[發明專利]風力渦輪機及啟動或阻礙其旋轉的方法

在審

• 申請號: 201380058127.2
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104797811A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 莫漢·達斯·伊坦諾爾·撒普爾;斯里坎斯·娜拉西瑪魯;斯里尼瓦薩·拉奧·普力米特拉
• 申請（專利權）人: 南洋理工大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;F03D11/00
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

相關申請

本申請要求于2012年11月27日提交的美國申請號為61/730，268的申請的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及風力渦輪機，以及啟動或阻礙風力渦輪機的旋轉和轉矩的方法。

背景技術

在過去的幾年里，風力發電已在全世界范圍內大大增長。隨著風力發電行業中的技術不斷成熟，風力發電的發展預計會持續到未來幾十年。

隨著風力渦輪機規模的增長，與機艙有關的重量也隨之增加。在現有的市售渦輪機中，功率輸出被認為隨葉片長度非線性增加，并且轉子重量(從而轉動慣量)也隨葉片長度非線性增加。另外，風力渦輪機通常配備盤式或滾筒式制動設備以及相關的液壓和冷卻系統，這些都位于機艙中。這些是非常重的組件，由于被安置在機艙中，使得整個裝置頭重腳輕。而且，這些組件不是定期使用，僅當場地風力狀況超過設計參數，風力渦輪機不得不作為保護措施閉鎖而減速或停機時，這些組件才被使用。

風力渦輪機的優選屬性包括以下內容：

1.應能夠以盡可能低的風速啟動。

2.應能夠盡可能快、持續且平滑地達到它的額定轉速。

3.應能夠關于其額定轉速在盡可能窄的范圍內旋轉；

4.應能夠在不良的高風力狀況期間，無需任何重型制動機構，為閉鎖而自身減速。

已多次嘗試使用機械、電氣、液壓和氣動設備和控制設備或它們的組合以實現上述屬性，但是，就可操作性、可維護性和投資成本而言，沒有一種是令人滿意的或有效果的。

在現有風力渦輪機的操作過程中遇到以下若干問題：

1)需克服高初始慣性

現代風力渦輪機沒有已經證實的以及有效的方式在預啟動階段中克服與增加的葉片重量相關的高初始慣性。已多次嘗試使用發電機、來自輸電網的拉拔功率，作為電動機來反沖式啟動(kick-start)渦輪機。然而，大部分的現代風力渦輪機依靠陣風來克服轉子的初始慣性和機械阻力，或設計為不施加電力負荷的特定最小風速(稱為“切入風速”)以啟動旋轉。

2)渦輪機至其額定轉速的可控起轉

現代風力渦輪機僅依賴盛行風條件將它們的轉速從靜止狀態斜升到額定轉速。在從靜止狀態開始旋轉后，若風力逐漸消失，則渦輪機也將減速，從而花費更長時間到達它的額定轉速。若風力狀況改善或保持良好，則需要渦輪機葉片的變槳控制從而實現可控制的轉速斜升。

3)為閉鎖減慢渦輪機轉子

除了在失速區內葉片的變槳控制外，為了使風力渦輪機減速或減掉多余能量，風力渦輪機需要重型制動機構，該機構通常在機艙內配有冷卻系統。在任何危險的風力狀況到達風力渦輪機或農場之前，通常利用機載制動機構使渦輪機停止并鎖定轉子不讓其轉動，直到風力狀況再次變得良好。重型制動系統具有如上所述使風力渦輪機頭重腳輕的缺點。

本發明力圖解決或緩和至少一個上述問題，或者至少為現有的風力渦輪機提供一個有用的替代選擇。

發明內容

概括來說，本發明提出一種通過從風力渦輪機的一個或多個葉片噴射壓縮氣體來促進或阻礙風力渦輪機的旋轉的方法，以及一種風力渦輪機，該風力渦輪機具有一個或多個有壓縮氣體噴射機構的葉片。

在一方面，本發明提供一種啟動風力渦輪機的旋轉的方法，該風力渦輪機具有一個或多個葉片，所述方法包括：

當葉片靜止時，從所述葉片的至少一個排放氣體，所述氣體在一方向上被排放從而產生反作用力，所述反作用力足以啟動所述葉片在期望方向上轉動。

在另一方面，本發明提供一種阻礙風力渦輪機的旋轉的方法，該風力渦輪機具有一個或多個葉片，所述方法包括：

當葉片在旋轉方向上轉動時，在大體上與所述葉片的運動方向相反的方向上從所述葉片的至少一個的前緣排放氣體，從而產生阻礙所述旋轉的反作用力。

在又一方面，本發明提供一種風力渦輪機設備，所述風力渦輪機設備具有：

一個或多個葉片，所述葉片由風驅動，在第一旋轉方向上關于輪轂旋轉；

電力產生系統，所述電力產生系統由于所述葉片的所述旋轉而產生電力；

一個或多個第一反作用噴射器(reaction?jet)，所述第一反作用噴射器設置在所述葉片的至少一個上，用于在一方向上排放氣體，從而產生推動所述葉片在所述第一旋轉方向上旋轉的反作用力；

壓縮氣體產生系統；

氣體傳輸系統，所述氣體傳輸系統用于將壓縮氣體從所述壓縮氣體產生系統傳輸至所述第一反作用噴射器；以及