[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN104981398A - 浮式风力涡轮机结构 - Google Patents

浮式风力涡轮机结构 Download PDF

Info

Publication number
CN104981398A
CN104981398A CN201380072684.XA CN201380072684A CN104981398A CN 104981398 A CN104981398 A CN 104981398A CN 201380072684 A CN201380072684 A CN 201380072684A CN 104981398 A CN104981398 A CN 104981398A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind turbine
floating
lower member
turbine structure
structure according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380072684.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104981398B (zh
Inventor
汉斯·塞特内斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of CN104981398A publication Critical patent/CN104981398A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104981398B publication Critical patent/CN104981398B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1885—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is tied to the rem
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/28—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being a pump or a compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/32—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on moving objects, e.g. vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/446—Floating structures carrying electric power plants for converting wind energy into electric energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/24—Rotors for turbines
    • F05B2240/243—Rotors for turbines of the Archimedes screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/18—Purpose of the control system to control buoyancy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

浮式风力涡轮机结构，包括设有一个或多个锚具(25，27，28)的插座件(20)，所述锚具锚定到海床以支撑连接到驱动马达或发电机的一个或多个风力涡轮机(1)。所述风力涡轮机布置在大致三角形的浮动件装置上，所述浮动件装置由中空管(21，22)构成，所述中空管以一相互的角度并在向下方向上具有增加的相互距离而向下伸入海中。中空弧形下部部件/横交部件(23)布置在浮动件装置管(21，22)的下端上。加固件(24)布置在浮动件装置的上部上。所述横交部件(23)部分地填充有液体并且其内部设有流限制板，该流限制板在增加和减小倾斜过程中减慢液体从横交部件的一端流到另一端的速度。

Description

浮式风力涡轮机结构
技术领域
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
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。
已知的一种浮式风力涡轮机组件的示例是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。
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。
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。
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)。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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1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。
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。
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)多于一次。诸如扭转角度、锥角、中心开口、螺距、翼板宽度和翼板轮廓之类的参数不必要是任何固定的值或者沿着所述轴的长度的形状。位于周边的翼板摩擦阻力/能量损失是由有利的轴向周缘速度造成的，而不是由不利的径向周缘速度造成的。徐缓的速度不会对鸟造成伤害。翼板中的腔体、楔形槽和裙状部布置成用于使热空气从发电机室向上升起以防止形成冰。涡轮机的螺距/旋向(右/左)取决于多涡轮机发电厂的流动对称。所述涡轮机适用于液体、气体和/或作为颗粒泵，并且是环保设计的。该装置适合于直升机运输，维护方便，可以在码头组装。不再必要执行受天气影响的危险组装操作以及费用较高的提升船舶出海。
所述浮动件还控制螺旋桨涡轮机。这是根据本发明实现的，其中至少一个风力加载螺旋桨装置以有利于流动的形式附接在倾斜控制浮动件的顶部处，其中在所述顶部附近的受风力影响的倾斜对螺旋桨有最大影响，并且在最大倾斜处具有减小的影响，这在风暴和飓风过程中对螺旋桨提供了保护。此外，倾斜发生在由通过适配缓冲孔的压载物/液体流控制的角度范围内，其中具有弧形下部管的三角形摆动特性布置成在弱风下像摇椅一样返回到起始点。更便于维护的倾斜是通过将液体从一个支腿泵送到另一个支腿实现的。该装置在倾斜过程中在降下的高度处获得较小的风载，增加了螺旋桨的倾斜，包括更倾斜的风力缓冲直升机升降平台。
该桨距桨控制(翼板扭转)现在可以由受风力影响的倾斜控制替代。在具有非常强的风力期间减小了塔和螺旋桨上的天气载荷。
该装置适合于直升机运输，维护方便，可以在码头组装，不再需要露天和危险的组装工作以及费用较高的提升船舶出海。
直升机升降平台设计成适合于最佳的风力减速，并因此还有助于保护螺旋桨抵抗风载。该平台在恶劣天气、风暴和飓风期间获得了有利的风力保护倾斜位置。
附图说明
下面通过图示本发明实施方式的附图进一步详细描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施方式的螺旋涡轮机从上方的透视图；
图2是与图1类似的图，但是更多的是从前面看到的并且具有两个转动翼板和具有楔形槽和扩散器的稍许不同设计；
图3A示出了在正常操作过程中位于海中的根据本发明的风力涡轮机装置；而
图3B示出了在极端风力载荷下根据本发明的风力涡轮机装置，
图4示出了图3A在风向上具有四个转动翼板；
图5示出了部分剖开的从侧面看到的根据本发明的风力涡轮机装置的浮动件装置的部分；
图6示出了锚定在码头用于维护的根据本发明的风力涡轮机装置；
图7示出了在拖拽过程中根据本发明的风力涡轮机装置；
图8A和8B是分别与图3A和3B类似的图，但是是以透视图呈现的；
图9是与图8A和8B类似的图，但是其中风力涡轮机部分是传统的螺旋桨操作的涡轮机；
图10和11是分别与图6和7类似的图，但是其中风力涡轮机部分是传统的螺旋桨操作的涡轮机；
图12示出了根据本发明的风力涡轮机装置的一个替代性实施方式，其具有两个传统的螺旋桨操作的涡轮机并且具有直升机甲板；以及
图13A、13B和14示出了根据本发明的风力涡轮机组件的一个替代性实施方式，其具有布置在风力涡轮机结构的浮动件装置的其中一个支腿处的浮动式波浪发电厂。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施方式的螺旋涡轮机从上方的透视图，其具有一个布置在转动轴31上的转动翼板30。所述转动轴上端转动支撑在轴承33中，下端32与布置在风力涡轮机下方隔室中的发电机(未示出)以转动和输电方式连接。这些是对本领域技术人员来说熟悉的细节，这里不再进一步详细讨论。螺旋形转子叶片30布置在转动轴31上。所述转动轴沿向上方向稍微倾斜地布置。所述转子叶片33布置在基本封闭的流动通道3内，该流动通道具有楔形槽状的入口端2。该楔形槽2具有构成入口部分末端的下边缘2′和进一步朝向风力涡轮机中部定位的上边缘2″。那么入口部分2具有楔形槽，该楔形槽具有铲子形或铁锹形的下部，但是在更靠近涡轮机中部处变成封闭的流动通道3。涡轮机的出口部分4是锥形的，其在流动方向上具有渐增的流动截面并且还表示为扩散器。当风力涡轮机结构在海中自由漂浮没有显著的风力影响时，沿具有转子叶片33的流动通道3的流动方向的纵向轴线的倾斜角度以关于水平面0-33度的角度延伸，尤其是大约15-30度，优选地大约25度，以便于它们在极端风载下基本平行于海表面延伸。
图2是与图1类似的图，但是是更多地从前面看到的，并具有两个转子叶片30a和30b并且具有楔形槽和扩散器4的稍微不同的设计。类似的构造在图4中示出，但是总共4个转子翼板30a、30b、30c和30d。
现在参见图3A、3B、5、6、7、8A和8B，示出了布置在海中的根据本发明的风力涡轮机装置。该涡轮机1布置在三角形的浮动件装置20上，该浮动件装置具有用于附接一个或多个风力涡轮机的上附接装置29以及可选的直升机甲板。该浮动件装置20包括两个管形支腿21和22，这两个管形支腿21和22从附接装置29向下以一相互的角度并且沿向下方向以渐增的相互距离延伸。下部部件或横交部件(cross piece)23的两端部连接到支腿21和22的下端。横交部件23有利地是弧形的，具有位于该横交部件上方的“圆”心，以便于当自由漂浮并且海中没有载荷时该横交部件的中间部构成浮动件装置的最低点。曲率半径取决于倾斜阻力或摆动频率所需的程度，并且必须结合该结构的余下部分的尺寸和重量来考虑。该风力涡轮机结构锚定到锚定装置，该锚定装置包括锚定件28和连接到旋转接头25的锚定件线缆27，所述旋转接头连接到所述横交部件23。这本身是可以从现有技术中获知的，这里不再进一步描述。加固件24优选地固定连接在支腿21和22之间以增强该结构来进一步抵抗来自于风和大海的载荷。
仍然参见正如在上面段落中描述的附图，所述横交部件或下部部件23部分地填充有液体。诸如板26之类的流限制装置覆盖下部部件23内的流动截面的一部分。这对由来自于风、波浪和水流的载荷导致的整体结构的摆动提供了缓冲效果，并且防止从一侧到另一侧的过多倾斜。图3A和8A示出了在正常操作过程中的风力涡轮机结构，其中水在下部部件23的一端内自由浮动(这些图的左侧)。图3B和8B示出了在强风中向下倾斜到海中保护风力涡轮机抵抗风载的风力涡轮机结构。
图6和7示出了其中一个支腿21的内部部分地或完全地释放液体、而另一个支腿22的内部部分地或完全地填充有水以迫使该结构总体向下倾斜到海中的风力涡轮机结构。图6示意性地示出了类似的状态，其中涡轮机布置在陆地上的车间内用于维护，而图7示出了布置成用于拖拽的风力涡轮机结构。水的分布是通过例如布置在风力涡轮机的发电机隔室中的一个或多个泵(未示出)提供的。将水从一个支腿泵送到另一个支腿的布置在本领域技术人员的知识范围内，这里不再进一步描述。
图9、10和11示出了本身是传统螺旋桨式风力涡轮机的风力涡轮机的一个替代性设计。这些图可以部分地与图12相比，但是图12明确地示出了由两个并置的螺旋桨式风力涡轮机构成的风力涡轮机。以参考数字40示出了直升机甲板。正如可以从图9的右边看到的，在极强风力期间该结构总体上向下倾斜到海中，并且由于螺旋桨叶片与风向呈一角度取向所以其本身提供了减小的风载，风力越大该角度越大。直升机甲板简化了进入该结构用于维护的入口。直升机甲板的另一个优点是其将进一步保护风力涡轮机的螺旋桨并减小或者甚至消除被撕开的风险。拖拽和维护将以与正如由上述实施方式描述的方式相同的方式进行。
图13A、13B和14示出了本发明的一个替代性实施方式，其中在根据本发明的风力涡轮机结构的浮动件装置的其中一个支腿22处布置波浪发电装置。浮动圈51布置成可以围绕固定连接到所述支腿22的轴52在竖直平面内枢转。位于发电机隔室内或发电机隔室处在风力涡轮机1的下侧处海平面周围的发电机56由从浮箱53经由绕在滑轮55′、55″、55″′上的绳54传递的波浪运动来操纵，这些滑轮55′、55″、55″′布置在浮动圈51、浮动装置的第二支腿22处以及发电机本身处。图13B示出了在非常强的风载期间的风力涡轮机。这里可以看到浮箱被自动向下拉入海中以防止波浪发电装置被拉伤。通过将具有分布并悬置在大量水中的附带的浮箱的多个更小的浮动圈布置到下部，然后布置稍大的浮动圈51，可以延伸“波浪部分”。
虽然上面的描述已经阐述了本发明的有限的实施方式，但是具有本领域内普通知识的本领域技术人员在上面的描述以及附图中示出的内容的支持下能够容易推断出本发明的替代性实施方式。在该示例性描述中，大致三角形的浮动装置是以具有下部部件的两个支腿的形式描述的。然而，可以构想到可以并排布置许多浮动装置，例如来增加浮力和/或减小支腿的长度。例如，转子翼板的数量及其倾斜角度可以变化，例如根据使用领域、期望的风力条件、转子翼板的流动通道的设计。此外，浮动件装置不需要以中空管形式成形为三角形。所述浮动件装置例如可以由具有另一种横截面而不是圆形横截面的中空通道构成。

Claims (15)

1.一种浮式风力涡轮机结构，包括设有一个或多个锚具(25，27，28)的插座件(20)，所述锚具锚定到海床以支撑连接到驱动马达或发电机的一个或多个风力涡轮机(1)，其特征在于，所述一个或多个风力涡轮机布置在一个或多个浮动件装置上，每个浮动件装置包括细长中空的第一下部部件(21)和细长中空的第二下部部件(22)，由此所述第一下部部件(21)和第二下部部件(22)连接到锚具部件(29)以便将所述一个或多个风力涡轮机(1)固定，并以一相互角度、以向下渐增的相互距离延伸到海中，并且所述第一下部部件和第二下部部件的下端固定连接到细长中空的横交部件/下部部件(23)，从而提供了从侧面看大致三角形的浮动结构，并且其中所述横交部件(23)设有腔体并且对环境密封以容纳液体，在所述风力涡轮机结构处布置一构件，所述构件用于对相应的第一下部部件和第二下部部件(21，22)的内部提供液体和/或从相应的第一下部部件和第二下部部件的内部移除液体并且提供对风力涡轮机结构的浮力水平和倾斜角度的调节。
2.根据权利要求1所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述下部部件(23)设有流限制装置(26)，以便在该浮式风力涡轮机结构在海中摆动时减慢横交部件(23)内的液体从一端(23a)到另一端(23b)的运动。
3.根据权利要求1或2所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，加固件(24)固定连接在细长的所述第一下部部件(21)和第二下部部件(22)之间，尤其在第一下部部件和第二下部部件的上端附近，以便加固、增强浮动件装置并增加浮动件装置的浮力。
4.根据权利要求1或2所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述流限制装置(26)设计成隔板状的，覆盖所述横交部件(23)的腔体内的流动截面的一部分。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，细长的所述第一下部部件和第二下部部件(21，22)、横交部件(23)和加固件(25)是由管形成的。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述横交部件(23)是细长的并且基本上是弧形的，当浮式风力涡轮机位于海中时该弧形的“圆”心位于所述横交部件(23)上方。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述浮式风力涡轮机结构包括波浪发电机(50)，该波浪发电机包括至少一个浮动装置(51)，所述浮动装置在连接到细长的第二下部部件(22)的连接装置(52)中悬置，并且在竖直平面内能枢转，所述浮式风力涡轮机结构还包括由从浮箱(53)传递的波浪的竖直运动驱动的发电机(56)，所述浮箱布置在水面中并且经由绳(54)和滑轮(55′，55″，55″′)连接到所述发电机(56)。
8.根据权利要求7所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述浮箱(53)的绳(54)具有固定长度，以便当风力涡轮机结构向下倾斜到海中时浮箱在强风中被向下拉到海平面以下，以防止装置破坏。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述风力涡轮机包括呈螺旋形转子叶片(33)形式的一个或多个转子翼板(30)，所述转子叶片连接到细长转动轴(31)，该转动轴转动地悬置在流动通道(3)中并且与驱动马达或发电机进行驱动连接，由此所述流动通道(3)包括在高压端处的楔形入口(2，2′，2″)并包括楔形出口(4)，所述楔形入口在朝向容纳转子翼板(30)的中部(3)的方向上渐窄，该楔形出口具有在向外的方向上渐增的流动截面，以便对流入涡轮机中的空气加速并以较低的压力将空气喷射到出口。
10.根据权利要求9所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，当所述风力涡轮机结构在海中自由漂浮而没有显著风力影响时，沿具有转子叶片(33)的流动通道(3)的流动方向的纵向轴线以关于水平面0-33度的角度延伸，所述角度尤其是大约15-30度，优选地大约25度，以便这些转子叶片在极端风载下基本平行于海平面延伸。
11.根据权利要求9或10所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，发电机布置在流动通道(2，3，4)的下侧处并与流动通道流动连接，以便来自于发电机的热空气能够经由转子中的腔体和楔形槽的壁向上流动并防止形成冰。
12.根据权利要求1-8中任一项所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述风力涡轮机(1)包括一个或多个传统螺旋桨驱动的涡轮机。
13.根据权利要求12所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述螺旋桨驱动的涡轮机(1)不具有用于螺旋桨的任何扭矩控制器。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，所述浮式风力涡轮机结构设有直升机甲板(40)，当强风过程中风力涡轮机结构倾斜到海中时所述直升机甲板还用作防护板。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的浮式风力涡轮机结构，其特征在于，用于对相应的第一下部部件和第二下部部件(21，22)的内部供应液体和/或从相应的第一下部部件和第二下部部件的内部移除液体的所述构件以用于将液体泵入和泵出细长的所述第一下部部件和第二下部部件(21，22)的一个或多个泵的形式实现。
CN201380072684.XA 2013-01-12 2013-10-01 浮式风力涡轮机结构 Expired - Fee Related CN104981398B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20130082 2013-01-12
NO20130082 2013-01-12
PCT/NO2013/050165 WO2014109644A1 (en) 2013-01-12 2013-10-01 Floating wind turbine structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104981398A true CN104981398A (zh) 2015-10-14
CN104981398B CN104981398B (zh) 2017-04-26

Family

ID=51167202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380072684.XA Expired - Fee Related CN104981398B (zh) 2013-01-12 2013-10-01 浮式风力涡轮机结构

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150354543A1 (zh)
EP (1) EP2943398A4 (zh)
JP (1) JP2016504526A (zh)
CN (1) CN104981398B (zh)
WO (1) WO2014109644A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016000693A1 (de) * 2016-01-22 2017-07-27 Apa Energie Gmbh Strömungsmaschine zur Gewinnung von Druckluft und Druckwasser
US10309374B2 (en) * 2016-12-01 2019-06-04 Makani Technologies Llc Energy kite winching using buoyancy

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS588490A (ja) * 1981-07-02 1983-01-18 Furuno Electric Co Ltd 減揺装置
US4775340A (en) * 1985-01-14 1988-10-04 Stig Sundman Freely-floating wind power plant
ATE376623T1 (de) * 2000-03-28 2007-11-15 Per Lauritsen Schwimmende offshore-windkraftanlage
WO2002010589A1 (en) * 2000-07-27 2002-02-07 Christoffer Hannevig Floating structure for mounting a wind turbine offshore
NL1015941C1 (nl) * 2000-08-15 2002-02-18 Huibrecht Groenendijk Drijvende windenergieopvanginrichting.
EP1483502B1 (en) * 2002-03-08 2009-08-26 Ocean Wind Energy Systems Offshore wind turbine
JP2004019647A (ja) * 2002-06-17 2004-01-22 Kenkichi Sato 吹き上げ風を利用した屋上型スクリュー発電機。
JP4197929B2 (ja) * 2002-11-25 2008-12-17 株式会社アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド 浮体構造物の動揺抑制機構を用いた海水汲み上げ装置
US7156586B2 (en) * 2003-01-06 2007-01-02 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with floating foundation
JP2005271673A (ja) * 2004-03-24 2005-10-06 Hitachi Zosen Corp 浮体構造物における姿勢制御装置
US7911076B2 (en) * 2006-08-17 2011-03-22 Broadstar Developments, Lp Wind driven power generator with moveable cam
US7612462B2 (en) * 2007-10-08 2009-11-03 Viterna Larry A Floating wind turbine system
KR101713618B1 (ko) * 2008-04-23 2017-03-08 프린시플 파워, 인코포레이티드 해안 풍력 터빈의 지지를 위한 워터-엔트랩먼트 플레이트 및 비대칭 무링 시스템을 가진 칼럼-안정화된 해안 플랫폼
WO2010021655A2 (en) * 2008-08-18 2010-02-25 Samuel Roznitsky Deep offshore floating wind turbine and method of deep offshore floating wind turbine assembly, transportation, installation and operation
SE533325C2 (sv) * 2008-10-24 2010-08-31 Hm Power Ab Flytbart vindkraftverk (Reglerkrets)
CN201296368Y (zh) * 2008-10-28 2009-08-26 上海万德风力发电股份有限公司 2kw渔船用风力发电系统
GB2466477B (en) * 2008-11-20 2013-01-23 Seamus Garvey Frameworks for supporting large floating offshore wind turbines
CA2645296A1 (en) * 2008-11-27 2010-05-27 Organoworld Inc. Annular multi-rotor double-walled turbine
CN102414443A (zh) * 2009-03-09 2012-04-11 自然动力概念公司 用于利用风能和水能俘获装置的网格发电的系统和方法
NO330058B1 (no) * 2009-03-23 2011-02-14 Pelagic Power As Flytende, oppankret installasjon for energiutvinning
US20110081243A1 (en) * 2009-10-02 2011-04-07 Sullivan John T Helical airfoil wind turbines
JP4783935B1 (ja) * 2010-10-15 2011-09-28 株式会社神代製作所 動力伝達装置及び波力発電装置
ES2391332B1 (es) * 2010-12-29 2013-10-17 Acciona Windpower, S.A. Conjunto aerogenerador-plataforma flotante y método para la orientación de dicho conjunto.
JP5731249B2 (ja) * 2011-03-24 2015-06-10 五洋建設株式会社 浮体式洋上風力発電装置と、その発電装置の構築方法
CN102705175A (zh) * 2012-05-09 2012-10-03 展翔海事(大连)有限责任公司 漂浮式风电塔
CN102758446B (zh) * 2012-07-30 2015-03-18 江苏金风科技有限公司 半潜式海上浮动风机基础

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014109644A1 (en) 2014-07-17
US20150354543A1 (en) 2015-12-10
CN104981398B (zh) 2017-04-26
JP2016504526A (ja) 2016-02-12
EP2943398A4 (en) 2016-08-24
EP2943398A1 (en) 2015-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2366827C2 (ru) Шарнирное ложное морское дно
RU2734379C2 (ru) Устройство для отбора энергии волн
CN102384030B (zh) 具有可变化高度的风力涡轮机及用于操作该涡轮机的方法
CN108869192B (zh) 围护结构以及设于围护结构外表面的气动外形调整器
US20110254271A1 (en) Tidal Turbine System
US10641242B2 (en) Offshore energy storage device
JPS58500531A (ja) 風と波の総合利用設備
JP2007515588A5 (zh)
JP2002506162A (ja) 動く水からの動力の取り出し
GB2119449A (en) Abstracting energy from water subject to wave motion
US10151294B2 (en) Buoyant housing device enabling large-scale power extraction from fluid current
CN104981398A (zh) 浮式风力涡轮机结构
JP5451938B1 (ja) 水流エネルギーを利用した発電装置
US8911207B1 (en) Deployment device and system for hydrokinetic energy converter turbine
GB2531596A (en) Tidal turbine system
NZ749891B2 (en) Apparatus for harvesting energy from waves
KR20140088823A (ko) 하천유속을이용한수류발전장치
GB2538278A (en) Tidal generator

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170426

Termination date: 20181001