[發明專利]具有混合器和噴射器的風力渦輪機

無效

• 申請號: 200880016852.2
• 申請日: 2008-09-23
• 公開（公告）號: CN101730794A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 沃爾特·M·小普雷斯;邁克爾·J·沃勒
• 申請（專利權）人: 弗洛設計風力渦輪機公司
• 主分類號: F03D1/04
• 分類號: F03D1/04
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭會;麥善勇

相關申請

本申請是于2008年3月24日提交的共同在審的實用新型專利 申請No.12/054,050(下文稱“申請人的原申請”)的部分繼續申請， 所述實用新型專利申請要求本申請的申請人于2007年3月23日提交 的美國臨時專利申請No.60/919,588(下文稱“申請人的臨時申請”) 的優先權。申請人在此通過引用將申請人的原申請和申請人的臨時申 請的全部公開內容并入本文。

技術領域

本發明整體涉及風力渦輪機。更具體地說，本發明涉及用于風 力渦輪機的方法

背景技術

風力渦輪機通常包括稱為“轉子”的螺旋槳狀的裝置，該螺旋 槳狀的裝置迎向運動的氣流。當空氣撞擊轉子時，空氣在轉子上產生 的力使轉子繞其中心旋轉。所述轉子通過聯動裝置(例如齒輪、帶、 鏈條或其它裝置)與發電機或機械裝置相連。這種渦輪機用于發電和 為電池充電。這種渦輪機還用于驅動旋轉泵和/或運動的機器零件。 風力渦輪機在大型發電“風電場”中很常見，大型發電“風電場”具 有以幾何圖形排列的多個這樣的渦輪機，所述幾何圖形設計為能夠在 使所述各個渦輪機對彼此的影響和/或對周圍環境的影響最小的情況 下實現最大的功率提取。

當轉子置于與其直徑相比非常寬的氣流中時，轉子將流體功率 轉換為旋轉功率的轉換能力被限制在來流功率的59.3％，該值是已被 證明的理論值，被稱為“貝茲(Betz)”極限，在1926年由A.Betz 所證明。該生產率極限值尤其適用于如圖1A(屬于現有技術)所示 的常規多葉片軸流式風力/水力渦輪機。

已經嘗試使風力渦輪機的性能潛力超過“貝茲”極限。為此， 已經采用過圍繞轉子設置的外罩或管道。參見例如：授予Hi?e?l等人 的美國專利No.7,218,011(見圖1B)；授予de?Geus的美國專利 No.4,204,799(見圖1C)；授予Oman等人的美國專利No.4,075,500 (見圖1D)；以及授予Tocher的美國專利No.6,887,031。適當設計 的外罩使得來流在向管道的中心集中時加速。通常，對于適當設計的 轉子而言，這種提高的氣流速度導致轉子上的作用力增大，并繼而導 致功率提取水平提高。然而，常常發生轉子葉片由于更強的風造成的 剪切力和張力而斷裂的情況。

據稱有兩倍于貝茲極限的值的記錄，但未經證實。參見Igar，O.， Shrouds?for?Aerogenerations，AIAA?Journal，October?1976，pp. 1481-83；Igar&Ozer，Research?and?Development?for?Shrouded Wind?Turbines，Energy?Cons.&Management，Vol.21，pp.13-48， 1981；還參見AIAA?Technical?Note，題目為“Ducted?Wind/Water Turbines?and?Propellers?Revisited”，作者為本申請的申請人(“申 請人的AIAA?Technical?Note”)，并已被同意公開。可以在申請人 的信息公開聲明中找到上述文件的副本。然而，其權利要求未經實際 驗證，并且現有的試驗結果不能確定這種進步在實際風力渦輪機應用 中的可行性。

為達到更高的功率和效率，需要使外罩和轉子的空氣動力學設 計與不時地處于高度變化狀態的來流流體流的速度緊密匹配。這種空 氣動力學設計考慮對于氣流渦輪機對其周圍環境產生的后續影響以 及風電場設計的生產率水平來說也非常重要。

噴射器是眾所周知并已經得到驗證的流體噴射泵，其將流體抽 吸到系統內，從而提高通過該系統的流速。混合器/噴射器 (mixer/ejectors)是短小緊湊型的噴射泵，這種噴射泵相對而言對 來流狀態不敏感，并被廣泛用于流速為近音速或超音速的高速噴射推 進應用。參見例如授予Walter?M.Presz，Jr博士的美國專利 No.5,761,900，其中也在下游使用混合器，從而在減小排放噪音的同 時提高推力。Presz博士是本發明的共同發明人。