[发明专利]自调整气能涡轮机

说明书

                    发明的背景

近几个世纪以来，为了提高气能转换机--尤其是涉及利用作为最原始能源之自然风的气能转换机的转换效率与耐久性，已经做了许多尝试。除了在那些不易获得大量能源产品的遥远地区以外，至今大部分类型的动力输出都已被气体、煤炭、石油、水力发电和核系统的能源生产蒙上了阴影(overshadow)。近年来，在美国，尤其在加利福尼亚州，除了在很大的程度上由于以前税收津贴以及维持法律条文规定外，风力农场还部分地因为技术的进步而迅速地扩大。

在加利福尼亚州使用的现代的风能涡轮机在取消税收津贴时在经济上就开始动摇，并且它还受到多变的飓风以及失职者的维修保养计划的固有缺陷的影响。

当本发明用于压力转换涡轮机时，能够提供高转换效率、低维修保养要求，并使困扰现代系统的风特性的弱点减到最小。

                 发明的技术领域

由诸如风之类的自然流体运转的现代涡轮机通常需要解决非恒定速度或者超出设计极限的速度的问题。本发明包括一径流式转子，该转子包括一基本轴向的入气口以及位于呈圆周分布的叶片间以及辅助风门口间的排气口，以及控制流体动力和/或释放过流的装置。

                    现有技术

总的来说，现有技术中的风能涡轮机具有两种形式，即(1)具有径向延伸浆叶的涡轮机，其叶片具有水平转轴，以及(2)具有垂直转轴的涡轮机，该涡轮机具有绕着轴线呈圆周间隔的垂直方向的叶片。也存在诸如Darrieus转子涡轮机之类的混合(hybrid)涡轮机，该Darrieus转子涡轮机具有一垂直轴和叶片，该叶片同时具有类似于从沿着转轴的间隔点延伸的弓形的蛋搅拌器的形状的叶片形式的垂直和水平方向矢量。

本发明的一个目的在于提供一种能够高效率地将气体动能转换至有用的用途的气能涡轮机装置，当配有大范围速度调整装置时，该效率胜过其它已知的大部分的风能转换装置。

本发明的另一个目的在于提供一种成本低、经久耐用的机器，该机器不受不利的风力条件的影响，并且很少需要维修保养。

本发明的又一个目的在于提供一种甚至在强风或者暴风中仍能进行风能转换而无需通常在这些情况下必须全部关闭的装置。

除了本发明可在极端强风中运行之外，本发明的一个特点在于它适宜于做成对气流呈流线型，从而可使其运转噪音要比采用会产生顶端涡流的开启式旋叶所产生的噪音少。

尤其是，本发明使用了1988年11月1日公布的本人的美国专利第4,781,523号中所揭示类型的径流式风能涡轮机，以及使用了其它的风能转换器，其中，通入该装置的驱动部件中的气流适于被旁路掉。

                    发明的概述

本发明应用了一种径流式转子，该转子具有一基本水平的转轴，一轴向入气口和位于大量的间隔并排的纵向迎风叶片间的排气口，该叶片具有基本平行于转子的转轴延伸的主要定向件。此外，在与入气口侧相对的转子的后侧上配有多个辅助排气口，每个排气口由铰接的弹簧片或者风门片相对于气流密封，该弹簧片或者风门片在转子静止时是闭合的，但当转子转动而有预定强度的气流流经排气口时，该弹簧片或者风门片会全开启。另外，各风门片可通过附装着的均衡块(flyweight)或者配重(counter weight)以这种方式任意地平衡，以便允许在所选的远离其铰接枢轴位置上风门片组件的重力合成中心的移动。配重被做成其位置可调节以便得到所要的重力中心位置，这可把配重做成滑动定位以使其更接近于铰接枢转轴，从而对预定的过压作相应调节。通过将配重定位在接近于铰接枢转轴的位置上或者将它从其支承物上拆除来将配重的效能减至最小，上述的任一种情况会在风门片上产生偏置(biasing)作用，此作用的大小基本取决于风门片的重量和施加在风门片上的铰接弹簧负荷。

当将风门片组件的重力中心定位在远离铰接枢轴的位置上时，在某个气流动力和转速的动态组合上，离心力和气流将把各风门片从其排气口相应的密封位置移开。当想要的风门片确定时，通过调节配重或者拆除配重可使风门片基本与气流相对应。

倘若流速连续增大，动压与静压迫使风门片进一步地开启辅助排气口，而与重力中心的力为零或负值无关。诸如遇到暴风之类的极端气流条件将维持风门片在其移动的极限位置上，为了释放最大的过流而将排气口全开启。总的来说，这些特点将保护设备免遭风暴的损坏，并甚至在原本需要关闭设备的强风条件下仍能够连续发电并进行转速(R.P.M.)控制。