專利名稱：水平式風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電能的輕量型水平式風(fēng)力渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
能源的高成本和自然資源的耗盡已導(dǎo)致非昂貴的替代能源資源和環(huán)境安全的逐漸發(fā)展。本發(fā)明涉及使用風(fēng)能來開發(fā)電能，具體地，涉及風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)已存在多年，但這些風(fēng)力渦輪機(jī)通常制造昂貴且通常在很低風(fēng)速即5km/h以下不可工作。這些風(fēng)力渦輪機(jī)中的一些具有不美觀的龐大結(jié)構(gòu)并因此通常位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，而所產(chǎn)生的電則通過在高處或地下的線纜而傳導(dǎo)到配電轉(zhuǎn)換器(distribution transformer)。這些大型風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)安裝也昂貴，需要重型裝備和技術(shù)人員。在這種渦輪機(jī)的安裝前，還需要得到區(qū)域政體的環(huán)境影響研究和批準(zhǔn)，而所述研究和批準(zhǔn)需要進(jìn)行公眾商討。這些大型風(fēng)力渦輪機(jī)是垂直安裝的渦輪機(jī)，并且不美觀、不適合用來為單個(gè)工業(yè)建筑或住宅建筑發(fā)電。然而，水平式風(fēng)力渦輪機(jī)已被證明更美觀，但它的結(jié)構(gòu)通常難看并且它們常常太昂貴太重而不能安裝在建筑結(jié)構(gòu)的頂部上。在美國專利號6，981，839和7，540，705以及英國專利GB2, 185，786 中公開了水平式風(fēng)力渦輪機(jī)的典型示例。這些專利所公開的風(fēng)力渦輪機(jī)都有一定的限制例如不能在低風(fēng)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，它們沉重而且噪聲大，要求大量的維護(hù)并且當(dāng)安裝在建筑的頂部時(shí)不美觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)特征是提供一種水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，該水平式風(fēng)力渦輪機(jī)大致消除了現(xiàn)有水平式風(fēng)力渦輪機(jī)的上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一特征是提供一種水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，轉(zhuǎn)子以獨(dú)特的方式而構(gòu)成使得它的重量很輕并且能夠在很低風(fēng)速下工作。本發(fā)明的另一特征是提供一種水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，該水平式風(fēng)力渦輪機(jī)可工作在萬向式或雙向式狀態(tài)下而無需將渦輪機(jī)位移。本發(fā)明的另一特征是提供一種水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，該水平式風(fēng)力渦輪機(jī)易于安裝并且對于它的安裝和維修不要求技術(shù)人員。本發(fā)明的另一特征是提供一種水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，該水平式風(fēng)力渦輪機(jī)能由程序化的控制器模塊進(jìn)行自動控制。本發(fā)明的另一特征是提供一種水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，該水平式風(fēng)力渦輪機(jī)可被串聯(lián)聯(lián)接，并且所述串聯(lián)聯(lián)接能布置在背對背隔開地串聯(lián)連接的渦輪機(jī)組件中。本發(fā)明的另一特征是提供一種具有空氣進(jìn)氣通道結(jié)構(gòu)的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，該空氣進(jìn)氣通道結(jié)構(gòu)設(shè)置有確定了一定形狀的可調(diào)節(jié)型間以將文丘里效應(yīng)傳遞給進(jìn)入渦輪機(jī)的氣流。根據(jù)以上特征，從廣義方面，本發(fā)明提供一種水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，包括框架，在所述框架上，轉(zhuǎn)子被水平地且可旋轉(zhuǎn)地支承在轉(zhuǎn)子軸上。轉(zhuǎn)子由經(jīng)由固定機(jī)構(gòu)而固定到轉(zhuǎn)子軸的三個(gè)或更多個(gè)徑向葉片構(gòu)件形成。所述徑向葉片構(gòu)件等距地相互隔開。各所述徑向葉片構(gòu)件具有支承臂和固定到支承臂的外端部的風(fēng)導(dǎo)葉。風(fēng)導(dǎo)葉成型用于捕捉與它方向?qū)α⒌臍饬饕砸鹚奈灰埔援a(chǎn)生圍繞轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)力來使轉(zhuǎn)子軸圍繞它的縱向中心軸線旋轉(zhuǎn)。所述徑向葉片構(gòu)件在它們的外端部經(jīng)由張緊可調(diào)節(jié)型支撐機(jī)構(gòu)而剛性地相互連接到彼此。風(fēng)通道引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，用于加速氣流和將所述氣流導(dǎo)入致動氣流通路以撞擊在定位于致動氣流通路中的風(fēng)導(dǎo)葉的至少一個(gè)上從而使風(fēng)導(dǎo)葉受風(fēng)拖曳而位移。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖IA是示出本發(fā)明的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)的簡化透視圖；圖IB是與圖IA相似的透視圖，但示出渦輪機(jī)殼體處于關(guān)閉狀況，其中，空氣進(jìn)氣通道結(jié)構(gòu)被關(guān)閉；圖2是渦輪機(jī)支承框架的透視圖，而轉(zhuǎn)子被移除，該圖示出框架的結(jié)構(gòu)和布置成處于打開狀況的空氣進(jìn)氣通道結(jié)構(gòu)，并且示出可調(diào)節(jié)型文丘里閘的可調(diào)節(jié)型機(jī)構(gòu)；圖3是示出轉(zhuǎn)子處于已組裝狀況的透視圖；圖4A是示出徑向葉片構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖4B是徑向葉片的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的透視圖；圖5是示出軸連接組件的結(jié)構(gòu)的透視圖，該軸連接組件固定到轉(zhuǎn)子軸，并且徑向葉片構(gòu)件的支承臂保持到該軸連接組件；圖6A是示出可調(diào)節(jié)型線連接器的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖6B是示出綁線的回路端的俯視圖，該綁線圍繞線附接套筒而布置并且疊加有相鄰的線的回路端；圖7是示出形成有垂直引導(dǎo)肋的引導(dǎo)斜壁的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖8A是本發(fā)明的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)當(dāng)與類似的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)并排連接時(shí)的透視圖；圖8B是示出圖8A的串聯(lián)連接的渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸的相互連接示例的截面圖；圖8C是示出兩個(gè)串聯(lián)式布置在表面上呈背對背隔開設(shè)置的本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的簡化示意圖；圖9是示出本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的簡化側(cè)視圖，該風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)置有布置在風(fēng)力渦輪機(jī)殼體的出口處的頂部出口閘和底部出口閘，由此該渦輪機(jī)能以雙向模式運(yùn)轉(zhuǎn)，即從渦輪機(jī)的后部或背部；圖10是示出本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的簡化框圖，該風(fēng)力渦輪機(jī)聯(lián)接到電網(wǎng)設(shè)施并且結(jié)合有系統(tǒng)控制器以操作渦輪機(jī)和再生式驅(qū)動；和圖11是示出一種建筑，該建筑具有多個(gè)串聯(lián)連接的、根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的并且安裝在建筑的頂部結(jié)構(gòu)上的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，更具體地參考圖IA和圖1B，其中，附圖標(biāo)記10大體示出本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)施例。渦輪機(jī)10包括框架11，在框架11上，附圖標(biāo)記大體為12的轉(zhuǎn)子組件水平地和可旋轉(zhuǎn)地支承在轉(zhuǎn)子軸13上。轉(zhuǎn)子軸13支承在標(biāo)準(zhǔn)軸承上，軸承未示出。轉(zhuǎn)子組件12由經(jīng)由如后述的固定機(jī)構(gòu)而固定到轉(zhuǎn)子軸13的三個(gè)或更多個(gè)徑向葉片構(gòu)件14形成。如在此所示，有七個(gè)徑向葉片構(gòu)件14，所述徑向葉片構(gòu)件14圍繞轉(zhuǎn)子軸13等距地相互隔開。各徑向葉片構(gòu)件14具有支承臂15和固定到支承臂15的外端部的風(fēng)導(dǎo)葉16。 如圖8C所示，風(fēng)導(dǎo)葉16成型用于捕捉與它方向?qū)α⒌臍饬?0以引起它的位移從而產(chǎn)生圍繞轉(zhuǎn)子軸13的旋轉(zhuǎn)力來使轉(zhuǎn)子軸圍繞它的縱向中心軸線旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸13連接到借助本領(lǐng)域中所熟知的常規(guī)手段進(jìn)行聯(lián)接的電機(jī)19的驅(qū)動軸上。支承臂15和風(fēng)導(dǎo)葉由鋁構(gòu)成以便輕量化。徑向葉片構(gòu)件14經(jīng)由構(gòu)成可調(diào)節(jié)型支撐機(jī)構(gòu)的張緊可調(diào)節(jié)型支撐綁線18而在它們的外端部剛性地彼此相互連接。這些綁線是鋼線，并且它們的可調(diào)節(jié)性能提供一種非常輕量又堅(jiān)固的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，從而提供一種輕量的轉(zhuǎn)子軸由此大大減小轉(zhuǎn)子軸和組件14的重量，并且允許轉(zhuǎn)子在5km/h以下的極低風(fēng)速下被致動或位移。綁線18可由其它的適合的材料包括復(fù)合材料而構(gòu)成。本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)還具有空氣進(jìn)氣通道結(jié)構(gòu)17以將進(jìn)氣氣流加速并導(dǎo)向到定向于殼體的相鄰于凸起式彎曲頂壁22的上部中的致動氣流通路21 (見圖8C)中，所述進(jìn)氣氣流在此以箭頭20表示。徑向葉片構(gòu)件14延伸到此加速式氣流通路22中，并且與頂壁22 隔開，由此氣流撞擊在布置于此致動氣流通路中的導(dǎo)葉上，以使風(fēng)導(dǎo)葉位移從而引起因風(fēng)拖曳而產(chǎn)生的葉片構(gòu)件的位移。進(jìn)口能捕捉大約140°范圍內(nèi)的風(fēng)。如圖8C所示，此氣流通路位于風(fēng)力渦輪機(jī)的后端23中。使空氣以30°至50°之間的角度進(jìn)入渦輪機(jī)殼體。這增大風(fēng)速并且減小在導(dǎo)葉16返回時(shí)的拖曳。如圖IB所示，框架可設(shè)置有側(cè)壁22 ‘并且如圖9所示具有后部閘以形成完整的遮蔽來保護(hù)渦輪機(jī)免受惡劣天氣情況的影響，例如雪、雹、暴雨和狂風(fēng)。該遮蔽對于渦輪機(jī)的功能不是必需的，但提供了更佳的性能。如圖4A所示，風(fēng)導(dǎo)葉16具有半圓形截面。圖4B示出另一種替代形狀，其中，風(fēng)導(dǎo)葉16"具有半橢圓形狀。風(fēng)導(dǎo)葉還固定在至少兩個(gè)支承臂15之間。如果風(fēng)導(dǎo)葉較長，則也可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)中間支承臂15'，由此要求附加的支承。風(fēng)導(dǎo)葉16由此確定出彎曲的內(nèi)壁沈。它還具有橫向端壁27，當(dāng)風(fēng)有角度時(shí)所述橫向端壁27是捕風(fēng)端壁。如果設(shè)置了附加的支承臂例如支承臂15'，則可設(shè)置中間捕風(fēng)壁27'。這些橫向端壁27和中間壁27' 分別固定在支承臂15和15'的后方?，F(xiàn)在參考圖5，示出一種固定機(jī)構(gòu)，該固定機(jī)構(gòu)用于將徑向葉片構(gòu)件14固定到轉(zhuǎn)子軸13。如在此所示，此固定機(jī)構(gòu)由軸連接組件35構(gòu)成，有兩個(gè)這種組件用于連接具有兩個(gè)支承臂15的風(fēng)導(dǎo)葉。軸連接組件35具有三個(gè)或更多個(gè)剛性中空的柱體36，在此七個(gè)剛性柱體36用于容納圖IA所示實(shí)施例的風(fēng)導(dǎo)葉16，并且這些剛性柱體36不可動地固定到適合于以間隔關(guān)系固定到轉(zhuǎn)子軸的金屬盤41和輪轂37。剛性柱體36是具有開放的頂端38 以將支承臂15的底端部15"接收在其中的中空的金屬柱體。支承臂15是鋁桿，并且具有一定的截面，所述截面用于關(guān)閉處于中空的管形柱體36中的相應(yīng)一些的開放端中的滑動裝配結(jié)合。呈鎖止螺釘39形式的阻止機(jī)構(gòu)(arresting means)，在張緊綁線18之前，將實(shí)體桿不可動地固定在中空的管形柱體中。呈線圈彈簧40形式的彈簧偏置機(jī)構(gòu)保持受縛于中空的管形剛性柱體36的底部中，而支承臂15坐落于這些彈簧上，并且鎖止螺釘39被設(shè)定成在綁線18的初始張緊過程中將所述臂15保持在中空的柱體36中?，F(xiàn)在參考圖6和圖6B，將對張緊可調(diào)節(jié)型支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行描述。如上述，張緊可調(diào)節(jié)型支撐機(jī)構(gòu)由綁線18構(gòu)成。這些綁線18具有等長度，并且被固定到可調(diào)節(jié)型線連接器25， 而所述可調(diào)節(jié)型線連接器25固定到徑向葉片構(gòu)件的支承臂15的頂端?？烧{(diào)節(jié)型線連接器 25是具有螺紋軸部四的可調(diào)節(jié)型螺栓觀，所述螺紋軸部四以螺紋方式連接在支承臂15 的自由外端，由此用以調(diào)節(jié)在導(dǎo)葉上方的螺栓的長度。具有對立的端部凸緣30'的線附接套筒30，圍繞調(diào)節(jié)螺栓觀的頂端而受支承，并且將綁線18的端附接回路18'束縛地接收在其中，如圖6B所示。螺栓連接器25具有可結(jié)合的外在頭部31以將螺栓觀的旋轉(zhuǎn)傳遞到支承臂15的頂端，以便調(diào)節(jié)線附接套筒的向外的位移，由此來對圍繞所述套筒固定的而沿相反方向延伸的綁線實(shí)施張緊。通過將可調(diào)節(jié)型螺栓軸向地位移，線附接套筒進(jìn)行位移以增大或減小在相反綁線18中的張緊，如圖6B所示。綁線18被張緊，同時(shí)支承柱體在它們的下端部被保持固定在剛性中空的柱體中，而柱體的底端坐落在它們的線圈彈簧40上。 這提供一種圍繞徑向葉片構(gòu)件14的剛性平衡的支撐的結(jié)構(gòu)。由此，獲得由剛性地相互連接的、呈隔開關(guān)系的徑向葉片構(gòu)件而組成的輕量框架結(jié)構(gòu)，并且增強(qiáng)了圍繞轉(zhuǎn)子軸的徑向葉片構(gòu)件組件。然后松開鎖止螺母32，而支承柱體的下端靜置于它們的彈簧40上。彈簧的目的是允許由溫度波動引起變形的支承臂15中的膨脹的吸收。如果支承臂將要被不可動地固定到軸連接組件35，則這防止支承臂中的扭曲。還要指出，線附接套筒30可制成為圍繞靜止的柱體或螺栓觀可位移的，以提供這種調(diào)節(jié)。通過將螺母31和32沿螺紋軸位移，使得套筒位置為可調(diào)節(jié)的，而所述螺母31和 32現(xiàn)在是靜止的。已發(fā)現(xiàn)，這些可調(diào)節(jié)型線連接器都是非常有效的、精確的且經(jīng)濟(jì)的可調(diào)節(jié)型機(jī)構(gòu)。圍繞轉(zhuǎn)子組件的外周而相互連接到一起的綁線，將支承臂保持受縛于軸連接組件 35的中空的管形柱體36中，如圖5所示。剛性柱體和輪轂結(jié)構(gòu)被焊接在平的鋼盤41上，用于當(dāng)風(fēng)導(dǎo)葉13所產(chǎn)生的扭矩經(jīng)由驅(qū)動轉(zhuǎn)子軸13的連接組件35而傳遞到軸中時(shí)維持剛性柱體處于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)中。轉(zhuǎn)子的直徑被制成適合于渦輪機(jī)的用途，并且通過增加它的直徑能使所產(chǎn)生的能量大大增加。例如，使直徑增大一倍將產(chǎn)生增加5倍的所得能量?，F(xiàn)在參考圖1A、圖1B、圖2和圖7至圖9，將描述由空氣進(jìn)氣通道結(jié)構(gòu)17構(gòu)成的通道引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作，如圖IA所示。此結(jié)構(gòu)由傾斜的引導(dǎo)斜壁45和可調(diào)節(jié)型文丘里閘47構(gòu)成，所述傾斜的引導(dǎo)斜壁45固定在框架11的空氣進(jìn)氣端的下方，所述可調(diào)節(jié)型文丘里閘47在空氣進(jìn)氣開口 46或空氣進(jìn)氣端的頂端46'處鉸接地連接到框架11。引導(dǎo)斜壁呈30°至50°之間的角度?？烧{(diào)節(jié)型文丘里間47具有內(nèi)壁表面48，所述內(nèi)壁表面48 確定出凸型曲度以將文丘里效應(yīng)傳遞到進(jìn)口氣流20的區(qū)域20'(見圖8C)中，由此來加速氣流20以在風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生致動氣流通路21?；⌒雾敳?2遵循風(fēng)力渦輪機(jī)弧度并且限制由殼體和/或框架所產(chǎn)生的渦流?；⌒雾敳?2還為框架結(jié)構(gòu)1增加了剛度，并且有助于將雪從頂部清除以及將雨水向外引出。它還為風(fēng)的流動提供符合空氣動力學(xué)的形狀。通過一對減震器49和線與滑輪機(jī)構(gòu)50使可調(diào)節(jié)型文丘里間抵抗活塞49'的偏置力而位移，從而將適當(dāng)?shù)木嚯x設(shè)定在閘的內(nèi)側(cè)文丘里表面48與傾斜的引導(dǎo)斜面的頂表面45'之間，由此可調(diào)節(jié)型文丘里閘47受壓偏置處于打開位置，所述線與滑輪機(jī)構(gòu)50由線51、引導(dǎo)滑輪52和電機(jī)53構(gòu)成。這種偏置配置消除了昂貴又麻煩的液壓系統(tǒng)的使用。如圖IB所示，可調(diào)節(jié)型文丘里閘被位移到關(guān)閉位置，其中，閘47抵靠傾斜的引導(dǎo)斜壁45，由此來大致地阻隔空氣進(jìn)氣端。這在非常高的風(fēng)速情況下或在未使用渦輪機(jī)的情況下可能是理想的。當(dāng)然，其它的機(jī)構(gòu)也可設(shè)置來構(gòu)成閘位移機(jī)構(gòu)和壓力施加機(jī)構(gòu)，以將可調(diào)節(jié)型文丘里閘維持在期望的位置。例如，開槽型引導(dǎo)桿可以在一端可樞轉(zhuǎn)地連接到框架，而在另一端連接到可調(diào)節(jié)型文丘里間，而在槽中延伸的鎖止螺栓用以將可調(diào)節(jié)型文丘里間剛性地固定在期望的角度。如圖7所示，傾斜的引導(dǎo)斜壁45設(shè)置有多個(gè)垂直的引導(dǎo)肋55，所述垂直的引導(dǎo)肋 55被隔開布置并且軸向地定向成朝向空氣進(jìn)氣端46，以將如箭頭55'所示的來自氣流通路的、有角度地撞擊在該處的氣流和來自它的任一側(cè)的氣流重導(dǎo)向。這有助于捕捉和重定向來自風(fēng)力渦輪機(jī)殼體的側(cè)面的風(fēng)?，F(xiàn)在參考圖9，示出本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)10的另一變型。如在此所示，渦輪機(jī)10 適于作為雙向式渦輪機(jī)工作，即形成它的前端或后端并且定向成捕捉大部分的主導(dǎo)風(fēng)。為了有效地實(shí)現(xiàn)此目的，在殼體的出口端分別連接了頂部出口閘60和底部出口閘61，并且這些閘分別由減震器62和63偏置、并且以相似的方式工作，而電機(jī)所操縱的線與滑輪組件用于調(diào)節(jié)所述頂部出口閘和底部出口閘的位置。這些閘可由如后述的感應(yīng)風(fēng)方向和風(fēng)速的系統(tǒng)控制器75進(jìn)行自動操縱，如圖10所示。如在此所示，頂部出口閘60在附圖標(biāo)記64處鉸接地連接到框架11的后端的頂端，而底部出口閘61鉸接地連接在框架的后端的大致中間， 如附圖標(biāo)記65所標(biāo)識。如圖9所示，出口閘60和61處于它們的常開位置，而風(fēng)被導(dǎo)入風(fēng)力渦輪機(jī)殼體10 的前端中并且從被定位成提供不受阻隔的空氣流的閘60和61之間的后部離開。當(dāng)風(fēng)從殼體的后部被導(dǎo)入時(shí)，頂部出口閘10位移到它的如虛線66所示的位置，而底部出口閘61位移到它的如虛線67所示的位置。因此，空氣被允許進(jìn)入殼體的下半部以產(chǎn)生撞擊在框架或殼體的下部中的導(dǎo)葉16或徑向葉片構(gòu)件上的逆向致動氣流通路68。為了不阻隔此逆向氣流通路68的出口，傾斜的引導(dǎo)斜壁45具有鉸接斜部45'，所述鉸接斜部45'是可向內(nèi)鉸接的，如圖9中實(shí)線所示，以產(chǎn)生在空氣進(jìn)氣端46下方、供逆向致動氣流68通過的開口 69。 此外，鉸接斜部45為逆向致動氣流通路提供引導(dǎo)壁表面。如在此所示，斜部45'由減震器 70和未示出的滑輪與線纜機(jī)構(gòu)致動，所述滑輪與線纜機(jī)構(gòu)可由系統(tǒng)控制器75或由控制器單元所控制的活塞進(jìn)行操縱，雖然這不是理想的。因此可見，風(fēng)力渦輪機(jī)能從它的前方或后方進(jìn)行工作，并且能夠捕捉與之呈角度的風(fēng)?，F(xiàn)在參考圖8A，示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的、并且呈并排關(guān)系地相互連接的兩個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)10和10'。為使這種相互連接有效，各風(fēng)力渦輪機(jī)10和10'的轉(zhuǎn)子軸13和13' 需要相互連接。如圖8B所示，這通過一種撓性聯(lián)接而實(shí)現(xiàn)，由所述撓性聯(lián)接來聯(lián)接轉(zhuǎn)子軸以形成共有的轉(zhuǎn)子軸從而驅(qū)動連接在串聯(lián)連接的風(fēng)力渦輪機(jī)的一端的電機(jī)19。可以有多個(gè)這種相互并排連接的渦輪機(jī)10，10'，如圖10所示。如圖8B所示，撓性聯(lián)接在此由鏈輪80和80'構(gòu)成，所述鏈輪80和80‘分別固定到相鄰的轉(zhuǎn)子軸13和13'的相鄰端，并且經(jīng)由環(huán)形鏈環(huán)帶81而相互連接到一起，所述鏈環(huán)帶81圍繞鏈輪80和80'而結(jié)合并且保持它們處于并排關(guān)系以允許相互連接的轉(zhuǎn)子軸13 和13'之間的撓性，這是因?yàn)楦鳒u輪機(jī)是獨(dú)立的從而使得經(jīng)組合的轉(zhuǎn)子軸由于各轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的扭矩而發(fā)生振動。撓性聯(lián)接可具有多種不同的結(jié)構(gòu)，例如由橡膠軸襯聯(lián)接或其它的機(jī)械式聯(lián)接結(jié)構(gòu)構(gòu)成。如圖8C所示，這些相互串聯(lián)連接的渦輪機(jī)也可在表面79上布置成背對背隔開的關(guān)系，所述表面79可以是建筑的頂部或在這種安裝為理想之處的任何其它便利的表面。雖然未示出，但是可以設(shè)想水平式風(fēng)力渦輪機(jī)可安裝在搖擺的基底上，并且還可有風(fēng)翼或傳感器以沿風(fēng)的方向?qū)u輪機(jī)定向。這種安裝可用于一些地方，在這些地方?jīng)]有可用的電能來提供有限的用戶負(fù)載?，F(xiàn)在參考圖10，示出一種典型的自動化系統(tǒng)的框圖，本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)10可連接到該自動化系統(tǒng)以允許供電的比例性再生。如前所述，風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸操縱電機(jī)19， 所述電機(jī)19根據(jù)轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生變化的電輸出。這種變化的輸出被送到再生式驅(qū)動器，該再生式驅(qū)動器利用扭矩設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行控制。所述設(shè)定點(diǎn)隨實(shí)際的風(fēng)速而變化。高風(fēng)速涉及高的扭矩設(shè)定點(diǎn)，這在現(xiàn)有的電網(wǎng)設(shè)施上產(chǎn)生更多能量。在非常高的風(fēng)速中，最大再生被最大化到發(fā)生器的極限，使得即使在非常高的風(fēng)速情況中也永不停止能量產(chǎn)生。ABB公司提供了這種再生式驅(qū)動，并在此由方框80示意地示出。它可適于驅(qū)動可選的轉(zhuǎn)換器81 和/或建筑的電網(wǎng)設(shè)施82。與這種已知的電氣裝備集成的是系統(tǒng)控制器75，該系統(tǒng)控制器 75根據(jù)風(fēng)向操縱文丘里間47和后部間60和61 (當(dāng)提供的話)。來自風(fēng)速傳感器83、振動傳感器84和噪聲傳感器85的信號也送至控制器75，以使控制器75提供對文丘里間和出口閘的適當(dāng)調(diào)節(jié)來對轉(zhuǎn)子進(jìn)行適當(dāng)操作以控制所述各種參數(shù)。圖11是建筑90的正視圖，而在該建筑的頂部91上已固定了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的風(fēng)力渦輪機(jī)10。如在此所示，有七個(gè)這種相互連接成并排關(guān)系的風(fēng)力渦輪機(jī)。它們與建筑良好地融合并且為建筑提供了美感。當(dāng)然，它們也能加以油漆來融合于建筑美學(xué)中。因?yàn)樗鼈兊妮p量結(jié)構(gòu)，所以多個(gè)這種渦輪機(jī)能支承在建筑的頂部。它還易于捕捉建筑頂部的風(fēng)，通常捕捉由渦輪機(jī)下方的建筑壁所產(chǎn)生的上升氣流。而電氣設(shè)施也接近該頂部。本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)具有多種優(yōu)點(diǎn)-能被安裝在平的或傾斜的頂板上-它的水平式構(gòu)造-它的模塊式外型(并排)-遮蔽結(jié)構(gòu)保護(hù)免受惡劣天氣情況影響-閘可調(diào)節(jié)成增大、減小或阻止進(jìn)風(fēng)口。-各渦輪機(jī)段為10英尺長(然而此尺寸可變)-輕量的結(jié)構(gòu)-低高度使部件易于接近-能被安裝在現(xiàn)有的建筑上-特定的組件尺寸，從而可免于特殊安裝許可-能由例如5km/h低速的風(fēng)產(chǎn)生電能，在一些地區(qū)通常80%的風(fēng)處于該風(fēng)速
-能承受達(dá)到200km/h速度的風(fēng)-風(fēng)偏轉(zhuǎn)使風(fēng)向著捕風(fēng)導(dǎo)葉聚集并且改善能源產(chǎn)生效能-組件的結(jié)構(gòu)只用步梯就可輕易地接近以進(jìn)行維護(hù)；-如果捕風(fēng)導(dǎo)葉失效，可容易地對它更換
-組件可手動地拆裝-能安裝用于住宅、工業(yè)和研究用途-維護(hù)簡單-成本低-整體尺寸可調(diào)節(jié)成適于不同的應(yīng)用-組件可容易地從一個(gè)地方運(yùn)輸?shù)搅硪坏胤?與要求建造特定通行路的大風(fēng)力渦輪機(jī)相反，本發(fā)明組件不要求這種設(shè)施以供現(xiàn)場安裝-易于制造-能抵抗狂風(fēng)-可由相同的思路和簡單地對部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋壤s放設(shè)計(jì)出小型、中型、和大型的能源應(yīng)用-在支承風(fēng)力渦輪機(jī)的建筑內(nèi)的工作人員能監(jiān)督渦輪機(jī)的運(yùn)作。不要求特定資格的工作人員-替換部件易于接近并且能在臨時(shí)通知的情況下予以提供-它還可直接產(chǎn)生氫氣或熱水供將來使用。本發(fā)明的范圍包含在此所述的優(yōu)選實(shí)施例的任何顯而易見的變型，只要這種變型落在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，包括框架，在所述框架上，轉(zhuǎn)子被水平地且可旋轉(zhuǎn)地支承在轉(zhuǎn)子軸上，所述轉(zhuǎn)子由經(jīng)由固定機(jī)構(gòu)而固定到所述轉(zhuǎn)子軸的三個(gè)或更多個(gè)徑向葉片構(gòu)件形成，所述徑向葉片構(gòu)件等距地相互隔開，各所述徑向葉片構(gòu)件具有支承臂和固定到所述支承臂的外端部的風(fēng)導(dǎo)葉，所述風(fēng)導(dǎo)葉成型用于捕捉與它方向?qū)α⒌臍饬饕砸鹚奈灰茝亩a(chǎn)生圍繞所述轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)力來使所述轉(zhuǎn)子軸圍繞它的縱向中心軸線旋轉(zhuǎn)，所述徑向葉片構(gòu)件在它們的外端部經(jīng)由張緊可調(diào)節(jié)型支撐機(jī)構(gòu)而剛性地相互連接到彼此；和風(fēng)通道引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，用于加速所述氣流和將所述氣流導(dǎo)入致動氣流通路以撞擊在定位于所述致動氣流通路中的所述風(fēng)導(dǎo)葉上從而使所述風(fēng)導(dǎo)葉受風(fēng)拖曳而位移。
2.如權(quán)利要求1所述的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述張緊可調(diào)節(jié)型支撐機(jī)構(gòu)由固定到可調(diào)節(jié)型線連接器的等長度綁線構(gòu)成，所述可調(diào)節(jié)型線連接器固定到所述徑向葉片構(gòu)件的所述支承臂。
3.如權(quán)利要求2所述的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述可調(diào)節(jié)型線連接器固定到各所述支承臂的自由外端，所述風(fēng)導(dǎo)葉固定在兩個(gè)支承臂之間。
4.如權(quán)利要求3所述的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述可調(diào)節(jié)型線連接器是線保持構(gòu)件，所述線保持構(gòu)件是借助于沿所述支承臂的縱向軸線的定位機(jī)構(gòu)而可位移的。
5.如權(quán)利要求4所述的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述線保持構(gòu)件是線附接套筒，相反綁線的回路端圍繞所述線附接套筒保持受縛，所述線附接套筒沿固定在所述支承臂的頂端中的螺紋型螺栓位移，所述定位機(jī)構(gòu)是以螺紋方式固定到所述螺紋型螺栓的鎖止螺母，而所述套筒保持受縛于它們之間。
6.如權(quán)利要求3所述的水平式風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述可調(diào)節(jié)型線連接器是具有以螺紋方式連接在所述自由外端的螺紋軸部的可調(diào)節(jié)型螺栓連接器，所述螺紋軸部所支承的線附接套筒用于束縛地接收相反綁線的端附接回路，所述螺栓連接器具有可結(jié)合的外在頭部以傳遞所述螺栓連接器的旋轉(zhuǎn)來引起所述線附接套筒的位移，從而增大或減小所述相反綁線中的張緊以平衡和加強(qiáng)圍繞所述轉(zhuǎn)子軸的所述徑向葉片構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述固定機(jī)構(gòu)由兩個(gè)軸連接組件構(gòu)成，每個(gè)軸連接組件具有三個(gè)或更多個(gè)剛性柱體，所述柱體不可動地固定到所述軸、并且被隔開使得與所述三個(gè)或更多個(gè)徑向葉片構(gòu)件的所述兩個(gè)支承臂的內(nèi)連接端部可位移地相互連接。
8.如權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述剛性柱體是中空的管形柱體，所述支承臂是具有截面的直桿，所述截面用于關(guān)閉在所述中空的管形柱體的相應(yīng)一些柱體中的滑動裝配結(jié)合，并且阻止機(jī)構(gòu)用于臨時(shí)地將所述直桿不可動地固定在所述中空的管形柱體中在預(yù)定的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，還設(shè)置了彈簧偏置機(jī)構(gòu)，所述彈簧偏置機(jī)構(gòu)保持受縛在所述中空的管形柱體中，以允許因熱膨脹和收縮引起的所述直桿的軸向位移， 所述綁線保持所述實(shí)體桿受縛于所述中空的管形柱體中。
10.如權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述兩個(gè)軸連接組件還包括平的盤式連接器，所述盤式連接器具有固定到所述軸的輪轂，所述三個(gè)或更多個(gè)剛性柱體固定到所述平的盤式連接器的側(cè)壁。
11.如權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述軸連接組件由鋼制成，所述兩個(gè)支承臂和所述風(fēng)導(dǎo)葉由輕量的鋁材料制成。
12.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)導(dǎo)葉成型為支架，所述支架具有長形的向內(nèi)彎曲的內(nèi)壁和對立的橫向端壁，所述對立的橫向端壁具有筆直前邊緣，所述支承臂是直的支承臂，所述支承臂的所述外端部固定到所述橫向端壁的所述筆直前邊緣之中相應(yīng)的一個(gè)。
13.如權(quán)利要求12所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述向內(nèi)彎曲的內(nèi)壁具有半橢圓或半圓之一的截面形狀。
14.如權(quán)利要求12所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述橫向端壁是捕風(fēng)端壁，并且在所述端壁之間還設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)隔開的中間捕風(fēng)壁。
15.如權(quán)利要求14所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述支承臂之中的至少另有一個(gè)固定到一個(gè)或多個(gè)所述中間捕風(fēng)壁的所述筆直前邊緣。
16.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)通道引導(dǎo)機(jī)構(gòu)包括空氣進(jìn)氣通道結(jié)構(gòu)，所述空氣進(jìn)氣通道結(jié)構(gòu)由在所述框架的空氣進(jìn)氣端下方的傾斜的引導(dǎo)斜壁和在所述空氣進(jìn)氣端上方鉸接地固定到所述框架的可調(diào)節(jié)型文丘里間構(gòu)成，所述可調(diào)節(jié)型文丘里閘具有確定出一定曲度的內(nèi)壁表面，所述內(nèi)壁表面當(dāng)定位成與所述斜壁隔開預(yù)定距離時(shí)用于將文丘里效應(yīng)傳遞給所述空氣進(jìn)氣端的所述逆風(fēng)氣流以加速所述氣流。
17.如權(quán)利要求16所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述可調(diào)節(jié)型文丘里閘可從打開位置位移到關(guān)閉位置，當(dāng)處于所述關(guān)閉位置時(shí)所述可調(diào)節(jié)型間大致阻隔所述空氣進(jìn)氣端，所述可調(diào)節(jié)型閘經(jīng)由壓力施加機(jī)構(gòu)而偏置到所述打開位置，而閘位移機(jī)構(gòu)用于抵抗所述壓力施加機(jī)構(gòu)而使所述間位移和保持在期望的位置。
18.如權(quán)利要求17所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述壓力施加機(jī)構(gòu)由一個(gè)或多個(gè)減震器構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求16所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述斜壁設(shè)置有多個(gè)垂直引導(dǎo)肋，所述垂直引導(dǎo)肋被隔開布置且軸向地定向成朝向所述空氣進(jìn)氣端以將來自所述氣流通路的、有角度地撞擊于該處的空氣重導(dǎo)向。
20.如權(quán)利要求17所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述閘位移機(jī)構(gòu)由受控制器單元控制的線纜電機(jī)被動機(jī)構(gòu)和滑輪構(gòu)成。
21.如權(quán)利要求17所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述閘位移機(jī)構(gòu)由機(jī)械方式可調(diào)節(jié)型機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求16所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述框架設(shè)置有向外彎曲的頂壁，所述向外彎曲的頂壁被隔開在所述徑向葉片構(gòu)件上方并且從所述空氣進(jìn)氣端延伸到出口端。
23.如權(quán)利要求16所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)是雙向的渦輪機(jī)，并且， 所述框架的后端設(shè)置有頂部出口閘和底部出口閘，所述頂部出口閘和底部出口閘鉸接地固定到所述框架的上半部和下半部處于所述各半部上方，所述出口間經(jīng)由壓力施加機(jī)構(gòu)而偏置處于打開位置；和閘位移機(jī)構(gòu)，用于定位所述出口閘以將后面的風(fēng)引導(dǎo)到所述框架的所述下半部中，以產(chǎn)生逆向致動氣流通路來撞擊在所述框架的下部中的所述徑向葉片構(gòu)件上；所述傾斜的引導(dǎo)斜壁具有鉸鏈?zhǔn)叫辈?，所述鉸鏈?zhǔn)叫辈靠上騼?nèi)鉸接以產(chǎn)生在所述空氣進(jìn)氣端下方的開口供所述逆向致動氣流通路的通過和引導(dǎo)，從而所述鉸鏈?zhǔn)叫辈繛樗瞿嫦蛑聞託饬魍诽峁┮龑?dǎo)壁表面。
24.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，兩個(gè)或更多個(gè)所述風(fēng)力渦輪機(jī)被布置成并排關(guān)系，而它們的轉(zhuǎn)子軸經(jīng)由撓性聯(lián)接而相互連接以形成由所述兩個(gè)或更多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)驅(qū)動的共同的轉(zhuǎn)子軸。
25.如權(quán)利要求M所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述撓性聯(lián)接由鏈輪構(gòu)成，所述鏈輪固定到所述轉(zhuǎn)子軸的相鄰端部，所述鏈輪經(jīng)由圍繞所述鏈輪結(jié)合的鏈環(huán)帶而相互連接在一起， 以容許所述相互連接的轉(zhuǎn)子軸之間的撓性。
26.如權(quán)利要求M所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)還布置成背對背隔開的關(guān)系。
27.如權(quán)利要求17所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子軸以驅(qū)動方式連接到電機(jī)以產(chǎn)生變化的電壓，帶扭矩設(shè)定點(diǎn)的再生式驅(qū)動器將經(jīng)調(diào)整的輸出電壓提供到將由所述風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行供電的建筑的電網(wǎng)設(shè)施。
28.如權(quán)利要求27所述的風(fēng)力渦輪機(jī)其中，還包括用于控制所述風(fēng)力渦輪機(jī)的系統(tǒng)控制器，所述控制器控制所述間位移機(jī)構(gòu)；和傳感器，固定到所述控制器以監(jiān)測風(fēng)速、噪聲和振動。
全文摘要
一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括框架，在所述框架上，轉(zhuǎn)子被水平地且可旋轉(zhuǎn)地支承在轉(zhuǎn)子軸上。轉(zhuǎn)子由固定到轉(zhuǎn)子軸的三個(gè)或更多個(gè)徑向葉片構(gòu)件形成。徑向葉片構(gòu)件等距地相互隔開，并且各徑向葉片構(gòu)件具有支承臂和固定到所述支承臂的外端部的風(fēng)導(dǎo)葉。風(fēng)導(dǎo)葉成型用于捕捉與它方向?qū)α⒌臍饬饕砸鹚奈灰茝亩a(chǎn)生圍繞所述轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)力來使所述轉(zhuǎn)子軸圍繞它的縱向中心軸線旋轉(zhuǎn)。所述徑向葉片構(gòu)件在外端部經(jīng)由張緊可調(diào)節(jié)型支撐綁線而剛性地相互連接到彼此。風(fēng)通道引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，用于加速氣流和將氣流導(dǎo)入致動氣流通路以撞擊在定位于致動氣流通路中的風(fēng)導(dǎo)葉上。
文檔編號F03D3/06GK102459882SQ201080025502
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者R.昆塔爾 申請人:R.昆塔爾