[发明专利]具有可控叶片的横向轴流体涡轮机

说明书

相关申请

本申请要求享有2008年9月26日提交的美国临时专利申请第61/100,269号的优先权，本文在此引用其内容作为参考。

联邦政府资助研究：不适用。

序列号或程序：不适用。

技术领域

本发明涉及流体中的涡轮机，具体地说涉及具有位于与流体流动方向垂直的平面上的旋转轴的涡轮机。

背景技术

在人类悠久的历史中，流动流体的动能用于帮助灌溉和进行农业耕作。为在流动水和风力中获取能量而发展出水轮和风力发动机。由于产生了越来越多的复杂技术，构造出许多类型的机器，而这些机器一般称之为涡轮机。

通常，具有与流动方向平行的旋转轴的涡轮机称为轴流式涡轮机，而那些具有位于横平面(即，垂直于流向的平面)的旋转轴的涡轮机称为横轴式涡轮机。

分别取决于涡轮机旋转轴的方向，涡轮机还可描述为水平轴式或垂直轴式涡轮机。

涡轮机也可根据用于从流动流体中获取能量的工作原理进行分类。如果通过升力向旋转轴提供能量，所述的涡轮机为升降式涡轮机。类似地，如果利用的是曳力，涡轮机则为曳力型涡轮机。还有可利用升力和曳力两者的混合式涡轮机。

对于流体涡轮机的实际应用，至少需要满足以下几种要求：

1.低成本的设备制造；

2.低成本的设备运输；

3.低成本的现场施工和安装；

4.低成本的维修；

5.高的能量获取与总成本的比率；

6.涡轮机或涡轮机系统的能量获取能力可设计成适应局部地形和环境条件；

7.操作层流和紊流流体流动的能力；

8.低流速时的自启动能力；

9.处理高流速而不损害系统的能力；

10.全天候的全年连续工作能力；

11.相对于涡轮机占地面积(foot print)的高能量获取率；

12.相对于面向流动流体的涡轮机外露正面投影面积的高能量获取率；

13.相对于涡轮机占地面积的流动流体的高度外露面积；

14.工作过程中的低噪音标准；和/或

15.包括生态变化和对生物体产生危害的低环境影响。

一些横向轴风力涡轮机机，例如美国专利US4,113,408、US4,186,313、US4,822,239、US5,195,871、US6,853,096和US6,619,921；德国专利申请公开号DE 10 2005011 501A1；中国专利申请公开号CN101021203A；PCT国际申请公开号WO2006/041464；以及欧洲申请公开号1541866提出了各种根据流向控制旋转的叶片。

可以看到，对于能够对已有的流体涡轮机做出一些改进并且满足上述一个或多个要求的流体涡轮机存在持续的需求现有。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在流体中的实用的横向轴涡轮机及涡轮机系统。

本发明的另一目的在于提供一种改进的横向轴流体涡轮机。

本发明的又一目的在于提供一种装置来改变和控制流体涡轮机叶片上的曳力(drag)，或叶片对于流动流体的有效外露面积。

本发明的再一目的在于提供一种流体涡轮机的适当支撑结构，以提高或改进从流体流动中提取能量的效率。

根据本发明的一项实施例，其提供一种具有至少三片叶片的横向轴涡轮机，所述叶片以径向且可旋转地与转子轴连接。可调整叶片相对于其自身纵向轴的角度位置，以便增加或减少叶片上需要的曳力。具体地说，可适当地调整叶片相对于其自身纵向轴的角度位置，以更随流体流动方向的改变。叶片角度位置的调整可由安装在转子轴内部的机构完成。这些特有的特征可提高涡轮机在流动流体中捕获能量并将能量转化为由旋转的转子轴传送的扭力的能力。

多个这样的叶片可结合在共同的转子轴上，以形成涡轮机组装体。这种组装体可在流动流体中提供捕获能量的较大截面以及提高系统的效能。

涡轮机组装体还可安装在具有多棱柱形的开式机架结构的内部。该结构能够使涡轮机组装体进一步结合在一起，以形成较大的设备来捕获流动流体中的能量。墙式结构的涡轮机可通过并排连接组装体并将其堆叠成大的自立平面结构而构成。

参照附图以及以下的说明，将能更好地理解本发明，而且本发明的内容将显而易见。

附图简要说明

除非另有所指，用于描述涡轮机的术语是指位于垂直轴上的横向轴涡轮机。

图1所示为本发明流体涡轮机的实施例的立体图，其中所述涡轮机具有在同一平面上形成一平面层的三个叶片；

图2所示流体涡轮机的俯视平面图；