具有自動偏斜框架的風力渦輪機制造技術

提供了一種風力渦輪機組件。該組件包括支撐結構和安裝在支撐結構上的風力渦輪機。風力渦輪機包括：具有葉片的正面，限定用于結合進入的風的表面區域；滾動軸，風力渦輪機能響應于進入的風而相對于滾動軸旋轉以驅動發電機；支撐結構限定水平偏斜軸，風力渦輪機能相對于水平偏斜軸向前傾斜和向后傾斜；偏斜軸將風力渦輪機的表面區域劃分成大小不相等的上部和下部；其中風力渦輪機的正面上進入的風施加不相等的力到風力渦輪機的表面區域的上部和下部，導致風力渦輪機相對于偏斜軸傾斜。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請的交叉引用本申請要求于2014年1月31日提交的美國臨時申請61/934191名稱為用于卸載風力渦輪機遭遇的破壞性風的自動偏斜框架的優先權。該申請通過引用將其全部內容明確地并入本文。本申請還涉及于2009年8月21日提交的美國專利申請12/461719，該申請的內容通過引用明確地并入本文。
本文描述的各種實施例通常涉及風力渦輪機的框架。更具體地，實施例涉及風力渦輪機的框架，該框架允許渦輪機相對于水平偏斜軸旋轉以抵消高風的影響。
技術介紹
現代，風力驅動的發電機誕生于1970年代晚期。直到1970年代早期，風能滿足小的機會市場，該機會市場供應用于磨谷物和泵水的機械能以及用于鄉村電池充電的電力。除電池充電器和具有較大的電力產生的機器的少有實驗外，1850年和甚至1950年的風力站與它們所源自的原始裝置區別很小。截止2014年7月，風能提供了大約4％的美國總的電量生成。大多數現代風力渦輪機具有典型地安裝在60-80米塔頂上的直徑為10-80米的多葉片轉子。另一種已知的渦輪機設計稱為“鑲邊的”渦輪機，其中明顯多于三個葉片被安裝到內轂和在它們的內側末端處及在它們尖端的外邊緣處。數十年來，這種類型的渦輪機在鄉村農場一直被廣泛用于泵送灌溉水。在這兩種情況下，葉片可相對于旋轉軸基本上等距延伸。每個葉片都具有選擇的空氣動力學形狀以在有風的情況下施加旋轉扭矩，所述旋轉扭矩使葉片在幾何中心相對于旋轉軸旋轉。葉片定形成響應于通常平行于旋轉軸移動的主風而產生該旋轉。風速與機械部件上的力之間的關系基于y＝x3的關系。因此，相對于15英里每小時的風產生的應力，30英里每小時的風將導致8倍以上的應力，60英里每小時的風將導致64倍以上的應力，120英里每小時的風將導致512倍以上的應力。夏威夷的風力渦輪機的認證要求風力渦輪機必須能夠承受偶然的颶風力量的風，而且必須和風力渦輪機僅遇到平均風速相當于15英里每小時，或颶風級別大致在3級范疇時的承受強度的512倍一樣強。現有技術的風力渦輪機(a)必須因此明顯過度建設以承受其使用壽命中一個非常小的百分比期間發生的破壞性暴風，或者(b)限制于將不經受破壞性風的非常少的地理區域中不實用的位置。現有技術包含多種設計以改變相對于風的葉片的導向從而減少應力。例如，申請人的美國公開專利2010-0140949展示出了設計，在該設計中單個葉片可以被縮回到關閉位置。并入本文的美國專利申請12/461719展示出了一種設計，在該設計中進入風力渦輪機簡單地被移動到水平面，其中葉片不面對風。附圖說明根據本公開的各種實施例將參考圖進行描述，其中：圖1展示了本專利技術的實施例在靜止或最小風條件下的前視圖。圖2展示了與圖1相比較的處于更高風導向的圖1的實施例。圖3展示了與圖2相比較的處于更高風導向的圖1的實施例。圖4展示了與圖3相比較的處于更高風導向的圖1的實施例。圖5展示了處于基本上平行位置的圖1的實施例。圖6展示了在靜止或最小風條件下的本專利技術的實施例的后視圖。圖7展示了與圖6相比較的處于更高風導向的圖6的實施例。圖8展示了與圖7相比較的處于更高風導向的圖6的實施例。圖9展示了與圖8相比較的處于更高風導向的圖6的實施例。圖10展示了處于基本上平行位置的圖6的實施例。圖11展示了在靜止或最小風條件下的本專利技術的實施例前視圖。圖12展示了與圖1相比較的處于更高風導向的圖11的實施例。圖13展示了與圖2相比較的處于更高風導向的圖11的實施例。圖14展示了與圖3相比較的處于更高風導向的圖11的實施例。圖15展示了處于基本上平行位置的圖11的實施例。圖16展示了在靜止或最小風條件下的本專利技術的實施例的后視圖。圖17展示了與圖16相比較的處于更高風導向的圖16的實施例。圖18展示了與圖17相比較的處于更高風導向的圖16的實施例。圖19展示了與圖18相比較的處于更高風導向的圖16的實施例。圖20展示了處于基本上平行位置的圖16的實施例。圖21展示了在靜止或最小風條件下本專利技術的實施例的前視圖。圖22展示了與圖21相比較的處于更高風導向的圖21的實施例。圖23展示了與圖22相比較的處于更高風導向的圖21的實施例。圖24展示了與圖23相比較的處于更高風導向的圖21的實施例。圖25展示了處于基本上平行位置的圖21的實施例。圖26展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖27展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖28展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖29展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖30展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖31展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖32展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖33展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖34展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖35展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖36展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖37展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖38展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖39展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖40展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖41展示了處于特定旋轉和傾斜位置的圖1的實施例。圖42展示了風力渦輪機驅動的發電機。圖43展示了懸掛在電纜上的本專利技術的實施例的懸吊版本。圖44展示了懸掛在電纜上的多個懸吊實施例。圖45展示了本專利技術另一實施例的立體圖。具體實施方式在下面的描述中，各種實施例在附圖的圖中將作為示例以及不作為限制來展示。對該公開中的各種實施例的引用不一定是相同的實施例，以及這樣的引用意指至少一個。盡管討論特定的實現和其他細節，要理解的是，這樣做僅僅為了說明的目的。本領域技術人員將意識到，在不脫離要求權利的主題的范圍和精神的情況下，可以使用其他部件和配置。本申請的實施例針對減輕風速的破壞力的水平軸風力渦輪機的偏斜框架，該破壞力將造成渦輪機和安裝渦輪機的結構的破壞。該設計可以使用僅三分之一的結構強度或更小的質量和現有技術中典型商業渦輪機更少的成本滿足認證標準。圖1-41展示出了根據本專利技術的一個實施例的風力渦輪機組件100。圖1-41中的每個顯示了基于周圍條件的風力渦輪機組件100的不同視圖和/或導向。本文中提及的各種圖在以下程度上用于描述實施例的方面：這些方面從特定圖的特定視圖/方向可以是最佳可見的，但圖1-41中示出的所有視圖是相同的實施例。作為參考，風力渦輪機組件100面向進入的風的面在本文中稱為前側，相對的面在本文中稱為后側。類似地，從前側向前指向風的方向是向前方向，從后側向后指向的方向是向后方向。現在，具體參照圖1和圖42，風力渦輪機組件100包含具有多個葉片102的風力渦輪機101，該葉片安裝于在風力下旋轉的中央轂104上。轂104內(或對于其外部)的馬達(發電機)4202由旋轉驅動并由于其經由電纜4204而產生電力。在圖1展示的實施例中，盡管本專利技術不限于任何特定的渦輪機架構，該渦輪機101與在美國專利申請12/461719中展示的是一致的。現在，參照圖1和圖11，支撐結構將渦輪機101安裝在空中。該支撐結構包含桅桿106和可旋轉地安裝在桅桿106上的軛108。優選的是，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風力渦輪機組件，包括：支撐結構；風力渦輪機，安裝在所述支撐結構上，所述風力渦輪機包含：具有葉片的正面，所述正面限定用于結合進入的風的表面區域；滾動軸，所述風力渦輪機能響應于進入的風而相對于所述滾動軸旋轉以驅動發電機；所述支撐結構限定水平偏斜軸，所述風力渦輪機能相對于所述水平偏斜軸向前傾斜和向后傾斜；所述偏斜軸將所述風力渦輪機的所述表面區域劃分成大小不相等的上部和下部；其中在所述風力渦輪機的所述正面的進入的風施加不相等的力到所述風力渦輪機的所述表面區域的所述上部和所述下部，導致所述風力渦輪機相對于所述偏斜軸傾斜；其中所述風力渦輪機與支撐裝置被平衡以允許所述風力渦輪機基于進入的風速相對于所述偏斜軸自然地傾斜成多個位置，所述多個位置至少包含：響應于特定風速的基本上垂直的位置；響應于比所述特定風速更高的風速的高風位置，所述高風位置相對于所述基本上垂直的位置處于非零角度，以減少作用在所述組件上的物理應力。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.01.31 US 61/934,1911.一種風力渦輪機組件，包括：支撐結構；風力渦輪機，安裝在所述支撐結構上，所述風力渦輪機包含：具有葉片的正面，所述正面限定用于結合進入的風的表面區域；滾動軸，所述風力渦輪機能響應于進入的風而相對于所述滾動軸旋轉以驅動發電機；所述支撐結構限定水平偏斜軸，所述風力渦輪機能相對于所述水平偏斜軸向前傾斜和向后傾斜；所述偏斜軸將所述風力渦輪機的所述表面區域劃分成大小不相等的上部和下部；其中在所述風力渦輪機的所述正面的進入的風施加不相等的力到所述風力渦輪機的所述表面區域的所述上部和所述下部，導致所述風力渦輪機相對于所述偏斜軸傾斜；其中所述風力渦輪機與支撐裝置被平衡以允許所述風力渦輪機基于進入的風速相對于所述偏斜軸自然地傾斜成多個位置，所述多個位置至少包含：響應于特定風速的基本上垂直的位置；響應于比所述特定風速更高的風速的高風位置，所述高風位置相對于所述基本上垂直的位置處于非零角度，以減少作用在所述組件上的物理應力。2.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述支撐結構包含至少一個表面，當所述風力渦輪機響應于所述特定風速以上更高的風速而相對于所述偏斜軸旋轉時，所述至少一個表面用于與風逐漸結合，其中在颶風條件下，連同所述風力渦輪機和所述支撐結構的平衡的所述至少一個表面與颶風的結合使所述風力渦輪機旋轉成并保持基本上水平的位置。3.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述至少一個表面是槳，所述槳與所述滾動軸基本上平行。4.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述支撐結構包含至少一個彈簧，所述至少一個彈簧連接成偏壓所述風力渦輪機以在與進入的風所導致的方向相對的方向上相對于所述偏斜軸旋轉。5.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述支撐結構包含桅桿、連接到所述桅桿的至少一個臂、和樞轉地連接到所述至少一個臂和所述風力渦輪機的后側的支撐件。6.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述支撐結構包括連接到所述支撐件的至少一個彈簧，所述至少一個彈簧以與進入的風所導致的方向相反的方向相對于所述偏斜軸偏壓所述風力渦輪機。7.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述水平偏斜軸平行于并穿過所述渦輪機。8.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，還包含限定垂直軸的所述支撐結構，所述風力渦輪機能相對于所述垂直軸旋轉以導向成進入的風。9.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述組件還包括包含鰭的所述支撐結構，所述鰭用于與進入的風相結合以相對于扭轉軸驅動所述風力渦輪機與所述進入的風對齊。10.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述偏斜軸位于所述滾...

【專利技術屬性】
技術研發人員：約翰·彼得雷，
申請(專利權)人：自然動力概念公司，
類型：發明
國別省市：美國;US