专利名称：用于发电机，尤其是用于风轮机的转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于发电机的转子，该发电机尤其产生基于流体流的电能，该流体流尤其可以是空气和水。更准确地说，本发明涉及风轮机转子。本发明还适用于发电装置，尤其是风轮机，该发电装置包括联接到至少一个转子上的发电机。
背景技术：
近年来，矿物燃料的环境关系和上涨的价格导致对替代能源尤其是风轮机领域的兴趣增加。最常见的风轮机解决方案包括具有水平轴的风轮机，该风轮机具有与风垂直的螺旋桨并安装在风轮机塔架上。这种技术常常用于产生大量电力的大型装置。已经提出一些较小外形尺寸的解决方案，尤其是用于消耗电力的建筑物附近的装置。文献FR^872867中就说明了这样的装置，该文献公开了一种用于通过风力产生能量的机械，该机械的形式为具有转子的风力发电机，该转子的叶片具有半截头锥形形状并且近似平行于旋转轴线。基本上与水平旋转轴一起使用，这种类型的装置十分有效和紧凑，从而使它适合于许多安装区域尤其是安装在建筑物屋顶上。然而，这种发电机的叶片很大，并因此具有与流体接触的大表面，这导致出于机械强度的考虑而需要将结构的尺寸设计成适合于承受由十分易改变风力的风所产生的应力。该文献所提出的发明旨在改进具有叶片的转子的技术，所述叶片相对于转子的轴线倾斜设置。文献US4159191说明了一种用于基于流体流的发电机的转子，该转子包括多个相对于转子轴线倾斜设置的柔性叶片，该转子布置成使得叶片的斜度能在运行期间变动。更准确地说，各叶片的前端刚性固定在圆顶上，而其余部分是自由的。这样，各叶片安装成能通过它们的前端浮在圆顶上，而本身则刚性连接到转子的水平旋转轴上。根据卷入由圆顶限定的转子前开口中的风的力，柔性叶片的后自由端移离或移向水平旋转轴。因此，转子的叶片的斜度存在变化，但斜度的这种可能变化不能认为是叶片的调节。这种解决方案似科是纯粹理论上的，且似乎不会产生实际应用。使这种应用到风轮机上的转子能令人满意的、 持久而安静地运行的构造实际上似乎很难实现。
发明内容
本发明提供了一种针对具有倾斜设置的叶片的风轮机的上述问题的解决方案。特别地，本发明具有使它能很容易适应流体流速(流量)的优点，该流体流速尤其是当涉及风时可能十分易变。为此，在本文献中推荐的转子的构型根据风力改变，从而保护发电装置免受转子断裂的危险，并且使它能尤其是在由风所施加的机械应力方面优化组件的结构。申请人注意到，通过实施发明，可以明显地减轻转子的重量同时保持足够的机械可靠性。
另一些目的和优点将在对本发明的具体实施例的说明中显见，然而，不能把这些实施例看成是限制性的。首先应该注意，本发明涉及用于基于流体流的发电机的转子，该转子包括相对于转子的轴线倾斜设置的多个叶片，其特征在于，它包括用于控制叶片的斜度变化的机构。按照优选而非限制性的可供选择的方案，该转子设计成-控制确保叶片的倾角变化的机构，以使叶片的斜度从属(随动，顺从，服从)于流体流动的速度，-叶片具有整体半截头锥形的形状，-叶片的斜度在一平面中可变，该平面基本上垂直于由叶片的纵向边缘限定的平-该装置包括沿着转子的轴线(延伸)的轴以及用于连接在该轴和各个叶片之间的连接机构，-对每个叶片来说，该连接机构包括位于叶片的前缘附近的铰接件和至少一个可变的下游连接件，-所述变化机构包括用于改变下游连接件的长度的机构，-所述变化机构包括用于沿所述轴改变所述连接件的位置的机构，-叶片的斜度可以在0°和45°之间变化，-叶片的前缘朝外与垂直于叶片的纵向轴线的平面形成20°至30°的角度，-叶片的后缘在外部与垂直于叶片的纵向轴线的平面形成20°至30°的角度，本发明还涉及一种发电装置，该发电装置包括发电机，该发电机联接到至少一个如上所述的转子上。
附图作为示例给出并且不用于限制本发明。它们仅示出本发明的实施例并且使本发明能更容易理解。图1示出能适用于平均速度的流体流的本发明的第一构型的透视图。图2是沿方向F的视图。图3示出本发明在更强的流体流的情况下的透视图。图4是沿方向E的视图。图5和6示出本发明的转子的叶片的两个不同斜度。图8和9示出本发明的与图7中示意性示出的实施例相对照的可供选择的方案。
具体实施例方式这里所提供的转子包括多个叶片4，所述叶片在各个附图中示出并且具有纵向方向，该纵向方向相对于转子的旋转轴线2具有非零的分量。这样，叶片4相对于转子的轴线倾斜地形成。每个叶片4都在纵向上从它的前端或前缘5朝后并在径向上向外延伸，以致逐渐地移动离开旋转轴线2。由此设置的叶片的斜度可在0°和45°之间改变。在所示的情况下，设置有三个叶片4，但该数目是非限制性的。此外，所示的例子具有相同的叶片4，这些叶片均勻分布并且由半截头锥形壳体形成，该半截头锥形壳体在前缘 5和后缘6之间稍微卷绕在20°和30°之间的角度。叶片4在图5和6所示的XY平面中相对于由旋转轴线2限定的方向倾斜地偏置约为5°至15°的角度。作为示例，用来形成前缘5的截锥体的基底的直径约为叶片长度的0. 25倍，而用来产生后缘6的截锥体的顶部的直径约为所述长度的0. 083倍。因此由这些围绕轴1所形成的轴线2旋转的叶片4形成的转子能尤其用在发电装置中，特别是用于风轮机。在这种情况下，尤其如图1和3中所示的，转子的轴联接到能产生电力的发电机10上。该组件围绕垂直轴线枢转式安装，以便使它能按风向自动地定位。按照所示的实施例，该组件由基座7支承，该基座通过具有基本垂直的位置的支承臂12a、12b连接到用于引导轴1旋转的前轴承8和后轴承9上。基座7本身有利地枢转式安装，以便当流体流是风能型时实施风向标功能并适应风向。还设有用于控制该组件的配电箱11。该配电箱11可以位于风塔的基底处，该风塔用于在需要时用来升起风轮机。按照本发明，转子的构型能根据流体流速变更。尤其是，叶片4的斜度是可变的并且有利地从属于流速。叶片的斜度变化优选地在图5和6所示的TL平面中进行，该TL平面由基本上与叶片的纵向边缘所限定的平面垂直的平面形成。还优选地，出于动力平衡原因，每个叶片4的斜度变化是相同并且同时进行的。可以设置用于控制这种斜度变化的不同机构。参见附图，其中示出这样的实施例，S卩，在该实施例中，每个叶片4都通过联接构件13，尤其是通过枢转铰接件18连接到轴1上。该铰接件可以由带有螺纹轴的装置形成，该装置可选地能在叶片上所形成的长孔中移动，以便也能根据参照图5和6的方向XY调节斜度。另外，在转子后面，安装在轴1上的联接构件14与连接件15、16、17配合，所述连接件均将该联接构件14连接到叶片4上。优选地，联接构件14起到轮毂的作用。优选地，每个连接件的端部都相对于联接构件14和叶片4的上表面以旋转接合枢转式连接。如示意示出的，叶片4的斜度变化由连接件15、16、17的长度变化产生。为此，每个连接件都可包括电气、气动或液力的并且受控的气缸。按照可供选择的解决方案，联接构件14可以沿轴1移动，以便变更连接件15、16、 17的倾角，由此使后缘6移向或移离轴1。尽管控制可以是手动的，但有利的是提供能产生叶片4的斜度变化的自动机构， 以使旋转速度几乎恒定。为此，该装置有利地包括用于测量流体流速的机构，在风轮机装置的情况下，该测量机构尤其是电子风速计的形式。这些测量机构连接到能产生输出信号的伺服电路上，以用于控制确保斜度变化的机构。这些用于操纵叶片的机构可以是机械、机电、气动或液压机构。可以理解，一旦测得速度变化，则尤其是使转子的构型适应，以便在强风的情况下减小斜度。如果空气的阻力减小，则叶片4比如果它们保持在更倾斜的位置承受较低的机械应力。
有利地，斜度能在0°和45°之间进行调节。此外，用于控制叶片的致动的次序有利地由空心的旋转轴2发送(安排，规定)。除了最佳流体能量回收之外，无论流动的力如何，本发明都能通过将倾斜角移向0 而更安全。也可以与盘式制动器19相关联，该盘式制动器19具有在风下安装在轴1的端部处的液压或机械控制装置。还可以防止不受控制的机械振动，这种振动目前当旋转速度过大时可能发生。由于几乎恒定的旋转速度，还观察到噪声水平减小。这种恒定性也提高了组件的可靠性。图8和9示出相对于平面(X、Z)延伸的下游边界21和上游边界20的可供选择的实施例。在上述具体实施例中，在平均风力下，斜度可以具有约30°的值。在该值下，前缘将处在叶片前部的一包含叶片垂直线的平面中，该平面穿过旋转轴线并与所述轴线形成 25°的角。这样的效果是叶片的外部边界扩展并因此使叶片4的有效表面增加约6%，由此进一步提高了能效。
权利要求
1.用于基于流体流的发电机的转子，尤其是用于风轮机的转子，该转子包括相对于转子的轴线( 倾斜地设置的多个叶片G)，其中，每个叶片(4)都在纵向上从其前端或前缘(5)向后并在径向上向外延伸，由此逐渐地移动离开所述转子的旋转轴线O)，其特征在于，该转子包括用于控制叶片(4)的斜度变化的机构(14;15、16、17)。
2.按照权利要求1所述的用于基于流体流的发电机的转子，其特征在于，它包括用于测量流体流速的测量机构，该测量机构连接到一伺服电路上，该伺服电路能产生输出信号以控制确保叶片⑷的斜度变化的操纵机构(14;15、16、17)，从而使叶片(4)的斜度从属于流体流速。
3.按照权利要求2所述的用于基于流体流的发电机的转子，其特征在于，用于测量流体流速的测量机构包括电子风速计。
4.按照权利要求1-3之一所述的转子，其中，叶片(4)具有整体半锥形的形状。
5.按照权利要求4所述的转子，其中，叶片(4)的斜度是在一基本上与由叶片(4)的纵向边缘限定的平面垂直的平面中可变的。
6.按照权利要求1-5之一所述的转子，包括沿着转子的轴线O)的轴(1)以及处于该轴⑴和每个叶片⑷之间的连接机构。
7.按照权利要求6所述的转子，其中，对于每个叶片(4)来说，所述连接机构包括在叶片⑷的前缘(5)附近的铰接件(18)和至少一个可变的下游连接件(15、16、17)。
8.按照权利要求7所述的转子，其中，变化机构包括用于改变下游连接件(15、16、17) 的长度的机构。
9.按照权利要求7所述的转子，其中，变化机构包括用于沿着轴(1)改变连接件(15、 16、17)的位置的机构(14)。
10.按照权利要求1-8之一所述的转子，其中，叶片(4)的斜度可以在0°和45°之间变化。
11.按照权利要求1-10之一所述的转子，其中，叶片⑷的前缘(5)相对于垂直于叶片 (4)的纵向轴线的平面朝外形成一在20°和30°之间的角。
12.按照权利要求1-11之一所述的转子，其中，叶片(4)的后缘(6)在外部与垂直于叶片的纵向轴线的平面形成一在20°和30°之间的角。
13.发电装置，尤其是风轮机，包括发电机(10)，该发电机联接到至少一个按照权利要求1-12之一所述的转子上。
全文摘要
本发明涉及一种用于流体流发电机的转子，该转子包括相对于转子的轴线倾斜定向的多个叶片，其特征在于，它包括用于改变叶片的斜度的机构。
文档编号F03D7/02GK102365453SQ200980158304
公开日2012年2月29日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者N·哈德耶利 申请人:耐欧立斯简易股份公司