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(duì)于一個(gè)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(duì)著風(fēng)，并且該風(fēng)輪機(jī)包括一個(gè)由風(fēng)驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)期以來(lái)，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(shí)又用之不竭的優(yōu)點(diǎn)。
但是，這些優(yōu)點(diǎn)很大程度上被眾多缺陷所抵消，具體地說(shuō)，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(chǎng)”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(shí)近年來(lái)風(fēng)輪機(jī)市場(chǎng)沒(méi)有如預(yù)期的那樣增長(zhǎng)并且目前對(duì)于該領(lǐng)域的發(fā)展存在非常大的潛力。
更準(zhǔn)確地說(shuō)，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(gè)具有很大直徑的轂支承的螺旋葉片，并且一個(gè)相對(duì)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(guò)一個(gè)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(zhǎng)，并且在其整個(gè)長(zhǎng)度上起作用，而在端部沒(méi)有氣動(dòng)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(duì)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(shuō)，這些優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)橐环N整流罩的存在而獲得，該整流罩優(yōu)選地由一個(gè)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(huì)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(dòng)。
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?yàn)槊鎸?duì)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(guò)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(duì)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(xiǎn)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?yàn)槊鎸?duì)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(duì)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(wèn)題的自轉(zhuǎn)向風(fēng)輪機(jī)。
為了設(shè)計(jì)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(duì)于一個(gè)豎直旋轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)以允許其定向?yàn)槊鎸?duì)著風(fēng)，并且包括一個(gè)螺旋槳和一個(gè)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(dòng)并且配備有由具有水平軸的轂支承的葉片，并且一個(gè)相對(duì)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(dòng)力合力的中心的上游。
但是，當(dāng)風(fēng)能過(guò)大時(shí)，這種自轉(zhuǎn)向風(fēng)輪機(jī)可能具有超速運(yùn)行的危險(xiǎn)并因此危及其結(jié)構(gòu)的各個(gè)部件。
在非自轉(zhuǎn)向的閉式風(fēng)輪機(jī)中已經(jīng)遇到該問(wèn)題。
為了克服該問(wèn)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(gè)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(dòng)部件。但是，這種系統(tǒng)實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選特征，可以通過(guò)將允許葉片方向相對(duì)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(wèn)題。
因此，在存在強(qiáng)風(fēng)的情況下，可以相對(duì)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?yàn)槿斯?br> 利用它們對(duì)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(shí)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(guò)一個(gè)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(guò)整流罩水平中心平面的一個(gè)示意性截面，定向?yàn)槊鎸?duì)著風(fēng)V；-圖3是與圖2對(duì)應(yīng)的一個(gè)示意性截面，但是其中風(fēng)輪機(jī)相對(duì)于風(fēng)V以傾斜方式定向。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1，風(fēng)輪機(jī)配備有一個(gè)轂10和一個(gè)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(gè)交流發(fā)電機(jī)12，整流罩通過(guò)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(guò)樞軸14在一個(gè)豎直柱2上樞轉(zhuǎn)，該柱在圖2和3中用一個(gè)圓表示。
整流罩1具有特定的空氣動(dòng)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(guò)一個(gè)徑向平面，那么內(nèi)弦C相對(duì)較短，而平均半徑R基本上與葉片11的長(zhǎng)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(gè)力Fr，該力可以分解成兩個(gè)力，其中一個(gè)是作為分力的提升力Fp，而另一個(gè)是作為分力的拉力Ft。
由風(fēng)V產(chǎn)生的全部氣動(dòng)力的合力Frtotal可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)力，即一個(gè)位于整流罩1右側(cè)的合力Frd和一個(gè)位于整流罩1左側(cè)的合力Frg。
根據(jù)圖2，風(fēng)V相對(duì)于右側(cè)弦C的迎角等于風(fēng)相對(duì)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(gè)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?yàn)楹狭rtotal指向軸線xx’的事實(shí)而穩(wěn)定地面對(duì)著風(fēng)。
根據(jù)圖3，如果風(fēng)V改變方向，其相對(duì)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(gè)力矩，該力矩具有使系統(tǒng)返回到平衡狀態(tài)，即面對(duì)著風(fēng)的趨勢(shì)。
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(duì)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(shí)動(dòng)力學(xué)中起著重要作用距離d越大，對(duì)風(fēng)向變化的響應(yīng)時(shí)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(shí)，必須考慮各種因素，具體地說(shuō)-基于初始生產(chǎn)閾值的自轉(zhuǎn)向響應(yīng)時(shí)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(dòng)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(duì)于一個(gè)豎直旋轉(zhuǎn)軸線(2)樞轉(zhuǎn)以允許其定向?yàn)槊鎸?duì)著風(fēng)(V)，并且所述風(fēng)輪機(jī)包括一個(gè)螺旋槳和一個(gè)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(dòng)并且配備有由具有水平軸的轂(10)支承的葉片(11)，并且一個(gè)相對(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)于一個(gè)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(gè)螺旋槳、一個(gè)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(gè)相對(duì)較短的擴(kuò)散式圓形罩(1)，其中螺旋槳由風(fēng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)力合力(Frd、Frg)的中心(Fc)的上游。
文檔編號(hào)F03D7/02GK1780985SQ200480011642
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)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(kù)爾曼, 弗朗西斯·G·L·普蘭, 讓－夏爾·普蘭 申請(qǐng)人:Gsef公司