[发明专利]多涡轮气流增强发生器

说明书

技术领域

本发明主要涉及风力动力，而更准确地，涉及以产生动力为目的的气流风通道获取和气流加速。

背景技术

本领域中公知的是，使用适合设计和配置的涡轮转子，以响应于气流而提供转动惯量输出。不过，特别用于风能转化的现有技术中的涡轮，由于其通常可用的低速风力转化而受限于其效率。

许多风动涡轮用于其中安装多叶片转子的风车，从而使其围绕基本平行于地面的轴线旋转。叶片直接暴露于风而没有任何装置将其封装。随着风吹过每个叶片的上方和下方，压力差导致叶片围绕轴线转动。这种旋转带动了产生动力的齿轮。由这些水平转子所产生的动力或能量的大小，取决于许多因素，其中一个最重要的因素在于转子扫过的面积，或者换句话说，即叶片的长度。因此，采用最通常的形式，塔仅可容纳单一的转子和发生器。即使这些转子达到最大效率，也只能让百分之五十多的风通过。应该注意的是，必须保持一定流量通过转子，以便总是产生动力，不过，当前的涡轮的效率不尽如人意。来自风的动力的公式中包括速度的三次方。通常的风车并不对风进行加速以利用这种三次方效应。

其它相关领域的涡轮通过采用收集器来试图利用增加的速度因子，所述收集器具有的半径大于转子后端，并且变窄至几乎等大于转子。收集器获取、聚集并加速比通过无遮蔽转子更多的朝向涡轮的风。将涡轮和收集器组合，可减小转子的必要尺寸。收集器允许在更大的风向范围内进行收集，并可以显著降低对摆动能力的依赖性。在收集器的半径朝向转子而减小处的角度或表面曲度对于转子中心或外端处风速的影响，尚未进行较好的阐释或研究。另外，因为需要减小在转子处的静压力来加大通过(并产生动力)的风速，因此单独的收集器并不增加产生的动力。

一些相关领域的涡轮定位在后方延伸有散流器的遮蔽物中。所述散流器的半径随着远离转子而增大。随着风通过转子，在窄路处由于其向出口渐进所致的压力恢复而形成负压。负压吸引更多的空气通过涡轮，并进而产生了与同样尺寸的无遮蔽涡轮相比更多的动力。

由散流器通过涡轮而吸引的风量由公知的边界层分离所影响。这种现象发生在散流器的内表面附近，在该处，风“分离于”或者不紧靠所述内表面，从而有可能减小理论上的动力增加。相关技术已通过采用沿着散流器外侧并穿过散流器的入口狭槽的自由风的切向注入而获得额外动量，来解决这种低效率。根据散流器壁相对于水平面的尺寸和角度，可采用不止单个的狭槽。通过增加狭槽以解决边界层分离，可以增大散流器内表面延伸的角度，并且可实现长度的进一步减小，从而减小了早期散流器设计所需要的长度。

更近的相关技术组合了收集器、遮蔽物和散流器。除了增大无遮蔽涡轮上的动力外，这种组合缩短了涡轮进入运行(cut-in)的时间，从而在较低风速下进行能量转化。

传统的研究学派包括使用大质量的很长的转子，因而使散流器和收集器变得昂贵且笨重。因此，已经完成研究以测试，如果所测试的散流器的后缘处于或者接近于地面，则是否将会减少给定散流器配置动力增加。这些研究表明，当地平面接近后缘时，显示出动力增加，而不存在动力减小。进一步的研究表明，可使用散流器入口上的前端和转子中心前方的抛物线前端锥体来改进经叶片平面的速度。

迄今为止没有一项相关技术解决了大涡轮所经受的问题。例如，关于塔结构的费用和尺寸。该塔必须较高以支撑涡轮，并且由于涡轮的重量，所述结构必须均衡牢固并被装备以抵御风剪切力。

另外，相关技术大多采用单一的转子，如果转子失效，则不产生动力。最终，虽然已经尽力增大涡轮动力，却看来并未致力于实际使用更多的通过转子叶片的风量。

更近地，相关技术已经考虑使用封装有竖直堆叠的小转子的多个模块。这种配置需要更少的占地面积，并且提供了备用，使得一个转子的失效不会中断产生动力。具体而言，这种配置采用环形加速器转子平台系统，其通过将在风路径上设置障碍物来发挥作用，该障碍物导致空气围绕其加速。于是，转子被放置在局部速度最高的区域中。使用多个这样的转子，相对于在自由流动过程中转子基本上增大了系统动力输出。所述系统使用环形室的内部，其中具有的一对转子安装在半圆通道中并且以180度分开，从而使两个转子均面向风。然后，环形模块彼此依次堆叠。所述转子在通道内面向风而自由摆动。

本发明与上述参考发明及其它类似发明的不同之处在于，这些现有技术的装置通常每个塔使用一个涡轮，并且依赖于非常大的转子扫过面积。虽然由于使用收集器和散流器增大风力而实现了很大进步，不过，即使模块类型采用了较小的转子，也仍然只是允许超过一半的风量(及其动力)不受阻碍且不受控制地通过转子。