流體動(dòng)力渦輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種流體動(dòng)力渦輪機(jī),諸如風(fēng)力渦輪機(jī)(10),具有中空筒體(12),旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)容納在中空筒體中。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(14)被支撐在筒體(12)的遠(yuǎn)離渦輪機(jī)的端部處或附近。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(14)具有繞周邊間隔開的多個(gè)獨(dú)立入口(26)并且被布置成將每個(gè)入口處的空氣導(dǎo)向到內(nèi)管(18)中。進(jìn)入的空氣在結(jié)構(gòu)(14)內(nèi)以及在離開筒體(12)時(shí)受抑制,由此其速度足以使渦輪機(jī)(20)旋轉(zhuǎn)。筒體(12)的頂部的結(jié)構(gòu)大體上不要求維護(hù),并且由于易于接近,渦輪機(jī)(20)的維護(hù)比傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)容易得多。在渦輪機(jī)封閉時(shí),比傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)更安全且噪聲更小。
【專利說明】流體動(dòng)力渦輪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于流體動(dòng)力渦輪機(jī)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)并且涉及流體動(dòng)力渦輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近來,更多地關(guān)注將諸如風(fēng)力和波浪力等自然力轉(zhuǎn)變成有用功的方式。特別地,設(shè)有大量風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)場已經(jīng)幾乎變得常見。然而,當(dāng)前所使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)昂貴、噪聲大且低效。最公知的風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有高塔并且具有固定到發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)轂或軸上的兩個(gè)以上葉片,在高塔頂部附近支撐用于渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的殼體??諝饨?jīng)過葉片發(fā)出噪聲,并且發(fā)電機(jī)本身發(fā)出噪聲。
[0003]常用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)還必須經(jīng)過對準(zhǔn)從而風(fēng)力能夠旋轉(zhuǎn)葉片并且通常這些發(fā)電機(jī)需要電力來啟動(dòng)。此外,由于渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)安裝到高塔的頂部,所以維護(hù)困難。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)當(dāng)前可用的那些風(fēng)力發(fā)電機(jī)的流體動(dòng)力渦輪機(jī)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方案,提供一種流體動(dòng)力渦輪機(jī),包括:
[0006]細(xì)長的中空管;
[0007]可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī),其能夠借助流體流而運(yùn)轉(zhuǎn),并且被容納在所述中空管內(nèi)的第一端處或所述第一端附近;以及
[0008]流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其固定在所述中空管的與所述第一端間隔開的第二端處或所述第二端附近,
[0009]其中設(shè)有至少一個(gè)流體流動(dòng)導(dǎo)管,所述至少一個(gè)流體流動(dòng)導(dǎo)管在所述中空管內(nèi)延伸且將所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)連接,使得所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體流能夠被導(dǎo)向到所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)從而使所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),并且
[0010]所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)具有繞周邊間隔開的多個(gè)獨(dú)立的入口以及將每個(gè)入口處的流體引導(dǎo)到與所述流體流動(dòng)導(dǎo)管連通的流體出口的裝置。
[0011]本發(fā)明的實(shí)施例的流體動(dòng)力渦輪機(jī)可用作例如風(fēng)力渦輪機(jī)。不同于常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī),本發(fā)明不存在外部運(yùn)動(dòng)部件。此外,由于流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)具有繞其周邊間隔開的獨(dú)立入口,所以風(fēng)或其他流體無論到達(dá)的方向如何能夠被采集和導(dǎo)向。
[0012]在風(fēng)力渦輪機(jī)的背景下,中空管可以呈豎直中空筒體的形式,并且可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)將容納在筒體的底部內(nèi)。在該實(shí)施例中,可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)通常為具有大體水平延伸的葉片的豎直軸渦輪機(jī)。由于可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)在筒體內(nèi),所以處于受控環(huán)境中。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中,對流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的每個(gè)入口處的流體進(jìn)行導(dǎo)向的所述裝置包括繞流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)間隔開的多個(gè)漏斗部,并且每個(gè)漏斗部具有形成相應(yīng)入口的嘴部,其中相應(yīng)的出口管附接到每個(gè)漏斗部,每個(gè)出口管的出口與所述流體流動(dòng)導(dǎo)管連通,并且其中,所述流體流動(dòng)導(dǎo)管是在與所述流體流動(dòng)導(dǎo)管大體同軸的細(xì)長中空管內(nèi)延伸的內(nèi)部中空管。
[0014]優(yōu)選地,可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)包含有用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)。[0015]可替代地,可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)可被布置成向磨石、向泵或者向其他發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。
[0016]優(yōu)選地,流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)被布置成將流體抽入流體流動(dòng)導(dǎo)管中并且增加被導(dǎo)向到可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的流體的速度。
[0017]此外,被導(dǎo)向到可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的流體被限制為在離開渦輪機(jī)之后在中空管內(nèi)返回流向流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),然后離開流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),所述流體從所述渦輪機(jī)的離開被設(shè)置成增加流體的質(zhì)量流率。
[0018]在本發(fā)明的渦輪機(jī)的實(shí)施例中,渦輪機(jī)具有豎直軸線,并且流體流動(dòng)被向下引導(dǎo)到大體水平延伸的葉片上。因此,全部的葉片受流體流動(dòng)驅(qū)動(dòng)以便提高效率。
[0019]該布置方式使得流體流動(dòng)集中并且提高渦輪機(jī)上流體流動(dòng)的速度。渦輪機(jī)能夠具有相對大的功率,而能夠保持小的覆蓋區(qū)域以提高效率。
[0020]流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的成形以及控制流體流的其他布置方式能夠根據(jù)需要進(jìn)行選擇從而提聞潤輪機(jī)的性能。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中,每個(gè)入口結(jié)構(gòu)是嘴部形成入口的漏斗部,并且相應(yīng)的出口管附接到相應(yīng)漏斗部的出口。全部漏斗部的全部出口管是相鄰的且基本平行。
[0022]在使用時(shí),相鄰的出口管將被布置成均與中空管或筒體的內(nèi)部連通。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中,活動(dòng)擋板附接到每個(gè)漏斗部的出口處或出口附近。優(yōu)選地,該布置方式使得每個(gè)活動(dòng)擋板在重力作用下大體閉合相應(yīng)的出口。
[0024]活動(dòng)擋板閉合漏斗部的出口,進(jìn)入的流體流動(dòng)都不通過漏斗部的出口以確保離開的流體流動(dòng)能夠被適當(dāng)?shù)貙?dǎo)向。
[0025]優(yōu)選地,殼體包括形成為限定所述入口的框架,所述框架具有承載的頂板,所述頂板成形為對氣流進(jìn)行導(dǎo)向。
[0026]如果需要,太陽能板可由殼體的頂板承載。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中,框架包括利用豎直支柱接合的頂部和底部,其中相鄰的支柱對之間限定有入口。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中,限定支柱的入口對限定了框架中的間隙。這些間隙與管連通并且因此形成了離開流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的流體的排氣口。因此,在該布置方式中,入口和間隙圍繞流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的周邊交替地布置。
[0029]在可替代的實(shí)施例中,框架延伸,并且與管連通的排氣口圍繞框架延伸部的周邊延伸。因此,例如,框架延伸部包括圍繞周邊布置的多個(gè)相鄰排氣口且可布置在框架的上方或下方,多個(gè)相鄰入口圍繞框架的周邊布置。
[0030]優(yōu)選地安裝活動(dòng)擋板以閉合間隙,使得離開的流體流動(dòng)能夠根據(jù)要求而被導(dǎo)向。這些擋板同樣優(yōu)選地在重力作用下閉合。
[0031]優(yōu)選地,氣流穩(wěn)定板被支撐在框架的下方??商娲?,氣流穩(wěn)定板可以被支撐在框架的上方。在該布置方式中,氣流穩(wěn)定板可以形成頂板或者可以替代頂板。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]下文將參考附圖通過實(shí)例方式對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明,在附圖中:
[0033]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖;
[0034]圖2示出了圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)的豎直截面;[0035]圖3示出了展示風(fēng)流的圖2的截面;
[0036]圖4a示出了流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的框架的豎直截面;
[0037]圖4b示出了從圖4a的框架上方看到的示意圖,概括地示出了內(nèi)置的漏斗部;
[0038]圖5a示出設(shè)有擋板的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的漏斗部的豎直截面;
[0039]圖5b示出了圖5a的漏斗部的水平截面;
[0040]圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖;
[0041]圖7示出了圖6的風(fēng)力渦輪機(jī)的豎直截面;
[0042]圖8a示出了沿圖6的線A — A截取的圖6的風(fēng)力渦輪機(jī)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的截面;
[0043]圖8b不出了沿圖6的線B — B截取的截面;
[0044]圖9a示出了類似于圖8a的示意圖,示出了風(fēng)流;以及
[0045]圖9b示出了類似于圖Sb的示意圖,示出了風(fēng)流。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面將具體參考風(fēng)力發(fā)電機(jī)來描述本發(fā)明,也就是,將具體參考包含有可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)且布置成利用風(fēng)力來發(fā)電的風(fēng)動(dòng)力渦輪機(jī)。然而,所描述和圖示的風(fēng)力渦輪機(jī)可以替代地以其他方式利用風(fēng)力來做有用功。因此,眾所周知的是,在風(fēng)車和類似物的情況下,可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)不是為發(fā)電機(jī)供給動(dòng)力以發(fā)電,而是可以做機(jī)械功,諸如將機(jī)動(dòng)動(dòng)力提供給磨石或者泵或其他發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0047]而且,本發(fā)明被描述為如下的風(fēng)力發(fā)電機(jī),所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)布置成具有基本豎直延伸的中空管,使得流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)位于頂部并且可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)面向呈筒體或塔體形式的管的底部。然而,中空管可布置成其他取向,例如,水平地,或者可沿其長度具有彎曲部或其他的方向變化。
[0048]沿除了豎直方向以外的其它方向延伸的中空管可用于例如將風(fēng)力渦輪機(jī)支撐在建筑物上。在一個(gè)實(shí)施例中,流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)被支撐在建筑物的頂板或頂部上或者附近,中空管可以延伸貫通建筑物,例如,貫通電梯豎升或樓梯井。可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)將適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在中空管內(nèi)。
[0049]當(dāng)然,風(fēng),通常為氣流,是唯一一種可獲得可再生能量的流體,但是可以使用任何其他流體。最顯然的替代物是水或波浪力,并且本文所描述的原理可用于這樣的環(huán)境。
[0050]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)10。能夠看出,風(fēng)力渦輪機(jī)具有豎直的中空管12,中空管12形成了承載風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14的筒體。在中空筒體12的底部,設(shè)置有形成渦輪機(jī)腔室的部分16。
[0051]圖2示出了圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)10的豎直截面。將看出,中空筒體或管12內(nèi)部包含有同軸的中空內(nèi)管18。該內(nèi)管18在其底部內(nèi)容納渦輪機(jī)20,然后在筒體12內(nèi)向上延伸。風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14固定到筒體12和內(nèi)管18。
[0052]從圖4a和圖4b中能夠看出,風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14包括框架22,該框架具有借助豎直的細(xì)長支柱24接合起來的頂部和底部。這些支柱24限定圍繞框架22的周邊間隔開的多個(gè)入口 26。在圖示的實(shí)施例中,存在六個(gè)這樣的入口 26。然而,風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14可根據(jù)需要成形以提供更多或更少的入口。除了限定有入口 26,支柱24還限定有間隙28,如我們將看到的,間隙28將提供氣流的出口。如圖1所示,格柵29可以跨越這些間隙28。如圖4a中明顯看出,充當(dāng)氣流穩(wěn)定裝置的板30固定到框架22的底面的下方??梢栽跉饬鞣€(wěn)定裝置30與主筒體12之間設(shè)置支架32,如圖1和圖2所示,從而為風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14提供附加支撐。
[0053]框架22容納在圖4b中示出且在圖2中的豎直截面圖中示出的六個(gè)漏斗部36。每個(gè)漏斗部36具有口孔38,該口孔位于框架22的相應(yīng)的入口 26中。每個(gè)漏斗部36成形為向出口 40縮窄。在這方面,可根據(jù)需要來選擇漏斗部的形狀以提供所需的性能。從圖2中最佳地示出,為每個(gè)漏斗部36設(shè)置相應(yīng)的出口管42,并且相應(yīng)的出口管42在一端處固定至漏斗部36的出口 40,然后圍繞大約90度的彎曲部延伸而終止于管出口 44。從圖2中將看出,相鄰漏斗部36的出口管42基本上彼此平行地延伸,通常是相鄰的,并且都具有與中空的內(nèi)管18的內(nèi)部連通的出口 44。
[0054]當(dāng)然,出口管42中的彎曲部可以具有任意角度。出口管根據(jù)漏斗部的取向且根據(jù)中空內(nèi)管18的取向來定位。出口管42只需要提供漏斗部出口 40與中空管18內(nèi)部之間的連通。
[0055]從圖1和圖2中能夠看出,頂部或頂板50由風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14支撐在框架上方。如圖所示的,該頂板50能夠成形以引導(dǎo)風(fēng)流。
[0056]圖3示出如所描述和如圖所示的風(fēng)力渦輪機(jī)10的空氣流。將理解的是,當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)10的管或筒體12豎立成豎直延伸且有風(fēng)時(shí),氣流將從任意方向撞擊到風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14上。然而,由于入口 26圍繞結(jié)構(gòu)14間隔開,所以極可能的是氣流將直接撞擊到至少一個(gè)入口 26上,如圖3所示。因此,如圖所示,氣流W將到達(dá)至少一個(gè)特定漏斗部36的入口 38。漏斗部36沿其長度縮窄使得朝向出口管42流入漏斗部36的空氣將由于文丘里效應(yīng)而提高速度。該快速流動(dòng)的空氣被引導(dǎo)到內(nèi)管18中,然后沿內(nèi)管18向下流動(dòng)而撞擊渦輪機(jī)20的大體水平延伸的葉片上。在通過渦輪機(jī)20之后,空氣在中空筒體12之內(nèi)但是在內(nèi)管18之外向上流動(dòng),并且回流到風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14的框架22中但是在漏斗部36之外??諝鈴目蚣?2通過間隙28排出,如圖4b中所示的。
[0057]框架22內(nèi)的牽拉力(drag) D將從筒體12頂部離開的空氣抽出,該牽拉力用于將空氣W拉入風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14中。牽拉力D是由在漏斗部36下方但是在穩(wěn)定板30上方流過結(jié)構(gòu)24的空氣而產(chǎn)生的。在結(jié)構(gòu)14的與空氣進(jìn)入系統(tǒng)所經(jīng)的入口相反的一側(cè)也產(chǎn)生牽拉力。這些另外的牽拉力也試圖將空氣拉入風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14中。
[0058]能夠根據(jù)需要來選擇風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14的實(shí)際設(shè)計(jì),特別是各部件的形狀。該結(jié)構(gòu)的顯著特征在于,其不具有運(yùn)動(dòng)部件從而減小了噪聲,并且具有圍繞360度周邊朝向所有方向的入口而使得該結(jié)構(gòu)總是能夠接收和收集風(fēng)并且將風(fēng)導(dǎo)向渦輪機(jī)。
[0059]通常,在使用中,僅一些入口 26是打開的以允許空氣進(jìn)入系統(tǒng),并且間隙28中的選定間隙可以是閉合的。需要產(chǎn)生將風(fēng)抽過該結(jié)構(gòu)并且提高被導(dǎo)向渦輪機(jī)的風(fēng)的速度的牽拉力區(qū)域或低壓區(qū)域。將理解的是,被導(dǎo)入內(nèi)管18的快速流動(dòng)的風(fēng)保持快速的單向流動(dòng),當(dāng)流動(dòng)撞擊渦輪機(jī)時(shí),流動(dòng)撞擊渦輪機(jī)的所有葉片。這樣的措施以及其他的措施提高了渦輪機(jī)的葉片上方的質(zhì)量流率并且有助于從渦輪機(jī)獲得高效的功率。
[0060]渦輪機(jī)20可以采用所需的任何設(shè)計(jì)和構(gòu)造。能夠看出,渦輪機(jī)在地面水平處或恰在地面水平之上,因此能夠更易于接近來進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)然,渦輪機(jī)具有運(yùn)動(dòng)部件,但是由于這些運(yùn)動(dòng)部件位于筒體12和內(nèi)管I的內(nèi)部,所以能夠?qū)碜詼u輪機(jī)的噪聲保持得較低。
[0061]如上文所論述的,風(fēng)在進(jìn)入風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14時(shí)沿著縮窄的通道行進(jìn),該事實(shí)起到加速的作用。此外,期望的是流經(jīng)結(jié)構(gòu)14的空氣將在風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14內(nèi)造成有用的牽拉力而引發(fā)氣流。理論上講,期望的是,給定5m/s的平均風(fēng)速,流入中空的內(nèi)管18的空氣能夠獲得大于300m/s的速度。
[0062]圖5a和圖5b示出了漏斗部36的一個(gè)實(shí)施例的形狀。這樣的設(shè)計(jì)不僅促進(jìn)漏斗部內(nèi)的氣流,而且提供了如下的曲線外形:排氣必須沿著該曲線外形流動(dòng)而在漏斗部下方產(chǎn)生牽拉力。因此,漏斗部的加寬的口孔38有助于將風(fēng)收集到漏斗部中。漏斗部形狀應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地最優(yōu)化以允許空氣容易流過漏斗部并且易于從出口 40離開。
[0063]能夠看出,在圖5a和圖5b的實(shí)施例中,在出口 40處設(shè)置有風(fēng)擋板(wind flap)52。該風(fēng)擋板52是輕質(zhì)擋板,當(dāng)風(fēng)流入漏斗部36時(shí),風(fēng)擋板打開且允許空氣通過。漏斗部被成形和/或出口管42被成形為使擋板52由于重力而基本上閉合。因此,當(dāng)風(fēng)改變方向時(shí),擋板52閉合。風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14中的未接收到進(jìn)入的風(fēng)的所有漏斗部的閉合擋板確保了空氣沿著漏斗部36的外底面離開該結(jié)構(gòu)而不通過漏斗部本身。
[0064]漏斗部36要由牢固且輕質(zhì)的材料構(gòu)成??赡艿氖?,漏斗部被成型,因此由塑料材料或纖維玻璃制成。
[0065]主筒體12、內(nèi)管18和出口管42優(yōu)選地由鋼制成。雖然出口管42通常具有整體直徑相同的圓形截面,但是能夠看出,筒體12和內(nèi)管I兩者都具有初始的筒狀段,隨后是收斂段。在內(nèi)管18的情況下,僅有小的收斂段,此后內(nèi)管的長度的其余部分是筒狀的。相比之下,主筒體12具有限定渦輪機(jī)腔室16的筒狀段,然后向上收斂至頂部。應(yīng)理解的是,主筒體12的這種收斂對于朝向筒體12的頂部離開的空氣產(chǎn)生了收縮作用,這起到了加速空氣排氣并且有助于將空氣從筒體中拉出的作用。
[0066]能夠根據(jù)需要來選擇風(fēng)力渦輪機(jī)的構(gòu)成部件及其構(gòu)造方法以及制作各個(gè)構(gòu)件的材料。當(dāng)前可設(shè)想,主要構(gòu)件將分段制成,并且利用鋼桿連接。關(guān)于這點(diǎn),在圖2中示出了對框架22的頂板提供支撐的桿54。如果需要,可將太陽能板支撐在頂板50上。
[0067]已經(jīng)注意到,在風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14的框架22中有間隙28,排出的空氣通過該間隙28離開。代替橫跨間隙28設(shè)置格柵29,可在這些間隙28處設(shè)置圖4b中所示的單向擋板56以確保空氣不會(huì)通過這些間隙而流入結(jié)構(gòu)中。在圖4b中,閉合的擋板56面向風(fēng)流,而在結(jié)構(gòu)14的相反側(cè),出口間隙28打開以便空氣離開。
[0068]在框架32下方延伸的板30充當(dāng)氣流穩(wěn)定裝置。板30阻止從風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)14的下方被牽拉且進(jìn)入結(jié)構(gòu)14的上升流和空氣。板30確保在漏斗部36的下方有橫向且持續(xù)的空氣流經(jīng)過結(jié)構(gòu)14,由此產(chǎn)生牽拉力D。從圖4a中能夠看出,例如,板30延伸超過框架22。能夠選擇氣流穩(wěn)定板30的位置以對氣流進(jìn)行最佳控制并且使得與牽拉力的干涉最小。在一些構(gòu)造中,穩(wěn)定板30可完全閉合漏斗部下方的間隙。
[0069]將理解的是,與常規(guī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比,所描述和展示的風(fēng)力渦輪機(jī)具有多方面優(yōu)勢。該風(fēng)力渦輪機(jī)由于完全無需進(jìn)行調(diào)節(jié)來面向風(fēng),所以運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間得到增加。該風(fēng)力渦輪機(jī)在低很多的外部風(fēng)速下也將能運(yùn)轉(zhuǎn)。在筒體頂部上的結(jié)構(gòu)通常不需要維護(hù),并且可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)20和其他部件由于容易接近而其維護(hù)將變得容易得多。利用被封閉的渦輪機(jī)來發(fā)電,以達(dá)到安全和噪聲減小的目的。去除了外部葉片也將增強(qiáng)了對鳥類的安全性。
[0070]圖6示出了本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)的可替代實(shí)施例。圖6的風(fēng)力渦輪機(jī)110具有豎直中空管112,中空管112形成了承載風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)114的筒體。渦輪機(jī)腔室形成在筒體內(nèi)。[0071]與第一實(shí)施例相比較,風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)114具有兩個(gè)部件。存在第一部分和下方的第二部分,第一部分具有繞周邊間隔開的多個(gè)入口 126,并且下方的第二部分具有均被適當(dāng)?shù)膿醢?56閉合的多個(gè)出氣口 128。
[0072]從圖6和圖7中清晰可見,在替代實(shí)施例中,漏斗部136圍繞框架122的周邊延伸。具有入口 126的框架布置在支撐出氣口 128的框架的延伸部的上方。
[0073]如圖7所示,框架122容納六個(gè)漏斗部136,每個(gè)漏斗部具有口孔138,每個(gè)漏斗部向出口 140縮窄。出口與在筒體112內(nèi)延伸的內(nèi)部中空管118連通。在該實(shí)施例中,中空管118被成形成直徑隨著管從上到下延伸而減小。這進(jìn)一步利用文丘里效應(yīng)來提高中空管118內(nèi)的氣流速度并且增加安裝在內(nèi)管118的下部的縮窄區(qū)域內(nèi)的渦輪機(jī)120可用的動(dòng)能。
[0074]如圖7所示,在下端處,內(nèi)管118具有半徑rl,而筒體112具有半徑r2。在較低水平處由半徑rl限定的內(nèi)管118的面積是Al,而在該水平處由半徑r2限定的筒體112的面積是A2。為提高渦輪機(jī)效率并且增加通過渦輪機(jī)的風(fēng)質(zhì)量流率,應(yīng)當(dāng)保持以下關(guān)系:
[0075]A2 -ADAl0
[0076]從圖7中能夠看出,擋板152設(shè)置在每個(gè)漏斗部136的出口 140中。一般而言,這些擋板152不會(huì)由于風(fēng)、吸力或重力打開并因此被驅(qū)動(dòng)到打開位置和閉合位置。如上所示,每個(gè)出氣口 128被適當(dāng)?shù)膿醢?56閉合。
[0077]圖7示出了當(dāng)風(fēng)大體沿方向W流動(dòng)時(shí)相關(guān)的情形。接收風(fēng)的漏斗部的擋板152打開,以使來自一個(gè)或多個(gè)入口 138的風(fēng)流以及流入內(nèi)管118的風(fēng)流組合在一起并且撞擊渦輪機(jī)120。通常在風(fēng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)114的相反側(cè)、在出氣口 128上的擋板156打開,以使風(fēng)流過該結(jié)構(gòu),如圖7所示。
[0078]風(fēng)壓力打開和閉合擋板156。迎來的風(fēng)迫使面向風(fēng)的擋板156閉合。每個(gè)擋板156與在直徑方向上相反的擋板156機(jī)械連接(未不出)。隨著一側(cè)的擋板被風(fēng)閉合,相反的且相連接的擋板借助于打開的擋板附近產(chǎn)生的較低壓而被閉合擋板的力打開。
[0079]如果有利的話,可以省去擋板之間的機(jī)械連接,并且能夠在產(chǎn)生的較低壓下打開擋板。
[0080]圖8a是示出漏斗部136及其出口 140的截面。圖8b示出了帶出氣口 128的框架的延伸部并且示出了閉合那些開口的擋板156。圖9a和圖9b示出了相同的截面,但是風(fēng)的流動(dòng)受控,如圖7所示。能夠看出,流入結(jié)構(gòu)114的風(fēng)將進(jìn)入兩個(gè)以上漏斗部136。結(jié)構(gòu)相反側(cè)的擋板156將打開,但是通常在該相反側(cè)的小區(qū)域中,擋板156保持閉合。這確立了通過結(jié)構(gòu)114獲得風(fēng)流的最佳低壓區(qū),該最佳低壓區(qū)具有快的流速并且受約束從而以提供能量轉(zhuǎn)換效率的方式撞擊潤輪機(jī)。
[0081]應(yīng)當(dāng)理解的是,對所描述和展示的實(shí)施例進(jìn)行的各種變型和改變可落在如隨附權(quán)利要求書限定的本申請范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種流體動(dòng)力渦輪機(jī),包括: 細(xì)長的中空管; 可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī),其能夠借助流體流而運(yùn)轉(zhuǎn),并且被容納在所述中空管內(nèi)的第一端處或所述第一端附近;以及 流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其固定在所述中空管的與所述第一端間隔開的第二端處或所述第二端附近, 其中設(shè)有至少一個(gè)流體流動(dòng)導(dǎo)管,所述至少一個(gè)流體流動(dòng)導(dǎo)管在所述中空管內(nèi)延伸且將所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)連接,使得所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體流能夠被導(dǎo)向到所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)從而使所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),并且 所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)具有繞周邊間隔開的多個(gè)獨(dú)立的入口以及將每個(gè)入口處的流體引導(dǎo)到與所述流體流動(dòng)導(dǎo)管連通的流體出口的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的流體動(dòng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu),其中所述中空管呈豎直中空筒體的形式,并且所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)容納在所述筒體的底部內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的流體動(dòng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu),其中所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)是具有大體水平延伸的葉片的豎直軸渦輪機(jī)并且容納在所述中空筒體內(nèi)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的流體動(dòng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu),其中所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)包含有用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的流體動(dòng)力渦輪機(jī),其中對所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的每個(gè)入口處的流體進(jìn)行導(dǎo)向的所述裝置包括圍繞所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)間隔開的多個(gè)漏斗部并且每個(gè)漏斗部都具有形成相應(yīng)入口的嘴部,相應(yīng)的出口管附接到每個(gè)漏斗部,每個(gè)出口管的出口與所述流體流動(dòng)導(dǎo)管連通,并且所述流體流動(dòng)導(dǎo)管是在與所述流體流動(dòng)導(dǎo)管大體同軸的細(xì)長的所述中空管內(nèi)延伸的內(nèi)部中空管。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的流體動(dòng)力渦輪機(jī),其中所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)布置成將流體抽入所述流體流動(dòng)導(dǎo)管并且增加被導(dǎo)向到所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的流體的速度。
7.如權(quán)利要求6所述的流體動(dòng)力渦輪機(jī),其中被導(dǎo)向到所述可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的流體被限制為在離開所述渦輪機(jī)之后在所述中空管內(nèi)返回流向所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),然后離開所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),所述流體從所述渦輪機(jī)的離開被設(shè)置成增加流體的質(zhì)量流率。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的流體動(dòng)力渦輪機(jī),其中所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括殼體以及多個(gè)入口結(jié)構(gòu),所述殼體具有圍繞周邊間隔開的多個(gè)獨(dú)立的入口,每個(gè)入口結(jié)構(gòu)都在相應(yīng)的入口與流體出口之間延伸,隨著每個(gè)入口結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述入口延伸,每個(gè)入口結(jié)構(gòu)的橫截面積縮小。
9.如權(quán)利要求8所述的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其中每個(gè)入口結(jié)構(gòu)是嘴部形成入口的漏斗部,并且相應(yīng)的出口管附接到每個(gè)漏斗部的出口。
10.如權(quán)利要求9所述的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其中全部漏斗部的全部出口管是相鄰的且基本平行。
11.如權(quán)利要求10所述的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其中活動(dòng)擋板附接到每個(gè)漏斗部的出口處或出口附近。
12.如權(quán)利要求11所述的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其中所述布置方式使得每個(gè)活動(dòng)擋板在重力作用下大體閉合相應(yīng)的出口。
13.如權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其中所述殼體包括形成為限定所述入口的框架,所述框架具有承載的頂板,所述頂板被成形為引導(dǎo)氣流。
14.如權(quán)利要求13所述的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其中太陽能板由所述頂板承載。
15.如權(quán)利要求13或14所述的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu),其中所述框架包括利用豎直支柱接合的頂部和底部,相鄰的支柱對之間限定有入口。
【文檔編號(hào)】F03D1/04GK103958886SQ201280050497
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月14日
【發(fā)明者】拉杰什瓦爾·拉奧·德加拉 申請人:法諾海德有限公司