專利名稱：帶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)明整體涉及軸流式渦輪機(jī)。更具體地說，本發(fā)明涉及軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)。
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(dòng) 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(dòng)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(dòng)旋轉(zhuǎn)泵和/或運(yùn)動(dòng)的機(jī)器零件。風(fēng)力渦輪機(jī)在大 型發(fā)電“風(fēng)電場(chǎng)”中很常見，大型發(fā)電“風(fēng)電場(chǎng)”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(duì)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Hiel等人的美國專利No. 7，218，011 (見圖1B)；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(duì)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 ；Igar&Ozer, Research and Development for Shrouded Wind Turbines, Energy Cons. Management, Vol.21, pp. 13-48，1981 ；還參見 AIAATechnical Note，題目為 “Ducted Wind/Water Turbines and PropellersRevisited”，作者為本申請(qǐng)的申請(qǐng)人(“申請(qǐng)人的AIAA TechnicalNote”)，并已 被同意公開?？梢栽谏暾?qǐng)人的信息公開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(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與不時(shí)地處于高
7度變化狀態(tài)的來流流體流的速度緊密匹配。這種空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)考慮對(duì)于氣流渦輪機(jī)對(duì)其 周圍環(huán)境產(chǎn)生的后續(xù)影響以及風(fēng)電場(chǎng)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(duì)而言對(duì)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(dòng)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(duì)來流 的變化非常敏感。這種既長又對(duì)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(huì)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改進(jìn)的設(shè)備，該設(shè)備在風(fēng)力渦輪機(jī)中使用 先進(jìn)的流體動(dòng)力學(xué)混合/噴射泵原理來穩(wěn)定地傳送持續(xù)的遠(yuǎn)高于貝茲極限的功率水平。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(chǎng)對(duì)附近(例如風(fēng)電場(chǎng)) 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)的設(shè)備，該設(shè)備使更多的氣流通過軸流式風(fēng)力渦 輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，并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
口 o另一主要目的在于提供一種改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)使用獨(dú)特的(用于 風(fēng)力渦輪機(jī)的)流體混合和控制裝置來提高生產(chǎn)率，并使伴隨產(chǎn)生的流場(chǎng)對(duì)其附近(例如 風(fēng)電場(chǎng))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)的風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)泵入更多的氣流通 過轉(zhuǎn)子，隨后使能量較低的渦輪機(jī)排出流在排出系統(tǒng)之前與能量較高的旁路氣流迅速混
口 o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(duì)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(dòng)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)， 與現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)相比，申請(qǐng)人的獨(dú)特的風(fēng)力渦輪機(jī)降低了噪音水平。申請(qǐng)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)
8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(duì)環(huán)境的影響(例如，噪音)以及對(duì)其他動(dòng)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?，從外部圍繞、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(dòng) 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(jí)氣流進(jìn)入所述渦輪機(jī)外罩；通過所述一級(jí)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(jí)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(jí)氣流并使所述二級(jí)氣流僅與穿過葉輪的一級(jí)氣流混合。一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(duì)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(duì)應(yīng)裝置的功率；并且可以使風(fēng)電場(chǎng)的 生產(chǎn)率提高兩倍或更多倍。基于理論分析，申請(qǐng)人相信本申請(qǐng)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、IB、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(qǐng)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9
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(duì)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(jí)噴射器，所述二級(jí) 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(jí)噴射器，所述二級(jí) 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(qǐng)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)，MEffT 100為軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括a.具有空氣動(dòng)力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩102 ；b.具有空氣動(dòng)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(jí)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(duì)齊)，其中i定子葉片(例如，108a)安裝在中心體103上； 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，MEffT 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(dòng)力學(xué)輪 廓優(yōu)選為空氣動(dòng)力學(xué)曲面，以增加通過渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的氣流。申請(qǐng)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?；旌掀靼瓿隹谄鹗嘉恢脩?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?.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(qǐng)人:對(duì)優(yōu)選MEWT 100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(duì)應(yīng)裝置的功率；并且該MEWT可以 使風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)率提高兩倍或更多倍。申請(qǐng)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(qǐng)人的AIAA Technical Note?；诶碚摲治觯暾?qǐng)人相信本申請(qǐng)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IA所示)的現(xiàn)有功率的至少二倍到三倍之間。申請(qǐng)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1)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(qǐng) 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(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)人相信，本申請(qǐng)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(dòng)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(qǐng)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(qǐng)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(jí)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(jí)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(dòng)力學(xué)外形，以使 MEffT 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(jí)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)氣流中，從而在高流速可能對(duì)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。圖8示出了申請(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)人:的替代設(shè)備實(shí)施例為變型200、300、400、500，其包含零級(jí)噴射器(例如，參 見圖26)、一級(jí)噴射器和二級(jí)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(即噴嘴或槽)。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(jí)氣流進(jìn)入二級(jí)噴射器的混合器，從而與離開末端區(qū)域的一級(jí)氣流和二級(jí)氣流的渦流混 合并將能量傳遞給一級(jí)氣流和二級(jí)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(chǎng)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(jí)”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(qǐng)人:所展示的各個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)外罩的大小和形狀被調(diào)整為當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)處于 吹向下游方向的風(fēng)中時(shí)，由于至少渦輪機(jī)外罩非常不均勻而在葉輪(也稱為轉(zhuǎn)子)的下游 產(chǎn)生一連串的低損失混合渦流。各個(gè)渦輪機(jī)外罩具有壁，所述壁的厚度沿著所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線變化很大。噴射 器也是這樣。申請(qǐng)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(qǐng) 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(qǐng)人:的風(fēng)力渦輪機(jī)的各個(gè)實(shí)施例均具有“上游”方向和“下游”方向。對(duì)于這些 術(shù)語，申請(qǐng)人指的是當(dāng)渦輪機(jī)入口基本迎風(fēng)時(shí)，各個(gè)結(jié)構(gòu)部件相對(duì)于來風(fēng)方向的位置。申請(qǐng)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(jí)氣流進(jìn)入渦輪機(jī)外罩；ii.通過所述一級(jí)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(jí)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(jí)氣流并使所 述二級(jí)氣流僅與穿過葉輪的一級(jí)氣流混合。
一種替代方法包括 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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)氣流并使所 述二級(jí)氣流與所述能量較低的氣流混合。在噴射器內(nèi)使二級(jí)氣流與(能量較低的)一級(jí)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(jí)氣流傳遞到一級(jí)氣 流。申請(qǐng)人:的方法還可以包括a.在一級(jí)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(jí)氣流離開所述葉輪 的旋轉(zhuǎn)軸線；并且b.在二級(jí)氣流進(jìn)入噴射器外罩后，引導(dǎo)二級(jí)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(duì)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(qǐng)人的優(yōu)選方法 拖帶環(huán)境空氣的二級(jí)氣流(即，風(fēng))并使所述二級(jí)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(jí)氣流)混合。申請(qǐng)人:相信，本申請(qǐng)的優(yōu)選MEWT實(shí)施例100、200、300、400和600，以及上面描述的 申請(qǐng)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(huì)對(duì)渦輪機(jī)造成任何重大損害。換言之，申請(qǐng)人相信，本申請(qǐng)的優(yōu)選MEWT實(shí)施例100、200、300、400和600，以及上 面描述的申請(qǐng)人的優(yōu)選和替代方法，可以利用一級(jí)氣流的動(dòng)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(duì)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。
權(quán)利要求
一種設(shè)備，包括a.風(fēng)力機(jī)，其具有帶有喇叭形的入口的外罩；b.螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子，其處于所述入口的下游；c.混合器，其具有由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，所述混合器瓣在所述轉(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。
2.一種設(shè)備，包括a.風(fēng)力機(jī)，其具有帶有喇叭形的入口的外罩；b.轉(zhuǎn)子，其處于所述入口的下游；以及c.混合器，其在所述轉(zhuǎn)子的下游延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括 噴射器，其從所述混合器向下游延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述混合器包括由混合器瓣構(gòu)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1所述的設(shè)備，其中，所述混合器包括分立的混合器槽，所述混合器槽伸入所述噴射器。
6.一種設(shè)備，包括a.風(fēng)力機(jī)，其具有帶有喇叭形的入口的外罩；b.螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子，其處于所述入口的下游；以及c.通過以下步驟在任何時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生超過貝茲極限的功率水平的裝置i.接收并引導(dǎo)環(huán)境空氣的一級(jí)氣流進(jìn)入所述喇叭形的入口并穿過所述外罩； .通過所述一級(jí)氣流使所述外罩內(nèi)部的所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由此所述一級(jí)氣流把能量傳 遞給所述轉(zhuǎn)子；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(jí)氣流并使 所述二級(jí)氣流僅與穿過所述轉(zhuǎn)子的所述一級(jí)氣流混合，以使能量從所述二級(jí)氣流傳遞至所 述一級(jí)氣流，并產(chǎn)生離開所述噴射器的一連串的渦流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中， 所述裝置還包括a.混合器，其具有由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，所述混合器瓣在所述轉(zhuǎn)子的下游延伸；以及b.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。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中， 所述噴射器與所述外罩同軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述噴射器具有與所述外罩的出口同心的噴射器外罩。
10.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其適于利用氣流產(chǎn)生能量，包括a.所述風(fēng)力渦輪機(jī)相對(duì)于氣流具有上游方向和下游方向，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括b.渦輪機(jī)外罩，其具有入口和出口；c.葉輪，其具有葉輪葉片，所述葉輪位于所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)部并位于所述入口的下游；以及d.噴射器外罩，其與所述渦輪機(jī)外罩同軸，并與所述渦輪機(jī)外罩的出口相鄰；e.其中，所述渦輪機(jī)外罩和所述噴射器外罩的大小和形狀被調(diào)整為 i.引導(dǎo)一級(jí)氣流進(jìn)入所述渦輪機(jī)外罩的內(nèi)部并穿過所述葉輪，然后離開所述葉輪的旋 轉(zhuǎn)軸線；以及 .引導(dǎo)沒有進(jìn)入所述渦輪機(jī)外罩的二級(jí)氣流進(jìn)入所述噴射器外罩并流向所述葉輪的 旋轉(zhuǎn)軸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述渦輪機(jī)外罩的出口與所述噴射器的大小和形狀被調(diào)整為使所述二級(jí)氣流與所述 葉輪下游的所述一級(jí)氣流混合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述渦輪機(jī)外罩的出口與所述噴射器的大小和形狀被調(diào)整為由于在所述葉輪的下游 形成一連串的混合渦流而更有效地將能量從所述二級(jí)氣流傳遞到所述一級(jí)氣流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，當(dāng)以所述方式設(shè)置時(shí)，所述渦輪機(jī)外罩和所述噴射器外罩的大小和形狀被調(diào)整為a.引導(dǎo)所述二級(jí)氣流的一部分進(jìn)入所述噴射器外罩并朝向所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線上的 處于所述渦輪機(jī)外罩的出口后方的位置；以及b.引導(dǎo)所述一級(jí)氣流的一部分穿過所述渦輪機(jī)外罩的內(nèi)部，穿過所述葉輪并遠(yuǎn)離所述 葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線上的處于所述渦輪機(jī)外罩的出口后方的位置。
14.一種設(shè)備，包括a.風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有上游方向和下游方向，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括i.渦輪機(jī)外罩，其具有入口 ； .葉輪，其位于所述渦輪機(jī)外罩的入口的下游；iii.噴射器外罩，其靠近所述渦輪機(jī)外罩的出口；以及iv.其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)的渦輪機(jī)外罩的大小和形狀被調(diào)整為當(dāng)所述風(fēng)力渦輪機(jī) 處于吹向下游方向的風(fēng)中時(shí)，由于至少所述渦輪機(jī)外罩非常不均勻而在所述葉輪的下游產(chǎn) 生一連串的低損失混合渦流。
15.一種設(shè)備，包括a.軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有上游方向和下游方向，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)包括 i.葉輪； .混合器瓣；iii.噴射器，其從混合器向下游延伸；iv.所述混合器瓣與所述噴射器的入口相鄰；以及v.其中，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的大小和形狀被調(diào)整為將所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)用作 混合/噴射泵，這是由于所述混合器瓣相對(duì)于所述噴射器的定位使得環(huán)境氣流與能量較低 的氣流相互混合，從而增加通過渦輪級(jí)的氣流。
16.一種設(shè)備，包括a.軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有上游方向和下游方向，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)包括 i.定子葉片； .葉輪，其位于所述定子葉片的下游； iii.混合器，其位于所述葉輪的下游；以及iv.噴射器，其從所述混合器向下游延伸；v.其中，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)適于利用風(fēng)能產(chǎn)生機(jī)械能，同時(shí)使所述軸流式風(fēng)力渦 輪機(jī)的工作效率超過貝茲極限。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)的大小和形狀適于利用風(fēng)能產(chǎn)生機(jī)械能，同時(shí)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)都超過貝茲極限。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)的大小和形狀適于利用風(fēng)能產(chǎn)生機(jī)械能，同時(shí)使所述軸流式風(fēng)力渦輪 機(jī)的工作效率在持續(xù)的時(shí)間段內(nèi)超過貝茲極限。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)的大小和形狀適于利用風(fēng)能產(chǎn)生機(jī)械能，同時(shí)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。
20.一種設(shè)備，包括a.風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有上游方向和下游方向，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括 i.渦輪機(jī)外罩，其具有入口，所述渦輪機(jī)外罩的壁的厚度沿所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線變化 很大； .葉輪，其位于所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)；iii.混流元件，其與所述渦輪機(jī)外罩的出口的出口平面相鄰；以及iv.噴射器，其靠近所述混流元件的邊緣，并向遠(yuǎn)離所述混流元件的方向延伸。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，厚度沿所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線變化很大的所述渦輪機(jī)外罩的壁呈曲面形。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述噴射器的壁的厚度沿所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線變化很大。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，厚度沿所述葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線變化很大的所述噴射器的壁呈曲面形。
24.一種設(shè)備，包括a.風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有上游方向和下游方向，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括 i.具有空氣動(dòng)力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩，其具有入口 ； .葉輪，其具有位于所述入口的下游的葉輪葉片；iii.由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，所述混合器瓣在所述葉輪的下游延伸；以及iv.噴射器外罩，其圍繞所述由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，其中，所述混合器瓣向下游延伸并 伸入所述噴射器外罩。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，在所述噴射器外罩的末端具有由混合器瓣構(gòu)成的第二環(huán)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)的外表面包括自調(diào)節(jié)的活動(dòng)的翼板，所述翼板適于空氣動(dòng)力學(xué)地輔助 所述風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)的來流方向?qū)?zhǔn)。
27.一種軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，包括a.具有空氣動(dòng)力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩，其具有入口和出口 ；b.葉輪，其可旋轉(zhuǎn)地位于所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)；以及c.用于使所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率持續(xù)超過貝茲極限的裝置，包括i.由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，所述混合器瓣在所述葉輪的下游延伸；以及ii.噴射器外罩，其圍繞所述由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，其中，所述混合器瓣伸入所述噴射 器外罩。
28.一種設(shè)備，包括a.軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有上游方向和下游方向，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)包括i.具有空氣動(dòng)力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩，其具有入口；ii.渦輪級(jí)，其安裝在所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)，包括iii.葉輪；iv.由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，所述混合器瓣向遠(yuǎn)離所述葉輪的方向延伸；以及v.噴射器，其圍繞所述混合器瓣的相對(duì)于所述葉輪的后緣并從所述混合器瓣向下游延伸。
29.一種設(shè)備，包括a.軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有上游方向和下游方向，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括i.具有空氣動(dòng)力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩，其具有入口；ii.葉輪；iii.混合器，其靠近所述渦輪機(jī)外罩，所述混合器具有從所述葉輪向下游延伸的混合 器瓣；以及iv.噴射器，其從所述混合器瓣向下游延伸。
30.一種對(duì)如下類型的軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的改進(jìn)，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)具有上游 方向和下游方向；具有入口的渦輪機(jī)外罩；以及轉(zhuǎn)子，其中，對(duì)所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的改進(jìn)包括混合器，其具有從所述轉(zhuǎn)子向下游延伸的混合器瓣。
31.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述混合器包括多個(gè)徑向間隔開的混合器槽。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，還包括 噴射器，其從所述混合器向下游延伸。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)還包括位于所述葉輪上游的由定子葉片構(gòu)成的環(huán)。
34.一種設(shè)備，包括a.軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，其具有上游方向和下游方向，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括i.定子葉片；ii.葉輪，其位于所述定子葉片的下游；iii.混合器，其位于所述葉輪的下游；iv.噴射器，其從所述混合器向下游延伸；以及v.另一個(gè)混合器，其嵌入在所述噴射器的末端區(qū)域中；vi.其中，所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的大小和形狀適于利用風(fēng)能產(chǎn)生機(jī)械能，同時(shí)使所述 軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率超過貝茲極限。
35.一種軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，包括a.渦輪機(jī)外罩，其具有入口和出口；b.葉輪，其可旋轉(zhuǎn)地位于所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)；以及c.用于使所述軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率超過貝茲極限的裝置，包括i.由嵌入所述渦輪機(jī)外罩中并在所述葉輪的下游延伸的混合器瓣構(gòu)成的環(huán)；ii.噴射器外罩，其圍繞所述由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，所述混合器瓣伸入所述噴射器外 罩；以及iii.另一個(gè)由嵌入所述噴射器外罩的末端區(qū)域中的混合器瓣構(gòu)成的環(huán)。
36.一種風(fēng)力機(jī)，包括a.渦輪機(jī)外罩，其具有入口和出口；以及b.螺旋槳狀的轉(zhuǎn)子，其位于所述渦輪機(jī)外罩內(nèi)；以及c.用于使所述風(fēng)力機(jī)的工作效率超過貝茲極限的裝置，包括i.由在所述轉(zhuǎn)子的下游延伸的混合器瓣構(gòu)成的環(huán)；以及ii.噴射器外罩，其圍繞所述由混合器瓣構(gòu)成的環(huán)，所述混合器瓣伸入所述噴射器外 罩；以及iii.另一個(gè)由嵌入所述噴射器外罩的末端區(qū)域中的混合器瓣構(gòu)成的環(huán)。
37.一種軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)，包括i.葉輪；ii.第一混合器，其位于所述葉輪的下游；iii.噴射器，其與所述第一混合器相鄰并從所述第一混合器向下游延伸，以及iv.第二混合器，其嵌入所述噴射器的末端區(qū)域中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合/噴射器風(fēng)力渦輪機(jī)(“MEWT”)系統(tǒng)，其能持續(xù)超過現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)的效率。在優(yōu)選實(shí)施例中，申請(qǐng)人的MEWT以獨(dú)特的方式結(jié)合了先進(jìn)的混流技術(shù)、噴射器技術(shù)、飛行器和推進(jìn)空氣動(dòng)力學(xué)和消音技術(shù)，以在流體動(dòng)力學(xué)上提高現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效力和效率，從而使其工作效率持續(xù)超過貝茲極限。申請(qǐng)人的優(yōu)選MEWT實(shí)施例包括渦輪機(jī)外罩，其具有喇叭形的入口；由定子葉片構(gòu)成的環(huán)；由與定子葉片直線排列布置的轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)成的環(huán)(即，葉輪)；以及混合/噴射泵，其用于增加穿過所述渦輪機(jī)的流量，同時(shí)使低能的渦輪機(jī)出口氣流與高能的旁路氣流迅速混合。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(qǐng)人的優(yōu)選設(shè)備僅混合兩股氣流(即，風(fēng))一級(jí)氣流，其在穿過所述渦輪機(jī)時(shí)使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)并把能量傳遞給所述葉輪；以及高能旁路氣流或“二級(jí)”氣流，其進(jìn)入所述噴射器，在此所述二級(jí)氣流與所述一級(jí)氣流混合并把能量傳遞給所述一級(jí)氣流。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(duì)應(yīng)裝置的功率，并且可以使風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)率提高兩倍或更多倍。該MEWT更加安全和安靜，為居住區(qū)域提供了改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)方案。
文檔編號(hào)F03D1/04GK101849102SQ200880016922
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者沃爾特·M·小普雷斯, 邁克爾·J·沃勒 申請(qǐng)人:弗洛設(shè)計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)公司