发明的任务在于，给出一种开头所述类型的、低速风力 发电设备用的风车轮，利用该风车轮可以避免所称的缺点并且该风车 轮在风很弱和阵风下，可以适合而有效地使用。

本发明提出一种低速风力发电设备用的风车轮，所述风车轮具有 多个转子叶片，其中，所述风车轮为了在正交于所述风车轮的平面的 方向上进行空气加速而具有所述风车轮的至少一个连接所述转子叶片 的加速环，其中，所述加速环包括至少一个第一引导件和第二引导件， 其中，在所述风车轮的径向上观察，所述第一引导件和所述第二引导 件彼此是保持间距的并在正交于所述风车轮的所述平面的方向上形成 空气通道，以及其中，所述加速环作为外置加速环基本上设置在所述 风车轮的外边缘上，其中，所述风车轮包括至少两个加速环，并且所 述至少两个加速环中的至少一个构成为中断所述转子叶片的内置加速 环。。

通过加速环也可以有利于风力发电设备在风很弱时运行。通过空 气流的加速作用，可以使风车轮即便在风速特别低时也置于旋转状态， 由此，可以将很弱的风用于产生能量。这一点首先可以在年平均测量 下风速中度的地点上的使用并因此实现在中等空气流速度的地点上和 风的低能范围内的使用。由此，特别是可以通过提高运行时间而实现 效率改善。

首先，在空气流由于增强的阵性和频度而完全停顿的地面附近， 在此重要的是，风车轮在空气流较小时继续旋转和不会完全停止运转。 在此，利用加速环可以取消电子辅助装置，该电子辅助装置阻止或延 迟风车轮完全停止运转。由此，可以进一步简化该结构并可以进一步 降低风力发电设备的制造成本。

即便在风速很低的情况下，也可以将很高的力传递到轮毂上。相 应于如下关系式：功率等于转矩乘以风速，由此即使在风速很低时也 将高功率传递到风车轮的轮毂上。由此，确保风力发电设备特别有效 和持久运行。

在此，用于空气加速的加速环使通过加速环运动的空气加速。这 种加速在正交于风车轮平面的方向上进行。风在风车轮的投影平面上 至少区域式的加速可以减少狂风的影响。由此在阵风下， 可以实现输出的功率更加稳定。在此，还可以对电网加载较少负荷， 由此风力发电设备在低风强度的空气流下的使用是适合的。