專利名稱：采用結節(jié)前緣轉子結構的渦輪機和壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及從風和包括但不限于水和蒸氣的其它運動流體有 效地獲取力并將這種力轉換成電能或其它可用形式的能量。更具體地 說，本發(fā)明涉及一種采用構造成增加升力并減少阻力的結節(jié)前緣轉子 結構的新穎渦輪機和壓縮機。
背景技術：
風車和水車已經使用了許多個世紀，用于泵水或向各種各樣的機 械裝置提供動力。在上一個世紀，風車和水車都已變成產生電力的重 要裝置。
近年來，考慮到減少對不可再生的資源的依賴，付出了很大努力 以提高用于產生電力的風力和水力渦輪機的效率。但是，這種風力和 水力渦輪機的發(fā)電容量的顯著膨脹高度地取決于現有技術的改進。這 是由于用于風力和水力渦輪機的"主要地區(qū)"正變得稀少，這些地區(qū) 具有比較高的平均能量流并且處于道路和電網合理的附近。結果，廣 泛地認識到，如果要滿足在風力和水力渦輪機的發(fā)電容量中預計的未 來增長，那末，必需改進現有技術，以便從在主要地區(qū)的現有的風力 和水力渦輪機得到更多的能量。這種改進過程當然也必需使得能夠在 次要地區(qū)有效地采用風力和水力渦輪機，這種次要地區(qū)提供較低的平 均能量流。的確，在許多公共和私人規(guī)劃中著手改進現有的風力和水 力渦輪機技術正在世界范圍內進行，其中許多規(guī)劃涉及"低風速"或 "低水頭"技術。
低風速和低水頭技術的研發(fā)在許多國家受到政府的積極鼓勵。例 如，在美國，能源部已經成立了公共/私人合伙組織，以鼓勵研發(fā)風力
和水力兩種類型的發(fā)電的研發(fā)。通常，這些策略包括研發(fā)具有較大的 轉子和大型整套裝置的渦輪機，這些較大的轉子和大型整套裝置設計 成通過與較大部分的流體流相互作用獲取更多的能量。
近來關于低風速和低水頭渦輪機的研究和開發(fā)，特別是低風速渦 輪機的研究和開發(fā)清楚地表明，到目前，改進是增長性的而不是基本 的。例如關于低風速渦輪機的研制，實際上已經制定出各種低風速渦 輪機研究項目，以探索同樣缺少的選擇方案，包括
(a) 研制較大的渦輪機以得到較大的流入面積；
(b) 研制較高的塔以承載較大的轉子葉片并且利用較高高度的較
大的風速；
(c) 更加有效地組合發(fā)電機，傳動系統(tǒng)裝置和改進的電力電子設
備；
(d) 研制適應性更強的渦輪機和塔(包括鉸接葉片、柔性結構和 制造設備等)；以及
(e) 在諸如驟風的風力變化很大的條件下能夠運行的各種途徑。
期望未來的研究項目得到對用于設計、制造和控制低風速渦輪機 的其它技術的增長性的改進。例如，預期將研制先進的傳動系統(tǒng)、新 轉子制造技術，以及對低風速渦輪機控制和監(jiān)測技術的改進。這些改 進與低成本結合在現場組裝非常高的低風速渦輪機將導致增加低風速 渦輪機的發(fā)電容量。
重要的是注意到，實際上所有的低風速渦輪機研究項目都以研制 能夠產生1至6兆瓦之間的電力的較大的渦輪機為中心。盡管從成本的 觀點出發(fā)，較大的渦輪機轉子的效率通常比較小的渦輪機轉子的效率 低，但是這種規(guī)模的增大已經出現。現場的土地成本、美學考慮和建 立電網連接的成本、維護成本以及建設進入道路的成本遠遠超過通過 改進這些較大的低風速渦輪機的發(fā)電能力所得到的任何好處。還重要 的是還注意到，設計具有較大渦輪機轉子的低風速渦輪機除了成本效
率低之外還遇到其它問題。由于渦輪機葉片的尺寸增大，渦輪機塔必 需增加尺寸和強度。當前的規(guī)模已經需要塔接近能夠在現有的道路上 運輸和在現場豎立的極限。柔性的或鉸接的葉片和所謂的"軟"(或 稍有柔性的)塔對于低風速渦輪機的規(guī)模的進一步增加提供一定潛力， 但是，現有技術似乎達到了實際規(guī)模的上限。
同樣的固有的問題己經影響到較大規(guī)模的低風速渦輪機的使用。 增加流入規(guī)模的嘗試已經將相當大的建造成本和實際極限強加于許多 具有足夠的保證經費流的工地。
從前面的描述將會理解，需要改進風力和水力渦輪機和壓縮機的 結構，這種改進提供增加的效率而不明顯增加成本。因此本發(fā)明的目 的是提供一種新穎的渦輪機/壓縮機。

發(fā)明內容
與現有的風力或水力渦輪機/壓縮機結構相比提供一種具有提高 的效率的風力或水力渦輪機/壓縮機。
因此， 一方面提供一種渦輪機/壓縮機，包括 至少一個電磁裝置；
聯接到所述電磁裝置的傳動系統(tǒng)；以及
聯接到所述傳動系統(tǒng)的至少一個轉子葉片，所述轉子葉片具有構 造成增強升力并減少阻力的加工成形的前緣。
該前緣可以包括沿著該前緣形成的一系列間隔的結節(jié)。該渦輪機/ 壓縮機還可以包括控制系統(tǒng)以調節(jié)轉子葉片的取向，使得該轉子葉片 面向進入的流體流。該渦輪機/壓縮機還可以包括第二控制系統(tǒng)以改變
該轉子葉片的形狀。該第二控制系統(tǒng)可以改變轉子葉片的螺距(pitch),
和/或改變該結節(jié)的間隔和/或形狀。
在一個實施例中，該傳動系統(tǒng)是直接聯接該轉子葉片和電磁裝置 的軸。在另一個實施例中，傳動系統(tǒng)包括在該轉子葉片和電磁裝置之 間起作用的驅動軸和傳動裝置。
根據另一方面，提供一種渦輪機/壓縮機，包括 至少一個發(fā)電機；
聯接到所述發(fā)電機的傳動系統(tǒng)；以及
聯接到所述傳動系統(tǒng)的至少一個轉子葉片，所述轉子葉片具有加 工成形的前緣，該前緣具有沿其形成的一系列間隔開的結節(jié)。
該渦輪機/壓縮機的優(yōu)點是由轉子葉片產生的附加的升力不會有 助于阻力的增加，而是提高升力對阻力比。結果，由于轉子葉片具有 較低的阻力，在任何給定的風力環(huán)境中支撐塔需要較小的結構強度。 這當然轉化成較低的成本。而且，通過調節(jié)轉子葉片的取向使得它們 迅速地投入該流體流動，升力可以進一步增強。該增強的升力特性使 得能夠從可得到的流體流動中獲取更多的功率。改進的轉子葉片的失 速特性導致阻力的減小，因此允許轉子葉片在較寬的流體流動速率的 范圍內運行并且進一步增加能夠從可得到流體流動中獲取的功率量。 此外，轉子葉片的形狀有助于減小跨距方向脈動，因此減小轉子末端 擾動，并且因此減小噪聲。


現在將參考附圖更充分地描述實施例，其中-
圖1A是渦輪機轉子葉片一部分的透視圖，該轉子葉片在其載荷支 承桁梁前面沿著其前緣具有結節(jié)；
圖1B是沿著轉子葉片前緣具有突出部的渦輪機轉子葉片的平面 圖，為便于圖示說明，轉子葉片的扭轉被略去；
圖1C是沿著轉子葉片前緣具有突出部的渦輪機轉子葉片連接件的 平面圖，為便于圖示說明，轉子葉片連接裝置的扭轉被略去；
圖2是圖1描繪的渦輪機轉子葉片部的側視圖3A是采用圖1A和1B所示的類型的渦輪機轉子葉片或常規(guī)的渦
輪機轉子葉片的簡化的流體流動渦輪機的側視圖，該轉子葉片與經由
直接驅動軸聯接到發(fā)電機的圖1C的轉子葉片連接裝置相配合；
圖3B是釆用圖1A和1B所示類型的可手工調節(jié)的渦輪機轉子葉片
或常規(guī)的渦輪機轉子葉片的簡化的流體流動渦輪發(fā)電機的側視圖，該 轉子葉片與經由傳動機構聯接到發(fā)電機的圖1C的轉子葉片連接件相配 合.
圖3C是采用圖1A和1B所示類型的渦輪機轉子葉片或常規(guī)的渦輪 機轉子葉片的渦輪機，該轉子葉片與具有偏轉裝置的圖1C的轉子葉片 相配合的側視圖，該偏轉裝置用于保持轉子葉片的取向以使它面向進 入的流體流；以及
圖3D是采用圖1A和1B所示的類型的渦輪機轉子葉片或常規(guī)的渦 輪機轉子葉片的直列式(in-line)發(fā)電機的側視圖，該轉子葉片與圖1C 的轉子葉片連接裝置相配合。
具體實施例方式
現在參考圖1A、圖1B和圖2，示出了渦輪機轉子葉片并且用附圖 標記10大體地表示?？梢钥闯觯摐u輪機轉子葉片10聯接到固定的輪 轂12 (見圖3A)并且具有從根部16延伸到葉片末端18的葉片主體14。 諸如D形桁梁20的結構梁整體地形成在該葉片主體14內，以允許旋轉動 力能夠被傳遞給該輪轂12。該葉片主體14具有前緣22。
如常規(guī)的轉子葉片不同，該前緣22沿著其從葉片根部16到葉片末 端18之間的長度設有結節(jié)24，該結節(jié)類似于美國專利No.6431498中描 述的結節(jié)，該專利的內容在此作為參考引用。在該例子中的結節(jié)24通 常是沿著前緣22均勻地間隔的并且為轉子葉片10提供具有增強的升力 和較好的失速特性，同時減小該轉子葉片10具有的阻力。
盡管未示出，由于轉子葉片繞固定輪轂12旋轉，由在葉片末端18 和根部12之間的轉子葉片12遇到的不同風速，所以渦輪機轉子葉片IO
實際上是扭轉的。例如，如果轉子葉片末端18的速度是64m/s，而距輪 轂12的距離為四分之一的沿著轉子葉片12的點的速度將是16m/s。正如 本領域的普通技術人員所熟知的，轉子葉片10的失速特性是流體流動 的速度和流體流動撞擊該轉子葉片的角度的函數。沿著轉子葉片10的 扭轉避免使一部分轉子葉片失速，因此對旋轉產生制動力，同時轉子 葉片的另一部分產生升力，該升力產生旋轉。
由于轉子葉片10的前緣22上的結節(jié)24為轉子葉片提供增強的升力 和較好的失速特性，所以選擇在轉子葉片10中的設置的扭轉角度要考 慮這些特征，以便能夠將增強的升力和較好的失速特性轉變成電能產 生效率的增加。尤其地，轉子葉片10的增強的升力特性允許從可得到 的流體流動獲取更多的功率。改進的轉子葉片的失速特性導致阻力的 減小，從而允許轉子葉片10在較寬的流體流動速率的范圍上運行，并 進一步增加從可得到的流體流動獲取的功率的量。該后一特性從要求 對轉子葉片扭轉觀點來看具有特別的重要性，以便減小在內半徑的失 速，在該半徑中該特性允許靠近根部16的該轉子葉片12的部分以陡峭 的角度傾斜。結果，在該轉子葉片10的內部產生的升力不同于常規(guī)轉 子結構。此外，在轉子葉片10的前緣22上的結節(jié)24減少跨距方向脈動 并且因此減少葉片末端的擾動，并且結果減少噪聲。
現在參考圖3A，示出采用上述類型的轉子葉片10的渦輪機50。可 以看出，渦輪機50包括由轉子驅動軸54聯接到輪轂12的發(fā)電機52。在 該實施例中，渦輪機50特別適于用在穩(wěn)定的流體流動環(huán)境中，例如落 下的水流、蒸氣發(fā)電機，和燃氣/噴氣渦輪發(fā)電機等，其能夠運行以便 對轉子葉片10產生受控的流體流動速率。對轉子葉片10提供這種受控 的流體流動使轉子葉片10和輪轂12旋轉，該輪轂12繼而使驅動軸54旋 轉。由于驅動軸54直接連接到發(fā)電機52的轉子，所以轉子的旋轉導致 以穩(wěn)定的最佳速率產生電力。
可選地，渦輪機50可以構造成直接驅動風力渦輪機。在該情況下，
該發(fā)電機52包括直接連接到驅動軸54的永久磁性轉子(未示出)。磁 性轉子的旋轉導致可變電流的產生。該產生的可變電流被供應到功率 控制電子設備，用于轉換成能夠供應到電網或當地電氣設備的電流。 在該實施例中，該渦輪機優(yōu)選地包括用于如將要描述地相對于風取向 該渦輪機的手動或自動裝置。該發(fā)電機52優(yōu)選地與一般的風向水平相 匹配以便實現所希望的效率。
該渦輪機50也可以用于布置在高水頭水力或蒸氣渦輪機應用的直 接驅動結構，其中接合轉子葉片10的流體流動足夠快，以高速轉動該 驅動軸54，或其中可以用非常大型的發(fā)電機52。在流體流動被控制以 便將其保持在或接近所希望的流率的這種應用中，轉子葉片10的結構 能夠匹配已知的流率，以允許能夠產生最大的功率而不需要有源或無 源的轉子失速控制。但是，在流體流動速率以環(huán)境方式或控制方式是 可變的應用中，該轉子葉片可以構造成保持無源功率控制(經由葉片 的失速特性)或通過起動螺距調節(jié)的有源功率控制。當渦輪機用作風 力渦輪機時，優(yōu)選采用這些功率控制技術中的一種或兩種。應當注意 的實際問題是對于在6MW以上的風力渦輪機的經濟使用，適合于以 低到中等轉速直接驅動運行的現有發(fā)電機結構傾向于太大。
能夠采用失速或螺距控制以對這種渦輪機保持合理的恒定旋轉速 率。但是，本領域中眾所周知的是當以恒定的旋轉速率運行時，風力 渦輪機是低效率的。結果，直接驅動風力渦輪機應當能夠以落在切入 風速和切斷風速之間的可變速度運轉，該切入風速足以克服慣性和摩 擦力，該切斷風速可造成損壞。所產生的功率可以由功率電子設備(未 示出，但是本領域熟知的)處理，以便其適合于電氣設備運行或以合 適的穩(wěn)定的形式提供給配電網。
圖3B示出用于也采用上述類型的轉子葉片10的慢速流體流動環(huán)境 中的渦輪機150。在該實施例中，輪轂12聯接到低速驅動軸152。驅動 軸152聯接到變速箱或傳動機構154，該變速箱或傳動機構154又驅動高
速驅動軸156。該高速軸156聯接到高速發(fā)電機160的驅動軸158。高速 發(fā)電機通常比低速發(fā)電機小且便宜。優(yōu)選地，該發(fā)電機160的尺寸做成 匹配該慢速流體流動環(huán)境的流體流動特性。
轉子特性的調節(jié)(螺距、偏轉、扭轉、結節(jié)布置、柔性、阻尼等) 可以通過手動或動態(tài)控制實現。這種手動或動態(tài)控制系統(tǒng)在本領域是 熟知的。
圖3C示出用于類似地采用的上述類型的轉子葉片10的慢速流體流 動環(huán)境中的另一種渦輪機250。在該實施例中，輪轂12聯接到低速驅動 軸252。該驅動軸252聯接到變速箱或傳動裝置254，該變速箱或傳動裝 置254又驅動高速驅動軸256a和256b。高速軸256b經由離合器和/或制動 系統(tǒng)262聯接到高速發(fā)電機260的驅動軸258。轉子制動器264和滑環(huán)266 設置在該驅動軸252上。
偏轉控制系統(tǒng)280聯接到渦輪機安裝組件281，該渦輪機安裝組件 281支撐該轉子、傳動系統(tǒng)和發(fā)電機，以允許整個組件旋轉以便保持該 轉子葉片10的取向在希望的上風方向?？梢钥闯?，偏轉控制系統(tǒng)280包 括經由小齒輪288由偏轉驅動裝置284驅動的偏轉齒輪282。偏轉伺服器 290感測風速并經由編碼器(未示出)控制該偏轉裝置284，以允許轉 子葉片取向能夠被調節(jié)。偏轉伺服器290還控制偏轉制動器292以允許 該轉子葉片10能夠被鎖定在位。
如果希望，該渦輪機250還可以包括轉子葉片螺距控制系統(tǒng)，用于 調節(jié)轉子葉片的螺距，以便控制該高和/或低速軸的旋轉速度以匹配發(fā) 電機的旋轉速率。正如將會理解的，轉子葉片螺距控制系統(tǒng)類似于上 述偏轉控制系統(tǒng)。由于增強轉子葉片的結節(jié)表現出穩(wěn)定升力的較寬的 運行范圍，該轉子葉片螺距控制能夠被調節(jié)，以保持進入流體流動中 的陡峭的螺距，因此增加最大發(fā)電。優(yōu)選地，可采用該轉子葉片螺距 控制系統(tǒng)，以使轉子葉片在萬一格外高速的驟風的情況下與風平行，
否則這種驟風會損壞轉子葉片、傳動系統(tǒng)和/或發(fā)電機。而且，盡管增 強轉子葉片的結節(jié)在大多數螺旋角的情況下將會產生比常規(guī)葉片小的 阻力這一事實，但是在一些情況下，風速可以產生足夠大的阻力，以 對塔施加潛在的損壞力。在這種情況下，可以采用轉子葉片螺距控制 系統(tǒng)，以響應傳感器和反饋控制回路(未示出)調節(jié)轉子葉片螺距， 該傳感器和反饋控制回路監(jiān)測風速，并且如果需要，監(jiān)測該塔的結構 應力并為轉子葉片螺距控制系統(tǒng)提供適當的控制信號。
在另一個實施例中，渦輪機250可以設計成以適應緩慢發(fā)生的流體 流動速率的變化(即在幾天、幾周、幾個月發(fā)生的流體流動速率變化)。 低水頭水道面向流動速率中的這種緩慢變化。在這種情況下，可以采
用適應這些慢速流體流動變化的方法和裝置的組合。例如，渦輪機250
可以包括渦輪機轉子葉片控制系統(tǒng)(未示出)以改變該轉子葉片的前 緣上的結節(jié)的扭轉、螺距、彎度、厚度以及甚至尺寸。為此，轉子葉
片10的外蒙皮可以用柔性材料形成，并且在該支撐襯底上伸展?？梢?br> 沿著轉子葉片設置液力、機電和/或壓電致動器，其能夠被致動以改變 轉子葉片的形狀。該著轉子葉片的前緣可以包括活動的和固定的部件， 以修改轉子葉片的空氣動力或水力特性，該活動的和固定的部件類似 于機翼上的副翼，其具有相對于固定的部件可調節(jié)的活動的部件。該 渦輪機轉子葉片控制系統(tǒng)可以響應由操作者進行的機械調節(jié)和/或響應 位置編碼和/或傳感器測量的流體流動速率、轉子特性以及渦輪機操作 參數。
在又一個實施例中，該渦輪機250可以設計成處理流體流動速率經 受顯著大小的周期性的變化的情況，這種變化否則將導致發(fā)電機或組 件的其它部件損壞。在這種情況下，該渦輪機可以包括力轉化系統(tǒng)， 例如，與適當的傳動機構合作的有源制動系統(tǒng)、自動的特性調節(jié)機構， 以通過增加失速或使轉子葉片與風平行來降低轉子的效率。該力轉化 系統(tǒng)可以響應由操作者進行的機械調節(jié)和/或相應位置編碼和/或傳感 器測量的流體流動速率、轉子特性以及渦輪機操作參數。 正如將會理解的，對于渦輪機250的進一步修改優(yōu)選地是如果該渦 輪機用于流體流動速率遭受經常性顯著變化的情況下，這種情況是風 力渦輪機應用中經常遇到的情況。通常，風能源流動速率比水流動速 率的變化大得多。潛在的風能資源的這種變化性由于季節(jié)、大比例尺 天氣圖、地理區(qū)域、諸如地形(山、谷地等)、附近的樹林和其它地 表障礙的當地的物理和地理特性而廣泛地變化，甚至在一天內時間的
變化。關于風的變化性的討論在US-DOC網站、Danish Wind Power Association網站以及加拿大政府網站上可以得到。
實際上，平均風速有巨大的差別，因此從一個地區(qū)到一個地區(qū)可 得到的潛在功率有巨大的差別。例如，在美國大陸，僅有很小的部分 陸地經受大約每秒8米的平均風速(分類為6級和7級風地區(qū))。具有相 當于1級到5級的風力資源的地區(qū)構成這個國家資源大部分。此外，這 種平均風速遠不是均勻的。到處都有風的升高和降低，但是在6級和更 高的地區(qū)，凈撞擊基本上是無意義的。渦輪機250能夠調整成用于這些 較低標準但是利用控制系統(tǒng)以如下方式處理高速驟風，其中利用有源 或無源制動或采用離合器系統(tǒng)以避免發(fā)電機過熱，或改變轉子葉片的 螺旋角，以通過調節(jié)轉子葉片向前失速有效地制動過高的旋轉速率。
常規(guī)的技術用于在6級或以上的風力環(huán)境地區(qū)產生能量是適當地 有效的，但是通常，這些系統(tǒng)以4級地區(qū)的50—60%的速率(比例)產 生電力，這大大地增加成本。這種技術充其量對于3級或以下的地區(qū)在 一定程度上是經濟的。
對于6級或以上地區(qū)，渦輪機250可以包括有源控制系統(tǒng)以如上所 述地控制轉子葉片特性。從使用轉子葉片10得到的增強升力和減少阻 力對轉子軸線產生更多的旋轉功率，這可以導致產生更高的旋轉速率 或更大的轉矩。但是，轉子葉片在較低風速下也將失速，這意味著它 們也將在更大的風速范圍內運行，并且結果傳遞給驅動軸的功率將在
整個較寬的范圍內變化。在整個有效范圍內運行并增加能量產生的方 法和裝置可以包括使用自動傳動機構，該自動傳動機構在電子監(jiān)控電 路的控制下變速，以便盡可能保持發(fā)電機旋轉速率不變。而且，該渦 輪機可以釆用由離合器362 (電磁的或機械的)連接的、串連的兩個和
更多個小型、高速、同軸發(fā)電機360，如圖3D所示，使得當風速變化時， 產生所希望的電力。例如，當遇到高速風時，該渦輪機采用由離合器 連接于驅動軸的三個發(fā)電機。對于中等風速也可以采用兩個連接的發(fā) 動機，而當出現低速風的情況時可以只用一個發(fā)電機。在所有這些情 況下，可以采用復雜的功率調節(jié)控制電路，以便產生較高質量的功率 并且為終端用戶或電網提供最大的功率。正如將會理解的，使用小型 高速同軸發(fā)電機具有優(yōu)點。例如，該同軸發(fā)電機設置減少氣流通過渦 輪機的障礙，并且提供如果一個發(fā)電機在維修， 一個或多個發(fā)電機仍 然能夠運行的可服務性好處。
而且，在享受比較高的平均風速的6級或7級類地區(qū)，眾所周知的 是常規(guī)的大型渦輪機轉子對于高速旋轉具有截然不同的問題。大約40 只70米的轉子葉片在它們旋轉的頂部和底部經常遇到明顯的不同的 風，因為風速往往隨著高度變化。這可能僅僅在它們的旋轉頂部主要 被不可預料的撞擊轉子葉片的低水平射流擾動(compound)。另一個 困難是，甚至在穩(wěn)定的風的狀態(tài)下，轉子葉片末端的移動比轉子葉片 的根部快得多，因此受到完全不同的應力。在一些情況下，這些因素 產生強烈的振動，其能夠使轉子葉片結構受到應力作用并導致它過早 地破裂。為了處理這些因素，在這種高風速環(huán)境中使用時，渦輪機250 可以包括轉子葉片的無源阻尼、無源和有源制動，以將旋轉速率保持 在容許范圍內，并且前面所討論的那種有源制動對轉子葉片施加一個 附加載荷，以便控制旋轉速率。該渦輪機還可以采用一個或多個傳感 器裝置(其可以是機械的、光學的等)，通過這些傳感器裝置，控制 電路可以監(jiān)控用于這種振動中的轉子葉片并且可以主動地補償不希望 的葉片振動。這種補償過程可以包括采用改變任何一種或全部轉子葉 片特性無源阻尼和/通過快速檢測振動，并且產生與該振動在相位上相
差180度的主動波形對不希望的振動進行補償的或有源補償，以便通過 相位反饋有效消除該振動。
雖然上面的實施例示出沿著該轉子葉片10的前緣22—體地形成結 節(jié)24的轉子葉片結構，但是可以得到改變。例如，現在參考圖1C，示 出適合于對現有轉子葉片進行改型的轉子葉片連接裝置，并且用附圖 標記310大體地表示。這種轉子葉片連接裝置可以用各種常規(guī)的手段連 接到該轉子葉片10的前緣22以便提供具有增強升力和減小阻力的轉子 葉片。優(yōu)選地，應當采用這種改型的轉子葉片連接裝置，其能夠對所 有的相關子系統(tǒng)進行調節(jié)，包括但不限于運行參數、子系統(tǒng)控制軟件、 環(huán)境傳感器以及自動響應、螺距伺服執(zhí)行器操作等，這些將在下面討 論。應當注意，優(yōu)選地應當對具有螺距受控功率控制轉子葉片進行這 種變型，其中能夠實現增強升力而不損害無源功率控制。這種變型的 前緣的應用于常規(guī)的失速調節(jié)轉子葉片需要以這樣的方式制造部件， 以便符合本發(fā)明轉變常規(guī)轉子的扭轉成形因素。這種變型部件必需在 這種折衷選擇的參數內進行設計，以調節(jié)單個的失速控制轉子的實際 成形因素。
渦輪發(fā)電機和壓縮機的基本工作原理和許多設計準則是一樣的。 同樣地，上面所討論的渦輪機基本上適合用于所有形式的壓縮機、風 扇和渦輪發(fā)電機。換句話說，該轉子葉片能夠用于大范圍的產品，僅 列舉少數幾種地例如，包括渦輪螺旋槳發(fā)電機的噴氣發(fā)動機渦輪機的 壓縮機、汽車、空調單元、水力渦輪機、熱力和核蒸氣渦輪機、噴氣 船用動力系統(tǒng)、旋轉的風扇、旋轉的和渦輪泵、壓力洗衣機。
正如本領域的技術人員將會理解的，渦輪機可以用于流體流動在 平均流率附近不變的情況。在這種情況下，只有最小的裝置需要匹配
適當的齒輪裝置、發(fā)電機和電氣的和電子的功率產生控制裝置?？蛇x 地，該渦輪機可以用于流體流動變化相差很大的情況。
雖然已經描述了本發(fā)明的各種實施例，但是本領域的技術人員應 當理解，在不脫離由權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下 可以作出各種變化和變型。
權利要求
1.一種渦輪機/壓縮機，包括至少一個電磁裝置；聯接到所述電磁裝置的傳動系統(tǒng)；以及聯接到所述傳動系統(tǒng)的至少一個轉子葉片，所述轉子葉片具有成形的前緣，該前緣構造成增強升力并減少阻力。
2. 如權利要求l所述的渦輪機/壓縮機，其中所述前緣包括沿其形成的一系列間隔開的結節(jié)。
3. 如權利要求2所述的渦輪機/壓縮機，還包括用于調節(jié)所述轉子 葉片的取向的控制系統(tǒng)，以便所述的轉子葉片面向進入的流體流。
4. 如權利要求3所述的渦輪機/壓縮機，還包括用于改變所述轉子 葉片形狀的第二控制系統(tǒng)。
5. 如權利要求4所述的渦輪機/壓縮機，其中所述第二控制系統(tǒng)改 變所述轉子葉片的螺距。
6. 如權利要求4所述的渦輪機/壓縮機，其中所述第二控制系統(tǒng)改 變所述結節(jié)的間隔和/或形狀。
7. 如權利要求l所述的渦輪機/壓縮機，其中所述傳動系統(tǒng)是直接 聯接所述轉子葉片和所述電磁裝置的軸。
8. 如權利要求l所述的渦輪機/壓縮機，其中所述傳動系統(tǒng)包括在所 述轉子葉片和電磁裝置之間起作用的驅動軸和傳動裝置。
9. 如權利要求8所述的渦輪機/壓縮機，還包括用于調節(jié)所述轉子 葉片的取向的控制系統(tǒng)，以便所述的轉子葉片面向進入的流體流。
10. 如權利要求9所述的渦輪機/壓縮機，還包括用于改變所述轉子 葉片形狀的第二控制系統(tǒng)。
11. 如權利要求10所述的渦輪機/壓縮機，其中所述第二控制系統(tǒng)改變所述轉子葉片的螺距。
12. 如權利要求ll所述的渦輪機/壓縮機，其中所述第二控制系統(tǒng) 改變所述結節(jié)的間隔和/或形狀。
13. —種渦輪機，包括 至少一個發(fā)電機；聯接到所述發(fā)電機的傳動系統(tǒng)；以及聯接到所述傳動系統(tǒng)的至少一個轉子葉片，所述轉子葉片具有成 形的前緣，該前緣具有沿其形成的一系列間隔開的結節(jié)。
14. 如權利要求13所述的渦輪機，還包括用于調節(jié)所述轉子葉片 的取向的控制系統(tǒng)，以便所述的轉子葉片面向進入的流體流。
15. 如權利要求14所述的渦輪機，還包括用于改變所述轉子葉片 形狀的第二控制系統(tǒng)。
16. 如權利要求15所述的渦輪機，其中所述傳動系統(tǒng)是直接聯接 所述轉子葉片和所述發(fā)電機的軸。
17. 如權利要求15所述的渦輪機，其中所述傳動系統(tǒng)包括在所述轉 子葉片和發(fā)電機之間起作用的驅動軸和傳動裝置。
18. 如權利要求17所述的渦輪機，還包括多個連接的發(fā)電機。
19.如權利要求18所述的渦輪機，其中所述連接發(fā)電機是串連的。
全文摘要
一種渦輪機/壓縮機，包括至少一個電磁裝置和聯接到所述電磁裝置的傳動系統(tǒng)。至少一個轉子葉片聯接到所述傳動系統(tǒng)。該轉子葉片具有成形前緣，該前緣具有沿其形成的一系列間隔開的結節(jié)。
文檔編號F03D11/00GK101107441SQ200580043110
公開日2008年1月16日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權日2004年10月18日
發(fā)明者弗蘭克·艾略特·菲什, 斯蒂芬·W·迪尤爾, 菲利浦·沃茨 申請人:惠爾電力公司