专利名称：高效率的涡轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于产生动力的涡轮。
背景技术：
通过利用流体来产生动力或者转动涡轮以产生推力是众所周知的。然而，大多数使用螺旋桨、翼片等来将能量从流体流转换为产生动力。例如，Rebasti的美国专利No. 2，996，沈6使用风机叶片向下吹动空气穿过其装置；Mulgrave等人的美国专利 No. 2，997，254使用流体叶轮；Pedersen等人的美国专利No. 4，021，135使用两个弯曲的整流罩以将空气导入到涡轮叶片中，并且形成涡轮叶片顺风方向的涡流以使叶片快速地自旋；以及，Earnest的美国专利No. 4，066，381使用定子来重新引导流并且使用风机叶片来推动流体穿过孔。其它研发包括Eckel的美国专利No. 4，140，433使用许多固定叶片将空气导入到涡轮叶片中，并且使用弯曲的整流罩来形成涡轮叶片顺风方向的涡流以使叶片快速地自旋；以及Beck的美国专利No. 5，170，963公开了一种从风机的旋转轴线径向地排出的流体流型。然而，仍然存在对更高效的、更经济的和更安全的涡轮的需求。本发明尤其满足所述需求。
发明内容
本发明是一种具有许多独特特征的流体动力涡轮，其增大了传统涡轮的旋转速度和转矩。特别是，所述涡轮具有两个冲击式涡轮部分，所述两个冲击式涡轮部分当被结合使用时，通过从流体中两次提取能量而由流体输入产生了增大的功率，从而提高了涡轮的效率。更特别是，当周围的流体穿过多个流槽时第一冲击式涡轮部分转动。在穿过流槽之后， 通过将流体引导至装置的外周中接触第二冲击式涡轮部分处来再次使用流体，从而从流体中提取额外的能量。该涡轮还使用比以前所研制的涡轮大非常多的表面积，这增大了可用于冲击的表面积，从而促进了转子组件的旋转。另外，其以多级使用流动流体的能量以增大功率。因此， 基于相当的流体输入量，所述涡轮比传统的涡轮更快速地转动，从而产生更大的转矩。另外，当被用作风力发电机或者其他外露的涡轮时，由于低轮廓(low profile)的叶片，显著地减小了杀死鸟类或者其他野生生物的危险。因此，提供一种涡轮，包括具有旋转轴线的可旋转的轴；以及转子组件，包括(a) 可旋转的盘，具有旋转方向、中心、前表面、后表面和周边，所述可旋转的轴结合到所述盘的中心，(b)第一冲击式涡轮部分，包括设置在所述前表面和所述后表面之间的多个流槽，其中每个流槽包括冲击表面，流槽入口，流槽出口，以及流槽通道，其流体地连接所述流槽入口和流槽出口，其中所述冲击表面从所述前表面至所述后表面倾斜并且垂直于所述盘的径向方向，以及(c)第二冲击式涡轮部分，包括上游侧转子和下游侧转子，其中所述上游侧转子包括设置在所述前表面和所述后表面之间的多个管道，其中每个管道具有管道入口，与所述流槽出口之一流体连接，管道出口，设置在所述周边处，以及通道，其使所述管道入口中的一个或更多个与所述管道出口之一流体连接，以及其中所述下游侧转子部分包括具有周边的环形边缘，以及多个叶片，其结合到所述边缘上并且沿所述周边设置，其中所述叶片具有主流体接触面，并且所述主流体接触面位于与所述旋转轴线平行的平面内并相对于所述盘的径向方向成大约45到小于90度的角度。
图1显示了根据本发明的一个实施例的涡轮的前视图；图Ia显示了图1中所示的涡轮的前部的详图；图2显示了图1的涡轮的后视图；以及图3显示了图1的涡轮的前部的横截面。
具体实施例方式该流体驱动的涡轮装置与传统的风力涡轮机和航空涡轮机相比是独特的。所述涡轮可以与空气、蒸汽、水或者其他流体一起使用来产生动力，例如，作为发电机或者航空涡轮机。转到图1，示出了一种根据本发明的优选实施例的流体涡轮10。所述涡轮包括可旋转的轴(未显示)和转子组件30。转子组件30包括可旋转的盘40，所述盘40具有旋转方向42、其上结合有可旋转的轴的中心12、前表面18、后表面20和周边14。转子组件还包括第一冲击式涡轮部分50，所述第一冲击式涡轮部分50具有设置在第一表面18和后表面20之间的多个流槽15，其优选设置成一个或更多个、更优选两个或更多个环形模式。在特别优选的实施例中，流槽15设置成靠近周边14的第一环形模式16 和靠近中心12的第二环形模式17。每个流槽15在所述前表面18上具有流槽入口 51、流槽出口 52和流体连接入口 51与出口 52的流槽通道53。通道53优选从前表面18至后表面20倾斜55、56并且相对于盘的径向方向M垂直。在某些优选实施例中，流槽被附接到盘40上。在某些优选实施例中，流槽是盘40的一部分。在某些实施例中，所述冲击表面包括所述前表面的大部分。在运行期间，流向转子组件30的流体接触到冲击表面55、56并且然后被导入到流槽入口 51中、通过流槽通道53并且进入到流槽出口 52。该流体流使得转子组件30沿转动 42的方向转动，该转动进而使得转子轴转动。然后，转动的轴能够用来产生动力。在排出流道出口 52时，流体进入转子组件的第二冲击式涡轮部分60(图幻。转子组件的第二冲击式涡轮部分包括上游侧转子70和下游侧转子80 (图幻。上游侧转子70 包括多个设置在盘40的前表面18和后表面20之间的管道27。每个管道27具有流体地连接到流槽出口 52之一上的管道入口 62、设置在周边14处的管道出口 64和将一个或多个管道入口 62流体地连接到管道出口 64上的通道66。在某些优选实施例中，流槽出口 52 和管道入口 62是相同的。在某些优选实施例中，上游侧转子附接到盘上。在某些优选实施例中，上游侧转子是盘的一部分。下游侧转子包括环形边缘，其具有附接到周边82上的多个偏转叶片沈。在某些优选实施例中，所述边缘附接到盘上。在某些其他实施例中，所述边缘是盘的一部分。还在其他实施例中，边缘和盘可围绕轴独立地旋转。每个叶片都具有流体接触表面84，该流体接触表面84位于平行于旋转轴线的平面内，并且其相对于盘的径向方向M成从大约45到小于90度，更优选是从大约75到小于90度，并且甚至更优选是从大约85到大约89度的角度86。流体从管道入口 62按径向或者半径向方向68流过通道。在某些实施例中，通道被构造成增大流体流过通道的速度，优选是在不显著地约束流过通道的流体流的情况下。在某些实施例中，流槽可以具有一个或多个有助于流体高速流过通道的装置，例如，辅助的开当流体排出管道出口时，其冲击下游侧转子，使得下游侧转子转动。对于其中下游侧转子和上游侧转子独立地转动的实施例，下游侧转子优选比上游侧转子更高速度地转动。该涡轮优选是由塑料、金属、玻璃纤维或者例如碳纤维的复合材料的盘所构成的。
权利要求
1.一种涡轮，包括a.具有旋转轴线的可旋转的轴；以及b.转子组件，包括1.可旋转的盘，具有旋转方向、中心、前表面、后表面和周边，所述可旋转的轴结合到所述盘的中心， .第一冲击式涡轮部分，包括设置在所述前表面和所述后表面之间的多个流槽，其中每个流槽包括 冲击表面， 流槽入口， 流槽出口，以及流槽通道，其流体地连接所述流槽入口和所述流槽出口，其中所述冲击表面从所述前表面至所述后表面倾斜并且垂直于所述盘的径向方向，以及iii.第二冲击式涡轮部分，包括上游侧转子和下游侧转子，其中所述上游侧转子包括设置在所述前表面和所述后表面之间的多个管道，其中每个管道具有 管道入口，与所述流槽出口之一流体连接， 管道出口，设置在所述周边处，以及通道，其使所述管道入口中的一个或更多个与所述管道出口之一流体连接，以及其中所述下游侧转子部分包括 具有周边的环形边缘，以及多个叶片，其结合到所述边缘上并且沿所述周边设置，其中所述叶片具有主流体接触面，并且所述主流体接触面位于与所述旋转轴线平行的平面内并相对于所述盘的径向方向成大约45到小于90度的角度。
2.如权利要求1所述的涡轮，其中所述流槽以围绕所述中心的一个或多个环形模式设置。
3.如权利要求1所述的涡轮，其中所述流槽以围绕所述中心的至少两个环形模式设置。
4.如权利要求1所述的涡轮，其中所述通道使所述管道入口中的两个或更多个与所述管道出口之一流体连接。
5.如权利要求1所述的涡轮，其中所述环形边缘和所述盘能围绕所述轴独立地旋转。
6.如权利要求1所述的涡轮，其中所述叶片相对于所述径向方向成大约75至小于90 度的角度。
7.如权利要求1所述的涡轮，其中所述叶片相对于所述径向方向成大约80至大约89 度的角度。
8.如权利要求1所述的涡轮，其中所述流槽、所述管道和所述叶片适于从流动液体中提取能量。
9.如权利要求1所述的涡轮，其中所述流槽、所述管道和所述叶片适于从流动气体中提取能量。
10.一种包括根据权利要求1所述的涡轮的风力发电机。
11.一种包括根据权利要求1所述的涡轮的蒸汽轮机。
全文摘要
本发明提供了一种涡轮，其具有结合到可旋转的盘上的第一冲击式涡轮部分和第二冲击式涡轮部分，其中第一冲击式涡轮部分具有多个流槽和用于接触工作流体的大的接触面，并且其中第二冲击式涡轮部分具有多个位于上游侧转子中的管道和多个位于下游侧转子中的管道。
文档编号B64C27/20GK102196961SQ200980142564
公开日2011年9月21日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年9月29日
发明者安德鲁·L·本德 申请人:安德鲁·L·本德