专利名称：低轮廓发电风力涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明属于具有低轮廓的风力涡轮机，它在运转时是安静的并且它能够被用于产生电力。更具体地说，本发明属于这样的风力涡轮机，它收集周围的吹拂的空气并且聚集和指引这些空气到达并且经过位于一个涡轮机空气入口通道的喉部处的有径向叶片的转子。
背景技术：
已知通过使用风力发电机械产生电力。用于此目的的已知机构通常有两种类型，即，具有类似飞机螺旋桨的绕水平轴线旋转的转子的风力涡轮机，和通常具有长的垂直延伸的叶片作为一个圆柱转子的多个组件的垂直轴线风力涡轮机。这两种风力涡轮机的转子连接到可旋转的轴上，这些轴被适当地连接到输出电力的发电机上。这些发电机通常产生直流功率，该直流功率通常被转换为具有希望的频率的交流功率，比如通过使用逆变器。
这些种类的风力涡轮机(可能有少数例外)有固定的位置。同样，这两种风力涡轮机具有一定的高度。水平轴线风力涡轮机的发电机被封闭在位于具有足够高度的塔的顶部上的壳体中(通常被称为“舱”)，以便在地面与转子叶片的末端之间提供适当的空隙，这些转子叶片在一个共用的垂直平面中在转子的水平旋转轴线上从一个中央毂件径向延伸。使用的水平轴线风力涡轮机具有总体上大大超过120米的高度。这样的水平和垂直轴线风力涡轮机拥有一个共同的特性，S卩，它们的转子是暴露于周围的风力条件并且直接响应于其而运行。因为这个原因，局部风的速度必须大于一个特征性最小速度，才能使得这些涡轮机旋转得足够快速，或具有足够力量(转矩)来产生有用的发电机输出。这些已知的风力涡轮机的这种它们具有固定位置的要求是它们的一个不利的限制。同样，它们的相当高的到大的高度限制了它们能够被安全地或没有对它们的外观的限制地使用的地点。
发明概述本发明提供了一种风力驱动的发电涡轮机，该涡轮机在概念和结构安排上与以上回顾的水平和垂直轴线风力涡轮机有显著的不同。根据本发明的涡轮机可以具有小的高度并且可以是便携式的。它们的小高度使得它们能够例如被用在城市地区的建筑物上；当为便携式时，它们可以作为公共设施的实例而用于在不同位置所需要的时候，比如在活动的支持中或者在军事行动的支持中。本发明的风力涡轮机在运转中是安静的并且对于维修而言是容易触及的。它们可以被提供以大范围的尺寸和发电能力。就结构方面总的来说，本发明提供具有一个周围空气流动入口通道的一种风力涡轮机，该入口通道在入口端与出口端之间延伸。在那些末端之间，该通道有一个选定的有效长度和构形。该入口端具有一个入口开口，该入口开口与该通道的出口端处的通道出口开口相比较具有相对大的面积。在通道末端之间，该通道构形包括在通道的截面积上的减小。一个转子被定位在该通道的出口开口附近。该转子是绕一个轴线可旋转的，该轴线与终止于该出口开口处的该通道的长度的一个后方部分是基本上对齐的。该转子包括多个径向延伸的叶片的一个阵列，这些叶片围绕该转子轴线是规则地间隔开的。这些叶片能够与通过该通道出口开口而移动的空气相互作用以使转子围绕其轴线旋转。就过程方面总的来说，本发明提供了一种由风能产生电功率的方法。该方法包括提供一个发电机、一个转子和一个空气流动通道。该转子携带了多个叶片的一个阵列，这些叶片被限定为与移动经过它们的空气相互作用以便产生该转子的旋转。该空气流动通道具有一个相对大的有效入口开口面积和一个相对小的有效出口开口面积。这些入口和出口的开口沿该通道是间隔开的，该通道在这些开口之间在截面的面积上减小。该方法包括将该转子定位于充分接近该通道的出口开口，这样使得移动通过该出口开口的空气能够有效地与这些转子叶片相互作用从而产生该转子的旋转。本方法的另一个过程步骤是将该发电机联接到该转子上，这样使得该发电机响应于该转子的旋转而运转来产生电能。本方法的另一个步骤是对该通道进行取向从而使得该入口开口面向周围空气相对地朝向该入口开口移动的方向。随着空气朝向该通道入口开口相对移动，空气进入该入口通道并沿该通道移动到该出口开口和该转子。该通道的这种减小的截面积致使通道中的空气在它沿着该通道移动时的速度增加。结果是，与进入该通道时的空气相比，与该转子叶片相互作用的空气每单位 体积上更具能量的。与转子叶片相互作用的空气的这种增加的速度是显著的，因为移动中的空气(风)的有效功率是与空气速度的立方成正比的。
在伴随和展示以下说明的图示中描绘了设计的原则、根据本发明的涡轮机的某些目前优选的结构安排、和本发明的程序影响。那些展示包括在以下图形中图I是一个展现了本发明的涡轮机的简化的示意性说明的图示，以便展示本发明的特定原则；图2是一个示出了涡轮机转子顶视图的图示；图3是一个示出本发明支撑在一个装有轮子的基础件上的涡轮机的纵向截面正视图的图不;图4是在图3中沿着图3中的线4-4获取的涡轮机的入口(前)端的正视图；图5是本发明的涡轮机的定子翼片与转子叶片的一个放大的部分截面视图；图6是一个部分在截面中的正视图，它示出了本发明的涡轮机能够如何被定位在具有坡状屋顶的一个建筑物上；图7是一个展开的透视图，示出了该涡轮机空气入口通道和一个定子翼片阵列可以被如何限定；图8是示出了根据本发明的一个定位在固定位置上的涡轮机可以如何被调整在位以便面向周围风的方向的图示；并且图9是一个部分的结构透视图，该结构可以是在用于涡轮机的基础件被定位在该涡轮机之上的情形中将一个涡轮机可移动地以悬吊状态进行支撑的区域。
本发明参照附图的说明展现了图I来展示根据本发明的一种风力涡轮机的运作与结构原理。图I以简化和某种程度上理想化的形式示出了一种低轮廓的风力发电涡轮机10。该涡轮机包括一个圆形转子11，该圆形转子围绕其圆周承载了多个规则地间隔开的、径向延伸的、具有所希望的长度和形状的叶片12。该转子被定位在一个与入口空气流动通道13的出口端15基本平行的平面中用于旋转，该入口空气流动通道具有沿该入口通道在一个上游方向与该转子间隔开的一个入口端14。一个任选的出口空气流动通道16可以具有一个在下游方向与该转子间隔开的出口端17。该入口通道13在转子的上游侧紧临该转子的一部分18优选是直的，具有基本恒定的直径，并且与该转子的旋转轴线对齐；该通道的这一部分限定了一个通道的喉部。在入口 14与喉部18之间的通道13被限定为减小，优选是基本上在截面积中光滑地从入口到喉部减小。在涡轮机运转以便产生电力时，该涡轮机被取向为使得通道13的入口端14的开口面朝空气(实际的或相对的风)朝向该涡轮机移动的方向。该空气入口通道的向后逐渐减小的形状与进入该入口并沿该通道移动的空气合作从而使得这些空气随着空气沿通道移动而速度增加。其结果是，与刚移动进入该通道入口的空气相比较，在转子11的上游侧的通道13中的空气在每单位体积上是更具能量的。因此，进入转子叶片之间的间隔中的空气移动更快，并且能够比一个可比较体积的刚移动进入该通道入口的空气更有力地作用于转子叶片上。作用于根据本发明的一个风力涡轮机的转子上的空气的这种聚集和加速的特性将这种涡轮机从以上回顾的其中风仅仅是吹在涡轮机转子上并且在与涡轮机转子相互作用之前不经历显著的速度增加和聚集过程的风力涡轮机种类中区分出来。在经过转子11后，流动通过涡轮机10的空气离开涡轮机或进入出口通道16，该出口通道(如果存在)在转子11与出口 17之间延伸。一个空气出口通道16可以在从喉部86的区域到出口通道的出口开口的区域上在截面积上增加，该出口开口可以与该涡轮机的入口开口具有基本相同的面积。空气出口通道16能够使得进入通道的空气扩张并逐渐减小速度，这样使得离开涡轮机的空气的速度和压力与进入涡轮机的空气的压力和速度基本相同。然而，已经发现根据本发明的不包括空气出口通道的涡轮机是有效的并且可以是优选的，尤其是在低的整体高度是涡轮机的一个所希望的特性时。以上对入口空气流动通道13及其不同部分的说明，除提及转子11外，与对一个直的文丘里管的说明是一致的。在本发明的范围内的是通道13可以沿其长度是直线的。然而，为了使得涡轮机10端到端地更加紧凑，以及出于其他以下将讨论或使之显而易见的原因，在实施本发明原则的时候，优选的是形成通道13从而使得它的喉部18相对于与该通道 邻近入口端14的一个基本上水平的部分是基本垂直的。图I示出了这样的一个通道构形，在此称之为一个“直角弯通道”或者RTP。想象到的是本发明的一个涡轮机中的一个入口空气通道的弯曲可以是大于90°弯曲的。如果一个涡轮机的入口空气流动通道是直的到达并经过转子的话，经过该转子的空气的速度和质量流动通常将在围绕转子叶片所处的转子周边的不同位置处基本是均匀的。那是一个令人希望的状态。另一方面，如果在转子的上游的该涡轮机入口空气流动通道中有一个弯曲的话，空气是有质量的这个事实能够致使在转子处的空气的质量分布不均匀；将可能会发现在该转子处的空气质量的一大部分出现在该通道喉部的那个对应于该通道弯曲的外侧的部分中。为消除和控制这种在如图I所示具有一个直角弯通道的涡轮机中空气分布的不平衡，涡轮机10优选地包括一个主要分隔物或挡板20，该主要分隔物或挡板在该通道中从这些转子叶片的正前方朝向该通道入口延伸。分隔物20优选是定位的并且有轮廓的，与该通道入口部分的轮廓合作使得进入入口 14的空气的总量的基本上相等的多个部分流到该转子的转子叶片12位于其中的环状区域的前半部和后半部上。在主要分隔物的前部范围与其临近该转子的后端之间的该主要分隔物的位置与轮廓优选被限定为使得通道13的每个半部(引到该转子前部的这个半部和引到该转子后部的这个半部)对于增加从入口 14到该转子位置移动的空气速度具有基本相同的效果。如图I所示，主要分隔物20优选是总体上在通道13中水平地放置在其上游末端处的。在分隔物20之上的通道内移动的空气构成一个上空气流，该上空气流被引导到转子11的前方部分上，并且在分隔物20之下的通道内移动的空气构成一个下空气流，该下空气流被引导到转子的后方部分上。上空气流和下空气流中的每一个可以是，且优选是，由一个或者多个次级分隔物21基本上相等地再次分隔的，这些次级分隔物由多个上前次级分隔物21”与多个下后次级分隔物21”构成。正如主要分隔物20 —样，这些次级分隔物的安排被限定在通道13内，这样使得在朝向转子12移动的这些上空气流和下空气流的在每个次级分部中的空气都经历基本上相等的速度增加效应。结果是，所有的转子叶片12都基本上 遇到空气速度与质量分布的相同条件。在一个涡轮机10中提供的次级分隔物21的数目可以随涡轮机的尺寸而变化；在一个具有一个大直径转子的涡轮机中，4个或5个次级分隔物21’与21”可以是适合的。如图I和图5中所示，涡轮机13，尤其在它具有一个直角弯入口空气流动通道的情况下，可以紧靠这些转子叶片12的前面包括一组规律地间隔固定的定子翼片22。这些定子翼片与移动经过它们的空气相互作用，这样使得离开这些翼片的空气的移动方向具有一个相对于转子叶片的形状的所希望的方向。定子翼片的作用是通过使得空气在该转子的所希望的方向上通过而更有力地旋转转子11从而使得转子叶片能够更高效地并且更有效地响应于作用在转子叶片上的力。定子翼片优选径向地延伸了涡轮机的轴线，并且可以被支撑在内和外支撑圆柱护板上，这些圆柱护板是相对于涡轮机的基础件或底座而固定的，见图7。内部定子翼片护板支架可以从与转子相邻的护板向内延伸；如果护板位于转子之下的话，在空气向上移动通过通道喉部16处，护板支架可以为转子相对于其围绕涡轮机的轴线的旋转至少提供一些支撑。同样显而易见的是如果希望的话，涡轮机可以是一个多级涡轮机，其中至少另外一组定子翼片和转子叶片是位于空气移动通过喉部18时与空气所遇到的第一组翼片和叶片相邻的下游处。涡轮机转子11的旋转被用于转动发电机24的转子，由此来从发电机产生可以被直接使用的电力。如是这种发电机是一个直流发电机而希望使用交流功率的话，发电机的输出可以被施加到一个逆变器25上。在使用直角弯入口空气流动通道的本发明的实施中为了使得涡轮机转子能够围绕一个垂直轴线转动，该转子可以被连接到一个可旋转的输出轴26的上端，该输出轴可以从转子向下延伸。轴26的下端可以直接连接到发电机上。然而更优选的是，涡轮机输出轴通过一个直角驱动器27联接到发电机上，该直角驱动器可以具有一个不同于(优选大于)I 1的有效传动比。如果转子轴与发电机输入轴是要对齐的，就可以使用一个行星齿轮安排来联接这两个轴。除了使用能支撑转子轴26来用于在涡轮机中旋转的多个轴承外，所希望的是还使用止推轴承来支撑转子轴。所希望的是在相反的方向上有效的止推轴承，这是因为空气移动通过转子可以在那些叶片上施加足够的力来在这种空气流动的方向上移动该转子以及它的轴。图2是在一个具有直角弯入口空气流动通道的涡轮机10中有用的转子11的部分平面图，空气在一个向上的方向上移动经过该直角弯入口空气流动通道的喉部。在图2中展现了虚线27以便指示出多个转子叶片12 (仅示出了其中的三个)是围绕该转子的整个周边而存在的。描绘了该涡轮机的前和后方向。图2示出了主要通道分隔物20的上端相对于转子终止的位置以便限定前30与后31等面积的半圆的拱形区，转子旋转时这些转子叶片通过这些拱形区。图2还示出了多个次级分隔物21’和21”的上后端相对于区30和区31的位置。也就是说，沿着通道13在分隔物20之上移动的空气通过基本上具有与图2中所示的区30相同的整体形状的多个引导排气开口经过喉部18到达这些定子翼片和转子叶片。类似地，沿着通道13在分隔物20之下移动的空气通过基本上具有与图2中的区31相同的整体形状的多个引导排气开口接近这些定子翼片和转子叶片。这些引导排气开口一起形成一个在定子翼片下方的圆形。此圆形可以形成该涡轮机内侧的一个基本上圆形的圆柱形空间的边界，通道入口部分的内前与下后半部在其周围通过。转子轴26，发电机24，逆 变器25以及转子到发电机的联接的相关构件可以被定位在这个圆柱形空间中。这个空间的底板可以被安装在用于该涡轮机的一个基础件上或者可以是这样一个基础件的一部分。这个空间可以具有其自己的与限定了空气流动通道13的结构分离的封闭件(见图8)。图2还示出了转子11可以具有一个中心毂件34，轴26的上端可以与转子的旋转轴线对齐地紧固到这个中心毂件上。图3示出了其上可以支撑该涡轮机的这个基础件可以是具有一个车桥和多个车轮37的一个拖车构架36 (例如一个与小船拖车的构架类似的构架)。拖车前端以38来指示。图3还示出了由转子轴26提供动力的一个直角驱动器27的输出可以通过皮带40联接到一个齿轮箱39上。图3和图4示出了入口开口到入口空气流动通道13的有效面积可以是通过可移动地安装到在入口开口周围的该通道结构上的多个附属结构来扩大的。在图4中，通道的这种固定结构限定了开口的顶部边缘42、底部边缘43、侧边缘44。由于图3中示出的涡轮机10是有待承载在一个可移动的交通工具上的，所以可以有用的是在该交通工具处于运动状态时并且也可能是在并未使用该涡轮机的其他时候将到通道13的开口关闭。为此，涡轮机10可以装备有用于通道入口开口的选择性关闭的多个门。这些门可以是上部门45和下部门46，它们可以是对应地铰链连接到该通道入口开口的顶部和底部边缘上的。门45和门46可以沿着入口开口的全部宽度延伸。门45和门46可以是由安装到通道入口开口的这些侧边缘44上的可移动的(铰接的)侧嵌板Q47来附带的；这些侧嵌板在被基本上放置在出口开口的平面中时沿着入口开口的高度延伸但优选仅部分地跨过该开口的宽度。当入口开口要被关闭时，这些门和侧嵌板可以被移动到基本上在出口开口的平面中的关闭位置上，其中这些侧嵌板被这些门所重叠。在希望运行涡轮机的时间过程中，这些门与嵌板可以被打开并移动到限定的空气捕捉位置，在该限定的空气捕捉位置中它们与通道入口开口的该平面成角度放置。图3中，门45和门46被示出为已经从它们的关闭位置移动了大约135度，并且这些侧嵌板可以已经被移动了类似的角度；这些门与侧板是适当地处于打开位置的。图4示出了在这些打开的门与侧嵌板的邻近的边缘之间的空间可以由多个角板构件48来关闭。这些角板可以例如由适当的形状(如三角形)的多个帆布块来限定，并且可以例如通过索环与插针来紧固到这些门和侧嵌板的相邻边缘上。这种围绕通道入口开ロ的固定的边界打开门与侧板的安排以及安装的多个角板大大增加了通道入口开ロ的有效面积。图3和图4描绘了门45与门46使用，它们各自关闭了由开ロ的顶部边缘、底部边缘和侧边缘45 - 47限制的面积的一半。如果希望的话，可提供以那个开ロ的全部高度来确定尺寸的门；这样的全高门可以在它们被关闭时关于彼此被重叠地放置。图5描绘了多个转子叶片12与定子翼片22之间的ー种可工作的关系。如图显示，优选的是在这些定子翼片的上边缘与转子叶片的相邻的下边缘之间存在一个空间。这个空间对于根据本发明的涡轮机的所希望的安静运转是有用的。图6示出了根据本发明的ー个包括直角弯入口空气流动通道的涡轮机10’可以使得其通道入口 14位于其出口上方，这样使得空气向下地流动通过定子翼片22和转子叶片
12。涡轮机10’能够在可能遭遇到吹雪或其他沿着地面移动的或接近于地面的物质的情况中使用具有优势。此外，图6示出了涡轮机10’可以被支撑在具有坡状屋顶51的建筑物50的顶部上，其中这些屋顶表面形成了涡轮机的空气入口通道和空气出口通道的多个边界。如果根据本发明的涡轮机是支撑在一个可移动的基础件上的，如图3所示的拖车，该涡轮机可以很容易地定位在地面上，从而使得涡轮机入ロ空气流动通道的入ロ 14直接面朝来风；如果这种风在方向上明显改变的话，该涡轮机就按需要可重新定位或重新取向。然而，本发明考虑到具有大直径转子以至于重新取向涡轮机基础件并不可行的多种涡轮机，以及被定位在建筑物顶部上的涡轮机(在那里为了涡轮机的重新取向而触及涡轮机是不可行的或实际上不可能的)。在后者情况下，涡轮机可在其基础件上是自行定向的；图8展示了一种自行定向的涡轮机10”。涡轮机10”的空气流动通道13和在其中的结构可以是如以上阐述的。那种涡轮机的入口空气流动通道13可以被支撑在ー个底座55上，该底座继而可以例如通过多个滚子56来可移动地支撑在ー个例如屋顶或地面的静态基础件57上。这种涡轮机优选是通过以下方式安装在底座上的，即，涡轮机的轴线(即，涡轮机转子的旋转轴线)与底座的旋转轴线符合于58处。如上注意到的，转子驱动轴及相关发电设备可以被定位在ー个与形成空气流动通道13的结构分离开的、与轴线58对齐的圆形壳体33中。这种入口空气流动通道结构可以围绕壳体33是可移动的，并且因此壳体33可以是支撑在基础件57上的并且可以延伸通过底座55中的ー个中心孔。在某些情况下，涡轮机10”的空气流动通道结构可以是自行定向的，这是因为出口空气流动通道(如果存在的话)可以用ー种类似于方向标的尾部的方式来起作用；作用在该涡轮机外侧中的风カ可以使得该涡轮机绕轴线58转动。在其他情况下，如涡轮机转子直径大的情况下，涡轮机底座40可以由一个适合的底座驱动机构59 (作为ー个偏航驱动器来指示出)来转动；例如ー个电动机驱动的小齿轮与一个由底座承载的环齿轮相啮合，见图8。这种底座驱动机构的操作可以是使用从风向传感器60获得的信息来控制的，该风向传感器适合地位于涡轮机上或与涡轮机相关连。如果自行定方向的涡轮机很大的话，可以有用的是为空气流动通道结构被定位在该入口空气流动通道喉部的顶部上方的那个部分(如果存在的话)提供可移动的支撑。图11中示出了这样的支撑，其中涡轮机空气流动通道结构的出ロ部分16是位于该通道喉上方。更具体地说，通道出口部分19可以例如通过连接到这个通道部分的下外侧的ー个滚子62来可移动地支撑在垂直于轴线58而放置的并且优选适合地定位在基础件57上方的ー个环形平台63上。平台63可以被承载在多个支架64上，该些支架优选以ー种与轴线58同心的图案来定位。支架64的这种图案的直径是足够大的以至于涡轮机可以围绕这些平台支架内部的轴线58旋转360°。图7是对于限定本发明的涡轮机的入口空气流动通道的多个方面有用的多个结构部件的展开透视图。这些描绘的部件是ー个底部通道子组件70 (在顶部通道子组件71上)和一个定子子组件72。子组件70限定了ー个圆形结构的构架73，该构架具有的高度近似于涡轮机底座平面与其转子平面之间的距离。在构架73的上前半部中定位了一个半圆形的空气导流板74，该空气导流板形成ー个上入口空气流动通道的多个表面，并且主空气流动分隔物20的后部范围可以在下导流板边缘75处连接到该空气导流板上。ー个下半圆形的空气导流板76被承载在子组件70的下半部中。导流板76可以作为一个正圆锥区段的一半来成形；它是凹面向上的。移动到导流板76上的空气在导流板74的下方经过。导流板76的上边缘被示出为在构架73的中间高度处。子组件70的前方部分可以是在其两侧(如在77处)，其底部(如在78处)，以及其顶部(未示出)是闭合的以便向后地限定入口空 气流动通道13的其矩形开放入口端14的其他方面。子组件71被示出为主要包括ー个圆形结构环构件79和一个半圆形的圆柱曲面套筒80，该套筒从环构件79下垂一个距离，该距离等于下偏转板76的上边缘81的间距。当环构件79被适当地定位并且紧固在子组件70的上结构环上吋，套筒80在偏转板76的边缘81处连接到其上并且关闭了构架73的上后半部。定子组件72包括多个定子翼片22，这些定子翼片是承载在内83与外84圆形的圆柱翼片支撑护板之间的。这种定子组件优选在形状上是环形的。在涡轮装配吋，定子组件被连接到子组件71的环构件79上。先前阐述的是本发明的涡轮机可以被安装在反向的位置中。在图6中示出了其中空气流动向下通过这些转子叶片的方向涡轮机的ー种形式；在这种情况下，该涡轮机并不绕其轴线相对于其支撑结构是可移动的。有可能的是将ー个绕其转子轴线相对于涡轮机的支架可移动的涡轮机以一个反向位置来安装；图9描绘可以从上方来支撑ー个在角度上可移动的涡轮机的ー种方式。如图9所示，一个涡轮机支撑环90可以通过从托架底座92上下垂的多个托架91来支撑在ー个基础件(未显示)的下方。几个托架和托架底座组件可以围绕支撑环90在间隔的位置处附接到该环上。每个托架底座可以连接到一个适合的基础件的底部表面上。这种反向涡轮机的底座可以是通过多个小车组件94由支撑环来承载的，在图9中示出了其中的ー个小车组件。ー个小车组件94包括一个框架95，该框架可以被适当地紧固到涡轮机底座上，并且上96和下97小车滚子被可旋转地安装到该框架上。这些滚子优选已经被环圆周地造型以便与支撑环90的轮廓紧密地匹配。这些小车滚子被定位在框架95上，从而使得这些小车组件沿该支撑环移动而不会相对于支撑环垂直或径向移动。相关涡轮机相对于支撑环轴线的角运动可以由ー个或更多个驱动电机的运行来获得，这些驱动电机连接到这些上部小车滚子中的ー个或更多个上。想象到的是根据本发明的具有ー个80英尺数量级的转子直径的直角弯通道涡轮机可以在其转子平面处具有大约12英尺的高度。
如以上注意到的，风中的可用功率是与风速度的立方成正比，这意味着风速加倍使可用功率以八倍因数増加。风速中的小差异可以意味着可用能量和所产生的电カ中的大差异，以及由此的在所产生的电カ的成本中的大的差异。将会看到的是本发明的涡轮机，以相对小结构特点，有效增加了入口空气速度，能够产生相当量的电カ。本发明的涡轮机的这种低轮廓(高度低)意味着这些涡轮机可以用于在不能使用或不能被接受高轮廓涡轮机的地方。本发明的涡轮机响应于相对地朝向涡轮机的入ロ空气开ロ移动的空气中的能量。当涡轮机被使用在固定地理位置处时，这样的相对空气移动是由风移动经过那个位置产生的。将会理解的是这样的相对空气运动可以是由涡轮机本身的移动而产生的，例如在涡轮机位于ー个车辆上而该交通工具出于产生经过该涡轮机的相对风カ以外的原因而被移动的情况下就是这种情況。这样的交通工具的实例是火车和卡车。这样的交通工具在其使用寿命的大部分中以中等到高速度移动，并且因此本发明考虑在这样的交通工具上使用上述这些类型的涡轮机。例如，本发明的涡轮机的ー个小型版本可以安装在卡车或货车牵引车的驾驶室顶 部上来产生在该交通工具的操作中有用处的电力。涡轮机产生的电功率可以被应用来运行该车载制冷系统，如在交通工具具有用于冷冻或易腐食品运输的载货空间的情况下。而且，涡轮机产生的电能可以被用来对交通工具上的电池进行充电(或再充电)，以便在交通工具不运动或低速移动时操作交通工具电气系统。本发明已经在以上通过參照实施本发明的某些结构安排并且參照本发明的某些过程方面进行了说明。先前的说明既不是g在也不应该被读作本发明可以被实施的或者在过程上实现的所有形式的ー个综合目录。可以实践本发明的这些所说明的方面的变体和修改而不偏离本发明的合理范围。
权利要求
1.一种风力涡轮机，包括一个周围空气的入口流动通道，该入口流动通道具有选定的有效长度以及在一个入口端与一个出口端之间的构形，该入口端具有一个相对较大面积的入口开口并且该出口端具有一个相对较小面积的出口开口，该入口通道在其入口与出口端之间在截面的面积上逐渐减小；以及一个转子，该转子位于该通道出口开口附近处并且围绕一条轴线是可旋转的，该轴线与终止于该出口开口处的该通道长度的一个后方部分是基本上对齐的，该转子包括多个径向延伸的叶片的一个阵列，这些叶片围绕该转子轴线是规则地间隔开的并且它们能够与通过该出口开口而移动的空气相互作用以使转子围绕其轴线旋转。
2.根据权利要求I所述的风力涡轮机，其中从该入口开口处延伸的该入口流动通道长度的前方部分相对于该通道长度的后方部分是以一个实质性的角度来安置的。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中该角度的值是在90°的数量级。
4.根据权利要求I所述的风力涡轮机，包括多个定子翼片的一个阵列，这些定子翼片被置于该流动通道中紧密邻近这些转子叶片处并且在空气移动经过它们时起作用以便沿着朝向这些转子叶片的多个所希望的路径来弓I导这部分空气。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中这些转子叶片从该转子的周边上延伸并形成围绕该转子的多个叶片的一个环形阵列，并且该定子翼片阵列是环形的并在面积上与该转子叶片阵列相似。
6.根据权利要求I所述的风力涡轮机，其中终止于该出口开口附近处的该入口流动通道长度的至少一部分被限定成致使移动通过该出口开口的空气质质量流动在该转子叶片阵列的区域内是基本上均匀的。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中为了造成基本上均匀的空气质量流动的该入口流动通道的这种限定包括在该空气流通道部分中的至少一个分隔物。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，包括在该空气流通道部分中的多个分隔物。
9.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中终止于该出口开口附近处的该入口流动通道长度的至少一部分被限定成致使通过该出口开口处移动的空气质量流动在该转子叶片阵列的区域中是基本上均匀的。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其中该转子叶片阵列是环形的并且是沿该转子的外周定位的。
11.根据权利要求2所述的风力涡轮机，包括承载该涡轮机的一个底座，该底座限定了与该转子轴线基本垂直的一个平面；支撑该底座一个基础件，以便用于围绕基本上平行于该转子轴线的一条轴线而旋转；以及联接在该底座与该基础件之间的一个驱动器，该驱动器是选择性地可运作的以便使该底座在该基础件上转动。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中该驱动器包括一个相对风向传感器。
13.根据权利要求2所述的风力涡轮机，包括上面支撑着该涡轮机的一个基础件，并且该基础件包括多个轮子，通过这些轮子使该涡轮机能够被移向并到达一个选定的使用地点。
14.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中到达该入口流动通道的入口开口通过可连接到限定该入口开口的结构上的至少一扇门是可关闭的，该门在该涡轮机使用期间是可拆除的以便有效地增加该入口开口的有效面积。
15.一种用于从风能中发电的方法，包括以下步骤提供一个发电机；提供一个转子，该转子携带了多个叶片的一个阵列，这些叶片被限定为与在此处移动通过的空气相互作用从而产生该转子的旋转；提供一个空气流动通道，该空气流动通道具有一个相对大的有效入口开口面积和一个相对小的有效出口开口面积，这些入口和出口的开口沿该通道是间隔开的，该通道在这些开口之间在截面的面积上逐步减小；将该转子定位于充分接近该通道的出口开口，这样使得移动通过该出口开口的空气能够有效地与这些转子叶片相互作用从而产生该转子的旋转；将该发电机与该转子连接，这样使得该发电机响应于该转子的旋转而运转来发出电能；并且对该通道进行定方，这样使得该入口开口面向周围空气相对地朝向该入口开口进行移动的方向。
16.根据权利要求15所述的方法，包括以下步骤控制在该通道内空气流动的分布，以此致使到达这些转子叶片上的空气质量流动遍布该转子叶片阵列是基本上均匀的。
17.根据权利要求15所述的方法，包括在该通道出口开口附近提供多个指引空气流动的定子翼片的一个阵列。
18.根据权利要求15所述的方法，包括感测通过该空气流通道的位置以及该转子的周围空气的运动方向；并调整该通道的指方以此致使该入口开口面向所感测的方向。
19.根据权利要求15所述的方法，包括以下步骤将该空气流通道和该转子定位在一个可居住的结构上。
20.根据权利要求19所述的方法，其中该定位步骤包括将该通道和该转子定位在一个具有倾斜屋顶的建筑物上，其方式为使得该屋顶斜坡能够将在一个选定的方向上朝向建筑物移动的风向该通道入口开口进行引导。
21.根据权利要求19所述的方法，其中该定位步骤包括在该可居住的结构的一个外墙上支撑该空气流通道以及该转子。
22.根据权利要求15所述的方法，包括以下步骤将该空气流通道、该转子、以及该发电机定位在一个交通工具上，该交通工具出于除了发电之外的原因是可移动的，其方式为使得在该交通工具的这种运动的过程中该发电机响应于经过该交通工具的相对风力而能够运转。
23.根据权利要求22所述的方法，其中该交通工具是一辆货车牵引车。
24.根据权利要求22所述的方法，其中该交通工具是一列火车的一部分。
全文摘要
在此披露了一种风力涡轮机，它使用在空气中朝向涡轮机相对运动的能量来聚集和增加进入涡轮机入口空气流动通道的空气速度。该入口流动通道将所聚集和加速的空气排放至转子的叶片上，在此处这些叶片与这部分空气相互作用来使转子转动。可将转子的运动用于运转一台发电机。这个转子的旋转平面可以是与该通道入口的开口平面基本上成直角。在该流动通道内的多个挡板以及临近这些转子叶片的多个定子翼片使得被加速的空气的质量流动遍布该转子的叶片区域是基本上均匀的，并且是令人希望地指向的。这种涡轮机结构紧凑并且运转安静。
文档编号F03D9/00GK102792013SQ201180012833
公开日2012年11月21日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者约翰·施泰因勒希纳 申请人:瓦腾伯格工业有限公司