具有对立旋转叶片的风力设备制造技术

一种具有两组对立旋转叶片的风力设备（或风力涡轮机）。这两组叶片都与交流发电机连接，并且，可操作成使交流发动机的定子和转子在彼此相反的方向上旋转，从而使它们的相对速度翻倍。该设备装配有锥形的前鼻构件，该前鼻构件具有与第一和第二组叶片共同操作的钝末端，以通过影响设备的定向和叶片的旋转速度来改进设备的性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有两组对立(counter)旋转叶片的风力设备(或风力涡轮机)。 更具体地，本专利技术涉及一种装配有发电装置的风力设备，该发电装置具有定子和相对于彼此在相反方向上旋转的转子。风力涡轮机进一步装配有与叶片共同操作的前鼻构件(nose piece)，以通过使设备适应风向和/或影响叶片的旋转速度来改进性能。
技术介绍
已经在许多应用中使用风力设备(也叫做风车或风力涡轮机)，包括抽水、研磨谷物和发电。对于所有这些应用，都希望改进设备的性能。对于水平轴风力涡轮机(HAWT)，重要的是，该设备包括使之适应风向的装置。虽然实现此目的的一种方法是通过对叶片后部的涡轮机添加一尾部，可将尾部暴露于叶片尾流中的湍流，并使尾部减慢以对风向的小变化作出反应。因此，希望通过提供一种操作设备的方法来改进性能，该方法包括使设备适应风向，不希望使用尾部。风力涡轮机所遇到的一个问题是，在非常大风的条件期间，必需防止无法接受的高转速。虽然实现此目的的一种方法是通过对设备添加一制动装置，但这对设备带来了机械复杂性和潜在的故障模式。因此，希望通过提供一种操作设备的方法来改进性能，该方法包括限制叶片的最大转速。风力发电设备所遇到的另一问题是，在设备不停机便可开始发电之前所需的相对较高的最小速度。希望通过降低从设备获得给定电输出所需的最小风速来改进性能。许多工业规模的风力涡轮机所遇到的又一问题是，缺乏围绕其竖直轴线完整旋转 (360° )以适应风向变化的能力。虽然希望提供这种完整旋转，但是，例如电力线的扭曲的因素通常使得此选择是难以获得的。相关的副作用是，处于其旋转运动的极限的涡轮机有时会缺乏保持适应风向的能力，结果可能锁定在不发电位置中，没有返回到风中的能力。因此，希望提供一种能够围绕其竖直轴线进行完整的360°旋转运动的风力设备。希望以低成本且可靠的方式实现这些改进。因此，存在改进风力设备的需求，该风力设备解决了现有技术中的部分或所有这些不足和/或实现了部分或所有上述期望的改进。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种具有后部和适应风向的前部的风力设备，该设备包括前鼻构件；第一组叶片，位于鼻构件的后方，第一组叶片围绕水平轴线在第一方向上旋转；以及第二组叶片，位于第一组叶片的后方，第二组叶片围绕水平轴线在第二方向上旋转，第二方向与第一方向相反。第一和第二组叶片均可与发电机操作地连接，以产生电力。鼻构件可以与第一和第二组叶片共同操作，以通过使设备定向和/或通过影响第一和第二组叶片的旋转速度来改进性能。鼻构件的形状通常可以是锥形的。鼻构件可以包括钝的前末端，该末端可以是圆形的末端和/或可以包括基本上半圆形的顶部。鼻构件可以包括截锥体和钝的前末端。截锥体可以具有第一端或前端(其具有第一直径)以及后端或第二端(其具有比第一直径大的第二直径)。第一直径与第二直径之比可以在从0. 05到0. 45的范围内，优选地从0. 10到 0. 30，更优选地从0. 12到0. 25，再优选地从0. 15到0. 20。截锥体可具有一定长度，并且， 该长度与第二直径之比可以从1到3，优选地从1. 25到2. 5，更优选地从1. 5到2. 0。第一组叶片可具有一定直径，并且，第一组叶片 的直径与截锥体的第二直径之比可以从2到7， 优选地从2. 25到6，更优选地从2. 5到5，再优选地从2. 75到4，甚至更优选地从3到3. 5。 钝的前末端可以具有一定长度和直径，该直径等于截锥体的第一端的直径。钝的前末端的长度与钝的前末端的直径之间的比例可从0. 1到1. 5，优选地从0. 2到1. 0，更优选地从0. 3 到0. 7，甚至更优选地从0. 4到0. 6，进而更优选地从0. 51到0. 59。截锥体可以具有稍微椭圆形的横截面形状，其中，椭圆形的长度(长轴)水平地定向，且椭圆形的宽度(短轴)竖直地定向。椭圆形的长度比椭圆形的宽度大至15%，优选地大至10%，更优选地大5%至10%。为了确定设备的相对尺寸之间的比例，可利用椭圆形的长度和宽度的平均值来确定第一或第二端的直径。第二组叶片具有的直径可等于第一组叶片的直径。替代地，第二组叶片具有的直径可大于第一组叶片的直径。第一组叶片可包括至少五个叶片，优选地包括5至15个叶片， 更优选地包括6至13个叶片，再优选地包括7至12个叶片。第二组叶片可包括至少五个叶片，优选地包括5至15个叶片，更优选地包括6至13个叶片，再优选地包括7至12个叶片。第一和/或第二组叶片可各自包括从5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15个叶片中独立选择出的多个叶片。第一和第二组中的叶片的数量可以相等，或者，第二组中的叶片的数量可以与第一组中的叶片的数量不同。第一和第二组中的叶片可具有相同的长度或不同的长度。第二组中的叶片可以比第一组中的叶片长。第一和第二组中的叶片的形状可以是彼此的镜像(以便引起其相应轮轴在相反方向上的旋转)，或者，第一和第二组中的叶片可以具有不同的形状，只要为每组所选择的形状和/或安装方向仍使得轮轴在相反的方向上旋转即可。第一和/或第二组叶片可以具有恒定的节距。第二组叶片可位于第一组叶片的正后方，意味着，在第一和第二组叶片之间没有插入结构(除了第二轴以外)。第一和/或第二组叶片可以是螺旋桨。该设备可以不包括第二组叶片后方的尾部。第一和第二组叶片可以与发电装置操作地连接。发电装置可以产生交流电或直流电。发电装置可包括交流发电机。发电装置可在鼻构件内部位于第一和第二组叶片的前面。可根据设备的几何形状来确定发电装置的大小，并根据可利用的风能来确定其发电能力。例如，可设定发电装置传递的最大功率从0. 1到25kW，优选地从2至20kW，更优选地从 5至18kW，再优选地从6至16kW，甚至更优选地从6. 5至10kW。该设备可进一步包括与水平轴线同心的中心轴(其包括一对轴)，并且，该中心轴连接第一组叶片、第二组叶片和发电装置。中心轴可包括具有中空横截面形状的第一轴和在第一轴内枢转的第二轴，第一轴可在第一方向上旋转，而第二轴可在第二方向上旋转。第一组叶片可连接至第一轴，并且第二组叶片可连接至第二轴。发电装置可连接至第一轴和第二轴。发电装置可包括定子和转子，定子和转子各自与第一或第二轴相互唯一地连接，以便相对于彼此在相反的方向上进行同心旋转运动。这具有使定子和转子之间的相对运动速度翻倍的效果。发电装 置可包括第一旋转动力联轴器(power coupling)。第一旋转动力联轴器可位于发电装置的外部，并且可包括安装至第一轴或安装至发电装置的外部且与定子和转子同心(即，与水平轴线同心)的一组滑环，并可进一步包括与滑环以电接触方式滑动接合的一组电刷。该设备可进一步包括用于将设备安装至一竖直支撑结构的安装装置。该安装装置可允许设备围绕安装装置的竖直轴线进行360°的旋转运动。安装装置可允许围绕竖直轴线的不受限制的旋转运动。安装装置可允许围绕竖直轴线进行多次完整的旋转。该设备可进一步包括与竖直轴线同心的第二旋转动力联轴器。在操作过程中，鼻构件可至少与第一组叶片或与第一和第二组叶片共同操作，以与没有鼻构件时相比改进设备的性能。性能的改进可包括使设备定向，例如通过将鼻构件转动至风中，尤其是通过将鼻构件的钝的前末端转动至风中本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有后部和适应风向的前部的风力设备，所述设备包括：ａ）前鼻构件；ｂ）第一组叶片，位于所述鼻构件的后方，所述第一组叶片围绕一水平轴线在第一方向上旋转；ｃ）第二组叶片，位于所述第一组叶片的后方，所述第二组叶片围绕所述水平轴线在第二方向上旋转，第二方向与第一方向相反；ｄ）发电装置，位于所述前鼻构件内，与所述水平轴线同心，并与所述第一和第二组叶片操作地连接；以及ｅ）竖直枢转轴线，位于所述第一组叶片和所述发电装置之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/103,9322008年10月9日1.一种具有后部和适应风向的前部的风力设备，所述设备包括a)前鼻构件；b)第一组叶片，位于所述鼻构件的后方，所述第一组叶片围绕一水平轴线在第一方向上旋转；c)第二组叶片，位于所述第一组叶片的后方，所述第二组叶片围绕所述水平轴线在第二方向上旋转，第二方向与第一方向相反；d)发电装置，位于所述前鼻构件内，与所述水平轴线同心，并与所述第一和第二组叶片操作地连接；以及e)竖直枢转轴线，位于所述第一组叶片和所述发电装置之间。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述鼻构件通常是锥形的。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述鼻构件包括截锥体和钝的前末端。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述钝末端是圆形的。5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述截锥体具有前端和后端，所述前端具有第一直径，且所述后端具有比第一直径大的第二直径。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一直径与第二直径之比在0.05到0. 45的范围内。7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述截锥体具有一定长度，并且，其中，所述长度与第二直径之比从1到3。8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一组叶片具有一定直径，并且，其中，所述第一组叶片的直径与所述截锥体的第二直径之比从2到7。9.根据权利要求5所述的设备，其中，所述钝的前末端具有一定长度和等于所述截锥体的第一直径的直径，并且，其中，所述钝的前末端的长度与所述钝的前末端的直径之比从 0. 1 到 1. 5。10.根据权利要求5所述的设备，其中，所述设备具有重心，并且，其中，所述重心位于所述竖直枢转轴线和所述第一组叶片之间。11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述重心和所述第一组叶片之间的距离是所述截锥体的前端和后端之间的距离的0. 05至0. 25倍。12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述发电装置位于所述竖直枢转轴线前方的一定长度处，该长度选择成使得所述重心和所述第一组叶片之间的距离是所述截锥体的前段和后端之间的距离的0. 05至0. 25倍。13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备进一步包括与所述水平轴线同心且连接所述第一组叶片、所述第二组叶片和所述发电装置的中心轴，所述中心轴包括具有中空横截面形状的第一轴和在所述第一轴内枢转的第二轴，所述第一轴能够在第一方向上旋转，并且所述第二轴能够在第二方向上旋转，所述第一组叶片与所述第一轴连接，并且所述第二组叶片与所述第二轴连接。14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述发电装置与所述第一轴和第二轴连接， 所述发电装置包括定子和转子，所述定子和转子各自与所述第一轴或第二轴相互...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈罗德·马钱德，
申请(专利权)人：比罗空气能源公司，
类型：发明
国别省市：CA