[发明专利]可膨胀的风力涡轮机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月8日提交的美国临时专利No.61/191358的优先权。该临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，具体地说，涉及使用可膨胀部件的系统。

背景技术

用于发电的常规的风力涡轮机通常具有2-5个呈螺旋浆状设置的打开的叶片，叶片安装在与驱动发电机的齿轮箱相连接的水平轴上。这种涡轮机通常被称为水平轴风力涡轮机或者HAWT。尽管HAWT已经得到广泛的应用，但是其效率没有达到最佳。具体地说，在从经过涡轮机的风中获取势能的过程中，效率不会超过59.3％的贝兹极限。

常规的风力涡轮机具有三个叶片，并且通过由计算机控制的电动机取向或指向风。这些涡轮机典型地需要60至90米高的支撑塔。这些叶片通常以大约10至22转/分钟的转速旋转。尽管在一些设计中环形发电机可以被直接驱动，但是通常利用齿轮箱来逐步提高驱动发动机的速度。一些涡轮机以恒定的速度操作。然而，可以通过采用变速涡轮机以及使涡轮机与发电机相接合的固态能量转换器来采集更多的能量。

HAWT的构造和操作均存在一些问题。难以运输高的塔和长的叶片。需要巨大的塔结构来支撑沉重的叶片、齿轮箱和发电机。需要为设备配备非常高且昂贵的起重机以及熟练的操作工。在操作时，HAWT需要附加的偏转控制机构以将叶片转向风。HAWT典型地存在对翼的大角度冲击，该大角度冲击在风流中不会对翼提供可变的变化。HAWT难以在近地面处或者在紊流风中操作。在发动机舱和叶片上所结的冰可能导致电力的减少和安全问题。高的HAWT可能影响机场雷达。该高度还使HAWT在大的面积里突兀地可见，破坏风景的外观并且有时候会引起当地人的反对。最终，顺风方向的变型(downwind variant)遭受因紊流而引起的疲劳和结构损坏。

期望减小风力涡轮机的重量和尺寸。

发明内容

本发明描述了一种重量和尺寸均减小的风力涡轮机。具体地说，风力涡轮机包括具有可膨胀部件的外罩和/或喷射器。这种风力涡轮机更轻。膨胀的外罩和/或喷射器使涡轮机可以改变其空气动力学形状以适应流体流动的变化。其还允许对涡轮机主体提供坚固度较低的支撑，并且其还允许膨胀部分在因恶劣的天气条件而产生的需求下收缩并储存起来。涡轮机的膨胀部分不主动旋转以辅助能量提取或发电。

实施例披露了一种风力涡轮机，包括：叶轮；以及涡轮机外罩，其围绕所述叶轮而设置，所述涡轮机外罩包括可膨胀部件。可膨胀部件可以具有环形翼的形状。

所述涡轮机外罩还可以包括第一刚性结构部件，所述第一刚性结构部件连接至所述可膨胀部件。所述外罩第一刚性结构部件可以包括中空内部，所述外罩可膨胀部件能够插入所述中空内部中。在一些实施例中，所述外罩第一刚性结构部件限定所述涡轮机外罩的前缘。

所述涡轮机外罩还可以包括第二刚性结构部件，所述第二刚性结构部件与所述外罩第一刚性结构部件相反地连接至所述外罩可膨胀部件，其中，所述第二刚性结构部件限定所述涡轮机外罩的后缘。

所述外罩第二刚性结构部件可以形成为，为所述涡轮机外罩设置多个瓣。作为选择，所述外罩可膨胀部件形成为围绕所述涡轮机外罩的后缘设置多个瓣。

所述风力涡轮机还可以包括喷射器外罩，所述喷射器外罩设置为同轴地围绕所述涡轮机外罩，所述喷射器外罩包括可膨胀部件。所述喷射器外罩还可以包括第一刚性结构部件，所述第一刚性结构部件连接至所述喷射器可膨胀部件。同样，所述喷射器第一刚性结构部件可以包括中空内部，所述喷射器可膨胀部件能够插入所述中空内部中。所述喷射器第一刚性结构部件也可以限定所述喷射器外罩的前缘。

所述喷射器外罩还可以包括第二刚性结构部件，所述第二刚性结构部件与所述喷射器第一刚性结构部件相反地连接至所述喷射器可膨胀部件，所述第二刚性结构部件限定所述喷射器外罩的后缘。所述喷射器第二刚性结构部件可以形成为，为所述喷射器外罩设置多个瓣。

所述喷射器可膨胀部件构造成当所述喷射器可膨胀部件部分地膨胀时，由所述喷射器可膨胀部件的后缘所界定的面积小于由所述喷射器可膨胀部件的前缘所界定的面积。所述喷射器可膨胀部件也可以形成为围绕所述喷射器外罩的后缘设置多个瓣。