專利名稱：增加渦流的風(fēng)輪機(jī)擴(kuò)散器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型緊湊擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器用于增強(qiáng)橫過渦輪葉片組的壓力差，從而對(duì)于給定的渦輪機(jī)直徑吸取更多的動(dòng)力。本發(fā)明涉及空氣動(dòng)力整流罩的使用，所述空氣動(dòng)力整流罩將氣流吸入到管道中，增加渦輪葉片和擴(kuò)散器前面的壓力，以在渦輪葉片后面產(chǎn)生低壓力，從而增加壓力差。這種裝置以最小尺寸獲得最佳效率并獲得最大堅(jiān)固性。
背景技術(shù)：
公知的和了解的是擴(kuò)散器增強(qiáng)型風(fēng)輪機(jī)(DAWT)。所述風(fēng)輪機(jī)第一次出現(xiàn)在七十年代，當(dāng)時(shí)對(duì)小型裝置和大型裝置授權(quán)了幾個(gè)專利。擴(kuò)散器將加快穿過渦輪機(jī)的風(fēng)，并且由于動(dòng)力與風(fēng)速的立方成比例，因此擴(kuò)散器的使用能夠使較小直徑的葉片獲得相同的電能效率。所述擴(kuò)散器還具有比開口的轉(zhuǎn)子(沒有葉梢渦旋)更安靜的間接益處，被認(rèn)為對(duì)于野生動(dòng)植物更安全(具有更容易看到的邊界)，并且在湍流狀態(tài)下將更好地執(zhí)行(風(fēng)趨向于更多地軸向穿過管道流動(dòng))。間接的成本效益源于可以通過較低成本過程制造的較小的加有較低應(yīng)力的葉片以及能夠獲得較小、較輕且較低成本的發(fā)電機(jī)的較高渦輪速度。擴(kuò)散器的耐久性因此取決于其凈成本小于其它方式，從而增加傳統(tǒng)的開口轉(zhuǎn)子的直徑以獲得相同的動(dòng)力。早期的擴(kuò)散器設(shè)計(jì)在葉片后面具有類似于喇叭端部的喇叭開口的管道。所述擴(kuò)散器通過兩種方式工作-引起所述流以增加所述流的橫截面積，從而由于所述流的動(dòng)量損失而造成反吸；以及流過擴(kuò)散器的邊緣的較快外部風(fēng)由于文丘里效應(yīng)將內(nèi)部流吸入其中。擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)是要在擴(kuò)大的氣流沿?cái)U(kuò)散器的內(nèi)壁而行時(shí)避免氣流分離。這種分離會(huì)產(chǎn)生危害壓力降的湍流。已經(jīng)提出用于控制該降低效果的各種裝置。在美國專利4，075，500中，孔34允許外部空氣流入渦輪葉片下游的護(hù)罩中并進(jìn)入所述護(hù)罩，從而給邊界層提供能量并沿著擴(kuò)散器的內(nèi)壁保持分離。美國專利4，132，499顯示了更復(fù)雜的內(nèi)部通道，所述內(nèi)部通道用于從管道的外部采集和分配空氣并將空氣輸送到管道內(nèi)部以獲得相似的效果。美國專利4，422，820顯示也從管道外部采集和分配空氣并將空氣輸送到管道內(nèi)部以給邊界層提供能量的擾流溝槽。采用這些孔的潛在問題是增加制造成本，同時(shí)增加隨著時(shí)間結(jié)垢和功能損失的可能性。美國專利4，132，499還顯示在擴(kuò)散器的下游側(cè)的副圓形翼，所述副圓形翼有助于以擴(kuò)散器系統(tǒng)的較短總長度生成橫過渦輪機(jī)的較大壓力降。副翼概念在美國專利5，324，985中進(jìn)入下一步，其中所述副翼部分地被制造成可控制角度。管道的多個(gè)部分之間的狹槽有助于用外部高速空氣給邊界層提供能量。美國專利7，018，166使用風(fēng)輪機(jī)下游的自由旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，以便還更主動(dòng)地控制流動(dòng)以減少分離。美國專利7，094，018使用試圖還更好地控制流動(dòng)的拱形擴(kuò)散器。在所有情況下，保持相同的目的-以提供利用風(fēng)的動(dòng)能的更節(jié)約成本的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供一種產(chǎn)生高流動(dòng)增強(qiáng)度的用于風(fēng)輪機(jī)的擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在與第一目的一致的情況下使擴(kuò)散器盡可能小。本發(fā)明的又一個(gè)目的是在與頭兩個(gè)目的一致的情況下使擴(kuò)散器盡可能穩(wěn)固。本發(fā)明的另一個(gè)目的是使擴(kuò)散器能夠由使用低成本工藝的低成本材料制成。本發(fā)明的另外的目的是通過采用另外的翼型裝置抵消安裝裝置和塔架的有害效應(yīng)以產(chǎn)生額外的補(bǔ)償氣流。本發(fā)明的另一個(gè)目的是將這種渦輪機(jī)安裝在常平架內(nèi)，從而能夠使水平軸和垂直軸對(duì)齊。本發(fā)明的又一個(gè)目的是通過水平傾斜軸成對(duì)地安裝渦輪機(jī)，所述水平傾斜軸連結(jié)所述渦輪機(jī)，使得渦輪機(jī)可以垂直對(duì)齊并水平旋轉(zhuǎn)。其它和另外的目的在下文中將說明并且在所附權(quán)利要求中更具體地說明。概括地說，本發(fā)明提出一種新型擴(kuò)散器，所述新型擴(kuò)散器加快并集中穿過渦輪機(jī)的風(fēng)，以便對(duì)于給定風(fēng)速每單位橫截面積吸取更多動(dòng)力。擴(kuò)散器部件的目的在于在不顯著降低性能的情況下盡可能地減小其長度和體積，目的是優(yōu)化不能獲得最終的流動(dòng)增強(qiáng)性能的成本效率。這通過較佳方式的邊界層控制獲得，從而能夠使內(nèi)部流以與現(xiàn)有技術(shù)相比更陡峭的錐角擴(kuò)大而不會(huì)經(jīng)歷將會(huì)危害擴(kuò)散器效率的氣流分離。而現(xiàn)有技術(shù)教示了將高能量外部流引入到低能量內(nèi)部流中是用于獲得邊界層控制的有效技術(shù)，傳統(tǒng)的擴(kuò)散器典型地將為其內(nèi)部管道直徑的大約兩倍。本發(fā)明能夠使擴(kuò)散器長度減小到管道直徑的大約一半，從而具有顯著較低的制造成本。擴(kuò)散器的尺寸還決定其風(fēng)載荷，所述風(fēng)載荷與風(fēng)速的立方成比例而在過載風(fēng)況下變成問題。擴(kuò)散器需要能夠經(jīng)受得住極少的120mph風(fēng)暴，因此將具有平均15mph風(fēng)的大約600倍動(dòng)力。這將引入顯著的成本增加以使擴(kuò)散器及其支撐結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)固，因此將擴(kuò)散器體積減小四分之一將具有相當(dāng)大的成本效益?，F(xiàn)有技術(shù)也已經(jīng)引入下述概念，即將擴(kuò)散器分離成套裝系列的截頭圓錐形環(huán)，所述截頭圓錐形環(huán)被保持成使得內(nèi)環(huán)的尾緣與下一個(gè)外環(huán)的前緣之間具有徑向間隙。這具有結(jié)構(gòu)問題，這是因?yàn)閿U(kuò)散環(huán)的減小的弦長也減小其厚度并因此減小強(qiáng)度，并且所述擴(kuò)散環(huán)還必須以足夠穩(wěn)固的方式連接以支撐需要的最大負(fù)荷。解決該負(fù)荷問題將需要連接塔架的徑向陣列，所述連接塔架進(jìn)而用于損壞噴射空氣的無旋流。本發(fā)明提出一種擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器包括向上且在分段的前緣后面延伸的螺旋形小翼的徑向陣列。盤旋方向與沿著渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)方向并因此和通過葉片的空氣的漩流方向相反，使得小翼前緣近似垂直于內(nèi)部局部流動(dòng)方向。該結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)。所述擴(kuò)散器通過重復(fù)通用的徑向段構(gòu)造而成。這降低刀具加工成本和所需的不同部件的數(shù)量。擴(kuò)散器分段容易連結(jié)且特征在于粗底部，所述粗底部提升堅(jiān)固性并可以使增強(qiáng)的框架適應(yīng)大型裝置。多個(gè)分段在四個(gè)放置處從前緣沿徑向順時(shí)針和逆時(shí)針連結(jié)到相鄰分段并且連結(jié)在擴(kuò)散器的翼梢處，使得分段翼梢正如其它相鄰分段翼梢在其自己的翼上終止而在相鄰的分段翼上終止。產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)沒有松的端部、沒有塔架和交聯(lián)連結(jié)，從而提升剛度。分段可以有利地通過旋轉(zhuǎn)成型過程構(gòu)造而成，所述旋轉(zhuǎn)成型過程可以以類似于聚乙烯的堅(jiān)韌的低成本塑料提供復(fù)雜形式的自由接縫的空心管坯。這種中空部件可以接著被泡沫填充以用于提高剛度。旋轉(zhuǎn)成型過程還允許將加強(qiáng)構(gòu)件引入工具中并有效地成型。當(dāng)風(fēng)通過渦輪機(jī)時(shí)，風(fēng)通過渦輪葉片偏轉(zhuǎn)并從而獲得漩流。可以通過使用使渦旋氣流偏轉(zhuǎn)回到更多的軸向路徑的第二反向旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)或固定的定子葉片回收一些漩流能量，但是這明顯增加了成本。漩流角度具有使擴(kuò)散器內(nèi)的流動(dòng)路徑的長度延長的效果，因此相當(dāng)于增加擴(kuò)散器的長度。漩流角度可以典型地為 20度。采用渦流以改進(jìn)內(nèi)部流和外部流的混合的擴(kuò)散器的問題為渦流的軸線不能同時(shí)適用于軸向外部流和渦動(dòng)內(nèi)部流。在本發(fā)明中，以兩種方式使用漩流。首先，擴(kuò)散器被設(shè)計(jì)成與漩流共同作用，使得內(nèi)部流被最大數(shù)量的螺旋形擴(kuò)散器翼元件分成兩部分，每一個(gè)部分基本上垂直于流動(dòng)方向以提供多次注入高能量外部流。其次，外部流在渦動(dòng)內(nèi)部流的外側(cè)通過反向漩流偏壓(見下文)進(jìn)入擴(kuò)散器，從而接著在所述內(nèi)部流和外部流的交界處產(chǎn)生風(fēng)切變效果。這會(huì)引起渦流，所述渦流沿?cái)U(kuò)散器的內(nèi)表面而行并用于增強(qiáng)低能量流和高能量流的混合，從而幫助所述能量流向外擴(kuò)大且減小氣流分離的風(fēng)險(xiǎn)-更類似于擾流器在飛行器翼的上表面上的效果，其中所述飛行器翼在翼失速(氣流分離)之前擴(kuò)大可允許的沖角。外部流受到嘗試壓縮和加快小翼前緣與較低尾緣之間的流的小翼前緣的蝸殼壓力大壩效應(yīng)的影響。這具有生成和內(nèi)部漩流相反的漩流的效果。在這兩個(gè)層接觸的情況下，兩個(gè)層導(dǎo)致形成渦流(產(chǎn)生旋風(fēng)的相同機(jī)構(gòu))。這會(huì)快速給內(nèi)部流提供能量，從而增強(qiáng)內(nèi)部流的吸入效果。減小的壓力還使得即使KH管道更陡峭(較短)也能夠使所述流在不會(huì)出現(xiàn)氣流分離的情況下保持抵靠管道壁。較短的更緊湊的擴(kuò)散器顯然是較低成本且在風(fēng)暴情況下不易損壞。因?yàn)閿U(kuò)散器小翼上的前緣在其螺旋線路徑中后掠，因此不存在氣流垂直面，所述氣流垂直面會(huì)產(chǎn)生具有隨后增加的阻力的壓力峰值。在擴(kuò)散器中，流動(dòng)速度越大，則壓力越低，從而增加橫過渦輪機(jī)的壓力差并因此增加渦輪機(jī)的動(dòng)力。 可以采用各種裝置來進(jìn)一步增強(qiáng)流動(dòng)控制。尾緣通?？梢栽谄浔砻娴钠矫嬷斜P旋以增加邊緣長度，從而在外部流和內(nèi)部流會(huì)合并相交時(shí)減輕壓力激波。諸如引入扭轉(zhuǎn)的偏壓這些渦流將用于以優(yōu)選的間距阻擋渦流生成。類似于結(jié)節(jié)的部件也可以被添加到前緣以再次引起渦流生成?？梢栽黾訑_流器的徑向陣列，以減少在遇到第一狹槽之前緊鄰于葉片之后的區(qū)域中出現(xiàn)氣流分離的風(fēng)險(xiǎn)。這些可以有益地使所述擾流器在不會(huì)導(dǎo)致底切成型的復(fù)雜情況下成型到擴(kuò)散器的表面中。擾流器有益地被布置成使得渦流的旋轉(zhuǎn)方向與在高能量流以漩流通過狹槽并還產(chǎn)生渦流的情況下被引起進(jìn)一步向上的旋轉(zhuǎn)方向相同，這是因?yàn)樗鲣隽髋c葉片產(chǎn)生的反向漩流相交。類似地，擾流器的另一個(gè)徑向陣列可以包括到成型在葉片的底部之后的吊艙中。在此，所述擾流器有助于在氣流擴(kuò)大時(shí)避免氣流分離以填充吊艙后面的空間。在所述流進(jìn)入狹槽的情況下，所述流必須轉(zhuǎn)向以沿著管道內(nèi)表面流動(dòng)。為了確保這在不會(huì)出現(xiàn)氣流分離的情況下出現(xiàn)，類似于上升或降低的Z字形機(jī)構(gòu)的小渦流器部件的陣列使得形成湍流邊界層，所述湍流邊界層降低局部壓力并幫助在使所述流變得充分湍流的情況下保持所述流?！N用于將擴(kuò)散器安裝到塔架上的優(yōu)選方式是使6個(gè)支柱以八面體結(jié)構(gòu)從擴(kuò)散器分段上的加強(qiáng)支點(diǎn)向下延伸或者使其內(nèi)部構(gòu)架型框架延伸到塔架轉(zhuǎn)臺(tái)上。然而，轉(zhuǎn)臺(tái)和安裝支柱將產(chǎn)生附加阻力和湍流，從而減小部分離開渦輪機(jī)的具有不平衡速度分布圖的流動(dòng)速度。該效果可以通過引入安裝在具有反向翼面的轉(zhuǎn)臺(tái)上的另外的小翼而被減輕，以增強(qiáng)小翼與主擴(kuò)散器之間的氣流，從而抵消其它的消極效果。可以采用一組徑向輻條將渦輪機(jī)動(dòng)力轂罩支撐在擴(kuò)散器內(nèi)。這具有在輻條被適當(dāng)拉緊時(shí)建立和保持管道的圓形的間接益處。如果輻條由拉擠碳(pulltruded carbon)或玻璃纖維制成，則輻條可以成型為類似于翼面以減小輻條的阻力和產(chǎn)生湍流的趨勢(shì)。纖維增強(qiáng)塑料具有固有的自阻尼性質(zhì)，這將防止轉(zhuǎn)子軸承振動(dòng)使擴(kuò)散器或其支撐塔架共振。理想的結(jié)構(gòu)將每一段使用兩個(gè)輻條。輻條陣列的總阻力將顯著小于等效的單個(gè)柱架。擴(kuò)散器可以可選地包括一體形成的定子葉片組，除了單獨(dú)的輻條結(jié)構(gòu)，所述定子葉片組也可以用來支撐中心吊艙。在優(yōu)選實(shí)施例中，定子位于上游。通過使空氣在其撞擊葉片之前渦動(dòng)，空氣使所述葉片的提升矢量旋轉(zhuǎn)，使得在旋轉(zhuǎn)時(shí)除了僅產(chǎn)生軸向阻力之外還可以吸取更多的動(dòng)力。不同于傳統(tǒng)的徑向定子，葉片可以形成為螺旋形，使得任何尾緣湍流都不會(huì)以單個(gè)波面碰撞旋轉(zhuǎn)葉片，而是在葉片/定子的相交處從底部移動(dòng)到末端時(shí)更平緩地撞擊。定子還可以有益地在擴(kuò)散器前緣的前面伸出。因而，所述定子有助于將空氣吸入管道，并且還提供更大的長度以進(jìn)一步使離軸風(fēng)對(duì)齊。輪轂可以成比例地大于開口轉(zhuǎn)子渦輪機(jī)上的普通輪轂。這會(huì)使空氣從中心移動(dòng)，否則低葉片速度會(huì)防止更大的產(chǎn)生的葉片末端區(qū)域有效的提取動(dòng)力。該結(jié)構(gòu)不需要鼻錐以旋轉(zhuǎn)，因此不同于大的'旋轉(zhuǎn)器'，不會(huì)產(chǎn)生大量表面摩擦。代替用于安裝渦輪機(jī)的單個(gè)管狀塔架，通過使用三腳架結(jié)構(gòu)獲得更好的材料利用。這是因?yàn)槿_架的質(zhì)量與使用管子的情況相比從塔架的中性軸移動(dòng)得更遠(yuǎn)。對(duì)于給定負(fù)荷采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)，這將因此造成減少材料用量并因此減少成本。通過連接三腳基座與三個(gè)另外的管狀構(gòu)件可以享有其它間接的益處。所述框架由于其現(xiàn)在為四面體而完全受到約束且是剛性的。地面構(gòu)件中的一個(gè)可以擔(dān)當(dāng)用作樞軸線，所述樞軸線接著利用地錨保持抵靠地面。連接到該樞軸的兩個(gè)支柱的頂點(diǎn)可以接著如“A形”框架的頂點(diǎn)作用提供桿形裝置，以在不需要大的臨時(shí)就地提升設(shè)備的情況下升起和降低塔架。所述頂點(diǎn)僅與其地錨保持墊分開，并且絞車用于引起升起或降低。該結(jié)構(gòu)的一個(gè)大的優(yōu)點(diǎn)是塔架不需要具有大體積的地下混凝土的特定底座。四面體塔架在其自己右側(cè)基本上穩(wěn)定且僅需要適當(dāng)?shù)牡劐^保持所述塔架向下。理想的可以將渦輪機(jī)設(shè)置在諸如山丘之間的開鑿道路的用作自然流動(dòng)增強(qiáng)裝置的地形地面目標(biāo)處，這在于所述渦輪機(jī)局部加快風(fēng)速。結(jié)果可以使渦輪機(jī)必須引進(jìn)上升氣流。采用傳統(tǒng)渦輪機(jī)的大直徑葉片組無法實(shí)線使葉片組的塔架傾斜以提供傾斜間隙，因此這些另外的有利位置中的任一個(gè)都無法開發(fā)，或者渦輪轉(zhuǎn)子由于上升葉片與下降葉片相比具有沖角而無效地工作。該改變的提升將在每一轉(zhuǎn)期間使葉片彎曲，從而將增加葉片的負(fù)荷并縮短其壽命。容納在擴(kuò)散器中的渦輪機(jī)可以由常平架支撐，使得渦輪機(jī)本身可以以3個(gè)維度朝向風(fēng)向軸向定向。這即使在渦輪機(jī)定位在陡坡上時(shí)也能夠恢復(fù)平衡。這種常平架將有利地具有其“U形”框架，所述框架成型為反向翼型，使得所述框架作用如將額外的風(fēng)吸入擴(kuò)散器區(qū)域中的另外的外部徑向翼，以便抵消任何另外的有害空氣動(dòng)力效應(yīng)。渦輪機(jī)可以作為一對(duì)相對(duì)于共用的水平樞軸以及垂直旋轉(zhuǎn)軸安裝。該實(shí)施例具有兩個(gè)具體的優(yōu)點(diǎn)-所述成對(duì)單元產(chǎn)生較大的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，從而能夠使所述單元更快速地追隨水平風(fēng)向轉(zhuǎn)變。-通過能夠垂直傾斜可以更好地利用上升氣流，將會(huì)固定在山丘和懸崖上，準(zhǔn)確在該處的風(fēng)最強(qiáng)。非常明顯上升的風(fēng)對(duì)于傳統(tǒng)的渦輪機(jī)很難操縱。上升葉片將經(jīng)歷增加更多的沖角且班失速將產(chǎn)生高阻力，而下降葉片損失其沖角并升高。這不僅效率低，而且還在每一轉(zhuǎn)期間通過脈沖負(fù)荷給葉片和軸承施加應(yīng)力。


本發(fā)明可以結(jié)合附圖得到最佳理解，在附圖中圖1顯示以5度間隔通過橫截面顯示的分段的徑向陣列；圖2從側(cè)面和前面顯示相同的擴(kuò)散器；圖3顯示擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器具有安裝在具有小翼的塔架轉(zhuǎn)臺(tái)上的波狀尾緣，所述小翼補(bǔ)償由安裝裝置所引起的效率的損失；圖4顯示可以嵌入分段和輻條內(nèi)從而可以用于支撐渦輪機(jī)動(dòng)力轂罩的增強(qiáng)框架；圖5顯示擴(kuò)散器閉式渦輪機(jī)，所述擴(kuò)散器閉式渦輪機(jī)通過常平架安裝到塔架上，使得所述擴(kuò)散器閉式渦輪機(jī)可以傾斜而變成垂直于上升的風(fēng)流；圖6顯示穿過擴(kuò)散器的剖視圖，其中從側(cè)面和頂部顯示流動(dòng)路徑；圖7顯示擴(kuò)散器的一個(gè)不同實(shí)施例的一部分，所述擴(kuò)散器具有一體的向前安裝的定子葉片，所述定子葉片支撐安裝在中心的發(fā)電機(jī)；圖8從后面顯示相同的擴(kuò)散器實(shí)施例，所述擴(kuò)散器實(shí)施例以渦流生成元件的徑向陣列為特征；圖9顯示中心吊艙的一個(gè)實(shí)施例，所述中心吊艙具有葉片組和穩(wěn)固輻條且還具有渦流生成元件的徑向陣列；和圖10顯示通過能夠垂直傾斜的連結(jié)水平軸以及普通的垂直旋轉(zhuǎn)軸安裝的一對(duì)擴(kuò)散器單元。
具體實(shí)施例方式在附圖中，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作為實(shí)例說明。說明書和附圖僅是為了說明且為優(yōu)選設(shè)計(jì)，而不意味對(duì)本發(fā)明的限制的限定。在圖1中顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中管道前緣(1)以增加弦和厚度徑向過渡到過渡點(diǎn)0)，在所述過渡點(diǎn)處，小翼(4)分裂以向外和向后延伸，直到所述小翼可以連接到相鄰的小翼⑶為止。在圖2中以側(cè)視圖和顯示多個(gè)片段連結(jié)的前視圖顯示相同實(shí)施例。在圖3中顯示的具有盤旋形尾緣(5)的實(shí)施例用于通過文丘里效應(yīng)促進(jìn)低能量流和高能量流的混合。動(dòng)力轂罩(power pod) (6)安裝在管道中心，并且例如外部支柱(7)連接到所述分段以向轉(zhuǎn)臺(tái)和三腳架提供剛性安裝裝置。具有反轉(zhuǎn)翼面的另外的小翼(8)將更多的流拖入所述小翼與擴(kuò)散器之間的間隙中，從而抵消安裝硬件引起的流動(dòng)速度的降低。在圖4中顯示了增強(qiáng)方案，其中成形件(9)被裝配到所述區(qū)段的端面中且所述成形件與所述端面之間具有定位裝置。受壓構(gòu)件(10)由于沿著前緣的拉緊桿或纜索而穩(wěn)固，并且輻條(11)朝向渦輪發(fā)電機(jī)轂罩(6)將所述區(qū)段拉入渦輪發(fā)電機(jī)轂罩(6)中。設(shè)定在轂罩(6)上的前輻條和后輻條可以連接到共用的環(huán)，使得通過使所述環(huán)中的至少一個(gè)沿轂罩軸線旋轉(zhuǎn)同時(shí)拉緊整個(gè)輻條陣列。在安裝框架(7)連接到所述區(qū)段的情況下，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)另外的成形件(13)或框架構(gòu)件以增加該關(guān)鍵接合部處的強(qiáng)度。安裝框架接著連接到轉(zhuǎn)臺(tái)(12)，所述轉(zhuǎn)臺(tái)還保持三腳架腿(14)，所述三腳架腿的端部與另外的框架構(gòu)件(1 連結(jié)以生成剛性的四面體形框架結(jié)構(gòu)。在圖5中顯示了一種不同的安裝方案，其中管道(1)通過輻條(11)被加強(qiáng)，所述輻條進(jìn)而如前所述保持渦輪機(jī)轂罩(6)。然而，在該實(shí)施例中，樞軸(16)將整個(gè)組件保持到具有反轉(zhuǎn)翼面的形成為類似于“U”形的常平架(17)中，以便抵消由于其本身存在于氣流中而造成的廢阻力。常平架接著通過轉(zhuǎn)臺(tái)(1 連接到三腳架塔架(14)。在圖6中顯示穿過擴(kuò)散器的橫斷面，在這種情況下顯示出分隔開以允許高能量外部空氣沿著代表性路徑(19a)、(19b)和(19c)進(jìn)入的三排翼部(18a)、(18b)和(ISc)0高能量空氣加快由代表性路徑00)顯示的擴(kuò)大的減速內(nèi)部空氣。這降低了局部壓力，從而有助于保持所述流抵靠擴(kuò)散器的內(nèi)側(cè)。在正交平面中，內(nèi)部流可以看起來沿代表性路徑02)周圍漩流，并且噴射的空氣以反向漩流沿著路徑(21a)和Olb)，使得由于所述氣流彼此通過，因此所述氣流產(chǎn)生生成小渦流的切變效果。這些渦流用于使高能量流和低能量流混合并使高能量流和低能量流保持抵靠擴(kuò)散器的內(nèi)壁，再次能夠使所述流通過平穩(wěn)擴(kuò)散器以盡可能更大的速率擴(kuò)張并因此顯著縮短所述流。在圖7中顯示了 120度擴(kuò)散器分段，并且一體的成螺旋形延伸的定子葉片通向輪轂段04)。在圖8中
從背面顯示相同擴(kuò)散器段的反面，其中具有顯示的用于發(fā)電機(jī)的殼體的一個(gè)分段(24)和可選徑向排列的擾流器特征(25)。顯示以順時(shí)針渦流角(36)(如從擴(kuò)散器的前面所看到)通過擴(kuò)散器的流的代表向量經(jīng)過擾流器，所述擾流器如(37)所示產(chǎn)生逆時(shí)針渦流。渦流產(chǎn)生部件的形狀類似于月牙狀脊部，使得月牙狀的圓弧在其前部具有最大的流動(dòng)沖角，并且月牙形在靠近其中心處最深且具有在所述流中的淺斜面和拖在其后面的陡峭峭壁。所述渦流產(chǎn)生部件可以如圖8以徑向陣列在直徑擴(kuò)大的旋轉(zhuǎn)面的內(nèi)側(cè)展開，或者以徑向陣列如圖9中所示在直徑減小的旋轉(zhuǎn)面的外側(cè)展開，使得所述部件在這種表面的軸線上不存在任何底切部，并因此可以在不需要用工具加工的復(fù)雜情況下成型為擴(kuò)散器表在圖9中顯示了中心輪轂07)的的背面部分，所述中心輪轂具有例如渦輪葉片08)和例如穩(wěn)固輻條( )，所述渦輪葉片和所述穩(wěn)固輻條將吊艙的背面連接到擴(kuò)散器內(nèi)部的背面。還顯示了另外的擾流器部件06)的徑向陣列，所述擾流器部件有助于抵抗遠(yuǎn)離吊艙的背面逐漸減少而吸引所述流。在圖10中顯示了一對(duì)組合風(fēng)輪機(jī)，所述風(fēng)輪機(jī)具有通過支撐件(3 和(3 連接到水平樞軸(34)的擴(kuò)散器增強(qiáng)型風(fēng)輪機(jī)(30)和(31)。垂直旋轉(zhuǎn)樞軸軸承接著將水平樞軸(34)連接到垂直塔架(35)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠想到本發(fā)明的另外的修改例，并且所有這種修改被認(rèn)為落入由所述權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)輪機(jī)的擴(kuò)散器，其中所述擴(kuò)散器的壁中的狹槽吸入高能外部空氣，以便以漩流進(jìn)入所述擴(kuò)散器中，所述漩流與內(nèi)部漩流反向，所述內(nèi)部漩流是在渦輪葉片提取動(dòng)力時(shí)作為渦輪葉片旋轉(zhuǎn)的反作用而生成，使得所述內(nèi)部漩流和所述外部引入漩流穿過彼此，從而使所述內(nèi)部漩流與所述外部引入漩流之間形成渦流，從而給所述內(nèi)部流提供能量，并且有助于防止所述內(nèi)部流與所述內(nèi)部管道壁分離。
2.一種用于風(fēng)輪機(jī)的擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器由前部管道構(gòu)成，所述前部管道接合到一系列向外盤旋的翼段中，所述翼段本身每一個(gè)都具有與反向的翼面相似的部分，使得連續(xù)的螺旋形翼構(gòu)件之間具有可以使空氣流動(dòng)通過的間隙，并且使得狹槽前方的壓力增大產(chǎn)生穿過所述狹槽以沿盤旋方向偏轉(zhuǎn)的氣流。
3.如權(quán)利要求2所述的擴(kuò)散器，其中，所述螺旋形翼構(gòu)件連結(jié)到相鄰構(gòu)件上或者與相鄰構(gòu)件連結(jié)，使得尾緣變成連續(xù)環(huán)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的擴(kuò)散器，其中，所述管道的前部具有面向內(nèi)的定子葉片，所述定子葉片支撐容納旋轉(zhuǎn)葉片組的吊艙，使得動(dòng)力輸出裝置位于所述葉片組的前方。
5.一種用于風(fēng)輪機(jī)的擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器由重復(fù)的分段的徑向陣列構(gòu)成，所述重復(fù)的分段的每一個(gè)都包括具有翼的管道的徑向部分，所述翼從所述管道的前緣后面露出并向外及向后盤旋且向后連接到下一分段圓形物的翼上，使得每一個(gè)分段的翼正如前面相鄰的翼連接到其上那樣還連接到后面相鄰的分段翼，并且所述螺旋形翼之間留下間隙，以允許外部空氣在一個(gè)分段的翼的尾緣與相鄰翼的前緣之間流動(dòng)。
6.如權(quán)利要求2或5所述的擴(kuò)散器，其中，每一個(gè)管道的前緣段成型為使得所述前緣段的弦長和厚度都增大，從而使所述前緣段能夠更好地提供用于在其較粗端部處形成所述螺旋形翼，且所述翼的下側(cè)向后接合到下一段的較細(xì)開始端。
7.如權(quán)利要求2或5所述的擴(kuò)散器，其中，所述管道和/或翼的尾緣在所述翼的平面中大致呈扇形皺褶以增加尾緣長度。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的擴(kuò)散器，其中，所述擴(kuò)散器通過短支柱被支撐到轉(zhuǎn)臺(tái)，所述轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在塔架上并具有大致包圍所述轉(zhuǎn)臺(tái)的反向翼型翼，使得所述轉(zhuǎn)臺(tái)將風(fēng)吸入到其本身與所述擴(kuò)散器之間以提高所述擴(kuò)散器在一個(gè)區(qū)域中的性能，在所述區(qū)域中否則所述性能將受到安裝裝置的有害空氣動(dòng)力效應(yīng)的危害。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的擴(kuò)散器，其中，所述擴(kuò)散器由兩個(gè)水平相對(duì)的樞軸支撐，所述樞軸將所述擴(kuò)散器連接到中間的呈“U”形的常平架，所述常平架在其底部處由連接到塔架的轉(zhuǎn)臺(tái)支撐，使得在所述水平樞軸的下方具有更大的質(zhì)量，以便促使所述管道在不受到下降氣流的上升的影響時(shí)相對(duì)于基本上水平的軸線固定。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述“U”形常平架構(gòu)件成型為反向翼面，以便將額外的風(fēng)吸入其本身與所述擴(kuò)散器之間的區(qū)域中，從而抵消所述常平架的任何有害空氣動(dòng)力影響。
11.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括通過水平構(gòu)件連接的兩個(gè)擴(kuò)散器增強(qiáng)型水平軸風(fēng)輪機(jī)，所述水平構(gòu)件由在所述風(fēng)輪機(jī)之間立起的垂直塔架支撐，使得所述風(fēng)輪機(jī)能夠繞著所述水平軸樞轉(zhuǎn)，并且所述風(fēng)輪機(jī)還能夠一起繞著中心垂直塔架軸線旋轉(zhuǎn)，從而能夠以兩個(gè)自由度自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)主風(fēng)方向。
12.一種擾流器，所述擾流器形狀類似于月牙狀脊部，使得所述月牙的圓弧在其前部具有最大的流動(dòng)沖角，而所述月牙在其中心附近最深，并且所述月牙狀脊部具有到氣流中的淺斜面和拖在其后面的峻峭峭壁，所述擾流器在直徑擴(kuò)大的旋轉(zhuǎn)面的內(nèi)側(cè)或直徑減小的旋轉(zhuǎn)面的外側(cè)以徑向陣列展開，使得所述擾流器在這種表面的軸線中不存在任何底切部。
13.一種擾流器的徑向陣列，所述擾流器的徑向陣列位于擴(kuò)散器增強(qiáng)型風(fēng)輪機(jī)的管道的內(nèi)側(cè)，緊靠葉片后。
14.一種擾流器的徑向陣列，所述擾流器的徑向陣列位于緊隨在擴(kuò)散器增強(qiáng)型風(fēng)輪機(jī)的葉片后的錐形吊艙上。
15.如權(quán)利要求13或14所述的擾流器的徑向陣列，其中，每一個(gè)擾流器為如權(quán)利要求12所述的擾流器。
16.一種定子葉片，所述定子葉片用于擴(kuò)散器增強(qiáng)型風(fēng)輪機(jī)的前部，所述定子葉片以螺旋形式從輪轂伸出到管道，使得由所述定子葉片的尾緣產(chǎn)生的任何壓力波在單個(gè)點(diǎn)處與基本上徑向的渦輪葉片相交，而不會(huì)像在定子葉片類似地基本上是徑向的情況時(shí)那樣同時(shí)與所述葉片的整個(gè)長度沖突，所述單個(gè)點(diǎn)在所述葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)從底部前進(jìn)到末端。
17.一種定子葉片，所述定子葉片用于擴(kuò)散器增強(qiáng)型風(fēng)輪機(jī)的前部，所述定子葉片以軸向弧形從輪轂伸出到管道，使得所述定子葉片離其中心部中的葉片最遠(yuǎn)，從而在所述管道的前部的狹窄頸部中產(chǎn)生最小的流動(dòng)壓縮并且還用于將軸向流吸入所述管道中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)輪機(jī)的擴(kuò)散器，其中擴(kuò)散器的壁中的狹槽通過漩流吸入空氣以使空氣進(jìn)入到擴(kuò)散器中，所述漩流和在擴(kuò)散器提取動(dòng)力時(shí)由于渦輪葉片旋轉(zhuǎn)作用生成的內(nèi)部漩流相反，使得內(nèi)部漩流和外部引入的漩流彼此相交，從而使所述內(nèi)部漩流與所述外部引入的漩流之間形成渦流，從而給內(nèi)部流提供能量并有助于防止內(nèi)部流與內(nèi)管道壁分離。這種擴(kuò)散器將有益地由重復(fù)分段的徑向陣列組成，每一個(gè)分段都包括具有翼部的管道的徑向部分，所述翼部從所述管道前緣的后面露出并向外且向后盤旋且向后連接到下一個(gè)分段圓的翼部上，使得每一個(gè)分段的翼部正如前部相鄰翼部連接到其上一樣連接到隨后相鄰的分段翼，并且螺旋形臂之間留有間隙以允許外部空氣在一個(gè)分段翼的尾緣與相鄰翼的前緣之間流動(dòng)。
文檔編號(hào)F03D1/04GK102575641SQ201080031888
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者拉爾夫-彼得·S·貝利 申請(qǐng)人:動(dòng)力豐收有限公司