[发明专利]具有流体流转向器的立式涡轮机系统

说明书

技术领域

本发明涉及立式电能发电机，主要涉及具有流体流转向器的立式发电机。所述发电机可用在各种环境中——用在空气或水中。

背景技术

当前技术水平提供了立式风力发电机。立式风力发电机代表最典型的包括立式机架或立轴的变型，在立式机架或立轴上通过装配方式安装转子，然后转子上又设有叶片。

立式风力发电机存在的最具影响的问题之一在于仅一半转子叶片有效工作。另一半转子叶片在与风向相反的方向上旋转，并损耗转子。因此，降低了风力发电机的效率。

为了解决该问题，提供了以下立式风力发电机，其中运动方向与风向相反的部分被风转向器覆盖。因此，风流仅撞击风力发电机的那些有效工作的叶片。

专利号为US4017204的美国专利中描述了此类解决方案，其中抵抗风向转动的转子部分被覆盖。风流被转向至远离涡轮机或转向至涡轮机的叶片在风向上旋转的部分。

存在包括两个涡轮机的立式风力发电机的模型，其中前述的覆盖反向旋转部分的方法是有效的。因此，风转向器位于两个涡轮机前面，放置在其之间。专利号为4156580的美国专利以及专利申请号为JP1193084A的日本专利申请中描述了这种解决方案。

此外，专利号为US7488150B的美国专利中描述了具有成型流入通道的立式风力发电机。风力涡轮上方设置有帆状空气流量转向器，其使经过涡轮机上方的风流转向至涡轮机的上部。该风流垂直于叶片的运动进入，这显著降低了被转向的风流的效率，或甚至将风流完全封闭起来。

专利号为AU2005203573B2的澳大利亚专利描述了包括单个完全密封的立式涡轮机的立式风力发电机。涡轮机在风流入以及流出的部分处是打开。此外，立式涡轮机的上部设置有风转向器，其使空气转向，空气在涡轮机上方垂直于叶片的运动方向流动。由于垂直于叶片进入的风流会使涡轮机的运行减慢，因此预料该风转向器会限制旋转速度。

发明内容

本发明的目的是构建发电机或立式涡轮机系统，利用整个立式涡轮机以进行有用的工作，由此构造更有效的发电机，即效率指数更高的发电机。

该目的通过构造立式涡轮机系统实现，立式涡轮机系统包括这种作为立式涡轮机的主要元件，即用于使流体流转向的前流体流转向器和预期用于使涡轮机后部的流体流转向从而形成次级流体流的后流体流转向器。次级流体流在发电机内的流向与主流体流相反，从而为涡轮机叶片形成附加有用功。

在本发明中，风流或水流表示为流体流。因此，应说明，所述系统能够在空气中作为立式风力涡轮机系统运行，或在水中作为水流涡轮机系统运行。因此，所述系统可用在河流、海洋以及其它可观察水流的水域。

立式涡轮机包括立轴，其上安装有转子，转子上设置有叶片。叶片被构造成能够接收引导至它们的流体流。

立式涡轮机系统包括盖，所述盖安装在涡轮机顶部，至少部分地从上方覆盖涡轮机；此外，立式涡轮机系统内构建有用于使主流体流转向的前流体流转向器。前流体流转向器设置在涡轮机内，并部分地覆盖涡轮机。此外，前流体流转向器被构造成使得主流体流转向至侧面，朝向涡轮机未被覆盖的叶片和盖上方以及涡轮机下方。此外，立式涡轮机系统包括后流体流转向器，其设置在涡轮机后面，并被构造成使得流过盖的流体流转向至涡轮机的后部，从而在涡轮叶片形成次级流。

此外，所述系统包括两个定位成紧挨彼此的涡轮机的变型是可能的。其与具有单个涡轮机的系统的唯一区别在于存在两个涡轮机。双涡轮机系统在某种程度上为单涡轮机系统的镜像视图。

此外，与单涡轮机系统的情况相似，包括两个紧密成对的立式涡轮机的立式涡轮机系统包括设置在涡轮机之上的盖，该盖至少部分地从上方覆盖涡轮机。用于使主流体流转向的前流体流转向器设置在两个涡轮机的前部，并部分地覆盖该涡轮机的每一个。此外，前流体流转向器被构造成使得该主流体流转向至两侧，朝向涡轮机未被覆盖的叶片和盖上方以及涡轮机下方。其还包括后流体流转向器，后流体流转向器设置在该对涡轮机后面并构造成使得流经盖上方的流体流转向至涡轮机的后部，从而在涡轮机叶片内形成次级流体流。

此外，涡轮机的立轴可相对于水平面倾斜0至10度，优选倾斜0至5度。倾斜值由从后流体流转向器流出的次级流体流确定。建议次级流体流与涡轮机叶片的旋转方向平行。

要倾斜的是涡轮机叶片而非涡轮机立轴的变型是可能的。在这种情况下，涡轮机轴与水平面垂直，但叶片倾斜0至10度，优选倾斜0至5度。同样地，在这种情况下，倾斜值由从后流体流转向器流出的次级流体流确定。