風能系統(tǒng)以及使用該風能系統(tǒng)的方法
【專利摘要】一種風能系統(tǒng)包括：風力渦輪機，該風力渦輪機包括由擴散器圍繞的整流罩；以及多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片，所述多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片位于所述整流罩的內(nèi)部并且繞內(nèi)轂旋轉(zhuǎn)；多個外轉(zhuǎn)子葉片，所述多個外轉(zhuǎn)子葉片定位于所述擴散器和所述整流罩之間并且相對于所述多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片反向旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂內(nèi)；動態(tài)伸縮塔；以及塔支撐件，該塔支撐件將所述風力渦輪機連接至所述動態(tài)伸縮塔。
【專利說明】風能系統(tǒng)以及使用該風能系統(tǒng)的方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求提交于2012年6月18日的美國專利申請No. 13/526,407以及提交于 2012年4月29日的美國專利申請No. 61/639, 952的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明通常涉及風能領(lǐng)域，更具體來說，涉及風能系統(tǒng)以及用于使用風能系統(tǒng)以 存儲能量、開采金屬、生產(chǎn)氫氣和凈化水的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 大多數(shù)現(xiàn)有的風力渦輪機使用水平軸線渦輪機。這些渦輪機典型地通過高傳動比 齒輪箱來驅(qū)動電機。所提取的功率被完全處理，如在永磁體發(fā)電機下的情況下，或者依靠空 轉(zhuǎn)回收被部分地處理，如在雙饋感應(yīng)發(fā)電機的情況下。在這兩種情況下，電機、關(guān)聯(lián)的齒輪 箱、聯(lián)接件以及離合器位于塔頂部的吊艙中。這樣的結(jié)構(gòu)是需要較大的塔以及關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。
[0005] 在常規(guī)風場能量系統(tǒng)中，電能量是通過串聯(lián)的單元生成的，使得如果這些單元之 一出現(xiàn)故障的話，操作就會立即中斷。此外，維修行為的成本和復雜性是顯著的，這是由于 這樣的事實：齒輪箱以及發(fā)電機位于不能被降低的固定塔的頂部。此外，常規(guī)風力渦輪機生 成的電功率會隨著時間波動，作為風力優(yōu)勢條件的函數(shù)。在一些例子中，當風力速率在特定 閾值以下或超過特定閾值時，能量生產(chǎn)終止。因為能量的該獲得性是波動的，所以不能夠依 賴其獲得持續(xù)的能量供給。
[0006] 本發(fā)明克服了常規(guī)風能系統(tǒng)的這些和許多其他限制，并且還提供了在尺寸、成本 和易于安裝方面的顯著優(yōu)勢。常規(guī)風能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劣勢包括但不限于以下：（i)渦輪機僅 轉(zhuǎn)動以在水平軸線上面向主風力；（ii)它們不包括用于降低與可得風速相關(guān)的驅(qū)動線機 械拖曳的機構(gòu)；（iii)它們不設(shè)置用于吸收風力功率中的波動以便提供恒定水平電功率輸 出的系統(tǒng)；（iv)轉(zhuǎn)子葉片趨于過渡振動以及遭受不對稱的轉(zhuǎn)矩效應(yīng)，這增加了驅(qū)動線維修 并且限制了用于渦輪機的布局選擇；(V)它們不包括集成的能量存儲系統(tǒng)，這能夠?qū)崿F(xiàn)可 控的能量輸出而不損失能量；(Vi)位于吊艙中的單個發(fā)電機以及齒輪箱是非常重的，難以 維護；(Vii)所聯(lián)接的驅(qū)動線不允許發(fā)電機獨立于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)被驅(qū)動；(Viii)不存在用于恒 定能量供給的混合功率選擇；(viii)它們不并入基于負荷應(yīng)力或者風速而自動調(diào)節(jié)塔高 度的負荷傳感器，從而避免了需要關(guān)閉轉(zhuǎn)子以及終止能量生產(chǎn)；以及（ix)塔不能被降低以 用于維修。除了解決所有上述問題之外，本發(fā)明還并入了任何現(xiàn)有風能系統(tǒng)中沒有的蝙蝠 威懾系統(tǒng)。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)專利風能系統(tǒng)（或者與風能系統(tǒng)相關(guān)的發(fā)明）的例子包括：美國專利 No. 3, 952, 723 (Brown，1976 年），標題為"風車"；美國專利 No. 4, 058, 979 (Germain，1977 年），標題為"能量存儲以及轉(zhuǎn)換技術(shù)和裝置"；美國專利No. 4, 274, 010 (Lawson-Tancred， 1981年），標題為"電功率生成"；美國專利No. 4, 366, 779 (Knecht，1983年）， 標題為"風力驅(qū)動式加熱系統(tǒng)"；美國專利No. 4, 447, 738 (Allison，1984年）， 標題為"風力發(fā)電機系統(tǒng)"；美國專利No. 4, 496, 846 (Parkins，1985年），標題 為"使用風力發(fā)電"；美國專利No. 4, 496, 847 (Parkins，1985年），標題為"從風 力生成功率"；美國專利No. 4, 498, 017 (Parkins，1985年），標題為"使用風力發(fā) 電"；美國專利No. 4, 648, 801 (Wilson，1987年），標題為"風力渦輪機"；美國專利 No. 7, 183, 664(McClintic，2007年），標題為"用于高級風力渦輪機設(shè)計的方法以及裝置"； 美國專利No. 7, 418, 820 (Harvey等人，2008年），標題為"具有液壓傳動裝置的風力渦輪 機";美國專利No. 7, 436, 086 (McClintic，2008年），標題為"用于高級風力渦輪機設(shè)計的方 法以及裝置";美國專利No. 7, 569, 943 (Kovach等人，2009年），標題為"變速風力渦輪機驅(qū) 動器以及控制系統(tǒng)";美國專利No. 7, 656, 055 ((Torres等人，2010年），標題為"水力風力發(fā) 電渦輪機系統(tǒng)以及改裝方法"；美國專利No. 7, 863, 767 (Chappleet等人，2011年），標題為 "渦輪機驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法";美國專利No. 7, 877, 992 (Chen，2011年），標題為"由 液體產(chǎn)生的壓縮空氣所驅(qū)動的液壓功率生成系統(tǒng)"；美國專利No. 7, 932, 620 (Plant，Jr.， 2011年），標題為"利用流體驅(qū)動泵的風車";以及美國專利No. 7, 944, 078 (Wang，2011年）， 標題為"具有水力傳動裝置的風力渦輪機"。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明是風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)包括：風力渦輪機，其包括由擴散器包圍的整流 罩；多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片，其位于所述整流罩的內(nèi)部，其中，所述多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片繞內(nèi)轉(zhuǎn)子轂旋 轉(zhuǎn)；多個外轉(zhuǎn)子葉片，其定位于所述擴散器和所述整流罩之間，其中，所述多個外轉(zhuǎn)子葉片 相對于所述多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片反向旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動機構(gòu)，其位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂內(nèi)；動態(tài)伸縮塔；以 及塔支撐件，其將所述風力渦輪機連接至所述動態(tài)伸縮塔。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明進一步 包括多個空氣引導件，它們位于所述整流罩的內(nèi)部以及所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片的前方。所述外轉(zhuǎn) 子優(yōu)選繞所述整流罩在滾柱軸承上旋轉(zhuǎn)。
[0009] 在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明進一步包括安置在所述擴散器前面的所述整流罩的外表 面上的兩個水平風速傳感器以及兩個堅直風速傳感器，所述兩個水平風速傳感器在水平平 面上彼此相對安置，并且所述兩個堅直風速傳感器在堅直平面上彼此相對安置。優(yōu)選地，所 述整流罩和擴散器均包括具有內(nèi)徑的排氣口以及具有內(nèi)徑的入口，所述整流罩的排氣口的 內(nèi)徑大于所述整流罩的入口的內(nèi)徑，并且所述擴散器的排氣口的內(nèi)徑大于所述擴散器的入 口的內(nèi)徑。優(yōu)選地，所述整流罩和擴散器均包括后邊緣，所述整流罩和擴散器的后邊緣大致 堅直地對準，所述整流罩從所述整流罩的后邊緣向所述整流罩的前邊緣延伸特定長度，所 述擴散器從所述擴散器的后邊緣至所述擴散器的前邊緣延伸特定長度，并且所述擴散器的 所述特定長度等于所述整流罩的特定長度的大約一半。
[0010] 在一個實施例中，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片連接至第一驅(qū)動軸，所述第一驅(qū)動軸連接至所 述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂，其中，所述第一驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)第一齒輪，所述第一齒輪連接至通過高壓液壓回路 泵送加壓液體的多個第一可變排量液壓泵，所述多個第一可變排量液壓泵中的每個通過第 一電磁聯(lián)接件連接至所述第一齒輪，并且所述第一電磁聯(lián)接件由功率控制單元控制，該功 率控制單元處理來自位于第一驅(qū)動軸上的速度傳感器的信息。在另一實施例中，所述內(nèi)轉(zhuǎn) 子葉片連接至第一驅(qū)動軸，所述第一驅(qū)動軸連接至所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂，所述第一驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)第 一齒輪，所述第一齒輪連接至通過高壓液壓回路泵送加壓液體的多個第一可變排量液壓 泵，所述多個第一可變排量液壓泵中的每個通過第一電磁聯(lián)接件連接至所述第一齒輪，并 且所述第一電磁聯(lián)接件由功率控制單元控制，該功率控制單元處理來自位于第一驅(qū)動軸上 的轉(zhuǎn)矩傳感器的信息。
[0011] 在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明進一步包括當所述多個外轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)的齒圈， 所述齒圈接合外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪，所述外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪連接至第二驅(qū)動軸，所述第二驅(qū)動軸 連接至第二齒輪，所述第二齒輪驅(qū)動多個第二電磁聯(lián)接件，并且所述多個第二電磁聯(lián)接件 中的每個連接至第二可變排量液壓泵。在又一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明進一步包括監(jiān)控所述 第一齒輪和第二齒輪的旋轉(zhuǎn)速度的一個或多個傳感器，所述動態(tài)伸縮塔將所述風力渦輪機 定位在一高度處，所述動態(tài)伸縮塔包括一個或多個負荷傳感器，并且計算機控制單元基于 來自監(jiān)控所述第一齒輪和第二齒輪的旋轉(zhuǎn)速度的所述一個或多個傳感器的數(shù)據(jù)和所述動 態(tài)伸縮塔中的所述一個或多個負荷傳感器的數(shù)據(jù)來自動調(diào)節(jié)所述風力渦輪機的高度。
[0012] 在一個實施例中，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片連接至第一驅(qū)動軸，所述第一驅(qū)動軸連接至所 述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂，所述第一驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)第一齒輪，所述第一齒輪連接至通過高壓氣動回路泵送 加壓流體的多個第一空氣壓縮機，所述多個第一空氣壓縮機中的每個通過第一電磁聯(lián)接件 連接至所述第一齒輪，并且所述第一電磁聯(lián)接件由功率控制單元控制，該功率控制單元處 理來自位于第一驅(qū)動軸上的速度傳感器的信息。在另一實施例中，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片連接至 第一驅(qū)動軸，所述第一驅(qū)動軸連接至所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂，所述第一驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)第一齒輪，所述第 一齒輪連接至通過高壓氣動回路泵送加壓流體的多個第一空氣壓縮機，所述多個第一空氣 壓縮機中的每個通過第一電磁聯(lián)接件連接至所述第一齒輪，并且所述第一電磁聯(lián)接件由功 率控制單元控制，該功率控制單元處理來自位于第一驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器的信息。
[0013] 在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明進一步包括當所述多個外轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)的齒圈， 所述齒圈接合外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪，所述外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪連接至第二驅(qū)動軸，所述第二驅(qū)動軸 連接至第二齒輪，所述第二齒輪驅(qū)動多個第二電磁聯(lián)接件，并且所述多個第二電磁聯(lián)接件 中的每個連接至第二空氣壓縮機。在又一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明進一步包括監(jiān)控所述第一 齒輪和第二齒輪的旋轉(zhuǎn)速度的一個或多個傳感器，所述動態(tài)伸縮塔將所述風力渦輪機定位 在一高度處，所述動態(tài)伸縮塔包括一個或多個負荷傳感器，并且計算機控制單元基于來自 監(jiān)控所述第一齒輪和第二齒輪的旋轉(zhuǎn)速度的所述一個或多個傳感器的數(shù)據(jù)和在所述動態(tài) 伸縮塔中的所述一個或多個負荷傳感器的數(shù)據(jù)來自動調(diào)節(jié)所述風力渦輪機的高度。
[0014] 在優(yōu)選實施例中，通過平均方向的風力來生成能量，并且所述動態(tài)伸縮塔包括將 所述風力渦輪機與風力的平均方向?qū)实募扇S偏航控制。所述三維偏航控制優(yōu)選包括 附接至水平偏航齒圈的多個偏航水平驅(qū)動電動機以及連接至偏航控制平臺上的驅(qū)動軌道 的多個堅直偏航驅(qū)動。
[0015] 在一個實施例中，本發(fā)明進一步包括蝙蝠威懾系統(tǒng)，所述蝙蝠威懾系統(tǒng)包括擴音 器、預放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字聲音處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器以及揚聲器， 并且所述蝙蝠威懾系統(tǒng)附接至所述風力渦輪機。在另一實施例中，本發(fā)明進一步包括蝙蝠 威懾系統(tǒng)，所述蝙蝠威懾系統(tǒng)包括擴音器、預放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字聲音處 理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器以及揚聲器，并且所述蝙蝠威懾系統(tǒng)附接至所述動態(tài)伸縮塔。
[0016] 在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明進一步包括一個或多個液壓蓄能器，其壓縮惰性氣體并 且使用壓縮的惰性氣體迫使所述加壓液體通過可控釋放閥以及通過高壓管以驅(qū)動混合可 變排量液壓泵。在另一優(yōu)選實施例，所述混合可變排量泵驅(qū)動一個或多個安裝在地面上的 多個永磁體發(fā)電機以產(chǎn)生電力。每個所述第一可變排量液壓泵優(yōu)選包括電磁操作的旁通 閥，所述旁通閥當所述第一可變排量泵不使用時將流體流轉(zhuǎn)移通過所述第一可變排量液壓 栗。
[0017] 在優(yōu)選實施例中，所述功率控制單元經(jīng)由電傳感器監(jiān)控包括風速、驅(qū)動軸速度以 及液壓壓力的數(shù)據(jù)，并且處理所述數(shù)據(jù)以確定在任何時刻及時需要啟動多少個第一可變排 量液壓泵。在另一優(yōu)選實施例，所述功率控制單元經(jīng)由電傳感器監(jiān)控包括風速、驅(qū)動軸速度 以及液壓壓力的數(shù)據(jù)，并且處理所述數(shù)據(jù)以確定在任何時刻及時需要啟動多少個第二可變 排量液壓泵。當風速達到特定速率時，所述動態(tài)伸縮塔優(yōu)選被自動降低至安全操作高度而 無需關(guān)閉內(nèi)、外轉(zhuǎn)子葉片。
[0018] 在優(yōu)選實施例中,所述轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)速度隨著風速的改變而改變。優(yōu)選地,本發(fā) 明進一步包括液壓蓄能器，其從風力吸收波動能量水平，存儲多余能量以及供給恒定的可 控輸出以驅(qū)動多個永磁體發(fā)電機。所述多個永磁體發(fā)電機優(yōu)選容納在模塊化發(fā)電機集群 中。所述模塊化發(fā)電機集群優(yōu)選在需要時獨立地被打開及關(guān)閉。
[0019] 在優(yōu)選實施例中，每個永磁體發(fā)電機被發(fā)電機驅(qū)動齒輪所驅(qū)動，并且所述發(fā)電機 驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動永磁體發(fā)電機聯(lián)接件，永磁體發(fā)電機聯(lián)接件使永磁體發(fā)電機中的驅(qū)動器旋轉(zhuǎn) 而無需直接機械連接。優(yōu)選地，每個永磁體發(fā)電機包括水套，所述水套通過使冷卻液圍繞發(fā) 熱機械部件流過而冷卻所述永磁體發(fā)電機。計算機控制單元優(yōu)選監(jiān)控驅(qū)動所述發(fā)電機驅(qū)動 齒輪的液壓電動機處的液壓壓力，計算要啟動多少個永磁體發(fā)電機來發(fā)電，以及取決于可 用的液壓壓力將各永磁體發(fā)電機電磁聯(lián)接件打開或關(guān)閉。
[0020] 本發(fā)明還是一種風能系統(tǒng)，包括：風力渦輪機，其包括由擴散器包圍的整流罩；多 個第一內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片，其位于所述整流罩的內(nèi)部，其中，所述多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片繞第一內(nèi)轉(zhuǎn)子轂 旋轉(zhuǎn)；多個第二內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片，其位于所述整流罩的內(nèi)部以及所述多個第一內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片后方， 其中，所述多個第二內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片繞第二內(nèi)轉(zhuǎn)子轂在與所述多個第一內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片相同的方向 上旋轉(zhuǎn)；多個外轉(zhuǎn)子葉片，其定位于所述擴散器和所述整流罩之間，其中，所述多個外轉(zhuǎn)子 葉片相對于所述多個第一和第二內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片反向旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動機構(gòu)，位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂內(nèi)； 動態(tài)伸縮塔；以及塔支撐件，其將所述風力渦輪機連接至所述動態(tài)伸縮塔。
[0021] 本發(fā)明還是一種開采金屬的方法，包括：使用上述風能系統(tǒng)以生成能量；使泥漿 經(jīng)過電化學離子交換脫鹽處理以從所述泥漿移除貴金屬并且生產(chǎn)氫氣和氧氣；通過從所述 泥漿移除金屬以及污染物來生產(chǎn)飲用水；以及將在所述脫鹽處理期間產(chǎn)生的氫氣和氧氣存 儲在加壓容器中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明的風能系統(tǒng)的示意圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明的可選實施例的示意圖，其中使用氣動功率代替液壓功率。
[0024] 圖3是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機以及動態(tài)塔的前視立體圖。
[0025] 圖4a是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機吊艙和擴散器的前視立體圖。
[0026] 圖4b是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機吊艙和擴散器的后視立體圖。
[0027] 圖5a是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機吊艙和擴散器的前視立體圖， 具有兩組內(nèi)轉(zhuǎn)子。
[0028] 圖5b是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機吊艙和擴散器的后視立體圖， 具有兩組內(nèi)轉(zhuǎn)子。
[0029] 圖6是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機的側(cè)視圖。
[0030] 圖7是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機的正視圖，未示出塔。
[0031] 圖8是本發(fā)明的風力渦輪機的側(cè)視剖視圖，圖示出空氣如何流過渦輪機。
[0032] 圖9是本發(fā)明的吊艙放置的風力渦輪機液壓驅(qū)動系統(tǒng)的示意操作圖。
[0033] 圖10是中心吊艙框架以及驅(qū)動器的前視立體圖，未示出外側(cè)蓋層或者主體面板。
[0034] 圖11是中心吊艙框架以及驅(qū)動器的后視立體圖，未示出外側(cè)蓋層或者主體面板。
[0035] 圖12是本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一部分的立體圖。
[0036] 圖13是本發(fā)明的動態(tài)塔以及風力渦輪機的前視立體圖，示出了處于提升位置。
[0037] 圖14是本發(fā)明的動態(tài)塔以及風力渦輪機的前視立體圖，示出了處于降低位置。
[0038] 圖15是動態(tài)塔地下安裝在降低位置的詳細立體圖，示出了渦輪機吊艙偏航控制 以及液壓管纏繞設(shè)備位于塔的基座的內(nèi)部。
[0039] 圖16是動態(tài)塔用線纜支撐件表面安裝的前視立體圖。
[0040] 圖17A是本發(fā)明的三維偏航系統(tǒng)的立體圖。
[0041] 圖17B是本發(fā)明的風力渦輪機向前傾斜的立體圖。
[0042] 圖17C是本發(fā)明的風力渦輪機向后傾斜的立體圖。
[0043] 圖18是動態(tài)塔驅(qū)動系統(tǒng)用來在操作期間提升以及降低塔的立體圖。
[0044] 圖19是本發(fā)明的動態(tài)塔的電磁驅(qū)動器的詳細內(nèi)部圖。
[0045] 圖20是本發(fā)明的永磁體發(fā)電機的立體圖，示出了處于垂直方位，具有水套以及電 磁可變驅(qū)動器。
[0046] 圖21是本發(fā)明的模塊化發(fā)電機集群以及液壓驅(qū)動系統(tǒng)的立體圖，示出了具有安 裝框架。
[0047] 圖22是本發(fā)明的蝙蝠威懾系統(tǒng)的示意圖。
[0048] 附圖標記
[0049] 1 風能
[0050] 2風力渦輪機
[0051] 3動態(tài)塔
[0052] 4高壓軟管
[0053] 5液壓管
[0054] 6高壓軟管卷繞輪
[0055] 9電液伺服閥
[0056] 10液壓蓄能器
[0057] 12混合可變排量液壓泵
[0058] 15電永磁體發(fā)電機
[0059] 16第一熱交換器
[0060] 17蒸汽發(fā)電機 [0061] 18電學結(jié)控制開關(guān)
[0062] 19水基泥漿
[0063] 20水脫鹽系統(tǒng)
[0064] 21氫電解器
[0065] 22脫鹽水
[0066] 23干燥機
[0067] 24化合物
[0068] 26第一加壓存儲容器
[0069] 27止回閥
[0070] 28三通閥
[0071] 29氫燃料電池
[0072] 30a 罐
[0073] 30b商用運送器
[0074] 31第二熱交換器
[0075] 32三通電開關(guān)
[0076] 33 DC至AC轉(zhuǎn)換器
[0077] 34輸電網(wǎng)
[0078] 35第二加壓存儲容器
[0079] 36混合能量系統(tǒng)
[0080] 37計算機控制單元（CCU)
[0081] 38 風速
[0082] 41第三熱交換器
[0083] 45 管路
[0084] 52兩通管
[0085] 53混合驅(qū)動式空氣壓縮機
[0086] 54混合空氣壓縮機熱交換器
[0087] 55高壓空氣線路
[0088] 56空氣干燥機
[0089] 57第一空氣分流閥 [0090] 58壓縮空氣存儲容器
[0091] 59空氣釋放閥
[0092] 60單向閥
[0093] 61第二分流閥
[0094] 62高速氣動電動機
[0095] 80整流罩
[0096] 81擴散器
[0097] 82空氣引導件
[0098] 83內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片
[0099] 84外轉(zhuǎn)子葉片
[0100] 85內(nèi)轉(zhuǎn)子轂
[0101] 86塔支撐件
[0102] 87結(jié)構(gòu)板
[0103] 88風速傳感器（水平平面）
[0104] 89風速傳感器（堅直平面）
[0105] 90第一齒輪
[0106] 92可變排量液壓泵
[0107] 93轉(zhuǎn)矩/速度傳感器
[0108] 94a第一電子切斷閥
[0109] 94b第二電子切斷閥
[0110] 96a第一電磁聯(lián)接件
[0111] 96b第二電磁聯(lián)接件
[0112] 97壓力釋放閥
[0113] 98液壓致動器
[0114] 99功率控制單元（PCU)
[0115] 100液壓線路
[0116] 110轉(zhuǎn)子轂
[0117] 111轉(zhuǎn)子葉片附接基座
[0118] 112盤制動器
[0119] 113第一驅(qū)動軸
[0120] 117管狀空間框架
[0121] 120 第一軸承
[0122] 121 第二軸承
[0123] 131外轉(zhuǎn)子組件
[0124] 132 齒圈
[0125] 133輥軸承
[0126] 134第二驅(qū)動軸
[0127] 135 第二齒輪
[0128] 136第三電磁聯(lián)接件
[0129] 140 地面
[0130] 141驅(qū)動軌道
[0131] 142 (動態(tài)塔）的部分
[0132] 143偏航控制
[0133] 144液壓軟管卷繞輪
[0134] 145服務(wù)面板
[0135] 146 鋼纜
[0136] 147 平臺
[0137] 150偏航軸承
[0138] 151偏航水平驅(qū)動電動機
[0139] 152偏航控制平臺
[0140] 153偏航傾斜驅(qū)動軌道
[0141] 154堅直偏航框架
[0142] 155堅直偏航驅(qū)動器
[0143] 156水平偏航驅(qū)動齒輪
[0144] 157水平偏航齒圈
[0145] 160動態(tài)塔電磁驅(qū)動器
[0146] 162 DC 電動機
[0147] 163錐齒輪
[0148] 164動態(tài)塔輥引導件
[0149] 171發(fā)電機驅(qū)動齒輪
[0150] 172 PMG電磁聯(lián)接件
[0151] 173電力線纜
[0152] 174出口連接器
[0153] 175入口連接器
[0154] 176固定板
[0155] 180發(fā)電機集群驅(qū)動齒輪
[0156] 181液壓電動機
[0157] 182抬升鉤
[0158] 185發(fā)電機集群框架
[0159] 186保持托架
[0160] 191 (渦輪機的）前區(qū)域
[0161] 192 (渦輪機的）后區(qū)域
[0162] 193向下傾斜的風力渦輪機
[0163] 194向上傾斜的風力渦輪機
[0164] 195后內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片
[0165] 196整流罩外表面
[0166] 197整流罩內(nèi)表面
[0167] 198擴散器引導邊緣
[0168] 199外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪
[0169] 201擴音器
[0170] 202預放大器
[0171] 203低通濾波器
[0172] 204數(shù)字信號
[0173] 205數(shù)字聲音處理器
[0174] 206數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器
[0175] 207放大器
[0176] 208揚聲器
【具體實施方式】
[0177] 圖1是本發(fā)明的風能系統(tǒng)的示意圖。具體地，圖1示出了如下處理：通過該處理， 本發(fā)明的可持續(xù)能源系統(tǒng)（SES)利用解耦的多個轉(zhuǎn)子管道式擴散器風力渦輪機通過將主 風力的能量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)能量來從風力提取能量。通過轉(zhuǎn)子葉片所獲取的旋轉(zhuǎn)能 量將驅(qū)動一系列液壓泵，液壓泵將旋轉(zhuǎn)能量傳遞至加壓流體。加壓流體將傳遞、平衡并且存 儲所捕獲的能量于液壓蓄能器中，液壓蓄能器使能量處于一壓力下，該能量然后通過閥以 可控方式可釋放。
[0178] 通過膜囊（隔膜）、鋼活塞或者鋼風箱以在蓄能器中維持流體壓力。這些選擇方案 的每個使用液壓壓力迫使囊、活塞或者風箱抵抗惰性氣體，該氣體在施加的壓力下將壓縮。 使用該加壓的惰性氣體迫使加壓流體流出可控釋放閥以及高壓管以驅(qū)動液壓電動機，液壓 電動機又驅(qū)動安裝在地面上的多個永磁體發(fā)電機（PMG)以產(chǎn)生電力。SES使用由管道式擴 散器風力渦輪機的空氣動力所產(chǎn)生的高-低空氣壓力區(qū)域來通過轉(zhuǎn)子系統(tǒng)推動或者抽吸 空氣。在風力渦輪機的后方所產(chǎn)生的低壓力區(qū)域迫使空氣加速通過轉(zhuǎn)子，這樣，比起開放式 轉(zhuǎn)子風力渦輪機產(chǎn)生了更大的風能。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)以降低振動以及不對稱效應(yīng)。
[0179] 一系列液壓泵通過電磁聯(lián)接件連接至數(shù)個驅(qū)動軸，電磁聯(lián)接件使SES根據(jù)風速來 切換各液壓泵的開關(guān)，或者一系列液壓泵連接至數(shù)個驅(qū)動軸但不具有電磁聯(lián)接件，每組轉(zhuǎn) 子有一個驅(qū)動軸。當使用SES但不具有電磁聯(lián)接件時，使用可變排量液壓泵使得能切斷或 者關(guān)閉不想要的液壓泵，無需保持與標準非可變排量液壓泵關(guān)聯(lián)的不想要的機械拖曳。電 磁聯(lián)接件當關(guān)閉時對系統(tǒng)具有異常低的摩擦或者拖曳以改善驅(qū)動效率以及最大化能量輸 出。多個發(fā)電機通過相同電磁聯(lián)接件系統(tǒng)打開或關(guān)閉以提供最大效率。因為轉(zhuǎn)子驅(qū)動器從 發(fā)電機脫離，所以當風速低時或者當需要額外能量來提供按需恒定能量供給時，SES能夠使 用混合功率源以驅(qū)動發(fā)電機。
[0180] 電能量能夠被傳遞至終端用戶或者輸電網(wǎng)，或者能夠用電能量通過電化學離子交 換來為開采處理提供動力以用于從泥漿中提取金屬，諸如金、鉬以及銅，而不需使用污染化 學劑（諸如氰化物）。在開采程序期間，泥漿經(jīng)歷電化學離子交換脫鹽處理，電化學離子交 換脫鹽處理可生產(chǎn)氫氣和氧氣作為副產(chǎn)品，并且經(jīng)歷移除金屬以及污染物，從而生產(chǎn)出飲 用水。在電化學離子交換處理期間所產(chǎn)生的氫氣和氧氣被捕獲并且單獨存儲在加壓容器 中，并且能夠用于通過氫燃料電池來生成能量，或者通過將氫氣和氧氣與天然氣噴射入氣 體渦輪機中來生成能量，氣體渦輪機作為SES的備用功率供給。這使得SES能在所有時間 都提供自身可持續(xù)能量。
[0181] 參考圖1，通過解耦的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機或者風力渦輪機2來獲取 風能1。管道式擴散器多個轉(zhuǎn)子（DDMR)風力渦輪機2包含兩個或多個獨立的解耦轉(zhuǎn)子系 統(tǒng)，這些轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的每個收集能量并且將其傳遞通過一系列液壓泵。
[0182] 風力在行進過風力渦輪機時加速，這允許SES超過貝茲定律（1919年德國物理學 家Albert Betz創(chuàng)建的有關(guān)通過開放式轉(zhuǎn)子風力渦輪機從風力中可獲得的最大可能能量的 理論）所獲得的能量水平。設(shè)計風能系統(tǒng)的本領(lǐng)域技術(shù)人員使用貝茲定律來預測通過開放 式轉(zhuǎn)子風力渦輪機可能獲得的能量水平。DDMR空氣動力學封裝的整流罩和擴散器會降低轉(zhuǎn) 子末端以及塔旁通噪聲，并且回收通過開放式轉(zhuǎn)子的葉片末端所損失的能量。反向旋轉(zhuǎn)的 轉(zhuǎn)子組件的每個將驅(qū)動一大齒輪，大齒輪又驅(qū)動多個液壓泵。液壓泵齒輪機構(gòu)包含電磁聯(lián) 接件，電磁聯(lián)接件將液壓泵與主齒輪驅(qū)動器聯(lián)接或者脫離，從而允許取決于可獲得的風速 或者液壓壓力來單獨打開或關(guān)閉各液壓泵。SES能夠在不具有電磁聯(lián)接件的情況下操作，但 因增加機械拖曳或者摩擦會損失一些效率。
[0183] 通過在低風速時脫開不想要的可變排量液壓泵，可降低能量傳遞中的操作拖曳并 且提高效率，從而使得SES在非常低風速下產(chǎn)生能量。每個可變排量液壓泵具有電磁操作 的旁通閥，該旁通閥使流體流轉(zhuǎn)移流過未使用的可變排量液壓泵。功率控制單元（PCU)經(jīng) 由電傳感器監(jiān)控風速38、驅(qū)動軸速度以及液壓壓力，然后處理該數(shù)據(jù)以確定在任何時刻需 要及時啟動多少個可變排量液壓泵。
[0184] 在低風速時，PCU將啟動小數(shù)量的可變排量液壓泵，（例如，一個至四個）以降低驅(qū) 動液壓所需的能量，因而根據(jù)給定風速最大化能量效率。在更高風速下，PCU將自動增加可 變排量液壓泵的數(shù)量以從風力提取進一步的能量。在優(yōu)選實施例中，SES液壓驅(qū)動器能夠包 含六至三十個可變排量液壓泵，這取決于各液壓泵的輸出大小和風力渦輪機的轉(zhuǎn)子直徑。
[0185] SES外轉(zhuǎn)子使用相同的液壓能量回收系統(tǒng)作為內(nèi)轉(zhuǎn)子（或者轉(zhuǎn)子），但是驅(qū)動機構(gòu) 是不同的。外轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動器由齒圈提供，齒圈轉(zhuǎn)動位于外轉(zhuǎn)子底部的驅(qū)動軸。該驅(qū)動軸 轉(zhuǎn)動數(shù)個可變排量液壓泵，如圖12所示。來自可變排量液壓泵或者氣動壓縮機的加壓流體 從風力渦輪機2向下流動經(jīng)由高壓軟管4到達動態(tài)塔3的基座，在高達5000psi的操作壓 力下。在優(yōu)選實施例中，高壓液壓軟管是美國科羅拉多州的Gates Corporation of Denver 公司制造的Gates EFG6K。本發(fā)明的動態(tài)塔（圖13和14中用附圖標記3示出）允許在操 作及維修期間設(shè)定可變的塔高度。取決于動態(tài)塔高度調(diào)節(jié)的方向，高壓軟管通過位于動態(tài) 塔的基座處的計算機可控的軟管卷繞輪自卷繞輪被收縮或者抽出。
[0186] 當SES在降低的高度下或者在維修期間操作時，位于塔的基座處的高壓軟管卷繞 輪6收集軟管。電機驅(qū)動式軟管卷繞輪6和動態(tài)塔3在動態(tài)塔高度調(diào)節(jié)期間一齊操作，并且 由SES計算機控制單元（CCU) 37控制。軟管卷繞輪以及動態(tài)塔具有額外的人工纏繞系統(tǒng)， 作為自動防故障備用。動態(tài)塔被電動機提升以及降低，該電動機嵌入框架結(jié)構(gòu)中，該框架結(jié) 構(gòu)改變動態(tài)塔的高度并且將動態(tài)塔鎖定到適當位置。電動機由(XU37控制，（XU37監(jiān)控經(jīng) 由嵌入動態(tài)塔（未示出）的結(jié)構(gòu)傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)以及風力渦輪機2的風速數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)傳 感器是標準工業(yè)負荷傳感器，諸如英國威爾士國考布里奇市南格拉摩根的傳感器技術(shù)公司 制造的SM63。如果風速達到過高速度，則塔將自動下降到安全操作高度而不需要關(guān)閉轉(zhuǎn)子 驅(qū)動器，從而使得SES能夠繼續(xù)產(chǎn)生能量。
[0187] 風力渦輪機轉(zhuǎn)子以及液壓驅(qū)動系統(tǒng)所生成的加壓流體將離開軟管卷繞輪，沿著固 定液壓管5行進，通過四通電液伺服閥9到達位于地面的液壓蓄能器10。閥9控制加壓液 體流入和流出蓄能器10。隨著主風力的速率持續(xù)改變，轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)速度也持續(xù)改變。 利用本發(fā)明，由于使用在線液壓蓄能器10,所以消除了處理持續(xù)改變的能量輸入的問題，在 線液壓蓄能器10可吸收波動的能量水平，存儲多余能量并且供給恒定可控的輸出以驅(qū)動 發(fā)電機。
[0188] 該蓄能器克服蓄能器的單獨分室內(nèi)收納的惰性氣體來存儲一定壓力下的液壓能 量，液壓壓力的增加將壓縮隔膜、活塞或者鋼風箱后面的氣體，隔膜、活塞或者鋼風箱保持 能量作為壓力以用于隨后的釋放。然后使用施加在惰性氣體上的壓力來迫使液體流出蓄能 器，流到安裝在遙遠地面上的電PMG15或者流回風力渦輪機2以在極限風力條件下從轉(zhuǎn)子 制動系統(tǒng)回收能量。液壓蓄能器將精確及恒定壓力下降能量通過液壓線路5以及在線液壓 過濾器11釋放至液壓電動機181 (圖21)，液壓電動機181驅(qū)動PMG15。
[0189] 總之，在電力到達輸電網(wǎng)之前，電力需要被平衡以便不會影響能量傳遞。在現(xiàn)有技 術(shù)系統(tǒng)中，電力的平衡通常是通過移除功率中的尖峰的昂貴的電氣系統(tǒng)來進行的。在本發(fā) 明中，蓄能器10存儲能量尖峰并且過濾干擾，干擾是因風力產(chǎn)生的能量的波動所引起的。 該系統(tǒng)使得能量能夠被保持及存儲而不會通過流入地面而損失，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中會發(fā)生能 量流入地面而損失。
[0190] 如圖1所示，每個發(fā)電機集群收納多個永磁體發(fā)電機（通常每個集群收納六個永 磁體發(fā)電機），這些集群是模塊化的，使得任何數(shù)量可以添加至SES系統(tǒng)。單個液壓電動機 旋轉(zhuǎn)發(fā)電機驅(qū)動齒輪，發(fā)電機驅(qū)動齒輪又驅(qū)動附接至每個發(fā)電機的一系列較小齒輪以產(chǎn)生 電能量輸出。每個發(fā)電機具有電磁聯(lián)接件，電磁聯(lián)接件取決于液壓電動機所接收到的液壓 壓力而打開或關(guān)閉。這使得在低風速下能夠降低發(fā)電機的數(shù)量，以及在高風速下能夠增加 發(fā)電機的數(shù)量。PMG15能夠由數(shù)個風力渦輪機驅(qū)動，使得風場具有單個居中定位的PMG組 件，該PMG組件收納由多個風力渦輪機提供動力的數(shù)個永磁體發(fā)電機。
[0191] 直流（DC)電能量從PMG傳遞至電子連結(jié)控制開關(guān)18。從此處，DC電能量輸出能 夠被拆分以對多于一個終端用戶提供動力。在圖1示出的例子中，電力被用來對水脫鹽系 統(tǒng)20和氫電解器21提供動力，水脫鹽系統(tǒng)20用于從水基泥漿中進行電化學開采金屬，氫 電解器21用于從脫鹽水生產(chǎn)氫氣?？商鎿Q地，電能量能夠用于數(shù)個用途，包括但不限于直 接饋送至輸電網(wǎng)34。
[0192] 水基泥漿19由采出的礦石構(gòu)成，采出的礦石通過一系列壓碎機可打碎為約 20(二十）微米或更小尺寸的顆粒；打碎的礦石然后添加至水以產(chǎn)生泥漿。該泥漿被泵送 通過一系列離子交換模塊，諸如英國布里斯托的FET集團制造的模塊。取決于所開采及通 過電化學離子交換所提取的金屬，該模塊對來自泥漿的具體材料在一次通過中執(zhí)行具體動 作；該金屬然后被烘干23并且放入單獨的化合物24中。水脫鹽以及金屬中涉及的一些處 理（尤其是移除堿金屬的處理）會產(chǎn)生氫氣和氧氣氣體作為副產(chǎn)品，這兩種氣體在一定壓 力下存儲在容器26和35中。
[0193] 脫鹽水然后可選地通過氫電解器21以生產(chǎn)額外的氫氣。該處理利用了來自電子 連結(jié)開關(guān)18的電解處理所需的能量。電解器將水轉(zhuǎn)換為氫氣和氧氣，然后將氫氣和氧氣泵 送至氫氣的加壓存儲缸26以及氧氣的加壓存儲缸35。將加壓存儲缸26的氫氣泵送通過 止回閥27到達三通閥28,并且引導至氫燃料電池29或者貨運罐30a，或者噴射入氣體渦輪 機36,作為混合功率源。存儲在加壓存儲缸35中的氧氣能夠經(jīng)由44被泵送至氣體渦輪機 36作為SES的混合備用源，以改善天然氣的燃燒效率或者被運出用于商用使用30c。脫鹽 水22能夠進一步被處理成飲用水，流回水系統(tǒng)（河流），或者循環(huán)及泵回以用于泥漿處理。 水還可以被商用運送30b。
[0194] 當風能量低時，或者需要增加電能量的需求時，氫燃料電池 29當需要時通過三通 電開關(guān)32供給能量至電子連結(jié)開關(guān)18以用于使用在SES開采處理中，或者供給至系統(tǒng)的 任何地方。根據(jù)需要，燃料電池的能量也能夠直接饋送至輸電網(wǎng)34。能量在進入輸電網(wǎng)之 前能夠通過DC至AC轉(zhuǎn)換器33從DC轉(zhuǎn)換為AC。本發(fā)明要求每個系統(tǒng)有單個電DC至AC逆 變器33,而不是像現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)那樣每個風力渦輪機要有單個電DC至AC逆變器。三通電 開關(guān)32被控制以直接從PMG15或者從氫燃料電池29或者從這二者分配電能量至外部輸電 器件或者終端用戶。
[0195] 本發(fā)明的風力渦輪機解耦的轉(zhuǎn)子以及驅(qū)動器使得額外的混合能量系統(tǒng)36能夠通 過混合可變排量液壓泵12加入液壓回路中以當需要時驅(qū)動PMG15?；旌瞎β誓軌騺碜匀魏?形式的功率供給，包括太陽能、光伏、地熱、氣體、蒸汽、煤、氫氣、燃料電池、柴油、汽油以及 生物能。當風速低或需要增加能量時，混合功率源將驅(qū)動混合可變排量液壓泵12以供給流 體至液壓蓄能器10以產(chǎn)生能量。
[0196] SES中的一系列熱交換器可從系統(tǒng)任何地方所產(chǎn)生的熱量中回收能量，系統(tǒng)任何 地方包括發(fā)電機16、氫電解器41和氫燃料電池31。熱交換器將熱轉(zhuǎn)換為蒸汽，蒸汽被42 和14泵送通過管45達到蒸汽發(fā)電機17,蒸汽發(fā)電機17對功率混合液壓泵12提供動力。 PMG15具有水套，水套移除在操作期間產(chǎn)生的多余熱并且將熱能量傳遞至蒸汽發(fā)電機。
[0197] SES具有電傳感器以監(jiān)控風速、風力方向、液壓操作以及泵壓力、動態(tài)塔高度以及 負荷應(yīng)力（堅直以及水平）、發(fā)電機電輸出、蓄能器能量儲存、機械操作溫度、轉(zhuǎn)子速度、轉(zhuǎn) 子軸負荷以及氣候條件。傳感器直接鏈接至(XU37,在(XU37處，數(shù)據(jù)在被饋送回SES主動 單元之前被處理及存儲，以調(diào)節(jié)一些因素，諸如風力渦輪機方向以及角度、動態(tài)塔高度、以 及需要啟動的液壓泵或者發(fā)電機的數(shù)量。CCU計算信息并且相應(yīng)地反應(yīng)以預設(shè)定標準。具 體信息經(jīng)由數(shù)據(jù)通信39被SES發(fā)送及接收，以允許對軟件重新編程或者警告即將發(fā)生的機 械問題。
[0198] 圖2是本發(fā)明的可選實施例的示意圖，其中使用氣動功率代替液壓功率。圖2示 出的氣動系統(tǒng)以與液壓能量傳遞非常相同的方式操作，但是其使用壓縮空氣存儲器58來 平衡以及存儲多余能量。風能1由風力渦輪機2獲取。在圖2中，風能經(jīng)由多個空氣壓縮 機被轉(zhuǎn)換成氣動能量而不是液壓，空氣壓縮機收納在風力渦輪機中，代替第一實施例的液 壓泵。空氣壓縮機通過電磁聯(lián)接件連接至兩個轉(zhuǎn)子驅(qū)動器，電磁聯(lián)接件與液壓版本的風力 渦輪機2中使用的電磁聯(lián)接件相同。
[0199] 壓縮空氣從風力渦輪機通過加壓管55以及通過空氣干燥機56以移除系統(tǒng)的濕 氣。一旦壓縮空氣已經(jīng)行進通過干燥機56,壓縮空氣通過分流閥57以將空氣分入到數(shù)個高 壓空氣存儲容器58中。高壓空氣存儲容器58平衡產(chǎn)生的能量并且存儲產(chǎn)生的多余能量， 多余能量呈空氣壓力的形式，準備用于通過空氣釋放閥59進行可控的壓力釋放。加壓空氣 通過單向閥60以及通過第二分流閥61以驅(qū)動高速氣動電動機62。高速氣動電動機62對 發(fā)電機提供動力以生產(chǎn)電力。通過SES中的熱交換器以及通過混合驅(qū)動式壓縮機53經(jīng)由 熱交換器54從加壓空氣回收多余熱。該多余熱被轉(zhuǎn)換成蒸汽并且被管運通過兩通管52以 對蒸汽發(fā)電機17提供動力。使用蒸汽發(fā)電機17產(chǎn)生的能量來驅(qū)動混合可變排量液壓泵以 為SES提供額外能量。
[0200] 圖3是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機以及動態(tài)塔的前視立體圖。該圖 示出了管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機2以及動態(tài)塔3處于動態(tài)塔3的最高點設(shè)定，風力 渦輪機朝前方面向主風力。還示出了動態(tài)塔3的單獨階段。因為風力渦輪機2的轉(zhuǎn)子葉片 被封閉而不是開放式轉(zhuǎn)子或者推進器，所以它們產(chǎn)生小的雷達腳?。╮adar footprint),這 使得本發(fā)明特定地適用于安裝得靠近雷達裝置。從能量系統(tǒng)移除齒輪箱以及發(fā)電機位于地 面高度，這意味著比起常規(guī)風力渦輪機，本發(fā)明不易于遭受雷擊。
[0201] 圖4a是本發(fā)明的管道式擴散器多轉(zhuǎn)子風力渦輪機的前視立體圖。整流罩80通過 整流罩80陡的傾斜內(nèi)表面形狀產(chǎn)生了文丘里噴射效應(yīng)，該傾斜內(nèi)表面抵靠整流罩的外部 形狀工作。內(nèi)表面的縮窄可加速以及壓縮流過風力渦輪機的空氣，從而當相比于較大尺寸 的開放式轉(zhuǎn)子風力渦輪機時可提供增加的能量。比起開放式轉(zhuǎn)子風力渦輪機，整流罩80可 穩(wěn)定風速以及一致性。以下是文丘里流量公式：
[0202]
【權(quán)利要求】
1. 一種風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)包括： (a) 風力渦輪機，該風力渦輪機包括由擴散器圍繞的整流罩； (b) 多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片，所述多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片位于所述整流罩的內(nèi)部，其中所述多個內(nèi)轉(zhuǎn) 子葉片繞內(nèi)轉(zhuǎn)子轂旋轉(zhuǎn)； (c) 多個外轉(zhuǎn)子葉片，所述多個外轉(zhuǎn)子葉片定位于所述擴散器和所述整流罩之間，其中 所述多個外轉(zhuǎn)子葉片相對于所述多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片反向旋轉(zhuǎn)； (d) 驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂內(nèi)； (e) 動態(tài)伸縮塔；以及 (f) 塔支撐件，該塔支撐件將所述風力渦輪機連接至所述動態(tài)伸縮塔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括多個空氣引導件，所述多 個空氣引導件位于所述整流罩的內(nèi)部并且位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片的前方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，所述外轉(zhuǎn)子繞所述整流罩在滾柱軸承上旋 轉(zhuǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括安置在所述整流罩的位于 所述擴散器前方的外表面上的兩個水平風速傳感器以及兩個堅直風速傳感器，其中，所述 兩個水平風速傳感器在水平面上彼此相對安置，并且所述兩個堅直風速傳感器在堅直面上 彼此相對安置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，所述整流罩和擴散器均包括具有內(nèi)徑的排 氣口以及具有內(nèi)徑的入口，并且其中，所述整流罩的所述排氣口的內(nèi)徑大于所述整流罩的 所述入口的內(nèi)徑，并且所述擴散器的所述排氣口的內(nèi)徑大于所述擴散器的所述入口的內(nèi) 徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，所述整流罩和擴散器均包括后邊緣，其中， 所述整流罩和擴散器的所述后邊緣大致堅直地對準，其中，所述整流罩從該整流罩的所述 后邊緣向該整流罩的前邊緣延伸特定長度，其中，所述擴散器從該擴散器的所述后邊緣向 該擴散器的前邊緣延伸特定長度，并且其中，所述擴散器的所述特定長度等于所述整流罩 的所述特定長度的大約一半。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片連接至第一驅(qū)動軸，其中， 所述第一驅(qū)動軸連接至所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂，其中，所述第一驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)第一齒輪，其中，所述第 一齒輪連接至通過高壓液壓回路泵送加壓液體的多個第一可變排量液壓泵，其中，所述多 個第一可變排量液壓泵中的每個通過第一電磁聯(lián)接件連接至所述第一齒輪，并且其中，所 述第一電磁聯(lián)接件由功率控制單元控制，該功率控制單元處理來自位于所述第一驅(qū)動軸上 的速度傳感器的信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片連接至第一驅(qū)動軸，其中， 所述第一驅(qū)動軸連接至所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂，其中，所述第一驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)第一齒輪，其中，所述第 一齒輪連接至通過高壓液壓回路泵送加壓液體的多個第一可變排量液壓泵，其中，所述多 個第一可變排量液壓泵中的每個通過第一電磁聯(lián)接件連接至所述第一齒輪，并且其中，所 述第一電磁聯(lián)接件由功率控制單元控制，該功率控制單元處理來自位于所述第一驅(qū)動軸上 的轉(zhuǎn)矩傳感器的信息。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括當所述多個外轉(zhuǎn)子葉 片旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)的齒圈，其中，所述齒圈接合外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪，其中，所述外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪連 接至第二驅(qū)動軸，其中，所述第二驅(qū)動軸連接至第二齒輪，其中，所述第二齒輪驅(qū)動多個第 二電磁聯(lián)接件，并且其中，所述多個第二電磁聯(lián)接件中的每個連接至第二可變排量液壓泵。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括監(jiān)控所述第一齒輪和第 二齒輪的旋轉(zhuǎn)速度的一個或多個傳感器，其中，所述動態(tài)伸縮塔將所述風力渦輪機定位在 一高度處，其中，所述動態(tài)伸縮塔包括一個或多個負荷傳感器，并且其中，計算機控制單元 基于來自監(jiān)控所述第一齒輪和第二齒輪的旋轉(zhuǎn)速度的所述一個或多個傳感器的數(shù)據(jù)和所 述動態(tài)伸縮塔中的所述一個或多個負荷傳感器的數(shù)據(jù)來自動調(diào)節(jié)所述風力渦輪機的高度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片連接至第一驅(qū)動軸，其中， 所述第一驅(qū)動軸連接至所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂，其中，所述第一驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)第一齒輪，其中，所述第 一齒輪連接至通過高壓氣動回路泵送加壓流體的多個第一空氣壓縮機，其中，所述多個第 一空氣壓縮機中的每個通過第一電磁聯(lián)接件連接至所述第一齒輪，并且其中，所述第一電 磁聯(lián)接件由功率控制單元控制，該功率控制單元處理來自位于所述第一驅(qū)動軸上的速度傳 感器的信息。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片連接至第一驅(qū)動軸，其中， 所述第一驅(qū)動軸連接至所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂，其中，所述第一驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)第一齒輪，其中，所述第 一齒輪連接至通過高壓氣動回路泵送加壓流體的多個第一空氣壓縮機，其中，所述多個第 一空氣壓縮機中的每個通過第一電磁聯(lián)接件連接至所述第一齒輪，并且其中，所述第一電 磁聯(lián)接件由功率控制單元控制，該功率控制單元處理來自位于所述第一驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩傳 感器的信息。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括當所述多個外轉(zhuǎn)子 葉片旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)的齒圈，其中，所述齒圈接合外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪，其中，所述外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪 連接至第二驅(qū)動軸，其中，所述第二驅(qū)動軸連接至第二齒輪，其中，所述第二齒輪驅(qū)動多個 第二電磁聯(lián)接件，并且其中，所述多個第二電磁聯(lián)接件中的每個連接至第二空氣壓縮機。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括監(jiān)控所述第一齒輪和第 二齒輪的旋轉(zhuǎn)速度的一個或多個傳感器，其中，所述動態(tài)伸縮塔將所述風力渦輪機定位在 一高度處，其中，所述動態(tài)伸縮塔包括一個或多個負荷傳感器，并且其中，計算機控制單元 基于來自監(jiān)控所述第一齒輪和第二齒輪的旋轉(zhuǎn)速度的所述一個或多個傳感器的數(shù)據(jù)和所 述動態(tài)伸縮塔中的所述一個或多個負荷傳感器的數(shù)據(jù)來自動調(diào)節(jié)所述風力渦輪機的高度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，通過平均方向的風來產(chǎn)生能量，并且其中， 所述動態(tài)伸縮塔包括將所述風力渦輪機對準風的平均方向的集成的三維偏航控制器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的風能系統(tǒng)，其中，所述三維偏航控制包括附接至水平偏航 齒圈的多個偏航水平驅(qū)動電動機以及連接至位于偏航控制平臺上的驅(qū)動軌道的多個堅直 偏航驅(qū)動器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括蝙蝠威懾系統(tǒng)，其中，所 述蝙蝠威懾系統(tǒng)包括擴音器、預放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字聲音處理器、數(shù)模轉(zhuǎn) 換器、放大器以及揚聲器，并且其中，所述蝙蝠威懾系統(tǒng)附接至所述風力渦輪機。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括蝙蝠威懾系統(tǒng)，其中，所 述蝙蝠威懾系統(tǒng)包括擴音器、預放大器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字聲音處理器、數(shù)模轉(zhuǎn) 換器、放大器以及揚聲器，并且其中，所述蝙蝠威懾系統(tǒng)附接至所述動態(tài)伸縮塔。
19. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括一個或多個液壓蓄能 器，所述一個或多個液壓蓄能器壓縮惰性氣體并且使用壓縮的惰性氣體迫使所述加壓液體 通過可控釋放閥以及通過高壓管以驅(qū)動混合可變排量液壓泵。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的風能系統(tǒng)，其中，所述混合可變排量泵驅(qū)動一個或多個安 裝在地面上的多個永磁體發(fā)電機以產(chǎn)生電力。
21. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的風能系統(tǒng)，其中，所述第一可變排量液壓泵的每個均包 括電磁操作的旁通閥，所述旁通閥在所述第一可變排量泵不使用時將流體流轉(zhuǎn)移通過所述 第一可變排量液壓泵。
22. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的風能系統(tǒng)，其中，所述功率控制單元經(jīng)由電傳感器監(jiān)控 包括風速、驅(qū)動軸速度以及液壓壓力的數(shù)據(jù)，并且處理所述數(shù)據(jù)以確定在任何時刻及時需 要啟動多少個第一可變排量液壓泵。
23. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風能系統(tǒng)，其中，所述功率控制單元經(jīng)由電傳感器監(jiān)控包括 風速、驅(qū)動軸速度以及液壓壓力的數(shù)據(jù)，并且處理所述數(shù)據(jù)以確定在任何時刻及時需要啟 動多少個第二可變排量液壓泵。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，當風速達到特定速率時，所述動態(tài)伸縮塔 被自動降低至安全操作高度而無需關(guān)閉內(nèi)、外轉(zhuǎn)子葉片。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)速度隨著風速的改變 而改變。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)進一步包括液壓蓄能器，該液壓蓄能 器從風吸收波動能量水平，存儲多余能量并且供給恒定且可控輸出以驅(qū)動多個永磁體發(fā)電 機。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的風能系統(tǒng)，其中，所述多個永磁體發(fā)電機被容納在模塊化 發(fā)電機集群中。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的風能系統(tǒng)，其中，所述模塊化發(fā)電機集群當需要時各自地 打開及關(guān)閉。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的風能系統(tǒng)，其中，每個永磁體發(fā)電機被發(fā)電機驅(qū)動齒輪所 驅(qū)動，并且其中，所述發(fā)電機驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動永磁體發(fā)電機聯(lián)接件，該永磁體發(fā)電機聯(lián)接件旋 轉(zhuǎn)永磁體發(fā)電機中的驅(qū)動器而無需直接機械連接。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的風能系統(tǒng)，其中，每個永磁體發(fā)電機包括水套，所述水套通 過使冷卻液圍繞發(fā)熱機械部件流動而冷卻所述永磁體發(fā)電機。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的風能系統(tǒng)，其中，計算機控制單元監(jiān)控驅(qū)動所述發(fā)電機驅(qū) 動齒輪的液壓電動機處的液壓壓力，計算要啟動多少個永磁體發(fā)電機來發(fā)電，并且根據(jù)可 用的液壓壓力將各永磁發(fā)電機電磁聯(lián)接件打開或關(guān)閉。
32. 一種風能系統(tǒng)，該風能系統(tǒng)包括： (a) 風力渦輪機，該風力渦輪機包括由擴散器圍繞的整流罩； (b) 多個第一內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片，所述多個第一內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片位于所述整流罩的內(nèi)部，其中所述 多個內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片繞第一內(nèi)轉(zhuǎn)子轂旋轉(zhuǎn)； (c) 多個第二內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片，所述多個第二內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片位于所述整流罩的內(nèi)部并且位于 所述多個第一內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片的后方，其中，所述多個第二內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片繞第二內(nèi)轉(zhuǎn)子轂在與所 述多個第一內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片相同的方向上旋轉(zhuǎn)； (d) 多個外轉(zhuǎn)子葉片，所述多個外轉(zhuǎn)子葉片定位于所述擴散器和所述整流罩之間，其中 所述多個外轉(zhuǎn)子葉片相對于所述多個第一內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片和多個第二內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片反向旋轉(zhuǎn)； (e) 驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)位于所述內(nèi)轉(zhuǎn)子轂內(nèi)； (f) 動態(tài)伸縮塔；以及 (g) 塔支撐件，該塔支撐件將所述風力渦輪機連接至所述動態(tài)伸縮塔。
33. -種開米金屬的方法，該方法包括： (a) 使用權(quán)利要求1所述的風能系統(tǒng)來產(chǎn)生能量； (b) 使泥漿經(jīng)過電化學離子交換脫鹽處理以從所述泥漿移除貴金屬并且生產(chǎn)氫氣和氧 氣； (c) 通過從所述泥漿移除金屬以及污染物來生產(chǎn)飲用水；以及 (d) 將在所述脫鹽處理期間產(chǎn)生的氫氣和氧氣存儲在加壓容器中。
【文檔編號】F03D1/04GK104350276SQ201380030401
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月29日
【發(fā)明者】T·布萊克, G·H·呂頓, H·芒西爾, N·J·海明威 申請人:Lgt先進科技有限公司