[发明专利]浮式风力涡轮机结构

说明书

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。