專利名稱：用于渦輪機(jī)的流體引導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及風(fēng)輪機(jī)和水輪機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于引導(dǎo)進(jìn)入軸流渦輪機(jī)或橫流渦輪機(jī)的流體的流體引導(dǎo)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)輪機(jī)通常速率處于該風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生發(fā)電機(jī)的額定功率或基本上最大額定功率的風(fēng)速下。在低風(fēng)速下，渦輪機(jī)將僅產(chǎn)生額定功率的一部分。弱風(fēng)與強(qiáng)風(fēng)相比包含較少能量，使得該弱風(fēng)自動(dòng)產(chǎn)生較少有用的能量。由于葉片的雷諾數(shù)在低風(fēng)速下減小，因此由風(fēng)轉(zhuǎn)化成有用轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)子效率或能量百分比也降低。明確需要一種可以增加從所有速度并且尤其低于渦輪機(jī)額定速度的速度下的氣流獲得的電力的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)。一旦超過所述額定速度，則由葉片生成的額外動(dòng)力出現(xiàn)損失。風(fēng)速始終變化的事實(shí)對于風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)操作者來說是個(gè)問題?，F(xiàn)有的風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)對即時(shí)風(fēng)速變化幾乎沒有控制。大多數(shù)現(xiàn)有渦輪機(jī)安裝有液壓驅(qū)動(dòng)葉片間距調(diào)節(jié)裝置。這些系統(tǒng)將葉片間距調(diào)節(jié)到在一定時(shí)間段上計(jì)算的平均風(fēng)速而不是調(diào)節(jié)到瞬時(shí)風(fēng)速。在所有風(fēng)速下，并且具體地在高風(fēng)速下，陣風(fēng)產(chǎn)生相當(dāng)大的操作問題。陣風(fēng)中的能量將快速增加轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。這可能會(huì)導(dǎo)致必須被電清除的產(chǎn)生的動(dòng)力的電壓波動(dòng)。 為了限制轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)葉片間距，但是葉片厚重，并且液壓驅(qū)動(dòng)間距調(diào)節(jié)較慢。因此，通常施加制動(dòng)以限制轉(zhuǎn)子速度的增加。當(dāng)相等時(shí)現(xiàn)有的渦輪機(jī)設(shè)計(jì)處理所述轉(zhuǎn)子的掃掠區(qū)域。雖然葉片可用的風(fēng)能在整個(gè)掃掠區(qū)域上不變，但是能量中大多數(shù)在與靠近葉片的末端的區(qū)域相對應(yīng)的高轉(zhuǎn)矩區(qū)域中生成?？拷鼟呗訁^(qū)域的中心軸或中心移動(dòng)的風(fēng)的能量基本上被浪費(fèi)掉。解決以上困難的技術(shù)將大大提高渦輪機(jī)效率，提高生產(chǎn)的電穩(wěn)定性并減少電力產(chǎn)生成本。因此，目前需要一種增加由渦輪機(jī)在所有操作風(fēng)速或流體速度下產(chǎn)生的能量的系統(tǒng)。還需要一種將轉(zhuǎn)子的掃掠區(qū)域分成高轉(zhuǎn)矩部分和低轉(zhuǎn)矩部分的系統(tǒng)。還需要一種通過調(diào)節(jié)掃掠區(qū)域的尺寸增加并控制風(fēng)速的系統(tǒng)。這通過對掃掠區(qū)域的一部分進(jìn)行劃分區(qū)組或分段來實(shí)現(xiàn)。還需要一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)增加葉片的沒有被分段的表面處的速度壓力，并安裝用于防止增加的速度壓力從葉片邊緣上泄露的外罩殼和用于防止空氣涌入到轉(zhuǎn)子的低轉(zhuǎn)矩區(qū)域的內(nèi)罩殼。還需要一種通過轉(zhuǎn)子葉片的未被分段區(qū)域控制風(fēng)速的系統(tǒng)。還需要一種通過轉(zhuǎn)子分段以最大化速度壓力來增加葉片處的風(fēng)速、葉片雷諾數(shù)和轉(zhuǎn)子效率系數(shù)的系統(tǒng)。還需要一種根據(jù)風(fēng)速和保持轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定的分段式掃掠區(qū)域的尺寸建立有效的閉環(huán)控制的系統(tǒng)。還需要一種在最大風(fēng)壓下將氣流引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子的最大半徑從而最大化每單位氣團(tuán)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)。還需要一種可以研制對現(xiàn)有渦輪機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的轉(zhuǎn)子分段設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滿足上述需要中的至少一個(gè)的引導(dǎo)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于沿輸入流方向引導(dǎo)進(jìn)入軸流式渦輪機(jī)的流體的引導(dǎo)系統(tǒng)，所述渦輪機(jī)包括多個(gè)渦輪葉片，所述引導(dǎo)系統(tǒng)包括-基部結(jié)構(gòu)；-連接到基部結(jié)構(gòu)的多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段；-引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于在縮回結(jié)構(gòu)與展開結(jié)構(gòu)之間可調(diào)節(jié)地定位引導(dǎo)區(qū)段; 和-外罩殼，所述外罩殼包圍渦輪葉片的圓周，其中引導(dǎo)區(qū)段在展開結(jié)構(gòu)中在橫交于輸入流方向的方向上延伸超過基部結(jié)構(gòu)并使流體朝向多個(gè)渦輪葉片的外圓周偏轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于沿輸入流方向引導(dǎo)進(jìn)入橫流式渦輪機(jī)的流體的引導(dǎo)系統(tǒng)，所述渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)渦輪葉片，引導(dǎo)系統(tǒng)包括-朝向渦輪機(jī)引導(dǎo)流體的入口；-連接到入口的多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段；和-引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于在縮回結(jié)構(gòu)與展開結(jié)構(gòu)之間可調(diào)節(jié)地定位引導(dǎo)區(qū)段；其中引導(dǎo)區(qū)段在展開結(jié)構(gòu)中在橫交于所述輸入流方向的方向上延伸超過入口并使所述流體朝向渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的中心線偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明提供一種能夠在流體流剛剛到達(dá)渦輪轉(zhuǎn)子之前使流體流的一部分移動(dòng)的設(shè)備。這種移動(dòng)使流體從掃掠區(qū)域的產(chǎn)生低轉(zhuǎn)矩的部分移動(dòng)到產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩的部分。兩個(gè)流體體積合并以增加高轉(zhuǎn)矩區(qū)域上的流體速度和速度壓力。該原理共同用于所有的軸流式渦輪機(jī)和橫流式渦輪機(jī)。在軸流式渦輪機(jī)的情況下，設(shè)備由將來自中心的流體流朝向轉(zhuǎn)子的周邊引導(dǎo)的中心圓錐或半圓形錐形部構(gòu)成。錐形部使重疊壁區(qū)段縮回或展開，從而產(chǎn)生使流體流穿過轉(zhuǎn)子葉片的環(huán)形通道。渦輪機(jī)的外部被遮蓋以防止由于在渦輪葉片的末端的泄漏而產(chǎn)生的速度壓力增加。在分段式錐形部的縮回位置，分段式錐形部優(yōu)選地占據(jù)總轉(zhuǎn)子掃掠面積的 50%與75%之間。在使該分段式錐形部免于接觸流體流的分段式錐形部的壁的后面，安裝允許重疊壁區(qū)段擴(kuò)大或展開的機(jī)構(gòu)。當(dāng)區(qū)段擴(kuò)大時(shí)，轉(zhuǎn)子的分段或分塊區(qū)域增加到100%。當(dāng)標(biāo)稱流體速度低時(shí)，采用可用掃掠面積的90% -99%的區(qū)段，而可用掃掠面積的0-10%的區(qū)段對應(yīng)于高標(biāo)稱流體速度。在橫流式渦輪機(jī)的情況下，安裝氣動(dòng)側(cè)偏轉(zhuǎn)裝置，使得可以延伸或旋轉(zhuǎn)到流體流中。側(cè)偏轉(zhuǎn)裝置連接到用作轉(zhuǎn)子的上游面和下游面前面的殼體的渦輪罩殼。需要罩殼或側(cè)壁以防止由于在轉(zhuǎn)子葉片的邊緣周圍的泄露造成的速度壓力的增加。
連接到渦輪機(jī)框架的致動(dòng)器推壓旋轉(zhuǎn)到流體流中并減小開口的寬度的偏轉(zhuǎn)裝置。 當(dāng)偏轉(zhuǎn)裝置前進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的低轉(zhuǎn)矩部分減少，并且流體流集中在高轉(zhuǎn)矩部分中。當(dāng)偏轉(zhuǎn)裝置完全伸出時(shí)，高轉(zhuǎn)矩區(qū)域幾乎接收所有流體，而低轉(zhuǎn)矩部分接收很少的流體或沒有接收流體。兩組平直垂直側(cè)板或內(nèi)壁位于垂直軸線轉(zhuǎn)子本身內(nèi)。該側(cè)板與側(cè)偏轉(zhuǎn)裝置的移動(dòng)同步往復(fù)移動(dòng)以在較少湍流的情況下產(chǎn)生更大限定的通道。該側(cè)板需要使用實(shí)際為H型的垂直轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，藉此葉片靠近其中點(diǎn)受到支撐且具有較少的交叉支撐。對于軸流式渦輪機(jī)和橫流式渦輪機(jī)，增加高轉(zhuǎn)矩區(qū)域上的流體流的速度壓力，從而提供相當(dāng)大的動(dòng)力。雖然已經(jīng)減少了轉(zhuǎn)子的掃掠面積，但是流體速度或速度壓力的增加對能量產(chǎn)生提供更大的貢獻(xiàn)。掃掠面積的調(diào)節(jié)還相對于葉片控制流體流速度，從而在所有標(biāo)稱流體速度下為轉(zhuǎn)子提供最大效率。流體流速度的控制進(jìn)而為更加穩(wěn)定和有效的發(fā)電提供穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。


在獲悉詳細(xì)說明并參照附圖時(shí)，本發(fā)明的這些及其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚可見，其中圖1是軸流式渦輪機(jī)的掃掠區(qū)域上的低轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)矩的區(qū)域(區(qū)段)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于有罩軸流式渦輪機(jī)的引導(dǎo)系統(tǒng)的側(cè)視截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于加力軸流式渦輪機(jī)的引導(dǎo)系統(tǒng)的側(cè)視截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一件式引導(dǎo)系統(tǒng)在多個(gè)區(qū)段展開的情況下的立體圖；圖5是圖4中所示的引導(dǎo)系統(tǒng)在多個(gè)區(qū)段縮回的情況下的立體圖；圖6A-6E分別為圖4和圖5中所示的分別處于完全展開、50%展開和縮回結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)系統(tǒng)的三個(gè)內(nèi)部透視圖和兩個(gè)詳細(xì)視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的配備有變速壓縮機(jī)風(fēng)扇的引導(dǎo)系統(tǒng)的立體圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的兩件式引導(dǎo)系統(tǒng)在區(qū)段展開的情況下的立體圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的兩件式引導(dǎo)系統(tǒng)在區(qū)段縮回的情況下的立體圖；圖10A-10C分別是圖8和圖9中所示的引導(dǎo)系統(tǒng)在完全展開結(jié)構(gòu)、50%展開結(jié)構(gòu)和縮回結(jié)構(gòu)下的內(nèi)部透視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的配備有變速壓縮機(jī)風(fēng)扇的兩件式引導(dǎo)系統(tǒng)的立體圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的對于具有引導(dǎo)的有罩軸流式渦輪機(jī)在三個(gè)標(biāo)稱風(fēng)速下的功率與分段比的曲線圖；圖13是用于模擬標(biāo)準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)水平軸風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子的操作的沿著葉片的弦和扭轉(zhuǎn)角分布的曲線圖；圖14是顯示橫流式渦輪機(jī)的掃掠區(qū)域上的低轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)矩的區(qū)域(區(qū)段)的示意圖；圖15是顯示通用橫流式渦輪機(jī)的切向力(FT)的方位變化的曲線圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的與有罩橫流式渦輪機(jī)一起使用的引導(dǎo)系統(tǒng)的俯視剖視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的與加力橫流式渦輪機(jī)一起使用的引導(dǎo)系統(tǒng)的俯視剖視圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的引導(dǎo)系統(tǒng)的立體圖；和圖19是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的對于具有引導(dǎo)系統(tǒng)的有罩軸流式渦輪機(jī)在三個(gè)標(biāo)稱風(fēng)速下的功率與分段比的曲線圖。
具體實(shí)施例方式雖然根據(jù)具體的實(shí)施例說明本發(fā)明，但是要理解的是這里所述的實(shí)施例僅作為實(shí)例，并且本發(fā)明的保護(hù)范圍不旨在受限于所述實(shí)施例。如圖2-11所示以及圖4和圖5最清楚地所示，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于沿輸入流方向引導(dǎo)進(jìn)入軸流式渦輪機(jī)1002的流體的引導(dǎo)系統(tǒng)1000。渦輪機(jī)1002包括多個(gè)渦輪葉片1004。引導(dǎo)系統(tǒng)1000包括中心基部結(jié)構(gòu)1006和連接到中心基部結(jié)構(gòu)1006的多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段1008。引導(dǎo)系統(tǒng)還包括用于可調(diào)節(jié)地將引導(dǎo)區(qū)段1008定位在縮回結(jié)構(gòu)(圖5中所示)和展開結(jié)構(gòu)(圖4中所示)之間的引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)1010。在展開結(jié)構(gòu)中，引導(dǎo)區(qū)段 1008在橫交于輸入流方向的方向上延伸超過基部結(jié)構(gòu)1006并使流體向多個(gè)渦輪葉片1004 的外圓周偏轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，基部結(jié)構(gòu)1006固定到渦輪機(jī)1002的中心旋轉(zhuǎn)軸。優(yōu)選地，如圖6A-6C清楚地所示，多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段1008為繞著基部結(jié)構(gòu)1006徑向定位的重疊區(qū)段。引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)1010包括將引導(dǎo)區(qū)段1008保持在適當(dāng)?shù)奈恢玫囊唤M拉桿1012和電動(dòng)螺母系統(tǒng)1014，所述電動(dòng)螺母系統(tǒng)沿中心旋轉(zhuǎn)軸的螺紋部分移動(dòng)并控制施加在拉桿1012上的壓力。優(yōu)選地，如圖5所示，渦輪葉片1004被容納在內(nèi)環(huán)形罩殼1016和外環(huán)形罩殼1018 之間?；拷Y(jié)構(gòu)1006可以徑向延伸到內(nèi)環(huán)形罩殼1016，并且引導(dǎo)區(qū)段1008延伸到與外環(huán)形罩殼1018的直徑相對應(yīng)的最大直徑。優(yōu)選地，基部結(jié)構(gòu)的直徑至少是渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的直徑的0. 3倍。優(yōu)選地，如圖7所示，引導(dǎo)系統(tǒng)1000還包括壓縮機(jī)風(fēng)扇1020，所述壓縮機(jī)風(fēng)扇定位于基部結(jié)構(gòu)1006的上游并增加進(jìn)入渦輪機(jī)的流體的速度。優(yōu)選地，引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器，并且引導(dǎo)系統(tǒng)還包括位于基部結(jié)構(gòu)的上游的流體速度測量系統(tǒng)。測量系統(tǒng)產(chǎn)生指示進(jìn)入渦輪機(jī)的流體速度的信號?？刂破魅缓蟾鶕?jù)指示進(jìn)入渦輪機(jī)的流體速度的信號調(diào)節(jié)引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，還提供與至少一個(gè)渦輪機(jī)一起使用以增加接觸風(fēng)輪機(jī)的葉片的氣流的速度壓力的用于軸流式渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子分段設(shè)備，該轉(zhuǎn)子分段設(shè)備包括(a)內(nèi)渦輪罩殼和外渦輪罩殼，所述內(nèi)渦輪罩殼和外渦輪罩殼構(gòu)成有罩的環(huán)形渦輪部分，所述部分包括入口和出口，所述入口具有等于所述出口的公稱直徑；(b)用于所述有罩的環(huán)形部分的入口和出口適配器，且入口和出口直徑稍微大于所述有罩部分，從而減少當(dāng)氣流進(jìn)入和離開所述有罩部分時(shí)速度壓力的損失；(c)定位于轉(zhuǎn)子的上游的氣動(dòng)分段形錐形部，所述錐形部具有允許所述分段式錐形部的基部的直徑增加和減小同時(shí)保持其氣動(dòng)結(jié)構(gòu)和相同形狀的重疊壁；(d)定位于轉(zhuǎn)子葉片的順風(fēng)側(cè)以最大化轉(zhuǎn)子葉片后面的速度壓力恢復(fù)的分段式錐形部；(e)可調(diào)節(jié)上游分段式錐形部，所述可調(diào)節(jié)上游分段式錐形部具有等于外罩殼的直徑的最大直徑和等于內(nèi)罩殼的直徑的最小直徑；(f)收縮機(jī)構(gòu)，所述收縮機(jī)構(gòu)使重疊錐形區(qū)段縮回和展開；(g) 一組拉桿，所述拉桿將重疊區(qū)段保持在適當(dāng)?shù)奈恢貌㈠F形部的高度的改變轉(zhuǎn)換成其基部的直徑的變化；(h)電動(dòng)螺母，所述電動(dòng)螺母沿轉(zhuǎn)子軸的螺紋部分往復(fù)移動(dòng)，以通過將壓力施加到分段式拉桿保持盤或從所述分段式拉桿保持盤釋放壓力來調(diào)節(jié)分段式錐形部的直徑；(i)風(fēng)速測量裝置，所述風(fēng)速測量裝置位于分段式錐形部的上游并發(fā)送用于調(diào)節(jié)分段式錐形部的直徑的連續(xù)信號；(j)電子控制器，所述電子控制器被編程以從風(fēng)速裝置讀取風(fēng)速并調(diào)節(jié)電動(dòng)螺母的位置，從而控制所述轉(zhuǎn)子葉片的表面處的風(fēng)速；以及(k)具有可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動(dòng)器的壓縮機(jī)風(fēng)扇，所述壓縮機(jī)風(fēng)扇裝配在轉(zhuǎn)子軸的端部上并用于增加所述轉(zhuǎn)子葉片的表面處的速度壓力。優(yōu)選地，有罩的風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子具有最少三個(gè)葉片和最多50個(gè)葉片，且所有葉片都具有與有罩部分相同的公稱直徑。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段裝置通過增加或減小分段裝置的直徑在可變尺寸的轉(zhuǎn)子葉片的表面處產(chǎn)生環(huán)形通道。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段設(shè)備能夠在渦輪轉(zhuǎn)子直徑的0. 30倍與1. 0倍之間調(diào)節(jié)該轉(zhuǎn)子分段設(shè)備的直徑。優(yōu)選地，分段式錐形部的尺寸使得該分段式錐形部可以安裝在渦輪轉(zhuǎn)子的軸上以隨渦輪機(jī)在風(fēng)中旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段式錐形部具有最大化轉(zhuǎn)子葉片的表面處的風(fēng)壓的流線形。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子分段式錐形部優(yōu)選地利用轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)速使重疊區(qū)段展開。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段式錐形部在不需要增加錐形部的基部與轉(zhuǎn)子之間的距離的情況下可增加該轉(zhuǎn)子分段式錐形部的直徑。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段裝置將氣流引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子葉片的最佳部分以在所有風(fēng)速下形成每單位風(fēng)量的最大轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段式錐形部在估算的4. 0m/s、7. Om/s和12. Om/s的風(fēng)速下可以顯著地增加由傳統(tǒng)的HAWT或軸流式渦輪機(jī)生成的動(dòng)力。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段設(shè)備可以通過對現(xiàn)有轉(zhuǎn)子或渦輪機(jī)的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)來增加現(xiàn)有 HAffT風(fēng)輪機(jī)的動(dòng)力輸出。
優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段設(shè)備由非加力式或加力軸流式風(fēng)輪機(jī)良好地實(shí)施。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子分段設(shè)備將電動(dòng)風(fēng)扇組裝在轉(zhuǎn)子軸的端部上以增加轉(zhuǎn)子葉片的表面處的速度壓力。本發(fā)明的上述及其它目的總體通過提供一種與風(fēng)輪機(jī)一起使用以增加接觸葉片的空氣的速度壓力的轉(zhuǎn)子分段設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。該轉(zhuǎn)子分段設(shè)備包括有罩轉(zhuǎn)子，該有罩轉(zhuǎn)子具有在入口處的彎曲形適配器和在出口處的圓錐形或彎曲形適配器；分段式錐形部，所述分段式錐形部具有由轉(zhuǎn)子的軸支撐的重疊區(qū)段；錐形部展開機(jī)構(gòu)，所述錐形部展開機(jī)構(gòu)采用位于分段式錐形段后面的張力臂；一系列重疊的外區(qū)段，所述重疊外區(qū)段當(dāng)伸出時(shí)具有基本上與渦輪轉(zhuǎn)子的半徑相同的外半徑；致動(dòng)器，所述致動(dòng)器安裝在轉(zhuǎn)子軸上，從而使所述區(qū)段以同步的方式展開；風(fēng)測量裝置，所述風(fēng)測量裝置位于轉(zhuǎn)子分段設(shè)備入口的上游；和致動(dòng)器或一系列致動(dòng)器，所述致動(dòng)器響應(yīng)于被編程以通過調(diào)節(jié)錐形區(qū)段的展開來保持風(fēng)速恒定的控制器。該原理的思想在于使用適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)控制系統(tǒng)將進(jìn)入氣流朝向轉(zhuǎn)子掃掠區(qū)域的在能量轉(zhuǎn)換方面最有效的區(qū)域引導(dǎo)。具體地，該原理可以應(yīng)用到在風(fēng)加力系統(tǒng)內(nèi)部中操作的傳統(tǒng)的非加力式風(fēng)輪機(jī)和加力式風(fēng)輪機(jī)。風(fēng)加力系統(tǒng)確保渦輪轉(zhuǎn)子前面的風(fēng)的速度壓力增加。速度壓力的增加可以小到大約為幾英寸水的百分?jǐn)?shù)，或者可以相當(dāng)大到大約幾英尺水， 并且需要應(yīng)用大的聚集-散開。在HAWT (水平軸風(fēng)輪機(jī))渦輪機(jī)的情況下，可以通過具有可變幾何形狀性能的安裝在轉(zhuǎn)子前面的錐形或半圓形主體進(jìn)行分段。錐形部將氣通量朝向高轉(zhuǎn)矩區(qū)域引導(dǎo)并防止該氣通量通過該錐形部的低效率中心區(qū)域，同時(shí)還使氣流加速。因?yàn)榧词乖诩恿ο到y(tǒng)中轉(zhuǎn)子上游的流態(tài)也基本上是亞音速不可壓縮流態(tài)(V< 100m/S)，放置在轉(zhuǎn)子前面的用于分段的主體優(yōu)選地具有半球形形狀。在HAWT轉(zhuǎn)子(螺旋槳型)的情況下，這里所述的原理的應(yīng)用用于將氣通量朝向其周邊(高轉(zhuǎn)矩110的區(qū)域)引導(dǎo)，如圖1所示，并且避免該氣通量通過轉(zhuǎn)子的中心區(qū)域，這是因?yàn)榕c葉片的旋轉(zhuǎn)軸線的小距離會(huì)使切向速度減小，從而導(dǎo)致差的氣動(dòng)效率(低轉(zhuǎn)矩區(qū)域100)。圖2中對于有罩HAWT(包括罩殼入口 210、渦輪罩殼200和罩殼出口 220)的情況示出了轉(zhuǎn)子掃掠區(qū)域“分段”概念的結(jié)構(gòu)原理，以及在圖3中對于采用風(fēng)加力系統(tǒng)(包括渦輪機(jī)300、聚集入口 310、擴(kuò)散器320、可在卷起結(jié)構(gòu)340與展開結(jié)構(gòu)360之間進(jìn)行調(diào)節(jié)的逆風(fēng)錐形部312、支柱322、渦輪部分314和可調(diào)節(jié)順風(fēng)錐形部324)的情況示出了轉(zhuǎn)子掃掠區(qū)域“分段”概念的結(jié)構(gòu)原理。在有罩渦輪機(jī)的情況下，入口和出口適配器位于罩殼或渦輪部分的端部處，而在加力式渦輪機(jī)的情況下，入口和出口適配器位于會(huì)聚器之后且在擴(kuò)散器之前。兩個(gè)適配器都被設(shè)計(jì)成專門降低入口和出口的損失。使用標(biāo)準(zhǔn)空氣操縱設(shè)計(jì)慣例設(shè)計(jì)入口和出口適配器的長度、寬度和形狀，并且入口和出口的長度、寬度和形狀不會(huì)增加進(jìn)入氣流或排出氣流的速度壓力。兩個(gè)適配器的內(nèi)徑基本上為罩殼的直徑。入口和出口面積優(yōu)選地在轉(zhuǎn)子面積的1.2倍與1.7倍之間。罩殼具有與轉(zhuǎn)子基本上相同的直徑以避免氣流繞過轉(zhuǎn)子葉片。當(dāng)氣流進(jìn)入罩殼時(shí)，分段式錐形部逐漸縮小掃掠區(qū)域，并且這增加了葉片上游的速度壓力。罩殼的作用是防止由于葉梢周圍的泄露和葉片上游和下游的一致風(fēng)向而使得速度壓力增加。罩殼的長度是
9葉片上游的速度壓力的函數(shù)。當(dāng)速度壓力較高時(shí)，與較低速度相比，罩殼在較高速度下需要形成為更長。用于比較被分段的掃掠區(qū)域的相對量的參數(shù)是分段比或SR。SR被定義為作為轉(zhuǎn)子的總掃掠區(qū)域的百分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)子葉片的非掃掠區(qū)域(暢流區(qū)域)的百分?jǐn)?shù)。為了最小化分段式錐形拉桿的移動(dòng)和區(qū)段的重疊量，一旦確定的高轉(zhuǎn)矩區(qū)域完全朝向氣流敞開，則錐形部的縮回定位將停止。通常，拉桿的移動(dòng)長度對應(yīng)于為0. 70-0. 0的 SR。在0. OSR處，轉(zhuǎn)子掃掠區(qū)域被完全分段且氣流停止，在0. 50下，分段面積等于轉(zhuǎn)子掃掠面積的50%。為了簡化展開機(jī)構(gòu)，分段式錐形部可以被構(gòu)造成為兩個(gè)部件而非一個(gè)部件。錐形部的頭部被固定，而僅錐形部的基部展開。這縮短了錐形臂部的長度并提供對SR更加精確的控制。已經(jīng)確定了當(dāng)SR減小甚至當(dāng)錐形重疊區(qū)段打開或展開時(shí)，速度壓力增加。錐形區(qū)段的展開即使對于大直徑轉(zhuǎn)子來說也都不是問題，這是因?yàn)楣潭ㄥF形部的直徑隨著轉(zhuǎn)子的直徑而增加。離心力將還確保拉桿總是處于拉緊狀態(tài)下。通過在轉(zhuǎn)子軸的螺紋部分上安裝電動(dòng)螺母來獲得需要使區(qū)段縮回的力。當(dāng)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母將增加錐形部的總高度。錐形部的頂點(diǎn)上將張力臂保持在適當(dāng)?shù)奈恢玫膱A形收集板通過電動(dòng)螺母沿螺紋軸的移動(dòng)而上升或下降。當(dāng)錐形部的基部固定時(shí)，施加到拉桿的將區(qū)段保持在適當(dāng)?shù)奈恢玫睦ζ仁狗侄问藉F形部的基部的面積減小。這進(jìn)而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的分段比。當(dāng)分段式錐形部的基部的位置固定時(shí)，重疊區(qū)段的邊緣與轉(zhuǎn)子葉片之間的距離在所有SR值下都保持不變。在又一個(gè)實(shí)施例中，分段式錐形部設(shè)計(jì)除了為一個(gè)部件之外還可以被設(shè)計(jì)成如圖 8-11所示的兩個(gè)不相等的部件。第一部件是固定的，具有固定直徑并安裝在轉(zhuǎn)子軸的端部上或安裝到支撐渦輪轉(zhuǎn)子的框架。第二部件是一組可展開的重疊區(qū)段并安裝在第一部件的背風(fēng)區(qū)?？烧归_區(qū)段的形式基本上為與第一半的下部相同的形式。因此，可展開區(qū)段當(dāng)完全縮回時(shí)被保護(hù)或遮蓋而免于碰到氣流。當(dāng)區(qū)段展開時(shí)，錐形部的直徑增加并且區(qū)段的末端靠近轉(zhuǎn)子葉片。區(qū)段的最大外緣在氣流的方向上可以是圓形或流線型以減少葉片處的湍流。當(dāng)區(qū)段展開時(shí)，外緣與葉片的表面之間的距離保持恒定。位于分段式錐形部的軸上的電動(dòng)螺母推動(dòng)錐形部的頭部遠(yuǎn)離葉片。即將來臨的風(fēng)的壓力總是將錐形部推向葉片。當(dāng)區(qū)段完全展開時(shí)，區(qū)段將被分段的面積減小到總轉(zhuǎn)子的掃掠面積的100%。在分段式錐形部為一件式、兩件式或多件式組件的情況下，使區(qū)段展開的致動(dòng)器可以是氣動(dòng)的、液壓的或電氣的。當(dāng)區(qū)段展開時(shí)，區(qū)段沿被設(shè)計(jì)成承受由引入風(fēng)施加的力的軌跡滑動(dòng)。因?yàn)榉侄问藉F形部通常為圓形并固定到轉(zhuǎn)子軸，因此該分段式錐形部產(chǎn)生環(huán)形分段區(qū)域，該環(huán)形分段區(qū)域的直徑隨著區(qū)段展開而增加。該環(huán)形結(jié)構(gòu)是重要的，這是因?yàn)樵摥h(huán)形結(jié)構(gòu)相等地將氣流引導(dǎo)到葉片的最大半徑，并且是一種用于通過降低掃掠面積來增加速度壓力的有效形式，且具有最小的摩擦損失。在又一個(gè)實(shí)施例中，分段裝置可以連接到現(xiàn)有三葉片轉(zhuǎn)子的軸。這要求增加外罩殼以防止由分段裝置生成的在葉片的末端上泄漏的額外風(fēng)壓的損失。增加第二內(nèi)罩殼以防止由于進(jìn)入位于轉(zhuǎn)子軸中心上的低轉(zhuǎn)矩區(qū)域而導(dǎo)致的速度壓力增加。該裝置提供相同的益處該裝置增加通過葉片的風(fēng)的總能量，該裝置將氣流引導(dǎo)到高轉(zhuǎn)矩區(qū)域的最優(yōu)區(qū)域，并且該裝置允許通過葉片對速度進(jìn)行精確控制。在又一個(gè)實(shí)施例中，將分段裝置添加到轉(zhuǎn)子的下游表面。這減小轉(zhuǎn)子葉片下游的摩擦損失、湍流和速度壓力損失。上游風(fēng)速測量裝置由安裝在轉(zhuǎn)子軸的延長部分上的裝置構(gòu)成。該裝置是無線的并安裝在軸承上以防止隨軸一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)速通常為12m/s時(shí)，3米的延長部將允許響應(yīng)于外區(qū)段展開的控制器和致動(dòng)器具有大約0. 25秒的反應(yīng)時(shí)間。作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，可調(diào)節(jié)襯套可以安裝在轉(zhuǎn)子的內(nèi)邊緣上并以與錐形區(qū)段相同的垂直速度展開。內(nèi)襯套的作用是當(dāng)葉片之間的氣流靠近內(nèi)邊緣時(shí)簡單地降低湍流。內(nèi)區(qū)段不需要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行劃分區(qū)段。該內(nèi)區(qū)段安裝在內(nèi)邊緣上以減少當(dāng)風(fēng)通過轉(zhuǎn)子葉片之間時(shí)的摩擦損失?；旧?，內(nèi)襯套和分段式錐形區(qū)段一起展開以提供在流動(dòng)通過葉片和在葉片之后的更平坦的通道。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，電動(dòng)可變速壓縮機(jī)風(fēng)扇在分段式錐形部上方連接到轉(zhuǎn)子軸。壓縮機(jī)風(fēng)扇加快正在從低轉(zhuǎn)矩區(qū)域移動(dòng)到高轉(zhuǎn)矩區(qū)域的氣流的速度和體積。渦輪機(jī)可以是加力式或非加力式，盡管加力式渦輪機(jī)可以更好地提供更高的風(fēng)速?，F(xiàn)有渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子可以由該新技術(shù)替代以提高該渦輪機(jī)的性能。另外，在制造新的分段式且有罩的空氣渦輪機(jī)和水輪機(jī)時(shí)可實(shí)施該技術(shù)。通過動(dòng)態(tài)相似原理，當(dāng)空氣為運(yùn)動(dòng)著的流體時(shí)獲得的結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于當(dāng)水為運(yùn)動(dòng)著的流體的情況。圖2和圖3顯示轉(zhuǎn)子分段裝置的主截面，該轉(zhuǎn)子分段裝置首先包括軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子葉片及其掃掠區(qū)域，并且其次包括分段式錐形設(shè)備。圖4和圖5示出了分段式錐形外罩殼(1)、安裝在葉片軸(2)上的轉(zhuǎn)子葉片、分段式錐形內(nèi)罩殼(3)、轉(zhuǎn)子輪輻(4)、轉(zhuǎn)子輪轂( 和渦輪驅(qū)動(dòng)軸(6)。在所述的分段式錐形部中，圖4和圖5顯示了形成錐形部(7) 的主體的重疊區(qū)段的可調(diào)節(jié)外邊緣、保持盤(8)的分段式拉桿和分段設(shè)備(9)的軸。圖4和圖5還顯示分段式錐形部的可變外半徑(R3)、轉(zhuǎn)子葉片的外半徑(似)和轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)半徑(Rl)的無量綱基準(zhǔn)。圖2顯示分段式錐形部的可調(diào)節(jié)可變外半徑(R3)的無量綱基準(zhǔn)。對重疊區(qū)段(7)的可調(diào)節(jié)邊緣的基準(zhǔn)和對分段式錐形部的可調(diào)節(jié)外半徑的基準(zhǔn)(R3)是同義的。圖6A-6E顯示分段式錐形部的展開機(jī)構(gòu)，該分段式錐形部包括將重疊區(qū)段保持在適當(dāng)位置的彎曲拉桿(10)、分段式錐形部的外邊緣(11)、分段機(jī)構(gòu)的輪輻(1 和滑動(dòng)連接裝置，該滑動(dòng)連接裝置通過使滑動(dòng)連接裝置沿分段機(jī)構(gòu)(1 的輪輻移動(dòng)而允許重疊區(qū)段展開和收縮。圖7顯示具有用于安裝在轉(zhuǎn)子軸的端部上的壓縮機(jī)風(fēng)扇(15)的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置 (14)的分段式HAWT。圖8顯示完全展開的兩件式分段設(shè)備。重疊區(qū)段(7)從固定上錐形部(8)和分段式錐形部軸(9)展開。圖9顯示在區(qū)段完全縮回的情況下的兩件式分段裝置。電動(dòng)螺母(1 在分段裝置的軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，以便當(dāng)區(qū)段展開時(shí)允許該電動(dòng)螺母保持在與葉片恒定的距離處。圖10A-10C示出了兩件式分段機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。區(qū)段致動(dòng)器(14)固定到分段裝置的垂直輪輻。當(dāng)致動(dòng)器伸出時(shí)，區(qū)段展開，當(dāng)致動(dòng)器縮回時(shí)，區(qū)段縮回。圖IOA顯示完全或100%展開的區(qū)段，圖IOB是50%展開的區(qū)段，而圖IOC為0.0%展開的區(qū)段。區(qū)段導(dǎo)向裝置(10)將區(qū)段保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫猸h(huán)(11)將錐形部的基部緊固到罩殼的內(nèi)表面，致動(dòng)器支撐桿(1 支撐致動(dòng)器，致動(dòng)器桿(1 從致動(dòng)器殼體(14)伸出和縮回。圖11顯示兩區(qū)域式分段設(shè)備，所述分段設(shè)備配備有電動(dòng)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)裝置(14)、壓縮機(jī)風(fēng)扇(15)、兩個(gè)上游風(fēng)測量裝置(17)、將測量裝置保持在壓縮機(jī)風(fēng)扇的影響之外的垂直保持桿(16)、和使保持桿保持固定的自重裝置(18)。軸將垂直保持桿連接到渦輪轉(zhuǎn)子軸， 所述渦輪轉(zhuǎn)子軸配備有允許保持桿保持垂直的內(nèi)滾柱軸承。在由風(fēng)輪機(jī)領(lǐng)域公認(rèn)的技術(shù)人員應(yīng)用的公認(rèn)的計(jì)算機(jī)模擬軟件獲得的以下非限制性實(shí)例中說明本發(fā)明的操作性能。為了使用掃掠區(qū)域分段系統(tǒng)對加力式HAWT和VAWT (垂直軸風(fēng)輪機(jī)，以下更詳細(xì)地進(jìn)行說明)的影響進(jìn)行定量評價(jià)，已經(jīng)使用能夠計(jì)算這種風(fēng)輪機(jī)的性能(功率輸出)的兩個(gè)計(jì)算機(jī)程序。對于HAWT分析，使用的代碼是WT Perf,而對于VAWT分析，使用CARDAAV代碼。WT Perf 代碼WT Perf使用葉素動(dòng)量(BEM)理論來預(yù)測HAWT的性能。該理論發(fā)展于由俄勒岡州大學(xué)幾十年前初始建立的代碼PROP的國家再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)。美國國家再生能源實(shí)驗(yàn)室的國家風(fēng)能技術(shù)中心的人員通過將研制的新功能添加到當(dāng)前的WT Perf而具有現(xiàn)代化的 I3ROP。CARDAAV 代碼CARDAAV是由用于對垂直軸風(fēng)輪機(jī)的氣動(dòng)性能和特性的預(yù)測的由Ion Paraschivoiu研制的計(jì)算機(jī)代碼。CARDAAV基于在每一個(gè)流管中具有可變逆風(fēng)和順風(fēng)誘導(dǎo)速度的多流管模型 (DMSV)。由于該模型以及大量關(guān)于幾何結(jié)構(gòu)的選項(xiàng)、操作條件和對模擬過程的控制， CARDAAV證明是適合于VAWT設(shè)計(jì)者需要的有效軟件包。CARDAAV對于給定操作條件下的任意幾何形狀的VAWT計(jì)算氣動(dòng)力和功率輸出。需要大量參數(shù)來進(jìn)行完全說明，被分析的VAWT在指定VAWT的幾何形狀時(shí)提供相當(dāng)大的自由度。在該分類中最重要的是轉(zhuǎn)子高度和直徑、葉片數(shù)量和限定其橫截面的翼面類型、中心柱(塔)的直徑、支柱的尺寸和位置、擾流器的尺寸等。實(shí)際上，可以分析任意葉片形狀，當(dāng)然包括平直的葉片形狀。此外，葉片可以由具有不同弦長和橫截面(翼面) 的區(qū)段制成。代碼的翼面數(shù)據(jù)庫包括一些公知的對稱NACA形狀(NACA 0012、NACA 0015、 NACA 0018、NACA 0021)以及在 Sandia National Laboratories 為 VAWT 專門設(shè)計(jì)的一些數(shù)據(jù)(SNLA 0015、SNLA 0018、SNLA0021)。如果用戶需要通過已經(jīng)不再可用的翼面進(jìn)行分析時(shí)，這可以十分簡單地進(jìn)行，通過在實(shí)際翼面數(shù)據(jù)庫中包括其實(shí)驗(yàn)確定的升力和阻力系數(shù)的值。對于與在旋轉(zhuǎn)葉片和殼體上在全360°范圍的入射角(0° < α < 360° )獲得的雷諾數(shù)相對應(yīng)的多個(gè)雷諾數(shù)(在每一個(gè)Re下)必須給出這些數(shù)據(jù)。在可易于修改以滿足特定分析的需要的主要操作參數(shù)中，可以說明的一個(gè)參數(shù)是風(fēng)速、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、局部重力加速度和工作流體特性(密度、粘性-通常對于空氣來說)?；蛘弋?dāng)執(zhí)行分析時(shí)可以考慮在不同風(fēng)速下的恒定轉(zhuǎn)速或在恒定風(fēng)速下的不同轉(zhuǎn)速。 通過為大氣風(fēng)切變指數(shù)指定適當(dāng)?shù)闹?，在?jì)算期間將考慮風(fēng)速隨高度的冪定律型變化。
在關(guān)心的控制參數(shù)中，代碼需要限定在計(jì)算中要考慮的流管的總數(shù)的半周(方位)劃分和垂直劃分的數(shù)量以及在每一個(gè)管的寬度上的積分點(diǎn)的數(shù)量。在相同的分類中， 用戶在計(jì)算逆風(fēng)和順風(fēng)干擾因子時(shí)與收斂準(zhǔn)則一起必須指定最大迭代號(當(dāng)計(jì)算干擾因子和動(dòng)態(tài)失速時(shí)必須滿足相對誤差水平)。當(dāng)指定控制參數(shù)時(shí)，必須確定是否使用與葉片末端效應(yīng)有關(guān)的氣動(dòng)校正和由于動(dòng)態(tài)失速造成的氣動(dòng)校正?？色@得四個(gè)動(dòng)態(tài)失速模型，其中三個(gè)動(dòng)態(tài)失速模型由Gormont方法和“指數(shù)”模型獲得。參數(shù)和選項(xiàng)(上述)的重要數(shù)量在計(jì)算各種Darrieus型VAWT的特性時(shí)給出 CARDAAV相當(dāng)大的性能和靈活性。基于給這些參數(shù)的實(shí)際值，代碼通過忽略或考慮動(dòng)態(tài)失速的影響以及多個(gè)“附帶效應(yīng)”(例如，由于旋轉(zhuǎn)中心柱、支柱和擾流器造成的效應(yīng))對具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。動(dòng)態(tài)失速在低末端速度比下對氣動(dòng)載荷和轉(zhuǎn)子性能具有顯著的影響，而“附帶效應(yīng)”在中間和高末端速度比下是重要的。在微軟Windows環(huán)境下運(yùn)行，CARDAAV是用戶滿意的，且設(shè)有圖形界面，使得容易地修改對于綜合性能分析(轉(zhuǎn)子幾何形狀、操作和控制參數(shù))需要經(jīng)常更換的所有輸入數(shù)據(jù)。局部誘導(dǎo)速度、雷諾數(shù)和沖角、葉片載荷和方位轉(zhuǎn)矩以及功率系數(shù)為輸出數(shù)據(jù)。這些結(jié)果可以直接在計(jì)算機(jī)的顯示器上看到或者被存儲在ASCII文件中或以與用于進(jìn)一步后處理和解釋的圖形軟件TECPLOT (Amtec Engineering Inc.)相容的格式被存儲。多個(gè)驗(yàn)證已經(jīng)說明了 CARDAAV以相當(dāng)好的精度計(jì)算包括Darrieus H型的通用型垂直軸風(fēng)輪機(jī)的氣動(dòng)載荷和整體特性(轉(zhuǎn)矩、動(dòng)力)的能力。在大范圍末端速度比(TSR) 上對CARDAAV結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面的比較。使用標(biāo)準(zhǔn)22米直徑HAWT葉片作為基準(zhǔn)執(zhí)行模擬。在4m/s、7m/s和12m/s的風(fēng)速下對有罩轉(zhuǎn)子執(zhí)行模擬。分段比在1. 0與0. 25之間變化。對轉(zhuǎn)子進(jìn)行分段的作用和優(yōu)點(diǎn)由圖12中所示的測試結(jié)果清楚示出。用于模擬的分段裝置的形狀是圓錐形。不評價(jià)改變分段裝置的形狀的效果，僅評價(jià)掃掠區(qū)域的變化的效果?？蓱?yīng)用多種不同形狀的分段裝置，包括拋物線、錐形和半圓形， 并且該形狀可以稍微改進(jìn)結(jié)果。然而，保持重要的變量在具有在葉片的表面處增加風(fēng)壓的效果并應(yīng)用該風(fēng)壓以優(yōu)化轉(zhuǎn)子的高轉(zhuǎn)矩區(qū)域的分段區(qū)域的變化。使用標(biāo)準(zhǔn)22米HAWT葉片實(shí)現(xiàn)分段的模擬結(jié)果。圖13中示出了弦和扭轉(zhuǎn)角分布。表1中列出了模擬結(jié)果并在圖12中將該模擬結(jié)果示出為連續(xù)曲線。表1生成的電力與分段比22 米 HAWT 轉(zhuǎn)子，風(fēng)速為 4. Om/s，7. Om/s 和 12m/s
權(quán)利要求
1.一種用于沿輸入流方向引導(dǎo)進(jìn)入軸流式渦輪機(jī)的流體的引導(dǎo)系統(tǒng)，所述渦輪機(jī)包括多個(gè)渦輪葉片，所述引導(dǎo)系統(tǒng)包括-基部結(jié)構(gòu)；-連接到所述基部結(jié)構(gòu)的多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段；-引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于能夠調(diào)節(jié)地在縮回結(jié)構(gòu)與展開結(jié)構(gòu)之間定位所述引導(dǎo)區(qū)段；和-外罩殼，所述外罩殼包圍所述渦輪葉片的圓周，其中，所述引導(dǎo)區(qū)段在所述展開結(jié)構(gòu)中在橫交于所述輸入流方向的方向上延伸超過所述基部結(jié)構(gòu)，并使所述流體朝向所述多個(gè)渦輪葉片的外圓周偏轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述基部結(jié)構(gòu)固定到所述渦輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段為繞著所述基部結(jié)構(gòu)徑向定位的重疊區(qū)段，以及所述引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括-一組拉桿，所述拉桿將所述引導(dǎo)區(qū)段保持在適當(dāng)?shù)奈恢?；?電動(dòng)螺母系統(tǒng)，所述電動(dòng)螺母系統(tǒng)沿所述中心軸的螺紋部分移動(dòng)，并使所述基部結(jié)構(gòu)相對于所述弓I導(dǎo)區(qū)段的軸向移動(dòng)而移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述渦輪葉片被容納在內(nèi)環(huán)形罩殼與所述外罩殼之間，所述基部結(jié)構(gòu)徑向延伸到所述內(nèi)環(huán)形罩殼，而所述引導(dǎo)區(qū)段延伸到與所述外罩殼的直徑相對應(yīng)的最大直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述基部結(jié)構(gòu)的直徑至少是所述渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的直徑的0. 3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，還包括壓縮機(jī)風(fēng)扇，所述壓縮機(jī)風(fēng)扇被定位于所述基部結(jié)構(gòu)的上游并且增加進(jìn)入所述渦輪機(jī)的流體的速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器，并且所述引導(dǎo)系統(tǒng)還包括流體速度測量系統(tǒng)，所述流體速度測量系統(tǒng)位于所述基部結(jié)構(gòu)的上游并產(chǎn)生指示進(jìn)入所述渦輪機(jī)的流體速度的信號，并且其中所述控制器根據(jù)指示進(jìn)入所述渦輪機(jī)的流體速度的所述信號調(diào)節(jié)所述引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
8.一種用于沿輸入流方向引導(dǎo)進(jìn)入橫流式渦輪機(jī)的流體的引導(dǎo)系統(tǒng)，所述渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括多個(gè)渦輪葉片，所述引導(dǎo)系統(tǒng)包括-朝向所述渦輪機(jī)引導(dǎo)流體的入口； -連接到所述入口的多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段；和-引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于能夠調(diào)節(jié)地在縮回結(jié)構(gòu)與展開結(jié)構(gòu)之間定位所述引導(dǎo)區(qū)段；其中，所述引導(dǎo)區(qū)段在所述展開結(jié)構(gòu)中在橫交于所述輸入流方向的方向上延伸超過所述入口并朝向所述渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的中心線引導(dǎo)所述流體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段為兩個(gè)入口側(cè)偏轉(zhuǎn)裝置， 所述偏轉(zhuǎn)裝置可樞轉(zhuǎn)地連接到所述入口，并且所述引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括用于使所述兩個(gè)入口側(cè)偏轉(zhuǎn)裝置相對于所述入口樞轉(zhuǎn)的一對致動(dòng)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，還包括引導(dǎo)流體遠(yuǎn)離所述渦輪機(jī)的出口、可樞轉(zhuǎn)地連接到所述出口的第二組兩個(gè)出口側(cè)偏轉(zhuǎn)裝置和第二對致動(dòng)器，所述第二對致動(dòng)器用于使所述第二組兩個(gè)出口側(cè)偏轉(zhuǎn)裝置相對于所述出口樞轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，還包括一組可調(diào)節(jié)定位側(cè)擋板，所述擋板被同心地定位于所述渦輪機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的外圓周內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，還包括一組擋板致動(dòng)器，所述擋板致動(dòng)器用于根據(jù)所述入口側(cè)偏轉(zhuǎn)裝置的相應(yīng)結(jié)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)地定位所述側(cè)擋板。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述一組可調(diào)節(jié)擋板由連接到包圍所述渦輪機(jī)的罩殼的一組支撐桿支撐。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13中任一項(xiàng)所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器，并且所述引導(dǎo)系統(tǒng)還包括流體速度測量系統(tǒng)，所述流體速度測量系統(tǒng)位于所述入口的上游并產(chǎn)生指示進(jìn)入所述渦輪機(jī)的流體速度的信號，并且其中所述控制器根據(jù)指示進(jìn)入所述渦輪機(jī)的流體速度的所述信號調(diào)節(jié)所述引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的引導(dǎo)系統(tǒng)，其中，所述基部結(jié)構(gòu)固定到由渦輪機(jī)框架支撐的固定軸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于沿輸入流方向引導(dǎo)進(jìn)入軸流式渦輪機(jī)的流體的引導(dǎo)系統(tǒng)。該渦輪機(jī)包括多個(gè)渦輪葉片。引導(dǎo)系統(tǒng)包括基部結(jié)構(gòu)、連接到基部結(jié)構(gòu)的多個(gè)引導(dǎo)區(qū)段、基部結(jié)構(gòu)的下游、和用于在縮回結(jié)構(gòu)與展開結(jié)構(gòu)之間可調(diào)節(jié)地定位引導(dǎo)區(qū)段的引導(dǎo)區(qū)段調(diào)節(jié)系統(tǒng)。引導(dǎo)區(qū)段在展開結(jié)構(gòu)中沿橫交于輸入流方向的方向延伸超過基部結(jié)構(gòu)并使流體朝向多個(gè)渦輪葉片的與葉片的較高轉(zhuǎn)矩區(qū)域相對應(yīng)的外圓周偏轉(zhuǎn)。還公開了一種用于引導(dǎo)進(jìn)入橫流式渦輪機(jī)的流體的引導(dǎo)系統(tǒng)。在橫流式渦輪機(jī)中，流體被朝向渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的中心線引導(dǎo)，所述中心線為渦輪葉片的高轉(zhuǎn)矩區(qū)域。
文檔編號F03B15/00GK102272444SQ200980154151
公開日2011年12月7日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者奧塔維安·特里富, 弗雷德里克·邱吉爾, 艾昂·帕拉斯基沃尤 申請人:歐格諾沃德有限公司