[发明专利]带有边界层激励元件的护罩式流体涡轮机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年4月10日提交的美国临时申请序列No.61/622294的优先权，该临时申请的内容通过引用整体合并于此。

技术领域

本发明涉及一种流体涡轮机系统(例如，风力或水力涡轮机)，并且更具体地涉及具有与护罩总成(例如，涡轮机护罩总成)流体连通的转子总成的流体涡轮机系统，所述护罩总成具有边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制口)。本发明还涉及具有带有减小的表面面积和/或质量的护罩总成的流体涡轮机系统。

背景技术

通常，一些传统的水平轴线流体涡轮机用于具有螺旋桨状布置的叶片(例如，两个至五个开式叶片)的发电机设备，所述叶片典型地安装至水平轴，所述水平轴附接至驱动发电机的齿轮箱。已经做过一些尝试以提供延缓或防止流动流体与叶片表面之间的流动分离的方法。

示例性流体涡轮机在美国专利No.8021100和8393850和美国专利公开文献No.2011/0014038、2010/0270802、2010/0247289、2011/0002781、2011/0020107、2011/0085901、2011/0135460、2010/0166547、2010/0133853以及2012/0070275中进行了描述和公开，各个的全部内容通过引用整体合并于此。

发明内容

对于有利的流体涡轮机系统存在兴趣，其提供延缓或防止流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成上面)的流动分离，用于改善涡轮机系统和/或转子总成的性能。通过本发明的总成、系统和方法处理和/或克服了这些和其它用于改进的机会。

本发明提供改进的流体涡轮机系统。更具体地，本发明提供具有与护罩总成(例如，翼或环形翼形状的涡轮机护罩总成)流体连通的转子总成的有利的流体涡轮机系统，所述护罩总成具有边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制口)。本发明还提供具有带有减小的表面面积和/或质量的护罩总成的改进的流体涡轮机系统。在示例性实施例中，表面面积的减小提供减小负载力和/或索塔应力(例如，在过度的流体流动条件下)的方法。

通常，本发明提供具有边界层激励部件(例如，涡流发生器、流动控制设备或流动控制口)的流体涡轮机系统。所述边界层激励部件被有利地配置和限定尺寸，以防止涡轮机护罩总成上面和/或喷射器护罩总成上面的流体边界层的分离，以改变或改善流体涡轮机系统的性能。

通常，在多种条件下，提供延缓或防止流动介质与流动控制表面之间的流动分离的方法是比较理想的。例如，从前缘至尾缘在翼表面上面经过的流体通常地从带有低静压力的区域流至带有高静压力的区域。这可以引起易于阻滞边界层并导致流体分离的力，导致增加的分离阻力以及因此降低的翼的升力和性能。与流动控制表面相联的边界层激励部件(例如，涡流发生器)可用于通过混合自由流动与边界层实质地防止和/或最小化流动分离。本发明使用的术语“边界层”指紧邻流动控制表面的流体流动层。本领域的技术人员会认识到，流动流体或介质流过流动控制表面上面的本发明的所有实施例涉及或包括边界层。

通常，恰当地设计的护罩或导管向护罩或导管的内部传送的质量流率大于向外部传送的质量流率。如此，优于类似的开式转子系统的改善的性能可从与恰当地设计的护罩或导管流体连通的转子获得。在本发明的示例性实施例中，边界层激励部件在维持或增加类似于相对较大的流动控制表面面积(例如，带有较大弦的翼)的性能特性的同时提供延缓或防止流动控制表面上面(例如，涡轮机护罩总成上面)的流动分离，从而有利地允许流动控制表面面积(例如，涡轮机护罩总成表面面积或翼表面面积)的减小。另外，表面面积和质量的减小还降低本发明的涡轮机系统的负载和索塔应力(例如，在高速流体流动条件下)。