[发明专利]涡轮机增强系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮机增强系统和一种用于增强或改进风轮机的功率输出和/或效率的方法，具体地涉及一种被设计为调节流过涡轮机的风以减小湍流和/或增加风的压力和/或速度的系统和方法。

背景技术

在现今全球变暖的环境和环境意识中，可再生能源正变得越来越重要，岸上的和离岸的风轮机都是可再生能源的最好建立形式。虽然已经证明风轮机是用于产生电能或其它形式的能量的可行选择，但是它们确实具有它们的局限性。风轮机的一个主要问题是被称为“贝兹极限(Betz limit)”的现象，其决定了风轮机的性能的最大极限。这由涡轮机的转子上的压降产生，其中，叶片正后方的空气处于低于大气压的压力，而叶片正前方的空气处于高于大气压的气压。涡轮机前方的这种升高的压力使涡轮机周围的一些风或上游空气转向，从而对能够由涡轮机获得的工作量造成限制。

然而，由于波动的风速，在大多数商业风轮机中难得达到此贝兹极限，当使用风轮机时，风速是另一个缺点。无法保证风速，因此由风轮机产生的功率是不稳定的，并且，当供电以用于消耗时，这明显地会带来问题。结果，通常必须仔细选择风轮机所处的位置，在具有较高盛行风速的区域中选择位置，通常也选择中等海拔的位置。还优选地，使涡轮机的叶片位于离地面一定高度处，因为高处的风速通常较高，这是地平面处受到的阻力和高处的空气具有较低粘性的结果。然而，不管高度如何，在固体本体(例如，涡轮机叶片)上的气流中，湍流是形成增加的阻力和热传递的原因。因此，在这种应用中，并且，在此情况下的风轮机中，流过叶片的空气或“风”的湍流越大，从风到涡轮机叶片的能量传递的效率越低。

德国专利申请DE4323132公开了一种喷射式风轮机(JWT)，其通过环形(环状)喷嘴而利用风的动压力(总压力、皮托压力、风筒压力、驻点压力)，这些喷嘴布置在转子上游的圆形平面中，以使进入的风加速，并通过使进入的风本身通过这批喷嘴而以恒定的角度将风引导到转子叶片上。

英国专利申请GB2297358公开了一种用于根据流入系统中的空气或水的冲压效应而产生电能的涡轮机系统。该冲压效应迫使空气进入进气口2和外壳3中。然后，空气流入闸门单元9的相对的扇形开口中，并流入固定的导向叶片单元7中，该导向叶片单元引导空气平稳地进入涡轮机叶轮6的叶片通道中，该涡轮机叶轮与闸门单元9一起旋转，因为它们被锁(key)在轴8上。在接合的发电机5中产生功率，该发电机可为电池充电或驱动电机。

英国专利申请GB2230565公开了一种轴流式风轮机，其包括外壳(a)、定子叶片(c)、转子叶片(d)及发电机外壳(e)。由于空气流到外壳外部，环形盘部分(g)在装置下游产生低压。

本发明的目的是，提供一种用于改进风轮机的效率的可替代系统和方法，本系统相对易于制造和操作，并且本系统优选地适于装配至新的风轮机，但也适于改进现有的风轮机。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种涡轮机增强系统，其包括用于以调节流过涡轮机的叶片的第二流体的方式将第一流体喷入涡轮机的上游第二流体流中的喷射器。

优选地，本喷射器适于从此进行至少一次喷射第一流体。

优选地，本增强系统包括用于向喷射器供应第一流体的装置。

优选地，本供应装置布置为从远离涡轮机的上游第二流体流的位置向喷射器供应第一流体。

优选地，本喷射器包括与供应装置流体连通的入口、以及由此将第一流体喷入上游第二流体流中的出口。

优选地，本喷射器的形状和尺寸构造为使流过其中的第一流体加速。

优选地，本喷射器适于提供越过涡轮机的叶片的目标扫掠区域(sweep area)的事先设计好的速度分布图。

优选地，本喷射器包括喷嘴的至少一个阵列。

优选地，本喷射器包括可位于距离涡轮机的第一距离处的喷嘴的第一阵列、以及可位于距离涡轮机的第二距离处的喷嘴的第二阵列。

优选地，本喷射器适于调节流过叶片的目标扫掠区域的第二流体流。

优选地，至少一些喷嘴包括空气感应喷嘴。

优选地，本供应装置包括风扇和电机。

优选地，本供应装置包括从风扇延伸至喷射器的管道。

优选地，本管道包括用于喷射器的支撑物。

优选地，本增强系统包括适于使喷射器能够安装至涡轮机的接合器(coupling)。

优选地，本接合器适于使喷射器能够以允许喷射器跟随涡轮机的一组叶片的方式相对于涡轮机进行位移。

优选地，本供应装置适于由涡轮机供以动力。