專利名稱：風(fēng)洞里的風(fēng)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明引進(jìn)一風(fēng)力推動(dòng)的葉輪。這一葉輪安裝在一風(fēng)洞中以產(chǎn)生電力。
背景技術(shù)：
許多人致力于利用大自然中蘊(yùn)藏的無(wú)限風(fēng)能為人類工作。自十七世紀(jì)以來(lái)，風(fēng)輪就被利用來(lái)帶動(dòng)機(jī)器工作或泵送水等。近年來(lái)更是有無(wú)數(shù)的發(fā)明創(chuàng)造欲利用風(fēng)的動(dòng)能發(fā)電。
與水流相比，單位面積中所含的風(fēng)能往往是很有限的。為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有一定的商業(yè)價(jià)值，它一般必須相當(dāng)大。迄今為止，真正得到比較成功地應(yīng)用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是
圖1所示的螺旋槳式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。PaulGipe所著一書《Wind Power for Home & Business-Renewable Energy for1990 and Beyond》詳細(xì)介紹了這類風(fēng)力發(fā)電機(jī)。其他類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大都因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)太復(fù)雜而無(wú)法商業(yè)化。由于結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)往往難于大型化或制造成本過(guò)高。
從空氣動(dòng)力學(xué)原理上看，大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)均可依其捕捉風(fēng)能，帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的方式而分為兩類。第一類就是螺旋槳式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)(圖1)。這類風(fēng)輪的葉片圍繞一與風(fēng)向平行的水平軸旋轉(zhuǎn)，葉片的旋轉(zhuǎn)平面則與風(fēng)向垂直。每個(gè)葉片均與風(fēng)向依一定角度斜交。當(dāng)風(fēng)流經(jīng)葉片時(shí)風(fēng)作用在葉片上的舉力分量(類似于直升機(jī)葉片，飛機(jī)翅膀，或飛機(jī)螺旋槳上的舉力分量)就推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)。除了風(fēng)速之外，作用在葉片上風(fēng)力的大小還取決于葉片與風(fēng)向的夾角，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)形狀(葉片截面積的形狀)，葉片面積的大小，。這類發(fā)電機(jī)有許多缺陷，如低效率，高噪聲，高速旋轉(zhuǎn)槳葉產(chǎn)生一定危險(xiǎn)，要求很大的空間，難于找到合適的槳葉材料以適應(yīng)不同的氣候，等等。
第二類風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)相垂直。這一類風(fēng)輪往往具有平的葉片，帶一定角度的葉片，或曲線狀的葉片。其軸可以是水平的(見美國(guó)專利1,300,499，1,935,097，4,017,204，4,127,356，4,191,505，4,357,130，5,009,569，法國(guó)專利2,446,391，2,472,093，專利2,732,192，英國(guó)專利2,185,786和俄羅斯專利)。也可以是垂直的(見美國(guó)專利2,335,817，4,074,951 4,076,448，4,278,896，4,350,900，4,764,683，5,038,049，5,083,899，5,332,354，6,158,953，6,191,496，6,270,308，6,309,172，6,538,340，德國(guó)專利2,505,954，日本專利1251)。
第二類風(fēng)輪可根據(jù)作用在其上的風(fēng)力分為幾組。
第一組依靠風(fēng)與葉輪之間的摩擦力推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，這一摩擦力主要取決于風(fēng)與葉輪之間的速度差，可用以下方程表示γ＝ηρa(bǔ)ir(Δu)2/2式中γ是推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力，η是葉片與空氣之間的摩擦系數(shù)，ρa(bǔ)ir是空氣密度，Δu是風(fēng)與葉片之間的速度差。由于摩擦系數(shù)一般均非常小。所以這類風(fēng)輪的效率往往不如那種以舉力為動(dòng)力的風(fēng)輪(圖1所示螺旋槳式風(fēng)輪)。
這類以摩擦力為動(dòng)力的風(fēng)輪大都完全暴露在空氣中，或置于一封閉式或半封閉式通道中，而葉片與通道內(nèi)壁之間的距離相當(dāng)大(見美國(guó)專利1,300,499，2,335,817，4,074,951，4,191,505，4,278,896，4,357,130，4,764,683，6,191,496，6,309,172，6,538,340，德國(guó)專利2,732,192，英國(guó)專利2,185,786，俄羅斯專利1,268,792)。
第二組風(fēng)輪則致力于最大限度地利用風(fēng)所含的動(dòng)能。作用在其上的推動(dòng)力如下式表達(dá)γ＝ΔPΔP是風(fēng)輪葉片前后的壓力差。這類風(fēng)輪均需安裝在封閉的通道，即所謂的風(fēng)洞中。沿著風(fēng)流經(jīng)風(fēng)洞的方向，葉片的頂端與風(fēng)洞內(nèi)壁之間的間隙均最小化，以至于流過(guò)此間隙的風(fēng)量可以忽略不計(jì)。流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)必須推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)做功以后才能離開風(fēng)洞。有許多專利介紹這類風(fēng)輪(見美國(guó)專利1,935,097，4,350,900，5,009,569，5,083,899，5,332,354，法國(guó)專利2,446,391，2,472,093)。
從理論上看，推動(dòng)第二組風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于作用在第一類風(fēng)輪上的舉力。在風(fēng)輪靜止時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)中所含所有的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為作用在葉輪上的壓力，從而使得作用在風(fēng)輪上的推力達(dá)到最大值。這一最大值可用下列方程表示γ＝ρa(bǔ)ir(uw)2/2式中uw是風(fēng)速。
制造或裝配這類風(fēng)輪葉片與風(fēng)洞之間具有最小間隙的風(fēng)力裝置，必須采用嚴(yán)格的質(zhì)量控制保證風(fēng)輪葉片周邊與風(fēng)洞內(nèi)壁之間的間隙最小化。這導(dǎo)致一些人開發(fā)了第二類中的第三組風(fēng)輪。為避免追求間隙最小化帶來(lái)的困難和高制造成本，許多第三組風(fēng)輪的設(shè)計(jì)介于第一組和第二組風(fēng)輪之間(見美國(guó)專利4,017,204，4,076,448，4,127,356，5,038,049，6,158,953，6,270,308，德國(guó)專利2,505,954，日本專利1251)。在第三組中，大多數(shù)風(fēng)輪安置在風(fēng)輪葉片周邊與風(fēng)洞內(nèi)壁之間的間隙逐漸變化的風(fēng)洞中，風(fēng)輪周邊與風(fēng)洞內(nèi)壁之間的間隙往往只是在某一點(diǎn)或很短一段距離內(nèi)很小。因此，作用在風(fēng)輪上的推動(dòng)力是作用在第一組風(fēng)輪上的摩擦力與第二組風(fēng)輪上的壓力差的結(jié)合。
對(duì)于第一大類風(fēng)輪(螺旋槳式)來(lái)說(shuō)，所有葉片均面對(duì)來(lái)風(fēng)以盡可能多地捕捉風(fēng)能。然而第二大類風(fēng)輪卻總是只有一半葉片面對(duì)來(lái)風(fēng)，另一半葉片總是逆風(fēng)旋轉(zhuǎn)，故不得不與風(fēng)隔絕(見美國(guó)專利1,300,499，1,935,097，2,335,817，4,017,204，4,074,951，4,127,356，4,278,896，4,357,130，4,764,683，5,009,569，6,270,308，法國(guó)專利2,446,391，2,472,093，德國(guó)專利2,732,192，英國(guó)專利2,185,786，俄羅斯專利1,268,792)。為改善其效率，許多第二大類風(fēng)輪人的設(shè)計(jì)力求改變風(fēng)的流動(dòng)方向，以使得在任一位置均能有多于一半的葉片被風(fēng)推動(dòng)(見美國(guó)專利4,076,448，4,191,505，4,350,900，5,332,354，6,158,953，6,309,172，德國(guó)專利2,505,954，和日本專利1251)。這類風(fēng)輪往往結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致制造成本過(guò)高，難于大形化，無(wú)法得到實(shí)際應(yīng)用。
由于單位截面積所含的風(fēng)能總是很有限的，許多人將風(fēng)洞設(shè)計(jì)成文丘里狀以求濃縮風(fēng)能(見美國(guó)專利1,935,097，4,017,204，4,076,448，4,127,356，4,508,973，4,963,761，5,009,569，6,246,126，法國(guó)專利2,472,093，英國(guó)專利2,185,786，俄羅斯專利1,268,792)。在這類設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞進(jìn)口處的截面積(垂直于風(fēng)向)大大大于安裝風(fēng)輪處的截面積。
發(fā)明概述本發(fā)明所要解決的問(wèn)題在所介紹的各種設(shè)計(jì)方案中加以闡明。從本發(fā)明的一方面來(lái)看，這一發(fā)明為一帶有風(fēng)洞的風(fēng)輪裝置。它包括一個(gè)風(fēng)洞，一個(gè)風(fēng)輪和一個(gè)分離器。風(fēng)洞沿一基本上水平的長(zhǎng)軸展開，共由進(jìn)口部分，出口部分，和中間部分三大部分組成。其進(jìn)口部分在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的第一端，它有一個(gè)主進(jìn)口。而出口部分則在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的第二端，它有一個(gè)主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞進(jìn)口部分經(jīng)中部被平滑地連接到風(fēng)洞出口部分。風(fēng)輪安裝在風(fēng)洞中部，風(fēng)輪由軸和葉片構(gòu)成。其旋轉(zhuǎn)軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部。整個(gè)風(fēng)輪依此旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)流進(jìn)風(fēng)洞時(shí)，風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角應(yīng)小于45°。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸上裝有葉片，葉片的最遠(yuǎn)端不應(yīng)超出風(fēng)洞的中部。分離器安裝在風(fēng)洞的進(jìn)口部分，使風(fēng)洞進(jìn)口分為上下兩個(gè)通道。分離器一般呈楔形狀。其尖銳一端靠近風(fēng)的進(jìn)口，而鈍的一端則反之。風(fēng)洞進(jìn)口上通道的入口面積大于其出口面積。同時(shí)其入口比其出口更靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口下通道的入口面積大于其出口面積。同時(shí)其入口比其出口更靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口的上下通道均將風(fēng)送到風(fēng)洞中部。沿風(fēng)洞長(zhǎng)度方向的軸來(lái)看，風(fēng)洞中部的進(jìn)口比其出口更靠近風(fēng)洞的主進(jìn)口，而風(fēng)洞中部的出口比其進(jìn)口更靠近風(fēng)洞的主出口。風(fēng)洞中部上方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，其葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。風(fēng)洞中部下方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。同時(shí)，風(fēng)輪葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁也有一側(cè)間隙。相對(duì)于風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心而言，風(fēng)洞主出口的幾何中心高于風(fēng)洞主進(jìn)口的幾何中心。
從本發(fā)明的另一方面來(lái)看，本發(fā)明的風(fēng)輪裝置包括一風(fēng)洞，一風(fēng)輪，和一分離器。風(fēng)洞沿一長(zhǎng)軸展開，共由進(jìn)口部分，出口部分，和中間部分三大部分組成。其進(jìn)口部分在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的第一端，它有一個(gè)主進(jìn)口。而出口部分則在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的第二端，它有一個(gè)主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞進(jìn)口部分經(jīng)中部被平滑地連接到風(fēng)洞出口部分。風(fēng)輪安裝在風(fēng)洞中部，風(fēng)輪由軸和葉片(葉片數(shù)可為2或更多)構(gòu)成。它沿其旋轉(zhuǎn)軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部。整個(gè)風(fēng)輪依此旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)流進(jìn)風(fēng)洞時(shí)，風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸上裝有葉片，葉片的最遠(yuǎn)端不應(yīng)超出風(fēng)洞的中部。分離器安裝在風(fēng)洞的進(jìn)口部分，使風(fēng)洞進(jìn)口分為上下兩個(gè)通道。風(fēng)洞進(jìn)口的上下通道均將風(fēng)送到風(fēng)洞中部。沿風(fēng)洞長(zhǎng)度方向的軸來(lái)看，風(fēng)洞中部的進(jìn)口比其出口更靠近風(fēng)洞的主進(jìn)口。風(fēng)洞中部上方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，其頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。風(fēng)洞中部下方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部下方圓弧面時(shí)，風(fēng)輪葉片與風(fēng)洞中部下方之間形成了一下間隙。同時(shí)，葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁之間也形成了一側(cè)間隙。
從本發(fā)明的又一方面來(lái)看，這一發(fā)明為一帶有風(fēng)洞的風(fēng)輪裝置。它包括一個(gè)風(fēng)洞，一個(gè)風(fēng)輪和一個(gè)分離器。風(fēng)洞沿一基本上水平的長(zhǎng)軸展開，共由進(jìn)口部分，出口部分，和中間部分三大部分組成。其進(jìn)口部分在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的第一端，它有一個(gè)主進(jìn)口。而出口部分則在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的第二端。它有一個(gè)主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞進(jìn)口部分經(jīng)中部被平滑地連接到風(fēng)洞出口部分。風(fēng)輪安裝在風(fēng)洞中部。風(fēng)輪由軸和葉片構(gòu)成。風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部。整個(gè)風(fēng)輪依其旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸上裝有葉片，葉片的最遠(yuǎn)端不應(yīng)超出風(fēng)洞的中部。分離器安裝在風(fēng)洞的進(jìn)口部分，使風(fēng)洞進(jìn)口分為上下兩個(gè)通道。分離器一般呈楔形狀。其尖銳一端靠近風(fēng)的進(jìn)口，而鈍的一端則反之。風(fēng)洞進(jìn)口上通道的入口面積大于其出口面積。同時(shí)其入口比出口靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口下通道的入口面積大于其出口面積。同時(shí)其入口比出口靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口的上下通道均將風(fēng)送到風(fēng)洞中部。沿風(fēng)洞長(zhǎng)度方向的軸來(lái)看，風(fēng)洞中部的進(jìn)口比其出口更靠近風(fēng)洞的總進(jìn)口，而風(fēng)洞中部的出口比其進(jìn)口更靠近風(fēng)洞的總出口。風(fēng)洞中部上方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。風(fēng)洞中部下方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。同時(shí)，風(fēng)輪葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁也有一側(cè)間隙。相對(duì)于風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心而言，風(fēng)洞主出口的幾何中心高于風(fēng)洞主進(jìn)口的幾何中心。風(fēng)洞的第一側(cè)安裝有第一個(gè)發(fā)電機(jī)，它由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第一端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞的第二側(cè)安裝有第二個(gè)發(fā)電機(jī)，它由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第二端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
從本發(fā)明的又一方面來(lái)看，這一發(fā)明為一帶有風(fēng)洞的風(fēng)輪裝置。它包括一個(gè)風(fēng)洞，一個(gè)風(fēng)輪，第一發(fā)電機(jī)，和第二發(fā)電機(jī)。風(fēng)洞沿一長(zhǎng)軸展開，共由進(jìn)口部分，出口部分，和中間部分三大部分組成。其進(jìn)口部分在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的第一端，它有一個(gè)主進(jìn)口。而出口部分則在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的第二端。它有一個(gè)主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞進(jìn)口部分經(jīng)中部被平滑地連接到風(fēng)洞出口部分。風(fēng)輪安裝在風(fēng)洞中部。風(fēng)輪由軸和葉片構(gòu)成。風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部。整個(gè)風(fēng)輪依其旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸上裝有葉片，葉片的最遠(yuǎn)端不應(yīng)超出風(fēng)洞的中部。風(fēng)洞中部上方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。風(fēng)洞中部下方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。風(fēng)洞的第一側(cè)安裝有一個(gè)發(fā)電機(jī)，它由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第一端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞的第二側(cè)安裝有第二個(gè)發(fā)電機(jī)，它由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第二端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
從本發(fā)明的又一方面來(lái)看，這一發(fā)明為一帶有風(fēng)洞的風(fēng)輪裝置。它包括一個(gè)風(fēng)洞和一個(gè)風(fēng)輪。風(fēng)洞沿一長(zhǎng)軸展開，共由進(jìn)口部分，出口部分，和中間部分三大部分組成。其進(jìn)口部分在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的一端，它有一個(gè)主進(jìn)口。而出口部分則在風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸的另一端。它有一個(gè)主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞進(jìn)口部分經(jīng)中部被平滑地連接到風(fēng)洞出口部分。風(fēng)輪安裝在風(fēng)洞中部。風(fēng)輪有一旋轉(zhuǎn)軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部。整個(gè)風(fēng)輪依其旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸上裝有葉片，葉片的最遠(yuǎn)端不應(yīng)超出風(fēng)洞的中部。風(fēng)洞中部上方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。這一上間隙大約小于10mm。風(fēng)洞中部下方相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。這一下間隙也大約小于10mm。同時(shí)，風(fēng)輪葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁也有一大約小于10mm的側(cè)間隙。在另外一些場(chǎng)合(如風(fēng)輪直徑大于10米)，這些間隙可能大于10mm，但在任何情況下，風(fēng)輪葉片與風(fēng)洞內(nèi)壁上方，下方和兩側(cè)之間的間隙應(yīng)盡可能地小，以使得流過(guò)這些間隙的風(fēng)與所有流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)相比可以忽略不計(jì)。
以上對(duì)本明進(jìn)行了相當(dāng)廣義的介紹，以利于理解下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明。同時(shí)，隨后闡明的本發(fā)明的一些特征和長(zhǎng)處也形成了本發(fā)明的權(quán)利要求。在此領(lǐng)域具有一定知識(shí)的人可以利用本發(fā)明闡明的概念和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)或設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明欲達(dá)到的同樣目的。人們必須理解到，這些改進(jìn)或修正的結(jié)構(gòu)并不偏離本專利權(quán)利要求的基本精神和范圍。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明本專利所含一些附圖顯示本發(fā)明的基本設(shè)計(jì)方案。以下是對(duì)本專利所含圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為目前人們使用的風(fēng)輪。
圖2為本發(fā)明第一種設(shè)計(jì)的三維立體圖。
圖3為本發(fā)明第一種設(shè)計(jì)的側(cè)視圖。
圖4為本發(fā)明第一種設(shè)計(jì)的由前方看過(guò)去的正視圖。
圖5A為本發(fā)明第一種設(shè)計(jì)的俯視圖，該俯視圖刻意顯示了風(fēng)輪葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁之間的間隙。
圖5B為本發(fā)明第一種設(shè)計(jì)的俯視圖。
圖6為本發(fā)明第二種設(shè)計(jì)的側(cè)視圖。
圖7和圖8為本發(fā)明第三種設(shè)計(jì)的側(cè)視圖。
圖示各種設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述在顯示風(fēng)洞里的風(fēng)輪的圖中采用了許多參考數(shù)字來(lái)表征該風(fēng)洞里的風(fēng)輪裝置的各種元件。所有的圖都不一定是依比例畫的。圖中許多處均是特意放大或簡(jiǎn)化以便人們更加清楚地理解這些圖。在此領(lǐng)域有一定知識(shí)的人一定可以清楚地認(rèn)識(shí)到在圖中所示的發(fā)明基礎(chǔ)上可以做許多改進(jìn)，并應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域。
從原則上看，本發(fā)明引進(jìn)了一種由風(fēng)力推動(dòng)的風(fēng)輪。如果在風(fēng)輪兩側(cè)配有發(fā)電機(jī)，圖中所示的這種風(fēng)輪可以用來(lái)發(fā)電。但是，圖中所示風(fēng)洞里的風(fēng)輪可以輕易地應(yīng)用到其他地方。圖2至圖5B顯示了本發(fā)明風(fēng)洞里的風(fēng)輪的第一種設(shè)計(jì)的各種角度的視圖。圖2為風(fēng)輪30的立體透視圖，圖3為風(fēng)輪30的側(cè)視圖，圖4為由風(fēng)輪30前方看去的正視圖，圖5A和圖5B為風(fēng)輪30的俯視圖。
風(fēng)輪裝置30有一風(fēng)洞34。該風(fēng)洞總是沿著一基本水平的長(zhǎng)軸38而延伸開的。圖3中顯示了這一任意指定的長(zhǎng)軸。這一長(zhǎng)軸形成了后面對(duì)此風(fēng)洞里的風(fēng)輪裝置進(jìn)行詳細(xì)描述的參考點(diǎn)。在本專利討論的情況中，這一長(zhǎng)軸基本上是水平的，并且總是和流進(jìn)風(fēng)洞34推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的風(fēng)的方向一致。圖5B為一風(fēng)洞里的風(fēng)輪裝置的頂視圖。在風(fēng)40流進(jìn)風(fēng)洞34而推動(dòng)風(fēng)輪80旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)40與軸38之間的夾角應(yīng)小于45°。圖5B顯示的案例中這一夾角為零。在圖2和圖3中，風(fēng)洞34的一側(cè)面板被移去以顯示該風(fēng)力裝置。風(fēng)洞34的兩個(gè)側(cè)面最好為平面(見圖4和圖5B)。為了說(shuō)明貫穿風(fēng)輪30的流體動(dòng)力學(xué)情況，圖2和圖3中顯示了風(fēng)流40。在此領(lǐng)域有一定知識(shí)的人一定可以體會(huì)到其他風(fēng)流狀況也可以存在。
風(fēng)洞34有進(jìn)口部分44，中部46和出口部分48三部分。風(fēng)的進(jìn)口部分44在軸38的第一端51處，此部分最前方為風(fēng)的主進(jìn)口54。而風(fēng)的出口部分48在軸38的第二端52處。此處最后方為風(fēng)洞的主出口56。風(fēng)洞的進(jìn)口部分44經(jīng)風(fēng)洞34中部46被平滑地連接到風(fēng)洞的出口部分48。流過(guò)風(fēng)洞34的風(fēng)由主進(jìn)口54流入進(jìn)口部分44，再流過(guò)中部46到達(dá)出口部分48，最后流穿出口部分48由主出口56離開風(fēng)洞34。在其他設(shè)計(jì)中，該風(fēng)洞也可有其他輔助進(jìn)口或輔助出口。
由圖2和圖3可見，在風(fēng)洞34的進(jìn)口部分44安裝有一分離器60，該分離器在進(jìn)口部分44橫跨風(fēng)洞的兩側(cè)41和42。分離器60將風(fēng)洞的進(jìn)口部分44分成兩支風(fēng)的通道，上通道61和下通道62。分離器60一般為契型。其尖銳一端64比其較鈍的一端66更靠近風(fēng)的主進(jìn)口54。上通道61有一上進(jìn)口71的和一上出口73，上進(jìn)口71比上出口73更靠近風(fēng)的主進(jìn)口54。與此相似，下通道62有一下進(jìn)口72和一下出口74，下進(jìn)口72比下出口74更靠近風(fēng)的主進(jìn)口54。由圖2和圖3可見，上進(jìn)口的截面積比上出口處的截面積大，而下進(jìn)口的截面積也大于下出口的截面積。在其他設(shè)計(jì)方案中，分離器60的形狀和位置均可以改變，從而改變上/下進(jìn)口71/72的截面積與上下出口73/74的截面積的比率。在所討論的第一設(shè)計(jì)方案中，上/下進(jìn)口71和72并不和風(fēng)的主進(jìn)口54在同一位置。然而在其他設(shè)計(jì)中，分離器的尖銳一端卻可以在風(fēng)洞34的主進(jìn)口54處，或甚至突出其外。與此相似，分離器較鈍的一端66也可能不到中部46。在任何情況下，流經(jīng)上/下通道61/62的風(fēng)均從中部進(jìn)口76流入風(fēng)洞34的中部46。中部進(jìn)口76比中部出口78更靠近風(fēng)的主進(jìn)口54，而中部出口78比中部進(jìn)口76更靠近風(fēng)的主出口56風(fēng)輪80安裝在風(fēng)洞34的中部46處，其軸82橫穿風(fēng)洞中部46成為風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸84。在風(fēng)輪裝置30工作時(shí)，風(fēng)輪80圍繞軸84旋轉(zhuǎn)，軸82兩端由某種軸承支承在風(fēng)洞中部46兩側(cè)壁上。風(fēng)洞沿其長(zhǎng)度方向的軸38與風(fēng)輪80的軸82相交(見圖3和5B)。從風(fēng)洞34的頂部向下看(圖5B)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸84與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸38之間形成一夾角86。這一夾角應(yīng)在45°與135°之間。圖5B中所示的夾角86為90°。
葉片88安裝在軸82上。一般情況下，葉片不伸出風(fēng)洞34的中部46。風(fēng)輪80上的葉片88的數(shù)量可以有許多選擇(如2，3，4，5，6，7，8，等等)。在本專利所討論的第一設(shè)計(jì)方案中，該數(shù)量為3。采用3個(gè)葉片的原因?qū)⒃诤竺婕右杂懻?。葉片88的形狀可以多種多樣，如矩形平板，多折邊平板，曲線板等。葉片88可以由許多種材料制作，如鋁，鋼材，鈦合金，碳化纖維，玻璃鋼，尼龍，木材，塑料，或其他合金復(fù)合材料。葉片88的形狀往往與制作葉片的材料有關(guān)。
在常用的設(shè)計(jì)中，上通道61的上進(jìn)口截面積大大小于下通道62的下進(jìn)口截面積。這樣，進(jìn)入風(fēng)洞的風(fēng)40的主要部分就將流進(jìn)下通道62。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，上進(jìn)口面積與下進(jìn)口面積的比率一般在19～35％之間。對(duì)于最常用的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這一比率應(yīng)在19～35％之間。對(duì)一些其他設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這一比值范圍可能視風(fēng)輪直徑大于上述所列。如風(fēng)輪直徑很大，則上述比率可能降低(如在13～18％之間)。如風(fēng)輪直徑很小，則上述比率的下限值不低與20％。風(fēng)洞主進(jìn)口54的截面積對(duì)這一比例的最佳值有影響。
對(duì)進(jìn)口部分44的下通道62來(lái)說(shuō)，其下出口截面積應(yīng)小于下入口截面積(見圖3)。在風(fēng)流經(jīng)此通道流向葉片88時(shí)就將在風(fēng)洞中部46處被壓縮。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，被壓縮的空氣將增加葉片88前方的壓力。通過(guò)增加葉片88前方的壓力，降低出口部分48處的壓力，使得葉片前后的壓差最大化。這一壓差就可以推動(dòng)葉輪80旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生更多的功率，從而使風(fēng)洞里的風(fēng)輪達(dá)到較好的效率。
由圖2和圖3可以看出，風(fēng)洞中部46的上內(nèi)壁91和下內(nèi)壁92均有一段園弧面。這些上/下內(nèi)壁的園弧面均應(yīng)以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心84為中心。這樣，在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片88頂端與上/下內(nèi)壁91和92之間形成的間隙93和94就可以最小化。上間隙93處于葉片88與上內(nèi)壁91之間。下間隙94處于葉片88與下內(nèi)壁92之間。由于本發(fā)明的基本原理是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為作用在葉片88上的壓力，就應(yīng)當(dāng)努力使上/下間隙93和94最小化以使作用在葉片88的壓力最大化。
圖5A是風(fēng)洞的俯視圖。圖中虛線為鳳輪。由此圖可以看出，葉片88兩側(cè)與風(fēng)洞34的兩側(cè)41和42之間也形成了一側(cè)間隙170。基于以上討論的相同道理，這一間隙也應(yīng)當(dāng)最小化。
對(duì)于較小的風(fēng)洞里的風(fēng)輪裝置(如風(fēng)輪直徑小于10米)來(lái)說(shuō)，上下間隙93和94小于10mm。側(cè)面間隙170也如此。在實(shí)際應(yīng)用中，上/下間隙93和94以及與側(cè)間隙170受風(fēng)輪的直徑和其他因素影響。隨著風(fēng)輪直徑的增加，這些間隙也將增大。反之，隨著風(fēng)輪直徑的減小，這些間隙也將縮小。這些間隙的控制受到制造精度，安裝精度以及材料的熱脹冷縮特性的限制。在常用的設(shè)計(jì)中，上/下間隙93和94以及與側(cè)間隙170往往一樣大。如在風(fēng)輪直徑小于3米時(shí)，這些間隙可以各小于5mm；在風(fēng)輪直徑小于2米時(shí)，這些間隙可以各小于3mm。這樣，流過(guò)間隙93，94和170的風(fēng)就可以忽略不計(jì)。間隙93，94，和170可以控制在更小的范圍，但其成本可能過(guò)高，從而使總體效益不好。
圖2-5B中所示的風(fēng)洞里的風(fēng)輪30是用來(lái)發(fā)電的。在所討論的第一種設(shè)計(jì)中，兩個(gè)發(fā)電機(jī)101和102分別連接到旋轉(zhuǎn)軸82的兩端。圖3中用虛線表示一個(gè)連接到旋轉(zhuǎn)軸82的一端的發(fā)電機(jī)102。在受歡迎的設(shè)計(jì)中，兩個(gè)發(fā)電機(jī)101和102各自直接連接到旋轉(zhuǎn)軸82的一端旋轉(zhuǎn)。其中，第一個(gè)發(fā)電機(jī)101被連接到風(fēng)輪80的旋轉(zhuǎn)軸82在風(fēng)洞34的第一側(cè)41的第一端，并在此處被風(fēng)輪80的旋轉(zhuǎn)軸82帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。而第二個(gè)發(fā)電機(jī)102被連接到風(fēng)輪80的旋轉(zhuǎn)軸82在風(fēng)洞34的第二側(cè)42的第二端，并在此處被風(fēng)輪80的旋轉(zhuǎn)軸82帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。這兩個(gè)發(fā)電機(jī)101和102應(yīng)完全一樣(相同重量，相同尺寸，相同輸出工率)，以使得風(fēng)輪兩側(cè)的負(fù)載絕對(duì)平衡。與僅僅在風(fēng)輪的一側(cè)安裝有發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相比，在風(fēng)輪兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置兩個(gè)發(fā)電機(jī)101和102可以在功率相同的條件下使得作用在轉(zhuǎn)軸82上的力矩減少一半。這樣，就可以拓寬可選擇用來(lái)做轉(zhuǎn)軸82的材料的范圍，減少用來(lái)做轉(zhuǎn)軸82的材料的量，從而降低轉(zhuǎn)軸的成本和重量。為簡(jiǎn)化起見，本專利圖中并沒(méi)有顯示發(fā)電機(jī)101和102的支撐結(jié)構(gòu)。這些支撐結(jié)構(gòu)的需求是很明顯的。在其他設(shè)計(jì)中，發(fā)電機(jī)的數(shù)量和其連接方式均可能變化。
圖2-5B所示風(fēng)洞34的主進(jìn)口54有一進(jìn)口幾何中心，主出口56也有一出口幾何中心，主進(jìn)口54的截面積一般應(yīng)和其主出口56的截面積相等。但進(jìn)口幾何中心應(yīng)高于出口幾何中心。以后將詳細(xì)討論到，這樣的結(jié)構(gòu)使得風(fēng)易于流出風(fēng)洞中部46，不至于在風(fēng)洞出口部分48產(chǎn)生湍流渦團(tuán)。還可以設(shè)想到，風(fēng)洞34可以圍繞其長(zhǎng)軸38旋轉(zhuǎn)90°或者翻轉(zhuǎn)180°來(lái)達(dá)到同樣的效果由圖2和圖3可見，風(fēng)洞出口部分48的頂部外表面在靠近主出口56的部分108應(yīng)當(dāng)盡可能與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸38平行，并為一平面。這樣可以使得流過(guò)表面108的風(fēng)40在主出口56處與風(fēng)洞的長(zhǎng)軸38平行。而風(fēng)洞出口部分48的頂部?jī)?nèi)表面在靠近主出口56的部分110也應(yīng)當(dāng)如此，這樣就使得流出風(fēng)洞的風(fēng)40在主出口56處也與軸38平行。換句話說(shuō)，風(fēng)洞內(nèi)外流動(dòng)的風(fēng)40在風(fēng)洞出口處呈相互平行流動(dòng)。在風(fēng)洞外部風(fēng)速大于風(fēng)洞出口內(nèi)部的風(fēng)速時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一種文丘里效應(yīng)，即風(fēng)洞外側(cè)流動(dòng)的風(fēng)可以將風(fēng)洞內(nèi)側(cè)的風(fēng)向后拉動(dòng)而行(類似一真空泵)，從而降低風(fēng)洞出口部分的壓力，增加作用在風(fēng)輪80的葉片88前后的壓力差。這樣也就增加作用在葉片88上的推力。
在所討論的第一種設(shè)計(jì)中(如圖2-5B所示)，風(fēng)洞34由金屬薄板制成。因次，風(fēng)洞34的一些內(nèi)部表面與一些外部表面基本一樣。采用金屬薄板有很多好處，如制造方便，成本低廉，易于成形，便于放大，持久耐用，等等。但是，在其他設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞34也可以由其他材料制成，如木材，玻璃，塑料，或其他復(fù)合材料。
由圖2和圖3還可見，風(fēng)洞出口部分48底部外表面在靠近主出口56的部分112應(yīng)當(dāng)盡可能與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸38平行，并為一平面。這一結(jié)構(gòu)使得流過(guò)表面112的風(fēng)40在靠近主出口56處與風(fēng)洞的長(zhǎng)軸38平行。而風(fēng)洞出口部分48的底部?jī)?nèi)表面在靠近主出口56的部分114也應(yīng)當(dāng)如此，這樣就使得由風(fēng)輪80下部流出風(fēng)洞的風(fēng)40在靠近主出口56處也與軸38平行。在風(fēng)洞外部風(fēng)速大于風(fēng)洞出口內(nèi)部的風(fēng)速時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一種文丘里效應(yīng)，即風(fēng)洞外側(cè)流動(dòng)的風(fēng)可以將風(fēng)洞內(nèi)側(cè)的風(fēng)向后拉動(dòng)而行(類似一真空泵)，從而降低風(fēng)洞出口部分的壓力，增加風(fēng)輪80的葉片88前后的壓力差(得到更多的功率)。這樣也就增加作用在葉片88上的推力。
從圖4和圖5B可以看出，風(fēng)洞兩側(cè)41和42的外表面應(yīng)基本上為平面，并盡可能與風(fēng)洞長(zhǎng)軸38平行。據(jù)此設(shè)計(jì)，除發(fā)電機(jī)101和102及其支撐結(jié)構(gòu)外，風(fēng)洞兩側(cè)沒(méi)有東西對(duì)流動(dòng)的風(fēng)產(chǎn)生干擾，橫穿風(fēng)洞兩側(cè)41和42流過(guò)的風(fēng)40可以在靠近主出口56處保留其大部分速度頭。在風(fēng)洞外側(cè)風(fēng)速大于風(fēng)洞內(nèi)側(cè)時(shí)，就可以產(chǎn)生文丘里效應(yīng)，風(fēng)洞外側(cè)的風(fēng)拉動(dòng)內(nèi)側(cè)的風(fēng)流出風(fēng)洞，降低風(fēng)洞主出口56處的壓力。在第一設(shè)計(jì)中，流過(guò)風(fēng)洞34外側(cè)的風(fēng)40是給予了足夠的考慮。其中一個(gè)目標(biāo)就是使流過(guò)風(fēng)洞外側(cè)的風(fēng)40與由風(fēng)洞內(nèi)部流出的風(fēng)平行，以最大限度地保留風(fēng)40的速度頭。這樣可以增加風(fēng)輪30的輸出功率，提高風(fēng)輪30的效率。在設(shè)計(jì)許多風(fēng)洞的內(nèi)壁和外表面時(shí)均應(yīng)將這一點(diǎn)記在心中。
風(fēng)洞進(jìn)口部分44頂部外表面在靠近主進(jìn)口54的部分116與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸38平行，并為一平面(見圖2，3，和5B)。由于風(fēng)洞34由金屬薄板制成，風(fēng)洞進(jìn)口部分44頂部?jī)?nèi)表面在靠近主進(jìn)口54的部分118也如此(見圖3)。在所討論的第一種設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞上通道的上表面120控制了風(fēng)洞上通道61的形狀。這一點(diǎn)由圖3清晰可見。在第一種設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞上通道的上表面120與風(fēng)洞中部46的內(nèi)部上表面由一片薄板做成。在其他設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞上通道的上表面120與風(fēng)洞中部46的內(nèi)部上部?jī)?nèi)表面也可以由幾片薄板做成。
風(fēng)洞進(jìn)口部分44的底部?jī)?nèi)表面124與風(fēng)洞的軸38形成一很小的銳角122(底部?jī)?nèi)表面入口角)，并為一平面。底部?jī)?nèi)表面入口角的存在形成若干優(yōu)點(diǎn)，如被風(fēng)夾帶進(jìn)風(fēng)洞的雨水可以沿斜面124流出風(fēng)洞。銳角122(結(jié)合分離器的形狀，或上通道的形狀)使得風(fēng)洞中部的進(jìn)口76小于風(fēng)洞的主進(jìn)口54，由主進(jìn)口54流進(jìn)的風(fēng)40在進(jìn)入中部46與葉片88相遇以前，由于截面積不斷縮小，速度將逐漸增加。葉片88前方速度的增加將導(dǎo)致葉片88前方壓力的增加。在圖3所示的設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞進(jìn)口部分44的底部外表面128也相對(duì)于風(fēng)洞長(zhǎng)軸38形成一底部?jī)?nèi)表面入口角122。在其他設(shè)計(jì)中，底部外表面128相對(duì)于風(fēng)洞長(zhǎng)軸38形成的底部?jī)?nèi)表面入口角可以不同于底部?jī)?nèi)表面124與風(fēng)洞長(zhǎng)軸38形成的銳角122。如風(fēng)洞進(jìn)口部分44的下部外表面128與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸38平行。
在風(fēng)由主進(jìn)口54流進(jìn)風(fēng)洞34以后，它一般沿水平方向流動(dòng)。然而在風(fēng)流出風(fēng)洞中部46時(shí)其方向就被旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪改變?yōu)橄蛏蟽A斜，這就使得風(fēng)洞的出口也應(yīng)向上傾斜以提高風(fēng)流出風(fēng)洞中部46的效率，圖3中風(fēng)洞中部46下部?jī)?nèi)表面92的幾何中心處一小圖130為風(fēng)速的向量圖。此圖中V1代表風(fēng)流進(jìn)風(fēng)洞中部46的速度分量，V2代表風(fēng)輪在此點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的速度分量，V代表V1和V2的合速度。風(fēng)洞出口部分48靠近中部出口78的的頂部?jī)?nèi)表面134向上傾斜，與風(fēng)洞軸38形成一頂部?jī)?nèi)表面出口角132。表面134應(yīng)盡可能與風(fēng)的合速度V平行。風(fēng)洞出口部分48靠近中部出口78的的頂部?jī)?nèi)表面134以頂部?jī)?nèi)表面出口角132上斜有助于使鳳更有效地流出風(fēng)洞中部出口。由實(shí)驗(yàn)得知，頂部?jī)?nèi)表面出口角132的最佳值應(yīng)在26～39°之間。對(duì)于一個(gè)實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這一最佳值取決于風(fēng)輪直徑。在其他設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞出口部分48靠近中部出口78的頂部?jī)?nèi)表面出口角132可以為其他值，甚至于與風(fēng)洞長(zhǎng)軸38平行。
由圖3還可以看出，底部外表面138(風(fēng)洞中部46和風(fēng)洞出口部分48的底部在此相交)與風(fēng)洞長(zhǎng)軸38形成一風(fēng)洞底部外表面的過(guò)度角136。一般條件下應(yīng)盡可能保持夾角136與夾角132一致。但是在其他設(shè)計(jì)中，底部外表面的過(guò)度角136可以不同于頂部?jī)?nèi)表面出口角132。同樣在其他設(shè)計(jì)中，底部外表面138(風(fēng)洞中部46和風(fēng)洞出口部分48的底部在此相交)也可以做成其他形狀，如凹形曲面，凸形曲面，帶園弧的平面等。與此相似，在其他設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞34其他部分相交時(shí)可采用園弧面或曲面。
在所討論的第一種設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞出口部分底部?jī)?nèi)表面142與軸38也形成了一個(gè)風(fēng)洞底部?jī)?nèi)表面出口角140。這一夾角也為銳角。下表面142由兩個(gè)平面構(gòu)成。在其他設(shè)計(jì)中，下表面142也可以為一段平滑面或具有其他形狀的曲面，如凹形曲面，凸形曲面。由圖3可見，在風(fēng)洞出口處78處設(shè)置一過(guò)渡曲面144以連接風(fēng)洞出口部分48的底部?jī)?nèi)表面142和風(fēng)洞中部下部?jī)?nèi)表面92。為避免在風(fēng)洞出口部分48產(chǎn)生湍流渦團(tuán)，很重要的就是將風(fēng)洞出口部分48平滑地與風(fēng)洞中部46連接起來(lái)。如果出現(xiàn)湍流渦團(tuán)，就將阻止風(fēng)流出風(fēng)洞，從而降低風(fēng)輪的效率。同時(shí)，這一平滑過(guò)渡可以使得風(fēng)流出風(fēng)洞中部時(shí)壓力逐漸降低，以利于風(fēng)有效地離開風(fēng)洞中部46。在其他設(shè)計(jì)中也許不用這一平滑曲面過(guò)渡面144或采用其他形式的平滑過(guò)渡面。如果風(fēng)洞底部?jī)?nèi)表面出口角140太大，風(fēng)洞出口部分48的底部就可能形成一渦團(tuán)。為了保證風(fēng)洞里的風(fēng)輪具有很高的工作效率，就應(yīng)當(dāng)避免這一湍流渦團(tuán)的出現(xiàn)。流出風(fēng)洞中部46的風(fēng)應(yīng)當(dāng)沿著曲面144和底部?jī)?nèi)表面142流動(dòng)，而不應(yīng)在這些地方打漩。如果風(fēng)在這些地方出現(xiàn)打漩的現(xiàn)象，就將影響風(fēng)流出風(fēng)洞34的效率。
在所討論的第一種設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞中部46的內(nèi)部下表面92，過(guò)渡曲面144和風(fēng)洞出口部分48底部?jī)?nèi)表面142可由一塊金屬板制成。但如果風(fēng)輪很大(如風(fēng)輪直徑大于10m)，這三部分就不可能由一塊金屬板做成，而應(yīng)當(dāng)分別由幾片金屬制成。
在其他一些設(shè)計(jì)中，風(fēng)洞中部出口78的截面積可以小于風(fēng)洞主出口56處的截面積。
由圖3可見，沿著風(fēng)洞長(zhǎng)軸38上看，風(fēng)洞進(jìn)口部分44長(zhǎng)度為第一長(zhǎng)度151，風(fēng)洞出口部分48長(zhǎng)度為第二長(zhǎng)度152，而風(fēng)洞中部46長(zhǎng)度為第三長(zhǎng)度153。在第一設(shè)計(jì)方案中以及其他受歡迎的應(yīng)用中，第一長(zhǎng)度151(進(jìn)口部分44)與第二長(zhǎng)度152(出口部分48)基本相等，而第三長(zhǎng)度153(中部46)大約是第一長(zhǎng)度151的兩倍。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)洞進(jìn)口部分44(第一長(zhǎng)度151)和風(fēng)洞出口部分48(第二長(zhǎng)度152)應(yīng)越短越好，以使得整個(gè)風(fēng)洞里的風(fēng)輪的總長(zhǎng)度最短(以縮小安裝空間，方便旋轉(zhuǎn)風(fēng)洞里的風(fēng)輪以對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，減少材料消耗)。但從空氣動(dòng)力學(xué)上看，為使得風(fēng)很好地流過(guò)風(fēng)洞里的風(fēng)輪30，第一長(zhǎng)度151和第二長(zhǎng)度152越長(zhǎng)越好(風(fēng)在風(fēng)洞進(jìn)口部分44平穩(wěn)地壓縮，在風(fēng)洞出口部分48平穩(wěn)地澎漲)。這樣上面所討論的第一長(zhǎng)度151，第二長(zhǎng)度152，和第三長(zhǎng)度153的選擇可能形成各種矛盾因素的平衡。這一點(diǎn)得到了實(shí)驗(yàn)上的證實(shí)。在其他設(shè)計(jì)中，第一長(zhǎng)度151，第二長(zhǎng)度152，和第三長(zhǎng)度153的比率可以變化，進(jìn)口長(zhǎng)度151可以不等于出口長(zhǎng)度152。
圖4和圖5B中所示整個(gè)安裝有風(fēng)輪的風(fēng)洞寬度154(以及葉片88的寬度)可以在一定范圍內(nèi)變化。在優(yōu)先考慮的設(shè)計(jì)中，有兩個(gè)發(fā)電機(jī)101和102在風(fēng)輪的兩側(cè)，每個(gè)發(fā)電機(jī)各連接到風(fēng)輪軸82的一端，寬度154可以為風(fēng)輪直徑的1.5倍。寬度154的選擇必須保證在支撐平臺(tái)上方有足夠的空間安裝兩個(gè)發(fā)電機(jī)101和102。在其他設(shè)計(jì)中，風(fēng)力裝置30可以變寬，可以變窄。
由圖2到圖5B可以看出，該風(fēng)力裝置含有一旋轉(zhuǎn)支撐156以支承風(fēng)洞34(及風(fēng)輪80和發(fā)電機(jī)101/102)。在第一設(shè)計(jì)中，第一支撐部分157的一端連接到風(fēng)洞34，另一端則通過(guò)滾輪159連接到第二支撐部分158。滾輪159安置于第二支撐部分158的圓形軌道中，可以使第一支撐部分157(及風(fēng)洞34，風(fēng)輪80和發(fā)電機(jī)101/102)圍繞一垂直軸相對(duì)于第二支撐部分158旋轉(zhuǎn)。第二支撐部分158可以安裝在其他物體，其他結(jié)構(gòu)上，或一建筑物上，或地面上。對(duì)滾輪配以適當(dāng)?shù)膭?dòng)力裝置和自控裝置，就可以使整個(gè)風(fēng)洞里的風(fēng)輪30在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)156上旋轉(zhuǎn)以使得風(fēng)洞里的風(fēng)輪30始終與風(fēng)40的方向一至。在此領(lǐng)域有一定知識(shí)的人可以領(lǐng)略到許多其他類型的支撐156或其他結(jié)構(gòu)可以支承風(fēng)力裝置30。
風(fēng)洞34的主進(jìn)口54和主出口56處均應(yīng)安裝有安全格柵160(見圖2和圖4)。這種安全格柵可以為金屬絲網(wǎng)。安全格柵160可由金屬、鋁、尼龍，復(fù)合材料等多種適當(dāng)材料制作。讓葉片88完全置于風(fēng)洞34中，并安裝格柵160以后可帶來(lái)若干益處，如增加接近于風(fēng)輪的人的安全性，擴(kuò)大可安裝風(fēng)力裝置的地方的范圍，阻止鳥類或其他東西進(jìn)入風(fēng)洞。和傳統(tǒng)的風(fēng)輪相比，由于安全性大大提高，風(fēng)力裝置30不會(huì)對(duì)與其靠近的人類或動(dòng)物形成危險(xiǎn)，這樣就可以使這類風(fēng)力裝置安裝在許多地方，如房頂、地面，城中心建筑物之間(此處高層建筑之間可以有很大的風(fēng))，而不一定像圖1所示鏍旋漿風(fēng)輪那樣必須安裝在很高的立柱上以遠(yuǎn)離人群或動(dòng)物。
圖6顯示了該發(fā)明風(fēng)力裝置的第二種設(shè)計(jì)的側(cè)面。第二種設(shè)計(jì)與第一種設(shè)計(jì)相比基本相同，唯一不同之處是該處風(fēng)輪80有4個(gè)葉片88。采用4個(gè)葉片88的主要優(yōu)點(diǎn)是有助于風(fēng)輪的自動(dòng)起動(dòng)，而不太擔(dān)心風(fēng)輪停止的位置對(duì)風(fēng)輪起動(dòng)的影響。風(fēng)輪的自動(dòng)起動(dòng)特性代表風(fēng)洞里的風(fēng)輪30無(wú)論其靜止時(shí)停于何種位置，可以完全依靠風(fēng)力起動(dòng)。與采用4個(gè)葉片88相比，采用3個(gè)葉片88有著減輕風(fēng)輪80重量(降低風(fēng)輪80起動(dòng)的慣性)的好處。同時(shí)，這樣也會(huì)降低風(fēng)輪80的制造成本。另外，減輕風(fēng)輪80重量將會(huì)減少風(fēng)輪軸與軸承的摩擦，有助于提高風(fēng)輪的效率。本發(fā)明是將風(fēng)的速度頭轉(zhuǎn)化為作用在葉片上的壓力(通過(guò)減小葉片與風(fēng)洞內(nèi)側(cè)的間隙)，而不是利用摩擦力，因此，采用較少的葉片數(shù)(如2，3，4，5等)比采用較多的葉片數(shù)(如8，10，12，30)好。
在所討論的第一種設(shè)計(jì)中采用了一分離器以形成風(fēng)進(jìn)口處的上通道61和下通道62，精心設(shè)計(jì)了風(fēng)洞中部46，對(duì)稱設(shè)置葉輪上的葉片。所有這些均是為了使具有3片葉片的風(fēng)輪能自我起動(dòng)，而無(wú)論其靜止時(shí)停于何種位置。同時(shí)，這些特征還降低使風(fēng)洞里的風(fēng)輪30起動(dòng)的風(fēng)速。上通道61將風(fēng)40的一部分引向風(fēng)輪葉片88的切線方向，從而使上通道風(fēng)力對(duì)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的作用最大化。通過(guò)引導(dǎo)流進(jìn)上通道61的風(fēng)向下流動(dòng)(見圖3)，就減少了由下通道流入的風(fēng)向上流動(dòng)，推動(dòng)風(fēng)輪反轉(zhuǎn)的可能性。這樣也幫助風(fēng)輪在低風(fēng)速下起動(dòng)。在其他一些設(shè)計(jì)中，進(jìn)口處風(fēng)的通道數(shù)目可能超過(guò)兩個(gè)。
由圖3和圖6可見，沿風(fēng)洞中部46上下內(nèi)壁延伸的平面部分162也是為了幫助風(fēng)輪80自動(dòng)起動(dòng)。這樣的平面部分相對(duì)風(fēng)輪80形成了一個(gè)較大的角度，無(wú)論風(fēng)輪80停在這一角度的任何位置，均能自我起動(dòng)。這一設(shè)計(jì)特征對(duì)具有三個(gè)葉片的風(fēng)輪特別有利。
在常用的第一種設(shè)計(jì)中，流進(jìn)主進(jìn)口54的風(fēng)被分離器分為兩部分(見圖3)。其中大部分流進(jìn)風(fēng)洞34的風(fēng)經(jīng)下通道62流進(jìn)風(fēng)洞中部推動(dòng)風(fēng)輪80的葉片88，從而使得風(fēng)輪80圍繞旋轉(zhuǎn)軸84旋轉(zhuǎn)。另一部分流進(jìn)風(fēng)洞34的風(fēng)經(jīng)上通道61流進(jìn)風(fēng)洞中部。這股風(fēng)流進(jìn)中部時(shí)的角度與由下通道62流進(jìn)風(fēng)洞中部的風(fēng)完全不同(見圖3)。由上通道61流進(jìn)的風(fēng)也推動(dòng)葉片88使風(fēng)輪80旋轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)輪80圍繞其旋轉(zhuǎn)軸84旋轉(zhuǎn)時(shí)，將帶動(dòng)發(fā)電機(jī)101和102旋轉(zhuǎn)。盡管在第一設(shè)計(jì)中發(fā)電機(jī)101和102被直接連接到旋轉(zhuǎn)軸82上，但在其他設(shè)計(jì)中，發(fā)電機(jī)也許是通過(guò)皮帶輪，齒輪等間接連接到旋轉(zhuǎn)軸82上。當(dāng)發(fā)電機(jī)被風(fēng)輪80帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生電能。這些電能可以送到電網(wǎng)，也可以對(duì)電池充電，或送到其他裝置供當(dāng)時(shí)或未來(lái)各種用途圖7和圖8顯示了風(fēng)洞里的風(fēng)輪30的第三種設(shè)計(jì)。在此設(shè)計(jì)中，風(fēng)輪80只有兩個(gè)葉片88。這一設(shè)計(jì)有時(shí)可以工作，但有時(shí)難與自我起動(dòng)。當(dāng)它靜止停于圖7所示的位置時(shí)，很容易在風(fēng)的吹動(dòng)下自己起動(dòng)。而如果風(fēng)輪80停于圖8所示的位置時(shí)，就難以在風(fēng)的吹動(dòng)下啟動(dòng)。在風(fēng)輪80停于圖8所示的位置時(shí)，風(fēng)完全可以自葉片88上下均流過(guò)，產(chǎn)生一種平衡效應(yīng)，導(dǎo)至風(fēng)輪80無(wú)法自己起動(dòng)。直接解決這一問(wèn)題的方法是控制風(fēng)輪80不停于圖8所示的位置，而總是停于圖7所示的位置。另一解決自動(dòng)起動(dòng)問(wèn)題的辦法是利用外部動(dòng)力連接到軸82幫助起動(dòng)。與采用3個(gè)葉片88或更多葉片88的風(fēng)輪相比，采用兩個(gè)葉片88的好處是風(fēng)輪的慣性低，制造成本少。
與傳統(tǒng)的風(fēng)輪設(shè)計(jì)相比，本發(fā)明還有其他優(yōu)點(diǎn)。如這種風(fēng)洞里的風(fēng)輪將很安靜，這是因?yàn)檫@種風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的較慢，且旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪完全置于風(fēng)洞中。本發(fā)明第一種設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上也很簡(jiǎn)單，易于在合理成本下生產(chǎn)大尺度的裝置。而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又容易提高其機(jī)械上的可靠性，機(jī)械可靠性高將減少維修工作量(即降低維修成本，減少停機(jī)時(shí)間)。同時(shí)，在兩側(cè)平衡地配置兩個(gè)發(fā)電機(jī)101和102有利于整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，便于放大。
本發(fā)明的風(fēng)力裝置可以安裝在許多地方，如空野之地，坡頂，坡面，建筑物頂，或建筑物旁，或甚至建筑之間的任意一層(介于高層建筑物之間)，或在船上，海上鉆井平臺(tái)，或水(湖，河，大海)面上的平臺(tái)，或靠近水塔，在一水電結(jié)構(gòu)上，靠近水電供應(yīng)線旁，在一電廠頂上，或在化工廠，貯罐，水壩頂上，或在水壩側(cè)面，橋下，橋上等等。在對(duì)本發(fā)明作了如此詳盡的描述以后，在此領(lǐng)域稍有知識(shí)的人不難想出本發(fā)明風(fēng)力裝置可以安裝的其他許多地方。
雖然本發(fā)明的各種設(shè)計(jì)和其一些基本優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被詳盡描述，但是應(yīng)理解的是在不違背本專利優(yōu)先權(quán)要求的基本精神和基本條件下可以對(duì)本發(fā)明做許多變化，替代，改進(jìn)。本發(fā)明的范圍并不局限于某一特殊設(shè)計(jì)方案的過(guò)程，機(jī)器，制造過(guò)程，物體的構(gòu)成，方法，步驟等。在此領(lǐng)域有一定知識(shí)的人可以輕易地根據(jù)本發(fā)明的各種介紹領(lǐng)略各種現(xiàn)有或未來(lái)開發(fā)的過(guò)程，機(jī)器，制造，物體的構(gòu)成，方法，步驟。它們都和本發(fā)明發(fā)揮非常相同的作用，達(dá)到非常相同的效果。因此，本專利要求的優(yōu)先權(quán)在其范圍內(nèi)將覆蓋所有這些過(guò)程，機(jī)器，制造，物體的構(gòu)成，方法，步驟等。
權(quán)利要求
1.一種由下列基本部分組成的風(fēng)輪裝置一個(gè)沿一長(zhǎng)軸形成的風(fēng)洞。該風(fēng)洞有一進(jìn)口部分，一中部，和一出口部分。進(jìn)口部分有一風(fēng)的主進(jìn)口，出口部分有一風(fēng)的主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞的進(jìn)口部分經(jīng)中部被非常平滑地連接到風(fēng)洞的出口部分。一個(gè)設(shè)在風(fēng)洞中部的風(fēng)輪。該風(fēng)輪的軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部。整個(gè)風(fēng)輪依其旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)流進(jìn)風(fēng)洞推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪軸上裝有葉片。葉片的最遠(yuǎn)端不超出風(fēng)輪的中部。一分離器安裝在風(fēng)洞的進(jìn)口部分，使風(fēng)洞進(jìn)口分為上下兩個(gè)通道。風(fēng)洞進(jìn)口的上下通道均將風(fēng)送到風(fēng)洞中部。沿風(fēng)洞長(zhǎng)度方向的軸來(lái)看，風(fēng)洞中部的進(jìn)口比其出口更靠近風(fēng)洞的總進(jìn)口，而風(fēng)洞中部的出口比其進(jìn)口更靠近風(fēng)洞的總出口。風(fēng)洞中部上方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。風(fēng)洞中部下方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。同時(shí)，風(fēng)輪葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁也有一側(cè)間隙。
2.權(quán)利要求1所述的風(fēng)力動(dòng)力裝置，其風(fēng)洞進(jìn)口處的分離器呈楔狀，其尖銳一端對(duì)著風(fēng)洞的進(jìn)口，寬鈍一端背離風(fēng)洞進(jìn)口。
3.權(quán)利要求2所述的分離器，該分離器使得風(fēng)洞進(jìn)口上通道的進(jìn)口截面積大于上通道的出口面積，同時(shí)其入口比出口更靠近風(fēng)洞主進(jìn)口；風(fēng)洞進(jìn)口下通道的進(jìn)口截面積也大于其出口截面積。同時(shí)其入口比出口更靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口的上下通道的出口均將風(fēng)送到風(fēng)洞中部。
4.權(quán)利要求3所述的風(fēng)洞進(jìn)口上通道的入口面積在風(fēng)洞進(jìn)口下通道入口面積的19％至35％之間。
5.權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪有若干個(gè)葉片，其葉片數(shù)可為2，3，4，5，6，7，8等等。
6.權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪與風(fēng)洞內(nèi)部上表面的上間隙大約為10mm。
7.權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪與風(fēng)洞內(nèi)部下表面的下間隙大約為10mm。
8.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞出口部分的中心高于其進(jìn)口部分的中心，相對(duì)與風(fēng)洞的長(zhǎng)軸和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸均如此。
9.權(quán)利要求8所述的風(fēng)洞的主出口面積與風(fēng)洞的主進(jìn)口面積基本相等。
10.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞的第一側(cè)安裝有第一個(gè)發(fā)電機(jī)，由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第一端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞的第二側(cè)安裝有第二個(gè)發(fā)電機(jī)，由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第二端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
11.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞出口部分靠近出口處的頂部外表面與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸平行，且這一表面基本上為一平面。
12.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞出口部分靠近出口處的底部外表面與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸平行，且這一表面基本上為一平面。
13.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞的外表面基本上為一些平面，且許多平面與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸相平行。
14.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞進(jìn)口部分靠近進(jìn)口處的頂部外表面與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸相平行，且基本上為一平面。
15.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞進(jìn)口部分底部?jī)?nèi)表面與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸形成一底部表面入口角，這一夾角為銳角。風(fēng)洞進(jìn)口部分底部?jī)?nèi)表面基本上為一平面。
16.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞出口部分頂部?jī)?nèi)表面在靠近風(fēng)洞中部與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸形成一頂部?jī)?nèi)表面出口角，這一夾角為銳角。頂部?jī)?nèi)表面基本上為一平面。
17.權(quán)利要求16所述的頂部?jī)?nèi)表面出口角在26至39度之間。
18.風(fēng)洞中部出口截面積小于風(fēng)洞主出口的截面積。
19.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞出口部分底部?jī)?nèi)表面與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸形成一底部?jī)?nèi)表面出口角，這一夾角為銳角。
20.權(quán)利要求19所述的風(fēng)洞底部有一曲線過(guò)渡段，這一過(guò)渡段設(shè)在風(fēng)洞中部底部。它將風(fēng)洞出口部分底部?jī)?nèi)表面風(fēng)洞中部下部?jī)?nèi)表面連接起來(lái)。
21.權(quán)利要求1所述的風(fēng)力動(dòng)力裝置安裝在第一支撐平臺(tái)上，該第一支撐平臺(tái)通過(guò)滾輪安裝在第二支撐平臺(tái)上，并可圍繞一垂直軸相對(duì)于第二支撐平臺(tái)旋轉(zhuǎn)。
22.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞進(jìn)口部分的長(zhǎng)度為風(fēng)洞沿其長(zhǎng)軸的第一長(zhǎng)度，風(fēng)洞出口部分的長(zhǎng)度為第二長(zhǎng)度，風(fēng)洞中部的長(zhǎng)度為第三長(zhǎng)度，第一長(zhǎng)度與第二長(zhǎng)度大致相當(dāng)，而第三長(zhǎng)度約為第一長(zhǎng)度的兩倍。
23.權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞出口部分靠近風(fēng)洞主出口處的頂部?jī)?nèi)表面與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸基本平行，且基本上為一平面。在風(fēng)洞出口部分緊靠出口處的底部?jī)?nèi)表面也與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸相平行，且基本上為一平面。
24.權(quán)利要求1所述的風(fēng)力動(dòng)力裝置上的發(fā)電機(jī)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸相垂直。
25.權(quán)利要求1所述的側(cè)間隙，上間隙，和下間隙基本相等。
26.權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪裝置中風(fēng)輪兩側(cè)與風(fēng)洞兩側(cè)內(nèi)壁之間的間隙在10mm左右。
27.一由下列各部分組成的風(fēng)輪裝置一個(gè)沿一基本水平的長(zhǎng)軸形成的風(fēng)洞。該風(fēng)洞有一進(jìn)口部分，一中部，和一出口部分。進(jìn)口部分有一風(fēng)的主進(jìn)口，出口部分有一風(fēng)的主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞的進(jìn)口經(jīng)中部被非常平滑地連接到風(fēng)洞的出口。一個(gè)設(shè)在風(fēng)洞中部的風(fēng)輪。該風(fēng)輪的軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部，整個(gè)風(fēng)輪依其旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪軸上裝有葉片。葉片的最遠(yuǎn)端不超出風(fēng)輪的中部。一分離器安裝在風(fēng)洞的進(jìn)口部分，使風(fēng)洞進(jìn)口分為上下兩個(gè)通道。分離器一般呈楔形狀。其尖銳一端靠近風(fēng)的進(jìn)口，而鈍的一端則反之。風(fēng)洞進(jìn)口上通道的入口面積大于其出口面積。同時(shí)其入口比出口靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口下通道的入口面積大于其出口面積。同時(shí)其入口比出口靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口的上下通道的出口均將風(fēng)送到風(fēng)洞中部。沿風(fēng)洞長(zhǎng)度方向的軸來(lái)看，風(fēng)洞中部的進(jìn)口比其出口更靠近風(fēng)洞的總進(jìn)口，而風(fēng)洞中部的出口比其進(jìn)口更靠近風(fēng)洞的總出口。風(fēng)洞中部上方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。風(fēng)洞中部下方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。同時(shí)，風(fēng)輪葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁也有一側(cè)間隙。相對(duì)于風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸而言，風(fēng)洞主出口的幾何中心高于風(fēng)洞主進(jìn)口的幾何中心。
28.一由下列各部分組成的風(fēng)輪裝置一個(gè)沿一基本水平的長(zhǎng)軸形成的風(fēng)洞。該風(fēng)洞有一進(jìn)口部分，一中部，和一出口部分。進(jìn)口部分有一風(fēng)的主進(jìn)口，出口部分有一風(fēng)的主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞的進(jìn)口部分經(jīng)中部被非常平滑地連接到風(fēng)洞的出口部分。一個(gè)設(shè)在風(fēng)洞中部的風(fēng)輪。該風(fēng)輪的軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部，整個(gè)風(fēng)輪依其旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪軸上裝有葉片。葉片的最遠(yuǎn)端不超出風(fēng)輪的中部。風(fēng)洞進(jìn)口處有分離器將風(fēng)洞進(jìn)口分為上下兩個(gè)通道。分離器基本上為一楔形狀物，其尖銳一端對(duì)著風(fēng)洞進(jìn)口，鈍的一端背離風(fēng)洞進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口上通道的入口面積大于其出口面積。同時(shí)其入口比出口更靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口下通道的入口面積大于其出口面積。同時(shí)其入口比出口更靠近風(fēng)洞主進(jìn)口。風(fēng)洞進(jìn)口的上下通道的出口均將風(fēng)送到風(fēng)洞中部。沿風(fēng)洞長(zhǎng)度方向的軸來(lái)看，風(fēng)洞中部的進(jìn)口比其出口更靠近風(fēng)洞的總進(jìn)口，而風(fēng)洞中部的出口比其進(jìn)口更靠近風(fēng)洞的總出口。風(fēng)洞中部上方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。風(fēng)洞中部下方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。同時(shí)，風(fēng)輪葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁也有一側(cè)間隙。相對(duì)于風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心而言，風(fēng)洞主出口的幾何中心高于風(fēng)洞主進(jìn)口的幾何中心。風(fēng)洞的第一側(cè)安裝有第一個(gè)發(fā)電機(jī)，由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第一端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞的第二側(cè)安裝有第二個(gè)發(fā)電機(jī)，由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第二端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
29.一由下列各部分組成的風(fēng)輪裝置一個(gè)沿一長(zhǎng)軸形成的風(fēng)洞。該風(fēng)洞有一進(jìn)口部分，一中部，和一出口部分。進(jìn)口部分有一風(fēng)的主進(jìn)口，出口部分有一風(fēng)的主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞的進(jìn)口經(jīng)中部被非常平滑地連接到風(fēng)洞的出口。一個(gè)設(shè)在風(fēng)洞中部的風(fēng)輪。該風(fēng)輪的軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部，整個(gè)風(fēng)輪依其旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪軸上裝有葉片。葉片的最遠(yuǎn)端不超出風(fēng)輪的中部。風(fēng)洞中部上方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。風(fēng)洞中部下方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。風(fēng)洞的第一側(cè)安裝有第一個(gè)發(fā)電機(jī)，由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第一端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞的第二側(cè)安裝有第二個(gè)發(fā)電機(jī)，它由旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的軸的第二端帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
30.一由下列各部分組成的風(fēng)輪裝置一個(gè)沿一長(zhǎng)軸形成的風(fēng)洞。該風(fēng)洞有一進(jìn)口部分，一中部，和一出口部分。進(jìn)口部分有一風(fēng)的主進(jìn)口，出口部分有一風(fēng)的主出口。風(fēng)洞中部介于其進(jìn)口部分和出口部分之間。風(fēng)洞的進(jìn)口經(jīng)中部被非常平滑地連接到風(fēng)洞的出口。一個(gè)設(shè)在風(fēng)洞中部的風(fēng)輪。該風(fēng)輪的軸橫穿過(guò)風(fēng)洞中部，整個(gè)風(fēng)輪依其旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸相交。兩者之間的夾角在45°與135°之間。當(dāng)風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，流進(jìn)風(fēng)洞的風(fēng)與風(fēng)洞沿長(zhǎng)度方向的軸之間的夾角則應(yīng)小于45°。風(fēng)輪軸上裝有葉片。葉片的最遠(yuǎn)端不超出風(fēng)輪的中部。風(fēng)洞中部上方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部上方圓弧面時(shí)，葉片頂端與風(fēng)洞中部上方圓弧面之間形成一上間隙。這一間隙一般小于10mm。風(fēng)洞中部下方內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部下部的圓弧面剛好面對(duì)風(fēng)洞中部上部的圓弧面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片經(jīng)過(guò)風(fēng)洞中部底部圓弧面時(shí)，葉片頂端與此圓弧面之間形成一下間隙。這一間隙一般小于10mm。同時(shí)，風(fēng)輪葉片兩側(cè)與風(fēng)洞中部?jī)蓚?cè)內(nèi)壁之間也有一側(cè)間隙。這一間隙一般也小于10mm。
31.權(quán)利要求30所述的風(fēng)輪裝置在風(fēng)輪直徑小于2m時(shí)，上間隙大約為3mm左右，下間隙大約為3mm左右，側(cè)間隙也大約為3mm左右。
32.權(quán)利要求30所述的風(fēng)輪裝置在風(fēng)輪直徑小于3m時(shí)，上間隙大約為5mm左右，下間隙大約為5mm左右，側(cè)間隙也大約為5mm左右。
全文摘要
本發(fā)明將一風(fēng)輪安裝在風(fēng)洞中。風(fēng)洞共分三部分前部為風(fēng)的進(jìn)口部分，它有一風(fēng)的主進(jìn)口。后部為風(fēng)的出口部分，它有一風(fēng)的主出口。介于其間的中部安裝有風(fēng)輪。風(fēng)輪的葉片完全包含在風(fēng)洞的中部。在風(fēng)洞的進(jìn)口部分裝有一分離器將風(fēng)洞的進(jìn)口分為上/下兩個(gè)通道，這兩個(gè)通道均將風(fēng)送到風(fēng)洞的中部。風(fēng)洞中部上下內(nèi)壁相當(dāng)一部分是以風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸為中心的圓弧面。風(fēng)洞中部上下內(nèi)壁與風(fēng)輪葉片之間各存在一上下間隙。風(fēng)洞的主出口明顯高于主進(jìn)口。風(fēng)輪軸的兩側(cè)各安裝有一個(gè)發(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)F03D7/00GK1930393SQ200580007490
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者范忠良 申請(qǐng)人:范忠良