專利名稱：自調(diào)節(jié)的閉式風(fēng)輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)輪機(jī)，其被安裝為相對于一個豎直旋轉(zhuǎn)軸線自由地樞轉(zhuǎn)以允許其自然地自轉(zhuǎn)向以至于面對著風(fēng)，并且該風(fēng)輪機(jī)包括一個由風(fēng)驅(qū)動并且與交流發(fā)電機(jī)協(xié)同作用以提供電能的螺旋槳。
背景技術(shù)：
長期以來，專家們一直探索利用風(fēng)能，風(fēng)能具有清潔，即不產(chǎn)生熱或化學(xué)污染，同時又用之不竭的優(yōu)點。
但是，這些優(yōu)點很大程度上被眾多缺陷所抵消，具體地說，這些缺陷涉及風(fēng)的多變和間歇特性；另外，眾所周知，風(fēng)“場”占據(jù)很大的空間并且產(chǎn)生一定程度的噪聲污染。
這些缺陷導(dǎo)致如下事實近年來風(fēng)輪機(jī)市場沒有如預(yù)期的那樣增長并且目前對于該領(lǐng)域的發(fā)展存在非常大的潛力。
更準(zhǔn)確地說，目前使用的風(fēng)輪機(jī)經(jīng)常配備有具有徑向葉片和水平軸的螺旋槳，所述螺旋槳與推進(jìn)飛機(jī)的螺旋槳相似但是通常更大。
這種螺旋槳傳統(tǒng)上與配備有升壓齒輪的工業(yè)交流發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)協(xié)同作用，這使得它們沉重、昂貴并且并非很有效。
為了克服該缺陷，根據(jù)文獻(xiàn)FR-2 793 528，已經(jīng)提出一種風(fēng)輪機(jī)，它配備有朝上游方向傾斜并且由一個具有很大直徑的轂支承的螺旋葉片，并且一個相對較短的擴(kuò)散式圓形整流罩同軸安裝在轂上并且在其端部附近環(huán)繞葉片。
在這種風(fēng)輪機(jī)中，空氣流通過一個由轂和整流罩構(gòu)成的擴(kuò)散裝置引導(dǎo)。
整流罩為擴(kuò)散形，這允許在葉片的垂直方向獲得額外速度并且增加所傳遞的能量。
此外，傾斜葉片比具有相同有效直徑的徑向葉片更長，并且在其整個長度上起作用，而在端部沒有氣動損失，這再次增加了效率。
在更重載的使用情況下，該風(fēng)輪機(jī)對于相同的功率水平占據(jù)更少的空間并且比傳統(tǒng)風(fēng)輪機(jī)噪聲小。
具體地說，這些優(yōu)點是因為一種整流罩的存在而獲得，該整流罩優(yōu)選地由一個圓邊前緣、隨后的厚整流罩和薄擴(kuò)散形后緣構(gòu)成。
該整流罩允許消除產(chǎn)生噪聲的紊流的出現(xiàn)并且與轂結(jié)合形成一種會聚/擴(kuò)散性擴(kuò)散裝置，該裝置允許為其最窄截面中的空氣流獲得最佳加速狀態(tài)并因此獲得葉片的最佳旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
當(dāng)然，像安裝在豎直柱上的所有風(fēng)輪機(jī)一樣，這種風(fēng)輪機(jī)必須總是定向為面對著風(fēng)；因此，它們?nèi)Q于定向部件。
作為示例，這些部件由“偏轉(zhuǎn)(yaw)”電機(jī)構(gòu)成，這些電機(jī)通過指示風(fēng)輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的“偏轉(zhuǎn)傳感器”和適當(dāng)?shù)目刂蒲b置允許風(fēng)輪機(jī)根據(jù)風(fēng)而定向。
這種定向部件笨重并且相對復(fù)雜，因此容易出現(xiàn)故障，特別是在具有很大跨距的風(fēng)輪機(jī)中。
這些部件也是那種可能引起傳遞能量的電纜纏繞在一起的危險的類型。
為了克服這些缺陷，已經(jīng)有人提出將風(fēng)輪機(jī)的葉片朝風(fēng)的方向安裝在轂的下游部分，或者將尾翼安裝于其上，該尾翼允許其在所有情況下保持定向為面對著風(fēng)，而不使用機(jī)械定向部件。
但是，這種結(jié)構(gòu)不能用于所有風(fēng)輪機(jī)，特別是對于大型風(fēng)輪機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種允許克服該問題的自轉(zhuǎn)向風(fēng)輪機(jī)。
為了設(shè)計這種風(fēng)輪機(jī)，已經(jīng)設(shè)想到使用整流罩作為尾翼。
因此，假使配備有擴(kuò)散形整流罩，根據(jù)本發(fā)明的自轉(zhuǎn)向風(fēng)輪機(jī)可以為任何類型并且具有小、中或大的跨距。
根據(jù)本發(fā)明，該風(fēng)輪機(jī)被安裝為相對于一個豎直旋轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)以允許其定向為面對著風(fēng)，并且包括一個螺旋槳和一個與螺旋槳協(xié)同作用以提供電能的交流發(fā)電機(jī)，該螺旋槳由風(fēng)驅(qū)動并且配備有由具有水平軸的轂支承的葉片，并且一個相對較短的擴(kuò)散式圓形整流罩同軸安裝在轂上并且環(huán)繞葉片。
該風(fēng)輪機(jī)的特征在于其旋轉(zhuǎn)軸線沿著所述風(fēng)向位于由軸向風(fēng)在整流罩上產(chǎn)生的氣動力合力的中心的上游。
但是，當(dāng)風(fēng)能過大時，這種自轉(zhuǎn)向風(fēng)輪機(jī)可能具有超速運行的危險并因此危及其結(jié)構(gòu)的各個部件。
在非自轉(zhuǎn)向的閉式風(fēng)輪機(jī)中已經(jīng)遇到該問題。
為了克服該問題，已經(jīng)有人提出在存在強(qiáng)風(fēng)的情況下將可以使整個風(fēng)輪機(jī)，包括整流罩樞轉(zhuǎn)的那種系統(tǒng)安裝到風(fēng)輪機(jī)上。
但是，這種系統(tǒng)不僅笨重而且昂貴。
另一種可能性存在于在葉片下游提供制動部件。但是，這種系統(tǒng)實際上難以實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選特征，可以通過將允許葉片方向相對于風(fēng)而改變的部件連接到風(fēng)輪機(jī)的轂上而克服該問題。
因此，在存在強(qiáng)風(fēng)的情況下，可以相對于風(fēng)而“移去”葉片。
這種允許葉片以可變斜度設(shè)置的部件在航空領(lǐng)域為人公知。
利用它們對根據(jù)本發(fā)明的自轉(zhuǎn)向閉式風(fēng)輪機(jī)的適應(yīng)性，風(fēng)輪機(jī)可實現(xiàn)在高風(fēng)速下以良好的方式工作。


下面將結(jié)合

根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)特別有利的結(jié)構(gòu)，其中-圖1是根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)通過一個豎直平面的示意性截面；-圖2是根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)通過整流罩水平中心平面的一個示意性截面，定向為面對著風(fēng)V；-圖3是與圖2對應(yīng)的一個示意性截面，但是其中風(fēng)輪機(jī)相對于風(fēng)V以傾斜方式定向。
具體實施例方式
根據(jù)圖1，風(fēng)輪機(jī)配備有一個轂10和一個擴(kuò)散式圓形整流罩1，該轂具有水平軸線xx’并且配備有葉片11和一個交流發(fā)電機(jī)12，整流罩通過支承臂13同軸安裝在轂10上并且環(huán)繞葉片11。
該風(fēng)輪機(jī)被安裝為通過樞軸14在一個豎直柱2上樞轉(zhuǎn)，該柱在圖2和3中用一個圓表示。
整流罩1具有特定的空氣動力學(xué)輪廓，該輪廓由圓邊前緣3以及隨后的頂面/底面4和擴(kuò)散形后緣5限定。
根據(jù)圖2，如果整流罩1的任何橫截面被認(rèn)為通過一個徑向平面，那么內(nèi)弦C相對較短，而平均半徑R基本上與葉片11的長度一致。
弦C和整流罩1的軸線x-x’的角度為5至30°。
在各徑向平面內(nèi)，空氣流在整流罩1內(nèi)的加速度產(chǎn)生一個力Fr，該力可以分解成兩個力，其中一個是作為分力的提升力Fp，而另一個是作為分力的拉力Ft。
由風(fēng)V產(chǎn)生的全部氣動力的合力Frtotal可以簡化為兩個力，即一個位于整流罩1右側(cè)的合力Frd和一個位于整流罩1左側(cè)的合力Frg。
根據(jù)圖2，風(fēng)V相對于右側(cè)弦C的迎角等于風(fēng)相對于左側(cè)弦C的迎角，因此，合力Frd的值等于合力Frg的值。
這兩個力的中心Fc位于風(fēng)輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線2下游與該軸線距離為d的位置。
因此，風(fēng)輪機(jī)因為合力Frtotal指向軸線xx’的事實而穩(wěn)定地面對著風(fēng)。
根據(jù)圖3，如果風(fēng)V改變方向，其相對于右側(cè)和左側(cè)弦C的迎角變得不同。
因此，合力Frd的值不再等于合力Frg的值。
因此，在中心Fc區(qū)域內(nèi)，合力Frtotal產(chǎn)生一個力矩，該力矩具有使系統(tǒng)返回到平衡狀態(tài)，即面對著風(fēng)的趨勢。
根據(jù)圖1，這種結(jié)構(gòu)因此允許整流罩被用作尾翼以允許風(fēng)輪機(jī)自轉(zhuǎn)向以至于面對著風(fēng)。
應(yīng)該注意到，中心Fc和風(fēng)輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線2之間的距離d，并且因此該旋轉(zhuǎn)軸線的位置，在系統(tǒng)的瞬時動力學(xué)中起著重要作用距離d越大，對風(fēng)向變化的響應(yīng)時間就越短。
但是，當(dāng)選擇風(fēng)輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線2的位置時，必須考慮各種因素，具體地說-基于初始生產(chǎn)閾值的自轉(zhuǎn)向響應(yīng)時間，-基于必須大于旋轉(zhuǎn)軸線阻力矩的初始生產(chǎn)閾值的氣動力矩，-由返回到豎直旋轉(zhuǎn)軸線的機(jī)器的重量產(chǎn)生的力矩，-定向頂部上的機(jī)械應(yīng)力，-經(jīng)濟(jì)性和美學(xué)限制。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)輪機(jī)，其被安裝為相對于一個豎直旋轉(zhuǎn)軸線(2)樞轉(zhuǎn)以允許其定向為面對著風(fēng)(V)，并且所述風(fēng)輪機(jī)包括一個螺旋槳和一個與螺旋槳協(xié)同作用以提供電能的交流發(fā)電機(jī)(12)，該螺旋槳由風(fēng)驅(qū)動并且配備有由具有水平軸的轂(10)支承的葉片(11)，并且一個相對較短的擴(kuò)散式圓形整流罩(1)同軸安裝在轂(10)上并且環(huán)繞葉片(11)，其特征在于旋轉(zhuǎn)軸線(2)沿著所述風(fēng)向位于由軸向風(fēng)(V)在整流罩(1)上產(chǎn)生的氣動力合力(Frd、Frg)的中心(Fc)的上游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于轂(10)設(shè)置有允許葉片(11)的方向相對于風(fēng)而改變的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)輪機(jī)，其相對于一個豎直旋轉(zhuǎn)軸線(2)可樞轉(zhuǎn)地安裝以至于朝向風(fēng)(V)，并且該風(fēng)輪機(jī)包括一個螺旋槳、一個與螺旋槳協(xié)同作用以提供電能的交流發(fā)電機(jī)(12)和一個相對較短的擴(kuò)散式圓形罩(1)，其中螺旋槳由風(fēng)驅(qū)動并且配備有由具有水平軸的轂(10)支承的葉片(11)，罩(1)同軸安裝在轂(10)上并且環(huán)繞葉片(11)。本發(fā)明的風(fēng)輪機(jī)的特征在于旋轉(zhuǎn)軸線(2)在所述風(fēng)的方向上位于由軸向風(fēng)(V)在罩(1)上產(chǎn)生的氣動力合力(Frd、Frg)的中心(Fc)的上游。
文檔編號F03D7/02GK1780985SQ200480011642
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者埃爾韋·庫爾曼, 弗朗西斯·G·L·普蘭, 讓－夏爾·普蘭 申請人:Gsef公司