專(zhuān)利名稱：流體渦輪系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及流體渦輪，且更特別地涉及垂直軸線流體渦輪。
背景技術(shù)：
渦輪機(jī)已經(jīng)用了從諸如水或空氣之類(lèi)的移動(dòng)流體中產(chǎn)生動(dòng)力。然而，其已知的單元和各種元件具有多種公知的限制和不足。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述的示例性實(shí)施方式具有數(shù)個(gè)特征，這些特征中沒(méi)有單獨(dú)的一個(gè)是必不可少的或單獨(dú)負(fù)責(zé)它們的預(yù)期作用。在不限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍的前提下，現(xiàn)在將總結(jié)有利特征中的一些。在一些實(shí)施方式中，流體渦輪系統(tǒng)包括渦輪、集中器和可變集中器。渦輪包括葉片組，該葉片組包括能夠圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的多個(gè)葉片。所述葉片中的一個(gè)或多個(gè)限定開(kāi)口段，該開(kāi)口段定位為使得開(kāi)口段的一部分比葉片的外邊緣更靠近所述軸線。對(duì)于給定的限定上游方向和下游方向的流體的整體流方向，該渦輪還包括推動(dòng)半部和回流半部。集中器能夠直接定位在渦輪的回流半部的至少一部分的上游的集中器位置。在集中器位置，集中器限定朝向上游的凸面和朝向下游的凹面。凸面能夠定位為將至少一些流體偏向渦輪的推動(dòng)半部，并且凹面能夠定位為將從渦輪的回流半部大致流向上游的至少一些流體重新定向?yàn)榇笾铝飨蛳掠??？勺兗衅髂軌蚨ㄎ辉跍u輪的上游并且比回流半部更靠近推動(dòng)半部?？勺兗衅靼刹僮饕云D(zhuǎn)流體的偏轉(zhuǎn)表面，而該偏轉(zhuǎn)表面能夠定位為大致平行于沿著渦輪的高度的實(shí)質(zhì)部分的所述軸線延伸?？勺兗衅髂軌蛟诘谝晃恢煤偷诙恢弥g移動(dòng)，并且可變集中器構(gòu)造為在第一位置比在第二位置將更多的流體偏向葉片組。在一些實(shí)施方式中，流體渦輪系統(tǒng)包括渦輪和集中器。渦輪包括能夠圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的葉片，而所述葉片限定沿著該葉片的高度的實(shí)質(zhì)部分的窗口。與所述軸線平行并交叉的第一平面將圍繞渦輪的空間分成回流側(cè)和與回流側(cè)相對(duì)的推動(dòng)側(cè)，而該渦輪構(gòu)造為在回流側(cè)大致沿相對(duì)于名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體的上游方向旋轉(zhuǎn)，且在推動(dòng)側(cè)大致沿相對(duì)于名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體的下游方向旋轉(zhuǎn)。集中器能夠定位在渦輪的至少一部分的上游，并且至少部分地或全部地定位在回流側(cè)。該集中器包括第一彎曲表面部，該第一彎曲表面部構(gòu)造為從渦輪上游的第一位置延伸到渦輪上游更遠(yuǎn)的第二位置并進(jìn)一步延伸到回流側(cè)。第一彎曲表面部構(gòu)造為朝向流體流的上游方向凸起，并且第一彎曲表面部能夠定位為將至少一些流體偏向推動(dòng)側(cè)。該集中器還能夠定位為產(chǎn)生相對(duì)真空，以吸引至少一些流體離開(kāi)葉片的窗口。根據(jù)前一段的流體渦輪系統(tǒng)，其中集中器包括第二表面部，第二表面部能夠相對(duì)于第一彎曲表面部更遠(yuǎn)地定位到回流側(cè)，第二表面部構(gòu)造為從第三位置延伸至第四位置， 第四位置比第三位置更加深入回流側(cè)并位于比第三位置更遠(yuǎn)的下游。根據(jù)前述各段中的任一段的流體渦輪系統(tǒng)，其中集中器包括構(gòu)造朝向下游凹入的背面部，背面部包括上游流動(dòng)表面部、中間表面部和下游流動(dòng)表面部，上游流動(dòng)表面部成型并能夠定位將從渦輪向上游流動(dòng)的至少一些流體引向中間表面部，中間表面部成型并能夠定位將流向上游的至少一些流體重新定位為大致向下游流向下游流動(dòng)表面部，而下游流動(dòng)表面部成型并能夠定位以接收來(lái)自中間表面部的至少一些流體并將所述至少一些流體大致向下游引入名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體中。根據(jù)前述各段中的任一段的流體渦輪系統(tǒng)，其中集中器構(gòu)造為沿更加深入回流側(cè)的方向至少延伸至渦輪的外延，使得集中器至少與第二平面相交，第二平面與渦輪的最外邊緣相切并平行于第一平面。根據(jù)前述各段中的任一段的流體渦輪系統(tǒng)，其中第二平面與第一平面隔開(kāi)葉片尖端半徑，并且集中器構(gòu)造為越過(guò)第二平面延伸葉片尖端半徑的至少25%。在一些實(shí)施方式中，流體渦輪系統(tǒng)包括渦輪和集中器。渦輪能夠圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，與所述軸線平行并相交的平面將圍繞渦輪的空間分成回流側(cè)和與回流側(cè)相對(duì)的推動(dòng)側(cè)。該渦輪構(gòu)造為在回流側(cè)大致沿相對(duì)于名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體的上游方向旋轉(zhuǎn)，且在推動(dòng)側(cè)大致相對(duì)于沿名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體的下游方向旋轉(zhuǎn)。渦輪具有離推動(dòng)側(cè)最遠(yuǎn)的回流外邊緣。集中器能夠定位在渦輪的至少一部分的上游，并且至少部分地或全部地定位在回流側(cè)。集中器包括大致U形分段，并且所述大致U形分段包括能夠定位為朝向上游凸起的上游表面部和能夠定位為朝向下游凹入的下游表面部。上游表面部能夠定位為將流體的推動(dòng)部分引向推動(dòng)側(cè)，并向下游引導(dǎo)流體的回流部分離開(kāi)渦輪。下游表面部形成局部封閉區(qū)域，該區(qū)域成型并能夠定位為從渦輪接收流體的阻力部分，并向下游將流體的阻力部分重新定向到流體的回流部分中。集中器具有構(gòu)造為離推動(dòng)側(cè)最遠(yuǎn)的回流端?；亓鞫四軌蚨ㄎ粸槭沟眉衅鞯幕亓鞫撕退銎矫嬷g的最近距離比渦輪的回流外緣和所述平面之間的最近距離至少大1. 2倍。根據(jù)前一段的流體渦輪系統(tǒng)，其中整個(gè)集中器能夠定位在整個(gè)渦輪的上游。根據(jù)前段中的任一個(gè)的流體渦輪系統(tǒng)，其中集中器的形狀大致形成為中空機(jī)翼段。在一些實(shí)施方式中，流體渦輪系統(tǒng)包括渦輪和可變集中器。渦輪能夠圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，與所述軸線平行并相交的第一平面將圍繞渦輪的空間分成回流側(cè)和與回流側(cè)的推動(dòng)側(cè)。該渦輪構(gòu)造為在回流側(cè)大致沿相對(duì)于名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體的上游方向旋轉(zhuǎn)，且在推動(dòng)側(cè)大致沿相對(duì)于名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體的下游方向旋轉(zhuǎn)。渦輪還限定掠過(guò)路徑?？勺兗衅髂軌蚨ㄎ辉谕苿?dòng)側(cè)上和渦輪的整個(gè)掠過(guò)路徑的上游。可變集中器包括偏轉(zhuǎn)表面，該偏轉(zhuǎn)表面能夠定位為大致平行于沿著渦輪的高度的實(shí)質(zhì)部分的所述軸線延伸。偏轉(zhuǎn)表面適于偏轉(zhuǎn)至少一些流體?？勺兗衅髂軌蛟诘谝晃恢煤偷诙恢弥g移動(dòng)，并且偏轉(zhuǎn)表面構(gòu)造為在第二位置比在第一位置將更少的流體偏向渦輪。根據(jù)前一段的流體渦輪系統(tǒng)，其中可變集中器能夠從第一位置到第二位置圍繞可變集中器軸線旋轉(zhuǎn)。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪系統(tǒng)，其中可變集中器構(gòu)造為被偏向第一位置。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪系統(tǒng)，其中可變集中器構(gòu)造為使得可變集中器上的流體流可操作以將可變集中器從第一位置調(diào)整到第二位置。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪系統(tǒng)，其中可變集中器形狀大致形成為機(jī)翼，并且適于以低流體速度將至少一些流體偏向渦輪，以增加轉(zhuǎn)矩輸出，該可變集中器還適于在高流體速度下將更少的流體偏向渦輪或不將流體偏向渦輪，以防止對(duì)渦輪的損壞。在一些實(shí)施方式中，流體渦輪包括能夠圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的多個(gè)葉片。所述葉片中的一個(gè)或多個(gè)限定開(kāi)口段，該開(kāi)口段定位為使得開(kāi)口段的一部分比葉片的外邊緣更靠近軸線。對(duì)于給定的限定上游方向和下游方向的整體流體的方向，渦輪包括推動(dòng)半部和回流半部。所述多個(gè)葉片中的一個(gè)或多個(gè)為推動(dòng)葉片，推動(dòng)葉片限定開(kāi)口段并包括尖端。推動(dòng)葉片能夠定位在其中推動(dòng)葉片的尖端位于推動(dòng)半部上的推動(dòng)位置。推動(dòng)葉片還包括推動(dòng)表面部，在推動(dòng)葉片處于推動(dòng)位置時(shí)，推動(dòng)表面部大致朝向上游。所述多個(gè)葉片中的一個(gè)或多個(gè)為捕獲葉片，捕獲葉片包括尖端。捕獲葉片能夠定位在其中捕獲葉片的尖端大致位于所述軸線的下游的捕獲位置。捕獲葉片還包括捕獲表面部，當(dāng)捕獲葉片處于捕獲位置時(shí)，捕獲表面部大致朝向上游。渦輪能夠定位在轉(zhuǎn)矩位置，在轉(zhuǎn)矩位置，上游葉片是處于推動(dòng)位置的推動(dòng)葉片，下游葉片是處于捕獲位置的捕獲葉片。轉(zhuǎn)矩位置由大致位于上游葉片下游的下游葉片和下游葉片的直接位于上游葉片的開(kāi)口段下游的捕獲表面部限定。根據(jù)前一段的流體渦輪，其中所述多個(gè)葉片中的一個(gè)或多個(gè)為升高葉片，升高葉片包括尖端，升高葉片能夠定位在其中所述尖端大致位于所述軸線的上游的升高位置，升高葉片還包括彎曲表面部，彎曲表面部在升高葉片處于升高位置時(shí)遠(yuǎn)離回流半部朝向凸起，彎曲表面部成型并構(gòu)造為，在升高葉片處于升高位置時(shí)，將在彎曲表面上大致向下游流動(dòng)的流體的抬升部分偏轉(zhuǎn)離開(kāi)回流半部。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪，其中升高葉片限定開(kāi)口段，升高葉片的開(kāi)口段可操作以允許流體的抬升部分中的至少一些流過(guò)升高葉片的開(kāi)口段。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪，其中所述多個(gè)葉片包括從所述軸線延伸并彼此等間距隔開(kāi)的四個(gè)葉片，并且其中所述四個(gè)葉片中的每一個(gè)為升高葉片、推動(dòng)葉片和捕獲葉片，所述四個(gè)葉片限定開(kāi)口段，使得所述四個(gè)葉片的內(nèi)徑向半部基本上是開(kāi)口的，所述四個(gè)葉片包括正面部和背面部，正面部和背面部至少大致定位在葉片的外徑向半部上 其中正面部包括大致直的部分和位于大致直的部分徑向之外的彎曲部，所述四個(gè)葉片能夠定位在水平位置，在水平位置，所述大致直的部分垂直于所述平面并朝向上游，當(dāng)葉片處于水平位置時(shí)，彎曲部位于比所述大致直的部分更遠(yuǎn)的上游，并且其中背面部從靠近葉片的尖端的第一端延伸至靠近開(kāi)口段的第二端，背面部基本上是彎曲的，并且成型為在所述四個(gè)葉片處于水平位置時(shí)朝向下游凸起，背面部成型并構(gòu)造為使得背面部上在所述四個(gè)葉片處于水平位置時(shí)位于下游最遠(yuǎn)的點(diǎn)在背面部的第一端和第二端之間。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪，其中所述四個(gè)葉片的橫截面沿著所述四個(gè)葉片的高度的實(shí)質(zhì)部分是基本恒定的。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪，其中由所述葉片中的一個(gè)或多個(gè)限定的開(kāi)口段是連續(xù)的。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪，其中由所述葉片中的一個(gè)或多個(gè)限定的開(kāi)口段是不連續(xù)的。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪，其中所述多個(gè)葉片包括構(gòu)造為沿著軸線設(shè)置的水平葉片分段陣列。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪，其中所述水平葉片分段包括至少兩個(gè)葉片，所述至少兩個(gè)葉片構(gòu)造為相對(duì)于相鄰的水平葉片分段固定并與相鄰的水平葉片分段成角度地偏離。根據(jù)前述各段中的任一個(gè)的流體渦輪，其中所述陣列包括至少三個(gè)水平葉片分段，所述至少三個(gè)水平葉片分段成角度地偏移以形成適于降低轉(zhuǎn)矩輸出中的圈(cycle)的虛擬螺旋。公開(kāi)內(nèi)容還包括所述系統(tǒng)和/或上述本文中任何地方描述的多種元件或元件的組合的使用方法和制造方法。


參照在附圖中圖示的實(shí)施方式，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。圖示的實(shí)施方式不是要限定本發(fā)明的限制或范圍。圖1為圖示流體渦輪系統(tǒng)的實(shí)施方式的示意圖。圖2為圖1的流體渦輪系統(tǒng)的頂視圖，圖示了各種可能的流體流徑。圖3A為圖1的流體渦輪系統(tǒng)的頂視圖，圖示了各種可能的速度區(qū)。圖;3B為圖1的垂直軸線流體渦輪系統(tǒng)的流體速度曲線圖，示出了圖3A中圖示的近似速度區(qū)。圖4A為圖1的流體渦輪系統(tǒng)的頂視圖，圖示了各種可能的壓力區(qū)域。圖4B為示出流體橫穿圖1的垂直軸線流體渦輪系統(tǒng)時(shí)由流體產(chǎn)生的壓力的壓力曲線圖。圖5為圖1的具有可變集中器的流體渦輪系統(tǒng)的頂視圖，示出了低速下可能的流體流徑。圖6A為不具有可變集中器的流體渦輪系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式的頂視圖，示出了各種可能的速度區(qū)。圖6B為圖6的垂直軸線流體渦輪系統(tǒng)的速度曲線圖。圖7為具有葉片組、集中器和可變集中器的流體渦輪系統(tǒng)的實(shí)施方式的各元件的透視圖。圖8為包括圖7中的元件的流體渦輪系統(tǒng)的側(cè)視圖，并且還圖示了尾翼。圖9為圖8中的流體渦輪系統(tǒng)的葉片組的透視圖。圖10為圖9中示出的葉片組的正視圖。圖11為圖8中的流體渦輪系統(tǒng)的集中器的透視圖。圖12為圖8中的流體渦輪系統(tǒng)的可變集中器的透視圖。圖13葉片組的另一種實(shí)施方式的透視圖。圖14為圖13中示出的葉片組的正視圖。
具體實(shí)施例方式雖然在下文中公開(kāi)了某些優(yōu)選的實(shí)施方式和例子，但創(chuàng)造性的主題將具體公開(kāi)的實(shí)施方式擴(kuò)展到其它可替換實(shí)施方式和/或用途以及其修改和等同物。因此，隨附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍不受下文描述的特定實(shí)施方式中的任一種限制。例如，在本文中公開(kāi)的任何方法或過(guò)程中，所述方法或過(guò)程的動(dòng)作或操作可以以任何合適的順序操作，并且沒(méi)有必要限于任何特定公開(kāi)的順序。以可以有助于理解某些實(shí)施方式的方式將多種操作依次描述為多個(gè)離散操作；然而，描述順序不應(yīng)當(dāng)被解釋為暗示這些操作是順序依賴的。此外，本文中描述的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和/或裝置可以被實(shí)現(xiàn)為集成元件或分離元件。為了比較不同實(shí)施方式的目的，描述了這些實(shí)施方式的某些方面和優(yōu)點(diǎn)。所有這種方面或優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有必要都由任何特定實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)。因此，例如，可以以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化由本文中教導(dǎo)的一種優(yōu)點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)組而沒(méi)有必要實(shí)現(xiàn)如本文中教導(dǎo)或公開(kāi)的其它方面或優(yōu)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)多種實(shí)施方式。圖1為圖示流體渦輪系統(tǒng)100的實(shí)施方式的示意圖。渦輪系統(tǒng)100可以包括葉片組140、集中器120、可變集中器110、導(dǎo)向馬達(dá)102、尾翼104、變速箱106和發(fā)電機(jī)108。在圖1中圖示的實(shí)施方式中，葉片組140、集中器120和可變集中器110根據(jù)渦輪系統(tǒng)的一種可行結(jié)構(gòu)定位。從圖1的頂部到圖1的底部的假設(shè)整體流體流定義為“上游”和“下游”方向。集中器120和可變集中器110位于葉片組140的上游，如圖1所示。整體流體流動(dòng)方向是為了便于描述并幫助定義渦輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，實(shí)流體沿單個(gè)方向可能不連續(xù)和均勻地流動(dòng)。葉片組140可以包括多個(gè)葉片。如圖1所示，四個(gè)葉片142，144，146，148能夠圍繞對(duì)應(yīng)于中心軸190的中心軸線的軸線Y旋轉(zhuǎn)。整體流體流動(dòng)方向還定義了葉片旋轉(zhuǎn)方向。 圖1中示出的葉片組140將傾向于響應(yīng)于沿整體流體流動(dòng)方向流動(dòng)的流體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如圖1中示出的葉片組140的頂視圖所述，四個(gè)葉片中的每一個(gè)都具有相同的橫截面。每個(gè)葉片具有尖端150，152，154，156。葉片尖端150，152，154，156限定了葉片尖端離軸線Y的半徑，其可以稱為葉片尖端半徑。每個(gè)葉片142，144，146，148具有位于尖端150，152，154， 156的兩側(cè)的正面和背面。葉片142，144，146，148的正面的大部分將遠(yuǎn)離葉片旋轉(zhuǎn)方向朝向，背面的大部分將面向葉片旋轉(zhuǎn)方向。圖1中示出的每個(gè)葉片的橫截面具有沿著中心軸190的切線延伸的大致直段158， 160，162，164。葉片的所述直段158，160，162，164可以包括沿著葉片的高度延伸的(圖1 中的虛線所示，還參見(jiàn)圖9)的開(kāi)口段或窗口。在一些實(shí)施方式中，葉片的開(kāi)口段沿著葉片高度的實(shí)質(zhì)部分延伸。葉片不需要包括大致直段。特別是在其中葉片的橫截面的大致直段對(duì)應(yīng)于葉片的開(kāi)口段的實(shí)施方式中，葉片支撐部的幾何形狀對(duì)葉片附近的流體的運(yùn)動(dòng)具有很少的影響。然而，為了便于制造和保持材料，沿著開(kāi)口段的葉片支撐部可以為大致直的。 開(kāi)口段沿著葉片的高度可以是延續(xù)的或不連續(xù)的。在一些實(shí)施方式中，每個(gè)葉片都具有開(kāi)口段。開(kāi)口段可以定位為使得開(kāi)口段的一部分比葉片的外邊緣更靠近軸線Y。在一些實(shí)施方式中，葉片組的近似內(nèi)徑半部基本上是開(kāi)口的，使得葉片具有很少的或幾乎沒(méi)有暴露至近似在葉片組的近似內(nèi)徑半部?jī)?nèi)的流體的表面區(qū)域。根據(jù)希望的轉(zhuǎn)矩和阻力特性，開(kāi)口區(qū)域可以較小或較大。比葉片的外邊緣更靠近軸線的部分可以允許流體在葉片的提供最大轉(zhuǎn)矩(即，更遠(yuǎn)離所述軸線)的部分上施加推力，并降低由位于旋轉(zhuǎn)軸線附近的流體產(chǎn)生的阻力。為了討論的目的，平面X在圖1中示出為線。平面X與葉片能夠旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸線Y平行并相交，并與整體流體流平行。平面χ將渦輪將圍繞渦輪組件的空間大致分成兩個(gè)半部推動(dòng)側(cè)和回流側(cè)。葉片144位于推動(dòng)側(cè)，因?yàn)檠刂缟隙x的整體流體流的方向流動(dòng)的流體傾向于使葉片組旋轉(zhuǎn)，使得葉片144由流體推動(dòng)并從圖1中示出的位置開(kāi)始沿下游方向旋轉(zhuǎn)。葉片148位于回流側(cè)，應(yīng)為葉片148將傾向于響應(yīng)于上文為圖1定義的假設(shè)整體流體流向上游旋轉(zhuǎn)，以回流至推動(dòng)側(cè)。渦輪本身也可以具有兩個(gè)半部推動(dòng)半部和回流半部。對(duì)于定義了上游方向和下游方向的流體的給定的整體流動(dòng)方向，渦輪的推動(dòng)半部?jī)A向于向上游旋轉(zhuǎn)，渦輪的回流半部?jī)A向于向下游旋轉(zhuǎn)。繼續(xù)參照1，可以定義多個(gè)葉片位置，以便于描述葉片142，144，146，148的幾何形狀以及它們的操作。葉片142可以被認(rèn)為處于升高位置。升高位置由定位使得葉片的尖端大致位于軸線Y的上游且葉片的彎曲表面部遠(yuǎn)離回流側(cè)朝向凸起的葉片表征。如圖1所示的葉片142的尖端150位于軸線Y的上游且彎曲表面部166遠(yuǎn)離回流側(cè)朝向凸起。葉片 144可以被認(rèn)為處于推動(dòng)位置。推動(dòng)位置可以由定位使得葉片的尖端位于推動(dòng)側(cè)且葉片的推動(dòng)表面部大致朝向上游的葉片表征。葉片144具有位于推動(dòng)側(cè)的尖端152且推動(dòng)表面部 172大致朝向上游。葉片146可以被認(rèn)為處于捕獲位置。捕獲位置可以由定位為使得葉片的尖端大致位于軸線Y的下游且葉片的捕獲表面部大致朝向上游的葉片表征。葉片146的尖端巧4大致位于軸線Y的下游且葉片146的捕獲表面部182大致朝向上游，如圖1所示。 葉片148可以被認(rèn)為處于回流位置。回流位置可以由位于回流側(cè)的尖端和大致朝向上游的葉片回流表面部來(lái)表征。如圖1所示，葉片148具有位于回流側(cè)的尖端156和大致朝向上游的回流表面部184。基于如圖1所示的葉片位置，葉片142可以被稱為升高葉片，葉片144可以被稱為推動(dòng)葉片，葉片146可以被稱為捕獲葉片，葉片148可以被稱為回流葉片。當(dāng)葉片組140傾向于沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，葉片142將轉(zhuǎn)變至推動(dòng)位置，葉片144將轉(zhuǎn)變至捕獲位置，葉片 146將轉(zhuǎn)變至回流位置，葉片148將轉(zhuǎn)變至升高位置。這些位置適用于描述的目的的，且每個(gè)葉片可以被認(rèn)為在給定葉片組的旋轉(zhuǎn)中在任何給定點(diǎn)處于多于一個(gè)位置。每個(gè)葉片在其圍繞軸線Y的旋轉(zhuǎn)中在一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處還可以展現(xiàn)出升高葉片、推動(dòng)葉片、捕獲葉片或回流葉片中的一種或多種的特性，包括同時(shí)展現(xiàn)這種葉片的兩種或多種特性。如上所述，葉片142處于升高位置。葉片142定位并形成為當(dāng)由流體作用時(shí)提供抬升，從而提供轉(zhuǎn)矩，以使葉片組140旋轉(zhuǎn)。如圖1的葉片142的彎曲表面部168從靠近葉片142的尖端150的第一端166向靠近葉片142的大致直段158或開(kāi)口段的第二端170延伸。葉片144處于推動(dòng)位置，推動(dòng)表面部172大致朝向上游。如圖1所示，推動(dòng)表面部 172可以為大致直的，且位于葉片144的正面上。葉片144的正面還可以包括從推動(dòng)表面部 172徑向地設(shè)置為遠(yuǎn)離中心軸190的彎曲部174。如圖1中示出的葉片144所示，當(dāng)推動(dòng)表面部172大致垂直于平面X時(shí)，彎曲部174位于比推動(dòng)表面部172遠(yuǎn)的上游。葉片144還包括與彎曲部174和推動(dòng)表面部172相對(duì)設(shè)置的背面部178。背面部178從靠近葉片144的尖端152的第一端176向靠近葉片144的大致直段160的第二端180延伸。如圖1所示， 葉片144處于水平位置。葉片144的背面部178是朝向下游的凸起。背面部還形成并構(gòu)造為使得當(dāng)葉片144處于水平位置時(shí)，背面部178的中間部比背面部178的第一端176和第二端180更遠(yuǎn)地向下游延伸。由于在圖1中圖示的實(shí)施方式中，背面部位于葉片144的近似外徑向半部上，因此背面部178的中間部也位于葉片144的內(nèi)徑向半部之外。背面部178 的中間表面部可以降低阻力，并在葉片的不同位置提供抬升，并且這些特征可以由中間表面部靠近葉片尖端的設(shè)置增強(qiáng)。此外，在下文描述葉片組140的葉片142，144，146，148的特征。如圖1的圖示所示，葉片組140可以連接至變速箱106和/或發(fā)電機(jī)108。在一些實(shí)施方式中，變速箱106用來(lái)轉(zhuǎn)變?nèi)~片組140的旋轉(zhuǎn)速度。發(fā)電機(jī)108可以連接至變速箱 106或葉片組140，以將渦輪系統(tǒng)100的旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)化為電能?？梢栽诓痪哂凶兯傧?06或發(fā)電機(jī)108的情況下使用流體渦輪系統(tǒng)100，以進(jìn)行其它功能，或產(chǎn)生其它形式的能量，如用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置的機(jī)械能?，F(xiàn)在將描述圖1中圖示的集中器120。集中器120包括上游表面和下游表面。集中器還可以包括最靠近推動(dòng)側(cè)或最遠(yuǎn)離回流側(cè)的推動(dòng)端134和位于回流側(cè)中最遠(yuǎn)或最遠(yuǎn)離推動(dòng)側(cè)的回流端128。在圖1中示出的實(shí)施方式中，集中器形狀大致形成為具有中空或開(kāi)口下游側(cè)的正面氣流段。上游表面可以包括第一彎曲表面部122，其從渦輪的至少一部分的上游的第一位置延伸至回流側(cè)更遠(yuǎn)的上游且到回流側(cè)中更遠(yuǎn)的第二位置。上游表面的第一彎曲表面部122的形狀可以形成為凸起，該凸起大致朝向上游并可定位為將至少一部分流體向著渦輪系統(tǒng)的推動(dòng)側(cè)偏轉(zhuǎn)。在圖1中圖示的實(shí)施方式中，集中器120的推動(dòng)端134位于平面X的回流側(cè)。在圖1中，推動(dòng)端134為集中器120的最靠近推動(dòng)側(cè)的一端，但在推動(dòng)端134和平面X之間保持間隙。推動(dòng)端134和平面X之間的間隙可以增加系統(tǒng)的效率、動(dòng)力或最小啟動(dòng)流體速度。 例如，沿從集中器120(即，從第一彎曲表面部12 向著推動(dòng)側(cè)的方向流動(dòng)的流體可以比如果集中器的推動(dòng)端134更靠近推動(dòng)側(cè)定位或者如果不存在集中器120的情況更早地開(kāi)始沿合適的方向“推動(dòng)”葉片142。當(dāng)葉片142從圖1中所述的位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，從集中器120 向下游和/或向著推動(dòng)側(cè)流動(dòng)的流體可以比葉片142的正面否則將暴露至沿整體流體流的方向接近葉片142的流體更早地撞擊在葉片142的正面上。在一些實(shí)施方式中，集中器120 的推動(dòng)端134和平面X之間的間隙或最短距離大于葉片尖端半徑的約百分之一(1% )，大于葉片尖端半徑的約百分之一(3% )，或大于葉片尖端半徑的約百分之一(5% )。在一些實(shí)施方式中，所述間隙在葉片尖端半徑的約6%和7%之間。然而，集中器120的推動(dòng)端134 不需要位于平面X的回流側(cè)。在一些實(shí)施方式中，集中器120定位為使得集中器120的至少一部分位于渦輪系統(tǒng)100的推動(dòng)側(cè)。集中器120在處于該位置時(shí)還可以與平面X交叉。間隙也可以存在于集中器120的推動(dòng)端134和平面X之間，使得集中器120至少部分地阻塞推動(dòng)側(cè)的葉片組 140?？梢云谕氖牵瑢⒓衅?20定位為至少部分地阻塞推動(dòng)側(cè)的葉片組140，以減慢葉片組140的旋轉(zhuǎn)，停止葉片組140的旋轉(zhuǎn)，或防止渦輪系統(tǒng)100受到高速流動(dòng)的流體的損壞。 在一些實(shí)施方式中，當(dāng)集中器120的推動(dòng)端134在推動(dòng)側(cè)時(shí)，阻塞間隙存在于推動(dòng)端134和平面X之間。阻塞間隙可以大于葉片尖端半徑的約百分之一(1%)，大于葉片尖端半徑的約百分之一(3% )，或大于葉片尖端半徑的約百分之一(5% )。阻塞間隙可以在葉片尖端半徑的約25%和約50%之間。在一些實(shí)施方式中，阻塞間隙大于葉片尖端半徑的約50%。在一些實(shí)施方式中，阻塞間隙可以為葉片尖端半徑的約100%。在一些實(shí)施方式中，集中器 120的中心可以定位為幾乎與平面X交叉。在一些實(shí)施方式中，集中器120能夠在第一位置和第二位置之間移動(dòng)。第二位置可以對(duì)應(yīng)于其中渦輪系統(tǒng)100構(gòu)造為從流體中獲取比處于第一位置少的能量或使比處于第一位置少的葉片組140保留至接近渦輪系統(tǒng)100的位置。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)集中器 120處于第一位置時(shí)，集中器120的推動(dòng)端134和回流端1 位于渦輪系統(tǒng)100的回流側(cè)。 在一些實(shí)施方式中，當(dāng)集中器120處于第二位置時(shí)，推動(dòng)端134位于推動(dòng)側(cè)，回流端1 位于回流側(cè)。集中器120還可以定位為完全阻止葉片組140的至接近渦輪系統(tǒng)100的流體的任何的基本上直接暴露。在一些實(shí)施方式中，集中器120能夠沿著第一和第二位置之間的軌跡移動(dòng)。馬達(dá)可以用來(lái)調(diào)整集中器120的位置。安裝在流體渦輪系統(tǒng)100上或附近的傳感器可以用來(lái)感測(cè)流體的方向或速度。來(lái)自傳感器的信息可以用力手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整集中器 120的位置。例如，安裝在集中器120上的傳感器可以向計(jì)算機(jī)發(fā)送指示高流體速度或風(fēng)速的信號(hào)。計(jì)算機(jī)可以確定集中器120應(yīng)當(dāng)移動(dòng)，以降低葉片組140的旋轉(zhuǎn)速度，或防止葉片組140受到損壞。當(dāng)風(fēng)速增加降低時(shí)，集中器120可以自動(dòng)移回到第一位置。集中器120 可以為控制器，其控制葉片組140的旋轉(zhuǎn)速度。集中器120的運(yùn)動(dòng)可以由集中器相對(duì)于如本文中任何地方描述的整體流體流動(dòng)方向的調(diào)整代替、添加或組合。集中器120的上游表面還可以包括第二表面部126，其可相對(duì)于第一彎曲表面部 122更遠(yuǎn)地定位到回流側(cè)中。第二表面部可以從第三位置向比第三位置更深入回流側(cè)且下游更遠(yuǎn)的第四位置延伸。集中器可以具有偏轉(zhuǎn)點(diǎn)124，在該偏轉(zhuǎn)點(diǎn)處，流體或者被偏向推動(dòng)側(cè)或者被偏離推動(dòng)側(cè)。集中器120可以對(duì)稱，如在圖1中圖示的實(shí)施方式所示，在這種情況中，偏轉(zhuǎn)點(diǎn)1 可以是上游表面的中點(diǎn)。如圖1所示，偏轉(zhuǎn)點(diǎn)1 兩側(cè)的上游表面部可以為朝向上游的凸起，使得整個(gè)上游表面為朝向上游凸起的大致U形表面。上游表面可以具有大致拋物線形，且可以在數(shù)學(xué)上符合或不符合拋物線方程。上游表面作為整體還可以大致形成為機(jī)翼的前端，其可以在技術(shù)上符合或不和機(jī)翼的嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義。如全文中所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“拋物線”和“機(jī)翼”是寬泛的術(shù)語(yǔ)，這些術(shù)語(yǔ)描述的成型表面不需要嚴(yán)格地符合“拋物線”和“機(jī)翼”形狀的數(shù)學(xué)定義。集中器120的下游表面可以成型并定位為朝向下游凸起。在圖1中圖示的實(shí)施方式中，集中器120的下游表面包括上游流動(dòng)表面132、中間表面136和下游流動(dòng)表面130。如將參照?qǐng)D2討論的那樣，上游流動(dòng)表面132可以構(gòu)造為從葉片組140向上游流動(dòng)的流體，并將流體引向中間表面136。中間表面136可以構(gòu)造為將來(lái)自上游流動(dòng)表面132的至少一部分流體重新定向至下游流動(dòng)表面130。下游流動(dòng)表面130成型并構(gòu)造為將流體向下游引入整體流體流中，以最終流動(dòng)離開(kāi)葉片組140。如圖1中示出的實(shí)施方式所示，集中器120的下游表面可以與集中器120的上游表面大致等距，形成大致恒定厚度的集中器120。在一些實(shí)施方式中，集中器120作為整體可以大致形成為拋物體，其形成大致形成為大致中空機(jī)翼的前端部，或大致是U形的。集中器120還越過(guò)回流側(cè)的葉片的路徑的外端延伸距離Z， 如圖1所示和如下文進(jìn)一步描述的那樣?，F(xiàn)在將描述圖1中圖示的可變集中器110?？勺兗衅?10可以大致形成為機(jī)翼。 如圖1所示，可變集中器110具有前緣112、后緣118和兩個(gè)側(cè)表面114，116?？勺兗衅?110位于渦輪系統(tǒng)的推動(dòng)側(cè)和葉片組140的上游。側(cè)表面114可以為大致平行于沿著葉片組140的高度的實(shí)質(zhì)部分的軸線Y延伸的偏轉(zhuǎn)表面?？勺兗衅?10可以在第一位置和第二位置之間移動(dòng)，可變集中器110可以構(gòu)造為在第一位置將比在第二位置多的流體偏向葉片組。在一些實(shí)施方式中，可變集中器110 由偏壓機(jī)構(gòu)偏壓向第一位置。偏壓機(jī)構(gòu)可以為主動(dòng)的(即，馬達(dá))或被動(dòng)的(即，彈簧)。 當(dāng)流經(jīng)可變集中器110的流體的速度增加時(shí)，可變集中器可以移向其中很少有流體或基本上沒(méi)有流體被偏向葉片組140的第二位置。在一些實(shí)施方式中，流過(guò)可變集中器110的流體使可變集中器110移動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，代替或除了由流經(jīng)可變集中器110的流體引起的運(yùn)動(dòng)之外，馬達(dá)或其它定位器可以用來(lái)定位可變集中器110。渦輪系統(tǒng)100可以構(gòu)造為在低流體速度環(huán)境中將可變集中器定位在第一位置，以及在高流體速度環(huán)境中將可變集中器定位在第二位置?？勺兗衅骺梢栽诘土黧w環(huán)境中將流體偏向葉片組，并防止高流體速度損壞渦輪。因而，可變集中器還可以被稱為控制器。圖1中示出的圖示包括作為流體渦輪系統(tǒng)100的一部分的導(dǎo)向馬達(dá)102和尾翼 104。導(dǎo)向馬達(dá)102和尾翼104可以單獨(dú)使用或組合使用，以維持集中器120和可變集中器 110的大致在葉片組140上游的相對(duì)位置。在一些實(shí)施方式中，集中器120成型并構(gòu)造為使得它自動(dòng)維持葉片組140上游的位置，并圍繞葉片組140的外圍旋轉(zhuǎn)，以維持其上游位置。 例如，如圖1所示，集中器120的彎曲對(duì)稱形狀可以允許它朝向流體流的上游。在其中集中器120或可變集中器110中的一個(gè)或多個(gè)成型并構(gòu)造為向面向給定流體流的上游的實(shí)施方式中，可變集中器110、集中器120中的另一個(gè)，或流體渦輪系統(tǒng)的其它元件可以連接至活動(dòng)元件，也用于維持關(guān)于上游方向的特定位置。在一些實(shí)施方式中，渦輪系統(tǒng)可以布置在具有大致恒定流體(即，風(fēng))方向的區(qū)域中，且集中器120和可變集中器110可以具有關(guān)于葉片組140的相對(duì)固定的位置。圖2為包括葉片組140、集中器120和可變集中器110的渦輪系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式。整體流體流的大致方向由箭頭200示出。圖2大致示出渦輪系統(tǒng)附近的響應(yīng)于接近渦輪系統(tǒng)的如箭頭200所示的整體流體流的多種可能的流體流徑。例如，箭頭204顯示一些流體可以被引向推動(dòng)側(cè)，如圖2所示。箭頭206顯示至少一些流體可以被引導(dǎo)離開(kāi)推動(dòng)側(cè)并繼續(xù)向下游流動(dòng)，最終流動(dòng)離開(kāi)渦輪系統(tǒng)。箭頭208顯示至少一部分流體可以流過(guò)葉片 142的背面部250。當(dāng)流體流過(guò)葉片142的背面部250時(shí)，流體速度可以增加。沿著由箭頭 208示出的路徑流動(dòng)的流體的速度的增加可以使葉片142升高，從而提供傾向于使葉片組 140旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。沿著集中器120(即，沿著由箭頭204，206指示的路徑)流動(dòng)的流體還傾向于增加速度和壓縮。由集中器120沿著箭頭204指示的路徑加速的被壓縮、集中的流體流入推動(dòng)側(cè)，從而提供更大的轉(zhuǎn)矩，以使葉片組140旋轉(zhuǎn)。葉片組140的掠過(guò)路徑的外圍由虛線202示出。如圖2中的箭頭214，216，218， 220所示，葉片組140的掠過(guò)路徑內(nèi)的流體可以沿逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)。沿著由箭頭214指示的路徑流動(dòng)的流體可以向葉片144的推動(dòng)表面260提供撞擊。沿著由箭頭216指示的路徑流動(dòng)的流體可以向葉片146的捕獲表面270提供撞擊。集中器120可以成型、構(gòu)造和/或定位為使得整體流體流將不作用在葉片148的拖曳表面280上。在圖2中圖示的實(shí)施方式中，集中器的深入回流側(cè)最遠(yuǎn)的部分沿垂直于平面X且遠(yuǎn)離推動(dòng)側(cè)的方向延伸到掠過(guò)路徑之外。沿著由箭頭206指示的路徑流經(jīng)集中器120的流體因此傾向于向下游流徑葉片組 140，而不撞擊在葉片148的拖曳表面280上，從而增加渦輪系統(tǒng)的效率。
如箭頭224，226，228，230，232所示，集中器120的形狀和位置還可以使向上游流出葉片組140的掠過(guò)路徑的流體由集中器120重新定向，以向下游流動(dòng)，并最終離開(kāi)葉片組 140。特別地，流體可以沿著由箭頭2 指示的沿著集中器120的上游流動(dòng)表面132的路徑流動(dòng)，并被重新定向，以沿著由箭頭230指示的沿著集中器120的下游流動(dòng)表面130的路徑向下游流動(dòng)。集中器120由此可以提供流體溢出路徑，其連續(xù)地吸引流體離開(kāi)葉片組140。 這種流體的連續(xù)吸引可以產(chǎn)生或有主意相對(duì)真空效應(yīng)，這種效應(yīng)傾向于在流體已經(jīng)撞擊葉片之后從葉片組的掠過(guò)路徑中移除流體。如上所述，集中器120的末端可以沿著垂直于平面X并離開(kāi)推動(dòng)側(cè)的方向延伸到葉片的掠過(guò)路徑之外，如圖1中的距離Z所示。集中器的定位因此可以產(chǎn)生阻塞效應(yīng)，這種效應(yīng)不能防止向下游流動(dòng)的流體接觸葉片148，而且可以為向上吸入集中器的流體提供足夠的空間，而不逆著整體流體流(即，沿著由箭頭2M指示的路徑)流動(dòng)。當(dāng)流體離開(kāi)集中器120的下游流動(dòng)表面130(即，沿著由箭頭232指示的路徑)時(shí)，它可以聯(lián)合或與已經(jīng)被從集中器120的上游表面偏轉(zhuǎn)(即，沿著由箭頭206指示的路徑)的流體并排流動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，集中器120沿著更加深入回流側(cè)的方向至少延伸至渦輪的外緣，使得集中器至少與渦輪的最外邊緣相切并平行于平面X的第二平面相切。第二平面可以與平面X隔開(kāi)葉片尖端半徑，集中器可以越過(guò)第二平面延伸沿垂直于平面X并離開(kāi)推動(dòng)側(cè)的方向測(cè)量的延伸距離。在一些實(shí)施方式中，所述延伸距離可以為葉片尖端半徑的至少5%，至少10%， 至少20%，至少25%，或者至少30%。在一些實(shí)施方式中，延伸距離在葉片尖端半徑的約 10%和約20%之間。優(yōu)選地，延伸距離在葉片尖端半徑的約20%和約30%之間，在葉片尖端半徑的約23%和27%之間，或?yàn)槿~片尖端半徑的約25%。在一些實(shí)施方式中，渦輪具有離推動(dòng)側(cè)最遠(yuǎn)的回流外緣，集中器具有離推動(dòng)側(cè)最遠(yuǎn)的回流端。在一些實(shí)施方式中，集中器的回流端和平面X之間的最近距離比渦輪的回流外緣和平面X之間的最近距離至少大1. 1 倍，至少大1. 2倍，至少大1. 3倍，至少大1. 4倍，或至少大1. 5倍。優(yōu)選地，集中器的回流端和平面X之間的最近距離比渦輪的回流外緣和平面X之間的最近距離大約1. 1-1. 4倍， 大1.2-1. 3倍，或大1.2倍?？梢杂杉衅?20產(chǎn)生的相對(duì)真空效應(yīng)還可以使流體的靠近葉片組140的旋轉(zhuǎn)移向回流側(cè)，或進(jìn)一步深入回流側(cè)。在葉片的開(kāi)口段或窗口中流動(dòng)的流體的大致方向由箭頭 234，236，238，240示出。該流體可以由集中器120吸出離開(kāi)葉片組，如由箭頭M2，244部分地所示。箭頭221和222顯示至少一些流體可以溢出葉片組140的掠過(guò)路徑并離開(kāi)渦輪系統(tǒng)大致向下游流動(dòng)，而未被完全吸向集中器的下游表面并被重新定向離開(kāi)集中器。在圖2中圖示的渦輪系統(tǒng)的實(shí)施方式中，可變集中器110定位為使得它將很少的流體或沒(méi)有流體偏向葉片組140，或者僅少量流體，沒(méi)有更多的流體，或稍微比在缺少可變集中器110的情況下由于由箭頭200定義的整體流體流而將流向葉片組140的流體少。在一些實(shí)施方式中，沿著可變集中器的側(cè)表面(即，沿著由箭頭210，212指示的路徑)流動(dòng)的流體的速度可以臨時(shí)增加，但未被比整體流體流遠(yuǎn)地偏向葉片組140。在一些實(shí)施方式中， 可變集中器110成型并定位使得在它為將流體偏向葉片組140時(shí)，它提供小的阻塞效應(yīng)，以防止高流體速度損壞葉片組140。繼續(xù)參照2，處于圖2中圖示的位置的葉片組140具有處于升高位置的葉片142、 處于推動(dòng)位置的葉片144、處于捕獲位置的葉片146和處于回流位置的葉片148。在一些實(shí)施方式中，葉片組140具有轉(zhuǎn)矩位置，在該轉(zhuǎn)矩位置中，至少一個(gè)葉片處于升高位置，至少一個(gè)葉片處于推動(dòng)位置，至少一個(gè)葉片處于捕獲位置，至少一個(gè)葉片處于回流位置。當(dāng)葉片組140旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片可以改變位置。在一些實(shí)施方式中，葉片組140在它旋轉(zhuǎn)時(shí)總是處于轉(zhuǎn)矩位置，使得當(dāng)渦輪響應(yīng)于輸入流體旋轉(zhuǎn)時(shí)，總是展現(xiàn)升高位置、推動(dòng)位置、捕獲位置和回流位置的有利的轉(zhuǎn)矩特征。在一些實(shí)施方式中，每個(gè)葉片起初僅處于升高位置、推動(dòng)位置、 捕獲位置和回流位置中的一個(gè)。在具有四個(gè)葉片的一些實(shí)施方式中，對(duì)于葉片組140的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)位置，僅具有一個(gè)升高葉片、一個(gè)推動(dòng)葉片、一個(gè)捕獲葉片和一個(gè)回流葉片， 所述葉片由它們的初始或主要位置分類(lèi)。圖3A為類(lèi)似于圖2中示出的渦輪系統(tǒng)的渦輪系統(tǒng)的頂視圖，并且圖示了由所描述的特征產(chǎn)生的沿著圖2中圖示的路徑流動(dòng)的流體的相對(duì)速度的多個(gè)區(qū)域。區(qū)域A，B, C，D 和E圖示相對(duì)中間的流體速度區(qū)域。區(qū)域F和G表示相對(duì)高的流體速度區(qū)域。區(qū)域H，I， J，K，L，和M圖示相對(duì)低的速度區(qū)域。圖;3B為具有接近^mph的輸入速度的渦輪系統(tǒng)的實(shí)施方式的示例性速度曲線。 圖:3B圖示出區(qū)域A，B, C，D和E具有接近輸入速度的流體速度。區(qū)域F和G具有大于輸入速度的流體速度，而區(qū)域H，I，J，K，L，M具有小于輸入速度的流體速度。如圖:3B所示，接近 28mph的輸入速度可以在葉片組的推動(dòng)側(cè)產(chǎn)生至少45mph的速度，如區(qū)域F中所示。所述速度曲線還包括可以顯示流體的相對(duì)濃度的速度向量。特別地，圖3B圖示了集中器附近的流體濃度的增加。圖4A為渦輪系統(tǒng)的頂視圖，示出了圍繞渦輪系統(tǒng)的流體的相對(duì)壓力區(qū)域。假設(shè)整體流體流的方向如圖2所示，圖4A的渦輪系統(tǒng)可以具有如圖4A中的區(qū)域N，0，P，Q，R和S 所示的中等壓力區(qū)。渦輪系統(tǒng)可以具有如圖4A中的區(qū)域T所示的高壓力區(qū)和如圖4A中的區(qū)域U所示的低壓力區(qū)。圖4B為渦輪系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式的壓力曲線。根據(jù)圖4B中圖示的速度向量流動(dòng)的輸入流體的壓力為占據(jù)區(qū)域N的中等壓力。如圖4A中所示，其它的中等范圍壓力區(qū)域包括區(qū)域0，P，Q，R和S。再一次，如圖4A中所示，區(qū)域T為相對(duì)于輸入流體的壓力的高壓力區(qū)，區(qū)域U為相對(duì)于輸入流體的壓力的低壓力區(qū)。圖5圖示了渦輪系統(tǒng)100的另一種實(shí)施方式。在圖5中，可變集中器110定位為將流體偏向葉片組。特別地，在低流體(即，風(fēng))速度下，定位為將流體偏向葉片組的可變集中器可以增加渦輪系統(tǒng)的啟動(dòng)流體速度，并增加系統(tǒng)在低流體速度下的效率。流體可以在可變集中器110附近流動(dòng)，如箭頭510，520所示?？勺兗衅?10的形狀可以在流體在可變集中器110附近流動(dòng)時(shí)使流體的速度增加并壓縮?？勺兗衅?10還可以定位使得離開(kāi)可變集中器110的流體隨后可以沿著如由箭頭550指示的路徑流向葉片組。這種流體中的至少一些可以用作在葉片組的葉片142，144，146，148中的一個(gè)或多個(gè)上，并且特別地作用在處于圖5中圖示的葉片位置的葉片144的推動(dòng)表面沈0上。在一些實(shí)施方式中，流體渦輪系統(tǒng)100的多種特征可以增加系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩輸出，或降低使葉片組開(kāi)始旋轉(zhuǎn)所需要的流體速度。例如，當(dāng)葉片組在圖5中圖示的位置靜止時(shí)，流體可以至少?gòu)娜~片142，144和146提供轉(zhuǎn)矩。特別地，流過(guò)葉片142的彎曲表面部250的由如箭頭560表示的流體可以產(chǎn)生傾向于使葉片142旋轉(zhuǎn)的抬升效應(yīng)。至少一些流體還可以流過(guò)葉片144的位于葉片144的大致直段160附近的開(kāi)口段，并作用在葉片146的捕獲表面270上。當(dāng)捕獲表面270直接位于葉片144的開(kāi)口段的下游時(shí)，直接向下游流動(dòng)的流體可以流過(guò)葉片144的開(kāi)口段，并流動(dòng)葉片146的捕獲表面270上。在一些實(shí)施方式中，即， 如圖5所示，由渦輪系統(tǒng)100的其它表面(即，可變集中器110上或葉片142的彎曲表面部 250上的表面)偏轉(zhuǎn)的流體使流體從整體流體流的方向轉(zhuǎn)向，并撞擊在葉片146的未直接位于葉片144的開(kāi)口段的下游的部分上。來(lái)自整體流體流的或被從可變集中器110偏向葉片組的流體還可以用作在葉片144的推動(dòng)表面部260上。因而，在圖5的位置上靜止的葉片組上的流體流可以從圖5中圖示的葉片中的至少三個(gè)提供轉(zhuǎn)矩。流徑旋轉(zhuǎn)葉片組140的流體還可以從所述葉片中的至少三個(gè)同時(shí)提供轉(zhuǎn)矩。如上參照?qǐng)D2描述的那樣，圖5中示出的集中器120還可以阻止整體流體流在葉片148的拖曳表面280產(chǎn)生附加的阻力。集中器120還可以增加沿著由箭頭540指示的路徑流動(dòng)的流體的速度并壓縮該流體。沿著箭頭530流動(dòng)離開(kāi)推動(dòng)側(cè)的流體也被集中和壓縮，這可以幫助吸引流體離開(kāi)葉片組，如上文參照?qǐng)D2描述的那樣。圖6A為不具有可變集中器的渦輪系統(tǒng)的頂視圖。圖6A顯示了在渦輪系統(tǒng)附近流動(dòng)的流體的多種速度區(qū)。輸入流體的速度在區(qū)域A'中示出。輸入流體與處于區(qū)域C'， D'和E'中的流體一起具有處于中間范圍的速度。區(qū)域F'和G'中的流體以比輸入流體高的速度流動(dòng)，區(qū)域H' , I'，J' ,K'，L'和M'中的流體以比輸入流體低的速度流動(dòng)。圖6B為渦輪系統(tǒng)的類(lèi)似于圖6A中示出的實(shí)施方式的示例性實(shí)施方式的速度曲線。輸入速度為觀，具有至少45mph的最大速度，如區(qū)域F'所示。中間范圍速度區(qū)標(biāo)明為 A'，C'，D'和E'。高流體速度區(qū)包括F'和G'。低流體速度區(qū)包括H'，I'，J'，K'， L'和M'。流體流的方向和流體的相對(duì)濃度由圖6B中的速度曲線中的速度向量表示。區(qū)域F'中的較黑的陰影區(qū)域表示靠近推動(dòng)側(cè)的位置的最大速度。圖5的區(qū)域F'中的最大速度區(qū)域大于圖3B的區(qū)域F中的最大速度區(qū)域，表明可變集中器及其在圖;3B中的位置可以降低以最大速度流動(dòng)的流體的量，從而防止在高流體速度中對(duì)渦輪的損壞。圖7示出了流體渦輪系統(tǒng)700的實(shí)施方式。流體渦輪系統(tǒng)700包括葉片組740、集中器720和可變集中器710。葉片組740、集中器720和可變集中器710可以類(lèi)似于本文中描述的葉片組140、集中器120和可變集中器110。在圖7中圖示的實(shí)施方式中，集中器720 和可變集中器710具有基本上大于葉片組740的高度。在一些實(shí)施方式中，葉片組740、集中器720和可變集中器的高度基本上相同。在一些實(shí)施方式中，集中器720或可變集中器中的一個(gè)或多個(gè)的高度至少為葉片組中一個(gè)或多個(gè)葉片的高度的實(shí)質(zhì)部分。圖8為垂直軸線流體渦輪系統(tǒng)800的實(shí)施方式的側(cè)視圖。為了討論的目的，流體方向由箭頭810示出。位于葉片組140的中心軸190的頂部和底部的軸承箱806，808允許葉片組140旋轉(zhuǎn)。軸承箱806可以安裝在上支架802上，軸承箱808可以安裝在下支架804 上。在圖8中圖示的實(shí)施方式中，上支架802和下支架804可以相對(duì)于位于渦輪系統(tǒng)800的底部的基座812旋轉(zhuǎn)。尾翼104可以在上、下支架802，804之間延伸。尾翼104可以將系統(tǒng)定向?yàn)槭沟眉衅?20和可變集中器110將處于葉片組140的上游(即，逆風(fēng))，并朝向接近的流體(即，風(fēng))?？勺兗衅?10和集中器120在上支架802和下支架804之間在葉片組的左側(cè)延伸，如圖8所示。在一些實(shí)施方式中，集中器120相對(duì)于上支架802和下支架 804固定，可變集中器可旋轉(zhuǎn)地固定至上、下支架802，804。在一些實(shí)施方式中，變速箱106 可以用來(lái)將葉片組140的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)化為速度，其最佳用于將旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化為電能。變速箱106可以位于系統(tǒng)的基座812中。代替尾翼104或除了尾翼104之外，導(dǎo)向馬達(dá)102 (其可以為伺服電機(jī))還可以用來(lái)相對(duì)于基座802定向上支架802和下支架804。導(dǎo)向馬達(dá)102可以連接至傳感器，在一些實(shí)施方式中該傳感器可以感測(cè)流體流動(dòng)(即，風(fēng))的方向并定向渦輪系統(tǒng)800，使得集中器 120和可變集中器110處于葉片組的上游(即，逆風(fēng))。導(dǎo)向馬達(dá)102可以用力溫度系統(tǒng)， 并防止尾翼104響應(yīng)于流體流動(dòng)方向的輕微變化而振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，代替或除了導(dǎo)向馬達(dá)102之外，避震器(未示出)可以用來(lái)減慢系統(tǒng)對(duì)流體流動(dòng)方向的輕微變化的響應(yīng)。第二導(dǎo)向馬達(dá)(未示出)可以用來(lái)定向可變集中器110。第二導(dǎo)向馬達(dá)可以連接至傳感器，在一些實(shí)施方式中，當(dāng)系統(tǒng)800經(jīng)受高流體速度(S卩，處于大風(fēng)中)時(shí)，該傳感器可以感測(cè)流體速度并將可變集中器110定向?yàn)檫h(yuǎn)離葉片組140，以轉(zhuǎn)移流體離開(kāi)葉片組 140。導(dǎo)向馬達(dá)中的一個(gè)或多個(gè)可以位于基座812內(nèi)。也可以使用用于葉片組140、集中器 120和可變集中器110的其它結(jié)構(gòu)的支架或安裝構(gòu)件。這些設(shè)計(jì)可以被優(yōu)化，以促進(jìn)流體能量的有效轉(zhuǎn)換。在一些實(shí)施方式中，葉片組140、集中器120或可變集中器110中的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)安裝，并且可以相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)其它元件單獨(dú)移動(dòng)。流體渦輪系統(tǒng)800還可以包括起動(dòng)器。起動(dòng)器可以幫助使葉片組140開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施方式中，起動(dòng)器不是必要的，葉片組140將在合適的流體條件下自行起動(dòng)。圖9-10示出了具有四個(gè)葉片的葉片組740。近似地，葉片的內(nèi)徑向半部基本上是開(kāi)口的。頂部葉片支架902、中間葉片支架904和底部葉片支架906從旋轉(zhuǎn)軸線延伸至葉片的比開(kāi)口段遠(yuǎn)離軸線的基本實(shí)體部分。如圖9和10中看到的那樣，開(kāi)口段或窗口可以沿著葉片的高度的實(shí)質(zhì)部分延伸。開(kāi)口段可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。例如，圖10中的開(kāi)口 1002 可以看作連續(xù)的開(kāi)口 1002或沿著葉片的高度延伸的單個(gè)不連續(xù)開(kāi)口的小部分。圖11為圖7中示出的集中器720的透視圖。集中器720包括上游表面1104和下游表面1106。集中器720的前緣1102構(gòu)造為將流向集中器720的流體分成向渦輪的推動(dòng)半部流動(dòng)的流體推動(dòng)部分和流動(dòng)離開(kāi)渦輪的推動(dòng)半部的流體回流部分。后緣1110，1108可以定位在前緣1102的下游。后緣110可以對(duì)應(yīng)于圖1和2中示出的集中器120的推動(dòng)端 134。后緣112可以對(duì)應(yīng)于圖1和2中示出的集中器120的回流端128。圖12為圖7中示出的可變集中器710的透視圖。可變集中器710可以具有前緣 1202、后緣1206和側(cè)偏轉(zhuǎn)表面1204。后緣1206可以定位在前緣1202的下游。圖13-14示出了可以構(gòu)造為用在類(lèi)似于于上述那些流體渦輪系統(tǒng)中的葉片組 1300的實(shí)施方式。圖13中示出的葉片組1300的實(shí)施方式可以類(lèi)似于葉片組140的在圖1 中示出的實(shí)施方式，添加了沿著葉片組的長(zhǎng)度周期性地安裝的水平板。如圖13所示，葉片組1300可以具有7段，每一段具有位于該部分的頂部和底部的水平板。葉片可以具有開(kāi)口段或窗口，其可以靠近每個(gè)葉片段的中間部分設(shè)置。圖14示出了葉片組1300的正視圖，開(kāi)口 1402靠近葉片的中間部分。在一些實(shí)施方式中，葉片組1300可以是模塊化得。例如，7個(gè)葉片組段中的每一個(gè)都可以是單獨(dú)安裝至中心軸1308的獨(dú)立件。模塊化的葉片組可以允許基于用戶喜好或可用空間容易控制渦輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的葉片段得數(shù)量。組裝葉片組1300的一種示例性方法可以如下(1)設(shè)置中心軸1308，其具有固定至該軸的底板1306 ;(幻設(shè)置包括板1304的葉片組分段，包括從板1304的底側(cè)突出的葉片分段，所述葉片分段包括朝向板1304的中心的開(kāi)口 ；(3)將葉片組安裝至中心軸1308 ；以及(4)將另外的葉片組分段安裝至中心軸1308，最后的葉片組分段包括頂板1302。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)葉片組分段可以包括位于葉片組分段的底部而不是頂部的板1304。在一些實(shí)施方式中，水平板可以與葉片隔開(kāi)，或者
可以一起省略。在一些實(shí)施方式中，葉片組的一個(gè)或多個(gè)部分可以徑向偏離一個(gè)或多個(gè)其它部分。例如，模塊化葉片組的一個(gè)分段中的葉片可以不與其上面和/或下面的葉片對(duì)齊，這與圖13中圖示的葉片組不同，在圖13中圖示的葉片組中，每個(gè)分段的葉片對(duì)齊以有效地形成沿著該葉片組的直的葉片。使葉片分段偏移可以幫助產(chǎn)生非循環(huán)轉(zhuǎn)矩輸出。在一些實(shí)施方式中，該葉片組的每個(gè)分段與其它的分段偏移10度。在一些實(shí)施方式中，每個(gè)分段與其下面或上面的分離偏移在約1度和約20度之間，在約5度和15度之間，或者在約8度和12 度之間。在一些實(shí)施方式中，甚至可以基于每個(gè)分段中的葉片的數(shù)量和/或用于以多種圖案將葉片均勻地放置在中心軸周?chē)姆侄蔚臄?shù)量計(jì)算分段的數(shù)量。在一些實(shí)施方式中，所述偏移在不同的分段之間不是均勻的。在一些實(shí)施方式中，不同葉片分段的偏移可以產(chǎn)生螺旋形狀或“虛螺旋”。例如， 葉片組1300的底部分段處得葉片1322可以安裝在相對(duì)于中心軸1308為0度的參考位置。 下一個(gè)分段那種的葉片1320可以安裝在10度處，下一個(gè)分度中的葉片1318可以安裝在20 度處，等等，直到位于葉片組1300頂部的葉片1310。對(duì)于葉片組1300的給定旋轉(zhuǎn)方位，葉片1322，1320，1318，1316，1314，1312，1310將位于相對(duì)于流體流的不同位置，且可以在不同時(shí)刻捕獲來(lái)自流體的推動(dòng)力。如果每個(gè)分段具有彼此均勻地隔開(kāi)的四個(gè)葉片，則當(dāng)葉片組1300旋轉(zhuǎn)時(shí)可以看到四個(gè)不同的螺旋圖案。在一些實(shí)施方式中，葉片分段可以以使得葉片分段沿相同的方向在特定葉片分段上面和下面散開(kāi)的圖案偏移。所述圖案可以類(lèi)似于上述螺旋形狀，除了它可以由兩個(gè)不連續(xù)的螺旋形狀構(gòu)成。例如，葉片組1300的中心分段的葉片1316可以安裝在相對(duì)于中心軸 1308成0度的參考位置。下一個(gè)更高的分段中的葉片1314可以安裝在10度處。下一個(gè)更高的分段中的葉片1312可以安裝在20度處。下一個(gè)更高的分段中的葉片1310可以安裝在30度處。葉片1316直接下面的分段中的葉片1318可以安裝在10度處。下一個(gè)更低的分段中的葉片1320可以安裝在20度處。下一個(gè)更低的分段中的葉片1322可以安裝在30 度處?？梢园ㄝ^少的或附加的葉片分段，并且偏移角度可以改變。在一些實(shí)施方式中，葉片組1300可以包括具有可調(diào)節(jié)偏移角度的葉片分段，使得偏移圖案可以根據(jù)用戶喜好、流體流條件或其它因素變化。上文參照?qǐng)D13描述的偏移設(shè)計(jì)可以與參照?qǐng)D1描述的葉片組 140—起使用。在圖1-12中描述的實(shí)施方式也可以是模塊化的，并構(gòu)造成如參照?qǐng)D13中示出的實(shí)施方式描述的那樣的獨(dú)立分段。在一些實(shí)施方式中，較少或附加的集中器或可變集中器可以構(gòu)造為與葉片組一起使用。也即是說(shuō)，葉片組可以單獨(dú)使用，或者與集中器或可變集中器中的一個(gè)或多個(gè)組合。 當(dāng)組合使用時(shí)，不同的原件可以增強(qiáng)由其它原件展現(xiàn)的便利特性，有時(shí)是協(xié)同地。例如，集中器與包括朝向葉片的內(nèi)徑部分的開(kāi)口或窗口的葉片組一起使用可以增加具有集中器或單獨(dú)具有葉片開(kāi)口的效果。渦輪系統(tǒng)還可以包括附加的葉片組，一個(gè)或多個(gè)葉片組可以包括少于或多于四個(gè)的葉片。在一些實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)參數(shù)可以采用諸如Cosmos Flofforks 和/或ADINA計(jì)算機(jī)建模之類(lèi)的計(jì)算機(jī)模擬研究?jī)?yōu)化。也可以采用PIV流體機(jī)械分析。這些工具可以用來(lái)增加設(shè)計(jì)效率，并確定渦輪系統(tǒng)的不同元件的數(shù)量、尺寸、形狀和/或布置的修改的愿望?？梢栽u(píng)估類(lèi)似于圖3B的設(shè)計(jì)，用于以約觀英里每小時(shí)的風(fēng)產(chǎn)生約5千瓦的功率。在一些實(shí)施方式中，可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)30%的理論效率。效率越高，從流體流轉(zhuǎn)化成可用能量，即電能的可用功率越多。垂直軸線流體渦輪系統(tǒng)的一些實(shí)施方式還可以構(gòu)造為不要求單向或?qū)訝盍黧w流。改系統(tǒng)還可以產(chǎn)生低的噪聲量，即使處于高流體流速。鳥(niǎo)類(lèi)很少可能由本文中描述的渦輪系統(tǒng)傷害。本文中描述的流體渦輪系統(tǒng)的實(shí)施方式的多個(gè)特性可以使該系統(tǒng)期望用作城市環(huán)境中的風(fēng)輪機(jī)，在那里它們也可以安裝在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上。本文中描述的系統(tǒng)因此可以用來(lái)從不適于其它風(fēng)輪機(jī)的小生態(tài)環(huán)境開(kāi)發(fā)風(fēng)力資源，同時(shí)仍產(chǎn)生實(shí)質(zhì)量得功率并降低傳輸線損耗。雖然參照垂直軸線渦輪描述了上述渦輪系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)不需要垂直安裝。一些實(shí)施方式可以水平安裝，或沿合適修改的其它方位安裝。而且，本文中公開(kāi)的某些單獨(dú)的特征或特征的組合可以適于用在水平渦輪或其它類(lèi)型的渦輪中。此外，其它流體可以用來(lái)使上述系統(tǒng)中的渦輪旋轉(zhuǎn)，包括水。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中對(duì)“一些實(shí)施方式”或“實(shí)施方式”的引用是指聯(lián)系該實(shí)施方式描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一些實(shí)施方式中。因此，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中的不同位置出現(xiàn)措辭“在一些實(shí)施方式中”或“在實(shí)施方式中”沒(méi)有必要是涉及相同的實(shí)施方式，并且可以涉及相同或不同實(shí)施方式中的一個(gè)或多個(gè)。而且，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何適合的方式在一種或多種實(shí)施方式組合，只要本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明將會(huì)明白。如在該說(shuō)明書(shū)中使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”、“具有”和類(lèi)似物是同義的，并且以開(kāi)放式方式包含在內(nèi)地使用，且不排除其它元件、特征、動(dòng)作、操作等等。此外，術(shù)語(yǔ)“或者”以其包含意義(且不易其排除意義)使用，使得當(dāng)例如用來(lái)連接一列元件時(shí)，術(shù)語(yǔ)“或者”是指該列中的元件中的一個(gè)、一些或所有。類(lèi)似地，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在各實(shí)施方式的上述描述中，不同的特征有時(shí)在單個(gè)實(shí)施方式、附圖或其描述中組合在一起，用于使本發(fā)明流暢的目的，以及幫助理解多種獨(dú)創(chuàng)性方面中的一個(gè)或多個(gè)。然而，這種公開(kāi)方面不應(yīng)當(dāng)解釋為反映任何權(quán)利要求要求比該權(quán)利要求中清楚地引用的多的特征的發(fā)明。更確切地說(shuō)，獨(dú)創(chuàng)性的方面在于比任何單個(gè)前面公開(kāi)的實(shí)施方式的所有特征少的組合。雖然在某些優(yōu)選實(shí)施方式和例子的說(shuō)明性背景中進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，本發(fā)明將具體描述的實(shí)施方式向外擴(kuò)展到其它可替換實(shí)施方式和/或用途以及明顯的修改和等同物。
權(quán)利要求
1.一種流體渦輪系統(tǒng)，包括渦輪，所述渦輪包括葉片組，該葉片組包括能夠圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的多個(gè)葉片，所述葉片中的一個(gè)或多個(gè)限定開(kāi)口段，該開(kāi)口段定位為使得開(kāi)口段的一部分比葉片的外邊緣更靠近所述軸線，對(duì)于限定上游方向和下游方向的流體的整體流的給定的方向，該渦輪包括推動(dòng)半部和回流半部；集中器，所述集中器能夠直接定位在渦輪的回流半部的至少一部分的上游的集中器位置，其中集中器在處于集中器位置時(shí)限定朝向上游的凸面和朝向下游的凹面，凸面能夠定位為將至少一些流體偏向渦輪的推動(dòng)半部，凹面能夠定位為將從渦輪的回流半部大致流向上游的至少一些流體重新定向?yàn)榇笾铝飨蛳掠危缓涂勺兗衅?，所述可變集中器能夠定位在渦輪的上游并且比回流半部更靠近推動(dòng)半部，可變集中器包括可操作以偏轉(zhuǎn)流體的偏轉(zhuǎn)表面，該偏轉(zhuǎn)表面能夠定位為沿著渦輪的高度的實(shí)質(zhì)部分大致平行于所述軸線延伸，其中可變集中器能夠在第一位置和第二位置之間移動(dòng)，并且其中可變集中器被構(gòu)造為在第一位置比在第二位置將更多的流體偏向葉片組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中所述多個(gè)葉片限定掠過(guò)路徑，并且其中掠過(guò)路徑的離推動(dòng)半部最遠(yuǎn)的邊緣限定外回流半部邊緣，并且其中集中器的至少一部分構(gòu)造為越過(guò)沿垂直于整體流并遠(yuǎn)離推動(dòng)半部的方向所測(cè)量的掠過(guò)路徑的外回流半部邊緣延伸，并且其中集中器成型并構(gòu)造為向上游吸引流體的阻力部分離開(kāi)掠過(guò)路徑并將流體的所述阻力部分重新定向?yàn)橄蛳掠瘟鲃?dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中所述多個(gè)葉片包括限定所述開(kāi)口段的四個(gè)葉片，所述四個(gè)葉片能夠從所述軸線延伸，所述四個(gè)葉片中的每一個(gè)都包括尖端，并且， 所述四個(gè)葉片中的每一個(gè)都能夠定位在升高位置、推動(dòng)位置、捕獲位置和回流位置；其中升高位置由下述葉片限定，即該葉片定位為使得處于升高位置的葉片的尖端大致位于所述軸線的上游，并且處于升高位置的該葉片的彎曲表面部是遠(yuǎn)離渦輪的回流半部朝向的凸起；其中推動(dòng)位置由下述葉片限定，即該葉片定位為使得處于推動(dòng)位置的該葉片的尖端位于渦輪的推動(dòng)半部上，并且處于推動(dòng)位置的該葉片的推動(dòng)表面部大致朝向上游；其中捕獲位置由下述葉片限定，即該葉片定位為使得處于捕獲位置的該葉片的尖端大致位于所述軸線的下游，并且處于捕獲位置的該葉片的捕獲表面部大致朝向上游；其中回流位置由下述葉片限定，即該葉片定位為使得處于回流位置的該葉片的尖端位于渦輪的回流半部上，并且處于回流表面位置的該葉片的回流表面部大致朝向上游。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中渦輪能夠定位在轉(zhuǎn)矩位置，在該轉(zhuǎn)矩位置中，所述四個(gè)葉片中的第一個(gè)處于升高位置，所述四個(gè)葉片中的第二個(gè)處于推動(dòng)位置，所述四個(gè)葉片中的第三個(gè)處于捕獲位置，而所述四個(gè)葉片中的第四個(gè)處于回流位置，所述集中器和所述四個(gè)葉片適于響應(yīng)于所述流體的整體流提供有利的轉(zhuǎn)矩特性；其中第一葉片構(gòu)造為使流過(guò)所述彎曲表面部上的至少一些流體加速，從而提供轉(zhuǎn)矩；其中第二葉片構(gòu)造為由撞擊在推動(dòng)表面部上的至少一些流體提供轉(zhuǎn)矩；其中第三葉片構(gòu)造為由撞擊在捕獲表面部上的至少一些流體提供轉(zhuǎn)矩；以及其中所述集中器構(gòu)造為通過(guò)防止至少一些流體撞擊在回流表面部上而降低第四葉片上的阻力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中所述多個(gè)葉片限定掠過(guò)路徑，并且其中掠過(guò)路徑的離推動(dòng)半部最遠(yuǎn)的邊緣限定外回流半部邊緣，并且其中集中器的至少一部分構(gòu)造為越過(guò)沿垂直于整體流并遠(yuǎn)離推動(dòng)半部的方向所測(cè)量的掠過(guò)路徑的外回流半部邊緣延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中第一葉片、第二葉片和第三葉片構(gòu)造為在渦輪在轉(zhuǎn)矩位置靜止時(shí)同時(shí)提供轉(zhuǎn)矩，第二葉片的開(kāi)口段能夠定位為使得至少一些流體穿過(guò)第二葉片的開(kāi)口段并撞擊在第三葉片的捕獲表面部上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中由所述葉片中的一個(gè)或多個(gè)限定的開(kāi)口段是連續(xù)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中由所述葉片中的一個(gè)或多個(gè)限定的開(kāi)口段是不連續(xù)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中可變集中器構(gòu)造為被偏壓向第一位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中可變集中器構(gòu)造為使得流體流可操作以將可變集中器從第一位置向第二位置調(diào)整。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中可變集中器構(gòu)造為在處于第二位置時(shí)將至少一些流體偏向葉片組。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中集中器和可變集中器能夠在渦輪的外圍附近移動(dòng)，該流體渦輪系統(tǒng)還包括適于連接至集中器和可變集中器的尾翼，該尾翼成型并構(gòu)造為將集中器和可變集中器大致定位在渦輪的上游。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流體渦輪系統(tǒng)，還包括適于連接至集中器和可變集中器的導(dǎo)向馬達(dá)，該導(dǎo)向馬達(dá)構(gòu)造為選擇性地控制集中器和可變集中器的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體渦輪系統(tǒng)，其中集中器和可變集中器能夠在渦輪的外圍附近移動(dòng)，該流體渦輪系統(tǒng)還包括適于連接至集中器和可變集中器的導(dǎo)向馬達(dá)，該導(dǎo)向馬達(dá)可操作以將集中器和可變集中器定位在渦輪的上游。
15.一種流體渦輪系統(tǒng)，包括渦輪，所述渦輪包括能夠圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的葉片，所述葉片限定沿著該葉片的高度的實(shí)質(zhì)部分的窗口，其中與所述軸線平行并交叉的第一平面將圍繞渦輪的空間分成回流側(cè)和與回流側(cè)相對(duì)的推動(dòng)側(cè)，該渦輪構(gòu)造為在回流側(cè)大致沿相對(duì)于名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體的上游方向旋轉(zhuǎn)，且在推動(dòng)側(cè)大致沿相對(duì)于名義上平行于所述平面流動(dòng)的流體的下游方向旋轉(zhuǎn)；和集中器，所述集中器能夠定位在渦輪的至少一部分的上游，并且能夠至少部分地或全部地定位在回流側(cè)，該集中器包括第一彎曲表面部，所述第一彎曲表面部構(gòu)造為從渦輪上游的第一位置延伸到渦輪上游更遠(yuǎn)的第二位置并進(jìn)一步延伸到回流側(cè)，其中第一彎曲表面部構(gòu)造為朝向流體流的上游方向凸起，并且第一彎曲表面部能夠定位為將至少一些流體偏向推動(dòng)側(cè)，該集中器還能夠定位為產(chǎn)生相對(duì)真空，以吸引至少一些流體離開(kāi)葉片的窗口。
全文摘要
描述了多種流體渦輪系統(tǒng)(100)和方法。渦輪(100)可以為構(gòu)造為從風(fēng)能產(chǎn)生功率的垂直軸線風(fēng)輪機(jī)。渦輪系統(tǒng)(100)可以具有葉片組(140)。葉片組(140)可以具有能夠圍繞軸線(Y)旋轉(zhuǎn)的多個(gè)葉片(142，144，146，148)。渦輪系統(tǒng)(100)可以具有能夠逆風(fēng)定位并位于葉片組(140)的回流側(cè)前面的集中器(120)。集中器(120)可以限定朝向風(fēng)的凸面。渦輪系統(tǒng)(100)還可以具有能夠定位在葉片組(140)的推動(dòng)側(cè)的逆風(fēng)處的可變集中器(110)?？勺兗衅?110)可以在第一位置和第二位置之間進(jìn)行調(diào)整，可變集中器(110)能夠在第一位置比在第二位置將更多的風(fēng)偏向渦輪(100)。
文檔編號(hào)F03D3/04GK102439293SQ200980143302
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者威廉·德呂特, 彼特·L·庫(kù)瓦, 邁克爾·阿拉沃斯 申請(qǐng)人:加利福尼亞能源公司