風力渦輪機以及使用風力渦輪機導向流體流的方法技術

本發明專利技術涉及一種風力渦輪機以及一種使用風力渦輪機導向流體流的方法。該風力渦輪機包括：框架，該框架包括環形上導向裝置和環形基部導向裝置；以及環形轉子組件，該轉子組件包圍中央空間，所述轉子組件包括多個轉子輪葉，每個轉子輪葉在所述上導向裝置和所述基部導向裝置之間保持就位。

【技術實現步驟摘要】
風力渦輪機以及使用風力渦輪機導向流體流的方法本專利技術申請是申請號為201080067816.6(PCT申請號為PCT/SG2010/000314)、專利技術名稱為“豎軸渦輪機”、申請日為2010年8月26日的申請的分案申請。
本專利技術涉及一種動力產生設備和方法，具體地說，本專利技術涉及但不限于利用來自自然和/或可再生流體能源的能量轉換成電力、扭矩或其他有用的動力形式的綠色能量技術，諸如風力渦輪機或發電機。更具體地，本專利技術涉及一種風力渦輪機以及一種使用風力渦輪機導向流體流的方法。
技術介紹
自從古代就已經利用風能來給機器提供動力。從那時起，利用更綠色和可再生源(諸如風力)產生動力的需要已經變得越來越急迫，并且為了產生電力而研發了風力渦輪機。盡管如此，就商業角度來說，風電很少獲得成功，這是因為風力的供應隨著時間和地理而具有可變性。通常，在恒定高風速區域中運行的風力渦輪機往往在商業上更可行，但是這樣的場所很少。為了在不同的場所和應用中使用已經研發了不同的風力渦輪機設計。例如，根據風向輪葉的葉片是否圍繞水平或豎直布置的軸的軸線旋轉而可以將風力渦輪機分類。水平軸風力渦輪機(HAWT)由于它們往往更高效而獲得了更為普遍的應用：這是由于葉片旋轉方向與風力流動方向垂直，使得它們在旋轉期間通過整個周期來接收能量。它們也遭受一些缺點，特別是在塔和葉片的舷弧高度、尺寸和重量，這使得安裝、操作和維護都極其昂貴。它們還需要仔細地定位在風力中，在風力速度和方向發生變化的情況下它們可能無法很好地工作。這種風力渦輪機在視覺上以及對任何野生動植物、對無線電信號的傳輸還具有潛在破壞。豎軸風力渦輪機(VAWT)固有地效率較低，這是由于葉片在其被向前“吹動”的旋轉周期期間的僅一部分從風力接收能量。對于該循環的大量剩余部分，葉片在基本迎著風力流動方向的方向上旋轉。這可以與其中風能通過葉片在其整個周期中都被捕獲的HAWT形成對照。下面將對此進行更詳細的描述；這里，只要說當轉子葉片經歷其周期時由于轉子葉片行進到風中時的阻力而使得從風力捕獲的大部分能量通常都損失了就已足夠。盡管如此，VAWT具有能夠從低速和變化更大的速度的風中收獲動力的優點。它們往往更小更輕，并且能夠以更低的高度布置，從而使得顯著性、安裝和維護成本降低。這允許在更多種地方使用VAWT。由于VAWT在其他方面的有利特性，已經努力改進VAWT的效率。舉例來說，US2007/0241567描述了使用導向件將風偏壓或引導到轉子葉片上，無論風向如何，這都增強了渦輪機在各種地方的使用。由法國的GualIndustrie以“StatoEolien”的名義出售的可商業獲得的VAWT(http://www.gual-statoeolien.com/English/defaultang.html)包括類似的導向裝置。盡管這有助于增加可用風力對轉子葉片的作用，但總體輸出效率仍然較差，這是因為在葉片周期的稍后階段期間當葉片克服風力沿著原路返回時由葉片捕獲的風能稍后被“放棄”。如可能預見的，這是嚴重影響渦輪機發電效率的因素，特別是在采用VAWT的低風速地區，在這些地區任何這種損失都會被特別敏銳地感覺到。提高風力渦輪機特別是VAWT的效率將是令人期望的。
技術實現思路
根據本專利技術的第一方面，提供了一種用于導向與轉子一起使用的流體流的導向設備，該轉子包括環形徑向輪葉組件，該環形徑向輪葉組件包圍借助于該輪葉組件而被封閉保護的中央空間并且被布置成圍繞豎直軸旋轉，該導向設備包括遮蔽件，該遮蔽件在使用過程中用于引導流體沿著與轉子相同的方向在所述中央空間內基本圍繞所述豎直軸循環。通過不僅管理氣流到渦輪機內的進入，而且還管理氣流在所述渦輪機內的運動以及氣流從所述渦輪機的退出，能夠在VAWT內減少所產生的湍流和阻力的水平，特別是在背離來風的正面高壓沖擊的區域內。使氣流在與轉子運動相同的方向上循環，通過引導氣流流過徑向轉子布置內的中央空間的不同區域，有助于減小產生逆著期望轉子方向的背向力的阻力水平。在另外的實施方式中，以氣流推動在轉子的輪葉上的方式將氣流從所述轉子和渦輪機導出，從而兩次從風獲得能量：一次在迎風側(當空氣流入渦輪機時)以及當空氣退出渦輪機時。根據本專利技術的第二方面，提供了一種風力渦輪機系統，該風力渦輪機系統包括轉子，該轉子包括圍繞中央空間的環形徑向輪葉組件，并被布置成圍繞豎直軸旋轉，該轉子操作地連接至本專利技術的導向設備。根據本專利技術的另一方面，提供了一種導向與轉子一起使用的流體流的方法，該轉子包括環形徑向輪葉組件，該環形徑向輪葉組件包圍借助于該輪葉組件而被封閉保護的中央空間并且被布置成圍繞豎直軸旋轉，該方法包括引導流體在與轉子相同的方向上在所述中央空間內基本圍繞所述豎直軸循環。本專利技術包括如下技術方案：1.一種風力渦輪機，該風力渦輪機包括：框架，該框架包括環形上導向裝置和環形基部導向裝置；以及環形轉子組件，該轉子組件包圍中央空間，所述轉子組件包括多個轉子輪葉，每個轉子輪葉在所述上導向裝置和所述基部導向裝置之間保持就位。2.根據技術方案1所述的風力渦輪機，其中所述上導向裝置和所述基部導向裝置中的至少一個包括導軌。3.根據技術方案1所述的風力渦輪機，所述風力渦輪機還包括把所述中央空間夾在中間的覆蓋物。4.根據技術方案1所述的風力渦輪機，其中每個轉子輪葉在所述轉子組件內相對彼此固定就位。5.根據技術方案1所述的風力渦輪機，其中每個轉子輪葉利用泡沫芯部和環氧復合基質外涂層構成。6.根據技術方案1所述的風力渦輪機，所述風力渦輪機還包括同步器，所述同步器用于使每個轉子輪葉的兩端部的轉速同步。7.根據技術方案1所述的風力渦輪機，所述風力渦輪機還包括遮蔽件，該遮蔽件在使用過程中用于引導流體流在與所述轉子組件相同的方向上在所述中央空間內基本循環。8.根據技術方案7所述的風力渦輪機，其中所述遮蔽件被布置成在使用中：將所述流體流從所述中央空間導出；阻止所述流體流在所述中央空間內的流體保持區域處離開所述中央空間，而使所述流體流撞擊在所述輪葉組件上；以及在所述流體流離開所述中央空間時，促進所述流體流在流體排出區域處撞擊在所述輪葉組件上。9.根據技術方案7所述的風力渦輪機，其中所述遮蔽件包括內導向陣列，該內導向陣列被所述轉子組件同心地圍繞。10.根據技術方案7所述的風力渦輪機，其中所述遮蔽件進一步包括同心地圍繞所述轉子組件的外導向陣列。11.根據技術方案9所述的風力渦輪機，其中所述內導向陣列包括多個百葉窗式板條的組件，所述多個百葉窗式板條被布置成使得：所述內導向陣列的所述多個百葉窗式板條中的一些板條在使用過程中被關閉，以阻止所述流體流在所述流體保持區域處離開所述中央空間；并且所述內導向陣列的所述多個百葉窗式板條中的其他一些板條成角度，以促進所述流體流在所述流體排出區域處離開所述中央空間。12.根據技術方案10所述的風力渦輪機，其中所述外導向陣列包括多個百葉窗式板條的組件，所述多個百葉窗式板條被布置成使得：所述外導向陣列的所述多個百葉窗式板條中的一些板條被關閉，以阻止所述流體流借助所述輪葉組件而在所述流體保持區域處離開所述中央空間；并且所述外導向陣列的所述多個百葉窗式板條中的其他一些板條成角度，以促進所述流體流在所述流體進入區域處撞擊在所述輪葉組件上。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風力渦輪機，該風力渦輪機包括：框架，該框架包括環形上導向裝置和環形基部導向裝置；以及環形轉子組件，該轉子組件包圍中央空間，所述轉子組件包括多個轉子輪葉，每個轉子輪葉在所述上導向裝置和所述基部導向裝置之間保持就位。

【技術特征摘要】
1.一種風力渦輪機，該風力渦輪機包括：框架，該框架包括環形上導向裝置和環形基部導向裝置；環形轉子組件，該轉子組件包圍中央空間，所述轉子組件包括多個轉子輪葉，每個轉子輪葉在所述上導向裝置和所述基部導向裝置之間保持就位；以及遮蔽件，該遮蔽件在使用過程中用于引導流體流在與所述轉子組件相同的方向上在所述中央空間內基本循環。2.根據權利要求1所述的風力渦輪機，其中所述上導向裝置和所述基部導向裝置中的至少一個包括導軌。3.根據權利要求1所述的風力渦輪機，所述風力渦輪機還包括把所述中央空間夾在中間的覆蓋物。4.根據權利要求1所述的風力渦輪機，其中每個轉子輪葉在所述轉子組件內相對彼此固定就位。5.根據權利要求1所述的風力渦輪機，其中每個轉子輪葉利用泡沫芯部和環氧復合基質外涂層構成。6.根據權利要求1所述的風力渦輪機，所述風力渦輪機還包括同步器，所述同步器用于使每個轉子輪葉的兩端部的轉速同步。7.根據權利要求1所述的風力渦輪機，其中所述遮蔽件被布置成在使用中：將所述流體流從所述中央空間導出；阻止所述流體流在所述中央空間內的流體保持區域處離開所述中央空間，而使所述流體流撞擊在所述轉子組件上；以及在所述流體流離開所述中央空間時，促進所述流體流在流體排出區域處撞擊在所述轉子組件上。8.根據權利要求1所述的風力渦輪機，其中所述遮蔽件包括內導向陣列，該內導向陣列被所述轉子組件同心地圍繞。9.根據權利要求1所述的風力渦輪機，其中所述遮蔽件進一步包括同心地圍繞所述轉子組件的外導向陣列。10.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其中所述內導向陣列包括多個百葉窗式板條的組件，所述多個百...

【專利技術屬性】
技術研發人員：該·安德魯·瓦氏，
申請(專利權)人：該·安德魯·瓦氏，
類型：發明
國別省市：新加坡;SG