[发明专利]水涡轮机组件

说明书

本发明涉及用于从流体流产生旋转动力的改进的竖直轴水涡轮机组件(2)，水涡轮机组件(2)具有主动桨叶桨距控制。水涡轮机组件(2)包括多个竖直叶片(20)，多个竖直叶片围绕竖直组件轴线布置，每个竖直叶片(20)具有竖直叶片轴线并且适于围绕所述竖直叶片轴线运动。水涡轮机组件(2)还包括引导装置，引导装置用于控制多个竖直叶片(20)中的每个在水涡轮机组件(2)旋转时的运动。

本发明涉及用于从流体流产生旋转动力的改进的竖直轴水涡轮机组件(VAWT)，该涡轮机组件具有主动桨叶桨距控制。

竖直轴水涡轮机组件和竖直轴空气涡轮机组件之间的区别将被描绘。设计在空气流中使用的组件不适合水流。在水中工作的竖直涡轮机组件旋转速度要慢得多，并且必须处理比在空气中工作的扭矩负载高得多的扭矩负载。空气涡轮机中的主动叶片桨距控制系统不设计成应付这些高扭矩负载。通常，这种控制系统位于靠近涡轮机轴心的中心处，并且使用具有联动系统的臂来改变叶片间距。这些联动系统的最重要的限制因素是它们可以提供的叶片枢转角度的量。另一个重要的限制因素是控制系统可以应用于枢转动作的扭矩量。

根据本发明的竖直轴水涡轮机组件旨在用于安装在潮汐流中，并且具有特别适合于与提供具有比不间断环境潮汐流的速度更大的速度的涡轮驱动器流的加速器一起使用。在本说明书中使用术语“潮汐流”，因为在许多情况下，这种水涡轮机组件被放置在潮汐变化的位置中。然而，本说明书中的术语“潮汐流”和“流”应被理解为不仅仅是指潮汐变化的水流，而是指任何移动的水体如河流、洋流和一般来自结构的排水。此外，本说明书中使用的术语“潮汐流”和“流”可互换使用。水力发电是可用的最重要的可重用能源之一。

众所周知，为了产生升力，存在最佳的叶片迎角。当应用于VAWT的叶片时，这种最佳迎角将产生最大的旋转功率。最佳迎角为不同参数的流速和涡轮转速而改变。此外，叶片的角度必须相对于涡轮机的旋转位置取决于其位置而被调节。因此，为了产生最大的旋转动力，必须不断地调节涡轮叶片相对于涡轮机中心枢轴的角度。

在水流中操作的VAWT必须与将在空气中运行的竖直轴涡轮机具有显着不同的设计。主要是因为水的粘度较高。在空气流中工作的竖直轴涡轮机通常具有500RPM或更高的转速。工作在水流中的固定叶片VAWT通常具有100RPM的最大转速。根据本发明的具有主动叶片桨距控制的VAWT在10至40RPM的转速下将是最有效的。

根据本发明的第一方面，用于潮汐流的竖直轴水涡轮机组件，所述竖直轴水涡轮机组件适于围绕竖直轴线旋转并且包括：多个竖直叶片，围绕所述组件轴线布置，所述竖直叶片中的每个具有竖直叶片轴线并且适于围绕所述竖直叶片轴线运动；以及引导装置，主动地控制所述多个竖直叶片中的每个在所述水涡轮机组件旋转时的运动；其中，所述引导装置适于在第一区域中控制每个竖直叶片在其穿过使竖直叶片形成最大升力的潮汐流的区域时的运动；以及其中，所述引导装置还适于在第二区域中，以控制每个竖直叶片在其穿过使所述竖直叶片不产生升力的潮汐流的区域时的运动；以及

其中，所述引导装置包括将所述涡轮机组件的旋转运动转换成所述竖直叶片的枢转运动的凸轮；以及其中，所述凸轮包括：第一凸轮从动件，与所述竖直叶片的旋转轴线间隔开，其中所述第一凸轮从动件适于在设置在所述上支撑件中的一部分中或作为所述上支撑件的一部分的第一连续轨道中行进；以及

第二凸轮从动件，与所述竖直叶片的旋转轴线间隔开，并且适于在设置在所述潮汐流的第一区域中的所述上支撑件的一部分中或作为所述上支撑件的一部分的第一不连续轨道中行进、以及在设置在所述潮汐流的第二个区域中的所述上支撑件的一部分中或作为所述上支撑件的一部分的第二不连续轨道中行进。

优选地，每个竖直叶片被控制以通过所述潮汐流绕其竖直叶片轴线翻转。

优选地，每个竖直叶片被控制以提供通过潮汐流的最小阻力。

优选地，所述水涡轮机组件还包括下支撑件，所述多个竖直叶片中的每个安装在所述下支撑件上以相对于所述下支撑件枢转运动。