專利名稱：具有混合器和噴射器的渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容整體涉及軸流式渦輪機(jī)，例如軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)和軸流式水力渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
全世界都在尋求通過(guò)風(fēng)力發(fā)電和基于水流的水力渦輪機(jī)的技術(shù)的改進(jìn)，以作為對(duì)減少對(duì)化石燃料的依賴性的成果的一部分。歐盟最近宣布了一項(xiàng)包括推廣使用風(fēng)電的卓越的可持續(xù)能源方案并正在邀請(qǐng)美國(guó)加入該項(xiàng)成果。為了完全實(shí)現(xiàn)此類系統(tǒng)的最終潛力，需要解決幾個(gè)問(wèn)題/局限性。首先，現(xiàn)有的風(fēng)力/水力渦輪機(jī)族均存在一連串棘手的局限性，比方說(shuō)(1)低風(fēng)速低性能，這是最相關(guān)的，因?yàn)樵S多“風(fēng)力良好的”地點(diǎn)已被占用并且本行業(yè)已經(jīng)開始專注于用于“少風(fēng)”地點(diǎn)的技術(shù)，(2)由于損壞葉輪的不良防護(hù)和旋轉(zhuǎn)件的不良遮蔽而引起的安全問(wèn)題，(3)可從源頭到達(dá)遠(yuǎn)方的煩人的脈動(dòng)噪音，(4)大量的鳥撞擊和殺傷，(5)由于以下問(wèn)題而引起的大量初期成本和后續(xù)成本(i)昂貴的內(nèi)部齒輪裝置，以及(ii)強(qiáng)風(fēng)再加上陣風(fēng)導(dǎo)致的昂貴的渦輪葉片更換，及(6)對(duì)城市和郊外環(huán)境的乏味的和/或無(wú)法接受的外觀。以上列舉的問(wèn)題和局限性的根本誘因之一是絕大多數(shù)現(xiàn)有的風(fēng)力/水力渦輪機(jī)系統(tǒng)依賴于相同的設(shè)計(jì)方法。因此，實(shí)際上所有風(fēng)力渦輪機(jī)是無(wú)外罩的/無(wú)管道的，僅具有少數(shù)葉片(其傾向于很長(zhǎng)、很薄且結(jié)構(gòu)脆弱)，并且以很低的葉片轂速度旋轉(zhuǎn)(從而需要大量的內(nèi)部齒輪裝置來(lái)發(fā)電)但具有很高的葉片末梢速度(并伴隨產(chǎn)生新的問(wèn)題)。這些都是類似的，因?yàn)樗鼈內(nèi)炕谙嗤目諝鈩?dòng)力學(xué)模型，即，如以下更詳細(xì)地披露，利用用于風(fēng)力渦輪機(jī)的“貝茲理論(Betz Theory)”并且利用，對(duì)流動(dòng)渦流效應(yīng)、空氣動(dòng)力學(xué)輪廓損失和末梢流量損失的施米茨(khmitz)校正，試圖捕獲在風(fēng)中可獲得的最大功率量。該理論設(shè)定了當(dāng)前的設(shè)計(jì)體系并且?guī)缀鯖](méi)有留下改進(jìn)空氣動(dòng)力學(xué)性能的空間。從而，本行業(yè)的努力已主要集中在風(fēng)力渦輪機(jī)的所有其它非空氣動(dòng)力學(xué)方面，例如生產(chǎn)和使用壽命成本、結(jié)構(gòu)完整性等。在這方面，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
4置迎著運(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)。轉(zhuǎn)子通過(guò)諸如齒輪、帶、鏈條或其它裝置之類的聯(lián)動(dòng)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)械零件。風(fēng)力渦輪機(jī)在大型發(fā)電“風(fēng)電場(chǎng)”中很常見(jiàn)，大型發(fā)電“風(fēng)電場(chǎng)”具有多個(gè)這樣的渦輪機(jī)，這些渦輪機(jī)所排列的幾何圖形設(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)最大功率的提取。當(dāng)轉(zhuǎn)子置于與其直徑相比非常寬的流中時(shí)，轉(zhuǎn)子的將流體功率轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)功率的轉(zhuǎn)換能力被限制在迎面流功率的59. 3%，該值是已被充分證明的理論值，被稱為“貝茲”極限，在1擬6年由A ·貝茲所證明。該生產(chǎn)率極限值尤其適用于列為“現(xiàn)有技術(shù)”的圖IA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(guò)“貝茲”極限。已采用過(guò)圍繞轉(zhuǎn)子設(shè)置的常規(guī)外罩或管道。參見(jiàn)例如授予Hiel等人的美國(guó)專利No. 7，218，011 (見(jiàn)圖1B)； 授予de Geus等人的美國(guó)專利No. 4，204，799(見(jiàn)圖1C)；授予Oman等人的美國(guó)專利 No. 4，075，500(見(jiàn)圖1D)；以及授予Tocher等人的美國(guó)專利No. 6，887，031。適當(dāng)設(shè)計(jì)的外罩使得進(jìn)入流在向管道的中心集中時(shí)加速。一般而言，對(duì)于適當(dāng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子，提高的流速導(dǎo)致轉(zhuǎn)子上的作用力增大，并繼而導(dǎo)致較高水平的功率提取。然而，轉(zhuǎn)子葉片常常由于較強(qiáng)風(fēng)造成的剪切力和張力而斷裂。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(jiàn)Igar，0.，Shrouds for Aerogenerators, AIAA Journal,1976 年 10 月，ppl481_83 ;lgar&0zer, Research and Development for Shrouded WindTurbines,Energy Cons. Management,Vol. 21,pp 13-48, 1981 Wind/Water Turbines and Propellers Revisited" ^ AIAA Technical Note，其作者為本申請(qǐng)的申請(qǐng)人(“申請(qǐng)人的AIAATechnical Note，，)，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。為了實(shí)現(xiàn)這種增加的功率和效率，需要使外罩和轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與時(shí)常處于高度變化狀態(tài)的進(jìn)入流體流速水平緊密匹配。這種空氣動(dòng)力學(xué)考慮因素對(duì)于流式渦輪機(jī)對(duì)其周圍環(huán)境產(chǎn)生的后續(xù)影響和風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)率水平來(lái)說(shuō)起到非常重要的作用。在改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的嘗試中，長(zhǎng)期以來(lái)追求有管道的(也稱為有外罩的)概念。這些概念一直提供與傳統(tǒng)無(wú)管道的設(shè)計(jì)相比可獲得顯著益處的有力證據(jù)。然而，至今還沒(méi)有足夠成功地進(jìn)入市場(chǎng)。這明顯是由于當(dāng)前設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)主要弱點(diǎn)(a)它們一般采用基于葉輪的空氣動(dòng)力學(xué)概念與渦輪機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)概念，(b)它們未采用噪音和流動(dòng)改進(jìn)的概念，以及(c)它們?nèi)狈ο喈?dāng)于廣泛用于無(wú)管道構(gòu)造的“貝茲/施米茨理論”的基于第一原理的有管道的風(fēng)力/水力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)方法。噴射器是眾所周知并已經(jīng)得到驗(yàn)證的流體噴射泵，其將流體流抽吸到系統(tǒng)內(nèi)，從而提高通過(guò)該系統(tǒng)的流速?；旌掀?噴射器是短小緊湊型的噴射泵，這種噴射泵相對(duì)而言對(duì)進(jìn)入流狀態(tài)不敏感，并被廣泛用于流速為接近音速或超音速的高速噴射推進(jìn)應(yīng)用。參見(jiàn)例如授予Walter Μ. Presz, Jr博士的美國(guó)專利No. 5，761，900，該專利也在下游使用混合器，從而在減少排放噪音的同時(shí)提高推力。Presz博士是本申請(qǐng)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)。這種不足有多種原因?，F(xiàn)有的
5風(fēng)力渦輪機(jī)使用無(wú)外罩的渦輪葉片來(lái)提取風(fēng)能。因此，接近風(fēng)力渦輪葉片的大部分流體流圍繞葉片流動(dòng)而沒(méi)有穿過(guò)葉片。而且，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)致經(jīng)過(guò)渦輪機(jī)的流速低。低流速使得諸如定子/轉(zhuǎn)子概念之類的燃?xì)鉁u輪機(jī)技術(shù)的潛在益處最小。前述的帶外罩的風(fēng)力渦輪機(jī)方法的關(guān)鍵在于采用出口擴(kuò)壓器以提高渦輪葉片的速度。擴(kuò)壓器需要較長(zhǎng)長(zhǎng)度來(lái)獲得良好的性能，并且往往對(duì)進(jìn)入流的變化非常敏感。這種既長(zhǎng)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)延遲，根本無(wú)法工作。而且，在希望以提高的速度進(jìn)行渦輪機(jī)能量提取的情況下，可能無(wú)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，本公開內(nèi)容的一個(gè)主要目的在于提供一種軸流式渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)采用先進(jìn)的流體動(dòng)力學(xué)混合/噴射泵原理來(lái)穩(wěn)定地傳送高于貝茲極限的功率水平。另一主要目的在于提供一種改進(jìn)的軸流式渦輪機(jī)，該軸流式渦輪機(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(lái)提高生產(chǎn)率，并使伴生流場(chǎng)對(duì)其附近(例如風(fēng)電場(chǎng))的周圍環(huán)境的影響降至最小。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)通過(guò)轉(zhuǎn)子抽吸入更多的氣流，隨后使低能渦輪機(jī)出口流在離開系統(tǒng)之前與高能旁路氣流迅速混
I=I O相應(yīng)于上述的目的，更明確的目的在于更安靜、更安全地在居住區(qū)使用。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于產(chǎn)生動(dòng)力的混合器/噴射器風(fēng)力或水力渦輪機(jī)系統(tǒng)(文中稱為 “MEWT”)，其結(jié)合了流體動(dòng)力學(xué)噴射器構(gòu)思、先進(jìn)的混流裝置和控制裝置以及可調(diào)節(jié)功率的渦輪機(jī)。在一些實(shí)施例中，所述MEWT是一種軸流式渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)按從上游至下游的順序包括具有空氣動(dòng)力學(xué)外形的帶入口的渦輪機(jī)外罩；環(huán)形定子，其位于所述外罩內(nèi)；葉輪，其具有與所述定子“直線排列布置”的一圈葉輪葉片；混合器，其與所述渦輪機(jī)外罩相連，并具有向下游延伸超過(guò)所述葉輪葉片的一圈混合器瓣；以及噴射器，其包括所述一圈混合器瓣和向下游延伸超過(guò)所述混合器瓣的混合外罩。所述渦輪機(jī)外罩、混合器和噴射器被設(shè)計(jì)和設(shè)置為使經(jīng)過(guò)所述渦輪機(jī)的流體(例如風(fēng)或水)的抽吸量最大，并且使其尾流對(duì)環(huán)境的影響(例如，噪音)以及對(duì)其它動(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。與現(xiàn)有技術(shù)不同，所述優(yōu)選MEWT包括具有先進(jìn)的混流裝置和控制裝置外罩，所述混流裝置和控制裝置例如為瓣?duì)畹幕虿坌蔚幕旌掀骱?或一個(gè)或多個(gè)噴射泵。所述混合/噴射泵與在飛機(jī)制造業(yè)中使用的混合器/噴射泵大相徑庭，這是因?yàn)楦吣芸諝饬魅胨鰢娚淦魅肟?，然后向往包圍、抽吸排出渦輪機(jī)外罩的低能空氣并與所述低能空氣混合。在第一優(yōu)選實(shí)施例中，所述MEWT包括軸流式渦輪機(jī)，其被具有空氣動(dòng)力學(xué)外形的渦輪機(jī)外罩包圍，所述渦輪機(jī)外罩的末端區(qū)域(即，渦輪機(jī)外罩的端部)結(jié)合了混合裝置；以及單獨(dú)的噴射器管道，所述噴射器管道僅覆蓋所述渦輪機(jī)外罩的尾部，所述噴射器管道本身的末端區(qū)域可結(jié)合先進(jìn)的混合裝置。在一個(gè)替代實(shí)施例中，所述MEWT包括軸流式渦輪機(jī)，其被具有空氣動(dòng)力學(xué)外形
6的渦輪機(jī)外罩包圍，所述渦輪機(jī)外罩的末端區(qū)域結(jié)合了混合裝置。對(duì)優(yōu)選的MEWT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 MEffT能夠產(chǎn)生的功率是無(wú)外罩的對(duì)應(yīng)裝置的三倍或更多倍，并且在風(fēng)力渦輪機(jī)的情形中， 可以使風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)率提高兩倍或更多倍。還公開了從流體流提取額外的能量或產(chǎn)生額外的功率的方法。所述方法包括提供混合器外罩，該混合器外罩將進(jìn)入流分成兩股流體流，一股在混所述合器外罩內(nèi)側(cè)，一股在所述混合器外罩外側(cè)。從經(jīng)過(guò)所述混合器外罩內(nèi)側(cè)并通過(guò)渦輪級(jí)的流體流提取能量，從而產(chǎn)生能量減少的流體流。然后能量減少的流體流與其它流體流混合而形成一系列渦流，所述渦流使上述兩股流體流相混合并在混合器外罩下游形成低壓區(qū)域。這又使得額外的流體流經(jīng)所述渦輪級(jí)。當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下書面說(shuō)明時(shí)，本公開內(nèi)容的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清林疋。


列為“現(xiàn)有技術(shù)”的圖1A、IB、IC和ID示出了現(xiàn)有渦輪機(jī)的實(shí)例；圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容構(gòu)造的申請(qǐng)人的優(yōu)選的MEWT實(shí)施例的分解視圖；圖3是連接在支撐塔上的優(yōu)選的MEWT的前透視圖；圖4是優(yōu)選的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(powertakeoff)；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是優(yōu)選的MEWT的替換實(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的MEWT的側(cè)視截面圖；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)地聯(lián)接；圖9是帶有螺旋槳狀轉(zhuǎn)子的MEWT的前透視圖；圖10是圖9的MEWT的后透視圖；圖11示出了圖9的MEWT的后平面圖；圖12是沿圖11的視向線12-12截取的截面圖；圖13是圖9的MEWT的前平面圖；圖14是沿圖13的視向線14-14截取的側(cè)視截面圖，示出了用于流量控制的兩個(gè)可樞轉(zhuǎn)阻擋件；圖15是圖14中圈出的阻擋件的放大圖；圖16示出了 MEWT的替換實(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的MEWT的側(cè)視截面圖；圖18是MEWT的替換實(shí)施例的前平面圖，所述MEWT將二級(jí)噴射器與位于渦輪機(jī)外罩(此處為混合器瓣)的末端區(qū)域和噴射器外罩的末端區(qū)域中的混合裝置(此處為環(huán)形槽)相結(jié)合；
7
圖19是圖18的MEWT的側(cè)視截面圖；圖20是圖18的MEWT的后視圖；圖21是圖18的MEWT的前透視圖；圖22是MEWT的替換實(shí)施例的前透視圖，所述MEWT將二級(jí)噴射器與位于渦輪機(jī)外罩的末端區(qū)域和噴射器外罩的末端區(qū)域中的混合器瓣相結(jié)合；圖23是圖22的MEWT的后透視圖；圖M示出了圖22的渦輪機(jī)外罩內(nèi)的可選吸音襯層；圖25示出了帶有非圓形外罩構(gòu)件的MEWT ；以及圖沈示出了優(yōu)選MEWT的替換實(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。圖27示出用于有管道的動(dòng)力系統(tǒng)中的幾何圖案和專用術(shù)語(yǔ)。圖觀是示出了用于無(wú)管道渦輪機(jī)的施米茨校正的圖。圖四是示出了方程的近似解法和精確解法之間的對(duì)應(yīng)程度的圖。圖30示出了用于有管道風(fēng)力/水力渦輪機(jī)的最大功率方程的近似解法和精確解法之間的對(duì)應(yīng)程度的圖。圖31 (a)、圖31(b)和圖31(c)示出了有管道風(fēng)力/水力渦輪機(jī)的相關(guān)結(jié)果。圖32 (a)、圖32(b)、圖32(c)和圖32(d)示出了單級(jí)和多級(jí)MEWT。圖33示出了用于單級(jí)MEWT中的幾何圖案和專用術(shù)語(yǔ)。圖34是示出了能夠通過(guò)混合器-噴射器系統(tǒng)、有管道系統(tǒng)和無(wú)管道系統(tǒng)提取的預(yù)測(cè)的貝茲當(dāng)量最大功率的圖。圖35是示出了通過(guò)混合器外罩的較慢氣流的圖。圖36是示出了在混合器外罩周圍的較快氣流的圖。圖37是示出了快空氣流和較慢氣流的交匯的圖。圖38是示出了通過(guò)較快氣流和較慢氣流的交匯形成的渦流的圖。圖39是示出了通過(guò)混合器外罩形成的一系列渦流的圖。圖40是混合器外罩的截面圖。
具體實(shí)施例方式
在一維致動(dòng)器盤模型中，在不連續(xù)提取或增加功率時(shí)發(fā)揮渦輪或葉輪的作用。圖 27提供了用于較普通的有管道情形的幾何形狀和專用術(shù)語(yǔ)。當(dāng)允許管道尺寸和伴生力Fs 減小至零時(shí)恢復(fù)無(wú)管道的情形。利用包括渦輪/葉輪葉片作為間斷點(diǎn)及在上游和下游無(wú)窮處的入流和出流的控制量分析，低速和/或不可壓縮流體的質(zhì)量、動(dòng)量和能量的守恒產(chǎn)生以下功率和推力方程方程(1)功率T = 2P/ (V0+Va)方程O)推力上述方程中的第一個(gè)以因次元形式表示并且后面的一個(gè)以應(yīng)用之后的無(wú)因次元
P == T PaP
2 xr ^ \ fjjr
8形式表示?？梢?jiàn)，存在四個(gè)變量，即功率P、推力T、自由流速Vd和下游中心速率V。。對(duì)于風(fēng) 力/水力潤(rùn)輪機(jī)而言，僅前向速率Va是已知的，因而需要另一獨(dú)立的方程來(lái)閉合該方程組。 這通過(guò)寺找捕獲最大功率的條件，即P為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的V。的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。這通過(guò)將方程1 的微分設(shè)為零來(lái)獲得，對(duì)于這種情況我們的獲得的“貝茲”極限為
權(quán)利要求
1.一種增加從流體流提取的能量的方法，包括提供流體渦輪機(jī)，所述流體渦輪機(jī)具有(i)用于限定經(jīng)過(guò)所述渦輪機(jī)的主流體流和繞開所述渦輪機(jī)的二級(jí)流體流的裝置，以及(ii)用于從所述主流體流提取能量的裝置； 使所述渦輪機(jī)與流體流接觸；從所述主流體流提取能量以形成能量減少的流體流；以及使所述能量減少的流體流與所述二級(jí)流體流混合，以將能量從所述二級(jí)流體流傳遞至所述能量減少的流體流，從而提高通過(guò)所述渦輪機(jī)的所述主流體流的流量并增加能量提取量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體渦輪機(jī)為水平軸流式風(fēng)力渦輪機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述用于限定主流體流的裝置是具有喇叭形的入口和布置在出口周圍的多個(gè)混合器瓣的混合器外罩。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，各個(gè)混合器瓣具有內(nèi)后緣角度和外后緣角度，所述內(nèi)角度與所述外角度不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述內(nèi)角度大于所述外角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述內(nèi)角度小于所述外角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述內(nèi)角度和所述外角度獨(dú)立地處于5到25度的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，各個(gè)混合器瓣具有內(nèi)后緣角度和外后緣角度，所述內(nèi)角度等于所述外角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述外罩的下游末端以引導(dǎo)所述能量減少的主流體流離開所述中心軸線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將噴射器外罩布置在所述流體渦輪機(jī)下游并與所述流體渦輪機(jī)同軸；以及使流體渦輪機(jī)出口延伸到噴射器外罩入口內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述噴射器外罩具有圍繞噴射器外罩出口的一圈混合器瓣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述用于限定主流體流的裝置引導(dǎo)所述能量減少的流體流離開中心軸線并朝所述中心軸線引導(dǎo)所述二級(jí)流體流。
13.一種增加由流體渦輪機(jī)提取的能量的提取量的方法，包括提供具有混合器外罩和功率提取單元的流體渦輪機(jī)，所述混合器外罩限定出經(jīng)過(guò)所述功率提取單元的第一流體流和繞開所述功率提取單元的第二流體流；使用所述功率提取單元從所述第一流體流提取能量而產(chǎn)生能量減少的流體流；以及引導(dǎo)所述第二流體流與所述能量減少的流體流混合，從而將能量從所述第二流體流傳遞至所述能量減少的流體流，從而提高通過(guò)所述功率提取單元的所述主流體流的流量并增加所提取的能量的提取量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述混合器外罩具有喇叭形的入口和布置在出口周圍的多個(gè)混合器瓣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，各個(gè)混合器瓣具有內(nèi)后緣角度和外后緣角度， 所述內(nèi)角度與所述外角度不同。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述內(nèi)角度和所述外角度獨(dú)立地處于5到25 度的范圍內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括將噴射器外罩布置在所述混合器外罩下游并與所述混合器外罩同軸；以及使混合器外罩出口延伸到噴射器外罩入口內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述噴射器外罩具有圍繞噴射器外罩出口的一圈混合器瓣。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述混合器外罩引導(dǎo)所述能量減少的流體流離開中心軸線并朝所述中心軸線引導(dǎo)所述第二流體流。
20.一種增加通過(guò)流體渦輪機(jī)提取的能量的提取量的方法，包括提供具有圍繞渦輪級(jí)的第一外罩和在所述第一外罩下游的第二外罩的流體渦輪級(jí)； 使用所述渦輪級(jí)從主流體流提取能量；借助所述第一外罩將排出所述渦輪級(jí)的所述主流體流與繞開所述渦輪級(jí)的二級(jí)流體流混合而形成第一出口流；將所述第一出口流引導(dǎo)到所述第二外罩內(nèi)；將所述第二外罩構(gòu)造成朝所述第一出口流引導(dǎo)繞開所述第二外罩的第三流體流；以及將所述第一出口流與所述第三流體流混合以將能量從所述第三流體流傳遞至所述第一出口流，從而提高通過(guò)所述渦輪級(jí)的所述主流體流的流量并增加所提取的能量的提取量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合器/噴射器風(fēng)力/水力渦輪機(jī)(“MEWT”)系統(tǒng)，其通常超過(guò)現(xiàn)有的風(fēng)力/水力渦輪機(jī)的效率。使用獨(dú)特的噴射器構(gòu)思來(lái)流體動(dòng)力學(xué)地改進(jìn)常規(guī)的風(fēng)力/水力渦輪機(jī)的眾多操作特征以使?jié)撛诎l(fā)電量提高50％以上。申請(qǐng)人的優(yōu)選MEWT實(shí)施例包括具有空氣動(dòng)力學(xué)外形的帶入口的渦輪機(jī)外罩；一圈定子翼片；與所述定子翼片直線排列布置的一圈轉(zhuǎn)子葉片(即，葉輪)；以及混合/噴射泵，其用于增加通過(guò)渦輪機(jī)的流量同時(shí)使低能量渦輪機(jī)出口流與高能量旁路流體流快速混合。在迎風(fēng)面積相同的情況下，該MEWT能夠產(chǎn)生的功率是無(wú)外罩的對(duì)應(yīng)裝置的三倍或更多倍，并且能夠使風(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)選擇。
文檔編號(hào)F03B3/12GK102216604SQ200980146292
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009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(qǐng)人:弗洛設(shè)計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)公司