专利名称：风力涡轮机增强系统的制造技术
技术领域：
抟术领域与背景抟术
本发明涉及一种FDD (流偏转装置)，它被用于增强电力输出或者风力涡轮机的操作的其他方向的影响。本发明人的在先专利(IB2009/050578，流偏转装置构造)是指在泥土的应用，作为 FDD的生产的一部分。本发明申请的不同在于增加了在外壳的使用，以维持泥土的形状。 该形状的稳定性是一个本质的首要条件，对于本专利申请的其他权利要求而言，用于将该稳定性应用到剪切层的方向，以及风的方向性。本发明人的另一在先专利(IL2007/000348，流偏转装置与用于能量捕获机器的方法)揭示了不同形状的FDD的应用，以改善在叶片处的风速。该专利根本未处理FDD的应用来影响剪切层并维持涡轮机。本专利申请的主题是新颖的。
发明内容
本发明成功地通过提供一系列风力涡轮机增强系统来克服目前已知的构造的缺陷。本发明首次揭示了一种用于增强从涡轮机的能量输出的系统，包括
a.风力涡轮机；
b.用于涡轮机的流偏转装置，其带有的轴垂直于风的流向，所述流偏转装置被限定为正面影响功率输出或所述涡轮机的稳定性，由在地形的改变上的泥土组成，无论是在所述涡轮机的安装之前提供的，还是在安装之后提供的；
c.在至少一个外表面上的外壳，所述外壳被限定为支持所述流偏转装置的形状的物质。根据另一个实施例，所述外壳物质是一种有机物质，例如玻璃。根据另一个实施例，所述外壳物质是一种光滑的无机物质。根据另一个实施例，所述外壳是附着到地面。根据另一个实施例，所述外壳包括平行的或垂直的条带。本发明首次揭示了一种风力发电的系统，包括
a.涡轮机；
b.流偏转装置，功能性地在一个特定位置邻近于所述涡轮机；对于40至60米直径范围的涡轮机，风流经所述流偏转装置进入叶片的扫掠区域，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒2米；对于60至100米直径范围的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒3米；对于100至140米直径范围的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒3. 5米；对于140米及以上直径范围的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒4米。本发明首次揭示了一种风力发电系统，包括 a.涡轮机；b.流偏转装置，功能性地在一个特定位置邻近于所述涡轮机；其中，风流经所述流偏转装置进入叶片的扫掠区域，维持剪切层低于所述叶片的最低点。本发明首次揭示了一种风力发电系统，包括
a.涡轮机，处于定向的风的一个位置，所述涡轮机被限定为60%或更多的风是在一个特定位置从“X”度或更小的邻近的方向来临；
b.流偏转装置，功能性地邻近于所述涡轮机；其中，所述流偏转装置的周长在定向的风的区域内是χ加45度或更小。本发明首次揭示了一种风力发电系统，包括
a.涡轮机，处于未定向的风的一个位置，所述涡轮机被限定为60%或更多的风是在一个特定位置从90度或更小的邻近方向来临；
b.流偏转装置，功能性地邻近于所述涡轮机；其中，所述流偏转装置的周长是被定形为比圆形具有更大半径的弧形。本发明首次揭示了一种流偏转装置的用途，以减少在叶片以及风力涡轮机的传动系统上的压力，其特征在于所述流偏转装置是设置为在一个特定位置邻近于所述涡轮机， 以便增加从扫掠区域的底部到所述扫掠区域的顶部的风速的均一性，超过在特定高度和位置上的风速差异的正常分布的均一性。本发明首次揭示了一种制造流偏转装置-风力涡轮机系统的方法，其特征在于 当风从高于流偏转装置的任意几个方向撞击叶片时，风的最高流速区域的30%区域定位中心超过所述叶片，所述流偏转装置的长度是至少所述叶片直径的尺寸。本发明首次揭示了一种风力发电系统，包括
a.涡轮机；
b.流偏转装置；其中，所述系统具有额定的速度，该额定速度低于如果没有所述流偏转装置的系统的速度。本发明首次揭示了一种制造风力涡轮机系统的方法，其特征在于功能性邻近于所述涡轮机的流偏转装置是与发电机相结合的，该发电机的运转速度比没有所述流偏转装置的相同涡轮机的额定速度更低。本发明首次揭示了一种从与风力涡轮机相关联的流偏转装置引导剪切层进行的方法，包括
a.微处理器，带有存储器，输入在系统内的至少以下参数，用于在与涡轮机相关的多个点之上输出风速所述流偏转装置的内部直径、所述流偏转装置的上高度和下高度、所述流偏转装置的角度、所述流偏转装置的形状、涡轮机的几何构型、地形的几何构型；
b.根据所述微处理器的输出，提供流偏转装置，以致在所述流偏转装置的风向内的剪切层是低于所述涡轮机的叶片。
本发明在这里将仅通过实施例以及参照附图的方式进行描述，在这些附图中 图1是流偏转对象的土堆和外壳的示意图。图2是使FDD定位中心的方法的示意图。图3是风向频率图。
图4是风力涡轮机的扫掠面积的示意图。图5是功率曲线图。
具体实施例方式本发明涉及放置与涡轮机(通常是风力涡轮机)有关的流增强对象或流偏转装置 (称为FDD)。风力涡轮机被用于这里，因为它是最有可能的应用，但本发明并不限于风力涡轮机。本发明在这里的中心主题是如何使这些对象或装置经济地被制造，什么是在从大型风力涡轮机产生电能的整个系统(正如风力农场)内用于调节的含意。本发明申请将这个主题视为一个系统的解决方法。定义轴可指一种直线的对象，如果它是带有轴的近似缓慢变弯的圆形或椭圆形。根据本发明所述的用于涡轮机的FDD的原理和操作可参考附图以及相关的说明而得以更清楚地理解。现在参考附图，图1显示了 FDD的土堆和外壳。关键点是从泥土起制造。带有叶片(1)的一种风力涡轮机是在功能上紧邻由泥土(2)制成的FDD。一个外壳(3)或覆盖物是被放置在泥土的顶部，以维持泥土的形状。这是一个重要的步骤，因为该设计的规范的平滑和维持在获得空气动力学结果上是至关重要的。这可以是任意类型的保形材料，例如带有足够的根的剪好的草、塑料、混凝土，或可被制成更硬的软质材料。在混凝土的实施例中， 制造方法是接着使该混凝土平滑。在一个实施例中，所述外壳是附着到地面，在另一些实施例中，所述外壳是以桩、 螺栓或混凝土等方式附着到地面。在使用一个系统来确定一个FDD的放置靠近风力涡轮机，该涡轮机具有垂直于风流向的轴，我们提供了改变内部直径、所述FDD的下面和上面的高度以及该FDD的形状和角度的应用，以便将剪切层(4)保持在叶片的最低点的唇缘的下面。该FDD影响所示的剪切层，并导致从该FDD在逐渐增加的提升中继续进行。这个剪切层可以由计算机流体动力学分析来确定，或者由风速测量来确定，它被定义为一个薄层，将低速的下面的风与更高速的上面的风相分离。作为一个实施例，用于本专利申请的目的，剪切层的更多数字化定义可以是在10米的垂直距离中，风速改变0.5米或更多。这里提供的内容并不是对本发明的限制，而是为了提供一个例子。在风能领域的技术人员应能理解剪切层的定义。其他明显的参数是涡轮机的几何构型，地形的几何构型，以及所述FDD的角度和形状。风力专家所熟知，当剪切层切穿叶片时，会产生许多涡轮机问题。基于材料的结构的制造可以是通过采用许多水平或垂直的条带来制造。对于改善大型风力涡轮机的功率输出的FDD，当风主要从非常受限制的方向进入时，将会有机会。在本例中，如图2所示，所述FDD (5)可以是低角度的椭圆形(定义为围绕涡轮机的杆的周围，它将延伸到比圆形区域更大的区域)或者以直线代替圆形。图2显示， 当从高于FDD的几个方向上撞击所述叶片时，目标是所计算的高速区域的中心在所述叶片之上。例如，在图2中，所述FDD (5)具有边缘(7)和(9)以及中心(8)。叶片范围是100 米，而FDD的范围是100米，位于离涡轮机中心50米的地方。从该FDD的边缘到涡轮机中心的距离是70米。这个定位中心的过程设计找到最好的方式来在所述涡轮机的叶片上产生更高的风速。如果风从方向(10)穿过(11)进入，在这种情况下，大多数风使从90度的弧度进入，然后该FDD会在所述叶片的扫掠区域产生一个高风速的区域。图3是一个风向频率图(12)，该图显示，如何让风进入涡轮机，主要从一个方向进入，在本例中，是从西方进入。图4显示了涡轮机的扫掠面积(13)，该涡轮机带有最低点(14)和最高点(15)。通常，在100米的距离上，风速改变是每秒3-4米。将一个FDD放置在靠近这样一个涡轮机， 如果定位合适的话，将会导致从点(14)到点(15)的风速差的降低。任意这样的降低都会改善涡轮机的维持，通过使力更统一。本领域所熟知，这样的风速差对于传动系统的维护和寿命都是主要问题。本发明也可被定义为以下的绝对术语将一个FDD放置在靠近风力涡轮机的方法和装置，在一个实施例中，采用水平轴的风力涡轮机，以致在面对风的流动的特定位置让风流入叶片的扫掠区域，其中风流经FDD进入叶片的扫掠区域的变化是对于直径为40至60 米的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒2米；对于直径为60至 100米的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒3米；对于直径为 100至140米的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒3. 5米；对于直径为140米及以上的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒4米。除了改善功率输出之外，本发明申请还提供了关于这种结构的新用途通过使均勻的风进入涡轮机的叶片区域，减少在齿轮箱上的机组。所述FDD是理想地制造的，也调节为与涡轮机参数一致。涡轮机的制造是根据发电机的参数，以及传动系统需要容纳的平均风速。这里提供了一种新的系统和新的制造方法，引入了 FDD的应用，因而有效改变了风速，定义为在涡轮机的常规切入速度与在加入FDD之后的新的切入速度之间的差，被加入常规风速中，以获得在某点的校正的风速，在该处制造涡轮机的参数。另一种定义参数的方法是在功率曲线中的最大功率应是在每秒11. 5米或更低处，或者在每秒11. 0米或更低处。图5显示了一条功率曲线。为了我们的目的，将“额定速度”定义为这样的速度， 在该额定速度之上只有少数的能量会产生。为匹配FDD的效应，额定速度应从没有FDD的情形降低至少0. 5 m/s。类似地，来自发电机的最小功率产生应当被调节为比没有FDD的情形少产生至少0.5 m/s。虽然本发明已经根据有限数量的实施例进行了说明，但应当明确的是，本发明的许多变化、修饰和其他应用都是可实现的。
权利要求
1.一种用于增强从涡轮机的能量输出的系统，包括a.风力涡轮机；b.用于涡轮机的流偏转装置，其带有的轴垂直于风的流向，所述流偏转装置被限定为正面影响功率输出或所述涡轮机的稳定性，由在地形的改变上的泥土组成，无论是在所述涡轮机的安装之前提供的，还是在安装之后提供的；c.在至少一个外表面上的外壳，所述外壳被限定为支持所述流偏转装置的形状的物质。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述外壳物质是一种有机物质，例如玻璃 ο
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述外壳物质是一种光滑的无机物质。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述外壳是附着到地面。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述外壳包括平行的或垂直的条带。
6.一种风力发电的系统，包括a.涡轮机；b.流偏转装置，功能性地在一个特定位置邻近于所述涡轮机；对于40至60米直径范围的涡轮机，风流经所述流偏转装置进入叶片的扫掠区域，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒2米；对于60至100米直径范围的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒3米；对于100至140米直径范围的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒3. 5米；对于140米及以上直径范围的涡轮机，在所述叶片的至少一个方向上的风速变化不超过每秒4米。
7.一种风力发电系统，包括a.涡轮机；b.流偏转装置，功能性地在一个特定位置邻近于所述涡轮机；其中，风流经所述流偏转装置进入叶片的扫掠区域，维持剪切层低于所述叶片的最低点。
8.一种风力发电系统，包括a.涡轮机，处于定向的风的一个位置，所述涡轮机被限定为60%或更多的风是在一个特定位置从“X”度或更小的邻近的方向来临；b.流偏转装置，功能性地邻近于所述涡轮机；其中，所述流偏转装置的周长在定向的风的区域内是χ加45度或更小。
9.一种风力发电系统，包括a.涡轮机，处于未定向的风的一个位置，所述涡轮机被限定为60%或更多的风是在一个特定位置从90度或更小的邻近方向来临；b.流偏转装置，功能性地邻近于所述涡轮机；其中，所述流偏转装置的周长是被定形为比圆形具有更大半径的弧形。
10.一种流偏转装置的用途，以减少在叶片以及风力涡轮机的传动系统上的压力，其特征在于所述流偏转装置是设置为在一个特定位置邻近于所述涡轮机，以便增加从扫掠区域的底部到所述扫掠区域的顶部的风速的均一性，超过在特定高度和位置上的风速差异的正常分布的均一性。
11.一种制造流偏转装置-风力涡轮机系统的方法，其特征在于当风从高于流偏转装置的任意几个方向撞击叶片时，风的最高流速区域的30%区域定位中心超过所述叶片，所述流偏转装置的长度是至少所述叶片直径的尺寸。
12.—种风力发电系统，包括a.涡轮机；b.流偏转装置；其中，所述系统具有额定的速度，该额定速度低于如果没有所述流偏转装置的系统的速度。
13.—种制造风力涡轮机系统的方法，其特征在于功能性邻近于所述涡轮机的流偏转装置是与发电机相结合的，该发电机的运转速度比没有所述流偏转装置的相同涡轮机的额定速度更低。
14.一种从与风力涡轮机相关联的流偏转装置引导剪切层进行的方法，包括a.微处理器，带有存储器，输入在系统内的至少以下参数，用于在与涡轮机相关的多个点之上输出风速所述流偏转装置的内部直径、所述流偏转装置的上高度和下高度、所述流偏转装置的角度、所述流偏转装置的形状、涡轮机的几何构型、地形的几何构型；b.根据所述微处理器的输出，提供流偏转装置，以致在所述流偏转装置的风向内的剪切层是低于所述涡轮机的叶片。
全文摘要
用于风力涡轮机的流偏转装置(FDD)的制造的各个方面是作为一种系统来提供，该系统需要调整以便改善电力输出，并调节在不同条件下的改变，仍能提供形状的稳定性。
文档编号F03D11/00GK102483041SQ201080023400
公开日2012年5月30日 申请日期2010年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者丹尼尔·法伯, 乔·范茨沃仁, 肯·科尔曼, 迦底·哈尔利, 阿夫纳·法卡什 申请人:利维坦能源风力农场空气动力学有限公司