專利名稱：壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)，該壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)能夠與新的風(fēng)力渦輪機(jī)形成一體或能夠被改裝為現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)。該設(shè)計(jì)使用直接位于風(fēng)力渦輪機(jī)上游的改進(jìn)的罩。改進(jìn)的罩的使用通過提供來自渦輪機(jī)的提高的功率輸出而增大了引導(dǎo)穿過渦輪機(jī)的葉片的氣流。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的全球變暖的環(huán)境以及環(huán)境意識(shí)中，可再生能源變得越來越重要，陸上和海上的風(fēng)力渦輪機(jī)是最為得到認(rèn)可的可再生能源的形式。盡管渦輪機(jī)已經(jīng)證明是用于發(fā)電的可行方案，但它們具有其局限性。風(fēng)力渦輪機(jī)的主要問題之一是決定風(fēng)力渦輪機(jī)性能
的最大極限的已知為“貝茲極限”的現(xiàn)象。這是由穿過渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的壓力降低造成的，在該渦輪機(jī)中葉片正后方的空氣是低氣壓，且葉片正前方的空氣比大氣壓大。此葉片前方的增加的壓力使環(huán)繞渦輪機(jī)的一些風(fēng)或上游空氣轉(zhuǎn)向，這樣限制了能夠由渦輪機(jī)提取的工作量。然而，由于波動(dòng)的風(fēng)速，在大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)中，很少達(dá)到貝茲極限，該波動(dòng)的風(fēng)速是當(dāng)使用風(fēng)力渦輪機(jī)時(shí)的另一缺點(diǎn)。不能夠保證風(fēng)速，因此由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率是不一致的，且當(dāng)供應(yīng)消費(fèi)用電時(shí)，這顯然產(chǎn)生問題。結(jié)果，通常需要仔細(xì)選擇安置風(fēng)力渦輪機(jī)的位置，在具有更高的主流風(fēng)速的區(qū)域中選擇位置，且還通常選擇適度海拔的位置。還優(yōu)選地，渦輪機(jī)的葉片離地特定高度，因?yàn)樵诟呖诊L(fēng)速通常更高，原因是地平面經(jīng)受阻力且高空空氣的粘性低。然而，不考慮高度，在諸如渦輪機(jī)葉片的固體上方的氣流中，湍流是增加的阻力以及熱傳遞的原因。因此，在這樣的應(yīng)用中，且在此情況的風(fēng)力渦輪機(jī)中，流經(jīng)葉片的空氣或“風(fēng)”的湍流越大，由風(fēng)到渦輪機(jī)葉片的能量傳遞越低效。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括罩，所述罩至少包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分通過間隙互相隔開。優(yōu)選地，所述間隙環(huán)繞所述罩的大致整個(gè)周向延伸。優(yōu)選地，所述間隙沿大致徑向延伸。優(yōu)選地，所述罩包括三個(gè)或三個(gè)以上的部分，各部分分別通過間隙與相鄰的部分隔開。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括支撐件，所述支撐件將所述第一部分和所述第二部分相對于彼此固定。優(yōu)選地，所述支撐件包括支柱的大致圓形的陣列，所述支柱在所述罩的所述第一部分和所述第二部分之間延伸，且固定到所述罩的所述第一部分和所述第二部分。優(yōu)選地，所述罩的各部分是大致圓錐形狀。優(yōu)選地，所述第一部分比第二部分具有更陡的錐度。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括壓力釋放裝置，所述壓力釋放裝置可操作成改變所述罩內(nèi)的空氣壓力。優(yōu)選地，所述壓力釋放裝置包括所述罩內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)孔。優(yōu)選地，所述壓力釋放裝置包括一個(gè)或多個(gè)活板，所述活板設(shè)置在所述罩的壁上的對應(yīng)的孔周圍，所述活板或各所述活板可在封閉所述孔的閉合位置和露出所述孔的打開位置之間移動(dòng)。優(yōu)選地，使用中，當(dāng)所述罩內(nèi)達(dá)到閾值壓力時(shí)，所述活板或各所述活板自所述閉合位置可移開。優(yōu)選地，各活板朝著所述閉合位置偏置。優(yōu)選地，各活板被彈性偏置。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括底座，所述罩安裝在所述底座上。優(yōu)選地，所述罩可在所述底座上樞轉(zhuǎn)或可與所述底座一起樞轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述底座包括可安裝風(fēng)力渦輪機(jī)的平臺(tái)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括導(dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置適于移動(dòng)所述系統(tǒng)以面對風(fēng)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴，所述噴嘴安裝在所述罩周圍，且可操作成將空氣注射到所述罩內(nèi)周圍的氣流中和/或所述罩周圍的氣流中。優(yōu)選地，所述底座包括管道，所述管道用于將空氣供給所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴。優(yōu)選地，所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴與所述底座一體地形成。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)適于安裝到現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)的排氣口。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括與所述罩一體地形成的風(fēng)力渦輪機(jī)。


圖I示出根據(jù)本發(fā)明的壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)的前透視圖，沒有示出風(fēng)力渦輪機(jī)；圖2示出圖I的壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖3示出圖I和圖2的壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)的前視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖示出的整體表示為10的壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)，該壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)適于增強(qiáng)穿過另外的傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)的氣流的速度和/或分布，以便提高所述渦輪機(jī)的功率輸出。自如下附圖的描述中將理解，增強(qiáng)系統(tǒng)10可以被改裝為現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)，或可以與新的風(fēng)力渦輪機(jī)形成一體。 增強(qiáng)系統(tǒng)10包括基本上是圓錐形的罩12，該罩12在兩端部開口，且在示出的優(yōu)選實(shí)施方式中，該罩12安裝到底座14上，罩12能夠在底座14上旋轉(zhuǎn)，以跟隨主流風(fēng)，如后文中將詳細(xì)描述的。罩12包括第一部分16和第二部分18,該第一部分16和第二部分18通過周向地延伸的間隙20而互相隔開。還設(shè)想可以提供附加的部分(未示出)，且各部分與相鄰的部分分別通過相應(yīng)的間隙(未示出)分開。此實(shí)施方式中示出的間隙20在基本平行于罩12的縱軸線的方向延伸，盡管可替選地還設(shè)想到其它方向。
在示出的實(shí)施方式中，第一部分16和第二部分18通過呈圓形陣列的支柱22的形式的支撐件而互相固定，這些支柱22跨越間隙20在第一部分16和第二部分18之間延伸，且固定到第一部分16和第二部分18。罩12自身通過多個(gè)帶(tie) 24固定到底座14，這些帶24自鄰近底座14頂部的位置向外延伸固定到罩12，且在罩12的底部提供相同的設(shè)置。罩12還優(yōu)選地通過提供環(huán)繞第一部分16和第二部分18的許多加固環(huán)26來加固。這些加固環(huán)可以由金屬或任何其它合適的材料制成。罩12本身還可以由任何合適的材料形成，例如金屬片、玻璃纖維、碳化纖維等。將理解，罩12的結(jié)構(gòu)以及將罩12固定到底座14的方法能夠變化，只要保持將第一部分16和第二部分18分開的間隙20提供的基本功能。增強(qiáng)系統(tǒng)10還包括壓力釋放裝置，該壓力釋放裝置為在第一部分16和第二部分18內(nèi)的活板28的陣列的形式，各活板28被安置成覆蓋且因此封閉第一部分16或第二部分18的側(cè)壁中的對應(yīng)的孔30?；畎?8能夠在封閉對應(yīng)的孔30的閉合位置和露出孔30的打開位置之間移動(dòng)，且因此使得來自罩12的內(nèi)部的氣流能夠到罩12的外部，如下文將詳細(xì)描述的。在示出的實(shí)施方式中，活板28朝閉合位置彈性偏置。這通過將各活板28固定到圍繞罩12的外部定位的懸臂32實(shí)現(xiàn)，臂32適當(dāng)?shù)貜椥云珘赫?2。這可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，例如通過提供片簧、卷簧、氣動(dòng)/液壓油缸或任何其它功能等同物。選擇彈性偏置使得當(dāng)罩12內(nèi)到達(dá)預(yù)定壓力時(shí)，彈性偏置可以被克服。采用這種方式，如果壓力超過預(yù)定值，活板28將被向外推動(dòng)，以使對應(yīng)的孔30露出，因此釋放罩12內(nèi)的壓力。后文中將詳細(xì)描述此壓力釋放的目的。將理解，可以通過任何其它合適的裝置控制活板28的操作，例如使用電子控制裝置與合適的致動(dòng)器(未示出)配合以控制活板28的移動(dòng)。能夠提供壓力傳感器(未示出)以監(jiān)控罩12內(nèi)的壓力，且壓力傳感器將此信息傳送給電子控制裝置，以允許正確地控制活板28。最后，系統(tǒng)10包括一對導(dǎo)流葉片34,該導(dǎo)流葉片在罩12的外部安裝在自加固環(huán)26延伸的框架36上。導(dǎo)流葉片34被定位成為增強(qiáng)系統(tǒng)10提供風(fēng)向標(biāo)，以跟隨主流風(fēng)，且因此最大化引導(dǎo)到風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)的能量。這可以以許多備選方式實(shí)現(xiàn)，例如使用自底座14或罩12延伸的單個(gè)導(dǎo)流葉片，或通過使用電和/或機(jī)械致動(dòng)器(未示出)以便跟隨主流風(fēng)，且使軸承或偏航機(jī)構(gòu)上方的罩12或增強(qiáng)系統(tǒng)10跟隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)。接著轉(zhuǎn)向增強(qiáng)系統(tǒng)10的操作，罩12基本是截錐形，盡管在示出的實(shí)施方式中，第一部分16比第二部分18具有更陡峭的錐度。罩12的整體形狀是圓錐形的，且在使用中風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)直接安裝在由第二部分18限定的較小直徑端部的下游。渦輪機(jī)(未示出)優(yōu)選地例如通過渦輪機(jī)的轂(未示出)安裝到設(shè)置在底座14上的平臺(tái)38。然而，渦輪機(jī)可以通過任何其它合適的裝置相對于增強(qiáng)系統(tǒng)10固定，且設(shè)想渦輪機(jī)(未示出)可以使用單獨(dú)的支撐件(未示出)而非增強(qiáng)系統(tǒng)10的支撐件。然后，系統(tǒng)10被允許使用風(fēng)向標(biāo)以面對迎面而來的風(fēng)，該風(fēng)由罩12收集，且氣流因此被加速且被改變方向到渦輪機(jī)的葉片上，且穿過渦輪機(jī)的葉片，以進(jìn)行發(fā)電。使用中，最初，湍流風(fēng)流入罩12的第一部分16，且由于第一部分16的漸縮形狀，此風(fēng)被加速且通過罩12而被改變方向，同時(shí)部分地降低了風(fēng)的湍流。接著，此風(fēng)進(jìn)入第二部分18，其中間隙20在第一部分16和第二部分18之間形成過渡。如以上所提及的，第二部分18相對于第一部分16具有較小的角度或錐度，如圖2中能夠清楚地看到的。當(dāng)氣流自第一部分16到第二部分18時(shí)，為避免罩12的內(nèi)側(cè)壁上的氣流累積過多壓力，間隙20允許一些壓力自罩12的內(nèi)部釋放，以便加速氣流以及維持氣流的連續(xù)性，且因此防止在第一部分16和第二部分18之間的過渡處引入湍流。接著，空氣繼續(xù)通過第二部分18，其中由于第二部分18的錐度，空氣的速度再次增加，且殘余的湍流顯著降低或消除。加速的空氣流接著離開第二部分18，且流過風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)，以產(chǎn)生電能或機(jī)械能。通過降低第二部分18相對于第一部分16的錐度，穿過罩12的壓力的增加能夠被控制，以防止產(chǎn)生過多的壓力，這能夠限制接著能夠通過罩12的空氣的體積。然而，根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)勢，可能還經(jīng)受罩12內(nèi)壓力峰值，導(dǎo)致不一致的氣流通過罩12，且因此導(dǎo)致經(jīng)由風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)的不一致的功率產(chǎn)生。為克服此問題，渦輪機(jī)系統(tǒng)10被提供有活板28的陣列的形式的壓力釋放裝置以及罩12上的對應(yīng)的孔30。在示出的實(shí)施方式中，壓力釋放裝置被設(shè)置在第一部分16和第二部分18上，然而將理解它能夠被限制于一個(gè)部分或另一部分或全部省除。這樣，當(dāng)這樣的壓力峰值在罩12內(nèi)產(chǎn)生時(shí)，該陣列或活板28逆著它們的
彈簧偏置力而被迫打開，因此實(shí)現(xiàn)罩12內(nèi)的壓力降低。因此，這將確保一致的氣流通過罩12，以使傳遞給風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)的能量最大。取決于系統(tǒng)10的尺寸，且尤其是罩12的尺寸，都可以通過改變活板28的彈簧偏置力來改變打開活板28的閾值壓力。還設(shè)想，壓力釋放裝置可能采用除活板28的陣列之外的形式，只要保持基本的壓力降低功能。將理解，系統(tǒng)10的基本形狀和/或配置可以變化同時(shí)保持以上提及的功能。作為示例，罩12的內(nèi)表面或外表面，或?qū)Я魅~片34可能被提供有安裝在其上的、用于收集太陽能的裝置(未示出)，以補(bǔ)充渦輪機(jī)自身產(chǎn)生的功率?？商孢x地，由這樣的太陽能收集裝置產(chǎn)生的電能夠被用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)的的起動(dòng)馬達(dá)(未示出)，以在降低的風(fēng)速期間，允許渦輪機(jī)工作。此外，系統(tǒng)10可能包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴(未示出)，該噴嘴設(shè)置在罩12周圍且適于以一定速度且一方向朝向罩12發(fā)出高速噴射的空氣，或?qū)⒏咚賴娚涞目諝獍l(fā)射到罩12內(nèi)，高速噴射的空氣通過降低湍流、控制壓力且增加流過罩12的空氣的速度而影響所述空氣流。除罩12周圍的噴嘴的位置外，噴嘴的數(shù)量以及設(shè)計(jì)也可以根據(jù)需要變化。例如，設(shè)想底座14本身能夠形成噴嘴，其中通過底座14的內(nèi)部供應(yīng)空氣，且在面向罩12的內(nèi)部的位置的、底座14的側(cè)壁內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)孔或噴嘴(未不出)。這樣，噴射的空氣將自底座14直接發(fā)出，避免提供單獨(dú)的噴嘴陣列的需求。增強(qiáng)系統(tǒng)10能夠例如在相當(dāng)大型的通風(fēng)系統(tǒng)(未示出)的排氣位置安裝有罩12，該通風(fēng)系統(tǒng)例如用于地下停車場或大的辦公樓等。這樣，廢氣中能量不會(huì)被浪費(fèi)，而能夠借助于增強(qiáng)系統(tǒng)10而用于發(fā)動(dòng)渦輪機(jī)，以進(jìn)行發(fā)電。通過使用本發(fā)明的壓力控制的罩12，風(fēng)力渦輪機(jī)能夠具有增加的能量輸出。還應(yīng)注意，由于渦輪機(jī)在每平方米的吹掃面積產(chǎn)生更多能量，能夠降低葉片尺寸，且也能夠降低葉片所定位的高度，因此降低渦輪機(jī)的初始成本且增加能夠部署風(fēng)力渦輪機(jī)的位置的數(shù)量。因此，本發(fā)明的壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)10提供簡單卻高效的、提高風(fēng)力渦輪機(jī)性能的裝置和方法。增強(qiáng)系統(tǒng)10包括非常少的活動(dòng)部件，這有利于可靠性同時(shí)使成本最小?？梢砸匀我膺m合的材料制造渦輪機(jī)系統(tǒng)10的各個(gè)部件，但優(yōu)選地以諸如塑料、復(fù)合材料或其它材料之類的輕質(zhì)材料制造。
權(quán)利要求
1.一種壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)，包括罩，所述罩至少包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分通過間隙互相隔開。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述間隙環(huán)繞所述罩的基本上整個(gè)周向延伸。
3.如權(quán)利要求I或2所述的系統(tǒng)，其中，所述間隙沿大致徑向方向延伸。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述罩包括三個(gè)或三個(gè)以上的部分，各部分分別通過相應(yīng)的間隙與相鄰的部分隔開。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括支撐件，所述支撐件將所述第一部分和所述第二部分相對于彼此固定。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述支撐件包括支柱的大致圓形的陣列，所述支柱在所述罩的所述第一部分和所述第二部分之間延伸，且固定到所述罩的所述第一部分和所述第二部分。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述罩的各部分是大致圓錐形狀。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第一部分比第二部分具有更陡的錐度。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括壓力釋放裝置，所述壓力釋放裝置可被操作以改變所述罩內(nèi)的空氣壓力。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力釋放裝置包括在所述罩內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)孔。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力釋放裝置包括一個(gè)或多個(gè)活板，所述活板設(shè)置在所述罩的壁上的對應(yīng)的孔周圍，所述活板可在封閉所述孔的閉合位置和露出所述孔的打開位置之間移動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，在使用中，當(dāng)所述罩內(nèi)達(dá)到閾值壓力時(shí)，所述活板可從所述閉合位置移動(dòng)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)，其中，各活板朝著所述閉合位置偏置。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，各活板被彈性偏置。
15.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括底座，所述罩安裝在所述底座上。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述罩可在所述底座上樞轉(zhuǎn)或可與所述底座一起樞轉(zhuǎn)。
17.如權(quán)利要求15或16所述的系統(tǒng)，其中，所述底座包括可安裝風(fēng)力渦輪機(jī)的平臺(tái)。
18.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括導(dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置適于使所述系統(tǒng)移動(dòng)成以面對風(fēng)。
19.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴，所述噴嘴安裝在所述罩周圍且可被操作以將空氣注入所述罩內(nèi)的氣流中和/或所述罩周圍的氣流中。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述底座包括管道，所述管道用于將空氣供給所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴。
21.如權(quán)利要求19或20所述的系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴與所述底座一體地形成。
22.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)適于安裝到現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)的排氣口。
23.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括與所述罩一體地形成的風(fēng)力渦輪機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓力控制的風(fēng)力渦輪機(jī)增強(qiáng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩部分式圓錐形的罩，該罩直接位于渦輪機(jī)的上風(fēng)向，以通過自渦輪機(jī)產(chǎn)生增大的功率輸出方式來增強(qiáng)通過渦輪機(jī)的葉片的空氣的自然流動(dòng)。
文檔編號(hào)F03D1/04GK102803711SQ201080027494
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者詹姆斯·史密斯, 彼得·史密斯, 戴維·史密斯, 杰勒德·史密斯, 安德魯·史密斯 申請人:新世界能源企業(yè)有限公司