垂直軸風力渦輪機的制作方法
【專利摘要】一種垂直軸風力渦輪機(100)，包括轉子(110)，所述轉子具有基本上垂直的旋轉軸z，所述轉子(110)包括多個葉片(111)，所述多個葉片(111)被布置成由于與籠罩所述葉片(111)的氣流相對的空氣動力阻力的緣故而圍繞其旋轉軸z旋轉。所述風力渦輪機(100)還包括外殼結構(120)，其中容納了所述轉子(110)。所述外殼結構(120)包括：下板(121)，其基本上垂直于所述旋轉軸z，所述下板(121)由第一多個頂點V1、……、Vn限定；上板(122)，其基本上垂直于所述旋轉軸z，所述上板(122)由第二多個頂點V1’、……、Vn’限定，所述第二多個頂點中的每一頂點V1’、……、Vn’對應于所述第一多個頂點中的頂點V1、……、Vn。所述外殼結構(120)還包括多個壁(125a至125d)，所述多個壁(125a至125d)被布置成連接所述下板(121)和所述上板(122)，所述壁(125a至125d)和所述板(121、122)限定多個開口(126a至126d)，所述開口(126a至126d)被布置成充當流入所述外殼結構(120)/從所述外殼結構(120)流出的所述氣流的入口/出口。每一壁(125a至125d)由一個邊緣(127a至127d)限定，所述邊緣(127a至127d)連接所述第一多個頂點中的頂點V1、……、Vn與所述第二多個頂點中的對應頂點V1’、……、Vn’。所述邊緣(127a至127d)相對于多個垂直理想線V1?V1’、……、Vn?Vn’從所述外殼結構(120)向外突出，所述垂直理想線V1?V1’、……、Vn?Vn’聯(lián)接所述第一多個頂點中的所述頂點V1、……、Vn與所述第二多個頂點中的所述對應頂點V1’、……、Vn’。
【專利說明】
垂直軸風力渦輪機
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及風力渦輪機的領域。
[0002]具體來說，本發(fā)明涉及具有外殼結構或外罩的垂直軸風力渦輪機的領域。
【背景技術】
[0003]取決于轉子方向可將風力渦輪機細分為兩大類:水平軸渦輪機和垂直軸渦輪機。
[0004]水平軸渦輪機的實例是風車，其中轉子的旋轉軸布置成與盛行氣流方向基本上對準。通常，旋轉軸又可通常圍繞垂直軸旋轉，以便實現(xiàn)和/或保持轉子的旋轉軸與盛行氣流方向的對準。在此類機器中，所有葉片同時被氣流籠罩，且所有葉片積極地參與轉子的旋轉。
[0005]水平軸渦輪機具有以下缺點:需要大量安裝空間且由高機械復雜性表征。除了在安裝后對風景具有大的視覺影響之外，這些缺點還導致高生產(chǎn)和安裝成本。
[0006]垂直軸渦輪機具有布置成與盛行氣流方向基本上垂直的旋轉軸。在此類機器中，氣流在撞擊葉片時不會產(chǎn)生相同的效果:具體來說，考慮到單個葉片的路徑，有可能區(qū)分“馬達路徑”與“阻力路徑”，在“馬達路徑”中，作用于葉片上的氣流對轉子的旋轉有積極的貢獻，而在“阻力路徑”中，作用于葉片上的氣流對轉子的旋轉有消極貢獻，或無論如何，其貢獻比“馬達路徑”提供的貢獻小。
[0007]垂直軸渦輪機的特點是機械復雜性減小(相對于水平軸渦輪機)，這是因為舉例來說垂直軸渦輪機不必是執(zhí)行和/或維持轉子軸與盛行氣流方向之間的對準的裝置。此特征解釋了此類機器的生產(chǎn)成本和維護成本比水平軸機器低的原因。
[0008]然而，垂直軸渦輪機的缺點是效率比水平軸渦輪機低。為了克服此缺點，且為了增大效率，已采用不同的解決方案。
[0009]像US5852331A、JP2005299621A 和 W02011/086406A2 等文獻提供的第一解決方案是屏蔽“阻力路徑”以避免氣流可能作用于葉片上從而降低總效率。
[0010]例如在1081/03683、1^5852331六、見2005299621六和￥02011/086406六2中公開的另一可能的解決方案是預先布置收斂管，其使影響葉片的氣流加速，從而增大轉子的速度。
[0011]例如在FR2541383A1中描述的又一解決方案由通過將氣流導向轉子的外徑而改進轉子的饋送效率組成。
[0012]然而，上述文獻中描述的所有風力渦輪機需要激活高氣流速度，而不允許接收在并不非常多風的區(qū)域中的風供應的動量或無論如何在風無法達到預定速度的可能很長的時段中供應的動量。
[0013]此外，上述渦輪機中的一些，像W081/03683，需要必須相對于盛行氣流方向定向，從而防止利用作用于葉片上的受風的成分中的大部分。
[0014]例如在DE29980074U1和US2011/291421A1中公開了在氣流方向上引導渦輪機的問題的可能的解決方案，其中提供了圍封轉子和葉片的外罩。此外，所述外罩具備多個開口，所述開口根據(jù)風向而用作流的入口和出口，且將氣流傳送至葉片。
[0015]然而，此類解決方案在空氣動力學上也并不非常高效，這是因為開口的側邊緣是直角且作為入口既不允許好的流率也不允許高的流速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]因此，本發(fā)明的特征是提供與現(xiàn)有技術的垂直軸風力渦輪機相比具有較高效率的垂直軸風力渦輪機。
[0017]本發(fā)明的特征也是提供與現(xiàn)有技術的風力渦輪機相比可以較低氣流速度啟動葉片的旋轉的垂直軸風力渦輪機。
[0018]本發(fā)明的特征也是提供響應于風向具有基本上恒定的效率的垂直軸風力渦輪機。
[0019]本發(fā)明的進一步特征是提供相對于現(xiàn)有技術的風力渦輪機具有靜態(tài)的和對疲勞的較高結構阻力的垂直軸風力渦輪機。
[0020]本發(fā)明的又一特征是提供相對于現(xiàn)有技術的風力渦輪機生產(chǎn)和安裝成本減少的垂直軸風力渦輪機。
[0021]本發(fā)明的特征也是提供用于布置多個風力渦輪機以便相對于現(xiàn)有技術的風力發(fā)電系統(tǒng)在相同的安裝功率下減少占用空間的風力發(fā)電系統(tǒng)。
[0022]然后，本發(fā)明的特征是提供在轉子的組件損壞的情況下不會導致噴射對環(huán)境有潛在危險的碎片的垂直軸風力渦輪機。
[0023]這些和其它目標通過垂直軸風力渦輪機實現(xiàn)，所述垂直軸風力渦輪機包括:
[0024]轉子，其具有基本上垂直的旋轉軸z，所述轉子包括多個葉片，所述多個葉片被布置成由于與籠罩所述葉片的氣流相對的空氣動力阻力的緣故而圍繞所述旋轉軸z旋轉；
[0025]外殼結構，其中容納了轉子。
[0026]有利地，外殼結構包括:
[0027]下板，其基本上垂直于旋轉軸z，且由第一多個頂點V1、……、Vn限定；
[0028]上板，其基本上垂直于旋轉軸z，且由第二多個頂點W’、……、Vn’限定，所述第二多個頂點中的每一頂點Vi’、......、Vn’對應于所述第一多個頂點中的頂點V1、......、Vn;
[0029]多個壁，其被布置成連接下板和上板，所述壁和所述板限定多個開口，氣流被布置成通過開口進入/離開外殼結構。
[0030]具體來說，每一壁由相應邊緣限定，邊緣被布置成連接所述第一多個頂點中的頂點V:、……、Vn與所述第二多個頂點中的對應頂點V1 ’、……、Vn’。
[0031 ]有利地，每一邊緣具有從外殼結構向外突出的輪廓，所述突出的輪廓被布置成突出超出連接所述第一多個頂點中的頂點V:、……、Vn與所述第二多個頂點中的對應頂點Vl ’、……、Vn ’ 的對應直線Vl-Vl ’、……、Vn-Vn ’。
[0032]因此，通過第一開口進入外殼結構的進入的氣流可在鄰近壁上滑動，鄰近壁充當收斂管。從此壁向外突出的邊緣使與氣流相對的阻力增大且使不進入外殼結構的氣流偏離，使得對于大部分風向，此氣流與上述壁分開，從而在鄰近壁的與第一開口相對的第二開口處形成低壓區(qū)，第二開口充當離開的氣流的出口，低壓區(qū)使進入外殼結構的進入的氣流的流率增大，從而接著使渦輪機利用的風力增大。此外，第二開口處的低壓允許渦輪機在啟動時與現(xiàn)有技術的渦輪機相比以進入的氣流的較低速度操作。
[0033]因此，大體上，因為突出的邊緣的存在而產(chǎn)生的第二開口處的低壓允許在氣流處于瞬變狀態(tài)時較容易地啟動渦輪機，在氣流處于穩(wěn)定狀態(tài)時使功率增大。
[0034]具體來說，向外突出的邊緣具有定向成朝相應開口凹入的曲線的幾何形狀，以便充當被布置用來引導進入外殼結構的氣流的導管的開口。
[0035]更詳細地說，突出的邊緣具有圓弧形狀，其具有預定半徑。
[0036]有利地，所述多個壁中的至少一個壁具有突出部分，其從所述邊緣開始，且用一種方式配置，使得其在下板的平面中的投影在將下板的頂點V:、……、Vn彼此聯(lián)接的理想多邊形的外部。壁也還包括凹入部分，其在下板的平面中的投影在多邊形內(nèi)部，所述凹入部分向上延伸至鄰近壁的開口超出壁的與邊緣相對的末端。因此，通過壁分離氣流基本上針對任何氣流方向執(zhí)行，且具體來說也針對與壁平行的方向。
[0037]具體來說，為了也針對與壁平行的流的方向進一步輔助氣流的分離，壁的邊緣具有比壁的剩余部分高的厚度。
[0038]有利地，下板由將頂點……、Vn兩兩連接且相對于所述多邊形朝旋轉軸z凹入的輪廓限定，以便適應壁的凹入部分。
[0039]有利地，上板由將頂點化’、……、Vn’兩兩連接且相對于所述多邊形朝旋轉軸z凹入的輪廓限定，以便適應壁的凹入部分。因此，在壁上在外部滑動的氣流不會遇到將干擾流的運動的板的表面，且還將使摩擦阻力增大并釋放能量。
[0040]具體來說，限定兩個板的輪廓具有最大點M，即，在輪廓與連接頂點……、Vn或頂點Vi ’、……、Vn ’的多邊形的對應邊緣之間具有最大距離的點。此最大點M位于壁的上述末端附近。每一壁接著將從邊緣到末端的傾度維持為基本上恒定的，壁超出上述傾度會破裂，因而到鄰近開口留下空間。因此，每一壁除了充當障礙物以在出口處形成低壓之外，還充當進入外殼結構的氣流的收斂管。
[0041 ]有利地，聯(lián)接兩個板的每一輪廓相對于理想多邊形的對應邊緣具有在0°與30°之間的切線，所述切線將頂點Vh……、Vn從壁的凹入部分連接至最遠的頂點。因此，輪廓符合壁的傾度，壁充當傾度為30°的收斂管。
[0042]有利地，聯(lián)接板的每一輪廓在對應開口處包括用以加強結構的筆直部分，從而向壁提供加勁效果，這在壁經(jīng)受重的空氣動力載荷時防止壁彎曲。
[0043]有利地，在壁的外表面上提供具有基本上網(wǎng)狀幾何形狀的肋條，肋條除了輔助壁的結構阻力之外，還進一步輔助氣流的分離，且具體來說輔助邊界層與壁的分離。
[0044]具體來說，外殼結構包括具有相同形狀且彼此成90°角位于軸z周圍的四個壁，所述四個壁限定四個開口，所述開口被配置成充當流入外殼結構/從外殼結構流出的氣流的入口/出口。此配置在空氣動力學上是最佳的且允許效率響應于風向的改變而較不可變。此夕卜，通過具有相同的組件，減少了生產(chǎn)成本且輔助渦輪機的組裝。
[0045]有利地，四個開口中的第一開口被配置用來允許主要氣流成分進入，所述第一開口鄰近所述四個壁中的第一壁且鄰近所述四個壁中的基本上垂直于第一壁的第二壁。因此，當主要氣流成分進入第一開口時，氣流的部分由第一壁和第二壁阻礙，從而在鄰近第二壁的第二開口和鄰近第一壁的第四開口處形成低壓區(qū)，第三開口與第一開口相對。
[0046]因此，第二開口處的低壓區(qū)允許在氣流處于瞬變狀態(tài)時較容易地啟動渦輪機，在氣流處于穩(wěn)定狀態(tài)時使功率增大。同時，第四開口處的低壓區(qū)有助于使氣流通過第四開口從外殼結構離開，從而允許清空轉子的“阻力路徑”，且因此使轉子在其旋轉時遇到的阻力減小。此較低阻力導致風力渦輪機的總效率的改善，從而允許進一步降低渦輪機在啟動時開始操作的風速的值。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種風力發(fā)電系統(tǒng)包括至少兩個根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機，所述風力渦輪機用一種方式定位為彼此疊置，使得風力渦輪機的旋轉軸z重合。因此，有可能產(chǎn)生需要與單個渦輪機必要的表面基本上相同的安裝表面的風力發(fā)電系統(tǒng)。這允許相對于現(xiàn)有技術的風力發(fā)電系統(tǒng)有力地優(yōu)化空間，現(xiàn)有技術的風力發(fā)電系統(tǒng)通常提供多個風力渦輪機呈三角形或正方形的布置，因而需要比單個渦輪機所需的安裝表面大得多的安裝表面。此外，由于根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機的性質(zhì)，呈柱狀的此布置不會影響個別渦輪機相對于彼此的性能。
[0048]有利地，風力渦輪機相對于旋轉軸z彼此旋轉地移位預定角度。
[0049]具體來說，預定角度偏移設置在20°與40°之間，有利地等于30°。
[0050]因此，相對于單個風力渦輪機進一步增大風力系統(tǒng)的性能響應于風向的不變性。此外，具有角度偏移的此布置用較平衡的方式分布將影響系統(tǒng)的空氣動力載荷，尤其是疲勞載荷，從而減小共振現(xiàn)象的可能性且允許組件具有較高壽命。
【附圖說明】
[0051]借助舉例說明但不是限制性的一些示范性實施例的以下描述，參看附圖，本發(fā)明的進一步特性和/或優(yōu)點將較清楚，在附圖中:
[0052]圖1示出第一示范性實施例中的根據(jù)本發(fā)明的垂直軸風力渦輪機的轉子；
[0053]圖2示出第一示范性實施例中的根據(jù)本發(fā)明的垂直軸風力渦輪機的外殼結構；
[0054]圖3不出包括圖1和圖2的轉子和外殼結構的垂直軸風力禍輪機；
[0055]圖4用水平面示出與氣流交叉的根據(jù)本發(fā)明的垂直軸風力渦輪機；
[0056]圖5用水平面且詳細地示出圖4的垂直軸風力渦輪機；
[0057]圖6示出第一示范性實施例中的根據(jù)本發(fā)明的風力發(fā)電系統(tǒng)；
[0058]圖7示出第二示范性實施例中的根據(jù)本發(fā)明的風力發(fā)電系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0059]參看圖1、圖2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的垂直軸風力禍輪機100的示范性實施例包括轉子110(圖1)和容納轉子110的外殼結構120(圖2)。
[0060]參看圖1，轉子110包括多個葉片111，具體來說是3個，其相對于垂直旋轉軸z以軸對稱方式布置，葉片111因為與籠罩葉片111的氣流相對的空氣動力阻力而圍繞垂直旋轉軸Z轉動。
[0061]參看圖2，外殼結構120包括下板121和上板122，其基本上垂直于軸z，且分別由第一多個頂點(具體來說，四個頂點V1、V2、V3、V4)和第二多個頂點(具體來說，四個頂點V1，、V2’、V3’、V4’)限定。兩個板121和122通過多個壁(具體來說，四個壁125a至125d)彼此連接，四個壁125a至125d與兩個板121、122形成四個開口 126a至126d，所述開口根據(jù)與外殼結構
120交叉的氣流的方向而充當氣流入口和/或出口。壁125a至125d以及外殼結構120的所有其它邊元件彼此相等且針對四條邊V1-V^ V2-V^V3-VhV4-V1中的每一者重復。
[0062]此示范性實施例規(guī)定壁125a至125d中的每一者由邊緣127a至127d限定，邊緣127a至127(1中的每一者連接頂點￥1、￥2、￥3、￥4中的一者與對應的頂點￥1’、￥2’、￥3’、￥4’中的一者。具體來說，每一邊緣127a至127d相對于連接頂點V3、V4中的一者與對應的頂點Vi’、V2 ’、V3 ’、V4 ’中的一者的對應的垂直線從外殼結構120向外突出。
[0063]因此，參看圖4，通過(例如)第一開口 126a進入外殼結構120的氣流在鄰近壁125b上滑動，壁125b充當收斂管。從壁125b向外突出的邊緣127b使與氣流相對的阻力增大且使不進入外殼結構120的氣流偏離，使得對于大部分風向，此氣流由壁125b分離，從而在鄰近壁125b且充當氣流的出口的第二開口 126b處形成低壓區(qū)，低壓區(qū)使進入外殼結構120的空氣流率增大，從而使渦輪機100利用的風力增大。此外，第二開口 126b處的低壓允許渦輪機與現(xiàn)有技術的渦輪機相比以入口氣流的較低啟動速度操作。
[0064]因此，大體上，因為突出的邊緣127b的存在而產(chǎn)生的開口126b處的低壓允許在氣流處于瞬變狀態(tài)時輔助渦輪機100的啟動，且在氣流處于穩(wěn)定狀態(tài)時使功率增大。
[0065]此外，由于也突出的邊緣127a，壁125a對氣流施加阻力，其允許此氣流立即分離，從而用與上述類似的方式在第四開口 126d處產(chǎn)生低壓區(qū)，低壓區(qū)對于使氣流從外殼結構120離開也是有用的。
[0066]第四開口 126d上的此低壓區(qū)有助于使氣流通過開口 126d從外殼結構120離開，從而允許清空轉子110的“阻力路徑”且接著使轉子110在旋轉時遇到的阻力減小。較低阻力導致風力渦輪機100的總效率的改善，從而進一步允許降低渦輪機100在啟動時的風速的值。
[0067]具體來說，突出的邊緣127b作為定向成朝開口126a凹入的圓弧具有曲線形狀，這允許開口 126a較好地傳送進入外殼結構120的氣流，假設形狀類似于入口管的形狀。
[0068]此外，參看圖5，考慮到連接上板122的頂點V1W?、V3’、V4’或類似地下板121的頂點V1、V2、V3、V4的理想正方形(在圖式中示出為虛線)，壁125a至125d包括突出部分125a’至125d’和凹入部分125a”至125d”，突出部分125a’至125d’以一種方式配置，使得其在下板
121的平面中的投影在正方形外部，凹入部分125a”至125d”在此平面中的投影替代地保留在正方形本身內(nèi)部。
[0069]再次參看(例如)通過開口 126a的流，突出部分125b’包括邊緣127b，且如所述，用于使與氣流相對的阻力增大，以便允許與壁125b分離。替代地，凹入部分125b”使由所述流分離產(chǎn)生的低壓確切地在出口 126b處發(fā)生。具體來說，此實施例允許上述現(xiàn)象基本上針對任何風向發(fā)生，甚至對于平行于壁125a至125d的風向也如此，這是較批評的方向，在這個方向上使氣流分離困難得多。為了進一步輔助此方向上的分離，另外，邊緣127a至127d還可具有比壁125a至125d的其余部分大的厚度，如圖2和圖3所示。
[0070]仍參看圖2和圖3，板121和122由輪廓123a至123d和123a’至123d’聯(lián)接，輪廓123a至123d和123a’至123d’分別將頂點V1、V2、V3、V4和頂點V!’、V2’、V3’、V4’兩兩連接。這些輪廓123a至123d和123a’至123of是曲線的且朝旋轉軸z凹入，以便符合壁125a至125d的形狀，且特別是符合凹入部分125a”至125d”的形狀。因此，在壁125a至125d上在外部滑動的氣流不會遇到將干擾流的運動的板的表面，且還將使摩擦阻力增大并釋放能量。
[0071]接著，在幾何學上，輪廓123a至123d和123a’至123d’基本上遵循壁125a至125d的走向。
[0072]參看圖2、圖3和圖5，在示范性實施例中，輪廓123a至123d和123a’至123d’具有最大點M，即，輪廓與所述正方形的邊之間的距離最大的點。此最大點M位于靠近凹入部分125a”至125d”處，且具體來說在壁125a至125d的與邊緣127a至127d相對的一端127a’至127d’。因此，壁125b和類似地，其它壁125a、125c、125d將從邊緣127a直到第二邊緣127a’的傾度維持為基本上恒定的，壁125b超出所述傾度斷開，從而到鄰近開口 126b留下空間。
[0073]因此，鑒于圖4，壁125b除了充當障礙物以在出口126b處形成低壓之外，還充當進入外殼結構的氣流的收斂管。具體來說，參看圖5，壁125b和類似地其它壁相對于線段Vi’-V2’或線段V1-V2具有約30°的傾度。必須遵循壁125b的輪廓123b和123b’在頂點VjPV1’處具有約30°的切線。替代地，輪廓123b和123b’在頂點VdPV2 ’處的切線相對于線段V2-V3和V2 ’-V3’為約30°，以便允許壁125c又成為相對于入口 126b的收斂管。參看圖2，輪廓123b和123b’在鄰近頂點V2和V2’的部分處包括用以加強結構的筆直部分124和124b’，從而向壁125c提供加勁效果，其在壁125c經(jīng)受大的空氣動力載荷時防止壁125c彎曲。出于相同理由，在壁125a至125d的外表面上提供具有基本上網(wǎng)狀幾何形狀的肋條。除了有助于壁125a至125d的結構強度之外，這些加勁肋條也有助于進一步促進氣流的分離，且具體來說促進邊界層與壁的分咼。
[0074]參看圖6，本發(fā)明提供風力發(fā)電系統(tǒng)200，其包括一個以上前述風力渦輪機100。這些渦輪機100布置為彼此疊置，相對于垂直軸Z對準。因此，可獲得需要與單個渦輪機100必要的表面基本上相同的安裝表面的風力發(fā)電系統(tǒng)200。這允許相對于現(xiàn)有技術的風力發(fā)電系統(tǒng)有力地優(yōu)化空間，現(xiàn)有技術的風力發(fā)電系統(tǒng)通常提供多個風力渦輪機呈三角形或正方形的布置，因而需要比單個渦輪機大得多的安裝表面。此外，由于根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機100的性質(zhì)，呈柱狀的此布置不會影響單個渦輪機100的性能。
[0075]參看圖7，風力發(fā)電系統(tǒng)200的示范性實施例規(guī)定風力渦輪機100圍繞其軸z相對于彼此以預定角度旋轉地移位，以便相對于單個風力渦輪機100和圖6的系統(tǒng)100進一步增大風力系統(tǒng)100的性能相對于風向的不變性。
[0076]此預定角度有利地設置在20°與40°之間，且具體來說是30°。無論如何，此角度的最佳值可得到不同結果，這取決于布置成柱狀的風力渦輪機100的數(shù)目。
[0077]此外，圖7的渦輪機100的布置用較平衡的方式分布系統(tǒng)100必須耐受的空氣動力載荷，尤其是疲勞載荷，從而減小共振現(xiàn)象的可能性且允許組件具有較高壽命。
[0078]盡管在本描述中已參考包括四個壁的外殼結構的示范性實施例，但也包括外殼結構包括不同數(shù)目的壁的示范性實施例。
[0079]特定示范性實施例的以上描述將根據(jù)概念觀點充分揭示本發(fā)明，使得其他人通過應用當前知識將能夠在沒有進一步研究且不脫離本發(fā)明的情況下修改和/或適應特定示范性實施例的各種應用，且因此意味著這些適應和修改將必須視為等效于特定實施例。實現(xiàn)本文中描述的不同功能的構件和材料可具有不同性質(zhì)，而因此不脫離本發(fā)明的領域。應理解，本文中采用的措詞或術語是為了描述而不是限制的目的。
【主權項】
1.一種垂直軸風力渦輪機(100)，其包括: -轉子(I 10)，其具有基本上垂直的旋轉軸Z，所述轉子(I 10)包括多個葉片(111)，所述多個葉片(111)被布置成由于與籠罩所述葉片(111)的氣流相對的空氣動力阻力的緣故而圍繞所述旋轉軸Z旋轉； -外殼結構(120)，其中容納了所述轉子(110)，所述外殼結構(120)包括: -下板(121)，其基本上垂直于所述旋轉軸z，所述下板(121)由第一多個頂點……、Vn限定； -上板(122)，其基本上垂直于所述旋轉軸z，所述上板(122)由第二多個頂點％’、……、Vn’限定，所述第二多個頂點中的每一頂點W’、……、Vn ’對應于所述第一多個頂點中的頂點V1、……、Vn; -多個壁(125a至125d)，其被布置成連接所述下板(121)和所述上板(122)，所述壁(125a至125d)和所述板(121、122)限定多個開口(126a至126d)，所述氣流被布置成通過所述開口(126a至126d)進入/離開所述外殼結構(120); 所述風力渦輪機(100)的特征在于所述多個壁中的每一壁(125a至125d)由相應邊緣(127a至127d)限定，所述邊緣(127a至127d)被布置以連接所述第一多個頂點中的頂點V1、……、Vn與所述第二多個頂點中的對應頂點、……、Vn’， 且在于每一所述邊緣(127a至127d)具有從所述外殼結構(120)向外突出的輪廓，所述突出的輪廓被布置成以一種方式突出超出連接所述第一多個頂點中的所述頂點W、……、Vn與所述第二多個頂點中的所述對應頂點V1,、……、Vn’的對應直線V1-V1 ’、……、Vn-Vn’，使得當進入的氣流通過第一開口(126a)進入所述外殼結構(120)時，所述邊緣(127b)的所述突出的輪廓產(chǎn)生一部分流與所述壁(125b)的分離，從而在鄰近所述壁(125b)的與所述第一開口(126a)相對的第二開口(126b)處形成低壓區(qū)，所述低壓區(qū)使進入所述外殼結構(120)的所述進入的氣流的流率增大。2.如權利要求1所述的風力渦輪機(100)，其中所述邊緣(127a、127b、127c、127d)具有定向成朝相應開口(126d、126a、126b、126c)凹入的曲線的幾何形狀。3.如權利要求1所述的風力渦輪機(100)，其中所述多個壁中的至少一個壁(125a至125d)具有突出部分(125a’至125of)和凹入部分(125a”至125d”)，所述突出部分(125a’至125of)以一種方式配置，使得其在所述下板(121)的平面中的投影在將所述下板(121)的所述頂點V1、……、￥?彼此聯(lián)接的理想多邊形外部，所述突出部分(125a’至125of)從所述邊緣(127a至127d)開始，所述凹入部分(125a”至125d”)在所述下板(121)的所述平面上的投影在所述多邊形內(nèi)部，所述凹入部分(125a”至125d”)向上延伸至鄰近所述壁(125a至125d)的開口(126a至126d)超出所述壁的與所述邊緣(127a至127d)相對的末端(127a’至127of)，所述凹入部分(125a”至125of’)被配置以便針對所述氣流的每一方向輔助與所述壁(125a至125d)的所述氣流分離。4.如權利要求3所述的風力渦輪機(100)，其中所述下板(121)和所述上板(122)中的至少一者由輪廓(123a至123d、123a’至123d’)限定，所述輪廓(123a至123d、123a’至123d’)將所述第一多個頂點中的所述頂點Vh……、Vn和/或所述第二多個頂點中的所述頂點Vi’、……、Vn’兩兩連接，所述輪廓(123a至123d、123a’至123of)以一種方式相對于所述多邊形朝所述旋轉軸z凹入，以與所述多個壁中的所述壁(125a至125d)的所述凹入部分(125a”至125d”)配合。5.如權利要求4所述的風力渦輪機(100)，其中所述輪廓(123a至123d、123a’至123of)在所述壁(125a至125d)的所述末端(127a’至127of)附近具有最大點M，所述最大點M是所述輪廓(123a至123d、123a ’至123of)的與將所述頂點V1、……、Vn和/或所述頂點V1 ’、……、Vn，兩兩連接的對應線段的距離最大的點。6.如前述權利要求中任一項所述的風力渦輪機(100)，其中所述外殼結構(120)包括彼此成90°角位于所述軸z周圍的具有相同形狀的四個壁(125a至125d)，所述四個壁(125a至125d)限定四個開口(126a至126d)，所述開口(126a至126d)被布置成充當流入所述外殼結構(120) /從所述外殼結構(120)流出的所述氣流的入口 /出口。7.如權利要求6所述的風力渦輪機(100)，其中所述四個開口(126a至126d)中的第一開口(126a)被配置成以一種方式允許所述氣流的主要成分進入，所述第一開口(126a)鄰近所述四個壁(125a至125d)中的第一壁(125a)且鄰近所述四個壁(125a至125d)中的基本上垂直于所述第一壁(125a)的第二壁(125b)，使得當所述氣流的所述主要成分進入所述第一開口(126a)時，所述氣流的部分由所述第一和第二壁(125a、125b)阻礙，從而在鄰近所述第二壁(125b)的第二開口(126b)和鄰近所述第一壁(125a)的第四開口(126d)處形成低壓區(qū)，第三開口( 126c)與所述第一開口( 126a)相對。8.如前述權利要求中任一項所述的風力渦輪機(100)，其中在所述壁(125a至125d)的外表面上提供肋條，所述肋條被配置以增大所述壁(125a至125d)的結構阻力且輔助所述氣流的邊界層與所述壁(125a至125d)的分離。9.一種風力發(fā)電系統(tǒng)(200)，其包括至少兩個根據(jù)前述權利要求中任一項所述的風力渦輪機(100)，所述至少兩個風力渦輪機(100)以一種方式定位為彼此疊置，使得所述風力渦輪機(100)的所述旋轉軸z重合。10.如權利要求9所述的風力發(fā)電系統(tǒng)(200)，其中所述風力渦輪機(100)相對于所述旋轉軸z彼此旋轉地移位預定角度，所述預定角度設置在20°與40°之間。
【文檔編號】F03D3/04GK105980702SQ201480038682
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年7月7日
【發(fā)明人】L·瓦倫蒂
【申請人】垂克尤比公司