[发明专利]竖向风电设备以及操作这种设备的方法

说明书

一种竖向风电设备(10)，包括两个或多个沿竖向机器轴(MA)上下布置的单元(Z1，Z2)，其中所述单元(Z1，Z2)中的每个均包括多个竖向叶片(13)，所述多个叶片在所述单元(Z1，Z2)内布置在环绕所述机器轴(MA)分布的同心圆上并且以可以在这个圆上共同运动且抗扭的方式与主轴(20)连接，且其中所述叶片(13)在所述单元(Z1，Z2)中以能够各自围绕特别是贯穿其内部的竖向旋转轴(12)旋转的方式支承。通过以下方式来达成高效：所述叶片(13)中的每个均配设有构件，借用所述构件能够使得所述叶片(13)在绕所述机器轴(MA)环绕期间以与其他叶片无关的方式绕其旋转轴(12)占据预定且可随时变化的旋转位置。

技术领域

本发明涉及的是风电设备的领域。本发明涉及一种竖向风电设备。本发明还涉及一种操作这种设备的方法。

背景技术

除市场中大量制造和使用的配设有三个叶片的输出功率为兆瓦级的常见水平风电设备外，还一再提出可以按照不同原理工作的竖向风电设备。

公开案US 3,902,072 A揭示一种具有水平旋转平台的风力发电机，其外周上布置有数个竖向叶片，这些叶片全部绕中心轴同轴旋转并且各自绕其自有的轴旋转。竖向叶片的旋转取决于风向及风速的变化，并且每个叶片的旋转如此地受到控制，使得在平台循环路径的3/4上获取风力，而在其余路径上，则将叶片设置成使其对风提供最小阻力。通过中央齿轮机构与共用的伺服电动机，实现对叶片的控制。

公开案US 4,410,806 A描述一种具有旋转结构的竖向风电设备，该旋转结构包括一列可旋转的竖向叶片，对这些叶片的位置进行控制，使得只要风速足够，旋转结构便达到恒速。微处理器控制系统处理关于风速、风向及旋转结构转速的信息并且生成用于设定叶片位置的电子信号。该设备的控制系统包括电子叶片致动器，借助该电子叶片制动器来调制旋转结构的叶片。叶片调制控制用来确定转子的转速的攻角。风速表输出设备开机及停机的数据，而风向表则用于使叶片的折翼保持与风向成90°和270°。该控制系统被设置成在风速介于19至40英里/小时时保持恒定的转速。

公开案US 4,494,007 A揭示一种竖向风电设备，其中由一个风向标通过共同机构在其绕中心轴环绕期间控制绕共同中心轴旋转的叶片的定向，以便当风速改变时，在补偿方向上改变叶片的旋转位置。

公开案US 4,609,827 A描述一种具有翼型叶片的竖向风电设备。通过布置于转子外的机构来控制正极且同步的叶片定向系统。两个新型装置改进空气动力效率并且增大旋转力。

在公开案US 6,379,115 B1中公开的风电设备包括三点转动的旋转轴以及多个装于轴上的旋转支撑臂，这些支撑臂之间旋转式支承有用于接收风力的叶片。风力计测量风向及风速。叶片上的伺服电动机依据所测的风力数据来控制叶片的位置。该案提出了不同的相关控制方法。

公开案US 2008175709 A1描述一种从气流或水流高效产能的涡轮机。该涡轮机具有带多个叶片的中心轴，这些叶片可绕轴以叶轮的方式绕转。每个叶片具有与叶片纵向及中心轴平行的叶片轴并且可绕叶片轴旋转。在涡轮机工作期间，每个叶片与流向成一定攻角，当叶片绕中心轴旋转时，对攻角进行动态控制，以使叶片绕轴的转矩最大化。

最后，公开案WO 2009086648 A2说明一种具有至少一个可绕竖轴旋转的转子的风电设备，转子包括在两个上下间隔平置的轴承面之间分布于圆周上布置的各自可绕垂直枢轴枢转的多个转子叶片，这些转子叶片的转动范围在两侧借由止动装置来限定，其中转子叶片的宽度小于圆周半径的大约1/3。特别是，在此情形下能够将转子叶片上下布置于多个平面内。

已知的竖向风电设备是针对地表风来设计的，因此具有相对较低的总高度。但如果针对与水平风电设备的高度相当的高度来设计这种设备，则必须将风速和(视情况甚至)风向的高度相关性考虑在内，才能以最高效率来产能。

发明内容