浮式风力涡轮机结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分所述的浮式风力涡轮机结构。
【背景技术】
[0002]浮式风力涡轮机是安装在浮动结构上的风力涡轮机，所述浮动结构位于海中，一般是深海中，以使所述涡轮机能够在深海处发电，在深海中不能使用安装在海床上的底座。远远伸入到海洋中的风力发电厂具有可以减少视觉污染并对渔业和航路提供更好适配性的优点。另一个优点是海洋中的风力一般更强劲，并且增加了每单位潜在的发电量。
[0003]已知的一种浮式风力祸轮机组件的示例是Statoil的Hywind概念。该浮动结构是由填充有水和岩石压载物的钢柱构成。其伸入海平面以下100米并由3个锚定件锚定到海床。目的是提供一种有竞争性的基于海的风力发电机概念，其可以定位在靠近市场的深海处。
[0004]这种构造的缺点是:螺旋桨设有昂贵而复杂的扭矩控制器(桨距控制器)，以使在增加的风力载荷下翼板的扭曲能够减小破坏或故障的风险。这种浮动结构确保了风力涡轮机保持在基本相同的竖直位置上，甚至在伴随有故障风险的极强风力下。
[0005]正如上面提到的，具有安装到旋转轴的、呈三个螺旋桨叶片形式的受风力影响的转子的现有风力涡轮机的缺点是它们必须设有扭矩控制器以在变化的风力中控制相应螺旋桨翼板的扭转角度。这使得该构造更昂贵，导致更大数量的构造细节和对维护的更高要求，以保持风力涡轮机正常运转。在极强风力中，比如强风暴和飓风，该风力涡轮机必须完全关闭，螺旋桨必须锁定以防止风力涡轮机的轴部的意外破坏或故障，比如翼板断裂。
[0006]从目前抵抗具有昂贵组件和维修成本的不达标风力发电机的背景来看，其中例如将非常重的发电机从地面提升大约100米到狭窄隔室中，或者当重达数吨的螺旋桨翼板破坏或断裂时，对人员是危险的并且替换它不是一项简单或者节省成本的任务。翼板高的周缘速度(peripheral speed)阻止增加转速并且需要复杂的控制。另一个缺点是这种大的螺旋桨翼板在视觉上污染了环境，制造了噪声并杀死了鸟类，阻止了直升机的使用(近海)。
[0007]从美国专利号1，816，971A获知一种螺旋形涡轮机，其具有轴形转动部件，该轴形转动部件设有安装在锥形套内的螺旋形翼板，所述锥形套两端均具有开口，流体可以从一端流到另一端并迫使所述转动部件转动。然而，这种构造由于大的压力下降和低的功率效率而并不适合用在风力涡轮机中。
[0008]德国专利公开号2935803A1描述了一种安装在转动轴上与风力涡轮机一起使用的螺旋形风力加载翼板。这些翼板沿着所述转动轴是锥形的。这种构造比美国专利号1，816，971A中描述的构造提供了更少的压力下降，但是将会在螺旋翼板部件后面导致湍流并且缺少更佳的风能利用。在德国专利公开号19701048A1中描述了类似的构造。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种能够经受住来自于极端风力而不破坏的风力涡轮机。本发明的另一个目的是提供一种基于螺旋桨的风力涡轮机，其不增加成本而且不需要用于转子叶片的复杂的扭转装置。本发明的另一个目的是提供一种简化运输和近海维护的风力涡轮机。
[0010]这些目的是通过根据专利权利要求1的特征部分的浮式风力涡轮机结构达到的。
[0011]本发明涉及一种浮式风力涡轮机组件，其包括布置在一个或多个浮动装置上的一个或多个风力涡轮机，每个浮动装置以中空的大致三角形的浮动结构的形式提供，所述浮动结构由沿向下方向以相互渐增的距离伸入海中的两个中空细长结构(支腿)构成，这两个中空细长结构下部通过下部部件/横交部件相互连接。每个支腿可以通过一个或多个泵充水和排水，比如海水或淡水。各个支腿可以彼此独立地充水和排水。这样，可以调节所述风力涡轮机组件在水中的浮动深度，并且通过对其中一个填充液体并且从另一个排出液体可以迫使其倾斜。三角形浮动装置的下部包含在倾斜过程中可以从一端流到另一端的液体。在中空部件(也称作横交部件或下部部件)内优选地布置流限制装置以限制水流。所述下部部件优选地还形成为一段短弧。这种设计提供了特别有利的缓冲效果，这在下面进一步详细解释。本风力涡轮机组件在极强风力中将会在海中倾斜以便总体上控制并限制结构上的风载。这对于螺旋桨式的传统风力涡轮机尤其有利。
[0012]本发明的风力涡轮机结构的涡轮机部件本身可以是传统的螺旋桨式涡轮机，但是本发明并不需要任何复杂的扭转机构来给极强风力中放慢/锁定螺旋桨增加成本。
[0013]在一个替代性实施方式中，所述风力涡轮机是以布置在旋转支撑的倾斜轴处并且与例如发电机电连接的一个或多个转动翼板的形式实现的。这些转动翼板布置在流动通道内，所述流动通道在入口侧处成型为楔形槽，在出口端处成形为锥形扩散器。这在下面进一步详细描述。这种结构将加速空气进入转动翼板中并在发电部件中进一步增加流速。此外，所述锥形扩散器在出口端处将形成真空，并进一步增强加速效果。这种构造的另一个优点是转子具有比传统螺旋桨涡轮机显著更小的周缘速度并且可以获得显著更高的转速。该风力涡轮机的另一个优点是降低或消除了在极强风力过程中结构元件故障和分解的风险。
[0014]本发明在高处没有桨距控制器或重型机械。大自然本身通过其风力控制涡轮机上的载荷，并且其被防止有害风力破坏。这种中心敞开并且自我控制的涡轮机组件沿着螺旋的周边具有相对大的受风面积，这导致传递到驱动轴的扭矩大且均匀，例如经由比如自行车轮缘中的链轮，此外，在中部具有有利的流动开口。在有利的参数设定方面，该装置/组件适合于从大的出口面积的增加的风速到“自由风”，并且通过楔形槽与扩散器的压差形成更高的风速，其中增加的效果是在所述槽的上端获得的，而层流在涡轮机之后满足了大约1/3V的最佳残余速度。由于相对低的周缘速度，可以让该涡轮机自由运行而不需频繁控制，电流被整流并且经由电缆以较低的损失传输，随后在消费者的场所逆变。该组件可以使用大于11-12米/秒的风速，这对于大多数螺旋桨涡轮机(它们被控制达到该频率)是最大风速。仅提高到16-17 m/s将提供3倍以上的效果，这里该组件的浮动件通过风控倾斜来触发，这样防止涡轮机在极端天气下受有害风力破坏。扭矩还可以通过更大的螺距来增加，或者通过一个或多个平行的桨距/桨距元件沿着所述轴相互布置来增加。从发电机室向上升的热空气由于烟囱效应而通过翼板中的腔体、楔形槽和裙状部(skirt)向上升，并因而防止形成冰。环境方面还通过几乎看不见的转动、低噪声水平和低的对鸟造成伤害的可能性来保证。
[0015]这是根据本发明实现的，其中具有宽的入口开口的带有扩散器的受风影响的楔形槽通过扩散器中较低的压力增加了风速，快速流动的介质被引导到同心适配的中心开口、具有I个螺距以上转动的螺旋形转动翼板，所述翼板附接到轴，悬置在顶部的上轴承与底部的发电机/驱动电机之间。所述转子和槽在倾斜控制浮动件的顶部处附接，其中当翼板轮廓表面与涡轮机风端处的流入风向接近平行时受风影响的倾斜提供了最佳的效果，最大的倾斜在风暴和飓风过程中使转动翼板受到的影响减小并且达到了对其的保护。此外，横跨角度间隔的倾斜由通过液体适配缓冲开口的压载物/液体流控制。
[0016]具有滑道状下部的三角形管结构的波动特性布置成以减小的风力波动回到起始点，像摇椅一样。这里另外的控制是所述浮动件还可以在拖拽过程中或者在造船厂处、在波动系统外部通过将液体从一个支腿泵送到另一个支腿来控制。
[0017]所述轴上的风扭矩在位于周边的受风区域处增加，并且通过改变螺距或插入一个或多个平行翼板进一步增加。通过放大比例或通过添加更多的涡轮机模块可以增加发电量。该装置低的周缘速度可以用于增加转速。位于周边的翼板利用来自于相同流动粒子的能量(在其离开涡轮机翼板之前)多于一