專利名稱：具有混合器和噴射器的風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及風(fēng)力渦輪機(jī)。更具體地說，本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的方法
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)通常包括稱為"轉(zhuǎn)子"的螺旋槳狀的裝置，該螺旋槳狀的裝置迎向運(yùn)動 的氣流。當(dāng)空氣撞擊轉(zhuǎn)子時(shí)，空氣在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的力使轉(zhuǎn)子繞其中心旋轉(zhuǎn)。所述轉(zhuǎn)子通過 聯(lián)動裝置(例如齒輪、帶、鏈條或其它裝置)與發(fā)電機(jī)或機(jī)械裝置相連。這種渦輪機(jī)用于發(fā) 電和為電池充電。這種渦輪機(jī)還用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)泵和/或運(yùn)動的機(jī)器零件。風(fēng)力渦輪機(jī)在大 型發(fā)電"風(fēng)電場"中很常見，大型發(fā)電"風(fēng)電場"具有以幾何圖形排列的多個(gè)這樣的渦輪機(jī)， 所述幾何圖形設(shè)計(jì)為能夠在使所述各個(gè)渦輪機(jī)對彼此的影響和/或?qū)χ車h(huán)境的影響最 小的情況下實(shí)現(xiàn)最大的功率提取。 當(dāng)轉(zhuǎn)子置于與其直徑相比非常寬的氣流中時(shí)，轉(zhuǎn)子將流體功率轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)功率的 轉(zhuǎn)換能力被限制在來流功率的59. 3%，該值是已被證明的理論值，被稱為"貝茲(Betz)"極 限，在1926年由A,Betz所證明。該生產(chǎn)率極限值尤其適用于如圖1A(屬于現(xiàn)有技術(shù))所 示的常規(guī)多葉片軸流式風(fēng)力/水力渦輪機(jī)。 已經(jīng)嘗試使風(fēng)力渦輪機(jī)的性能潛力超過"貝茲"極限。為此，已經(jīng)采用過圍繞轉(zhuǎn)子 設(shè)置的外罩或管道。參見例如授予Hi e l等人的美國專利No.7，218，011(見圖lB);授予 de Geus的美國專利No. 4， 204， 799 (見圖1C);授予Oman等人的美國專利No. 4， 075， 500 (見 圖1D);以及授予Tocher的美國專利No.6，887，031。適當(dāng)設(shè)計(jì)的外罩使得來流在向管道的 中心集中時(shí)加速。通常，對于適當(dāng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子而言，這種提高的氣流速度導(dǎo)致轉(zhuǎn)子上的作用 力增大，并繼而導(dǎo)致功率提取水平提高。然而，常常發(fā)生轉(zhuǎn)子葉片由于更強(qiáng)的風(fēng)造成的剪切 力和張力而斷裂的情況。 據(jù)稱有兩倍于貝茲極限的值的記錄，但未經(jīng)證實(shí)。參見I gar ， 0. ， Shrouds for Aerogenerations， AIAA Journal, October 1976， pp. 1481—83 ;lgar&0zer， Research and Development for ShroudedWind Turbines, Energy Cons. &Management， Vol. 21， pp. 13-48,1981 ;還參見AIAA Technical Note,題目為"Ducted Wind/WaterTurbines and Propellers Revisited",作者為本申請的申請人("申請人的AIAA Technical Note"), 并已被同意公開?？梢栽谏暾埲说男畔⒐_聲明中找到上述文件的副本。然而，其權(quán)利要 求未經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，并且現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果不能確定這種進(jìn)步在實(shí)際風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用中的可行性。 為達(dá)到更高的功率和效率，需要使外罩和轉(zhuǎn)子的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)與不時(shí)地處于高 度變化狀態(tài)的來流流體流的速度緊密匹配。這種空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)考慮對于氣流渦輪機(jī)對其 周圍環(huán)境產(chǎn)生的后續(xù)影響以及風(fēng)電場設(shè)計(jì)的生產(chǎn)率水平來說也非常重要。
噴射器是眾所周知并已經(jīng)得到驗(yàn)證的流體噴射泵，其將流體抽吸到系統(tǒng)內(nèi)，從而 提高通過該系統(tǒng)的流速。混合器/噴射器(mixer/ejectors)是短小緊湊型的噴射泵，這種 噴射泵相對而言對來流狀態(tài)不敏感，并被廣泛用于流速為近音速或超音速的高速噴射推進(jìn) 應(yīng)用。參見例如授予Walter M. Presz， Jr博士的美國專利No. 5， 761， 900，其中也在下游使 用混合器，從而在減小排放噪音的同時(shí)提高推力。Presz博士是本發(fā)明的共同發(fā)明人。
燃?xì)鉁u輪機(jī)技術(shù)還未成功用于軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)。這一不足有多種原因?，F(xiàn)有的 風(fēng)力渦輪機(jī)通常使用無外罩的渦輪葉片來提取風(fēng)能。因此，接近風(fēng)力渦輪葉片的流體中的 大部分流體圍繞葉片流動而沒有穿過葉片。此外，當(dāng)空氣接近現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)時(shí)，空氣速 度明顯下降。這兩種影響均導(dǎo)致氣體經(jīng)過渦輪機(jī)的流速低。低流速使得燃?xì)鉁u輪機(jī)技術(shù) (例如定子/轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì))的潛在益處最小化。前述的帶外罩風(fēng)力渦輪機(jī)的方法著重于出口 擴(kuò)壓器，以提高渦輪葉片的速度。擴(kuò)壓器需要長的距離來獲得良好的性能，并且往往對來流 的變化非常敏感。這種既長又對氣流敏感的擴(kuò)壓器在風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)備中不實(shí)用。短擴(kuò)壓器 在實(shí)際應(yīng)用中會脫流，根本無法工作。此外，因?yàn)橄Ｍ谒俣忍岣叩那闆r下進(jìn)行渦輪機(jī)能量 提取，所以可能無法實(shí)現(xiàn)所需的下游擴(kuò)流。這些影響使得使用燃?xì)鉁u輪機(jī)技術(shù)獲得更加高 效的風(fēng)力渦輪機(jī)的所有上述嘗試前功盡棄。 因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種方法，該方法在風(fēng)力渦輪機(jī)中使用先進(jìn)的 流體動力學(xué)混合/噴射泵原理來穩(wěn)定地輸送遠(yuǎn)高于貝茲極限的可持續(xù)功率水平。
另一主要目的在于提供一種用于軸流式渦輪機(jī)的改進(jìn)的方法，該方法使用獨(dú)特的 (用于風(fēng)力渦輪機(jī)的)混流裝置來提高生產(chǎn)率，并使伴隨產(chǎn)生的流場對其附近(例如風(fēng)電 場)的周圍環(huán)境的影響最小化。 另一主要目的在于提供一種改進(jìn)的方法，該方法使更多的氣流通過軸流式風(fēng)力渦 輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，隨后使能量較低的排出流在排出渦輪機(jī)之前與能量較高的旁路氣流迅速混合。 另一主要目的在于提供一種改進(jìn)的軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，該軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)使用 獨(dú)特的(用于風(fēng)力渦輪機(jī)的)混流和控制裝置來提高生產(chǎn)率，并使伴隨產(chǎn)生的流場對其附 近(例如風(fēng)電場)的周圍環(huán)境的影響最小化。 另一主要目的在于提供一種改進(jìn)的軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，該軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)泵送 更多的氣流通過轉(zhuǎn)子，隨后使低能的渦輪機(jī)出口流在排出系統(tǒng)之前與高能的旁路氣流迅速 混合。 相應(yīng)于上述的目的，一個(gè)更明確的目的在于提供一種方法和設(shè)備，其相對安靜并 可在居住區(qū)安全使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于使風(fēng)力渦輪機(jī)的效率持續(xù)超過貝茲極限的方法和設(shè)備。所 述方法和設(shè)備均使用流體動力學(xué)噴射器的構(gòu)思和先進(jìn)的混流裝置來提高工作效率，同時(shí)，
8與現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)相比，申請人的獨(dú)特的風(fēng)力渦輪機(jī)降低了噪音水平。 申請人:的優(yōu)選設(shè)備是帶有混合器/噴射器的風(fēng)力渦輪機(jī)(簡稱為"MEWT")。在優(yōu) 選的設(shè)備實(shí)施例中，所述MEWT是軸流式渦輪機(jī)，包括(按從上游到下游的順序)渦輪機(jī)外 罩，其具有喇叭形的入口 ；由定子構(gòu)成的環(huán)，其位于所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)；葉輪，其具有由葉 輪葉片構(gòu)成的環(huán)并與所述定子"直線排列布置";混合器，其與所述渦輪機(jī)外罩相連，并具有 由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，所述混合器瓣向下游延伸超過所述葉輪葉片；以及噴射器，其包括由 混合器瓣構(gòu)成的環(huán)(例如，與美國專利No. 5， 761，900中所示的類似)和向下游延伸超過所 述混合器瓣的混合器外罩。所述渦輪機(jī)外罩、混合器和噴射器被設(shè)計(jì)并設(shè)置為使抽吸經(jīng)過 所述風(fēng)力渦輪機(jī)的流體量最大，并且使其尾流對環(huán)境的影響(例如，噪音)以及對其他動力 渦輪機(jī)的影響(例如，結(jié)構(gòu)損害或生產(chǎn)率損失)最小化。與現(xiàn)有技術(shù)不同，所述優(yōu)選MEWT包 括具有先進(jìn)的流體混合和控制裝置的外罩，所述流體混合和控制裝置例如為瓣?duì)畹幕虿坌?的混合器和/或一個(gè)或多個(gè)噴射泵。所述混合/噴射泵與在飛機(jī)制造工業(yè)中使用的混合/ 噴射泵大不相同，這是因?yàn)楦吣芸諝饬魅胨鰢娚淦魅肟冢瑥耐獠繃@、抽吸離開渦輪機(jī)外 罩的低能空氣并與所述低能空氣混合。 在該第一優(yōu)選設(shè)備實(shí)施例中，所述MEWT在廣義上包括軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其被 具有喇叭形入口的渦輪機(jī)外罩圍繞，所述渦輪機(jī)外罩在其末端區(qū)域(即，渦輪機(jī)外罩的端 部)中結(jié)合了混合裝置；以及單獨(dú)的噴射器管道，所述噴射器管道覆蓋所述渦輪機(jī)外罩的 尾部，所述噴射器管道本身可在其末端區(qū)域中結(jié)合先進(jìn)的混合裝置。 在一個(gè)替代設(shè)備實(shí)施例中，所述MEWT包括軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其被具有空氣動 力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩圍繞，所述渦輪機(jī)外罩在其末端區(qū)域中結(jié)合了混合裝置。
廣義上，優(yōu)選的方法包括通過以下步驟使如下類型的風(fēng)力渦輪機(jī)(優(yōu)選軸流式 風(fēng)力渦輪機(jī))產(chǎn)生超過貝茲極限的功率水平，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有渦輪機(jī)外罩，其具有喇 叭形的入口 ；和處于下游的葉輪，其具有由葉輪葉片構(gòu)成的環(huán)，所述步驟為接收并引導(dǎo)環(huán) 境空氣的一級氣流進(jìn)入所述渦輪機(jī)外罩；通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪 旋轉(zhuǎn)，由此所述一級氣流把能量傳遞給所述葉輪；以及，通過順序位于所述葉輪下游的混合 器和噴射器拖帶環(huán)境空氣的二級氣流并使所述二級氣流僅與穿過葉輪的一級氣流混合。
—種替代方法包括通過以下步驟使風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生超過貝茲極限的功率水平，所述 風(fēng)力機(jī)具有渦輪機(jī)外罩，其具有喇叭形的入口 ；和處于下游的螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子，所述步驟 為通過順序位于轉(zhuǎn)子下游的混合器和噴射器拖帶環(huán)境空氣并使所述環(huán)境空氣僅與穿過所 述渦輪機(jī)外罩和轉(zhuǎn)子的能量較低的氣流混合。 對優(yōu)選方法和設(shè)備的基于第一原理的理論分析表明在迎風(fēng)面積相同的情況下， 所述MEWT能夠產(chǎn)生三倍于或更多倍于其無外罩的對應(yīng)裝置的功率；并且可以使風(fēng)電場的 生產(chǎn)率提高兩倍或更多倍。 基于理論分析，申請人相信本申請的優(yōu)選方法和設(shè)備產(chǎn)生的功率是同樣大小的常 規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)的現(xiàn)有功率的三倍。 通過結(jié)合附圖閱讀下面的說明，可以更加明顯地看出本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1A、 1B、 1C和1D屬于現(xiàn)有技術(shù)，示出了現(xiàn)有渦輪機(jī)的實(shí)例；
圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的申請人的優(yōu)選MEWT實(shí)施例的分解視圖；
圖3是連接在支撐塔上的優(yōu)選MEWT的前透視圖； 圖4是優(yōu)選MEWT的前透視圖，其中多個(gè)部分被去除以示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如與葉輪 連接的呈輪狀結(jié)構(gòu)的功率輸出裝置； 圖5是僅示出圖4中的定子、葉輪、功率輸出裝置和支撐桿的前透視圖； 圖6示出了優(yōu)選MEWT的替代實(shí)施例，其中混合/噴射泵在噴射器外罩的末端區(qū)域
(即，端部)具有混合器瓣； 圖7是圖6所示的MEWT的側(cè)視剖視圖； 圖8是(圖7中圈出的)可旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器和機(jī)械可旋轉(zhuǎn)定子葉片變型的放大圖，所
述可旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器用于將MEWT與支撐塔可旋轉(zhuǎn)地連接； 圖9是具有螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子的MEWT的前透視圖； 圖10是圖9所示的MEWT的后透視圖； 圖11示出了圖9所示的MEWT的后平面圖； 圖12是沿圖11中的線12-12截取的剖視圖； 圖13是圖9所示的MEWT的前平面圖； 圖14是沿圖13中的線14-14截取的側(cè)視剖視圖，示出了用于流量控制的兩個(gè)可 樞轉(zhuǎn)阻擋件； 圖15是在圖14中圈出的阻擋件的放大圖； 圖16示出了 MEWT的替代實(shí)施例，所述MEWT具有用于對準(zhǔn)風(fēng)向的兩個(gè)可選樞轉(zhuǎn)翼 板； 圖17是圖16所示的MEWT的側(cè)視剖視圖； 圖18是MEWT的替代實(shí)施例的前平面圖，所述MEWT結(jié)合了二級噴射器，所述二級 噴射器具有位于渦輪機(jī)外罩的末端區(qū)域中的混合裝置(此處為混合器瓣)和位于噴射器外 罩的末端區(qū)域中的混合裝置(此處為由槽構(gòu)成的環(huán))；
圖19是圖18所示的MEWT的側(cè)視剖視圖；
圖20是圖18所示的MEWT的后視圖；
圖21是圖18所示的MEWT的前透視圖； 圖22是MEWT的替代實(shí)施例的前透視圖，所述MEWT結(jié)合了二級噴射器，所述二級
噴射器具有位于渦輪機(jī)外罩的末端區(qū)域和噴射器外罩的末端區(qū)域中的混合器瓣； 圖23是圖22所示的MEWT的后透視圖； 圖24示出了圖22所示的渦輪機(jī)外罩中的可選吸音襯層； 圖25示出了具有非圓形外罩部件的MEWT ;以及 圖26示出了優(yōu)選MEWT的替代實(shí)施例，所述MEWT在渦輪機(jī) 外罩的末端區(qū)域(即，端部)具有混合器瓣。
具體實(shí)施例方式
詳細(xì)參考附圖，圖2-25示出了申請人的具有混合器和噴射器的軸流式風(fēng)力渦輪 機(jī)("MEWT")的多個(gè)可選實(shí)施例。在優(yōu)選實(shí)施例中(見圖2、3、4、5) ， MEWT 100為軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括
a.具有空氣動力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩102 ; b.具有空氣動力學(xué)外形的中心體103，其位于渦輪機(jī)外罩102內(nèi)并與渦輪機(jī)外罩 102相連； c.渦輪級104，其圍繞中心體103，并且包括由定子葉片(例如，108a)構(gòu)成的定 子環(huán)106 ;和葉輪或轉(zhuǎn)子110，其具有葉輪或轉(zhuǎn)子葉片(例如，112a)，所述葉輪或轉(zhuǎn)子葉片位 于所述定子葉片的下游并與所述定子葉片"直線排列布置"(即，葉輪葉片的前緣與定子葉 片的后緣基本對齊)，其中 i定子葉片(例如，108a)安裝在中心體103上; ii葉輪葉片(例如，112a)通過安裝在中心體103上的內(nèi)環(huán)(箍)和外環(huán)(箍) 連接并保持在一起； d.混合器118，其具有位于渦輪機(jī)外罩102的末端區(qū)域(即，端部)上的由混合器 瓣(例如，120a)構(gòu)成的環(huán)，其中所述混合器瓣(例如，120a)向下游延伸超過葉輪葉片(例 如，112a);以及 e.噴射器122，其包括外罩128，其圍繞渦輪機(jī)外罩上的由混合器瓣(例如， 120a)構(gòu)成的環(huán)，并具有與美國專利No. 5， 761， 900中所示的噴射器瓣相似的輪廓，其中所 述混合器瓣(例如，120a)向下游延伸并伸入噴射器外罩128的入口 129。
如圖7所示，MEWT 100的中心體103優(yōu)選通過定子環(huán)106 (或其它裝置)與渦輪 機(jī)外罩102相連，以便減小常規(guī)渦輪機(jī)中當(dāng)渦輪機(jī)的葉片尾流撞擊支撐塔時(shí)產(chǎn)生的有害、 令人煩惱并且傳播距離長的低頻噪音。渦輪機(jī)外罩102和噴射器外罩128的空氣動力學(xué)輪 廓優(yōu)選為空氣動力學(xué)曲面，以增加通過渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的氣流。 申請人:已經(jīng)計(jì)算出，為使優(yōu)選實(shí)施例100的效率最佳，噴射泵122的面積比應(yīng)在 1. 5到3. 0之間，所述面積比的定義為噴射器外罩128的出口面積除以渦輪機(jī)外罩102的出 口面積。混合器瓣(例如，120a)的數(shù)量應(yīng)在6到14個(gè)之間。各個(gè)混合器瓣的內(nèi)后緣角度 和外后緣角度在5到25度之間。混合器瓣出口起始位置應(yīng)該處于或靠近噴射器外罩128 的入口位置或入口 129?；旌掀靼晖ǖ赖母邔挶仍贠. 5到4. 5之間?；旌掀鞔┻^率在50% 到80%之間。中心體103頂頭的后緣角度小于或等于30度。整個(gè)MEWT 100的長度與直徑 的比(L/D)在0.5到1.25之間。 申請人:對優(yōu)選MEWT IOO進(jìn)行的基于第一原理的理論分析表明在迎風(fēng)面積相同 的情況下，該MEWT能夠產(chǎn)生三倍于或更多倍于無外罩的對應(yīng)裝置的功率；并且該MEWT可以 使風(fēng)電場的生產(chǎn)率提高兩倍或更多倍。申請人在理論分析中使用的方法和公式參見上面背 景技術(shù)部分中引用的申請人的AIAA Technical Note。 基于理論分析，申請人相信本申請的優(yōu)選MEWT實(shí)施例100產(chǎn)生的功率是同樣大小 的常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)(如圖1A所示)的現(xiàn)有功率的至少二倍到三倍之間。申請人的組合混 合器和噴射器抽入相關(guān)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的氣流量是吸入常規(guī)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子的氣流量的兩倍或三倍。
具有螺旋槳狀轉(zhuǎn)子(參見圖l)的常規(guī)風(fēng)力機(jī)(也稱作風(fēng)力渦輪機(jī))將風(fēng)能轉(zhuǎn)換
為旋轉(zhuǎn)能，隨后轉(zhuǎn)換為電能。理論上，這種轉(zhuǎn)子最多僅能轉(zhuǎn)換來流功率的59.3%。如本申請 的背景技術(shù)部分中所述，該59. 3%的效率被稱為"貝茲"極限。 由于在迎風(fēng)面積相當(dāng)?shù)那闆r下，申請人的優(yōu)選方法和設(shè)備使常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)的排氣量提高了兩倍或更多倍，因此申請人相信，該優(yōu)選方法和設(shè)備可以證明超出貝茲極限類似量的工作效率。申請人相信，本申請的其它實(shí)施例也可以穩(wěn)定地超過貝茲極限(當(dāng)然是在風(fēng)力充足的情況下)。 在簡化形式中，MEWT的優(yōu)選設(shè)備實(shí)施例100包括軸流式渦輪機(jī)(例如，定子葉片和葉輪葉片)，其被具有空氣動力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩102 (即，具有喇叭形入口的外罩)圍繞，所述渦輪機(jī)外罩102在其末端區(qū)域(即，端部)結(jié)合了混合裝置；以及覆蓋渦輪機(jī)外罩102尾部的單獨(dú)的噴射器外罩(例如，128)，該噴射器外罩本身可以在其末端區(qū)域內(nèi)結(jié)合先進(jìn)的混合裝置(例如，混合器瓣)。申請人的由混合器瓣(例如，120a)構(gòu)成的環(huán)與噴射器外罩128的結(jié)合可以被視為混合/噴射泵。該混合/噴射泵提供了使風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率穩(wěn)定地超過貝茲極限的裝置。 申請人:還給出了用于如圖2和3所示的MEWT的優(yōu)選實(shí)施例100的補(bǔ)充信息。所述MEWT的優(yōu)選實(shí)施例100包括渦輪級104(帶有定子環(huán)106和葉輪110)，其安裝在中心體103上，并被具有嵌入式混合器瓣(例如，120a)的渦輪機(jī)外罩102圍繞，所述混合器瓣(例如，120a)的后緣略微插入噴射器外罩128的入口平面。渦輪級104和噴射器外罩128與渦輪機(jī)外罩102在結(jié)構(gòu)上連接，所述渦輪機(jī)外罩102本身就是主要的承載部件。
渦輪機(jī)外罩102的長度等于或小于渦輪機(jī)外罩的最大外徑。噴射器外罩128的長度等于或小于噴射器外罩的最大外徑。中心體103的外表面具有空氣動力學(xué)外形，以使MEWT 100下游的氣流分離效應(yīng)最小化。所述中心體103可以長于或短于渦輪機(jī)外罩102或噴射器外罩128、或者渦輪機(jī)外罩102和噴射器外罩128的組合長度。 所述渦輪機(jī)外罩的入口面積和出口面積等于或大于渦輪級104占用的環(huán)面的面積，但不必呈環(huán)形，從而可以更好地控制氣流源和其尾流的沖擊。由中心體103和渦輪機(jī)外罩102的內(nèi)表面之間的環(huán)面形成的內(nèi)部流路的橫截面面積呈空氣動力學(xué)形狀，從而在渦輪機(jī)平面上具有最小面積，并且以其它方式從它們各自的入口平面到出口平面平緩地變化。渦輪機(jī)外罩和噴射器外罩的外表面呈空氣動力學(xué)形狀，以幫助將氣流導(dǎo)入渦輪機(jī)外罩入口 ，消除在所述渦輪機(jī)外罩和噴射器外罩的表面上的氣流分離現(xiàn)象，并將平穩(wěn)的氣流送入噴射器入口 129。噴射器128的入口區(qū)域還可以是非圓形的(例如參見圖25)，所述噴射器128的入口區(qū)域大于混合器118的出口平面區(qū)域，并且噴射器的出口區(qū)域也可以是非圓形的。 優(yōu)選實(shí)施例100的可選技術(shù)特征可以包括呈輪狀結(jié)構(gòu)的功率輸出裝置130(參見圖4和圖5)，其將葉輪110的外輪緣與發(fā)電機(jī)(未示出)相連；豎直支撐軸132，其具有可旋轉(zhuǎn)的聯(lián)接器134并用于可旋轉(zhuǎn)地支撐MEWT 100 (參見圖5)，所述豎直支撐軸132位于MEWT的壓力中心位置的前方以便使MEWT自對準(zhǔn)；以及自移式的豎直穩(wěn)定器或"翼板"136(參見圖4)，其固定在噴射器外罩128的上表面和下表面上，以穩(wěn)定與不同氣流的對準(zhǔn)方向。
當(dāng)在靠近居民區(qū)的地方使用MEWT 100時(shí)，可以在MEWT 100的外罩102、108的內(nèi)表面上貼附吸音材料(參見圖24)，以吸收并從而基本上消除由定子106的尾流與葉輪110的相互作用產(chǎn)生的高頻聲波。MEWT還可以包含安全葉片容納結(jié)構(gòu)(未示出)。
圖14、圖15示出了可選的阻擋門140a、140b。阻擋門140a、 140b可以通過連接件(未示出)旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入流動氣流中，從而在高流速可能對發(fā)電機(jī)或其它部件造成損害時(shí)，減少通過渦輪機(jī)100的氣流或阻止氣流通過渦輪機(jī)100。
12
圖8示出了申請人的優(yōu)選MEWT 100的另一種可選變型。定子葉片的出口傾角在原位上機(jī)械變化(即，所述葉片是樞轉(zhuǎn)的)，以適應(yīng)流體流速率的變化，從而保證離開轉(zhuǎn)子的氣流中的殘余渦流最少。 需要注意的是，申請人的替代MEWT實(shí)施例(如圖9-23、26所示)中均使用了螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子(例如，圖9中的142)，而不是具有由葉輪葉片構(gòu)成的環(huán)的渦輪轉(zhuǎn)子。盡管這些實(shí)施例可能不是那么高效，但可能更為公眾所接受。 申請人:的替代設(shè)備實(shí)施例為變型200、300、400、500，其包含零級噴射器(例如，參見圖26)、一級噴射器和二級噴射器，在存在混合器時(shí)，混合器嵌入到噴射器外罩的末端區(qū)域(即，端部)中。例如，參見圖18、20和22，其中示出了嵌入到噴射器外罩的末端區(qū)域中的混合器。之前既沒有進(jìn)入渦輪機(jī)外罩也沒有進(jìn)入噴射器的(環(huán)境氣流的)三級氣流進(jìn)入二級噴射器的混合器，從而與離開末端區(qū)域的一級氣流和二級氣流的渦流混合并將能量傳遞給一級氣流和二級氣流的渦流。分析顯示，這種MEWT實(shí)施例可以更快地消除在現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)的尾流中產(chǎn)生的固有速度缺陷，并從而減小在風(fēng)電場中所需的分隔距離，以避免結(jié)構(gòu)損害和/或生產(chǎn)率損失。 圖6示出了圖示實(shí)施例100的"二級"噴射器變型600，其中在噴射器外罩的末端區(qū)域內(nèi)具有混合器。 圖9至圖25中的所述替代設(shè)備實(shí)施例200、300、400、500可被廣義上認(rèn)為包括[OOSO] a.風(fēng)力機(jī)或風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有帶有喇叭形入口的外罩；
b.螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子，其位于所述入口的下游； c.混合器，其具有由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，其中所述混合器瓣與所述轉(zhuǎn)子相鄰并在所述轉(zhuǎn)子的下游延伸；以及 d.噴射器，其圍繞所述混合器瓣的后緣并從所述混合器瓣向下游延伸。 申請人:相信，即使沒有噴射器(例如，參見圖26)，混合器仍然能夠增加進(jìn)入申請
人的轉(zhuǎn)子并由所述轉(zhuǎn)子排出的氣流量，因此與迎風(fēng)面積相當(dāng)?shù)默F(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)(無論是否
帶有外罩)相比提高了效率。然而，此時(shí)的效率提高量小于具有噴射器時(shí)的效率提高量。
申請人:的發(fā)明可被認(rèn)為是一種方法。廣義上，優(yōu)選的方法包括 a.通過以下步驟使如下類型的風(fēng)力渦輪機(jī)(優(yōu)選為軸流式風(fēng)力渦輪機(jī))產(chǎn)生超過
貝茲極限的功率水平，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有渦輪機(jī)外罩，其具有喇叭形的入口 ；和處于下
游的葉輪，其具有由葉輪葉片構(gòu)成的環(huán) i.接收并引導(dǎo)環(huán)境空氣的一級氣流進(jìn)入渦輪機(jī)外罩； ii.通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)，由此所述一級氣流把能量傳遞給所述葉輪；并且 iii.通過順序位于葉輪下游的混合器和噴射器拖帶環(huán)境空氣的二級氣流并使所
述二級氣流僅與穿過葉輪的一級氣流混合。
—種替代方法包括 a.通過以下步驟使風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生超過貝茲極限的功率水平，所述風(fēng)力機(jī)具有渦輪機(jī)外罩，其具有喇叭形的入口 ；和處于下游的螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子 i.接收并引導(dǎo)環(huán)境空氣的一級氣流進(jìn)入所述喇叭形的入口并穿過渦輪機(jī)外罩；
ii.通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)，由此所述一級氣流把能量傳遞給轉(zhuǎn)子并變?yōu)槟芰枯^低的氣流；并且 iii.通過順序位于葉輪下游的混合器和噴射器拖帶環(huán)境空氣的二級氣流并使所述二級氣流與所述能量較低的氣流混合。 在噴射器內(nèi)使二級氣流與(能量較低的) 一級氣流混合由于至少渦輪機(jī)外罩非常不均勻而在葉輪的下游產(chǎn)生一連串的混合渦流；并且使能量從二級氣流傳遞到一級氣流。 申請人:的方法還可以包括 a.在一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)后，引導(dǎo)一級氣流離開所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線；并且 b.在二級氣流進(jìn)入噴射器外罩后，引導(dǎo)二級氣流流向葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線。 雖然葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線優(yōu)選與所述外罩的中心縱軸線同軸，但對于本方法來說，所
述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線不必與所述外罩的中心縱軸線同軸。 與還混合熱的中心廢氣的燃?xì)鉁u輪機(jī)的混合器和噴射器不同，申請人的優(yōu)選方法拖帶環(huán)境空氣的二級氣流(即，風(fēng))并使所述二級氣流僅與穿過渦輪機(jī)外罩和轉(zhuǎn)子的能量較低的氣流(即，部分消耗的環(huán)境氣流的一級氣流)混合。 申請人:相信，本申請的優(yōu)選MEWT實(shí)施例100、200、300、400和600，以及上面描述的
申請人的優(yōu)選和替代方法，可以在風(fēng)力充足的情況下使工作效率在幾天、幾星期甚至幾年
的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地保持超過貝茲極限，而不會對渦輪機(jī)造成任何重大損害。 換言之，申請人相信，本申請的優(yōu)選MEWT實(shí)施例100、200、300、400和600，以及上
面描述的申請人的優(yōu)選和替代方法，可以利用一級氣流的動力產(chǎn)生機(jī)械能，并使工作效率
在任何時(shí)間段內(nèi)都能超過貝茲極限。 另一更加廣義的替代方法包括 a.通過以下步驟增加通過風(fēng)力機(jī)的氣流量，所述類型的風(fēng)力機(jī)具有轉(zhuǎn)子 i.通過與葉輪相鄰并位于所述葉輪下游的混合器拖帶環(huán)境空氣并使所述環(huán)境空
氣僅與穿過轉(zhuǎn)子的能量較低的氣流混合。 該更加廣義的方法可以還包括以下步驟通過混合器下游的噴射器增加通過風(fēng)力機(jī)的環(huán)境氣流量，同時(shí)使風(fēng)力機(jī)的排出氣流的噪音水平最小。 應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，各種結(jié)構(gòu)改型對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的。例如，可以使用槽來代替混合器瓣或噴射器瓣。另外，無需使用阻擋臂即可達(dá)到或超過貝茲極限。因此，應(yīng)當(dāng)主要參考所附權(quán)利要求書而不是前面的說明來確定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
1權(quán)利要求
一種方法，包括a.通過以下步驟使如下類型的軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生超過貝茲極限的功率水平，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)具有渦輪機(jī)外罩，其具有喇叭形的入口；和處于下游的葉輪，其具有由葉輪葉片組成的環(huán)，所述步驟包括i.接收并引導(dǎo)環(huán)境空氣的一級氣流進(jìn)入所述喇叭形的入口并穿過所述渦輪機(jī)外罩；ii.通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的所述葉輪旋轉(zhuǎn)，由此所述一級氣流的能量傳遞給所述葉輪；并且iii.通過順序位于所述葉輪下游的混合器和噴射器拖帶環(huán)境空氣的二級氣流并使所述二級氣流僅與穿過所述葉輪的所述一級氣流混合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 在至少數(shù)天內(nèi)保持功率水平超過貝茲極限。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 在至少數(shù)星期內(nèi)保持功率水平超過貝茲極限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述混合器包括由混合器瓣組成的環(huán)，所述混合器瓣伸入所述噴射器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中， 所述混合器包括多個(gè)徑向間隔的混合器槽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述渦輪機(jī)還包括位于所述葉輪上游的由定子葉片組成的環(huán)。
7. —種方法，包括 a.通過以下步驟使風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生超過貝茲極限的功率水平，所述風(fēng)力機(jī)具有渦輪機(jī)外 罩，其具有喇叭形的入口 ；和處于下游的螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子，所述步驟包括i. 接收并引導(dǎo)環(huán)境空氣的一級氣流進(jìn)入所述喇叭形的入口并穿過所述渦輪機(jī)外罩；ii. 通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)，由此所述一級氣流把能量 傳遞給所述轉(zhuǎn)子并變?yōu)槟芰枯^低的氣流；并且iii. 通過順序位于所述轉(zhuǎn)子的下游的混合器和噴射器拖帶環(huán)境空氣的二級氣流并使 所述二級氣流與穿過所述轉(zhuǎn)子的所述能量較低的氣流混合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 在至少數(shù)天內(nèi)保持功率水平超過貝茲極限。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 在至少數(shù)星期內(nèi)保持功率水平超過貝茲極限。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述混合器包括由混合器瓣組成的環(huán)，所述混合器瓣伸入所述噴射器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中， 所述混合器包括多個(gè)徑向間隔的混合器槽。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述渦輪機(jī)還包括位于所述葉輪上游的由定子葉片組成的環(huán)。
13. —種方法，包括a.通過以下步驟提高如下類型的軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率水平，同時(shí)使所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的噪音水平最小，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)具有渦輪機(jī)外罩，其具有喇叭形的 入口 ；和處于下游的葉輪，其具有由葉輪葉片組成的環(huán)，所述步驟包括i. 接收并引導(dǎo)環(huán)境空氣的一級氣流進(jìn)入并穿過所述渦輪機(jī)外罩；ii. 通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的所述葉輪旋轉(zhuǎn)，由此所述一級氣流把 能量傳遞給所述葉輪葉片并變?yōu)槟芰枯^低的氣流；并且iii. 通過順序位于所述葉輪葉片下游的混合器和噴射器拖帶環(huán)境空氣的二級氣流并 使所述二級氣流與穿過所述葉輪葉片的所述能量較低的氣流混合。
14. 一種方法，包括a.通過以下步驟增加通過如下類型的軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的氣流量，所述軸流式風(fēng)力渦 輪機(jī)具有具有空氣動力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩，其具有入口 ；和處于下游的葉輪，其具有由 葉輪葉片組成的環(huán)，所述步驟包括i.通過位于所述葉輪下游的混合器拖帶環(huán)境空氣并使所述環(huán)境空氣僅與穿過所述葉 輪葉片的能量較低的氣流混合。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括通過位于所述混合器下游的噴射器增加通過所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的環(huán)境氣流量，同 時(shí)使所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的排出氣流的噪音水平最低。
16. —種方法，包括a.通過以下步驟增加通過如下類型的風(fēng)力機(jī)的氣流量，所述風(fēng)力機(jī)具有轉(zhuǎn)子，所述步 驟包括i.通過位于所述轉(zhuǎn)子下游的混合器拖帶環(huán)境空氣并使所述環(huán)境空氣僅與穿過所述轉(zhuǎn) 子的能量較低的氣流混合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括通過位于所述混合器下游的噴射器增加通過所述風(fēng)力機(jī)的環(huán)境氣流量，同時(shí)使所述風(fēng) 力機(jī)的排出氣流的噪音水平最低。
18. —種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述方法包括a. 在氣流中設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有上游方向和下游方向；b. 接收并引導(dǎo)一級氣流進(jìn)入并穿過渦輪機(jī)外罩；c. 通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)，由此能量從所述一級氣流傳 遞給所述葉輪；d. 接收并引導(dǎo)先前沒有穿過所述渦輪機(jī)外罩的二級氣流和離開所述渦輪機(jī)外罩后的 所述一級氣流進(jìn)入與所述渦輪機(jī)外罩相鄰的噴射器外罩，其中，所述二級氣流所含的能量 高于使葉輪旋轉(zhuǎn)后的所述一級氣流所含的能量；并且e. 在如下方向上引導(dǎo)進(jìn)入所述噴射器外罩后的所述一級氣流和所述二級氣流，即使 所述一級氣流與所述二級氣流混合，并且使能量從所述二級氣流傳遞給所述一級氣流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括a. 引導(dǎo)使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的所述葉輪旋轉(zhuǎn)后的所述一級氣流離開所述葉輪的旋 轉(zhuǎn)軸線；并且b. 引導(dǎo)進(jìn)入所述噴射器外罩后的所述二級氣流流向所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸線。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括a. 把使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的所述葉輪旋轉(zhuǎn)后的所述一級氣流的一部分從所述葉輪 的旋轉(zhuǎn)軸線上的位置引導(dǎo)到所述渦輪機(jī)外罩的下游的位置；并且b. 引導(dǎo)進(jìn)入所述噴射器外罩后的所述二級氣流的一部分流向所述葉輪的所述旋轉(zhuǎn)軸 線上的位置，由此能量從所述二級氣流傳遞給所述一級氣流。
21. —種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述方法包括a. 在氣流中設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有上游方向和下游方向；b. 接收并引導(dǎo)一級氣流進(jìn)入并穿過渦輪機(jī)外罩；c. 通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)，由此能量從所述一級氣流傳 遞給所述葉輪；d. 接收先前沒有穿過所述渦輪機(jī)外罩的二級氣流和離開所述渦輪機(jī)外罩后的所述 一級氣流進(jìn)入噴射器外罩，所述噴射器外罩與所述渦輪機(jī)外罩的出口相鄰并基本同心，其 中e. 所述二級氣流在進(jìn)入所述噴射器外罩時(shí)的能量高于使所述葉輪旋轉(zhuǎn)后的所述一級 氣流的能量；f. 所述二級氣流在所述噴射器外罩內(nèi)與所述一級氣流混合，并且g. 所述二級氣流從外部圍繞所述一級氣流并與所述一級氣流混合，并把能量傳遞給所 述一級氣流。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中， 所述二級氣流與所述一級氣流同軸。
23. —種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述方法包括a. 在氣流中設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有上游方向和下游方向；b. 接收并引導(dǎo)一級氣流進(jìn)入并穿過渦輪機(jī)外罩；c. 通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)；d. 接收并引導(dǎo)繞過所述渦輪機(jī)外罩而沒有穿過所述渦輪機(jī)外罩的二級氣流進(jìn)入并穿 過噴射器外罩，其中，所述二級氣流與所述一級氣流在噴射器內(nèi)混合以產(chǎn)生一連串的混合 渦流。
24. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，由于至少所述葉輪下游的所述渦輪機(jī)外罩非常不均勻，所以所述二級氣流與所述一級 氣流混合以產(chǎn)生一連串的渦流。
25. —種操作軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)具有上游方向和下游 方向，所述方法包括如下步驟a. 將所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)置在氣流中，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)包括渦輪級、混合 器和從所述混合器向下游延伸的噴射器；并且b. 由于所述混合器相對于所述噴射器的定位而將所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)用作混合/ 噴射泵，使得高能空氣與低能空氣彼此混合以增加通過所述渦輪級的氣流。
26. —種操作先進(jìn)的軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述方法包括a. 將所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)置在氣流中，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)具有上游方向和下 游方向；b. 接收一級氣流并使所述一級氣流穿過渦輪機(jī)外罩，從而使所述一級氣流穿過葉輪以使所述葉輪旋轉(zhuǎn)；c. 接收二級氣流，使得所述二級氣流繞過所述渦輪機(jī)外罩而非穿過所述渦輪機(jī)外罩， 并使所述二級氣流穿過噴射器外罩；并且d. 利用所述一級氣流的動力產(chǎn)生機(jī)械能，并使所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率超過 貝茲極限。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括利用所述一級氣流的動力產(chǎn)生機(jī)械能，并使所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率在任何 時(shí)間段內(nèi)均超過貝茲極限。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括利用所述一級氣流的動力產(chǎn)生機(jī)械能，并使所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率穩(wěn)定地 超過貝茲極限。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括a.接收三級氣流，使得所述三級氣流繞過所述渦輪機(jī)外罩而沒有事先穿過所述渦輪機(jī) 外罩和所述噴射器外罩，并使所述三級氣流穿過位于所述噴射器外罩的末端區(qū)域內(nèi)的混合 器。
30. —種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述方法包括a. 在氣流中設(shè)置所述風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有上游方向和下游方向；b. 接收并引導(dǎo)一級氣流進(jìn)入并穿過渦輪機(jī)外罩；c. 通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)，由此能量從所述一級氣流傳 遞給所述葉輪；d. 接收先前沒有穿過所述渦輪機(jī)外罩的二級氣流和離開所述渦輪機(jī)外罩后的所述 一級氣流進(jìn)入噴射器外罩，所述噴射器外罩與所述渦輪機(jī)外罩的出口相鄰并基本同心，其 中i. 所述二級氣流在進(jìn)入所述噴射器外罩時(shí)的能量高于使所述葉輪旋轉(zhuǎn)后的所述一級 氣流的能量；ii. 所述二級氣流與所述一級氣流在所述噴射器外罩內(nèi)混合，并且iii. 所述二級氣流從外部圍繞所述一級氣流并與所述一級氣流混合，并把能量傳遞給 所述一級氣流，并且e. 接收先前沒有穿過所述渦輪機(jī)外罩和所述噴射器的三級氣流進(jìn)入到嵌入所述噴射 器外罩的末端區(qū)域中的混合器，其中i. 所述三級氣流在進(jìn)入嵌入所述噴射器外罩的末端區(qū)域中的所述混合器時(shí)的能量高 于使所述葉輪旋轉(zhuǎn)后的所述一級氣流的能量；ii. 所述三級氣流從外部圍繞從所述噴射器外罩排出的混合的所述一級氣流和所述二 級氣流并與混合的所述一級氣流和所述二級氣流混合，并把能量傳遞給混合的所述一級氣 流和所述二級氣流。
31. —種操作風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，所述方法包括a. 在氣流中設(shè)置所述風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)具有上游方向和下游方向；b. 接收并引導(dǎo)一級氣流進(jìn)入并穿過渦輪機(jī)外罩；c. 通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)；d. 接收并引導(dǎo)繞過所述渦輪機(jī)外罩而沒有穿過所述渦輪機(jī)外罩的二級氣流進(jìn)入并穿 過噴射器外罩，其中，所述二級氣流與所述一級氣流在噴射器內(nèi)混合以產(chǎn)生一連串的混合 渦流；e. 接收并引導(dǎo)先前沒有穿過所述渦輪機(jī)外罩和所述噴射器外罩的三級氣流進(jìn)入位于 所述噴射器外罩的末端區(qū)域中的混合器，其中i. 所述三級氣流在進(jìn)入噴射器外罩的末端區(qū)域中的所述混合器時(shí)的能量高于使所述 葉輪旋轉(zhuǎn)后的所述一級氣流的能量；ii. 所述三級氣流從外部圍繞所述一連串的混合渦流并與所述混合渦流混合，并把能 量傳遞給所述混合渦流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于提高風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效力和效率的方法。申請人的優(yōu)選方法包括通過以下步驟使軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生超過貝茲極限的功率水平，所述類型的風(fēng)力渦輪機(jī)具有渦輪機(jī)外罩，其具有喇叭形的入口；和處于下游的葉輪，其具有由葉輪葉片組成的環(huán)，所述步驟為接收并引導(dǎo)環(huán)境空氣的一級氣流進(jìn)入所述喇叭形的入口并穿過所述渦輪機(jī)外罩；通過所述一級氣流使所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部的葉輪旋轉(zhuǎn)，由此所述一級氣流的能量傳遞給所述葉輪；通過順序位于所述葉輪下游的混合器和噴射器拖帶環(huán)境空氣的二級氣流并使所述二級氣流僅與穿過所述葉輪的所述一級氣流混合。與還混合熱的中心廢氣的燃?xì)鉁u輪機(jī)的混合器和噴射器不同，申請人的優(yōu)選方法拖帶環(huán)境空氣(即，風(fēng))并使環(huán)境空氣僅與穿過所述渦輪機(jī)外罩和所述轉(zhuǎn)子的能量較低的氣流(即，部分消耗的氣流)混合。申請人的方法還包括利用一級氣流的動力產(chǎn)生機(jī)械能，同時(shí)使軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率在任何時(shí)間段內(nèi)都超過貝茲極限。
文檔編號F03D1/04GK101730794SQ200880016852
公開日2010年6月9日 申請日期2008年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者沃爾特·M·小普雷斯, 邁克爾·J·沃勒 申請人:弗洛設(shè)計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)公司