[发明专利]风力涡轮机和风力设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及风力涡轮机和风力设备，具体地涉及组合式结构(modular construction)的风力设备。

背景技术

已知不同类型的组合式风力设备。CH668623A5描述了一种具有承载风力涡轮机的多个平台(stage)的风力装置，且其中每个平台均可以独立于其他平台在风中定向。SU 1645603 A1涉及一种风力设备，其中风力涡轮机被布置成悬挂在桅杆上。US5,328,334公开了一种风力设备，其中螺旋桨串联地安装于在标杆(post)之间延伸的风线上。JP04-350369涉及一种停泊在地面上的、承载多个风力涡轮机的飞船。US4,140,433公开了风驱动涡轮机及其布置。DE3905337A1公开了一种用于将迎面气流聚集在具有水平轴线的风力涡轮机处的方法。WO2004/099607公开了一种风力涡轮机，其具有转子、支撑转子的定子以及围绕定子和转子沿周向延伸的相对短的扩散圆形遮板(shroud)，该遮板的长度相当于遮板的最大外径的约0.23倍。该遮板限定出在遮板的入口部处具有特定的空气通道直径的空气通道，该空气通道直径相当于遮板的最大外径的约0.83倍。

目前，包括多个风力涡轮机的风力设备具有不同的缺陷。首先，由于风力涡轮机的叶片引起的涡流而导致相邻风力涡轮机的不利干扰，设备的效率可能较低。第二，设备的复杂性使得难于将风力涡轮机在风中定向以使设备的效率最优化。第三，由于起动风速(即，使风力涡轮机运转的最小风速)太高，设备的效率可能不是最理想的。另外，风力涡轮机对鸟类构成了严重的危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的、适于用在组合式结构的风力设备中的风力设备组件。该目的通过如权利要求1中所要求保护的风力设备组件来实现。

本发明涉及包括基本上呈流线型的支撑体的风力设备组件。该支撑体具有基本上为水滴状(drop-shaped)的水平横截面，并且包括具有基本上为半椭圆形的水平横截面的鼻状体(nose body)以及位于鼻状体的顺风方向的尾状体(tail body)。该尾状体与鼻状体具有接合处，尾状体和鼻状体在该接合处基本上彼此平齐地布置，并且尾状体从该接合处起以这样的方式沿顺风方向逐渐变细：使得尾状体的轮廓线至少在水平横截面中遵循抛物线。该风力设备组件还包括布置在支撑体上、且位于所述鼻状体与尾状体的接合处的多个风力涡轮机，所述风力涡轮机中的每一个均包括具有特定数量的叶片的转子、以使得转子可以在涡轮机轴线上转动以产生电能的方式支撑转子的定子、以及围绕定子和转子沿周向延伸并且支撑定子以限定出空气通道的遮板，该空气通道在遮板的入口部处具有特定的空气通道直径。该遮板具有一最大外径，以使得遮板的入口部处的空气通道直径包含在遮板的最大外径的0.82倍至0.9倍的范围内。当空气在风力涡轮机运转的过程中进入空气通道时，这种尺寸选择提供了最小的气动损失。当然，这增大了风力涡轮机的效率。此外，遮板沿涡轮机轴线方向的长度包含在外径的0.1倍至0.25倍的范围内。值得注意的是，沿纵向方向(即，沿涡轮机轴线的方向)，遮板不一定沿着定子的整个长度延伸。如应理解的，将涡轮机布置在鼻状体与尾状体的接合处在效率和起动速度方面是有利的。该接合处对应于支撑体的横向横截面最为重要的区域，以使得此接合处区域中的风速增加。

优选地，叶片的间距(pitch)可根据风速动态地调节。

在风力涡轮机中，定子优选地包括沿转子的逆风方向布置在涡轮机轴线上的中心鼻状部(为了清楚起见，在本文中使用术语“鼻状部”以与“鼻状体”相区别，鼻状体是组件的支撑体的一部分)。优选地，中心鼻状部相对于涡轮机轴线是旋转对称的并且具有关于涡轮机轴线为旋转对称的半椭圆体形状。中心鼻状部沿垂直于涡轮机轴线方向的直径有利地包含在遮板的最大外径(即，空气通道直径)的0.4倍至0.6倍的范围内，而中心鼻状部沿涡轮机轴线方向的长度有利地包含在其沿垂直方向的直径的0.4倍至0.5倍的范围内。

有利地，定子包括沿转子的顺风方向布置在涡轮机轴线上的中心尾状部，该中心尾状部包括基本上为旋转对称的尾状整流罩(为了清楚起见，在本文中使用术语“尾状整流罩”以与“尾状体”相区别，该尾状体是组件的支撑体的一部分)。在转子处，尾状整流罩的直径基本上等于鼻状部的直径。沿顺风方向，尾状整流罩逐渐变细至涡轮机轴线，以使在纵向横截面中沿着涡轮机轴线尾状整流罩的轮廓线遵循抛物线。

最优选地，每一个风力涡轮机均包括沿转子的逆风方向安装的防护网，以防止鸟进入。