[发明专利]流体重新引导结构

说明书

一种流体重新引导结构包括具有上游端、下游端和旋转轴线的刚性体，所述刚性体包含多个槽，每个槽绕所述旋转轴线从位于所述上游端处的尖端螺旋到所述下游端，且所述槽相对于所述旋转轴线张开，从而靠近所述下游端引导入射流体沿所述槽远离所述旋转轴线。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.119(e)要求2014年8月5日提交的美国临时专利申请No.62/033,331的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

发明领域

本发明总的涉及涡轮机和螺旋桨，更具体地涉及用于涡轮机或螺旋桨的流体重新引导结构。

背景技术

用于从旋转运动发电的水平轴线风力涡轮机通常包括一个或更多个转子叶片，每个转子叶片具有从水平轴向外延伸的空气动力学形体，该水平轴由风力涡轮机机舱支撑并在风力涡轮机机舱内旋转。转子叶片是适合于横穿流体环境的结构的示例，其中，环境主要是环境空气。机舱被支撑在从地面或其它表面延伸的塔架上。入射在转子叶片上的风施加压力，从而通过使轴旋转来致使转子叶片移动，其中转子叶片绕该轴的水平旋转轴线从该轴延伸。该轴则与发电机相关联，如众所周知的，发电机将轴的旋转运动转换为用于传输、存储和/或立即使用的电流。水平轴线风力涡轮机通常是众所周知和容易理解的，但是期望的是改善其运行，以提高功率转换的效率及其总体运行特性。

即使在低速度下的入射风也会导致转子叶片非常快速地旋转。如会很好地理解的那样，对于给定的旋转速度，转子叶片的线速度在其根部(即靠近轴的转子叶片的那一部分)的区域中是最低的。类似地，转子叶片的线速度在其翼尖(即远离轴的转子叶片的那一部分)的区域中是最高的。特别是，在较高线速度下，当转子叶片沿其旋转路径快速“切”过空气时，转子叶片的各方面会产生显著的空气声学噪音。这种噪音会令在现场附近的人和动物非常不舒服。然而，噪音也可以是运行没有效率的指示，并且最大翼尖速度实际上可能受到这种低效率的限制。

水平轴线风力涡轮机包括至少两个且通常是三个转子叶片。转子叶片的总掠过路径被认为是在该平面中可用于风力涡轮机的总动能的度量。现有的风力技术能够仅提取一部分的入射风的动能。从风中提取的动能的最大理论值(其被称为贝兹(Betz)极限)在1919年由阿尔伯特贝兹(Albert Betz)根据被称为贝兹定律的原理证实。根据贝兹定律，风能动能提取的最大性能系数(Cp)，即贝兹极限为59.3％。

现有的风力技术实际上具有比贝兹极限低得多的Cp。风力涡轮机的效率近年来一直在提高，主要是通过转子叶片设计上的改进。然而，一些初始研究已经开始探索入射在转子叶片行进的平面的前方的中央轮毂部分中的风的利用，以提高效率和产量并减少噪音排放。

在转子叶片所附接的中央轮毂前方的那一部分可以被鼻锥体(nose cone)覆盖或可以不被鼻锥体覆盖。鼻锥体通常用作风力涡轮机的轮毂的保护罩。迄今为止，鼻锥体通常不构造用以辅助风力涡轮机的轴的旋转或者以任何方式作用以产生能量。为此，共识是，转子叶片的总掠过路径被认为是在该平面中可用于风力涡轮机的可能的动能的度量，并且在风力涡轮机轮毂上游的风的动能目前未得到充分利用。

Orbrecht等人的欧洲专利申请No.EP2592265公开了一种用于风力涡轮机的功率产生自旋器。该申请描述了翼型延伸的区域，该区域在连接在轮毂区域处的转子叶片的根部区域上，以及逆风翼型部分，该逆风翼型部分被设置在风力涡轮机的每个叶片的内侧部分的逆风方向；该风力涡轮机具有绕旋转轴线通过轮毂相互连接的多个叶片。该专利申请还描述了功率产生自旋器通过增加对流过功率产生自旋器的空气的轴向诱导并将在外侧的空气流引导到叶片的空气动力学有用区域而提高风力涡轮机的效率的能力。

Herr等人的美国专利No.8,287,243公开了一种风力涡轮机的自旋器。内转子部分中的空气流可能经过风力涡轮机的转子而没有用于产生能量。圆柱形的自旋器使风绕转子叶片根部偏转，使得现有的风力涡轮机的效率提高。