专利名称：具有压力分布的风力涡轮机及其制造方法
技术领域：
本发明涉及风力涡轮机，特别地涉及在风力涡轮机的下游产生独特的压力分布的外罩式风力涡轮机。
背景技术：
传统的水平轴线风力涡轮机(HAWT)具有3个叶片，并且通过计算机控制的马达定向或指向风。这些涡轮机通常需要高度在60至90米范围内的支承塔。叶片一般以大约10 至22rpm的转速转动。齿轮箱通常用于逐步提高速度以驱动发电机，当然一些设计也可以直接驱动环形发电机。一些涡轮机以恒定速度操作。但是，通过使用变速涡轮机和固态功率转换器来将涡轮机与发电机交接能够收集更多能量。虽然HAWT已经获得广泛应用，但其效率不是最佳的。特别地，HAWT在获取经过其的风的势能方面的效率将不超过贝茨(Betz) 极限的59. 3%。HAWT在结构和操作方面均存在若干问题。高的塔和长的叶片难于运输。需要大型塔结构来支承重的叶片、齿轮箱和发电机。需要非常高且昂贵的起重机以及熟练的操作者进行安装。在操作过程中，HAWT需要另外的偏航控制机构以将叶片朝向风转动。HAWT的翼面上通常具有高的冲角，使其不适合于在风流中进行可变变化。HAWT难于在近地面紊流风下操作。此外，在舱和叶片上的冰堆积能够导致功率减小和安全问题。高的HAWT会影响机场雷达。它们的高度也会使它们在大面积突出可见，破坏景观的外观，这是令人讨厌的。最后，会由紊流引起的疲劳和结构失效引起顺风变异。HAffT的涡轮机叶片通常具有翼型形状，该翼型形状随着叶片经过空气而在叶片后面形成较低压力。所述较低压力形成跟随叶片的抽吸效果并且在HAWT后面形成大的尾流。 该尾流能够使风力涡轮机在其形成尾流的下游捕获的功率的量降低达30 %。为了降低功率损耗的量，下游涡轮机常常从上游涡轮机侧向偏置，并且也在上游涡轮机的下游布置在大约10倍转子直径处。该偏移需要大量土地用于风力发电厂，在风力发电厂，若干个风力涡轮机布置在一个位置。希望的是，提供一种能够减小从另一下游风力涡轮机供给给定功率输出所需的偏移量的风力涡轮机。
发明内容
这里公开的是在风力涡轮机的下游具有独特的压力分布的外罩式风力涡轮机。该压力分布通过风力涡轮机的独特的结构产生。特别地，风力涡轮机使用被称为混合凸起的箍形或环形机翼和空气动力表面的联接结构来从风产生更多的功率。
公开了用于产生功率的混合器/喷射器风力涡轮机系统(这里被引用为“MEWT”)， 其结合流体动力喷射器构思、先进的流动混合和控制装置、以及可调节功率涡轮机。在一些实施方式或变型中，MEWT是轴流涡轮机，其包括(以向下游的顺序)具有入口的空气动力型涡轮机外壳；在外壳中的定子环；具有与定子“成直线”的一圈叶轮叶片的叶轮；与涡轮机外壳相联且具有向下游延伸超出叶轮叶片的一圈混合凸起的混合器；以及包括所述一圈混合凸起和向下游延伸超出混合凸起的混合外壳的喷射器。涡轮机外壳、 混合器和喷射器被设计和设置成抽吸最大的风量通过涡轮机并且使得对环境(例如噪声) 和其它功率涡轮机的尾流(例如，结构或生产率损失)的影响最小。不同于现有的风力涡轮机，优选的MEWT包含外壳，该外壳具有诸如叶状或槽形混合器和/或一个或多个喷射器泵的先进的流动混合和控制装置。提出的混合器/喷射器泵与迄今为止使用的有很大不同，因为在公开的风力涡轮机中，高能空气流入喷射器入口，并且向外环绕泵且与离开涡轮机外壳的低能空气混合。在第一实施方式或变型中，MEWT包括轴流涡轮机和分离的下游喷射器外壳，其中，轴流涡轮机通过空气动力型涡轮机外壳环绕，该涡轮机外壳在其终点区域(即，涡轮机外壳的端部)包括混合装置，分离的下游喷射器外壳与涡轮机外壳的后边缘或下游边缘重叠，该涡轮机外壳在其终点区域中可以包括先进的混合装置。在一种替代实施方式中，MEWT包括由空气动力型涡轮机外壳环绕的轴流涡轮机，涡轮机外壳在其终点区域中包括混合装置。在其它实施方式中还公开了一种涡轮机，其包括具有出口和用于接收主流体流的入口的混合器外壳；和用于从主流体流抽取能量的部件，用于抽取能量的该部件设置在涡轮机外壳中；其中，所述混合器外壳包括一组高能混合凸起和一组低能混合凸起；其中， 每个高能混合凸起相对于混合器外壳形成在大约5到65度范围内的角；并且其中每个低能混合凸起相对于混合器外壳或涡轮机轴线形成在大约5到65度范围内的角。高能混合凸起角可以不同于、大于、小于或等于低能混合凸起角。涡轮机还可包括在混合器外壳下游且与混合器外壳同轴的喷射器外壳，其中混合器外壳出口延伸到喷射器外壳入口中。喷射器外壳本身可以具有围绕其出口的一圈混合器凸起。用于抽取能量的部件可以是叶轮或转子/定子组件。还公开了涡轮机，其包括具有用于接收主流体流的入口以及出口的混合器外壳； 以及用于从主流体流抽取能量的部件，用于抽取能量的部件设置在涡轮机外壳中；其中混合器外壳包括一组混合凸起，每个混合凸起具有内后缘角和外后缘角；其中相对于关于混合器外壳的涡轮机轴线或相对于涡轮机轴线，内后缘角是从5到65度，并且外后缘角是从 5到65度。优选的MEWT的基于第一原理的理论分析表明，对于相同的前面面积，MEWT能够产生3倍或更多倍于其无外壳的对应件的功率；并且，MEffT能够在风力涡轮机的情况下将风力发电厂的生产率增加2倍或更多倍。还公开了从流体流抽取额外能量或产生额外功率的方法。该方法包括提供混合器外壳，该混合器外壳将进入的流体分成两个流体流，一个在混合器外壳内侧，一个在混合器外壳外侧。从经过混合器外壳内侧且穿过涡轮机级的流体流抽取能量，导致能量降低的流体流离开涡轮机级。能量降低的流体流随后与外侧流体流混合，以形成使两个流体流混合并导致混合器外壳下游形成低压区域的一系列涡旋。该低压区域又导致额外流体流过涡轮机级。实施方式中公开的是风力涡轮机，其在涡轮机下游在出口平面内产生流体压力分布，该压力分布包括限定压力分布的中心的第一低压区域；环绕第一低压区域的第一高压区域；和环绕第一高压区域的第一混合压力环，该混合压力环包括多个高压袋和多个低压袋，高压袋和低压袋围绕混合压力环交替。压力分布还可以包括环绕第一混合压力环的第二压力环，其中，第二压力环包括多个高压袋，每个高压袋沿着半径与第一混合压力环中的低压袋对准。第二压力环高压袋的压力可以是至少Opsig。压力分布还可以包括环绕第一混合压力环和第二压力环的高压线，该高压线具有圆雉堞形状。高压线的压力可以是至少Opsig。压力分布还可以包括环绕高压线的一组高压点。压力分布还可以包括在高压线和高压点之间的高压间隙，高压间隙的压力比高压线和高压点的压力大。第一低压区域的压力可以是低于Opsig。第一低压区域的压力可以为从至少-Ipsig到小于Opsig。第一高压区域的压力可以是至少Opsig。第一高压区域的压力可以为从Opsig到0.054psig。第一混合压力环中的高压袋的压力可以是至少Opsig。第一混合压力环中的高压袋的压力可以是从Opsig到0. 054psig。第一混合压力环中的低压袋的压力可以为从至少-Ipsig到小于Opsig。还公开了一种风力涡轮机，其在涡轮机下游在出口平面内产生流体压力分布，该压力分布包括限定压力分布的中心的第一低压区域；环绕第一低压区域的第一高压区域；环绕第一高压区域的第一混合流体压力环，该混合压力环包括多个高压袋和多个低压袋，高压袋和低压袋围绕混合压力环交替；环绕第一混合压力环的第二流体压力环，其中第二压力环包括多个高压袋，每个高压袋沿着半径与第一混合压力环中的低压袋对准；和环绕第一混合压力环和第二压力环的高压线，该高压线具有圆雉堞形状。还公开了一种制造风力涡轮机的方法，包括(a)提供围绕水平轴线转动的叶轮； (b)用涡轮机外壳环绕所述叶轮，所述外壳具有翼型截面形状并且降低经过所述叶轮的风流的压力；(c)将喷射器外壳布置成与所述涡轮机外壳同轴并且布置在所述涡轮机外壳的下游；并且(d)在所述涡轮机外壳的下游边缘上形成隔开的多个向内径向延伸的混合凸起和多个径向向外延伸的混合凸起，所述向内延伸的混合凸起与所述向外延伸的混合凸起围绕所述下游边缘交替。形成向内延伸的凸起和向外延伸的凸起的步骤可以包括使所述涡轮机外壳的下游边缘成雉堞状。用涡轮机外壳环绕所述叶轮的步骤可以包括由刚性材料形成框架并且用护板覆盖所述框架的至少一部分，所述护板包括织物或聚合物膜。所述护板能够具有多层。布置喷射器外壳的步骤可以包括由刚性材料形成喷射器外壳框架并且用护板覆盖所述喷射器外壳框架的至少一部分，所述护板包括织物或聚合物膜。所述护板能够具有多层。
所述叶轮可以是转子/定子组件。所述向内延伸的混合凸起和向外延伸的混合凸起能够独立地成形，以相对于所述水平轴线形成从5到65度的角。本发明的这些和其它非限制性特征或特点将在下面进一步描述。
专利或申请文件包含至少一个彩色附图。在要求并支付必要费用的情况下，由政府机关提供有彩色附图的该专利或专利申请公开文献的副本。以下是附图的简要说明，出于图示这里提及的内容的目的而不是限制所述内容的目的给出附图。图1是本发明的MEWT的第一示例性实施方式或变型的分解图。图2是图1的附接到支承塔的前立体图。图3是MEWT的第二示例性实施方式的前立体图，示出有外罩式三叶片叶轮。图4是图3的MEWT的后立体图。图5示出图3的MEWT的后视图。图6是沿着图5的线6-6截取的截面图。图7是图3的MEWT的前视图。图8是沿着图7的线8-8截取的截面图，示出用于流量控制的两个可枢转的雏形锻模。图9是图8的可枢转的雏形锻模的放大图。图10是用于本发明的示例性风力涡轮机的涡轮机外壳和喷射器外壳的部分完整的框架的立体图。图11是图10的部分完整的涡轮外壳框架的立体图。图12是图10的部分完整的喷射器外壳框架的立体图。图13是示出图10的框架的完整形式的立体图。图14是图13的框架的立体图，具有附接到涡轮机外壳和喷射器外壳的外部的覆盖护板的一部分。图15是本发明的风力涡轮机的另一示例性实施方式的立体图，具有用于风对准的一对翼片。图16是图示空气慢速流过混合器外壳的视图。图17是图示空气围绕混合器外壳快速流动的视图。图18是图示快速气流和慢速气流交汇的视图。图19是图示由快速气流和慢速气流交汇形成的涡流的视图。图20是图示由混合器外壳形成的一系列漩涡的视图。图21是混合器外壳的示意性截面图。图22是根据本发明的MEWT的另一示例性实施方式的前立体图。图23是经过涡轮机轴线截取的图22的MEWT的侧面截面图。图M是图23的缩小视图。图24A和图24B是图M的MEWT的混合凸起的放大视图。图25是风力涡轮机的侧面截面图。
图26是图25的风力涡轮机的压力分布。图27是风力涡轮机的从下游看上游的位置的半视图(即，后视图)。图28A和图28B是图27的风力涡轮机的压力分布。
具体实施例方式通过参照附图能够更加完整地理解这里公开的部件、过程和设备。这些附图仅仅是基于方便且容易展示本发明的示意性表示，因此，附图不意于指明其装置或部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施方式的范围。虽然为了清楚的目的在下面的描述中使用了特定术语，这些术语仅用于指示附图中选择示出的实施方式的特定结构，并且不意于限定或限制本发明的范围。在下面的附图和描述中，可以理解相同的附图标记指示具有相同功能的部件。与量有关地使用的修饰语“大约”把所述值包括在内，并且具有上下文指示的意思 (例如，其至少包括与特定量的测量相关的误差度)。当在上下文中用于范围时，修饰语“大约”也应当被认为公开了由两个端点的绝对值限定的范围。例如，范围“从大约2至大约4” 也公开了范围“从2至4”。混合器-喷射器功率系统(MEPS)提供了一种从风流产生功率的独特且改进的方式。MEPS包括: 主外壳，其包含从主流提取功率的类似于螺旋桨的涡轮机或叶片叶轮；和 单级或多级混合器_喷射器，用以利用每个这种混合器/喷射器级摄取流量，这种混合器/喷射器级包括用于引起副流且提供喷射器级的流动混合长度的混合管道。混合管道或外壳的入口轮廓被设计成使流动损失最小化，同时提供良好喷射器性能所需的压力。得到的混合器/喷射器通过以下各项增强了功率系统的操作特征(a)增加经过系统的流量，(b)减小涡轮机叶片上的出口压力或背压，以及(c)降低从系统传播的噪音。MEPS可以包括 使管道轮廓成弧形，以增强流入和流经系统的量； 主管道和混合管道中的声学处理，以便对主管道中的用于控制流动漩涡的导流叶片和/或适于消除流动漩涡影响的混合器凸起进行噪声控制； 基于新的理论功率极限进行涡轮机状叶片空气动力设计，以开发可以具有多个和/或反向旋转叶片排的短的、在结构上坚固的构造族； 在混合管道上有出口扩散器或喷嘴，以进一步改进总系统的性能； 具有非圆形截面的入口区域和出口区域，以适应安装限制； 在其较低外表面上有旋转接头，用于安装在竖向支架/塔架上，允许将系统转向风； 竖向空气动力稳定器叶片，安装在管道外部上，利用补翼或叶片将系统保持指向风；或 多级喷射器系统的单级上有混合器凸起。具体参照附图，图中示出了申请人的具有混合器和喷射器的轴流风力涡轮机 ("MEffT")的替代实施方式。
参照图1和图2，MEffT 100是轴流涡轮机，具有a)具有空气动力学轮廓的涡轮机外壳102 ；b)位于涡轮机外壳102中并且附接到涡轮机外壳102的具有空气动力学轮廓的中心体103 ；c)环绕中心体103的涡轮机级104，其包括具有定子叶片108a的定子环106和具有转子叶片112a的转子110。转子110位于下游并且与定子叶片“成直线”，即，叶轮叶片的前缘与定子叶片的后缘基本上对准，其中i)定子叶片108a安装在中心体103上；ii)转子叶片112a通过安装在中心体103上的内环或箍和外环或箍附接和保持在一起；d)整体由118指示的混合器，其具有在涡轮机外壳102的终点区域(即，端部)上的一圈混合器凸起120a，其中，混合器凸起120a向下游延伸超出转子叶片112a ；和e)整体由122指示的喷射器，其包括环绕涡轮机外壳上的一圈混合器凸起120a的喷射器外壳128，其中，混合器凸起(例如120a)向下游延伸并且进入喷射器外壳128的入 Π 129。如图2所示，MEWT 100的中心体103经过定子环106或以其它方式希望地连接到涡轮机外壳102。这种结构用于消除由传统风力涡轮机随着来自涡轮机叶片的尾流冲击支承塔而产生的损坏、扰动和长距离传播的低频声音。涡轮机外壳102和喷射器外壳128的空气动力学轮廓被空气动力学地形成弧形，以增大经过涡轮机转子的流动。为了最佳效率，申请人计算出由喷射器外壳128的出口区域与涡轮机外壳102的出口区域所限定的喷射器泵122的面积比在1. 5-4. 0的范围内。混合器凸起120a的数量在6和14之间。每个凸起的内后缘角度和外后缘角度在5和65度之间。这些角度是从混合凸起的出口处画的切线至与涡轮机的中心轴线平行的线测量的，如这里进一步说明的。 主凸起出口位置在喷射器外壳128的入口位置或入口 129处或附近。凸起通道的高宽比在 0.5和4. 5之间。混合器穿透率在50%和80%之间。中心体103的栓后缘角度为30度或更小。总的MEffT 100的长度直径比(L/D)在0. 5和1. 25之间。申请人:执行的优选MEWT 100的基于第一原理的理论分析表明，针对相同的前面区域，MEffT能够产生3倍或更多倍于其无外罩式对应件的功率；并且，MEffT 100能够将风力发电厂的生产率增加2或更多倍。基于该理论分析，相信MEWT实施方式100将产生3倍于现有的相同尺寸传统开放式叶片风力涡轮机的功率。MEffT的令人满意的实施方式100包括轴流涡轮机(例如，定子叶片和叶轮叶片)，其由具有空气动力学轮廓的涡轮机外壳102环绕，该具有空气动力学轮廓的涡轮机外壳102的终点区域(即，端部)中包含混合装置；和分离的喷射器外壳128，其与涡轮机外壳102重叠但位于其后面，涡轮机外壳102本身可以在其终点区域中包含混合器凸起。与喷射器外壳128结合的混合器凸起120a的圈118能够被认为是混合器/喷射器泵。该混合器/喷射器泵提供为了风力涡轮机的运行效率而一致地超过Betz极限的装置。定子叶片的出口倾角可以在原位机械地改变(即，叶片枢转)以适应流体流速度的变化，以便确保离开转子的流动的最小残余漩涡。换种方式描述，MEffT 100包括具有安装在中心体103上的定子环106和转子110的涡轮机级104，中心体103由涡轮机外壳102环绕，涡轮机外壳102具有嵌入的混合器凸起120a，混合器凸起120a具有稍插入在喷射器外壳128的入口平面内的后缘。涡轮机级 104和喷射器外壳128在结构上连接到涡轮机外壳102，该涡轮机外壳102是主要的载荷承载构件。这些附图描绘了用于产生功率的转子/定子组件。这里使用术语“叶轮”来一般地指代叶片附接到轴且能够转动从而允许由使叶片转动的风产生功率或能量的任何组件。 示例性的叶轮包括螺旋桨或转子/定子组件。任何类型的叶轮可以包含在本发明的风力涡轮机中的涡轮机外壳102内。在一些实施方式中，涡轮机外壳102的长度等于或小于涡轮机外壳的最大外径。 同样，喷射器外壳128的长度等于或小于喷射器外壳的最大外径。中心体103的外表面被空气动力学地成型，以使MEWT 100下游的流动分离的影响最小。其可以被构造成比涡轮机外壳102或喷射器外壳128、或它们结合的长度更长或更短。涡轮机外壳的入口区域和出口区域等于或大于由涡轮机级104占据的环带的入口区域和出口区域，但其形状不必是圆形的，以允许更好地控制流源及其尾流的影响。由中心体103和涡轮机外壳102的内表面之间的环带形成的内部流路径截面区域在空气动力学上被成形，以在涡轮机的平面处具有最小面积并且另外从其各自的入口平面到其出口平面平滑地变化。涡轮机外壳和喷射器外壳的外表面在空气动力学上被成形，以辅助将流动引导到涡轮机外壳入口中，消除从其表面的流动分离，并且将平滑流动输送到喷射器入口 129 中。可以替代地是非圆形的喷射器128的入口区域大于混合器118的出口平面区域；并且如果希望的话喷射器的出口区域也可以是非圆形的。优选实施方式100的可选特征能够包括轮状结构形式的动力输出装置，其在叶轮的外轮缘处机械地连接到发电机；竖向支承轴，其具有用于可转动地支承MEWT的可转动联接件，轴位于MEWT上的压力中心位置的前向，用于自对准MEWT ；和自运动竖向稳定翅片或“翼片”，其固定到喷射器外壳的上表面和下表面，以稳定与不同风流的对准方向。MEffT 100在住宅附近使用时能够具有吸声材料，该吸声材料固定到其外壳102、 128的内表面，以吸收并由此消除由定子106尾流与转子110相互作用产生的相对高频声波。MEWT 100也能够包含用于增加安全性的叶片容纳结构。图3-8示出外罩式风力涡轮机200的第二示例性实施方式。涡轮机200使用螺旋桨式叶轮142，替代如图1和图2所示的转子/定子组件。另外，在该实施方式中能够更清楚地看到混合凸起。涡轮机外壳210具有不同的两组混合凸起。参照图4和图5，涡轮机外壳210具有一组高能混合凸起212，其朝着涡轮机的中心轴线向内延伸。在该实施方式中， 涡轮机外壳被示出具有10个高能混合凸起。涡轮机外壳也具有一组低能混合凸起214，其远离中心轴线地向外延伸。同样，涡轮机外壳210被示出具有10个低能混合凸起。高能混合凸起与低能混合凸起围绕涡轮机外壳210的后缘交替。如图6所示，喷射器外壳230的入口区域232大于喷射器外壳的出口区域234。将理解，入口区域是指喷射器外壳的整个嘴部，而不是喷射器外壳的在喷射器外壳230和涡轮机外壳210之间的环形区域。但是，如这里进一步所示，喷射器外壳的入口区域也可以比喷射器外壳的出口区域234小。如所期望的，喷射器外壳230的入口区域232大于涡轮机外壳210的出口区域218，以便容纳混合凸起并且在涡轮机外壳和喷射器外壳之间形成环形区域238，高能空气能够通过该环形区域238进入喷射器。图8和图9示出了可以添加到变型200的可选流动阻断门140a或挡板140b。门能够经由联接部和致动器(未示出)转动到流动流中，以便在由于高流速可能对发电机或其它部件造成损坏时减小或停止经过涡轮机200的流动。这里描述的混合器-喷射器设计构思能够显著增强流体动态性能。这些混合器-喷射器系统相对于传统系统提供了多个优点，诸如更短的喷射器长度；增大的进入和经过系统的质量流量；对入口流动阻断和/或与主要流动方向未对准的更低的敏感度；降低的空气动力噪声；增加的推力；以及在主出口处增大的抽吸压力。MEWT的结构的一部分包括由柔性拉伸织物或薄膜覆盖的刚性构架，这相对于传统风力涡轮机提供了显著优点。轻质构架和软结构的结合由于重量减小而需要用于涡轮机主体的较小的基本支承。软壳部件使得制造和更换容易。柔性织物或薄膜也能够挠曲，导致冰脱离接触并且从表面脱离。一般而言，涡轮机外壳和/或喷射器外壳能够首先被成形，随后围绕叶轮放置或布置，或者能够围绕叶轮构造。图10-14示出了总体以600指示的风力涡轮机的实施方式或变型，该风力涡轮机具有以下面的方式构造的涡轮机外壳和喷射器外壳。每个外壳能够被认为具有框架护板结构。图10示出处于部分完整状态的涡轮机外壳框架601和喷射器外壳框架603。图11仅示出处于部分完整状态的涡轮机外壳框架601。图12仅示出处于部分完整状态的喷射器外壳框架603。现在参照图11，涡轮机外壳框架601包括涡轮机外壳前环结构或第一刚性结构构件602、涡轮机外壳混合结构或第二刚性结构构件612、以及多个第一内部肋616。可以包括涡轮机外壳环桁架614以进一步限定涡轮机外壳的形状，并且在涡轮机外壳框架601和喷射器外壳框架603之间提供连接点。当存在时，环桁架614基本上平行于涡轮机外壳前环结构602并且垂直于涡轮机轴线。多个第二内部肋618也可以用于进一步限定混合凸起的形状。通常，第一内部肋616和第二内部肋618彼此具有不同的形状。第一刚性结构构件602、环桁架614和第二刚性结构构件612通过第一内部肋616和第二内部肋618均彼此连接。第一刚性结构构件602和第二刚性结构构件612通常彼此平行并且垂直于涡轮机轴线。涡轮机外壳第一刚性结构构件602限定涡轮机外壳框架601的前端或入口端。涡轮机外壳第一刚性结构构件602还限定涡轮机外壳的前缘642。涡轮机外壳第二刚性结构构件612限定涡轮机外壳框架601的后端、出口端或排出端，并且还限定后缘644，混合凸起632、634(参照图14)围绕后缘的周围布置。第一刚性结构构件612提供用以支承叶轮的结构并且也用作使空气通过叶轮的通道。第二刚性结构构件612的形状有些类似圆雉堞形状或齿形形状的齿轮。第二刚性结构构件612能够被认为由每个都具有相同曲率半径的若干个周向间隔的内弓形部分702 形成。这些内弓形部分优选地彼此均勻地间隔开。在部分702之间的这些间隔中是每个均具有相同曲率半径的若干个外弓形部分704。内弓形部分的曲率半径不同于外弓形部分 704的曲率半径，但内弓形部分和外弓形部分应大致共有同一中心。内弓形部分702和外弓形部分704随后通过径向延伸部分706彼此连接。这导致圆雉堞形状。术语“雉堞状” 或“齿形”在这里并不用作要求内弓形部分、外弓形部分和径向延伸部分为直线，而是指第二刚性结构构件612的大致上下或内外形状。第一内部肋616沿着外弓形部分704连接到第二刚性结构构件612，而第二内部肋618沿着内弓形部分704连接到第二刚性结构构件 612。如这里进一步说明的，该结构形成两组混合凸起，即高能混合凸起和低能混合凸起。应当注意，雉堞状可以仅仅是第二刚性结构构件的一部分，并且第二刚性结构构件在雉堞状的进一步上游不同地成形。现在参照图12，喷射器外壳子框架603包括喷射器外壳前环结构或第一刚性结构构件604、多个第一内部肋606以及第二刚性结构构件608。再次，可以被成形为构架的喷射器外壳环610可以被包括以进一步限定喷射器外壳的形状，并且在涡轮机外壳子框架601 和喷射器外壳子组件603之间提供连接点。当存在时，环桁架610基本上平行于喷射器外壳前环结构604并且布置成垂直于涡轮机轴线。第一刚性结构构件604、环桁架610和第二刚性结构构件608通过多个第一内部肋606均彼此连接，图12中仅示出了一个第一内部肋 606。第一刚性结构构件604和第二刚性结构构件608通常彼此平行并且垂直于涡轮机轴线。喷射器外壳前环结构604限定喷射器外壳子框架603的前端或入口端605。喷射器外壳后环结构608限定喷射器外壳子框架603的后端、出口端或排出端607。喷射器外壳后环结构608的排出端607也限定总框架600的后端、出口端或排出端。喷射器外壳前环结构604限定喷射器外壳的前缘。第一刚性结构构件604和第二刚性结构构件608基本上是圆形的。图13示出处于组装状态的两个框架，任一外壳上都没有护板。图14示出部分地施加护板的框架。涡轮机护板620部分地覆盖涡轮机外壳框架 601，而喷射器护板622部分地覆盖喷射器外壳框架603。支承构件624也示出将涡轮机外壳框架601连接到喷射器外壳框架603。支承构架624在其径向内端处连接到涡轮机外壳环桁架614，并且在其径向外端处连接到喷射器外壳环桁架610。得到的涡轮机外壳630具有两组混合凸起，即朝向涡轮机的中心轴线向内延伸的高能混合凸起632，和远离中心轴线向外延伸的低能混合凸起634。应当注意，涡轮机外壳刚性构件602、612被认为相对于护板620是“刚性”的，并且在与其它材料相比时可以被认为是柔性的。类似地，喷射器外壳刚性构件604、608被认为相对于护板622是“刚性”的，并且在与其它材料相比时可以被认为是柔性的。在实施方式中，每个外壳的肋和结构构件由与所述外壳的护板不同的材料制成。涡轮机外壳和喷射器外壳的护板通常可以由任何聚合物或织物材料形成。示例性材料包括聚氨酯、全氟聚合物以及类似组分的多层膜。也可以利用可拉伸织物，诸如氨纶织物或含有织物的聚氨酯-聚脲。聚氨酯膜具有韧性并且具有良好的耐气候性。聚酯型聚氨酯膜与聚醚型聚氨酯膜相比趋于对亲水性退化更敏感。这些聚氨酯膜的脂族变型通常也具有抗紫外线性能。示例性的全氟聚合物包括聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚氟乙烯(PVF)。商业上的型式可以从商标名为KYNAR⑧和TEDLAR 获得。全氟聚合物通常具有非常低的表面能量，与具有较高表面能量的材料相比，其允许它们的表面保持更容易去除污垢和碎屑以及流冰。护板可以由加强材料加强。加强材料的例子包括但不限于高度结晶聚乙烯纤维、 芳纶纤维和聚芳酰胺。
涡轮机外壳护板和喷射器外壳护板可以独立地是多层，包括一层、两层、三层或更多层。多层构造可以增加强度、防水性、UV稳定性和其它功能性。但是，多层构造也会更昂贵并且增加总的风力涡轮机的重量。护板可以覆盖框架的整体或部分，但是，护板不需要覆盖整个框架。例如，涡轮机外壳护板可以不覆盖涡轮机外壳框架的前缘和/或后缘。任一外壳框架的前缘和/或后缘可以包括刚性材料。刚性材料包括但不限于聚合物、金属及其混合物。在一些实施方式中， 刚性材料是玻璃加强聚合物。围绕流体入口和出口的刚性表面区域可以改进外壳的空气动力特性。刚性表面区域可以是板料或其它构造的形式。膜/织物复合物也设想连有衬垫，诸如泡沫衬垫材料。如图15所示，风力涡轮机750的另一示例性实施方式可以具有喷射器外壳752，该喷射器外壳752具有成形为提供补翼或翼片的内部肋。补翼或翼片754被定向成有利于风力涡轮机750与进入的风流对准，以提高能量或功率生产率。图16-21中示出产生能量或功率的方法、或增加流体涡轮机的能量或功率的方法、或从流体流抽取额外量的能量的方法。通常，风力涡轮机具有用于限定(a)经过涡轮机的主流体流和(b)旁路经过涡轮机的二次流体流的部件。涡轮机也具有用于从主流体流抽取能量的部件。涡轮机被放置成与诸如自由风流的流体流接触，以限定主流体流和二次流体流。从主流体流抽取能量以形成能量降低的流体流。随后，能量降低的流体流与二次流体流混合，以将能量从二次流体流传递到能量降低的流体流。该混合造成额外的流体接合主流体流，加强了经过涡轮机的流量并且增加了抽取的能量的量。压力减小面积也由于两种流体流的混合产生。如图16和图17所示，混合器外壳800环绕功率抽取单元，诸如涡轮机级(未示出)。混合器外壳800使进入的风分离成经过混合器外壳内侧并穿过功率抽取单元(未示出)的第一流体流810，以及经过混合器外壳外侧并旁路经过功率抽取单元的第二流体流 820。混合器外壳800具有出口或出口端802。多个混合器凸起830围绕该出口 802布置。 混合器凸起能够分成两组，即一组高能混合凸起832和一组低能混合凸起834。高能混合凸起832朝向涡轮机的中心轴线向内延伸。低能混合凸起834远离中心轴线向外延伸。高能混合凸起与低能混合凸起围绕混合器外壳800的下游或后缘交替。混合器外壳800也具有扩口入口 808。混合器外壳80对应于上述用于限定主流体流和二次流体流的部件。在经过功率抽取单元之后，主流体流变成能量降低流体流812，其在出口 802处离开。参照图21的截面图，每个混合器凸起830具有外后缘角α和内后缘角β。混合器外壳800具有中心轴线804。角α和β是相对于平面840测量的，该平面840平行于中心轴线、垂直于混合器外壳的入口平面806并且沿着混合器外壳的表面805。角从顶点842 测量，混合器外壳在该顶点842处开始扩张以形成混合器凸起。外后缘角α是在混合器凸起的后缘上的最外点844处测量的，而内后缘角β是在混合器凸起的后缘上的最内点846 处测量的。在一些实施方式中，外后缘角α和内后缘角β是不同的，在其它实施方式中， α和β相等。在特定实施方式中，内后缘角β大于或小于外后缘角α。如前所述，每个角能够独立地在5至65度范围内。参照图16，涡轮机级随后从主流体流抽取能量以产生或生成能量或功率。在经过涡轮机级之后，主流体流也能够被认为是后涡轮机主流体流或能量降低流体流812，其包含比进入涡轮机级之前更少的能量。混合器外壳800的形状导致主流体流810在经过涡轮机之后朝外扩张(即，穿过低能混合凸起834)。换句话说，混合器外壳800指引能量降低流体流812远离中心轴线804。参照图17，混合器外壳800的形状导致二次流体流820向内流经高能混合凸起 832。由此，混合器外壳800指引二次流体流820朝向中心轴线804。参照图18，后涡轮机主流体流812和二次流体流820由此以角ω交汇。角ω通常在10和50度之间。由此，混合器外壳800的设计利用轴向涡旋来混合两个流体流。参照图19和20，两个流体流812和820的交汇导致两个流体流的“主动”混合。 这与通常仅仅沿着两个平行流体流的边界出现的“被动”混合不同。相反，主动混合在这里导致两个流体流之间显著上更大的能量传递。该混合也称为“轴向涡旋”。另外，减小的压力或低压860的体积形成在混合器外壳800的下游区域或后面。混合器外壳下游的涡旋和减小的压力又将更多的流体拉入或吸入主流体流810中并且允许功率抽吸单元/涡轮机级从进入的流体抽取更多的能量。换句话说，涡旋和减小的压力导致涡轮机级上游的主流体 810加速到混合器外壳中。不同地描述，减小的压力/低压导致额外的流体夹带经过混合器外壳，而不是经过混合器外壳的外侧。图19示出由围绕一个混合器凸起的能量降低流体流812和二次流体流820的交汇形成的漩涡850。图20示出由在混合器外壳800的出口 802处的多个混合器凸起830形成的一系列涡旋。涡旋形成在混合器外壳800的下游或后面。该结合也可以被认为是第一出口流870。该设计的另一优点在于由主动混合形成的涡旋系列减小了涡轮机下游发生紊流的距离。对于传统开放叶片式风力涡轮机，得到的下游紊流通常意味着下游风力涡轮机必须放置在10倍于上游涡轮机的直径的距离以外，以便减小疲劳断裂。相反，本发明的涡轮机能够更接近地放置在一起，允许在给定面积中从风流捕获额外的能量。替代地，混合器外壳800能够被认为将进入的空气分离成第一相对快流体流810 和第二相对快流体流820。第一快流体流经过涡轮机级并且从其抽取能量，导致离开混合器外壳的内部的较慢或降低能量的流体流812，其比第二快流体流慢。较慢流体流812随后与第二快流体流820混合。图22-24示出了 MEWT的另一示例性实施方式。图22中的MEWT 900具有构造用于功率抽取的定子908a和转子910。涡轮机外壳902环绕转子910并且由定子908a的叶片或辐条支承或连接到定子908a的叶片或辐条。涡轮机外壳902具有翼型截面形状，抽吸侧(即，低压侧)在外壳的内部上。喷射器外壳928与涡轮机外壳902同轴，并且通过在两个外壳之间延伸的连接器构件905支承。因此，环形区域形成在两个外壳之间。涡轮机外壳902的后端或下游端被成形为形成不同的两组混合凸起918、920。高能混合凸起918朝向混合器外壳902的中心轴线向内延伸；并且，低能混合凸起920远离中心轴线向外延伸。总体由箭头906指示的经过定子908a的自由流空气的能量通过转子910抽取。通过箭头929指示的高能空气旁通经过外壳902和定子908a，并且在涡轮机外壳902上流过且通过高能混合凸起918向内指引。低能混合凸起920导致离开自转子910下游的低能空气与高能空气929混合。参照图23，以轴向截面图示出了图22的涡轮机的中心舱903、低能混合凸起920 的后缘和高能混合凸起918的后缘。喷射器外壳928用于向内指引或吸入高能空气929。可选地，舱903可以形成有穿过其的中心轴向通道，以减小舱的质量并且提供额外的高能涡轮机旁通流。在图24A中，沿着高能混合凸起918的总体以957指示的内部后缘画出切线952。 涡轮机外壳902的后平面951可见。线950被形成为垂直于后平面951并且与低能混合凸起920和高能混合凸起918交汇的点相切。角Φ2由切线952和线950相交形成。该角Φ2 在5和65度之间。换句话说，高能混合凸起918相对于涡轮机外壳902形成在5和65度之间的角Φ2。在图24Β中，沿着低能混合凸起920的总体以955指示的内部后缘画出切线954。 角Φ通过切线954和线950相交形成。角Φ在5和65度之间。换句话说，低能混合凸起 920相对于涡轮机外壳902形成在5和65度之间的角Φ。现在参照图25和26，使用具有一组混合凸起的涡轮机外壳导致主动混合，减小涡轮机下游发生紊流的距离。这也在涡轮机的出口平面中在外罩式风力涡轮机后面引起独特的压力分布或特征压力模式。特别地，形成高压区域和低压区域的混合。这些区域是不同的，并且比HAWT后面的低压区域进行“混合”更快。这种通过混合凸起形成的压力分布导致在小于喷射器直径10倍距离内混合。图25是示出示例性外罩式风力涡轮机1000的侧向截面图。涡轮机包括由涡轮机外壳1010环绕的中心体1003。喷射器外壳1020与涡轮机外壳同轴定位并且位于涡轮机外壳的下游。涡轮机外壳1010的出口端1014延伸到喷射器外壳1020的入口端1022中。涡轮机外壳1010具有以类似于图10-14中示出的混合凸起设置方式设置的10个低能混合凸起和10个高能混合凸起。出口平面1030限定在喷射器外壳的出口端1024处，并且通常垂直于由箭头1005指示的风向。喷射器外壳本身具有连续环翼型形状，并且在这里示出不具有混合凸起。图26示出由图25的风力涡轮机1000产生的在出口平面1030中的压力分布。压力分布使用风力涡轮机的小比例尺模型产生。在MEWT小比例尺模型后面沿竖向和水平方向横穿的自动横穿单元用于测量出口平面中的总压力。由于出口平面流中存在角度，使用基尔头探针进行测量。压力利用欧米伽ΡΧ277压差变换器来测量，该压差变换器通向大气压力，并且图26中示出的值被记录为表压力(psig)。由于时间限制，图26中以0.25英寸的增量横穿出口平面的仅四分之一。随后结果被镜像以形成显示整个出口平面的压力分布的图表。压力分布1100提供对应于风力涡轮机1000的混合凸起的数量和布置的若干个不同的压力区域。X轴和y轴在这里是指相对于涡轮机的中心轴线的给定压力的位置，其中， 中心体1003沿着该中心轴线定位。图26中提供的单位是水英寸(英寸H2O)。水英寸相当于每平方英寸0. 036磅(psi)。如这里所使用的，术语“psia”是指绝对压强，或者换句话说，相对于真空测量的压强。术语“psig”是指表压力，或者相对于环境压力测量的压力。在海平面，大气压力是Opsig、14. 7psia或大约408. 3水英寸(14. 7/0. 036)。这里描述的分布图中讨论的压力能够使用诸如静态/动态探针、超声探针或 LIDAR探针等若干部件来测量。这些部件能够用于获得精确到psi的千分之一的压力测量值。第一低压区域1110位于压力分布的中心1102。该第一低压区域是由于中心体1003的存在，并且具有大致圆形或椭圆形。环绕第一低压区域1110的是第一高压区域 1120。环绕第一高压区域1120的是第一混合压力环1130。第一混合压力环1130包括多个高压袋1140和多个低压袋1150。高压袋与低压袋围绕混合压力环交替。换句话说，每个高压袋1140由两个低压袋1150括起来，并且每个低压袋1150由两个高压袋1140括起来。 每个低压袋1150可以由两个低压节点1152组成。第二压力环1160环绕第一混合压力环1130。该第二压力环包括多个高压袋1162。 每个高压袋1162与第一混合压力环1130中的低压袋1150对准。高压袋1162被认为在从中心1102向外画出半径(S卩，径向线)1164时与低压袋1150对准，并且高压袋1162和低压袋1150均位于半径1164上。第二压力环也可以包括低压袋1166，虽然如图28中所示， 这种低压袋不必存在。环绕第一混合压力环1130和第二压力环1160的是高压线1170。高压线1170具有类似于涡轮机外壳1010的后缘(对比图6)的圆雉堞形状。特别地，高压线1170通常具有节点1172数量的一半，如涡轮机外壳具有混合凸起。例如，高压线1170在这里具有对应于涡轮机外壳的10个低能混合凸起的10个节点1172，和对应于涡轮机外壳1010的10个高能混合凸起的节点之间的10个间隔1174。高压线1170的压力大于第一高压区域1120 或高压袋1140的压力。环绕高压线1170的是一组高压点1180。这些高压点1180设置成一圈并且对应于喷射器外壳1020。高压线1170和高压点1180通常具有相同的压力。在高压线1170和高压点1180之间是高压间隙1190。高压间隙1190中的压力大于高压线1170和高压点1180 的压力。第一低压区域1110和第一混合压力环低压袋1150均具有小于Opsig的压力。在特别的变型或实施方式中，这些低压区域具有从_1(负l)psig到Opsig以下的压力。应当注意，每个低压区域中的压力在整个区域上不是恒定或者均一的，但小于Opsig。类似地，第一高压区域1120、第一混合压力环高压袋1140、第二压力环高压袋 1162、高压线1170、高压点1180和高压间隙1190每个都具有Opsig或更大的压力。在特别的变型或实施方式中，这些高压区域具有从Opsig到1. 5psig的压力。还应当注意，第一高压区域1120、第一混合压力环高压袋1140和第二压力环高压袋1162实际上不是彼此独立或者分离的，而仅仅为了方便以此方式指示。第一高压区域1120、第一混合压力环高压袋 1140和第二压力环高压袋1162通常具有相同的压力。图27和图28示出了具有相关的压力分布的另一风力涡轮机。图27是进入风力涡轮机1200的出口的前半视图，并且示出了具有由涡轮机外壳1210环绕的中心体1203的涡轮机。涡轮机外壳1210总共具有10个低能混合凸起1214，其中图27中可见4个全凸起和2个半凸起。喷射器外壳1220与涡轮机外壳1210同轴定位并且环绕涡轮机外壳1210。图28示出了由风力涡轮机1200产生的压力分布。再次，这里所示的值被记录为表压力(Psig)。压力分布以与图26中相同的方式产生，除了出口平面的一半以0.25英寸的增量横穿。图28示出了测量了数据的出口平面的一半。再次，存在若干个不同的压力区域。χ轴和y轴在这里是指相对于涡轮机的中心轴线(中心体1003沿着该中心轴线定位) 的给定压力的位置。这里提供的单位也是水英寸。第一低压区域1310位于压力分布的中心1302。该第一低压区域是由于中心体1203的存在并且具有大致圆形或椭圆形的形状。在该分布中，第一低压区域中的压力达到低至-O·5英寸H2O (-0. OlSpsig)。环绕第一低压区域1310的是第一高压区域1320。第一高压区域中的压力通常为大约0英寸H2O,虽然一些部分高至0. 5英寸H2O (0. OlSpsig)。环绕第一高压区域1320的是第一混合压力环1330。第一混合压力环1330包括多个高压袋 1340和多个低压袋1350。高压袋与低压袋围绕混合压力环交替。换句话说，每个高压袋 1340通过两个低压袋1350括起来，并且每个低压袋1350通过两个高压袋1340括起来。每个低压袋1350可以由两个低压节点1352组成。低压袋中的压力再次达到低至-0.5英寸 H2O,而高压袋中的压力通常为大约0英寸H20。第二压力环1360环绕第一混合压力环1330。该第二压力环包括多个高压袋1362。 每个高压袋1362与第一混合压力环1330中的低压袋1350对准。高压袋1362被认为在从中心1302向外画半径(即，径向线)1364时与低压袋1350对准，并且高压袋1362和低压袋1350均位于半径1364上。这些高压袋中的压力通常为大约0英寸H20。环绕第一混合压力环1330和第二压力环1360的是高压线1370。高压线1370具有类似于涡轮机外壳1010的后缘(对比图6)的圆雉堞形状。特别地，高压线1370通常具有节点1372的数量的一半，如涡轮机外壳具有混合凸起(高能混合凸起和低能混合凸起)。 例如，高压线1370这里具有对应于涡轮机外壳的10个低能混合凸起的10个节点1372，和对应于涡轮机外壳1010的10个高能混合凸起的节点之间的10个间隔1374。每个节点 1372也可以被认为包围第一混合压力环1330的低压袋1350和第二压力环1360的高压袋 1362。高压线中的压力在0. 6和1. 1英寸H2O(0. 0216至0. 0396psig)之间变化。环绕高压线1370的是另一组高压点1380。这些高压点1380被设置成一圈并且对应于喷射器外壳1020。这些高压点中的压力也在0. 6和1. 1英寸H2O (0. 0216至0. 396psig) 之间变化。在高压线1370和高压点1380之间的是高压间隙1390。高压间隙1390中的压力大于高压线1370和高压点1380的压力。高压间隙中的压力通常是至少1. 2英寸 H2O(0. 0432psig)。喷射器外壳外侧的自由风或空间总体以1400指示，并且也具有比高压线 1370和高压点1380高的压力，通常在喷射器外壳附近为至少1. 2英寸H2O (0. 0432psig)。应当注意，术语“低压”和“高压”是在相对意义上使用的。另外，用于不同的低压区域和高压区域的各种术语不应解释成对于任何给定压力区域需要任何特定形状，除非另外指明。第一低压区域1310、第一混合压力环低压袋1350和高压线1370均具有小于 Opsig的压力。在特定实施方式中，这些低压区域具有从-Ipsig到小于Opsig的压力(-1 ^ 压力< Opsig)。应当注意，每个低压区域中的压力在整个区域不是恒定的或均一的，但小于 Opsig0类似地，第一高压区域1320、第一混合压力环高压袋1340和第二压力环高压袋 1362均具有Opsig或更大的压力。在特定的实施方式中，这些压力区域具有从Opsig到 0. 054psig的压力(0 <压力< 0. 054psig)。还应当注意，第一高压区域1320、第一混合压力环高压袋1340和第二压力环高压袋1362实际上不是彼此独立或者分离的，而仅仅为了方便以此方式指示。再次，每个低压区域中的压力在整个区域上不是恒定的或均一的，但至少是Opsig。
一般而言，压力分布在这里示出高压空气和低压空气在风力涡轮机后面快速混合。这种主动混合意味着下游风力涡轮机能够定位成更靠近上游风力涡轮机。这增大了风力涡轮机能够放置在给定地面区域处的密度，增加了由该地面区域产生的功率的量。压力分布也可以被认为具有多个混合区域。每个混合区域通过混合在一起的至少第一低压区域和第一高压区域形成。混合区域的数量等于风力涡轮机上混合凸起的数量的一半。再次参照图28，混合区域可以被认为由第二压力环高压袋1362和第一混合压力环低压袋1350组成。混合区域能够被认为是节点1372。混合区域(即，节点)被设置成围绕出口平面中的中心或中心轴线的大致圆形形状。应当注意，可想到不具有喷射器外壳的实施方式。在这些实施方式中，在压力分布中没有高压点1180、1380。本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下能够进行变型。相应地，应当主要参考权利要求书，而不是前述描述。
权利要求
1.一种风力涡轮机，其在所述涡轮机下游的出口平面内产生流体压力分布，所述压力分布包括第一低压区域，其限定所述压力分布的中心；第一高压区域，其环绕所述第一低压区域；和第一混合压力环，其环绕所述第一高压区域，所述混合压力环包括多个高压袋和多个低压袋，所述高压袋和低压袋围绕所述混合压力环交替。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述压力分布还包括环绕所述第一混合压力环的第二压力环，所述第二压力环包括多个高压袋，每个高压袋沿着半径与所述第一混合压力环中的低压袋对准。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述第二压力环高压袋的压力为至少 Opsig0
4.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述压力分布还包括环绕所述第一混合压力环和第二压力环的高压线，所述高压线具有圆雉堞形状。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中，所述高压线的压力为至少Opsig。
6.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中，所述压力分布还包括环绕所述高压线的一组高压点。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其中，所述压力分布还包括在所述高压线和高压点之间的高压间隙，所述高压间隙的压力比所述高压线和高压点的压力大。
8.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一低压区域的压力低于Opsig。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一低压区域的压力为从至少-Ipsig至丨J小于Opsig0
10.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一高压区域的压力为至少Opsig。
11.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一高压区域的压力为从Opsig到 0.054psig。
12.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一混合压力环中的高压袋的压力为至少Opsig。
13.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一混合压力环中的高压袋的压力为从 Opsig 到 0. 054psig。
14.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述第一混合压力环中的低压袋的压力为从至少-Ipsig到小于Opsig。
15.一种风力涡轮机，其在所述涡轮机下游的出口平面内产生流体压力分布，所述压力分布包括第一低压区域，其限定所述压力分布的中心；第一高压区域，其环绕所述第一低压区域；第一混合流体压力环，其环绕所述第一高压区域，所述混合压力环包括多个高压袋和多个低压袋，所述高压袋和低压袋围绕所述混合压力环交替；第二流体压力环，其环绕所述第一混合压力环，其中，所述第二压力环包括多个高压袋，每个高压袋沿着半径与所述第一混合压力环中的低压袋对准；和高压线，其环绕所述第一混合压力环和第二压力环，所述高压线具有圆雉堞形状。
16.一种制造风力涡轮机的方法，包括(a)提供围绕水平轴线转动的叶轮；(b)用涡轮机外壳环绕所述叶轮，所述外壳具有翼型截面形状并且降低经过所述叶轮的风流的压力；(c)将喷射器外壳布置成与所述涡轮机外壳同轴并且布置在所述涡轮机外壳的下游；并且(d)在所述涡轮机外壳的下游边缘上形成多个隔开的径向向内延伸的混合凸起和多个径向向外延伸的混合凸起，所述向内延伸的混合凸起与所述向外延伸的混合凸起围绕所述下游边缘交替。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，形成向内延伸的凸起和向外延伸的凸起的步骤包括使所述涡轮机外壳的下游边缘成雉堞状。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，用涡轮机外壳环绕所述叶轮的步骤包括由刚性材料形成框架并且用护板覆盖所述框架的至少一部分，所述护板包括织物或聚合物膜。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述护板具有多层。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，布置喷射器外壳的步骤包括由刚性材料形成喷射器外壳框架并且用护板覆盖所述喷射器外壳框架的至少一部分，所述护板包括织物或聚合物膜。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述护板具有多层。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述叶轮是转子/定子组件。
23.根据权利要求16所述的方法，其中，所述向内延伸的混合凸起和向外延伸的混合凸起独立地成形，以相对于所述水平轴线形成从5到65度的角。
24.根据权利要求16所述的方法，其中，由喷射器外壳出口面积除以涡轮机外壳出口面积限定的面积比具有从1. 5到4. 0的值。
25.根据权利要求16所述的方法，其中，所述涡轮机外壳具有总计从6到14个混合凸起。
26.一种具有混合凸起的风力涡轮机，其在所述涡轮机下游的出口平面内产生流体压力分布，所述压力分布包括多个混合区域，混合区域通过第一低压区域与第一高压区域混合形成； 其中，混合区域的数量等于混合凸起的数量的一半。
27.根据权利要求沈所述的方法，其中，所述混合区域被设置成围绕所述出口平面内的中心轴线的一圈。
28.一种如图1或图2所示在出口平面内产生压力分布的风力涡轮机。
全文摘要
一种风力涡轮机在风力涡轮机的下游产生独特的压力分布。该压力分布反映风力涡轮机的结构，该结构包括外壳，该外壳的后缘上具有混合凸起。压力分布包括对应于外壳上的混合凸起的数量和位置的高压区域和低压区域。
文档编号F03D1/04GK102459873SQ201080031953
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者M·J·威尔, R·多尔德, T·J·肯尼迪三世, T·希基, W·M·普雷兹, W·S·基利 申请人:弗洛设计风力涡轮机公司