浮式風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)專利權(quán)利要求1的前序部分所述的浮式風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]浮式風(fēng)力渦輪機是安裝在浮動結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力渦輪機，所述浮動結(jié)構(gòu)位于海中，一般是深海中，以使所述渦輪機能夠在深海處發(fā)電，在深海中不能使用安裝在海床上的底座。遠遠伸入到海洋中的風(fēng)力發(fā)電廠具有可以減少視覺污染并對漁業(yè)和航路提供更好適配性的優(yōu)點。另一個優(yōu)點是海洋中的風(fēng)力一般更強勁，并且增加了每單位潛在的發(fā)電量。
[0003]已知的一種浮式風(fēng)力禍輪機組件的示例是Statoil的Hywind概念。該浮動結(jié)構(gòu)是由填充有水和巖石壓載物的鋼柱構(gòu)成。其伸入海平面以下100米并由3個錨定件錨定到海床。目的是提供一種有競爭性的基于海的風(fēng)力發(fā)電機概念，其可以定位在靠近市場的深海處。
[0004]這種構(gòu)造的缺點是:螺旋槳設(shè)有昂貴而復(fù)雜的扭矩控制器(槳距控制器)，以使在增加的風(fēng)力載荷下翼板的扭曲能夠減小破壞或故障的風(fēng)險。這種浮動結(jié)構(gòu)確保了風(fēng)力渦輪機保持在基本相同的豎直位置上，甚至在伴隨有故障風(fēng)險的極強風(fēng)力下。
[0005]正如上面提到的，具有安裝到旋轉(zhuǎn)軸的、呈三個螺旋槳葉片形式的受風(fēng)力影響的轉(zhuǎn)子的現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機的缺點是它們必須設(shè)有扭矩控制器以在變化的風(fēng)力中控制相應(yīng)螺旋槳翼板的扭轉(zhuǎn)角度。這使得該構(gòu)造更昂貴，導(dǎo)致更大數(shù)量的構(gòu)造細節(jié)和對維護的更高要求，以保持風(fēng)力渦輪機正常運轉(zhuǎn)。在極強風(fēng)力中，比如強風(fēng)暴和颶風(fēng)，該風(fēng)力渦輪機必須完全關(guān)閉，螺旋槳必須鎖定以防止風(fēng)力渦輪機的軸部的意外破壞或故障，比如翼板斷裂。
[0006]從目前抵抗具有昂貴組件和維修成本的不達標(biāo)風(fēng)力發(fā)電機的背景來看，其中例如將非常重的發(fā)電機從地面提升大約100米到狹窄隔室中，或者當(dāng)重達數(shù)噸的螺旋槳翼板破壞或斷裂時，對人員是危險的并且替換它不是一項簡單或者節(jié)省成本的任務(wù)。翼板高的周緣速度(peripheral speed)阻止增加轉(zhuǎn)速并且需要復(fù)雜的控制。另一個缺點是這種大的螺旋槳翼板在視覺上污染了環(huán)境，制造了噪聲并殺死了鳥類，阻止了直升機的使用(近海)。
[0007]從美國專利號1，816，971A獲知一種螺旋形渦輪機，其具有軸形轉(zhuǎn)動部件，該軸形轉(zhuǎn)動部件設(shè)有安裝在錐形套內(nèi)的螺旋形翼板，所述錐形套兩端均具有開口，流體可以從一端流到另一端并迫使所述轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)動。然而，這種構(gòu)造由于大的壓力下降和低的功率效率而并不適合用在風(fēng)力渦輪機中。
[0008]德國專利公開號2935803A1描述了一種安裝在轉(zhuǎn)動軸上與風(fēng)力渦輪機一起使用的螺旋形風(fēng)力加載翼板。這些翼板沿著所述轉(zhuǎn)動軸是錐形的。這種構(gòu)造比美國專利號1，816，971A中描述的構(gòu)造提供了更少的壓力下降，但是將會在螺旋翼板部件后面導(dǎo)致湍流并且缺少更佳的風(fēng)能利用。在德國專利公開號19701048A1中描述了類似的構(gòu)造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種能夠經(jīng)受住來自于極端風(fēng)力而不破壞的風(fēng)力渦輪機。本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于螺旋槳的風(fēng)力渦輪機，其不增加成本而且不需要用于轉(zhuǎn)子葉片的復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)裝置。本發(fā)明的另一個目的是提供一種簡化運輸和近海維護的風(fēng)力渦輪機。
[0010]這些目的是通過根據(jù)專利權(quán)利要求1的特征部分的浮式風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)達到的。
[0011]本發(fā)明涉及一種浮式風(fēng)力渦輪機組件，其包括布置在一個或多個浮動裝置上的一個或多個風(fēng)力渦輪機，每個浮動裝置以中空的大致三角形的浮動結(jié)構(gòu)的形式提供，所述浮動結(jié)構(gòu)由沿向下方向以相互漸增的距離伸入海中的兩個中空細長結(jié)構(gòu)(支腿)構(gòu)成，這兩個中空細長結(jié)構(gòu)下部通過下部部件/橫交部件相互連接。每個支腿可以通過一個或多個泵充水和排水，比如海水或淡水。各個支腿可以彼此獨立地充水和排水。這樣，可以調(diào)節(jié)所述風(fēng)力渦輪機組件在水中的浮動深度，并且通過對其中一個填充液體并且從另一個排出液體可以迫使其傾斜。三角形浮動裝置的下部包含在傾斜過程中可以從一端流到另一端的液體。在中空部件(也稱作橫交部件或下部部件)內(nèi)優(yōu)選地布置流限制裝置以限制水流。所述下部部件優(yōu)選地還形成為一段短弧。這種設(shè)計提供了特別有利的緩沖效果，這在下面進一步詳細解釋。本風(fēng)力渦輪機組件在極強風(fēng)力中將會在海中傾斜以便總體上控制并限制結(jié)構(gòu)上的風(fēng)載。這對于螺旋槳式的傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機尤其有利。
[0012]本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)的渦輪機部件本身可以是傳統(tǒng)的螺旋槳式渦輪機，但是本發(fā)明并不需要任何復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)機構(gòu)來給極強風(fēng)力中放慢/鎖定螺旋槳增加成本。
[0013]在一個替代性實施方式中，所述風(fēng)力渦輪機是以布置在旋轉(zhuǎn)支撐的傾斜軸處并且與例如發(fā)電機電連接的一個或多個轉(zhuǎn)動翼板的形式實現(xiàn)的。這些轉(zhuǎn)動翼板布置在流動通道內(nèi)，所述流動通道在入口側(cè)處成型為楔形槽，在出口端處成形為錐形擴散器。這在下面進一步詳細描述。這種結(jié)構(gòu)將加速空氣進入轉(zhuǎn)動翼板中并在發(fā)電部件中進一步增加流速。此外，所述錐形擴散器在出口端處將形成真空，并進一步增強加速效果。這種構(gòu)造的另一個優(yōu)點是轉(zhuǎn)子具有比傳統(tǒng)螺旋槳渦輪機顯著更小的周緣速度并且可以獲得顯著更高的轉(zhuǎn)速。該風(fēng)力渦輪機的另一個優(yōu)點是降低或消除了在極強風(fēng)力過程中結(jié)構(gòu)元件故障和分解的風(fēng)險。
[0014]本發(fā)明在高處沒有槳距控制器或重型機械。大自然本身通過其風(fēng)力控制渦輪機上的載荷，并且其被防止有害風(fēng)力破壞。這種中心敞開并且自我控制的渦輪機組件沿著螺旋的周邊具有相對大的受風(fēng)面積，這導(dǎo)致傳遞到驅(qū)動軸的扭矩大且均勻，例如經(jīng)由比如自行車輪緣中的鏈輪，此外，在中部具有有利的流動開口。在有利的參數(shù)設(shè)定方面，該裝置/組件適合于從大的出口面積的增加的風(fēng)速到“自由風(fēng)”，并且通過楔形槽與擴散器的壓差形成更高的風(fēng)速，其中增加的效果是在所述槽的上端獲得的，而層流在渦輪機之后滿足了大約1/3V的最佳殘余速度。由于相對低的周緣速度，可以讓該渦輪機自由運行而不需頻繁控制，電流被整流并且經(jīng)由電纜以較低的損失傳輸，隨后在消費者的場所逆變。該組件可以使用大于11-12米/秒的風(fēng)速，這對于大多數(shù)螺旋槳渦輪機(它們被控制達到該頻率)是最大風(fēng)速。僅提高到16-17 m/s將提供3倍以上的效果，這里該組件的浮動件通過風(fēng)控傾斜來觸發(fā)，這樣防止渦輪機在極端天氣下受有害風(fēng)力破壞。扭矩還可以通過更大的螺距來增加，或者通過一個或多個平行的槳距/槳距元件沿著所述軸相互布置來增加。從發(fā)電機室向上升的熱空氣由于煙囪效應(yīng)而通過翼板中的腔體、楔形槽和裙?fàn)畈?skirt)向上升，并因而防止形成冰。環(huán)境方面還通過幾乎看不見的轉(zhuǎn)動、低噪聲水平和低的對鳥造成傷害的可能性來保證。
[0015]這是根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的，其中具有寬的入口開口的帶有擴散器的受風(fēng)影響的楔形槽通過擴散器中較低的壓力增加了風(fēng)速，快速流動的介質(zhì)被引導(dǎo)到同心適配的中心開口、具有I個螺距以上轉(zhuǎn)動的螺旋形轉(zhuǎn)動翼板，所述翼板附接到軸，懸置在頂部的上軸承與底部的發(fā)電機/驅(qū)動電機之間。所述轉(zhuǎn)子和槽在傾斜控制浮動件的頂部處附接，其中當(dāng)翼板輪廓表面與渦輪機風(fēng)端處的流入風(fēng)向接近平行時受風(fēng)影響的傾斜提供了最佳的效果，最大的傾斜在風(fēng)暴和颶風(fēng)過程中使轉(zhuǎn)動翼板受到的影響減小并且達到了對其的保護。此外，橫跨角度間隔的傾斜由通過液體適配緩沖開口的壓載物/液體流控制。
[0016]具有滑道狀下部的三角形管結(jié)構(gòu)的波動特性布置成以減小的風(fēng)力波動回到起始點，像搖椅一樣。這里另外的控制是所述浮動件還可以在拖拽過程中或者在造船廠處、在波動系統(tǒng)外部通過將液體從一個支腿泵送到另一個支腿來控制。
[0017]所述軸上的風(fēng)扭矩在位于周邊的受風(fēng)區(qū)域處增加，并且通過改變螺距或插入一個或多個平行翼板進一步增加。通過放大比例或通過添加更多的渦輪機模塊可以增加發(fā)電量。該裝置低的周緣速度可以用于增加轉(zhuǎn)速。位于周邊的翼板利用來自于相同流動粒子的能量(在其離開渦輪機翼板之前)多于一