CN103649527A - 带有至少一个转子的利用风力的装置 - Google Patents

Abstract

一种带有至少一个转子的利用风力的装置，其中，转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴，在转子轴处布置有分别带有至少一个转子叶片的至少三个支承框架并且转子叶片在转子的旋转方向上彼此分别偏移相同的角度地来布置，转子叶片与转子轴径向相间隔地布置。在转子轴与转子叶片之间分别构造有至少一个通风口。由此来提供一种带有高效率的装置。

Description

带有至少一个转子的利用风力的装置

技术领域

本发明涉及一种带有至少一个转子的利用风力的装置，其中，转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴，在转子轴处布置有分别带有至少一个转子叶片的至少三个支承框架并且转子叶片在转子的旋转方向上彼此分别偏移相同的角度地来布置。

背景技术

由于相对于其它实施形式效率更高，转子的旋转轴线处于风向上的风力设备使所谓的水平轴线转子相对这样的带有竖直旋转轴线的转子很大程度上获得承认。然而随着水平轴线转子推广越来越多，其缺点也显露出来，如运动的转子叶的周期性阴影投射(Schattenwurf)和尤其由外翼尖的高旋转速度所引起的噪声生成。不仅这些风力设备的阴影投射而且其噪声尤其在居民区附近常被居民感觉为干扰，由此经常使对于新设备的批准程序变困难。

除了设立带有水平轴线转子的离岸设备之外，用于避免问题的方式是使用设计为阻力转子(Widerstandslaeufer)的带有竖直的旋转轴线的转子。大多数设计为升力转子(Auftriebslaeufer)的竖直轴线转子类似于推广的水平轴线转子引发噪声和周期性的阴影投射，而这些缺点对于阻力转子大多不重要。然而已知的带有竖直的旋转轴线的阻力驱动的装置具有非常低的效率，其至今与经济的运行相冲突。低效率常常由此引起，即冲击到转子叶片上的风除了转子叶片的流入面之外还总是压到转子叶片的逆着风旋转的背面上和仅不足地在其处流走。因此此外尝试利用部分地围绕转子布置的壳体使空气流动相应地改道或转向，然而在此存在该缺点，即仅还能从一个方向来捕获风。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有竖直旋转轴线的利用风力的装置，在其中避免所提及的缺点并且其与相对于迄今的带有竖直旋转轴线的阻力转子具有更高的效率。

该目的的解决方案利用根据权利要求1的装置实现。该装置的改进方案和有利的设计方案在从属权利要求2-11中来列举。

一种带有至少一个转子的利用风力的装置，其中，转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴，在该子轴处布置有分别带有至少一个转子叶片的至少三个支承框架并且转子叶片在转子的旋转方向上彼此分别偏移相同的角度地来布置，根据本发明设置成，转子叶片与转子轴径向相间隔地布置，其中，在转子轴与转子叶片之间分别构造有至少一个通风口(Winddurchlass)。利用通风口实现，与来自在背侧被流入的转子叶片的风相反的阻力在装置的运行中相对于贴靠在转子轴处的转子叶片减小。冲击到在背侧被流入的转子叶片上的风那么有利地可在两侧、也就是说不仅在转子叶片的面向转子轴的侧面处而且在背向转子轴的侧面处流走。因为冲击到顺风旋转的转子叶片上的风不变地被其“捕获”，根据本发明的转子在带有特别有利的压力与背压的比的转子叶片处具有总体上改善的流动轮廓。该装置的效率由此特别有利。

为了确保通风口尺寸设定得足够，设置成，在转子叶片与转子轴之间的其面积为转子叶片的面积的相应至少四分之一、尤其转子叶片面积的相应至少一半。利用这些尺寸保证，被在背侧被流入的转子叶片偏转的空气量以最佳的方式且无空气的滞塞地可从转子叶片导出。

在竖直的延伸中，构造在转子叶片与转子轴之间的通风口有利地分别通过支承臂来限制。对此，用于转子叶片的每个支承框架有利地具有两个支承臂，转子叶片保持在它们之间。通风口的面积因此尽可能大。此外，空气涡流由于支承框架的支杆尽可能被避免。保持在支承框架处的转子叶片同时被最佳地固定，其中，提供一种结构尽可能简单的且较轻的支承框架。

当转子叶片布置在垂直于转子的旋转轴线的平面中时，该装置可具有特别紧凑的尺寸。围绕转子轴的周缘可供使用的空间因此被最佳地利用。理想地，在一平面中因此布置有至少三个转子叶片。转子叶片之间的距离或角度应尽可能相同且在三个转子叶片的情况下优选地各为120°。转子叶片彼此间的最小距离也许可根据出现的风的涡流来确定。

转子叶片的支承框架或各个支承臂的稳定性可由此来提高，即布置在垂直于转子的旋转轴线的平面中的全部支承臂或支承框架构造为一件式的构件。由此可有效地抵抗转子或各个支承臂或支承框架的强烈取决于方向的变换的负荷，因为由风所产生的且作用到装置上的力分布到整个结构件上。为防止在相应的天气下结冰，转子叶片和/或支承框架此外可实施成可加热。

通过转子叶片的在流动技术上有利的设计，尤其可减少作用到在背侧被流入的转子叶片上的背压。对此设置成，转子叶片构造为平躺的(liegend)杯，其分别具有与转子的旋转轴线的旋转方向相反的至少一个杯口(Becheroeffnung)。在装置运行时，风压入以杯口朝向风敞开的杯中且在其它杯处被偏转。流入杯中的空气被捕获且在一个或多个杯中建立压力，其被转化成转子的旋转运动。在此方面，在相应的杯中的压力超过作用到杯的外部的面上的背压。

杯的一种优化在于，其具有带有凸状地拱曲的侧面的锥体的形状，其中，锥体的底面构造为杯口。该形状非常接近在球体处的有利的流动特性，使得冲击到凸状地拱曲的外部的侧面上的风可以以最佳的方式从其流走。同时利用锥体的底面提供较大的流入面，利用其可捕获尽可能多的风以产生用于推动转子的压力。锥形的转子叶片此外可以以简单的方式固定在相应的支承框架处，因为底面的边缘或杯口平行于相应的支承臂地贴靠在其处。优选地，锥体的设计为杯口的底面相应具有矩形的形状。矩形的形状相对于例如方形的或圆形的底面在高度保持相同的情况下具有最大可能的流入面。

可通过在转子叶片处的优化的风载荷分布来提高利用该装置可产生的转矩。对此设置成，转子叶片具有带有从其中心向外偏移地布置的风载荷中心(Windlastschwerpunkt)的不对称的弯曲部。风载荷中心取决于转子叶片的形状且在所构造的杯或锥体中大多是杯或锥体的最深的区域。因为转矩随着与转子轴的距离而增加，转子叶片的杯的最深点可布置成与转子轴有尽可能大的距离。该较大的距离利用不对称的弯曲部来实现，而转子本身的尺寸并不增加。

根据一改进方案设置成，转子在垂直于其旋转轴线构造的至少两个平面中具有带有转子叶片的支承框架，使得在转子轴处可相叠地来布置多个转子叶片，其分别以与旋转轴线的不同角度来安置。由此总地来说可比在仅仅一个平面中布置更多转子叶片，而转子叶片不受风的可能产生的涡流负面影响。此外，通过更高数量的转子叶片来提高可传输到与转子轴联结的发电机上的转矩。转子的利用该装置可产生的电流或功率的量因此可根据转子叶片的数量提高。

许多转子叶片的另一优点在于，减少在装置运行时可能出现的不平衡且因此避免作用到转子上的、根据方向变换的负荷。同时实现，通过转子的旋转所产生的转矩遭受较少波动。

为了确保装置的高稳定性和安全性，根据另一改进方案设置成，转子的转子轴布置在支承杆(Tragmast)内。利用支承杆例如也可将装置布置在更大的高度上，以便利用更强的风。此外，支承杆可满足另外的功能且此外用作发射杆。在支承杆中此外也可布置多个转子以利用风力。

附图说明

在附图中示出本发明的实施例。其中：

图1以透视性的视图示出利用风力的装置；

图2以俯视图示出利用风力的装置；以及

图3以侧视图示出利用风力的装置。

具体实施方式

在图1中所示的装置具有带转子2的支承杆1，其中，转子2具有竖直的旋转轴线。在支承杆1处在垂直于支承杆1的三个平面中布置有转子叶片3。三个平面中的每个关联有三个转子叶片3，从而总共九个转子叶片3布置在支承杆1处。这些转子叶片3分别保持在支承框架4中，其中，每个支承框架4由第一上支承臂5和第二下支承臂6组装而成。分别在垂直于支承杆1的平面中的支承臂5或6由一件式的构件构成。总地来说，该装置因此具有用于上支承臂5的三个一件式的构件和用于下支承臂6的三个一件式的构件。

转子叶片3分别具有四个三角形的侧面7、7′、7″、7″′，其构造锥体，其尖部指向转子的旋转方向，其中，侧面7、7′、7″、7″′凸状地拱曲成使得转子叶片3不仅在俯视图中而且在侧视图中具有倒圆的轮廓。锥形的转子叶片3中的每个因此相应于由侧面7、7′、7″、7″′形成的杯，其中，锥体的底面构造为杯口8且限制构造在侧面7、7′、7″、7″′的内壁处的流入面。杯口8在竖直方向上以及垂直于转子2的旋转轴线延伸。经由杯口8流入的空气因此在转子叶片3的内部中施加压力。

支承杆1与转子叶片3的侧面7″′之间分别构造有通风口9，其向上由相应的支承臂5而向下由相应的支承臂6限制。这些通风口9确保，从侧面7、7′、7″、7″′流走的空气可以最佳的方式无堵塞地导出。

转子叶片3的倒圆的轮廓尤其在图2中清楚可见。此外这里可识别出转子叶片3的最上面的平面的上支承臂5的一件式地构造的构件以及一平面的转子叶片3彼此分别成120°的角度的布置。在不同平面中的转子叶片3之间相应设置有至少40°的角度。每个转子叶片3因此以与转子2的旋转轴线的不同角度来布置。

图3示出，在转子叶片3的两个平面之间的上和下支承臂5、6以尽可能小的距离相叠地布置在支承杆1处。转子叶片3的杯口分别矩形地成形，其中，转子叶片3的侧面7或7″贴靠在支承臂5或6处且同时向上或向下限制杯口8。此外可识别出在支承杆1与转子叶片3之间的通风口9的面积。

如果现在转子叶片3被风流入，则风压到转子叶片3的至少四个杯中。在此，在于侧面7、7′、7″、7″′处流入的转子叶片3上所产生的压力低于在转子叶片3中的压力，使得转子开始在其旋转方向上旋转。在此产生的旋转运动在支承杆1的内部中被传递到转子轴上，然后发电机可与转子轴联结。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种利用风力的装置，其带有至少一个转子，其中，所述转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴并且在所述转子轴处布置有分别带有至少一个转子叶片的至少三个支承框架，

其特征在于，

所述转子叶片在所述转子的旋转方向上彼此分别偏移相同的角度地来布置，所述转子叶片(3)与所述转子轴径向相间隔地布置，在所述转子轴与所述转子叶片(3)之间分别构造有至少一个通风口(9)，

用于转子叶片(3)的每个支承框架(4)具有两个支承臂(5，6)，所述转子叶片(3)保持在其之间，其中，所述通风口(9)的相应的面积由所述支承臂(5，6)限制，并且

所述转子叶片(3)构造为平躺的杯，其分别具有与所述转子(2)的旋转轴线的旋转方向相反的至少一个杯口(8)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述转子叶片(3)与所述转子轴之间的所述通风口(9)的面积分别为所述转子叶片(3)的面积的至少四分之一。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子叶片(3)布置在垂直于所述转子(2)的旋转轴线的平面中。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的装置，其特征在于，布置在垂直于所述转子(2)的旋转轴线的平面中的全部支承臂(5，6)构造为一件式的构件。

5.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述杯具有带有凸状地拱曲的侧面(7，7′，7″，7″′)的锥体的形状，其中，所述锥体的底面构造为杯口(8)。

6.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述杯口(8)分别具有矩形的形状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子叶片(3)具有不对称的弯曲部，其带有从其中心向外偏移地布置的风载荷中心。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子(2)在垂直于其旋转轴线构造的至少两个平面中具有带有转子叶片(3)的支承框架(4)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子(2)的转子轴布置在支承杆(1)中。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述支承杆(1)处布置有多个转子(2)。

Claims (12)

1.一种利用风力的装置，其带有至少一个转子，其中，所述转子具有带有竖直布置的旋转轴线的转子轴，在所述转子轴处布置有分别带有至少一个转子叶片的至少三个支承框架并且所述转子叶片在所述转子的旋转方向上彼此分别偏移相同的角度地来布置，其特征在于，所述转子叶片(3)与所述转子轴径向相间隔地布置，在所述转子轴与所述转子叶片(3)之间分别构造有至少一个通风口(9)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述转子叶片(3)与所述转子轴之间的所述通风口(9)的面积分别为所述转子叶片(3)的面积的至少四分之一。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于转子叶片(3)的每个支承框架(4)具有两个支承臂(5，6)，所述转子叶片(3)保持在其之间，其中，所述通风口(9)的相应的面积由所述支承臂(5，6)限制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子叶片(3)布置在垂直于所述转子(2)的旋转轴线的平面中。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的装置，其特征在于，布置在垂直于所述转子(2)的旋转轴线的平面中的全部支承臂(5，6)构造为一件式的构件。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子叶片(3)构造为平躺的杯，其分别具有与所述转子(2)的旋转轴线的旋转方向相反的至少一个杯口(8)。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述杯具有带有凸状地拱曲的侧面(7，7′，7″，7″′)的锥体的形状，其中，所述锥体的底面构造为杯口(8)。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的装置，其特征在于，所述杯口(8)分别具有矩形的形状。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子叶片(3)具有不对称的弯曲部，其带有从其中心向外偏移地布置的风载荷中心。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子(2)在垂直于其旋转轴线构造的至少两个平面中具有带有转子叶片(3)的支承框架(4)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述转子(2)的转子轴布置在支承杆(1)中。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在所述支承杆(1)处布置有多个转子(2)。

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