性能增强的可配置多用途横流风力涡轮机制造技术

一种风力涡轮机转子，包括轴、围绕所述轴以规则间隔设置的多个主叶片、以及围绕所述轴设置在所述多个主叶中的主叶片之间的多个二级叶片。所述多个二级叶片中的每个二级叶片小于所述多个主叶片中的每个主叶片。于所述多个主叶片中的每个主叶片。于所述多个主叶片中的每个主叶片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】性能增强的可配置多用途横流风力涡轮机
相关申请的交叉引用
[0001]本申请主张2020年8月10日提交的美国临时申请第63/063,955号的权益，所述申请以全文引用的方式并入本文中。


[0002]本公开涉及可再生能源领域，更具体地说，涉及设计用于横流或横向轴流应用的风力涡轮机。

技术介绍

[0003]风力涡轮机可以很容易地部署在特定位置，在这些位置，风力涡轮机产生的电力可以直接在部署地点使用、直接引入电网或存储在能量存储系统中。风力涡轮机还可以为当地微电网提供服务，为多个设施提供服务。因此，风力发电在许多情况下都是理想的替代能源。
[0004]然而，传统的风力涡轮机存在效率低下和低功率的情况。特别是，当风撞击返回叶片时，传统的基于阻力的风力涡轮机效率低下。这种传统的基于牵引的风力涡轮机也已知存在自启动问题。
[0005]因此，需要改进式风力涡轮机。
附图说明
[0006]可以更好地理解本公开，通过参考附图，所属领域的技术人员可以清楚地了解本公开的许多特征和优点。应当注意，提供这些附图是为了帮助理解本专利技术，而不旨在限制在每个附图中具体示出的内容。本专利技术可用于利用与本文所述相同的操作原理的各种配置中。
[0007]图1是示出示例风力涡轮机的局部横截面图。
[0008]图2是示出风力涡轮机转子的示例配置的横截面图。
[0009]图3是示例风力涡轮机转子组件的横截面图。
[0010]图4是示例风力涡轮机转子组件的横截面图。
[0011]图5是相对于轴示出的示例风力涡轮机转子配置的等距三维视图。
[0012]图6是示例风力涡轮机转子的横截面图。
[0013]图7是使用四个主叶片和四个二级叶片的示例风力涡轮机转子的横截面图。
[0014]图8是使用四个主叶片和八个二级叶片的示例风力涡轮机转子的横截面图。
[0015]图9、图10和图11包括示例风力涡轮机系统的图示。
[0016]图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20和图21包括增强装置的示例风力涡轮机系统的图示。
[0017]在不同图式中使用相同的参考符号表示相似或相同的项目。
具体实施方式
[0018]在一个示例中，风力涡轮机使用相互作用的主叶片和二级叶片，以增强风力涡轮机在旋转过程中的性能。增强的性能是通过将二级叶片定位在主叶片内来实现的，以进一步集中并将流过主叶片和二级叶片的凸面和凹面的风力转换成有用的能量。
[0019]描述了一种基于阻力的横流配置，其中使用了示例转子设计来增强风力涡轮机的性能(或功率输出)。通过围绕例如由旋转轴限定的轴线配置具有多个主叶片(或勺)的转子，然后进一步将附加的一组二级叶片定位在主叶片之间，其中二级叶片的位置和形状(或配置)增加了直接从风中捕获附加能量，同时也将附加的风力重定向到主叶片组中。
[0020]在本说明书中，术语“叶片”和“勺”可以互换使用。通常，风力涡轮机的直接与风相互作用的部件被称为叶片。典型的公用事业规模风力涡轮机的叶片是基于箔片或升力的设计。基于阻力的风力涡轮机的叶片通常更呈勺状，但也可以通常也称为叶片。术语“转子”是指围绕轴线的一整套叶片，并且可选地，连接到限定轴线的中心轴或轴上。
[0021]术语“配置”可用于描述单个主叶片或二级叶片的整体形状、尺寸、曲率、深度和角度。同样的配置术语也可用于描述完整的转子，其中转子的配置描述完整的转子，包括独立的主叶片和二级叶片组，每个叶片组具有各自的配置，围绕或连接到中心轴或轴。
[0022]图1表示示例风力涡轮机的局部截面。提供局部横截面图以说明风力涡轮机的操作原理。风力涡轮机可以处于垂直或水平方向。在图1中，示出了部分横截面，其中风向从右侧水平地朝向所述部分横截面。图1中的其它指示器示出了当风与风力涡轮机相互作用并使风力涡轮机旋转时产生的风路径。为了清楚起见，风的相互作用用虚线表示，旋转方向用虚线表示。
[0023]在所述视图中，在所述角度，主叶片101A被示出在凹形表面主要面向风的位置，并承受风力以旋转轴103。在此视图中，轴的旋转方向为逆时针。
[0024]另一主叶片101B在所述旋转点相对于轴的位置。当处于所述位置时，主叶片101B被示出为通过将经过主叶片101A的气流重定向到主叶片101A而作用于主叶片101C。
[0025]二级叶片102A为转子增加了额外的风力捕获表面积，并与主叶片(101A、101B)相互作用，以提高效率。
[0026]当风穿过主叶片101B的顶部时，它部分地被引导到二级叶片102A中，这增加了旋转力矩，也被引导到主叶片101A中，从而进一步增加了旋转力矩。在这种方法中，通过将风能集中到相邻叶片中，同时仍允许一部分风流过转子，围绕每个叶片流动的旁通空气被用于产生积极的效果。
[0027]二级叶片102A通过其定位和配置(或相对于轴的形状和角度)进一步做出贡献，这是因为能够基于进入的风来加速气流，使其在转子的主叶片和二级叶片之间重新定向并轻微压缩。
[0028]在旋转过程中，主叶片和二级叶片在通过直接风力和通过重定向到其它叶片而传递到轴上的总力矩方面发挥交替作用。这种效应被称为“连续循环”，如使用附图2进一步详细描述的。
[0029]图2示出了示例转子的横截面图。再次示出了风从右侧进入，并且示出了具有三个主叶片201A、201B、201C和三个二级叶片202A、202B、202C的转子。
[0030]在旋转过程中，这种转子配置形成了风相互作用的连续循环，提供了多种好处。如
前所述，主叶片和二级叶片都用于向轴提供旋转力矩，同时也将气流集中到与其相邻或几乎相邻的叶片中。
[0031]进入转子的气流既被每个单独的叶片(主叶片和二级叶片)捕获，以将直接力矩传递至轴，也被重定向至相邻叶片。这一效应进一步增加了转子内每个叶片对轴旋转的力矩量。
[0032]虽然图2示出了相对于特定风向处于特定角度的转子，但所述转子的优点不限于任何特定旋转角度或进入风向，例如，如图4中进一步示出的。
[0033]本文所述示例转子配置实现的另一个好处是，当增加横流风力涡轮机中的叶片数量时，减少了通常所称的“返回阻力”。
[0034]如图3所示，示例性转子配置提供了额外的益处，超过了在旋转过程中作用于轴的叶片中的风力集中的连续循环。示例性转子配置提供了屏蔽效应，所述屏蔽效应减少了横流风力涡轮机转子在旋转期间返回风中的部分的返回阻力。传统横流风力涡轮机中的回流阻力效应是此类风力涡轮机性能特性中众所周知的限制因素。
[0035]为了更好地理解返回阻力减少的益处，在这一点上简要描述与增加萨渥纽斯(Savonius)型风力涡轮机叶片数量相关的一些问题可能是有益的。已经发现，增加萨渥纽斯风力涡轮机的叶片数量会降低性能。虽然这似乎违反直觉，但很容易解释。如果主叶片的数量增加，例如从三个增加到六个，则叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种风力涡轮机转子，包括：轴；围绕所述轴以规则间隔设置的多个主叶片；和多个二级叶片，其围绕所述轴设置在所述多个主叶片中的主叶片之间，所述多个二级叶片中的每个二级叶片小于所述多主叶片中的每个主叶片。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机转子，其中所述每个二级叶片的长度在所述风力涡轮机转子的直径的20％至50％的范围内。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机转子，其中所述每个二级叶片的顶点是从所述每个二级叶片的内圆周点沿着所述每个二级叶片的长度的40％至90％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个二级叶片的长度为所述每个主叶片的长度的20％至85％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的风力涡轮机转子，其中沿着从所述轴延伸到所述风力涡轮机转子的外径的半径，所述每个二级叶片的内圆周点为45％至85％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个二级叶片的内周点比所述每个主叶片的内周点离所述轴更远。7.根据权利要求1至6中任一项所述的风力涡轮机转子，其中在所述每个二级叶片和所述每个主叶片之间的出口点处的面积小于在所述每个二级叶片与所述每个主要叶片之间的入口点处的区域。8.根据权利要求1至7中任一项所述的风力涡轮机转子，其中在所述每个二级叶片和所述每个主叶片之间的出口点处的面积在所述每个二级叶片和每个主叶片的入口点处的区域的65％至90％之间。9.根据权利要求1至8中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个主叶片的内圆周点沿着从所述轴到所述风力涡轮机转子的外径的半径为5％至50％。10.根据权利要求1至9中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个主叶片的长度为所述风力涡轮机转子的直径的40％至90％。11.根据权利要求1至10中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个主叶片的曲率深度为所述每个主叶片长度的10％至60％。12.根据权利要求1至11中任一项所述的风力涡轮机转子，还包括设置在所述多个主叶片和所述多个二级叶片之间的多个三级叶片。13.根据权利要求12所述的风力涡轮机转子，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片小于所述多个二级叶片中的所述每个二级叶片。14.根据权利要求12所述的风力涡轮机转子，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片具有所述风力涡轮机转子直径的10％至25％的相对长度。15.根据权利要求12所述的风力涡轮机转子，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片具有所述每个三级叶长度的8％至22％的曲率深度。16.根据权利要求1至15中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述风力涡轮机转子的轴垂直设置。17.根据权利要求1至16中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述风力涡轮机转子的轴水平设置。
18.一种用于发电的风力涡轮机系统，所述风力涡轮机系统包括：发电机；和风力涡轮机转子，包括：机械连接到发电机的轴；围绕所述轴以规则间隔设置的多个主叶片；和多个二级叶片，其围绕所述轴设置在所述多个主叶片中的主叶片之间，所述多个二级叶片中的每个二级叶片小于所述多主叶片中的每个主叶片。19.根据权利要求18所述的风力涡轮机系统，其中所述轴直接机械连接。20.根据权利要求18所述的风力涡轮机系统，其中所述轴使用链条和链轮、齿轮、皮带轮系统、摩擦传动装置、流体传动装置或无级变速器(CVT)机械连接。21.根据权利要求18
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20中任一项所述的风力涡轮机系统，还包括布置在围绕所述风力涡轮机转子分布的固定位置中的多个增强装置。22.根据权利要求21所述的风力涡轮机系统，其中所述多个增强装置中的增强装置是直的。23.根据权利要求21所述的风力涡轮机系统，其中所述多个增强装置中的增强装置是弯曲的。24.根据权利要求23所述的风力涡轮机系统，其中所述弯曲增强装置具有包括抛物线、圆形、椭圆形、双曲线、渐开线曲线或复杂曲线的形状。25.根据权利要求21所...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔恩，
申请(专利权)人：速度风力涡轮机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：