[发明专利]具有气流偏导器的风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机。

背景技术

风力发电被认为是可产生电力而不消耗非可再生资源的能源。其优点是以这样的方式生产能量既不产生化学污染又将能量生产成本保持在低水平。

然而，倾向于通过具有多个风车或风力涡轮机的风力场利用风力，以产生充分的能量和发电量。这种风车通常为水平轴风车，具有绕着大体水平轴转动的多个叶片。这些叶片通过阻力、作用在传送能量的叶片的表面上的空气压力来操作。

这种风力场被批判为引起其他形式的污染，特别是视觉和噪声污染。因此，这种风力场倾向于坐落在相对较远的区域或在海上，在这些区域，上述污染因素可被降至最低，同时生产充分的电力以向电网供电。

风力涡轮机已经被用来产生电力。然而，常规的风力涡轮机机械构造复杂，对风速非常敏感，易于产生故障和噪声。

第2275085号英国专利申请公开了一种风力涡轮机，其具有与鼓状框架的轴成切角的多个翼或叶片。这些翼被设置为从外壳的周缘向内。翼上的迎角可由管理者通过包括两相对可转动的同轴环的机构进行手动调节。这种配置机械构造复杂。

第WO 2006/095369号国际申请公开了一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有多个叶片和沿着转子的直径设置的多个气流偏导装置。这些气流偏导装置轴向地位于叶片的外部。

第4362470号美国专利公开了一种风力涡轮机，该风力涡轮机具有在非机翼型叶片意义下的非空气动力学方式的两甲板(上甲板和下甲板)，该非机翼型叶片从转子的转动中心向转子的圆周延伸。叶片固定地连接涡轮机的轴，用于与其共同转动。没有提供气流偏导器。

发明内容

本发明的目的是通过利用风作为能源来产生风力，通过风力涡轮机产生用于家用、商业和工业区域的发电量，而避免或最大程度减少机械复杂性、对风速的敏感、以及易于损坏和产生噪声中的一个或多个问题。

根据这个目的，本发明提供了一种风力涡轮机，包括：

转子，转动轴线垂直延伸通过所述转子；

多个叶片，安装于所述转子以响应于气流而驱动所述转子，所述叶片相对于所述转子的转动中心具有固定的节距；以及

气流偏导器，被定位为引导气流通过所述转子，以增加所述风力涡轮机的效率，其中，所述气流偏导器位于围绕所述转子的转动中心的所述叶片的内部，所述叶片以空气动力学方式配置为提供由通过所述转子和所述气流偏导器的气流行为引起的提升。

通过“空气动力学配置”有利地形成机翼形状，允许可转动的壳体或转子利用来自叶片上两个方向的气流。为此，每个叶片有利地设置有蒙皮表面和开放表面。蒙皮表面在逆风时具有较少的诱导阻力，敞开表面在逆风时具有稍微较大的阻力。蒙皮表面在顺风时不产生转矩，开放表面在顺风时产生显著较大的转矩。蒙皮表面的前缘在顺风时产生极大的阻力。开放表面的前缘在顺风时产生微小的阻力。

叶片被配置为使得每个叶片前缘上的正向气流产生提升，附加地可被配置使得提升中心被定位为朝向壳体的转动中心的前方。这作用为增加通过叶片上的提升产生的转子转矩，由此导致转速和转子效率增加。每个叶片可形成围绕优选地为圆形或圆筒形的转子圆周的离散包围体。

转子的纵横比或高度与直径的比率被选择为在期望的风况下实现期望的转速和发电量。

气流偏导器被便利地设置为朝向且围绕转子的中心，且有利地与转子的垂直中心轴同轴。每个叶片相对于空气偏导器的位置引起文丘里效应，从而增加了并入到每个叶片中的提升表面的效率。由所应用的文丘里效应引起的、所产生的提升的增加提高了转子前缘的转速和转矩，尽管有利地需要按如下所述控制转速。

空气偏导器可具有圆形或弯曲表面。空气偏导器是非常有利的圆筒形，并且尽管其尺寸足以引起上述的文丘里效应，但是可被设计为具有基本小于转子直径的直径。

气流偏导器的尺寸是通过平衡加速的气流、寄生阻力(由叶片和偏导器上气流引起的阻力)和流体阻力确定的。气流偏导器的位置、形状和比例被选择以遮蔽或遮盖最远顺风位置的叶片。该气流偏导器作用以通过减少由该叶片引起的阻力来增加涡轮机的效率。

为了进一步提高性能，气流偏导器被调整为增大其自身与逆风叶片之间的气流，从而使用柏努利原理来进一步增加提升中心朝向转动中心的提升表面的效率。

以空气动力学方式配置的叶片被设置为与转子的掠形成90度。叶片角被设置为使得叶片的攻角不超过转子转动过程中的失速角。失速将造成风力涡轮机作为发电机时损失效率。