用于生成电能的风力涡轮机和方法与流程

由于在我们的地球上有大量风力资源，所以风能技术正以高速发展。这些资源多到足以能按照几乎不受限制且大体上生态的方式来生成电力，该电力在很大程度上可以代替传统的化石燃料和核能。因此，需要研发高效的风力设备，这些风力设备可以使用可用的风能潜势在较低主要投资成本下生成大量电力并且给最终消费者提供有吸引力的价格。

通用风力设备和方法本身可从现有技术中已知。风力设备目前设计有具有高达164米的较大直径的转子，例如，在vestasv164-8.0类型的情况下，其中，具有高能量密度的设备目前提供高达10mw。一直到2020年的发展趋势都指向创建离岸风力设备，离岸风力设备意在具有大约20mw的最大功率并且其将具有高达300米的转子直径。

为了生成大量电能，常规风力设备依赖于通过具有较大直径的转子的非常广泛的气流。然而，这些较大转子笨重且体积庞大并且难以安装、维护和维修。转子叶片的端部处的圆周速度即使在设备的较低工作频率的情况下也会到达非常高的水平，7rpm至13rpm。由于高摩擦引起的阻力矩以及还有摩擦中涉及到的部件的磨损都非常大。相应地，这些结构的大小非常大，并且笨重且昂贵。由于漩涡形成涉及大量气团穿过风力设备，所以单个风力设备在较短距离下会彼此影响，尤其是其在所谓的风电场中紧密林立在一起的情况下。因此，各个风力设备在风电场中需要显著的间隔。此外，在存在超临界风速的情况下，风力设备被置于极端风险中，使得其在存在高风速的情况下不会操作。因此，所述风力设备对人和动物(尤其是鸟类)构成重大危害。这一事实是环保主义者和受到影响的一般大众作出冲动反应的共同原因。

当前发展指向通过合适地转换局部气流来实现高效力，借助此方式，能够通过聚集相对小的气团来生成相对大量的能量。在此，能够使用两种原理且使其进行组合，具体地是聚集和加速局部气流以便生成高动压、以及生成湍流气流以便生成静压差。

us2004/0183310a1描述了一种简单的风力发电机，该简单的风力发电机具有带有较大进口的漏斗状外壳，并且具有朝着出口逐渐减小的凹状内表面，其中布置有借助推进器操作的发电机。该风力发电机是基于伯努利远离，即，进入漏斗状外壳的风进行加速并且以高速被引导朝向推进器。

根据现有技术，在存在低于8m/s的风速的情况下操作风力设备在经济上是不利的，因为能源产量低于80％。另一方面，常规风力设备仅仅能够在高达25m/s的风速下安全地进行操作。

例如，为了生成175mw的电力，在使用根据现有技术的常规风力设备的情况下，必须使用大约87个单独的设备，即是说，87个桅杆、超过大约870000平方米的面积。风力设备独自需要的投资都为大约17千万欧元，还未考虑到地块价格和基础设施。

因此，迫切需要更加紧凑、涉及较低成本且更加有效的风力设备。为此，将需要能够在单个桅杆上安装比之前更大的容量，并且寻求方式来在风电场中将这些单个桅杆比当前情况更紧密地定位在一起。只有这样才能够节约用于地块和基础设施的成本。不能被低估的未来风力设备的一个方面在于其关于人和动物(尤其是鸟类)的安全性以及一般而言良好的环境相容性。

以现有技术的上述缺点为起点，本发明的目的在于提供一种能够用相对较低容量的气流来生成大量电力的风力设备。本发明的又一目的在于提高风力设备的效率和效果。

在本发明的第一方面中，所述目的是借助风力涡轮机(1)来实现，该风力涡轮机(1)包括：

内本体(3)，该内本体(3)具有圆柱形主体(301)并且具有布置在圆柱形主体(301)中的发电机(303)，圆柱形主体(301)具有附接在上游的整流罩(307)；

外本体(5)，该外本体(5)具有外壳套(501)和布置在外壳套(501)中的至少一个漏斗部件(503)以及布置在外壳套(501)下游的球形盖子部件(505)，该漏斗部件的截面在流动方向上减小；

至少一个载体肋(7)，该至少一个载体肋(7)将内本体(3)连接至外本体(5)；以及

工作涡轮(9)，该工作涡轮(9)布置在内本体(3)的下游端处，并且其连接至发电机(303)，并且其具有转子(901)，

其中，外本体(5)与内本体(3)一起形成延伸越过内本体(3)的长度的至少一个会聚部(507)，并且其中，外本体(5)在与内本体(3)的下游端毗连处形成发散部(509)。

此外，在本发明的第二方面中，该目的是借助一种方法来实现，该方法用于借助根据本发明的风力涡轮机(1)由气流生成电能，该方法包括如下步骤：

a)在风力涡轮机(1)的至少一个会聚部(507)中从周围环境接收气流；

b)在至少一个会聚部(507)中借助使其横截面积逐渐减小来加速和压缩气流；

c)按照针对性方式将经加速经压缩的气流引导至转子(901)，并且因而驱动工作涡轮(9)；

d)在经加速经压缩的气流穿过转子(901)之后，将其引入到发散部(509)中并且使气流减缓和膨胀。

本发明具有如下优点：首先，单个风力涡轮机(1)的效率相对于常规风力设备得到增加，因为关于可用的风速基本上不存在限制。此外，单个风力涡轮机(1)的面积要求更小，因而每单位面积的风力利用率极大地增加。此外，多个风力涡轮机(1)可以被布置在常规桅杆(13)上。例如，为了生成上述175mw的电力，在使用本发明的情况下，我们仅仅需要13个桅杆(13)(而不是87个)，其中根据发明在每种情况下为七个风力涡轮机(1)，以及仅仅需要大约22500平方米(而不是870000平方米)的面积。

下文将对本发明进行详细描述。

在对根据本发明的风力涡轮机(1)的描述提到方法特征的情况下，这些方法特征尤其涉及根据本发明的方法。同样，在对根据本发明的方法的描述中提到的物理特征涉及根据本发明的风力涡轮机(1)。

本发明的第一方面涉及一种风力涡轮机(1)，该风力涡轮机(1)包括：内本体(3)，该内本体(3)具有圆柱形主体(301)并且具有布置在圆柱形主体(301)中的发电机(303)，圆柱形主体(301)具有附接在上游的整流罩(307)。风力涡轮机(1)此外包括：外本体(5)，该外本体(5)具有外壳套(501)和布置在外壳套(501)中的至少一个漏斗部件(503)以及布置在外壳套(501)下游的球形盖子部件(505)，该漏斗部件的截面在流动方向上减小。

此外，风力涡轮机(1)包括：至少一个载体肋(7)，该至少一个载体肋(7)将内本体(3)连接至外本体(5)；以及工作涡轮(9)，该工作涡轮(9)布置在内本体(3)的下游端处，并且其连接至发电机(303)，并且其具有转子(901)。

风力涡轮机(1)的特征在于：外本体(5)与内本体(3)一起形成延伸越过内本体(3)的长度的至少一个会聚部(507)，并且其中，外本体(5)在与内本体(3)的下游端毗连处形成发散部(509)。

在本发明中，“会聚部”应被理解为表示在从流动方向上看时是会聚的流动通道，即是说，具有均匀减小的流动截面的水平流动通道。会聚部(507)用于优化风力涡轮机(1)中的气流。

在本发明中，“发散部”应被理解为表示在从流动方向上看时是发散的流动通道，即是说，具有快速增加的横截面积的水平流动通道。发散部(509)用于放大流动通道的截面。

“球形盖子部件”指的是外本体(5)的一部分，该部分位于风力涡轮机(1)的下游端处且至少部分地具有局部球形形状。球形盖子部件(505)具有快速增加的横截面积并且因此形成用于发散部(509)的外壳。

“工作涡轮”应被理解为表示旋转涡轮机，其将流动流体(在该示例中尤其为空气)中固有的能量转化为机械能并且经由其轴输出该机械能。在本发明中，“转子”指的是工作涡轮(9)的旋转(转动)元件。在本发明的一个实施例中，转子(901)的轮毂是加固式设计，使得其不仅承受转子叶片(9011)而且同时用作飞轮。该加固性可以在于更大的直径、或者轮毂的加宽、或者使用具有相对较高密度的材料。

外本体(5)布置在内本体(3)周围并且尤其形成风力涡轮机(1)的外壳套。内本体(3)优选地是鱼雷状形状并且具有在其圆柱形主体(301)上游的优选地流线型的锥形整流罩(307)。对于布置在圆柱形主体(301)中的发电机(303)(尤其是电力发电机)，优选地连接有齿轮箱(305)(尤其是行星齿轮箱)。

如上文所描述的，至少一个载体肋(7)将内本体(3)连接至外本体(5)。具体地，至少一个载体肋(7)可以布置在(即是说，紧固至)圆柱形主体(301)上并且支撑布置在外壳套(501)上的漏斗部件(503)。

外本体(5)具有在上游(即是说，在会聚部(507)的进口处)的进口开口(101)并且具有在下游(即是说，在发散部(509)的出口处)的出口开口(103)。

根据本发明的风力涡轮机(1)具有5米至10米(尤其是7米至8米)的长度以及2米至5米(尤其是3米至4米)的直径。根据本发明的风力涡轮机(1)的重量取决于尺寸在15吨与25吨之间，尤其为大约20吨(堪比的常规风力设备具有120吨至150吨的重量)。

在利用本发明的情况下，能够提供根据本发明的风力涡轮机(1)，其会提供对风速的高敏感性但其是稳健的且抗气候变化的。

单个风力涡轮机(1)的效率几乎是常规风力设备的3倍高。此外，能够将根据本发明的多个(高达15个)风力涡轮机(1)安装在一个常规桅杆(13)上。此外，根据本发明的风力涡轮机(1)的操作在30米的高度下就已经是可能的，而常规风力设备则需要70米至150米的高度。因此，根据本发明的单个风力涡轮机(1)能够被调节以用在例如工业厂房中。

能够在根据本发明的单个风力涡轮机(1)上执行维护，而不需要使多个风力涡轮机(1)的整个设备都完全暂停。此外，用于运输和安装的费用显著地降低并且更加环保，因为风力涡轮机(1)相对于常规风力设备而言相对紧凑且较小并且还相对较轻。具有7mw的功率的常规风力设备(例如，vestas公司的设备)需要大约250万欧元的投资。制造根据本发明的风力涡轮机(1)的成本至少与常规风力设备的成本相当，但通常显著地降低。然而，现有的基础设施(例如，桅杆、进料等)可以用于根据本发明的风力涡轮机(1)，这就减小了设备的总成本。

在本发明的一个改进例中，至少一个载体肋(2)在流动方向上是螺旋状形式。这样，在进口开口处进入根据本发明的风力涡轮机(1)的气流就从线性移动转换为螺旋状移动。气流优选地从原始气流的线性移动转向通过50°至70°，优选地为55°至65°，尤其是60°，以便最佳地利用流入气流的能量。

载体肋(7)优选地具有与飞机机翼的截面相对应的截面，并且因此具有流线型空气动力学形状，这会导致动力学的改进。

根据本发明的风力涡轮机(1)有利地具有：两个或者更多个载体肋(7a、7b)，该两个或者更多个载体肋(7a、7b)将内本体(3)连接至外本体(5)，即是说，将圆柱形主体(301)连接至漏斗部件(503)；以及两个或者更多个局部会聚部(507a、507b、...)，即是说，两个或者更多个流动通道，其在流动方向上是螺旋状形式并且在其下游端处指向工作涡轮(9)的转子(901)。尤其按照均匀的平衡间隔进行布置的局部会聚部(507a、507b、...)集体地形成会聚部(507)。两个或者更多个载体肋(7a、7b)优选地沿着内本体(3)的圆周长度均匀地进行布置，并且具有沿着整个长度的均匀螺旋状条件路径。

在一个优选实施例中，根据本发明的风力涡轮机(1)具有四个载体肋(7a、7b、7c、7d)，其将会聚部(507)划分为四个局部会聚部(507a、507b、507c、507d)。

为了按照尤其针对性的方式从(多个)会聚部(507、507a、507b、...)朝着转子(901)的转子叶片(9011)引导气流并且因此最佳地利用可用的能量，工作涡轮(9)具有在流动方向上在转子(901)上游的前定子(903)。前定子(903)具有导向元件(9031)，导向元件(9031)同样可以按照飞机机翼的方式成形。导向元件(9031)用于按照针对性方式将气流引导到转子(901)上，即是说，转子叶片(9011)上。

导向元件(9031)相对于风力涡轮机(1)的纵向轴线优选地呈50°至70°(优选地为55°至65°，尤其为60°)的角度，并且可以具有类似于飞机机翼的截面。转子叶片(9011)布置在转子(901)上使得其相对于导向元件(9031)呈80°至100°(优选地为85°至95°，尤其为90°)的角度。这样，流入气流的能量得到最佳地利用。

可替代地或者此外，工作涡轮(9)可以具有在流动方向上在转子(901)下游的后定子(905)，由于格栅效应，后定子(905)会在从转子(901)出来的气流中引起漩涡形成。由于在后定子(905)的薄片(9051)处的漩涡形成，所以压缩损失更小，并且所生成的能量增加。薄片(9051)优选地相对于转子叶片(9011)呈80°至100°(优选地为85°至95°，尤其为90°)的角度。

优选地，转子(901)的轴被安装在后定子(905)的轮毂上。与前定子(903)一样，后定子(905)可以连接至外本体(5)并且因此形成风力涡轮机的支撑结构的一部分。

在优选实施例中，外本体(5)具有相对于彼此同中心地布置的两个漏斗部件(503a、503b)，并且与内本体(3)一起形成两个会聚部(5071、5073)。该实施例提供了在机械上更稳定的结构的优点，使得根据本发明的风力涡轮机(1)的尺寸可以在没有稳定性问题的情况下被放大。

在该优选实施例的一个改进例中，根据本发明的风力涡轮机(1)具有2×4个载体肋(71a、71b、71c、71d、73a、73b、73c、73d)，其将会聚部(5071、5073)划分为2×4个局部会聚部(5071a、5071b、5071c、5071d、5073a、5073b、5073c、5073d)。

在该示例中，漏斗部件(503a、503b)有利地通过一个或多个载体肋(71a、71b、71c、...、73a、73b、73c、...)连接至彼此和外壳套(501)。优选地，载体肋(71a、71b、71c、...、73a、73b、73c、...)在流动方向上是螺旋状形式以便将气流的线性移动转换为气流的螺旋状移动。

为了在强烈气流的情况下(即是说，例如，在暴风雨期间)以及在风速突然改变的情况下(例如，在阵风的情况下)防止根据本发明的风力涡轮机(1)超载以及对其造成损坏，在一个改进例中，情况是使外本体(5)具有排放通道(511)，该排放通道(511)连接至至少一个会聚部(507)的下游区域并且可借助闭合装置(513)相对于至少一个会聚部(507)完全地或者部分地关闭。这样，气流的一部分可以按照旁路的形式被引导经过工作涡轮(9)，使得气流的仅仅一部分撞击在工作涡轮(9)上。

闭合装置(513)优选地在机械上例如抵抗弹簧元件进行安装，并且在存在预定压力的情况下或者在风速突然改变的情况下打开排放通道(511)。在阵风的情况下，排放通道(511)因此根据保护阀的原理(即是说，打开和关闭节流阀)来处理发动机操作。在存在非常高的标称风的情况下，这些可以绕过会聚部(507)并且减小阵风的阻力。

在上游进口处，即是说，至少一个会聚部(507)的进口开口(101)处，至少一个补偿环(11)可以与内本体(3)和外本体(5)同中心地布置以便引导进入的气流。由于内本体(3)的整流罩(307)布置在根据本发明的风力涡轮机(1)的进口开口的中心，并且因此尽管为锥形形状也构成对气流的阻塞，所以至少一个补偿环(11)有助于无漩涡地将气流引入到至少一个会聚部(507)中。为此，至少一个补偿环(11)也可以具有飞机机翼的截面。

至少一个补偿环(11)此外具有在几何学上使进口开口(101)的大小减小的效果，使得任何动物(尤其是鸟类)或者物体都不能够进入和堵塞至少一个会聚部(507)。(多个)补偿环(11)与至少一个载体肋(7)的开始一起在进口开口(101)中形成一种保护格栅。

关于根据本发明的风力涡轮机(1)的上述陈述和优先权相应地适用于下文所描述的根据本发明的方法。同样，关于根据本发明的方法的如下陈述和优先权相应地适用于根据本发明的风力涡轮机(1)。

在本发明的第二方面中，上述目的是借助一种方法来实现，该方法用于借助根据本发明的风力涡轮机(1)由气流生成电能，该方法首先包括步骤a)：在风力涡轮机(1)的至少一个会聚部(507)中从周围环境接收气流；然后在步骤b)中，在至少一个会聚部(507)中借助使其横截面积逐渐减小来加速和压缩气流。

在步骤c)中，按照针对性方式将经加速经压缩的气流引导至转子(901)，因而驱动工作涡轮(9)，此时，在步骤d)中，在其穿过转子(901)之后，将经加速经压缩的气流引入到发散部(509)中并且使气流减缓和膨胀。这样，在转子(901)的下游侧上生成负压，这进一步有助于能量的增加。

根据本发明的方法基本上具有与根据本发明的风力涡轮机(1)相同的优点。尤其，对于单个风力涡轮机(1)，根据本发明的方法展现出相对于常规风力设备增加的效率，因为关于可用的风速基本上不存在限制。

在本发明的一个改进例中，

在步骤b)中，气流的直线流动移动由至少一个载体肋(7)转化为螺旋状流动移动，使得

在步骤c)中，成钝角地将经加速经压缩的气流引导到转子(901)上，以及，

在步骤d)中，在发散部(509)中生成湍流。

螺旋状流动移动相对于直线流动移动转向通过50°至70°，优选地为55°至65°，尤其是60°，以便最佳地利用流入气流的能量。螺旋状流动移动与转子(901)或者转子叶片(9011)之间的钝角等于80°至100°，优选地为85°至95°，尤其优选地为90°。

有利的是可以规定，在超过来自周围环境的气流的临界流速的情况下，或者在流速突然改变的情况下，在步骤a)中，闭合装置(513)至少部分地打开，并且气流的至少一部分通过排放通道(511)被引导经过转子(901)。因此，可以防止对风力涡轮机(1)造成损坏。

在第三方面中，本发明涉及使用上述风力涡轮机(1)来由气流生成电能，其中，尤其使用到上文描述的方法。

其它目的、特征、优点和可能的用途将从基于附图的如下描述或者示例性实施例中显露出来，如下描述或者示例性实施例并不限制本发明。在此，所描述的和/或在附图中图示的全部特征都单独地或者按照任何期望组合地形成本发明的主题，甚至独立于其在权利要求书中的组合或者其向后引用。在附图中：

图1是按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1的示意局部截面图；

图2是按照本发明的实施例的内本体3的示意局部截面图；

图3a是按照本发明的实施例的外本体5的示意截面图，其具有会聚部507和发散部509；

图3b示出了用于图示动压和静压的图表；

图4是按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1的示意截面图；

图5是按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1的示意图；

图6是按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1的示意局部截面细节图；

图7是按照本发明的实施例的工作涡轮9的示意图；

图8示出了按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1的前视图；并且

图9a、图9b是处于一个桅杆13上的根据本发明的多个风力涡轮机1的示意图。

在图1中示意性地图示了按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1，其具有剖视外本体5，使得会聚部507和发散部509至少部分地可见，其中，前定子903、转子901和后定子905布置在会聚部507与发散部509之间。同样图示的是载体肋7的布置。

图2示意性地图示了按照本发明的实施例的内本体3，其中，外壳套301按照局部剖视的形式进行图示。在外壳套301中布置有发电机303，发电机303具有连接至其的齿轮箱305，其中，工作涡轮9的轴连接至齿轮箱305并且因此连接至发电机303。能够清楚地看到内本体3的鱼雷状形状，在图2的视图中，左手侧是整流罩307并且右手侧是直径减小部309，使得转子901(未在此图示)自由地位于流动通道(同样未在此示出)中。

在图3a中图示了按照本发明的实施例的具有漏斗部件503和球形盖子部件505的外本体5的示意截面图，图3a示出了会聚部507和发散部509的基本形状。

图3b示出了用于图示如原则上在图3a中示出的会聚部507和发散部509中明显的动压和静压的图表。下文将再次对图3b进行进一步讨论。

图4是按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1的示意截面图，其中图示了两个同中心的会聚部5071、5073，这两个同中心的会聚部5071和5073在前定子903上游的聚集区5075中再次合并。图4此外示出了工作涡轮9的布置，其中，前定子903、转子901、以及后定子905在会聚部5071、5073或者聚集区5075与发散部509之间。

图5是按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1的示意图，其类似于图1，但如在图4中一样，具有两个同中心的会聚部5071、5073。同样指明了进口开口101和出口开口103。在图5中图示的实施例此外具有在进口开口101中的三个补偿环11，这些补偿环将气流从整流罩307周围的外部引导到两个会聚部5071、5073中。

图6示意性地详细地图示了按照本发明的又一实施例的根据本发明的风力涡轮机。该实施例具有两个漏斗部件503a、503b，其形成两个会聚部5071、5073。在此同样图示的是具有闭合装置513的排放通道511。

在图7中示意性地图示了工作涡轮9的根据本发明的实施例。所述图在截面中部分地示出了具有导向元件9031的前定子903、具有转子叶片9011的转子901、以及具有薄片9051的后定子905。在该示例中，导向元件9031相对于风力涡轮机1的纵向轴线成大约60°的角度，并且相对于转子叶片9011成大约90°的角度。薄片9051相对于风力涡轮机1的纵向轴线成大约30°至大约70°的角度。转子叶片9011、导向元件9031、以及薄片9051分别具有类似于飞机机翼的截面。

在图8中图示了按照本发明的实施例的根据本发明的风力涡轮机1的前视图。内本体3和外本体5由载体肋71、73同中心地连接起来。漏斗部件501a、503b和补偿环11相对于内本体3和外本体5同中心地布置。可以清楚地看到，像这样如何在进口开口101中形成一种保护格栅。

图9a和图9b示意性地示出了在一个桅杆13上的根据本发明的多个风力涡轮机1。桅杆13具有类似于常规风力设备的机舱15，根据本发明的风力涡轮机1附接至机舱15。对于横向风力涡轮机1，此外设有工作平台17，该工作平台17在常规风力设备的情况下在技术上难以实施，但根据本发明其容许对风力涡轮机1进行简单且安全的服务和维护。

根据伯努利原理，流动流体(例如，气体)的压力在其速度减小时增加，即是说，相反地，在压力减小的情况下速度增加。例如，该原理适用于飞机机翼的几何结构的情况，使得相对较高的速度以及因此相对较低的压力在其顶侧上较为明显，结果就是产生升程。

因此，如果气流进入会聚部507，则所述气流就会被聚集并且加速，这是由于会聚部507的减小横截面积。

其原因在于，在单位时间内通过风力涡轮机1的进口开口101进入会聚部507的气团等于在相同单位时间内在会聚部507的端部处离开的气团。为了在最小摩擦损失、空气阻力和内部气体摩擦的情况下在相对较短长度的会聚部507的情况下实现气流的显著加速，需要均匀且受控的加速。已知的事实是气流的速度或者方向的任何突变都会导致能量损失。为了减小或者防止这种损失，会聚部507必须具有精确限定的最佳形状和比例，其容许气流以线性相关性进行加速。会聚部507尤其被设计为使得其横截面积在10°的空气动力系数下以预定相关性减小。这容许气流进行均匀且有序地加速。

静压和动压的总和保持恒定。动压可以被看作是在与移动气团碰撞时的惯性减去风压。由于气流在会聚部507中的加速，所以动压增加，并且静压减小(参照图3b)，其中，其总和保持恒定。会聚部507中的静压的下降确定气流的移动，并且抛物曲线确定其加速度。静压的下降会导致空气密度的下降。因此，加速的空气膨胀。

由于气流在会聚部507中的较大加速，所以生成了具有高速和非常高的动压的“微型龙卷风”。高速和高动压的组合生成的能量是标称气流的能量的数倍多。具体地，气流的可用动能与所述气流的速度的三次幂成比例。气流的速度的加倍因此会使可用动能增加8倍。

在经加速的气流已经穿过会聚部507的端部之后，会在发散部509中生成呈短膨胀通道的形式的湍流空气漩涡。该效果同样可以被比作“微型龙卷风”。湍流空气漩涡似乎就是空气的稀释并且导致后定子905下游的发散部509中的静压的下降。这是具有高流速和低线性进口速度的螺旋状空气漩涡。经稀释的空气在此按照试图收缩的张紧弹簧的形式起作用。发散部509中的静压的湍流下降会生成会聚部507的端部上游和下游的静压差，这会生成附加出口能量。

经加速的但极大地稀释的气流被引导通过发散部509。在与环境空气、大气压力、以及标称密度和速度碰撞时，所述气流会收缩至标称密度并且在出口开口103下游的几米内将其速度减缓至标称风速，其中，所述气流采用大气的各个参数。该大规模收缩使得气流能够穿过出口开口103到达相对较高压力的环境中，而不会引起抑制效果。

动压一直增加至会聚部507的端部并且其后由于速度的逐渐降低且由于发散部509中的空气密度的逐渐降低而快速地减小。因此，具有转子901的工作涡轮9被布置在会聚部507的端部处以便将气流(呈螺旋形式)转换为机械转矩。

为了实现甚至更好的结果，借助细长螺旋状载体肋7按照均匀且受控的方式将气流的线性移动转换为螺旋状旋转移动，该细长螺旋状载体肋7被紧固在会聚部507中。尤其，有利的是按照均匀且受控的方式使气流的线性移动加速并且将其转换为螺旋状移动以便防止或者最小化惯性的损失。因此，实现了改进的空气动力系数。经加速的气流优选地成直角被引导到转子901或者转子叶片9011上。这又会增加所生成的能量。具有高切向速度但减小的轴向速度的螺旋状湍流空气漩涡被引导通过发散部509。该效果也可以被比作在发散部509中且并未在其外围处生成的“微型龙卷风”。

局部气流至机械转矩的转换(其由会聚部507中的气流的加速连同其直线移动至螺旋状移动的转换以及在转子901的下游的强劲湍流空气漩涡或者静压下降的生成组成)容许用风力涡轮机1的显著更加紧凑的结构来聚集转子901的高输出功率，即使是在低标称风速的情况下也如此。因此，用高频率的工作涡轮9生成高机械转矩会产生显著水平的输出功率，该输出功率被进给至发电机303。因此，即使用低标称风速，也能够使根据本发明的风力涡轮机1进行操作。

会聚部507的空气动力学并非是不重要的。其是基于平行导向通道的空气动力学。借助会聚部507或者会聚部5071、5073，将进入的气流划分为相同的平行气流，该相同的平行气流又按照精确方式被引导和加速使得其在前定子903的上游再次按照聚集方式合并在聚集区5075中并且被引导至转子901。

风力涡轮机1比常规风力设备更紧凑、更轻且更便宜。其在同时缺乏上临界速度的情况下展现出对风速的高敏感性。与常规风力设备的大约34％的平均容量相比，一年内的平均容量为最大功率的70％至80％。与常规风力设备形成对照，根据本发明的风力涡轮机1在其紧密坐落在一起的情况下不会影响彼此。因此，能够使多个风力涡轮机1定位在一个桅杆13上，即是说，能够用低成本生成更多功率。各单个桅杆13可以在风电场中更紧密地定位在一起。本发明表明，根据本发明的用于生成大量电能的风力涡轮机1可以用明显更低的初始投资来生产。

附图标记列表

1风力涡轮机

101进口开口

103出口开口

3内本体

301圆柱形主体

303发电机

305齿轮箱

307整流罩

309圆柱形主体301的直径减小部

5外本体

501外壳套

503漏斗部件

503a、503b漏斗部件

505球形盖子部件

507会聚部

507a、507b

局部会聚部

5071会聚部

5073会聚部

5075聚集区

509发散部

511排放通道

513闭合装置

7载体肋

7a、7b载体肋

71载体肋

71a、71b载体肋

73载体肋

73a、73b载体肋

9工作涡轮

901转子

9011转子叶片

903前定子

9031导向元件

905后定子

9051薄片

11补偿环

13桅杆

15机舱

17工作平台