相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.119(e)要求2014年8月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)no.62/033,331的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明總的涉及渦輪機(jī)和螺旋槳，更具體地涉及用于渦輪機(jī)或螺旋槳的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

用于從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)電的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)通常包括一個(gè)或更多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片具有從水平軸向外延伸的空氣動(dòng)力學(xué)形體，該水平軸由風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙支撐并在風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙內(nèi)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片是適合于橫穿流體環(huán)境的結(jié)構(gòu)的示例，其中，環(huán)境主要是環(huán)境空氣。機(jī)艙被支撐在從地面或其它表面延伸的塔架上。入射在轉(zhuǎn)子葉片上的風(fēng)施加壓力，從而通過使軸旋轉(zhuǎn)來(lái)致使轉(zhuǎn)子葉片移動(dòng)，其中轉(zhuǎn)子葉片繞該軸的水平旋轉(zhuǎn)軸線從該軸延伸。該軸則與發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)，如眾所周知的，發(fā)電機(jī)將軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為用于傳輸、存儲(chǔ)和/或立即使用的電流。水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)通常是眾所周知和容易理解的，但是期望的是改善其運(yùn)行，以提高功率轉(zhuǎn)換的效率及其總體運(yùn)行特性。

即使在低速度下的入射風(fēng)也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片非常快速地旋轉(zhuǎn)。如會(huì)很好地理解的那樣，對(duì)于給定的旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)子葉片的線速度在其根部(即靠近軸的轉(zhuǎn)子葉片的那一部分)的區(qū)域中是最低的。類似地，轉(zhuǎn)子葉片的線速度在其翼尖(即遠(yuǎn)離軸的轉(zhuǎn)子葉片的那一部分)的區(qū)域中是最高的。特別是，在較高線速度下，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片沿其旋轉(zhuǎn)路徑快速“切”過空氣時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片的各方面會(huì)產(chǎn)生顯著的空氣聲學(xué)噪音。這種噪音會(huì)令在現(xiàn)場(chǎng)附近的人和動(dòng)物非常不舒服。然而，噪音也可以是運(yùn)行沒有效率的指示，并且最大翼尖速度實(shí)際上可能受到這種低效率的限制。

水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)包括至少兩個(gè)且通常是三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片的總掠過路徑被認(rèn)為是在該平面中可用于風(fēng)力渦輪機(jī)的總動(dòng)能的度量?，F(xiàn)有的風(fēng)力技術(shù)能夠僅提取一部分的入射風(fēng)的動(dòng)能。從風(fēng)中提取的動(dòng)能的最大理論值(其被稱為貝茲(betz)極限)在1919年由阿爾伯特貝茲(albertbetz)根據(jù)被稱為貝茲定律的原理證實(shí)。根據(jù)貝茲定律，風(fēng)能動(dòng)能提取的最大性能系數(shù)(cp)，即貝茲極限為59.3％。

現(xiàn)有的風(fēng)力技術(shù)實(shí)際上具有比貝茲極限低得多的cp。風(fēng)力渦輪機(jī)的效率近年來(lái)一直在提高，主要是通過轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)上的改進(jìn)。然而，一些初始研究已經(jīng)開始探索入射在轉(zhuǎn)子葉片行進(jìn)的平面的前方的中央輪轂部分中的風(fēng)的利用，以提高效率和產(chǎn)量并減少噪音排放。

在轉(zhuǎn)子葉片所附接的中央輪轂前方的那一部分可以被鼻錐體(nosecone)覆蓋或可以不被鼻錐體覆蓋。鼻錐體通常用作風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂的保護(hù)罩。迄今為止，鼻錐體通常不構(gòu)造用以輔助風(fēng)力渦輪機(jī)的軸的旋轉(zhuǎn)或者以任何方式作用以產(chǎn)生能量。為此，共識(shí)是，轉(zhuǎn)子葉片的總掠過路徑被認(rèn)為是在該平面中可用于風(fēng)力渦輪機(jī)的可能的動(dòng)能的度量，并且在風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂上游的風(fēng)的動(dòng)能目前未得到充分利用。

orbrecht等人的歐洲專利申請(qǐng)no.ep2592265公開了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的功率產(chǎn)生自旋器。該申請(qǐng)描述了翼型延伸的區(qū)域，該區(qū)域在連接在輪轂區(qū)域處的轉(zhuǎn)子葉片的根部區(qū)域上，以及逆風(fēng)翼型部分，該逆風(fēng)翼型部分被設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)的每個(gè)葉片的內(nèi)側(cè)部分的逆風(fēng)方向；該風(fēng)力渦輪機(jī)具有繞旋轉(zhuǎn)軸線通過輪轂相互連接的多個(gè)葉片。該專利申請(qǐng)還描述了功率產(chǎn)生自旋器通過增加對(duì)流過功率產(chǎn)生自旋器的空氣的軸向誘導(dǎo)并將在外側(cè)的空氣流引導(dǎo)到葉片的空氣動(dòng)力學(xué)有用區(qū)域而提高風(fēng)力渦輪機(jī)的效率的能力。

herr等人的美國(guó)專利no.8,287,243公開了一種風(fēng)力渦輪機(jī)的自旋器。內(nèi)轉(zhuǎn)子部分中的空氣流可能經(jīng)過風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子而沒有用于產(chǎn)生能量。圓柱形的自旋器使風(fēng)繞轉(zhuǎn)子葉片根部偏轉(zhuǎn)，使得現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)的效率提高。

風(fēng)力渦輪機(jī)的搖擺控制對(duì)于通過包含從轉(zhuǎn)子葉片的自旋入射大致90度的風(fēng)來(lái)保持最大效率來(lái)說(shuō)是重要的。目前，這是通過駐留在與塔架連接的點(diǎn)處的機(jī)艙的基部處的主動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如rosenvard等人的美國(guó)專利no.7,944,070以及anderson的美國(guó)專利no.8,899,920中所述。這些主動(dòng)系統(tǒng)由傳感器控制，所述傳感器定位于首先受到入射風(fēng)的、處于后部的機(jī)艙外部。因此，這些傳感器在風(fēng)已經(jīng)經(jīng)過轉(zhuǎn)子葉片之后通知風(fēng)力狀態(tài)，最重要地是通知速度和方向。因此，在機(jī)艙的基部處的主動(dòng)搖擺系統(tǒng)的風(fēng)速和風(fēng)向的通知有延遲。

leclair等人的歐洲專利申請(qǐng)公布no.ep2048507公開了定位于鼻錐體的前面的傳感器。然而，傳感器將其信息發(fā)送到馬達(dá)和齒輪的主動(dòng)系統(tǒng)，該主動(dòng)系統(tǒng)不能主動(dòng)地移動(dòng)渦輪機(jī)，使得最大效率在沒有反饋回路和隨后延遲的情況下產(chǎn)生。此外，這些系統(tǒng)類似地需要電力來(lái)運(yùn)行。

傳統(tǒng)的鼻錐體通過自旋器而被附接到輪轂。自旋器接著可以通過若干種方法來(lái)附接到輪轂，這些方法包括支柱并且使其形狀繞轉(zhuǎn)子葉片的根部纏繞，以將其固定就位。這些方法中的大多數(shù)要求葉片不存在自旋器附接，這對(duì)于組裝新的風(fēng)力渦輪機(jī)可能是好的，但是對(duì)于改裝正在運(yùn)行的渦輪機(jī)可能是耗時(shí)且昂貴的。

眾所周知，風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂和機(jī)艙由于在其內(nèi)產(chǎn)生的熱量而需要通風(fēng)。已知許多技術(shù)用于使這些結(jié)構(gòu)內(nèi)的空氣流通。

表面紋理也已知用于改善物體上的層流。這些紋理通常在性質(zhì)上通常是自相似并且重復(fù)的。這些紋理可以凹進(jìn)外形或從外形突出，并且/或者也可以是以有利的方式轉(zhuǎn)向或曲折的u形或v形槽，或者是從外形延伸出來(lái)的渦流發(fā)生器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一方面，提供了一種流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其包括具有上游端、下游端和旋轉(zhuǎn)軸線的剛性體，所述剛性體包含多個(gè)槽，每個(gè)槽繞旋轉(zhuǎn)軸線從上游端處的尖端螺旋到下游端，且所述槽相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線張開，從而靠近下游端引導(dǎo)入射流體沿所述槽遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸線。

本文所述的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以在中央位置上與渦輪機(jī)、例如水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂結(jié)構(gòu)完全形成一體，或者裝配并附接到該輪轂結(jié)構(gòu)上，從而替換現(xiàn)有的鼻錐體。

當(dāng)與風(fēng)力渦輪機(jī)相關(guān)聯(lián)時(shí)，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)面向從上游位置向下游位置流動(dòng)的入射風(fēng)，接收風(fēng)，并且隨著入射風(fēng)在其從上游端到下游端的路徑上推動(dòng)抵靠并穿過槽，其響應(yīng)于入射風(fēng)的流動(dòng)與風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片一致旋轉(zhuǎn)。此外，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)將到達(dá)槽的下游端的入射風(fēng)向外并在基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的方向上沿槽且由此沿風(fēng)力渦輪機(jī)的相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片的前表面引導(dǎo)。

在流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的下游端處的槽部分與逆風(fēng)功率產(chǎn)生轉(zhuǎn)子葉片部分大致對(duì)準(zhǔn)，并且在實(shí)施例中，像轉(zhuǎn)子葉片一樣，其可以呈現(xiàn)翼型的形狀并且/或者可以形成轉(zhuǎn)子葉片的新的前緣段并且/或者可以形成轉(zhuǎn)子葉片的新的后緣段。

因此，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)用于利用仍然在風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片上游的入射風(fēng)來(lái)使該自旋器旋轉(zhuǎn)，從而總體上通過該流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和使用并通過增加進(jìn)行能量提取的時(shí)間來(lái)增加風(fēng)力渦輪機(jī)的效率并且/或者降低風(fēng)力渦輪機(jī)的噪音排放。

進(jìn)一步，遠(yuǎn)離渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線但抵靠轉(zhuǎn)子葉片的入射風(fēng)的動(dòng)能的引導(dǎo)和重新分布以安靜的方式提供了此前已經(jīng)從輪轂區(qū)域中失去的動(dòng)能源。

根據(jù)另一方面，提供了一種渦輪機(jī)的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括剛性體，該剛性體能夠附接到渦輪機(jī)的輪轂結(jié)構(gòu)，并且包含多個(gè)螺旋槽，每個(gè)螺旋槽用于接收并引導(dǎo)抵靠對(duì)應(yīng)的渦輪機(jī)葉片的前表面入射在剛性體上的風(fēng)。

在實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以替代或結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)拋物面形鼻錐體而改裝到現(xiàn)有的渦輪機(jī)上，從而提供效率和發(fā)電效益給現(xiàn)有渦輪機(jī)。

槽相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線螺旋的方向被選擇為與驅(qū)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)方向的相反方向一致。因此，轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)期的旋轉(zhuǎn)的逆時(shí)針方向?qū)⑴c流體重新引導(dǎo)裝置的槽繞旋轉(zhuǎn)軸線的順時(shí)針螺旋協(xié)調(diào)，而轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)期的旋轉(zhuǎn)的順時(shí)針方向?qū)⑴c流體重新引導(dǎo)裝置的槽繞旋轉(zhuǎn)軸線的逆時(shí)針螺旋協(xié)調(diào)。

本專利申請(qǐng)包括對(duì)用于風(fēng)力或水力渦輪機(jī)的以及用于航空器、船舶或航天器的螺旋槳的鼻錐體的傳統(tǒng)方面進(jìn)行改進(jìn)的機(jī)會(huì)的描述。獨(dú)特的生物學(xué)上啟發(fā)的構(gòu)造可以方便地改裝到處在轉(zhuǎn)子葉片的移動(dòng)平面前方的輪轂結(jié)構(gòu)上，并且它是自定向的。本文所述的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)旨在使用入射流體、例如風(fēng)來(lái)在渦輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該入射流體處在轉(zhuǎn)子葉片行進(jìn)的平面的前方，并且還旨在將處在輪轂結(jié)構(gòu)的前方的入射流體引導(dǎo)到并經(jīng)過轉(zhuǎn)子葉片的功率產(chǎn)生區(qū)域，因此通過使用在輪轂區(qū)域周圍的流體中可用的未充分利用的能量而增加了渦輪機(jī)的總效率。

通過本發(fā)明，如果被安裝在現(xiàn)有技術(shù)的逆風(fēng)方向，則現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)將從與本發(fā)明一體形成的風(fēng)力渦輪機(jī)上看到效率上的提高。如果將與本發(fā)明一體形成的一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)安裝在與本發(fā)明一體形成的另一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的逆風(fēng)方向，則也可以看到效率上的一樣的提高。

根據(jù)另一方面，提供了一種渦輪機(jī)的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括剛性體，該剛性體能夠附接到渦輪機(jī)的輪轂結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子葉片中的至少一個(gè)，并且包含多個(gè)螺旋槽，每個(gè)螺旋槽用于接收并引導(dǎo)抵靠對(duì)應(yīng)的渦輪機(jī)葉片的前表面入射在剛性體上的流體。

根據(jù)另一方面，提供了一種螺旋槳的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括剛性體，該剛性體能夠附接到螺旋槳的輪轂結(jié)構(gòu)和螺旋槳葉片中的至少一個(gè)，并且包含多個(gè)螺旋槽，每個(gè)螺旋槽用于接收并引導(dǎo)抵靠對(duì)應(yīng)的螺旋槳葉片和/或轉(zhuǎn)子葉片的前表面入射在剛性體上的流體。

本文將描述其它方面以及優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視立面圖；

圖2a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視立面圖；

圖2b是圖2a的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的前視透視圖；

圖3a是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的側(cè)視立面圖；

圖3b是圖3a的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的前視立面圖；

圖4a和4b是從靠近上游端的位置(4a)和從更靠近下游端的位置(4b)截取的圖3a的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的橫截面圖；

圖5a、5b、5c和5d是在槽的邊緣處的保持結(jié)構(gòu)的各種替代性實(shí)施例的橫截面圖；

圖6是與風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂結(jié)構(gòu)對(duì)接的圖3a的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的附接結(jié)構(gòu)的前視透視圖；

圖7是替代性附接結(jié)構(gòu)的后視透視圖；

圖8是另一替代性附接結(jié)構(gòu)的后視透視圖；

圖9是圖8的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的側(cè)視立面圖，進(jìn)一步示出了附接系統(tǒng)以及流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)與渦輪機(jī)的自旋器、輪轂結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子葉片之間的關(guān)系；

圖10是根據(jù)實(shí)施例的具有表面紋理的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的前視立面圖；

圖11是根據(jù)實(shí)施例的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的前視立面圖，其具有與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片齊平終止的槽端部；

圖12是根據(jù)本發(fā)明替代性實(shí)施例的替代性流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的側(cè)視立面圖；

圖13是圖12的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的側(cè)視立面圖，進(jìn)一步示出了通風(fēng)結(jié)構(gòu)以及流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)與渦輪機(jī)的自旋器和輪轂結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；

圖14是根據(jù)實(shí)施例的具有空氣動(dòng)力學(xué)橫截面的槽的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的前視透視圖；以及

圖15是包含流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的城市風(fēng)力渦輪機(jī)的前視立面圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實(shí)施例，實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例在附圖中示出。每個(gè)示例是為了解釋本發(fā)明而提供的，并且不意味著對(duì)本發(fā)明的限制。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分示出或描述的特征可以在其它實(shí)施例上使用或與其它實(shí)施例結(jié)合使用，從而產(chǎn)生又一實(shí)施例。意圖是本發(fā)明包括這樣的修改和變型。

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)10的側(cè)視立面圖。風(fēng)力渦輪機(jī)10包括由表面s、例如地面支撐并從表面s延伸的塔架100。水平延伸的機(jī)艙200則由塔架100支撐。具有自旋器300的輪轂結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)艙200的前端，并且可相對(duì)于機(jī)艙200繞旋轉(zhuǎn)軸線r旋轉(zhuǎn)。自旋器300接收并支撐多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片400，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片400從自旋器300向外延伸。轉(zhuǎn)子葉片400捕獲向風(fēng)力渦輪機(jī)10流動(dòng)的入射風(fēng)wi并被致使旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子葉片400由自旋器300支撐，故轉(zhuǎn)子葉片400在旋轉(zhuǎn)時(shí)致使自旋器300繞旋轉(zhuǎn)軸線r旋轉(zhuǎn)，從而引起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以以眾所周知的方式轉(zhuǎn)換成可用的電力或機(jī)械功率。在這個(gè)意義上，轉(zhuǎn)子葉片400各自是適合于橫穿流體環(huán)境的結(jié)構(gòu)，其中，流體在該實(shí)施例中是環(huán)境空氣。機(jī)艙200可以可旋轉(zhuǎn)地安裝到塔架100，使得機(jī)艙200可以繞基本豎直的軸線(未示出)相對(duì)于塔架100旋轉(zhuǎn)，從而使得轉(zhuǎn)子葉片400能夠自適應(yīng)地面向入射風(fēng)wi在接近風(fēng)力渦輪機(jī)10時(shí)所沿的方向。具有大致均勻拋物面形狀的鼻錐體500被示出為安裝到自旋器300的前端，以將入射風(fēng)wi遠(yuǎn)離自旋器300偏轉(zhuǎn)。

圖2a是包含根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)15的側(cè)視立面圖，以及圖2b是水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)15的前視透視圖。

風(fēng)力渦輪機(jī)15包括由表面s、例如地面支撐并從表面s延伸的塔架100。水平延伸的機(jī)艙200則由塔100支撐。具有自旋器300的輪轂結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地安裝在機(jī)艙200的前端，并且可相對(duì)于機(jī)艙200繞旋轉(zhuǎn)軸線r旋轉(zhuǎn)。自旋器300接收并支撐多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片400，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片400從自旋器300向外延伸。轉(zhuǎn)子葉片400捕獲向風(fēng)力渦輪機(jī)15流動(dòng)的入射風(fēng)wi并被致使旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子葉片400由自旋器300支撐，故轉(zhuǎn)子葉片400在旋轉(zhuǎn)時(shí)致使自旋器300繞旋轉(zhuǎn)軸線r旋轉(zhuǎn)，從而引起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以以眾所周知的方式轉(zhuǎn)換成可用的電力或機(jī)械功率。機(jī)艙200可以可旋轉(zhuǎn)地安裝到塔架100，使得機(jī)艙200可以繞基本豎直的軸線(搖擺軸線，未示出)相對(duì)于塔架100旋轉(zhuǎn)，從而使得轉(zhuǎn)子葉片400能夠自適應(yīng)地面向入射風(fēng)wi在接近風(fēng)力渦輪機(jī)15時(shí)所沿的方向。

在該實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600被示出安裝到自旋器300的前端，并且可與自旋器300和轉(zhuǎn)子葉片400一起繞旋轉(zhuǎn)軸線r旋轉(zhuǎn)。

圖3a是為了便于解釋而放大的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600的側(cè)視立面圖，以及圖3b是流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600的前視立面圖。流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600包括具有上游端602u和下游端602d的剛性體602。剛性體602包含多個(gè)槽，在該實(shí)施例中為三(3)個(gè)槽604a、604b和604c。每個(gè)槽604a、604b和604c繞旋轉(zhuǎn)軸線r從在上游端602u處的尖端606螺旋到下游端602d。槽604a、604b和604c還各自相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線r張開，從而靠近下游端602d在基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線r的方向上沿槽604a、604b和604c引導(dǎo)入射流體，在本實(shí)例中，入射流體為入射風(fēng)wi。

在該實(shí)施例中，在上游端602u處的槽604a、604b和604c通常沿大致平行于旋轉(zhuǎn)軸線r的方向從靠近尖端606的點(diǎn)開始，并且接著，隨著它們向下游端602d螺旋前進(jìn)，槽604a、604b和604c漸進(jìn)地遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸線向外張開，從而重新引導(dǎo)入射風(fēng)wi(圖3b中示出為進(jìn)入頁(yè)面)，使得重新引導(dǎo)的風(fēng)wrd沿轉(zhuǎn)子葉片400的前表面流動(dòng)。

如圖3b中具體示出的那樣，槽604a、604b和604c中的每一個(gè)通常是單級(jí)式，即，螺旋的焦半徑從上游端602u到下游端602d漸進(jìn)地逐漸增加。此外，槽的寬度從上游端602u到下游端602d相應(yīng)地逐漸增加。在該實(shí)施例中，槽604a、604b和604c中的每一個(gè)大致以拋物線的形式變寬，使得槽的寬度從上游端602u到下游端602d逐漸增加。在替代性實(shí)施例中，槽輪廓可以被成形，使得當(dāng)從上游端602u行進(jìn)到下游端602d時(shí)，寬度逐漸增加，接著保持穩(wěn)定的寬度通過中間區(qū)域，使得槽的邊緣平行延伸，然后寬度再次逐漸增加直至下游端602d。在又一替代性實(shí)施例中，槽輪廓可以被成形，使得當(dāng)從上游端602u行進(jìn)到下游端602d時(shí)，寬度逐漸增加，接著保持穩(wěn)定的寬度通過下游區(qū)域，直至到下游端602d，而寬度不再增加。

圖4a和4b是從靠近上游端的位置a(從圖3a中的a所示)和從更接近下游端的位置(從圖3a中的b所示)觀察的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600的橫截面圖，示出了槽604a、604b和604c的不同焦半徑fr_a和fr_b，以及槽604a、604b和604c的不同寬度。應(yīng)當(dāng)注意，在該實(shí)施例中，每個(gè)槽604a、604b和604c的寬度與焦半徑成比例地漸進(jìn)。

如圖3a、3b、4a和4b所示，每個(gè)槽604a、604b和604c具有從上游端602u延伸到下游端602d的相對(duì)邊緣。在該實(shí)施例中，每個(gè)槽604a、604b和604c的邊緣中的一個(gè)包含相應(yīng)的保持結(jié)構(gòu)605a、605b和605c，保持結(jié)構(gòu)605a、605b和605c用于抑制入射流體(在該實(shí)施例中為入射風(fēng))離開相應(yīng)的槽604a、604b和604c并用于沿槽引導(dǎo)該入射流體。

在該實(shí)施例中，每個(gè)保持結(jié)構(gòu)605a、605b和605c是橫截面大致為c形的弧形伸長(zhǎng)壁。具體而言，沿著邊緣面向入射風(fēng)wi的每個(gè)槽604a、604b和604c的表面的一部分繞其自身逐漸彎曲到二百七十(270)度的最大角度。槽127的橫截面還可以具有任何有益的橢圓形或弓形形狀。

圖5a、5b、5c和5d是諸如槽604b的槽沿其邊緣的一部分的保持結(jié)構(gòu)的各種替代性實(shí)施例的橫截面圖。例如，圖5a是保持結(jié)構(gòu)607b的視圖，保持結(jié)構(gòu)607b是在上游方向上延伸大致90度的非常輕微弧形的壁，圖5b是保持結(jié)構(gòu)609b的視圖，保持結(jié)構(gòu)609b是具有比圖5a的半徑寬的半徑并且在上游方向上成弧形之前在下游方向上略微下垂的輕微弧形的壁，圖5c是如圖4b所示的流體重新定向結(jié)構(gòu)600的保持結(jié)構(gòu)605b的視圖，保持結(jié)構(gòu)605b在彎曲之前在上游方向上延伸大致90度，而圖5d是保持結(jié)構(gòu)611b的視圖，保持結(jié)構(gòu)611b類似于保持結(jié)構(gòu)605b，但像保持結(jié)構(gòu)605b一樣，其再次在上游成弧形之前在下游方向上略微下垂。在又一些實(shí)施例中，保持結(jié)構(gòu)可以以其大致c形形狀延伸，使得橫截面為大致u形。

保持結(jié)構(gòu)抑制入射風(fēng)wi溢出槽的邊緣，從而將更多的風(fēng)保持在保持結(jié)構(gòu)從邊緣延伸所處的區(qū)域中的槽內(nèi)。

圖6是呈鼻部夾具組件650形式的附接結(jié)構(gòu)的前視透視圖，該鼻部夾具組件650用于將流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600與諸如風(fēng)力渦輪機(jī)15的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂結(jié)構(gòu)對(duì)接。鼻部夾具組件650被構(gòu)造用于使得現(xiàn)有的輪轂結(jié)構(gòu)300和轉(zhuǎn)子葉片400不需要拆卸，以使用鼻部夾具組件650改裝風(fēng)力渦輪機(jī)15，使之具有流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600。如圖所示，鼻部夾具組件650被附接到風(fēng)力渦輪機(jī)15的現(xiàn)有的輪轂結(jié)構(gòu)300上，并且進(jìn)一步通過包括托架656、夾具652以及輥?zhàn)雍?或腳輪654的鼻部夾具組件650的支撐裝置來(lái)穩(wěn)定到轉(zhuǎn)子葉片400的根部402。或者，一個(gè)或更多個(gè)夾具、一個(gè)或更多個(gè)支架、一個(gè)或更多個(gè)托架、一個(gè)或更多個(gè)支柱、一個(gè)或更多個(gè)腳輪以及一個(gè)或更多個(gè)輥?zhàn)?，或上述的組合可以用作附接機(jī)構(gòu)。

應(yīng)當(dāng)注意，優(yōu)選地是，輥?zhàn)雍?或腳輪654與流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600和渦輪機(jī)15對(duì)接，以使得鼻部夾具組件650能夠適應(yīng)相對(duì)于輪轂結(jié)構(gòu)對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片400的節(jié)距的選擇性的調(diào)節(jié)。在這種情況下，輥?zhàn)友叵鄳?yīng)轉(zhuǎn)子葉片400的根部402的外表面滾動(dòng)，同時(shí)將流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600相對(duì)于輪轂結(jié)構(gòu)保持在中央位置。

圖7是呈鼻部夾具組件660形式的替代性附接結(jié)構(gòu)的后視透視圖，該鼻部夾具組件660用于將流體重定向結(jié)構(gòu)600附接到僅水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)15的轉(zhuǎn)子葉片400的根部402。在該實(shí)施例中，在用流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600改裝風(fēng)力渦輪機(jī)15之前，不必移除現(xiàn)有的自旋器300和轉(zhuǎn)子葉片500。如圖所示，鼻部夾具組件660通過包括托架656、夾具652以及輥?zhàn)雍?或腳輪654的鼻部夾具組件660的支撐裝置來(lái)穩(wěn)定到轉(zhuǎn)子葉片400的根部402?；蛘撸粋€(gè)或更多個(gè)夾具、一個(gè)或更多個(gè)支架、一個(gè)或更多個(gè)托架、一個(gè)或更多個(gè)支柱、一個(gè)或更多個(gè)腳輪以及一個(gè)或更多個(gè)輥?zhàn)?，或上述的組合可以用作附接機(jī)構(gòu)。

應(yīng)當(dāng)注意，優(yōu)選地是，輥?zhàn)雍?或腳輪654與流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600和渦輪機(jī)15對(duì)接，以使得鼻部夾具組件660能夠適應(yīng)相對(duì)于輪轂結(jié)構(gòu)對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片400的節(jié)距的選擇性的調(diào)節(jié)。在這種情況下，輥?zhàn)友叵鄳?yīng)轉(zhuǎn)子葉片400的根部402的外表面滾動(dòng)，同時(shí)將流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600相對(duì)于輪轂結(jié)構(gòu)保持在中央位置，并且將尖端606與旋轉(zhuǎn)軸線r保持一致。

在替代性實(shí)施例中，附接系統(tǒng)可被構(gòu)造用以僅與風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂結(jié)構(gòu)對(duì)接，并且由此不與其轉(zhuǎn)子葉片物理接觸。

圖8是替代性流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)700的后視透視圖。流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)700類似于流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600，其中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)700包括具有上游端702u和下游端702d的剛性體702。剛性體702包含多個(gè)槽，在該實(shí)施例中為三(3)個(gè)槽704a、704b和704c。每個(gè)槽704a、704b和704c繞旋轉(zhuǎn)軸線r從在上游端702u處的尖端706螺旋到下游端702d。槽704a、704b和704c還各自相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線r張開，從而靠近下游端702d在基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線r的方向上沿槽704a、704b和704c引導(dǎo)入射流體，在本實(shí)例中，入射流體為入射風(fēng)wi。

在該實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)700包括固定到流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)700的面向后側(cè)的一體式圓環(huán)740a、740b和740c，并且每個(gè)圓環(huán)的尺寸被設(shè)定用以在根部402與諸如風(fēng)力渦輪機(jī)15的渦輪機(jī)的輪轂結(jié)構(gòu)對(duì)接之前，接收和座置轉(zhuǎn)子葉片400(圖8中未示出)的相應(yīng)根部402。僅為了清楚起見，一體式圓環(huán)740a、740b和740c示出為沒有任何輥?zhàn)印?/p>

圖9是流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)700的側(cè)視立面圖，進(jìn)一步示出了輪轂結(jié)構(gòu)670及其在流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)700與輪轂結(jié)構(gòu)的自旋器300和風(fēng)力渦輪機(jī)15的轉(zhuǎn)子葉片400之間的關(guān)系。輪轂結(jié)構(gòu)和一體式圓環(huán)740a、740b和740c可以用于將流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)700“螺栓固定”到風(fēng)力渦輪機(jī)15的輪轂結(jié)構(gòu)上，從而用流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)改裝風(fēng)力渦輪機(jī)15，并且與支柱675對(duì)接，支柱675可以是原鼻錐體500和/或自旋器300的一部分。

圖10是流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)800的前視透視圖，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)800在槽804b之一上具有表面紋理855并且示出了順時(shí)針自旋的預(yù)期定向。其它槽804a和804c可具有類似的表面紋理855。流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)800可以被構(gòu)造成非常類似于流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)600和700，并且在該實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)800被示出為終止于下游端，使得其槽804a、804b和804c與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片400形成一體，進(jìn)而提供連續(xù)前表面，該連續(xù)前表面用于接收并重新引導(dǎo)在用wrd表示的方向上的入射風(fēng)wi。該連續(xù)前表面減少了流體流的中斷，否則該流體流的中斷可能導(dǎo)致不期望的流體阻力。

紋理855可以具有減小流體阻力的任何構(gòu)造，并且因此允許流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)800的功率產(chǎn)生增加。例如，紋理可以包括凹凸部(dimple)。在860處可以看到紋理855的特寫圖，其示出了沉陷在槽的表面之下的凹凸部861和升高到表面之上的凹凸部862。在863處示出的圖10的側(cè)視立面放大子圖示出了凹凸部的凹陷部861及其在表面之上的升高部862。

在實(shí)施例中，還可以有包括在鼻錐體組件的表面上的渦流發(fā)生器。表面紋理的施加可以在制造期間或安裝之后通過任何方式進(jìn)行。

圖11是流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)800的前視立面圖，其中，表面紋理855未示出，而示出了逆時(shí)針自旋的預(yù)期定向。

應(yīng)當(dāng)理解，槽804a、804b和804c相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線r螺旋的方向與轉(zhuǎn)子葉片400預(yù)期的轉(zhuǎn)動(dòng)所沿的相反方向一致。因此，轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)期旋轉(zhuǎn)的逆時(shí)針方向?qū)⑴c槽804a、804b和804c繞旋轉(zhuǎn)軸線r(進(jìn)入頁(yè)面，如圖11所示)的順時(shí)針螺旋協(xié)調(diào)，而轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)期旋轉(zhuǎn)的順時(shí)針方向?qū)⑴c槽804a、804b和804c繞如圖10所示的旋轉(zhuǎn)軸線的逆時(shí)針螺旋協(xié)調(diào)。在該實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)800的槽804a、804b和804c可以呈現(xiàn)翼型的橫截面形狀，其中，槽804a、804b和804c分別變成與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片400的逆風(fēng)功率產(chǎn)生翼型部分對(duì)準(zhǔn)?？商娲厥?，或在某一組合中，槽804a、804b和804c可形成轉(zhuǎn)子葉片400的新的前緣段并且/或者可形成轉(zhuǎn)子葉片400的新的后緣段。

圖12是替代性流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)900的側(cè)視立面圖。在該實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)900具有槽904a、904b和904c，每個(gè)槽具有從處于其上游端902u處的尖端906漸進(jìn)地變寬到中點(diǎn)位置p的第一級(jí)s1，該中點(diǎn)位置p處在上游端902u與下游端902d中間。槽904a、904b和904c中的每一個(gè)還包括從中點(diǎn)位置p到下游端902d漸進(jìn)地變寬的第二級(jí)s2。在其第二級(jí)s1中的每個(gè)槽904a、904b和904c通常比在其第一級(jí)s2中的寬。

級(jí)s1和s2中的每一個(gè)通常在形狀上以拋物線方式漸進(jìn)地變寬。在該實(shí)施例中，中點(diǎn)位置p處在上游端與下游端之間一半的位置。然而，在替代性實(shí)施例中，中點(diǎn)位置p可以大于上游端與下游端之間的一半，例如在四分之三(3/4)位置。此外，槽904a、904b和904c可以繞旋轉(zhuǎn)軸線r在大約一百八十(180)度與大約三百六十(360)度之間螺旋。螺旋的輪廓可以經(jīng)歷許多偏差。例如，槽的螺旋可以始于鼻錐體的前尖端906并且繼續(xù)通至下游端902d，在下游端902d處，其表面與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片400的逆風(fēng)功率產(chǎn)生翼型部分齊平連接并且/或者緊密靠近。在實(shí)施例中，螺旋可以橫穿其任何拋物面形狀或多個(gè)拋物面形狀，以具有多于兩個(gè)的級(jí)。在始于尖端906之后，拋物線輪廓可接著在中點(diǎn)位置p附近的位置處漸縮，以達(dá)到與旋轉(zhuǎn)軸線r幾乎平行的線。在中點(diǎn)位置p附近的該位置處，拋物線輪廓可接著張開到更寬的焦點(diǎn)，完成焦點(diǎn)的一半或其九十(90)度的轉(zhuǎn)彎。輪廓接著可在輪轂結(jié)構(gòu)附近再次漸縮，以與驅(qū)動(dòng)軸的線平行，在該點(diǎn)處將完成完整的一百八十(180)度的轉(zhuǎn)彎。因此，這種構(gòu)造允許入射風(fēng)wi以逐步的方式沿相應(yīng)的槽904a、904b、904c的表面前進(jìn)經(jīng)過多個(gè)級(jí)s1，s2，如受到翠鳥的喙和頭部啟發(fā)的那樣，并且被引導(dǎo)到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片400的逆風(fēng)功率產(chǎn)生翼型部分上。

圖13是圖900的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的側(cè)視立面圖，進(jìn)一步示出了通風(fēng)結(jié)構(gòu)以及流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)與渦輪機(jī)的自旋器和輪轂結(jié)構(gòu)120之間的關(guān)系。通風(fēng)結(jié)構(gòu)包括通風(fēng)入口985、柔性管和/或軟管986，以及現(xiàn)有的輪轂結(jié)構(gòu)120和鼻錐體500的相對(duì)內(nèi)部位置。在該實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)900可在其第二級(jí)s2內(nèi)的表面上包括通風(fēng)入口985，以允許空氣通過柔性管和/或軟管986穿透進(jìn)入鼻錐體500以及輪轂結(jié)構(gòu)120和/或機(jī)艙200。

根據(jù)另一實(shí)施例的方面，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)900可以是具有結(jié)構(gòu)表皮的單殼體組件，并且其被構(gòu)造用以使得具有自旋器300和/或鼻錐體500的現(xiàn)有輪轂結(jié)構(gòu)120能夠被接收在流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)900內(nèi)的下游端902d。在該實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)是一件式單元。在替代性實(shí)施例中，流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以是多件式單元。

圖14是具有橫截面為空氣動(dòng)力學(xué)式的槽1004a、1004b和1004c以及附加的空氣動(dòng)力學(xué)翼型段1046的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)1000的前視透視圖。

根據(jù)該方面，這可以通過具有在流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)1000的下游端1002d的最外部分與風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片400的逆風(fēng)功率產(chǎn)生翼型部分之間的間隙1043來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法覆蓋了轉(zhuǎn)子葉片402的根部區(qū)域，但允許有材料的柔性和/或?qū)⒘黧w重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)1000的下游端1002d的最外部分轉(zhuǎn)換成翼型段的能力。這有效地延伸了轉(zhuǎn)子葉片400的長(zhǎng)度，從而產(chǎn)生了新的前緣404和后緣405。此外，另一空氣動(dòng)力學(xué)翼型段1046可以被添加在平行于轉(zhuǎn)子葉片400的位置，并且略微地處在流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)1000的下游端1002d的最外部分上方。這具有防止風(fēng)入射wi中的任何剩余動(dòng)能在沒有預(yù)先首先對(duì)流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)1000做功的情況下從轉(zhuǎn)子葉片的根部402之間的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)1000的下游端1002d的最外部分離開的效果。功在wii處示出，在wii處，風(fēng)的入射被形成用以使其路徑沿空氣動(dòng)力學(xué)翼型段1046轉(zhuǎn)向，從而對(duì)該段做功，并且減少其在we處離開的動(dòng)能。該空氣動(dòng)力學(xué)翼型段1046通過任何合適的方法而被附接到1005a處的槽的后部和流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)1000的下游端1002d的最外部分的前部1005b，使得當(dāng)風(fēng)入射wi經(jīng)過它時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。根據(jù)另一方面，該段1046與流體重新導(dǎo)向結(jié)構(gòu)1000的任何其它段一起可以形成兩(2)個(gè)或更多個(gè)可分離段的組合。

理論計(jì)算：

如上所述，貝茲極限是風(fēng)力動(dòng)能提取中的最大性能系數(shù)(cp)，并且為59.3％。已知的風(fēng)力技術(shù)實(shí)際上具有比貝茲極限低得多的cp。貝茲定律假設(shè)：

1.轉(zhuǎn)子不具有輪轂，這是理想的轉(zhuǎn)子，具有無(wú)限數(shù)目的沒有阻力的葉片。任何產(chǎn)生的阻力都只會(huì)降低這個(gè)理想化的值。

2.進(jìn)入和離開轉(zhuǎn)子的流是軸向的。這是控制體積分析，并且為了構(gòu)造解決方案，控制體積必須包含所有進(jìn)入和離開的流，不考慮該流動(dòng)將違反守恒方程。

3.流是不可壓縮的。密度保持不變并且沒有熱傳遞。

4.在整個(gè)圓盤或轉(zhuǎn)子區(qū)域上推力均勻。

假設(shè)存在能夠以59.3％的效率提取風(fēng)中的動(dòng)能(ew)的理想風(fēng)力渦輪機(jī)，根據(jù)貝茲極限，上述理想渦輪機(jī)具有19.6m²的前表面面積saf，并且風(fēng)速為2.78m/s且外部溫度為15℃，則由這種理想風(fēng)力渦輪機(jī)提取的能量如下面的方程式1所示，其中pw是風(fēng)速的立方功率，而da是空氣密度，其在15℃下等于1.225：

ew＝[(0.5)(da)(saf)(pw)(cp)](1)

ew＝[(0.5)(1.225)(19.6m²)(54.5m³/s)(0.593)]

e＝387.9835瓦特＝0.3879835kw

在功率產(chǎn)生方面，在這些條件下經(jīng)過1小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)，渦輪機(jī)將產(chǎn)生：

p(kinetic)＝0.3879835kwh

進(jìn)行小規(guī)模測(cè)試，以確定在變化的風(fēng)速下各種風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)造的功率輸出。這些測(cè)試準(zhǔn)確地反映了當(dāng)前大規(guī)模風(fēng)力渦輪機(jī)的尺寸、形狀、重量、比例、葉片速度-風(fēng)速比。

作為基準(zhǔn)，讓我們假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)在這個(gè)規(guī)模上進(jìn)行測(cè)試。讓我們還假設(shè)相同的條件，其中，前表面面積為19.6m²，風(fēng)速為2.78m/s，外部溫度為15℃。當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并平均時(shí)，由這種風(fēng)力渦輪機(jī)提取的能量被發(fā)現(xiàn)為：

e＝358.25瓦特＝0.35825kw

因此，在功率產(chǎn)生方面，在這些條件下經(jīng)過1小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)，渦輪機(jī)將產(chǎn)生p(kinetic)＝0.35825kwh。

這等于貝茲極限的49.25％的度量，對(duì)于大多數(shù)大規(guī)模水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)來(lái)說(shuō)，這個(gè)值大約是平均值。

現(xiàn)在讓我們采用標(biāo)準(zhǔn)的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)并且一體形成有本發(fā)明、能夠提取在輪轂區(qū)域周圍的未充分利用動(dòng)能的一部分的鼻錐體組件。讓我們還采取相同的條件，其中，前表面面積為19.6m²，風(fēng)速為2.78m/s并且外部溫度為15℃。當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，由這種風(fēng)力渦輪機(jī)提取的能量被發(fā)現(xiàn)為：e＝439.30瓦特＝0.43930kw。

在功率產(chǎn)生方面，在這些條件下經(jīng)過1小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)，渦輪機(jī)將產(chǎn)生：p(kinetic)＝0.43930kwh。

這等于貝茲極限的66.23％的測(cè)度，這個(gè)值大于貝茲極限+6.93％。

下面是給出由沒有和具有本文所述的本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)捕獲的能量的百分比相對(duì)于變化的風(fēng)速的曲線圖。風(fēng)速在所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中以km/h設(shè)定，而接著在后面針對(duì)貝茲方程轉(zhuǎn)換為m/s，并示于下表1中。

表1

本文所述的風(fēng)力渦輪機(jī)鼻錐體組件構(gòu)造希望通過利用在轉(zhuǎn)子葉片的平面前方的、尤其是在輪轂區(qū)域周圍的更多可用動(dòng)能來(lái)提高風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行效率，并且/或者增加風(fēng)的可用動(dòng)能到轉(zhuǎn)子葉片，并且和/或者使輪轂和周圍區(qū)域通風(fēng)，并且/或者減少鼻錐體的運(yùn)行噪音排放，并且/或者提供鼻錐體組件的快速附接方法，并且/或者減少風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行成本。

水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的鼻錐體的上述構(gòu)造也可以應(yīng)用于豎直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)，以及任何規(guī)模的兩者。這樣的改進(jìn)可以加以適當(dāng)?shù)淖兏瑯雍芎玫剡m用，其中，這種變更是相關(guān)的，包括但不限于：高空風(fēng)力發(fā)電(hawp)裝置，風(fēng)箏風(fēng)力渦輪機(jī)，能量風(fēng)箏，潮汐渦輪機(jī)，城市風(fēng)力渦輪機(jī)，航空器、船、滑翔機(jī)和無(wú)人機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、船的球鼻型船首的螺旋槳等。本文描述的發(fā)明可以應(yīng)用于具有比通過示例描述的風(fēng)力渦輪機(jī)更少或更多葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)，以提高風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行效率，減少維護(hù)成本和機(jī)械磨損，以及提高這種風(fēng)力渦輪機(jī)的可擴(kuò)展性和可銷售性。

一些實(shí)施例可以參照方法類型的權(quán)利要求來(lái)描述，而其它實(shí)施例可以參照設(shè)備類型的權(quán)利要求描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以上和以下的描述中收集到，除非另有通知，否則除了屬于一種類型的主題的特征的任何組合之外，還有涉及與不同主題相關(guān)的特征之間的任何組合，特別是在方法類型的權(quán)利要求的特征和裝置類型的權(quán)利要求的特征之間的任何組合被認(rèn)為通過本文獻(xiàn)公開。

上述限定的方面和另外的方面從以下描述的實(shí)施例的示例中顯而易見，并且參照實(shí)施例的示例來(lái)解釋。

在閱讀以下內(nèi)容時(shí)，其它方面對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)變得顯而易見。

雖然已經(jīng)參照附圖描述了實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行變化和修改而不脫離如由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍。

應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語(yǔ)“包括”不排除其它元件或步驟，并且冠詞“一(a)”或“一個(gè)(an)”的使用不排除多個(gè)。而且，與不同實(shí)施例相關(guān)聯(lián)描述的元件可以被組合。應(yīng)當(dāng)注意，權(quán)利要求書中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。

雖然已經(jīng)參照附圖描述了實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行變化和修改而不脫離如由所附權(quán)利要求書限定的精神、范圍和目的。

例如，流體重新引導(dǎo)裝置的替代性構(gòu)造可以采用具有包裹在聚酯織物涂層中的金屬網(wǎng)格的“空間框架”設(shè)計(jì)?；蛘?，設(shè)計(jì)可采用voronoi圖案。

雖然上面的描述主要是關(guān)于水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，但所描述的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于其它裝置，例如風(fēng)力渦輪機(jī)、潮汐渦輪機(jī)、水電站渦輪機(jī)、風(fēng)箏渦輪機(jī)、高空風(fēng)力發(fā)電(hawp)裝置、風(fēng)箏風(fēng)力渦輪機(jī)、能量風(fēng)箏和城市風(fēng)力渦輪機(jī)。在附接轉(zhuǎn)子葉片的需求內(nèi)，所有這些裝置都可以用諸如本文所述的流體重新引導(dǎo)裝置來(lái)改進(jìn)。例如，鼻錐體可以放置在圓形結(jié)構(gòu)內(nèi)，以便旋轉(zhuǎn)。具體而言，圖15是以這樣的方式包含流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的城市風(fēng)力渦輪機(jī)的前視立面圖。

所有提及的裝置都使用相同裝置，其中尺寸上有變化。

航空器(例如滑翔機(jī)、民用航空器、無(wú)人機(jī)或噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)蓋)、船舶、航天器、渦輪增壓器等的螺旋槳可采用上述流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，除了功率將用于該裝置的旋轉(zhuǎn)之外，并且因此其將在相反方向上旋轉(zhuǎn)，以誘導(dǎo)流體向該結(jié)構(gòu)的背部流動(dòng)。螺旋將具有對(duì)這種構(gòu)造有利的方向。

根據(jù)另一方面，為了驅(qū)逐任何飛行動(dòng)物離開水平或垂直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)，超聲噪音誘導(dǎo)器可以與諸如本文所述的流體重新引導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成一體，或者一體形成到標(biāo)準(zhǔn)拋物面鼻錐體或其它結(jié)構(gòu)中。根據(jù)本發(fā)明人的所知，沒有令人滿意的解決方案來(lái)阻止或防止任何種類的飛行動(dòng)物與轉(zhuǎn)子葉片或使用超聲波的風(fēng)力渦輪機(jī)的任何其它部分接觸，以減少或防止動(dòng)物死亡和對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的損壞。

根據(jù)第一方面，為了防止飛行動(dòng)物撞擊水平軸線或豎直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)，具有在1米95-102db的聲壓的15khz或更大的超聲噪音誘導(dǎo)器被裝配在鼻錐體或機(jī)艙單元或者不影響水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的空氣動(dòng)力性能的任何其它區(qū)域內(nèi)，其中，超聲噪音誘導(dǎo)器被放置在風(fēng)力渦輪機(jī)周圍的任何附近位置中或風(fēng)力渦輪機(jī)中，使得期望的驅(qū)逐飛行動(dòng)物的效果可以實(shí)現(xiàn)并且風(fēng)力渦輪機(jī)的空氣動(dòng)力性能不受影響，其中，超聲噪音誘導(dǎo)器的安設(shè)發(fā)生在水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的安設(shè)期間或之后，其中，超聲噪音誘導(dǎo)器的功率來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)本身或外部源。