CN104011376A - 用于流体涡轮机的环形箔片的气动改进 - Google Patents

Abstract

本申请描述了一种环形流体箔片，其包括用于单罩式流体涡轮机和多罩式流体涡轮机的改进的后部，单罩式流体涡轮机和多罩式流体涡轮机包括该环形流体箔片。后部的改进增加了由流体箔片引起的流动转向，而在流体箔片的抽吸侧上不存在或存在减少的边界层分离。

Description

用于流体涡轮机的环形箔片的气动改进

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年10月20日提交的美国临时专利申请NO.61/549,465的优先权和权益，其全部内容在此以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及流体涡轮机领域，以及更具体地涉及用于罩式涡轮机的环形翼型件。

背景技术

用于发电的实用规模的风力涡轮机具有转子，其通常包括一个至五个开放的叶片。各风力涡轮机的转子将风能转变为旋转扭矩，该旋转扭矩驱动以旋转方式直接或经由传动装置联接至转子的至少一个发电机，以将机械能转换为电能。一些风力涡轮机包括环形翼型件形式的一个或多个罩，其可通过吸收更多的空气穿过风力涡轮机而增加风力涡轮机的效率，例如，美国专利NO.8,021,100中描述的多罩式风力涡轮机。

发明内容

本文描述的示例实施例包括但不限于用于罩式流体涡轮机的环形流体箔片，并且罩式流体涡轮机包括一个或多个环形流体箔片。一个实施例包括一种用在能量获取流体涡轮机中的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片。环形流体箔片包括：抽吸面，其面朝所述环形流体箔片的中心纵向轴线；以及压力面，其与所述抽吸面相对。所述环形流体箔片还包括陡直形突起，其位于所述环形流体箔片的后部，所述陡直形突起从所述压力面向外且远离所述环形流体箔片的非突起部分的弦延伸。

在一些实施例中，所述环形流体箔片的侧向截面具有所述陡直形突起的纵向轴线，该纵向轴线相对于所述环形流体箔片的非突起部分的弦成85度至120度之间的角度取向。在一些实施例中，所述环形流体箔片的侧向截面具有所述陡直形突起的纵向轴线，该纵向轴线大约垂直于所述环形流体箔片的非突起部分的弦取向。

在一些实施例中，所述陡直形突起的高度是弦长度的0.5％至30％之间。在一些实施例中，所述陡直形突起的高度是弦长度的1％至10％之间。

在一些实施例中，所述陡直形突起具有构造为在所述陡直形突起下游且接近陡直形突起处产生反向旋转的一对流体涡系的形状。在一些实施例中，在所述陡直形突起下游且接近陡直形突起处产生的所述反向旋转的一对流体涡系使来自所述抽吸面的流动流偏向远离所述中心轴线。在一些实施例中，在所述陡直形突起下游且接近陡直形突起处产生所述反向旋转的一对流体涡系，而不存在所述抽吸面上的边界层流动分离。

在一些实施例中，所述陡直形突起限定从所述陡直形突起的前表面向所述陡直形突起的后表面延伸的通道。在一些实施例中，所述通道包括至少部分地将所述陡直形突起和所述环形流体箔片的非突起部分分离的狭槽。

一个实施例包括能量获取流体涡轮机，其具有：转子，其构造为围绕中心纵向轴线旋转；以及环形流体箔片，其具有所述转子下游处的后缘。所述环形流体箔片包括：抽吸面，其面朝所述中心轴线；以及压力面，其与所述抽吸面相对。位于所述环形流体箔片的后部处的陡直形突起从所述压力面向外且远离所述环形流体箔片的非突起部分的弦延伸。

另一实施例包括一种用在能量获取流体涡轮机中的具有轮廓的环形流体箔片。环形流体箔片包括：抽吸面，其面朝所述环形流体箔片的中心轴线；以及压力面，其与所述抽吸面相对。所述压力面和所述抽吸面由所述环形流体箔片后部处的钝形表面接合。所述环形流体箔片具有带中弧线的截面构型，该中弧线在所述后部比在所述环形流体箔片的前部具有更大的曲率。

在一些实施例中，所述钝形表面和所述构型构造为在所述后部下游且接近所述后部处形成反向旋转的涡系，其使来自所述抽吸面的流动流偏向为远离所述中心轴线。在一些实施例中，来自所述抽吸面的流动流被偏向为远离所述中心轴线，而不存在所述抽吸面上的边界层分离。

在一些实施例中，所述中弧线在所述后部的曲率是所述中弧线在所述前部的曲率的1.5倍至2.5倍之间。

另一实施例包括一种能量获取流体涡轮机，其具有：转子，其构造为围绕中心轴线旋转；以及环形流体箔片，其具有所述转子下游处的后缘。所述环形流体箔片包括：抽吸面，其面朝所述中心轴线；以及压力面，其与所述抽吸面相对。所述压力面和所述抽吸面由所述环形流体箔片后部处的钝形表面接合。所述环形流体箔片具有带中弧线的截面构型，该中弧线在所述后部比在所述环形流体箔片的前部具有更大的曲率。

在一些实施例中，所述环形流体箔片是喷射器罩，并且所述流体涡轮机还包括在所述喷射器罩上游处的混合器罩。在一些实施例中，所述环形流体箔片是混合器罩，并且所述流体涡轮机还包括在所述混合器罩下游处的喷射器罩。

提供上述概要仅用于引入构思的选择，这些构思会在下述的说明书中进一步描述。该概要不用于定义所要求保护主题的关键或必要特征，也不用于辅助限定所要求保护主题的范围。

附图说明

参照附图可获得对本文描述的部件、过程和设备更完整的理解。这些附图用于示出实施例而不是示出相对大小和尺寸、或限制实例或实施例的范围。在附图中，相同的附图标记用于表示所有图中相似特征和相似功能的部件。

图1是根据一个实施例的罩式风力涡轮机的前立体图；

图2是图1的罩式风力涡轮机的侧截面图；

图3示意性描述常规环形箔片上部的侧截面；

图4示意性描述围绕图3的常规环形箔片的流场，示出后缘附近抽吸侧上的流动分离；

图5示意性描述根据一个实施例的包括在远离中心轴延伸的压力面上的突起的环形箔片上部的侧截面；

图6示意性描述图5的环形箔片周围的流场，示出突起下游的一对反向旋转涡系，并示出在抽吸侧没有流动分离；

图7示意性描述根据一个实施例的具有气动改进区域后部的环形箔片上部的侧截面；

图8示意性描述图7的环形箔片周围的流场；

图9示意性描述根据一个实施例具有高度改进的后部的环形箔片上部的侧截面；

图10示意性描述根据一个实施例包括带有突起的抽吸面的环形箔片上部的侧截面，突起具有通道；

图11示意性描述根据一个实施例具有图10的环形箔片形式的喷射器的混合器-喷射器流体涡轮机的立体图；

图12示意性描述根据一个实施例具有向外的混合器凸瓣的单个混合器罩流体涡轮机的立体图，混合器凸瓣包括改进为具有增加弧度的后部；

图13示意性描述图12的混合器罩流体涡轮机的侧截面图；

图14示意性描述根据一个实施例具有向外的混合器凸瓣的单个混合器罩流体涡轮机的立体图，每个混合器凸瓣包括压力面的突起；

图15示意性描述图14的流体涡轮机的侧截面图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及流体涡轮机罩(例如，风力涡轮机罩、水力涡轮机罩、水轮机罩等)和包括该罩的流体涡轮机，流体涡轮机罩包括具有改进的后缘部分的环形流体箔片(例如，环形翼型件、环形水翼件)，该改进的后缘部分通过增加流体动力循环而增加经过环形流体箔片的流量，并且不会引起箔片抽吸侧上的流动分离。环形流体箔片也称为环形的流体箔片或环形箔片，其为至少部分环绕中心轴的结构，并且当由包括中心轴的平面切开时，其具有上横截面流体箔片轮廓和下横截面流体箔片轮廓。示例性实施例包括流体涡轮机罩、具有单个罩的罩式流体涡轮机，以及包括多个罩的罩式流体涡轮机。在一些实施例中，环形箔片压力面上的陡直形突起增加了环形箔片的流动转向和流体动力循环。如本文所使用的，词语“陡直形”指非流线型形状，其必然地产生该形状尾部的非层流区域。在一些实施例中，箔片的陡直形后部是环形箔片后部的钝形后表面和增加曲率的弧线的形式，箔片的陡直形后部增加了环形箔片的流动转向和流体动力循环。如本文所使用的，“钝形后表面”或“钝形后缘”指不同的表面，其在环形箔片的后部处将箔片的压力面与箔片的抽吸面分开。

虽然本文描述的几个实施例涉及风、风力涡轮机和翼型件，其构思同样适用其他类型的流体涡轮机的其它类型的流体箔片，诸如具有环形水翼件的水力涡轮机或水轮机等。因此，本领域技术人员考虑到本发明，应理解本文描述的各个实施例中的词语流体、水或水力可由空气或风力代替，并且词语箔片或水翼件可由翼型件代替，反之亦然。

在罩式流体涡轮机中，一个或多个罩用于增加经过流体涡轮机的流量。罩包括具有抽吸侧(例如高速侧)和压力侧(例如低速侧)的环形箔片(例如翼型件或水翼件)，抽吸侧面对流体涡轮机的中心旋转轴，压力侧背离中心轴。通过使环形箔片下游的流体流动转向为远离中心轴，环形箔片吸收经过涡轮机转子的附加流体，增加由流体涡轮机获取的功率。为进一步增加箔片下游的流体流动转向，并进一步增加流经流体涡轮机的流体涡轮机吸收量，可增加箔片的冲角和/或增大箔片的弧度。遗憾的是，箔片冲角的显著增加和/或箔片弧度的显著增加会导致失速。在流体力学领域中，术语“失速”是指发生流动分离的情况。在流动分离中，紧紧围绕箔片表面流动的流体(即，边界层流)开始与表面分离并变为湍流(即，产生旋涡和涡系)，这通常会增加阻力并减少转向箔片下游的流动。一些实施例包括具有在后部改进轮廓的环形箔片，用于增加转向箔片下游的流体，而不会在环形箔片的抽吸侧产生边界分离。

流经箔片的流体在箔片和流体上都会产生气动或水力的力。垂直于流体流动方向的箔片上气动或水力的力分量称为升力，而平行于流体流动方向的箔片上气动或水力的力分量称为阻力。箔片具有抽吸侧和压力侧。对于很多箔片，压力面和抽吸面由弯曲的前缘和尖锐的后缘连接，意味着压力侧和抽吸侧在后缘相交并没有通过后缘处的附加表面分离。箔片的弧线在一端处剖开后缘并延伸至前缘的顶点。由于箔片的存在，流经箔片的流体偏向可描述为转向并沿着弯曲路径的流体流动。气动或水力循环是流动转向的结果，并且通常由箔片抽吸侧上的流动分离限制。

Kutta-Joukowski定理描述了围绕任何封闭表面的流体循环。该循环引起翼型件上的升力并增加通过罩式流体涡轮机的流体流动。该定理确定了由封闭体中的一个跨度单元产生的升力并阐述了当循环量Γ_∞已知时，柱体的每单位跨度的升力(或L’)可由下述公式计算：

L′＝ρ_∞V_∞Γ_∞    公式1

其中ρ_∞和V_∞是柱体上游远处的流体密度和流体速度，而Γ_∞是由公式2中的线积分限定的循环量：

    公式2

在箔片周围的流动中，存在两个滞点。Kutta条件限定了在箔片后缘出现的后滞点。维持在流体动力表面上的Kutta条件(作为Kutta-Joukowski定理的函数)控制由箔片产生的循环，防止与表面的流动分离，直到流动到达后缘。

这些实施例通过改变经过环形箔片后部中流体箔片压力侧的流体流动，经过更有效的流动转向增加了流体箔片循环。增加的循环可通过增加箔片压力侧上的表面转向来实现。压力侧上增加的表面转向将压力侧表面的流动转变为即将而来的流动，与远离流动的抽吸侧上增加的转向相比，压力侧上增加的表面转向更不易于引起流动分离。

一些实施例包括在翼型件后部的压力面上具有突起的环形箔片，其通过增加抽吸侧下游的转向而提供增加的循环。在一些实施例中，该突起可以为平板、或箔片压力侧上的延伸远离箔片非突起部分弦的其它突起。在一些实施例中，突起的高度可以大约为弦长度的1-30％。如上述解释的，该突起远离环形箔片的非突起部分的弦延伸。例如，在一些实施例中，突起可取向为大致垂直于箔片非突起部分的弦线。在一些实施例中，后缘突起可取向为相对于箔片非突起部分的弦线呈85度至120度之间的角度。

通过在突起尾部且靠近突起处引入一对反向旋转的涡系，突起有效地改变环形箔片后缘下游的流场，其改变了该区域的Kutta条件和循环。然而，突起上游侧的压力面形状的急剧过渡可很大程度地增加箔片上的阻力。在一些示例性实施例中，环形箔片后部被以气动方式改进，以增加箔片压力面的流体转向而没有急剧过渡，因此提供增加的循环而没有增加的阻力影响。

下文描述关于单罩式流体涡轮机的一些实施例。下文描述关于多罩式流体涡轮机的一些实施例。下文描述关于混合器-喷射器多罩式涡轮机的一些实施例。该领域技术人员在考虑本申请后将认识到本文的教导易于应用于任意数量的管式或罩式流体涡轮机的应用中。在实施例中对任意类型的罩式涡轮机(例如混合器-喷射器涡轮机(MET))的记载或图示不是用于限制本发明的范围而是仅仅为了方便解释本发明的目的。

如上所解释的，示例性环形箔片可用于MET中。MET提供由流体流发电的改进方式。MET包括用作混合器/喷射器泵的串联弧形罩。各弧形罩为大致环形箔片。被称为涡轮机罩或混合器罩的主要罩容纳从主要流体流获取功率的转子。主要罩下游的被称为喷射器罩的次要罩收集受到激励的次要旁路流体流，该流体流在转子下游与主要流体流混合，以激励输出流体流。混合器罩和/或喷射器罩可具有促进主要流体流和次要流体流在转子下游快速混合的结构。例如，混合器罩可在环形箔片后缘处包括混合元件，其与喷射器罩流体连通。激励输出流体流加速经转子通过主要罩的流体的吸收，由于较高流率导致更多的能量获取。混合器/喷射器泵将来自旁路流动的能量转化为转子尾流，允许经过转子的每单位质量流率的更高能量。主要罩和次要罩产生导致涡轮机罩内侧抽吸的气动循环，并且是紧密联接系统的一部分，与没有罩的设计相比，其结合有混合器-喷射器泵允许经过涡轮机转子的更多空气加速，因此增加了可由转子获取的功率量。这两个效果增大了涡轮机系统的总的功率产生。

本文使用的术语“转子”是指其中一个或多个叶片附接至轴或与轴联接并且能够旋转的任意部件或组件，允许从旋转叶片的流体流流动中获取能量或功率。示例转子包括但不限于类似螺旋桨的转子、叶轮和转子/定子组件。该领域技术人员可理解，在本发明的罩式流体涡轮机中，可结合涡轮机罩使用任意类型的转子。

流体涡轮机中位于靠近涡轮机前方的第一部件可被认为是位于靠近涡轮机后方的第二部件的“上游”。例如，在MET中，涡轮机罩的前缘可考虑为流体涡轮机的前方，而喷射器罩的后缘可被认为是流体涡轮机的后方。喷射器罩为涡轮机罩的下游。

本文描述和教导的用于更多流动转向的环形流体箔片(下文为环形箔片)的改进可同样地应用于具有单个罩的罩式涡轮机和具有多个罩的罩式涡轮机。图5-图10用于描述对用于具有单个罩的罩式涡轮机和具有多于一个罩的罩式涡轮机的环形流体箔片的改进。图5-图10不应该被认为将实施例限制为用于具有一个罩的流体涡轮机的环形箔片、限制为用于具有两个罩的流体涡轮机的环形箔片、或限制为用于具有多于两个罩的流体涡轮机的环形箔片。图1、图2和图11不应该被认为将实施例限制为用于双罩混合器-喷射器流体涡轮机的环形流体箔片。图13-图15不应该被认为将实施例限制为用于单罩流体涡轮机的环形流体箔片。此外，在多罩式的实施例中，在上游罩、在下游罩或在二者中合并有流体转向特征。

图1和图2描述了根据一些实施例的罩式流体涡轮机示例实施例的立体图。罩式流体涡轮机100由支撑结构102支撑，并包括涡轮机罩110、舱体150、转子140和喷射器罩120。转子140围绕舱体150并在转子叶片近端包括中心毂141。中心毂141以旋转方式与舱体150接合。转子140、涡轮机罩110和喷射器罩120相对于彼此同轴(即，它们共享公共的中心轴线105)。

虽然示出涡轮机罩110围绕转子140，在一些示例实施例中，涡轮机罩可仅部分地围绕转子(例如涡轮机罩可具有间隙，或转子可延伸为超过涡轮机罩的前缘或后缘)。在一些实施例中，涡轮机罩110可不围绕转子140(例如转子可位于前缘的前方或经过涡轮机罩的后缘)。

涡轮机罩110包括前端112，也已知为进口端或前缘。涡轮机罩110还包括后端116，也已知为排出端或后缘。后缘包括高能凸瓣117和低能凸瓣115。支撑件106示出为将涡轮机罩110连接至喷射器罩120。

喷射器罩120包括前端、进口端或前缘122、以及后端、排出端或后缘124。喷射器120包括环形箔片，或者换句话说，为大致筒形并具有箔片截面形状。在一些实施例中，喷射器120的后部包括用于增加的流体转向的箔片后部中的改进轮廓(例如箔片压力面上的陡直形突起109)。

在进一步描述根据不同实施例具有改进轮廓的箔片实施例之前，示出和描述没有改进轮廓的常规环形箔片以用于比较。图3示出常规环形箔片200上部的侧截面。箔片200具有抽吸面(也称为抽吸侧)202和压力面(也称为压力侧)201。箔片200还具有前缘204和后缘205。直弦线214将前缘204连接至后缘205。箔片前缘204和箔片后缘205分别是受流体流动影响的翼型件的第一部分和最后部分。当垂直于弦线214测量时在压力面201与抽吸面202之间断续标绘的点形成中弧线，也可称为中间弧线或弧线206。中弧线206示出箔片200的非对称形式。

图4示出图3的常规环形箔片200周围的流场。沿抽吸面202从前缘204至后缘205在箔片200周围的流体流动方向和路径由箭头212表示。沿压力面201在箔片周围的流体流动方向和路径由箭头211表示。由箭头220表示的在箔片弦线214与周围流体流动方向之间的角度222是用于箔片的冲角。如所示出的，环形箔片200具有较大冲角222。压力侧流体流211与抽吸侧流体流212在后缘205处相交。如所示出的，抽吸侧流体流212以较大冲角可在后缘205之前与抽吸面202分离。后缘205附近的流动分离由区域215表示。离开表面的分离或主要流动是升高压力的结果，并且是当表面转向远离流动方向220时对边界层流动的影响。分离使得箔片200对于产生由Kutta-Joukowski定理描述的循环变得低效，Kutta-Joukowski定理采用要求后滞点精确地位于后缘上的Kutta条件。在边界分离中，后滞点从后缘向上游移动至抽吸面202(例如，滞流区域215)。当主要流动分离或离开表面时，其减少了箔片下游的流动转向并降低了循环。

由于抽吸面202转向远离即将到来的流体流220，增加冲角222以增加箔片下游的流动转向易于因为抽吸侧流体流212被即将到来的流体流220拉离抽吸面202而导致抽吸面202上的边界流动分离。相比较，较大冲角222不易于引起用于压力侧流动211的边界流动分离，由于压力面201转向进入即将到来的流体流220，其将压力侧流动211朝压力面201推回。

图5和图6示意性示出环形箔片300上部的侧截面图，根据一些实施例，环形箔片300上部包括压力面301的陡直形突起316，该陡直形突起316在箔片后部305中从压力面301向外并远离环形箔片的中心纵向轴线(参见图1和图2的中心纵向轴线105)突出。在一些实施例中，环形箔片300可以为MET的喷射器罩(例如，图1中MET 100的喷射器罩120)。在一些实施例中，环形箔片300可以包括在单罩式流体涡轮机中。在一些实施例中，环形箔片300可以包括在具有多于两个罩的罩式流体涡轮机中。

如所示出的，抽吸面302和压力面301在突起之前的部分可用于限定弦线314和箔片300的非突起部分的中弧线303。中弧线303示出箔片的非对称形式。陡直形突起316具有远离弦线314延伸的纵向轴线332。在一些实施例中，突起的轴线332与弦线314之间的角度334为垂直或接近垂直。例如，在一些实施例中，角度334在85度至120度之间。在一些实施例中，陡直形突起的高度h_p为弦长度L_c的0.5％至30％之间。在一些实施例中，陡直形突起的高度h_p为弦长度L_c的1％至10％之间。

图6示意性示出图5的箔片300周围的流体流动。沿抽吸面302从前缘304至后缘305在箔片周围的流体流动方向和路径由箭头312表示。沿压力面301从前缘304至后缘305在箔片300周围的流体流动方向和路径由箭头311表示。

如所示出的，陡直形突起316在陡直形突起316上游的压力面301上产生滞流区域315。在箔片后部305处附加陡直形突起316还在后部305的下风处、特别是在尾部且接近突起316处产生一对反向旋转的涡系318a、318b，其影响来自箔片下游的压力面301和抽吸面302的流体流动311、312。反向旋转的涡系318a、318b形成低压区域319，该低压区域319拉动/偏转来自抽吸面312d的流动远离中心轴，增加箔片下游的流体转向。低压区域319还使来自压力面311d的流动略微朝中心轴偏转。来自反向旋转的涡系318a、318b的低压区域319位于突起316下游。通过拉动箔片下游的抽吸侧流体流312d远离中心轴，低压区域319保持抽吸侧流体流312附着于抽吸面，从而建立改进的循环。

在压力面上具有突起的实施例中，压力面形状在突起上游表面处的急剧过渡可很大程度地增加箔片上的阻力。在一些实施例中，箔片后部以气动方式改进以增加流体转向，而无需压力面形状的急剧过渡，因此提供增加的循环而没有增加阻力或少量增加阻力。例如，图7和图8示出环形箔片500的另一实施例。环形箔片500可用于具有单个罩的罩式流体涡轮机中和/或用于具有多个罩的罩式流体涡轮机中(例如，在MET中)。环形箔片500包括抽吸面502、压力面501、前缘504、和包括后缘505的后部520。弦线514和中弧线506从前缘504延伸至后缘505。

在箔片的后部520中，中弧线506具有比箔片前部522更大的曲率(即，较小的曲率半径)。在图7中，弧线506在箔片前部522的曲率用弧507示出，弧线506在箔片后部520的曲率用弧508示出。在一些实施例中，中弧线在后部的曲率可为中弧线在前部的曲率的1.5倍至2.5倍之间。此外，压力面502和抽吸面504可如所示出的在钝形端面524中相交。

在图8中，在抽吸侧上箔片500周围的流体流动的方向和路径由箭头512表示。在压力侧上箔片500周围的流体流动的方向和路径由箭头511表示。中弧线506在后部520增加的曲率和钝形端面524形成箔片的钝形后部，其在后部520下游且接近后部520处形成一对反向旋转的涡系518a、518b。反向旋转的涡系518a、518b形成低压区域519，其在箔片下游吸收抽吸侧流动512d远离中心轴，而没有流动分离或具有减少的流动分离。与图2和图3的常规箔片相比，箔片500的形状提供改进的来自箔片两侧511d、512d流体流动循环(即，增加的流体转向)。箔片后部520改进的轮廓模仿由压力面突起316产生的流体流311/312，而不形成滞流区域315(参见图4和图5)，因此提供具有较低阻力的改进循环。与陡直形突起相比，图7和图8的箔片500在使压力侧上的流体流动转向方面也更高效，导致增加的循环和增加的升力。

图9示出根据一些实施例具有改进后部620的环形箔片600的另一实施例。环形箔片600可用于具有单个罩的罩式流体涡轮机中和/或可用于具有多个罩的罩式流体涡轮机中(例如，在MET中)。环形箔片600包括抽吸面602、压力面601、前缘604、以及包括后缘605的后部620。弦线614与中弧线606从前缘604延伸至后缘605。

在箔片后部620中，中弧线606具有比箔片前部622更大的曲率(即，较小的曲率半径)。在图9中，弧线606在箔片前部622的曲率由弧607表示，弧线606在箔片后部620的曲率由弧608表示。压力面602和抽吸面604可如所示出的在钝形端面624中相交。抽吸侧602上箔片600周围的流体流动方向和路径由箭头612表示。压力侧601上箔片600周围的流体流动方向和路径由箭头611表示。

中弧线606在后部620增加的曲率和钝形端面624形成箔片的钝形后部，其在后部620下游且接近后部620处形成一对反向旋转的涡系618a、618b。反向旋转的涡系618a、618b形成低压区域，其在箔片下游吸收抽吸侧流动612d远离中心轴，而没有流动分离或具有减少的流动分离。与图2和图3的常规箔片相比，箔片600的形状提供改进的来自箔片两侧611d、612d流体流动循环(即，增加的流体转向)。与图7和图8的环形箔片500相比，图9的环形箔片600后部620进一步转向远离风，以实现更大量的流动转向。

图10示意性示出根据一些实施例的具有压力面701的环形箔片700，压力面701具有陡直形突起716，其从压力面701向外并远离环形箔片的中心纵向轴线(参见图11的中心纵向轴线755)延伸。环形箔片700可用于具有单个罩的罩式流体涡轮机中，和/或用于具有多个罩的罩式流体涡轮机中(例如在MET中)。如所示出的，抽吸面702和压力面701在突起上游的部分可用于限定箔片700的非突起部分的弦线714。陡直形突起716具有远离弦线714延伸的纵向轴线732。如所示出的，突起716限定从陡直形突起前表面736至陡直形突起后表面738的一个或多个通道730。

沿抽吸面702从前缘704经后缘705在箔片周围的流体流动方面和路径由箭头712表示。沿压力面701的流体流动711分为流过突起的第一部分711a和也称为旁路部分的第二部分711b，第二部分711b流经通道730。压力侧流体流动711中经过通道730的比例可至少部分地由突起716相对于箔片的取向和位置以及通道730的取向和位置确定。

如所示出的，陡直形突起316在箔片的压力面701上形成滞流区域715。箔片后部305的陡直形突起316在突起316尾部且接近突起316处也产生一对反向旋转的涡系718a、718b，其影响压力侧流体流动711a、711b和抽吸侧流体流动712。具体而言，反向旋转的涡系718a、718b形成低压区域719，其拉动/偏转来自抽吸面712的流动远离中心轴，增加箔片下游的流体转向。低压区域719也将压力侧流动的第二部分711b偏转远离中心轴。低压区域使第一压力侧流动711a略微朝中心轴偏转。通过在箔片下游处拉动抽吸侧流体流712远离中心轴，箔片产生更大的流体转向，同时保持抽吸侧流体流712附着于抽吸面702，以产生改进的循环。压力侧流体流动711经过通道730的至少一部分的旁路用于减少箔片700上的阻力并能够进一步改进抽吸侧气流和压力侧气流的流动转向(分别为712和711a、711b)。

图11示意性描述根据一些实施例的混合器-喷射器风力涡轮机750，其中，喷射器罩760具有图10的环形箔片700的结构，其包括在限定通道730的压力面701上的突起716。如详图752示出的，由突起716限定的通道730是狭槽的形式，其至少部分地将突起716与压力面701的其余部分分离。翼型件700的突起716和非突起部分可由支撑件754连接。虽然图11包括具有在一些实施例中改进后部的喷射器罩760，混合器罩770可具有改进的后部，和/或喷射器罩760和混合器罩770都可具有改进的后部。

图12和图13示意性示出单个混合器罩风力涡轮机800，其中混合器罩830的向外的混合凸瓣845改进为实现增加的流体转向。罩式风力涡轮机具有中心纵向轴线835。混合器罩830包括朝流体涡轮机的中心轴线835向内转向的向内混合凸瓣847和转向远离中心轴线835的向外混合凸瓣845。如详图843示出的，向外的混合凸瓣845具有如下箔片形状，压力面801和抽吸面802在后部820于钝形表面824处相交。箔片具有弦814和在前缘804和后缘805之间延伸的中弧线806。箔片轮廓改进为使得中弧线806在后部820中具有比在箔片前部822中较大的曲率。弧807示出前部822的曲率，并且弧808示出后部820的曲率。在使用中，后部820中的钝形表面824和增加的弧曲率形成一对反向旋转的涡系，其增加由向外的混合凸瓣845引起的流体转向。为了比较，详图842包括导向部849，其指示具有恒定曲率的中弧线的未改进的向外的混合凸瓣轮廓。如详图842所示出的，向内的混合凸瓣847具有尖锐后缘805’和中弧线806’，中弧线806’具有在后缘部820’不是明显增加的曲率。如本文所用的，尖锐后缘是压力面和抽吸面相交的后缘并且没有由后缘处的附加表面分离。

图14和图15示意性示出具有中心纵向轴线935和混合器罩930的单罩式混合器流体涡轮机900，混合器罩930包括向外的混合凸瓣945，各自具有在压力面901上包括突起916的侧截面箔片轮廓。如图15的详图943示出的，抽吸面902和压力面901限定箔片的非突起部分的弦914。压力面901的突起916延伸远离弦914。如所示出的，突起916可限定能够使旁路沿压力面901流动的通道928。如图14和图15的详图942所示，向外混合凸瓣945的突起916可由间距部950连接在向内混合凸瓣947上，以形成环952。在一些实施例中，突起不可以由间距部连接在向内混合凸瓣上。

本领域技术人员结合本发明将易于理解实施例中的很多变型是可能的，而不会实质地偏离本发明。因此，所有这些变型都意于包括在如下述权利要求限定的本申请范围内。

当术语“大约”用于数量时包括所记载的数值，并且也具有上下文指明的含义。例如，其至少包括与具体数量测量相关联的误差度。当用于范围时，术语“大约”还应该考虑披露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”也披露的“从2至4”的范围。

在权利要求中，装置加功能的条款意于覆盖这里描述的当执行所记载的功能时的结构，并且不仅可以是结构上等效，而且可以是等效的结构。因此，虽然型钉和螺钉可能不是结构上等效，其中，型钉采用柱形表面将木质部件固定在一起，而螺钉采用螺旋表面，但在紧固木质部件的环境中，型钉和螺钉可以为等效的结构。申请人的明确意图不在于援引35 U.S.C.§ 112第6条的规定来对这里的任何权利要求进行任意限定，除非权利要求中明确使用与相关功能一起的词语“用于…的装置”。

Claims (30)

1.一种用在能量获取流体涡轮机中的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，包括：

抽吸面，其面朝所述环形流体箔片的中心纵向轴线；

压力面，其与所述抽吸面相对；以及

陡直形突起，其位于所述环形流体箔片的后部，所述陡直形突起从所述压力面向外且远离所述环形流体箔片的非突起部分的弦延伸。

2.根据权利要求1所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，所述环形流体箔片的侧向截面具有所述陡直形突起的纵向轴线，该纵向轴线相对于所述环形流体箔片的非突起部分的弦成85度至120度之间的角度取向。

3.根据权利要求2所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，所述环形流体箔片的侧向截面具有所述陡直形突起的纵向轴线，该纵向轴线大约垂直于所述环形流体箔片的非突起部分的弦取向。

4.根据权利要求1所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，所述陡直形突起的高度是弦长度的0.5％至30％之间。

5.根据权利要求4所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，所述陡直形突起的高度是弦长度的1％至10％之间。

6.根据权利要求1所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，所述陡直形突起具有能够在所述陡直形突起的下游且接近所述陡直形突起处产生反向旋转的一对流体涡系的形状。

7.根据权利要求6所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，在所述陡直形突起的下游且接近所述陡直形突起处产生的所述反向旋转的一对流体涡系使来自所述抽吸面的流动流偏转远离所述中心轴线。

8.根据权利要求7所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，在所述陡直形突起下游且接近所述陡直形突起处产生所述反向旋转的一对流体涡系，而不存在所述抽吸面上的边界层流动分离。

9.根据权利要求1所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，所述陡直形突起限定从所述陡直形突起的前表面向所述陡直形突起的后表面延伸的通道。

10.根据权利要求9所述的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，其中，所述通道包括至少部分地将所述陡直形突起和所述环形流体箔片的非突起部分分离的狭槽。

11.一种能量获取流体涡轮机，包括：

转子，其能够围绕中心纵向轴线旋转；以及

环形流体箔片，其具有所述转子下游处的后缘，所述环形流体箔片包括：

抽吸面，其面朝所述中心轴线；

压力面，其与所述抽吸面相对；以及

陡直形突起，其位于所述环形流体箔片的后部，所述陡直形突起从所述压力面向外且远离所述环形流体箔片的非突起部分的弦延伸。

12.根据权利要求11所述的能量获取流体涡轮机，其中，所述环形流体箔片的侧向截面具有所述陡直形突起的纵向轴线，该纵向轴线相对于所述环形流体箔片的非突起部分的弦成85度至120度之间的角度取向。

13.根据权利要求11所述的能量获取流体涡轮机，其中，所述陡直形突起的高度是弦长度的0.5％至30％之间。

14.根据权利要求13所述的能量获取流体涡轮机，其中，所述陡直形突起的高度是弦长度的1％至10％之间。

15.根据权利要求11所述的能量获取流体涡轮机，其中，所述陡直形突起具有能够在所述陡直形突起下游且接近所述陡直形突起处产生反向旋转的一对流体涡系的形状。

16.根据权利要求15所述的能量获取流体涡轮机，其中，在所述陡直形突起下游且接近所述陡直形突起处产生的所述反向旋转的一对流体涡系使来自所述抽吸面的流动流偏转远离所述中心轴线。

17.根据权利要求16所述的能量获取流体涡轮机，其中，在所述陡直形突起下游且接近所述陡直形突起处产生所述反向旋转的一对流体涡系，而不存在所述抽吸面上的边界层流动分离。

18.根据权利要求11所述的能量获取流体涡轮机，其中，所述陡直形突起限定从所述突起的前表面向所述突起的后表面延伸的通道。

19.根据权利要求18所述的能量获取流体涡轮机，其中，所述通道包括至少部分地将所述陡直形突起和所述环形流体箔片的非突起部分分离的狭槽。

20.根据权利要求11所述的能量获取流体涡轮机，其中，所述环形流体箔片是喷射器罩，并且所述流体涡轮机还包括在所述喷射器罩上游处的混合器罩。

21.根据权利要求11所述的能量获取流体涡轮机，其中，所述环形流体箔片是混合器罩，并且所述流体涡轮机还包括在所述混合器罩下游处的喷射器罩。

22.一种用在能量获取流体涡轮机中的具有空气动力性轮廓的环形流体箔片，包括：

抽吸面，其面朝所述环形流体箔片的中心轴线；以及

压力面，其与所述抽吸面相对，所述压力面和所述抽吸面由所述环形流体箔片后部处的钝形表面接合，所述环形流体箔片具有带中弧线的截面构型，该中弧线在所述后部比在所述环形流体箔片的前部具有更大的曲率。

23.根据权利要求22所述的环形流体箔片，其中，所述钝形表面和所述构型能够在所述后部下游且接近所述后部处形成反向旋转的涡系，其使来自所述抽吸面的流动流偏转远离所述中心轴线。

24.根据权利要求23所述的环形流体箔片，其中，来自所述抽吸面的流动流被偏转远离所述中心轴线，而不存在所述抽吸面上的边界层分离。

25.根据权利要求22所述的环形流体箔片，其中，所述中弧线在所述后部的曲率是所述中弧线在所述前部的曲率的1.5倍至2.5倍之间。

26.一种能量获取流体涡轮机，包括：

转子，其能够围绕中心轴线旋转；以及

环形流体箔片，其具有所述转子下游处的后缘，所述环形流体箔片包括：

抽吸面，其面朝所述中心轴线；以及

压力面，其与所述抽吸面相对，所述压力面和所述抽吸面由所述环形流体箔片后部处的钝形表面接合，所述环形流体箔片具有带中弧线的截面构型，该中弧线在所述后部比在所述环形流体箔片的前部具有更大的曲率。

27.根据权利要求26所述的流体涡轮机，其中，所述钝形表面和所述构型能够在所述后部下游且接近所述后部处形成反向旋转的涡系，其使来自所述抽吸面的流动流偏转远离所述中心轴线。

28.根据权利要求26所述的流体涡轮机，其中，所述中弧线在所述后部的曲率是所述中弧线在所述前部的曲率的1.5倍至2.5倍之间。

29.根据权利要求26所述的流体涡轮机，其中，所述环形流体箔片是喷射器罩，并且所述流体涡轮机还包括在所述喷射器罩上游处的混合器罩。

30.根据权利要求26所述的流体涡轮机，其中，所述环形流体箔片是混合器罩，并且所述流体涡轮机还包括在所述混合器罩下游处的喷射器罩。