CN116057273A - 性能增强的可配置多用途横流风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机转子，包括轴、围绕所述轴以规则间隔设置的多个主叶片、以及围绕所述轴设置在所述多个主叶中的主叶片之间的多个二级叶片。所述多个二级叶片中的每个二级叶片小于所述多个主叶片中的每个主叶片。

Description

性能增强的可配置多用途横流风力涡轮机

相关申请的交叉引用

本申请主张2020年8月10日提交的美国临时申请第63/063,955号的权益，所述申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及可再生能源领域，更具体地说，涉及设计用于横流或横向轴流应用的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机可以很容易地部署在特定位置，在这些位置，风力涡轮机产生的电力可以直接在部署地点使用、直接引入电网或存储在能量存储系统中。风力涡轮机还可以为当地微电网提供服务，为多个设施提供服务。因此，风力发电在许多情况下都是理想的替代能源。

然而，传统的风力涡轮机存在效率低下和低功率的情况。特别是，当风撞击返回叶片时，传统的基于阻力的风力涡轮机效率低下。这种传统的基于牵引的风力涡轮机也已知存在自启动问题。

因此，需要改进式风力涡轮机。

附图说明

可以更好地理解本公开，通过参考附图，所属领域的技术人员可以清楚地了解本公开的许多特征和优点。应当注意，提供这些附图是为了帮助理解本发明，而不旨在限制在每个附图中具体示出的内容。本发明可用于利用与本文所述相同的操作原理的各种配置中。

图1是示出示例风力涡轮机的局部横截面图。

图2是示出风力涡轮机转子的示例配置的横截面图。

图3是示例风力涡轮机转子组件的横截面图。

图4是示例风力涡轮机转子组件的横截面图。

图5是相对于轴示出的示例风力涡轮机转子配置的等距三维视图。

图6是示例风力涡轮机转子的横截面图。

图7是使用四个主叶片和四个二级叶片的示例风力涡轮机转子的横截面图。

图8是使用四个主叶片和八个二级叶片的示例风力涡轮机转子的横截面图。

图9、图10和图11包括示例风力涡轮机系统的图示。

图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20和图21包括增强装置的示例风力涡轮机系统的图示。

在不同图式中使用相同的参考符号表示相似或相同的项目。

具体实施方式

在一个示例中，风力涡轮机使用相互作用的主叶片和二级叶片，以增强风力涡轮机在旋转过程中的性能。增强的性能是通过将二级叶片定位在主叶片内来实现的，以进一步集中并将流过主叶片和二级叶片的凸面和凹面的风力转换成有用的能量。

描述了一种基于阻力的横流配置，其中使用了示例转子设计来增强风力涡轮机的性能(或功率输出)。通过围绕例如由旋转轴限定的轴线配置具有多个主叶片(或勺)的转子，然后进一步将附加的一组二级叶片定位在主叶片之间，其中二级叶片的位置和形状(或配置)增加了直接从风中捕获附加能量，同时也将附加的风力重定向到主叶片组中。

在本说明书中，术语“叶片”和“勺”可以互换使用。通常，风力涡轮机的直接与风相互作用的部件被称为叶片。典型的公用事业规模风力涡轮机的叶片是基于箔片或升力的设计。基于阻力的风力涡轮机的叶片通常更呈勺状，但也可以通常也称为叶片。术语“转子”是指围绕轴线的一整套叶片，并且可选地，连接到限定轴线的中心轴或轴上。

术语“配置”可用于描述单个主叶片或二级叶片的整体形状、尺寸、曲率、深度和角度。同样的配置术语也可用于描述完整的转子，其中转子的配置描述完整的转子，包括独立的主叶片和二级叶片组，每个叶片组具有各自的配置，围绕或连接到中心轴或轴。

图1表示示例风力涡轮机的局部截面。提供局部横截面图以说明风力涡轮机的操作原理。风力涡轮机可以处于垂直或水平方向。在图1中，示出了部分横截面，其中风向从右侧水平地朝向所述部分横截面。图1中的其它指示器示出了当风与风力涡轮机相互作用并使风力涡轮机旋转时产生的风路径。为了清楚起见，风的相互作用用虚线表示，旋转方向用虚线表示。

在所述视图中，在所述角度，主叶片101A被示出在凹形表面主要面向风的位置，并承受风力以旋转轴103。在此视图中，轴的旋转方向为逆时针。

另一主叶片101B在所述旋转点相对于轴的位置。当处于所述位置时，主叶片101B被示出为通过将经过主叶片101A的气流重定向到主叶片101A而作用于主叶片101C。

二级叶片102A为转子增加了额外的风力捕获表面积，并与主叶片(101A、101B)相互作用，以提高效率。

当风穿过主叶片101B的顶部时，它部分地被引导到二级叶片102A中，这增加了旋转力矩，也被引导到主叶片101A中，从而进一步增加了旋转力矩。在这种方法中，通过将风能集中到相邻叶片中，同时仍允许一部分风流过转子，围绕每个叶片流动的旁通空气被用于产生积极的效果。

二级叶片102A通过其定位和配置(或相对于轴的形状和角度)进一步做出贡献，这是因为能够基于进入的风来加速气流，使其在转子的主叶片和二级叶片之间重新定向并轻微压缩。

在旋转过程中，主叶片和二级叶片在通过直接风力和通过重定向到其它叶片而传递到轴上的总力矩方面发挥交替作用。这种效应被称为“连续循环”，如使用附图2进一步详细描述的。

图2示出了示例转子的横截面图。再次示出了风从右侧进入，并且示出了具有三个主叶片201A、201B、201C和三个二级叶片202A、202B、202C的转子。

在旋转过程中，这种转子配置形成了风相互作用的连续循环，提供了多种好处。如前所述，主叶片和二级叶片都用于向轴提供旋转力矩，同时也将气流集中到与其相邻或几乎相邻的叶片中。

进入转子的气流既被每个单独的叶片(主叶片和二级叶片)捕获，以将直接力矩传递至轴，也被重定向至相邻叶片。这一效应进一步增加了转子内每个叶片对轴旋转的力矩量。

虽然图2示出了相对于特定风向处于特定角度的转子，但所述转子的优点不限于任何特定旋转角度或进入风向，例如，如图4中进一步示出的。

本文所述示例转子配置实现的另一个好处是，当增加横流风力涡轮机中的叶片数量时，减少了通常所称的“返回阻力”。

如图3所示，示例性转子配置提供了额外的益处，超过了在旋转过程中作用于轴的叶片中的风力集中的连续循环。示例性转子配置提供了屏蔽效应，所述屏蔽效应减少了横流风力涡轮机转子在旋转期间返回风中的部分的返回阻力。传统横流风力涡轮机中的回流阻力效应是此类风力涡轮机性能特性中众所周知的限制因素。

为了更好地理解返回阻力减少的益处，在这一点上简要描述与增加萨渥纽斯(Savonius)型风力涡轮机叶片数量相关的一些问题可能是有益的。已经发现，增加萨渥纽斯风力涡轮机的叶片数量会降低性能。虽然这似乎违反直觉，但很容易解释。如果主叶片的数量增加，例如从三个增加到六个，则叶片的内点(叶片最靠近轴的点)将更直接地朝向轴，以容纳附加叶片所需的空间。在这种情况下，由于各种原因，尽管增加了更多的叶片，但提高性能的任何预期效果可能会减少或抵消。例如，相对于进入的风向，进入的风可以在每个叶片上被其前面的下一个叶片基本阻挡。此外，与增加更多相同配置的叶片所预期的任何积极影响相比，转子上的返回阻力可能会不成比例地增加。此外，由于风更向内朝向中心轴点引导，因此减少了横流风向有用旋转力矩的有效转换。

本风力涡轮机和转子的实施例提供了一种解决方案，能够将更多的叶片添加到横流风力涡轮机转子中，从而在减少回程阻力的负面影响的同时提供性能的有益提高。通过在轴周围使用交替的叶片轮廓配置，可以将上述问题转化为有益的效果。图3示出了使用六个叶片(3个主叶片和3个二级叶片)的转子配置。主叶片组和二级叶片组的配置不同，以提高性能。

图3中特别指出的是涡轮机转子和旋转返回风的返回侧的进入风之间的相互作用，特别是对于二级叶片302B、主叶片301C和二级叶片302C。进入转子的进入风向视图由直接指向转子轴中心点的虚线表示。图3中还示出了附加的指示器“旋转风向”和“逆旋转风向”，其以虚线示出，以说明在直接朝向轴的风的中心点上方和下方的点处进入转子的气流。

在所述视图中，二级叶片302B最直接地面对并旋转进入的风。风向相对于进入的风大致在二级叶片302B的前方移动。位移风模式在指示“位移风”的文本上方和下方的虚线箭头中示出。二级叶片302B置换一部分风以向上流入风力涡轮机转子，最直接地流入主叶片301B，其中来自主叶片301A的一部分排风作用在主叶片301A上，进一步有助于旋转力矩。如进一步所示，二级叶片302B将另一部分风从旋转中心向外移位。这种转子配置的效果为主叶片301C提供了屏蔽效果，主叶片301A围绕旋转轴线跟随二级叶片302B。此外，在相对于所示的风向角的所述位置中，跟随主叶片301C的二级叶片302C被主叶片301C完全遮蔽。

当风力涡轮机转子继续围绕其旋转轴旋转时，主叶片和二级叶片中的每一个都具有向轴传递力矩、增强相邻叶片以及保护后续叶片的功能。

为了进一步说明实施例的主要功能和优点，提供了图4，其中图3所示的转子配置绕中心轴(例如，轴(303或403))逆时针旋转60度，相对于图3所述的角度。

在图4中，风以基本上从图3所示的右侧的方向朝向风力涡轮机转子。在图4所示的转子的旋转角度中，二级叶片现在相对于风和轴(303、403)移动到主叶片的位置，如图3所示。

如图4所示，在所述旋转角度期间，有利的风集中效应继续发生。当以所述角度观察时，二级叶片402B最直接地面对进入的风。当风流过二级叶片402B的顶部时，它被集中到主叶片401B中。当风在二级叶片402B下方流动时，在所述位置，有额外的风集中向上并进入二级叶片402A的凹形表面，这由从邻近的主叶片401C指示的位移风辅助。在所述配置中，在所述位置，穿过叶片402B和叶片401C的另一部分风将通过转子轴排出，并在主叶片401A上产生向下的力。这在图4中由主叶片401A上方的虚线箭头线和“排气”标签表示。

另一个好处是排气的有益利用。图4所示的转子构造使得一些排风能够以这样的方式流出风力涡轮机转子的背对进入风的一侧，使得排风进一步有助于向下的力。

图1-4中所示的主叶片和二级叶片的角度、曲率、相对尺寸和定位旨在帮助理解涡轮机和转子实施例的基本操作原理和益处。主叶片和二级叶片的角度、曲率、形状、相对尺寸和定位可以针对转子的各种配置进行修改，以实现相同的益处。

当将图4与图3进行比较时，另一个优点是明显的。从图4所示的替代角度可以明显看出，在旋转过程中，由于主叶片和二级叶片对旋转过程中传递到轴的整体和组合力的贡献的连续循环，驱动轴旋转的风力分布在每次旋转过程中保持相对一致。在风力涡轮机转子上使用主叶片和二级叶片能够比典型的横流风力涡轮机转子更稳定地向轴传递力矩。

例如，两个或三个叶片、基于阻力的风力涡轮机转子，例如在典型萨沃尼乌斯型配置中，在运行过程中，可能会经历从转子传递到轴的不均匀或间歇性力矩脉冲。这种不均匀的力矩会导致振动和噪声，这会限制此类设计的潜在应用或部署地点。这些力还导致转子和相关部件上的机械疲劳，并且当耦合到充电控制器或并网逆变器时，这些力还可能导致效率低下，这是因为施加到所连接的发电机或交流发电机上的力矩随着转子面对风的有效表面积在旋转点期间增加和减少而波动。这在双叶片、基于阻力的萨渥纽斯型风力涡轮机转子中尤为显著。

此外，在双叶片转子配置中，可能会出现自启动问题。如果双叶片横流转子相对于基本上平行于进入风的未来进入风角定位在静止点，则可能需要更大的风量来迫使转子进入旋转速度以提供任何有用的能量或功，这进一步有助于在操作期间效率的总体损失。

如上所述，增加相同配置的更多叶片的常见方法可能会对性能产生负面影响，因为当叶片受到风的作用而旋转轴时，增加的风向回阻力比增加的有效阻力更大。

在本转子和叶片的实施例中，通过利用通过添加不同配置的二级叶片而提供的空气动力效益，增加具有与主叶片不同配置的二级叶片，从而减少了增加更多具有相同配置的主叶片的负面(或有害)影响它。

迄今为止，已经使用主叶片和二级叶片的一种可能配置的中心点的二维截面图描述了包括具有有益空气动力学效果的风力涡轮机转子的主和次风力涡轮机叶片的效用和益处。在另一示例中，在图5中提供了使用所描述的有利方法的转子配置的三维视图。

图5示出了一个实施例的三维视图，其中三个主叶片(501A、501B、501C)和三个二级叶片(502A、502B、502C)相对于轴或轴503定位。

叶片，包括主叶片(501A、501B、501C)和二级叶片(502A、502B、502C)，可固定在一起或固定在轴上，以在固定的相对位置围绕轴旋转。例如，叶片可以固定在轴上的端盖上。在另一示例中，叶片可以使用结构杆、支柱、桁架等彼此固定。在另一示例中，叶片可以使用轮毂和可选的杆、支柱、桁架等固定到轴上。

虽然图式中显示了叶片、转子和轴之间的特定尺寸关系，但特定配置不限于任何特定尺寸或配置。一个以上的转子可以连接到较长的轴或轴上，其中每个连接的转子都有助于轴的总功率输出潜力。

提供了图2、图3、图4和图5中所示的特定转子配置及其单独的可能叶片配置，其中与实践中的类似设计相比，交替的主叶片和二级叶片之间的关系使得能够更有效地利用可用风能。

增强的性能部分来源于利用主叶片和二级叶片的两个表面，将风能直接传输至轴，并将未直接捕获的风能(或溢出/排风)重定向至相邻叶片。

如先前在图4中所描述和说明的，通过主叶片和二级叶片的配置和定位可以实现额外的性能和效率效益，其中来自转子的排气对从转子传递到轴的总力矩提供了进一步有益的影响。本文所述的连续循环方法的有益效果不限于图1至图5所示的特定转子和叶片配置，所述方法在有利的风力涡轮机转子配置中利用主叶片和二级叶片。

设想了风力涡轮机转子的许多变化。在所示的示例实施例中，使用了使用三个主叶片和三个二级叶片的转子配置。所示的示例性转子配置不旨在被视为限制任何特定数量的叶片、转子尺寸或特定叶片尺寸或几何形状，以实现增强性能的益处。例如，使用两个主叶片和两个二级叶片的风力涡轮机转子可以显著提高仅使用两个主要叶片的基于阻力的横流风力涡轮机的性能。因此，使用两个主叶片以及在主叶片之间的两个或更多个二级叶片的风力涡轮机转子可以提供进一步的益处。在另一示例中，也可以使用使用了四个主叶片和四个二级叶片的风力涡轮机转子。

在一组给定的主叶片内可使用多个二级叶片。例如，具有四个主叶片的转子可以包括在主叶片之间间隔开的两个或更多个二级叶片，并实现这些益处。因此，例如，也可以使用具有三个主叶片和九个二级叶片(其中三个二级叶片位于每个主叶片之间)的转子。

在另一个示例中，具有五个、六个或七个或更多主叶片以及相互作用的二级叶片的转子也可用于有利的配置。

实施例为横向轴向或横向流动风力涡轮机应用提供了改进式性能，特别是基于阻力的风力涡轮机。实施例可以有益地用于水平或垂直轴应用中。实施例包括高度可配置且非常适合于多种使用应用的风力涡轮机转子。

提供图6以说明所述风力涡轮机转子的可配置性质，使用具有三个主叶片和三个二级叶片的转子的示例。三个主叶片中的每一个被指示为601。每个二级叶片用611表示。附加指示符示出了定义转子设计的示例实施例的几何点，以说明转子设计的可配置性质的方法。因为示例设计提供了三个主叶片和三个二级叶片，所以几何指示器是三角形的。包括三个以上主叶片或二级叶片的设计将导致其它多边形几何指标。

主叶片601的外圆周点位于虚线三角形602的顶点处。主叶片601的内圆周点位于虚线三角形603的顶点处。二级叶片611的外圆周点位于虚线三角形612的顶点处。二级叶片611的内圆周点位于虚线三角形613的顶点处。

顶点可以定义每组主叶片和二级叶片的形状和曲率。在本实施例中，主叶片601的顶点在散列线三角形604的顶点处示出。在本实施例中，在散列线三角形614的顶点处示出了二级叶片611的顶点。

通过改变所指示的圆周点602、603、612、613以及顶点604和614的尺寸或角度，可以调整转子的配置，以实现不同的性能特性，这些特性有利于适应部署类型或部署地点的特定风况。例如，如果在面向盛行风向的建筑屋顶上以横向轴流水平轴配置部署，则转子配置可被设计为利用在建筑屋顶上集中和加速的气流。在这种类型的部署中，多个转子可以有利地沿着公共轴使用，并且每个转子可以接收来自向上方向的集中风，这是风流过结构顶部的自然结果。

在垂直轴(或Vawt)配置中，多个转子也可沿共用轴或轴使用。这些优点在风力涡轮机转子的垂直或水平部署中都可用。正如已经讨论过的，每个叶片或勺的曲率、尺寸、长度、宽度、深度和相对角度可以变化以实现期望的效果。

例如，在一个实施例中，单个转子的旋转直径可以指定为一米。使用图6作为示例并且特别是描述所示的一组主叶片601，每个主叶片的每个内圆周点不直接指向轴。在一个示例中，内圆周点位于沿转子半径距离转子中心5％至50％的范围内的点处。例如，内圆周点可以位于从转子中心沿转子半径到外径的10％至40％或20％至30％范围内的点处。在一个示例中，主叶片601的内圆周点可以沿着半径定位在距旋转中心轴大约25％的位置。每个主叶片601的内圆周点被引导(当在内圆周点处沿着主叶片的切线投影时)远离轴并朝向另一主叶片，如图6中由内圆周点603所示。

如图6所示，每个主叶片601的长度在转子直径的40％至80％的范围内，其中所述长度由外圆周点602和内圆周点603之间沿着主叶片601延伸的距离确定。例如，长度在转子直径的45％至75％或50％至60％的范围内。使用所提供的示例，主叶片的长度可以是总直径的大约55％。

每个主叶片的曲率深度，定义为从顶点604到在外圆周点602和内圆周点603之间延伸的直线的最短距离，在主叶片长度的10％至60％的范围内。例如，曲率深度可以在主叶片长度的15％至40％或20％至35％的范围内。曲率深度可以是每个主叶片长度的大约25％。

使用主叶片601的这种配置，穿过主叶片601凹面和凸面的一部分风被引导到下一个主叶片中，其中主叶片601外缘602的旋转点基本上面向风。

风从一个主叶片601重定向到下一主叶片601(接收主叶片)发生在进入接收主叶片601的点处，所述点位于相对于叶片长度，从每个主叶片的内圆周点的距离的5％到65％的范围内。例如，相对于叶片长度，所述点可以在距每个主叶片的内圆周点的距离的15％至45％的范围内或20％或40％的范围内。风从一个主叶片转向到另一主叶片可以位于距接收叶片的内圆周点距离的大约33％或大约三分之一的位置。

在图6所示的示例中，当从主叶片内圆周点603测量时，主叶片601的顶点604位于主叶片长度的20％至80％的位置。例如，所述范围为长度的45％至75％，例如50％至70％，或大约66％。这样的顶点可以形成复杂的半径曲率。在另一示例中，顶点603可以沿着主叶片601的长度居中，并且可以形成弧形或曲线的叶片轮廓或横截面。例如，圆弧或曲线可以是抛物线、圆形、椭圆、双曲线、渐开线曲线或复杂曲线。如前所述，主叶片的深度也可以通过将顶点604从每个主叶片601的长度点向外移动来调节，所述长度点由外圆周点602和内圆周点603之间的距离限定。

如本文所述，增加了二级叶片611。二级叶片611被放置在主叶片601之间，并且被配置为使用增强转子性能的曲率、尺寸、长度和角度。

在图6所示的示例中，二级叶片611的长度(从内圆周点613到外圆周点612测量)在整个转子直径的10％至55％的范围内。例如，长度可以在整个转子直径的20％至50％的范围内，或者在整个转子的直径的30％至45％的范围内。在一个示例中，二级叶片可以具有总转子直径的40％或大约五分之二的长度。二级叶片的顶点614可以设置在叶片长度的40％至90％范围内从其内圆周点开始的位置。例如，顶点可以设置在叶片长度的45％至75％或50％至60％范围内的位置，该位置从叶片的内圆周点开始。顶点可以在叶片长度内的50％或近似中心。二级叶片的长度可以是主叶片长度的20％至85％。例如，二级叶片的长度可以在主叶片长度的40％至80％或50％至75％的范围内。在一个示例中，二级叶片的长度相对于主叶片的长度可以是70％。二级叶片的内圆周点可以沿着从轴到外径的半径设置在45％至85％范围内的位置。例如，内圆周点可以沿着从轴到外径的半径设置在50％至75％或55％至70％的位置。在一个示例中，二级叶片的内圆周点可以沿着转子半径与旋转中心的距离为65％。二级叶片的内周点定位成比主叶片的内周点离轴远得多。

在图6所示的示例中，通过二级叶片611的凸面和凹面的空气也被引导到相邻的主叶片中，其中当从相邻主叶片601的外周点602测量时，所述二级叶片在相邻主叶片长度的15％至50％的范围内的点处将旁通空气引导到相邻主叶片602中。例如，当从主叶片601的外周点602测量时，所述点可以在20％至45％或30％至40％的范围内。当从主叶片601的外周点602测量时，所述点可以是主叶片601长度的33％或大约三分之一。

相对于二级叶片611的内周点613和内周，二级叶片611的凹面和主叶片601的凸面之间的空间从二级叶片6111的外周点612和主叶片602的外周点602之间的点略微减小主叶片601的点603。在主叶片601和二级叶片611之间通过的空气被加速并被引导到相邻主叶片601的凹面中。

“入口点”位于二级叶片611的外圆周点612和主叶片602的顶点附近。“出口点”大致位于二级叶片611的内圆周点613和主叶片601的内圆周点602之间。出口点的横截面面积为入口点横截面面积的65％至95％。例如，出口点的面积可以在入口点面积的70％至90％或75％至85％的范围内。在一个示例中，出口点的面积相对于入口点的面积可以是80％。

图7所示的转子配置使用四个主叶片和四个二级叶片，所有这些叶片都具有弧形截面轮廓。图7的实施例提供了连续循环效应的益处，证明了风力涡轮机转子的可配置性质。在图7中，示出了四个主叶片(701、702、703、704)和四个二级叶片(711、712、713、714)相对于旋转中心轴线定位。

主外叶片框架705、主内叶片框架706和主叶片顶点框架707说明了主叶片的长度、深度和曲率。类似地，辅助外叶片框架715、辅助内叶片框架716和二级叶片顶点框架717示出了二级叶片的长度、深度和曲率。主叶片和二级叶片可以具有与关于图6描述的那些相似的长度、尺寸、曲率和位置。

风矢量接近指向风力涡轮机转子的虚线，其中风来自相对于图式方向的右侧。在所述视图中，风矢量线表示当风在主叶片702的凸面上方和在二级叶片711的凹面下方经过时的一般路径或气流。

“入口点”位于二级叶片711的外框架点和主叶片702的顶点附近。“出口点”大致位于二级叶片711的内部框架点和主叶片702的内部框架之间。在图7中使用的示例中，出口点处的横截面面积为入口点处横截面面积的65％至95％。例如，出口点的面积可以在入口点面积的70％至90％或75％至85％的范围内。在一个示例中，“出口点”的面积相对于入口点的面积可以是80％。

如图所示，穿过主叶片702凸面和二级叶片711凹面下方的风被引导到主叶片701凹面。这种配置增加了引导到主叶片701中的风力的量。

如关于图1所述，在图7中，二级叶片711、712、713和714可通过形状、角度和位置进行配置，以在风进入主叶片702和二级叶片711的指示入口点以及主叶片702与二级叶片711之间的指示出口点时产生加速效应。

入口点可以比出口点大大约10％。二级叶片的长度或距外框架点和内框架点的距离大约为主叶片长度的50％。

主叶片和二级叶片的相对尺寸和位置可能会因多种因素而变化。这些因素包括转子的直径、主叶片和二级叶片的数量、展开类型(水平或垂直)以及展开中是否使用外部屏蔽或增强。

虽然术语“框架”用于定义图7和图6中每个主叶片和二级叶片的内点和外点，但这并不意味着限制转子周围叶片的任何特定构造方法。图6中示出的作为主叶片内框架、主叶片外框架、二级叶片内框架和二级叶片外框架的三角形指示器旨在说明在一个可能的实施例中每个叶片的关系几何结构，其中风力涡轮机转子包括围绕中心旋转轴线的三个主叶片和三个二级叶片。图6中标记为主叶片和二级叶片的顶点的三角形指示器被提供以示出每个叶片的最深点。

类似地，图7中提供的标签，特别是705、706、707、715、716和717，也旨在使用包括四个主叶片和四个二级叶片的转子配置来帮助理解本实施例的几何结构。虽然使用主叶片和二级叶片中的每一个上的内点和外点用于结构框架可能是有利的，但可以设想其它结构框架方法。存在用于将风力涡轮机叶片连接或固定到中心轴或轮毂的各种方法。

图8示出了转子配置的另一个示例，其中转子使用四个主叶片和八个附加叶片(例如，四个二级和四个三级叶片)。四个主叶片用801A、801B、801C和801D表示。使用标签811A、811B、811C和811D表示一组二级叶片。使用标签821A、821B、821C和821D表示一组三级叶片。为了在图8的描述中清楚起见，所述组三级叶片可以被描述为“增压叶片”。在所述转子配置中，每个主叶片具有如上文关于图6所述的长度，或者可以是转子直径的大约60％，并且弧形叶片的中心处的叶片深度可以如上文关于图6所述，或者可以是每个主叶片长度的大约30％。二级叶片各自具有如上文关于图6所述的长度，或者可以是转子直径的大约30％，并且具有如上文相对于图6所描述的深度，或者可以为每个二级叶片长度的大约20％。

三级叶片的尺寸可以小于一级叶片，也可以小于二级叶片。例如，第三级叶片的相对长度(沿着叶片从内圆周点到外圆周点)与整个转子直径相比可以在10％至25％的范围内。在一个示例中，相对长度可以在转子直径的12％至18％或14％至16％的长度范围内。在一个示例中，三级叶片的相对长度可以是15％。三级叶片的内圆周点的位置比一级和二级叶片离转子的中心轴更远。例如，内圆周点可以沿着从轴或中心点到外径的半径设置在70％至90％处，例如沿着半径设置在80％至95％处。三级叶片的深度可以在叶片长度的5％至25％的范围内。例如，深度可以在叶片长度的8％至22％或10％至20％的范围内。在一个示例中，深度可以是叶片长度的15％。

在图8中，相对于绘图方向，朝向风力涡轮机转子的风向基本上是从右侧。有三个标记为风矢量的指示器，其靠近指向转二级叶片801A内部的虚线。示出了一条风矢量线在主叶片801B和二级叶片811B之间通过。第二风矢量线被示出为在二级叶片811B和增压叶片821B之间通过。示出了第三风矢量线经过增压叶片821B并进入主叶片801A。

“集中风区”位于主叶片801A的凹形区域内，其中虚线风矢量线基本指向转子的所述区域。在所述实施例中，风力涡轮机转子可向轴或轴施加更多的力矩，这是由于从二级叶片可能进入主叶片的集中气流的结果。

“偏转风”风流入风力涡轮机的一部分，所述部分在旋转过程中转回到风中。图示的旋转方向为逆时针。在所示的旋转位置中，增压叶片821C将一部分风向上偏转到主叶片801B的凹形区域中，并且将部分风向下偏转到二级叶片811C的凸形表面的部分暴露区域中。

如进一步所示，二级叶片811C也将基本上使风相对于图8的方向向下偏转。“向下方向”旨在帮助理解图式。向下方向也可以被描述为向外方向，其中风的偏转方向远离旋转中心。

由于增压叶片821C产生的风偏转，主叶片801C基本上被阻挡在进入的风中，然后被二级叶片811C进一步偏转。结果，主叶片801C在返回到风中时接收到的背压比在不使用二级叶片或三级叶片的情况下在转子上实施时低。

另一个显著的优点是，当主叶片801C处于图示的旋转位置时，几乎完全阻挡了后续增压叶片821D和二级叶片811D的返回阻力。这证明了前面所述的优点，其中可以向基于阻力的横流风力涡轮机转子添加额外的叶片，所述额外的叶片可以增加风的捕获并增强风力涡轮机转子的性能而不增加额外的返回阻力。

转子叶片可通过各种结构相互连接，或与轴(shaft/axle)连接。例如，叶片可以连接到端盖，端盖连接到轴。在另一个例子中，叶片可以使用单独的轮毂和支柱或杆连接到轴或轴上。

例如，如图9所示，转子的叶片904可以连接到端盖906上，端盖与轴902相连。叶片904被保持在通过端盖906相对于其它叶片904固定的位置。虽然示出了包括连接到端盖的一组叶片的一个转子，但可以将多于一个的转子连接到轴902。可选地，轴902可以直接连接到发电机908，例如轴向磁通发电机，或者可替代地，可以通过其它机构间接连接到发电机。例如，轴902可以使用机械传动方法连接到发电机，例如链条和链轮、齿轮、皮带轮系统、摩擦传动、流体传动、无级变速器(CVT)或其它传动方法。

在图10所示的另一示例中，叶片1004或1006使用轮毂1008连接到轴1002。叶片1004或1006可以直接或使用支架、支柱或桁架连接到轮毂。例如，转子组件的叶片1004可各自附接到轴1002，而另一转子组件的转子1006可各自连接到轴1002。在一个示例中，轴1002可以使用链条和链轮1014、皮带轮系统或另一传动比驱动机构与发电机1012连接。

在图11所示的另一示例中，转子组件的叶片1104可连接到发电机外壳1006。发电机壳体1106旋转并具有保持静止的轴1108。轴1108连接到塔1102的顶部。

在另一个示例中，一个或多个增强装置可围绕转子定位。增强装置可以从更大的区域收集风，集中风，或部分阻挡风。在一个示例中，增强装置相对于一个或多个转子处于固定位置。当转子的叶片围绕轴线、轴或轴旋转时，增强装置可以相对于轴线或、轴固定。例如，增强装置的数量可以在1至12的范围内，例如4至10的范围或6至10的区域。

例如，增强装置的长度可以从离转子最近的点开始，沿着增强装置测量到最远的点。在一个示例中，增强装置的长度可以在转子直径的0.1至10倍的范围内。例如，增强装置的长度可以在转子直径的0.5至5倍的范围内，例如转子直径的0.5-2倍。

此外，增强装置可以相对于从轴或轴延伸的径向方向成一定角度定位。在示例中，角度可以在10°至90°的范围内，例如15°至70°的范围、15°至60°的范围或25°至50°的范围。

在另一个示例中，增强装置可以具有直线或曲线等形状。在示例中，曲线形状可以是抛物线、圆形、椭圆形、双曲线、渐开线曲线或复杂曲线。例如，曲线可以是渐开线曲线或复杂曲线。在另一个示例中，所述曲线可以是抛物线。在另一个示例中，形状可以是直的。

例如，图12和图13示出了分布在转子1202周围的增强装置1204。增强装置1204的长度大于转子1202的直径，例如转子1202直径的1.2至2倍。增强装置1204相对于从轴1202延伸的径向以45°的角度设置。如图所示，增强装置1204设置在均匀分布在转子周围的固定位置。例如，四个增强装置1204围绕转子1202以90°偏移分布。在图12中，风1206被示出为从相对于固定增强装置1204的方向进入。大部分风集中到转子中。图13示出了从相对于增强装置1204的固定位置的不同方向进入的风1306。风1306中的一些被增强装置1204集中，而一些被增强装置1204偏转。风1306的一小部分可以在叶片返回的位置撞击转子。与传统设计相比，上述转子设计有利地对这种冲击较不敏感，并且更能够偏转这种冲击。

图14和图15示出了分布在转子1402周围的增强装置1404。增强装置1404的长度小于转子1402的直径。例如，长度可以在转子1402的直径的0.5至0.95倍的范围内。增强装置1404相对于从转子1402的轴延伸的径向以45°的角度设置。如图14所示，大部分风1406集中到转子1402中。当风1506从相对于增强装置1404的不同方向进入时，例如，如图15所示，更多的风1506可以被不同的一组增强装置1404偏转或集中。这里，风1506的一小部分可以在叶片返回的位置撞击转子。与传统设计相比，上述转子设计有利地对这种冲击较不敏感，并且更能够偏转这种冲击。

图16和图17示出了直线增强装置的使用，例如增强装置1604或1704。如图16所示，长度小于转子1602的直径的增强装置1604均匀地分布在转子1602周围。例如，八个增强装置1604围绕转子1604分布，并且比单独的转子1602聚集更多的风1606，并且将一些风1606集中到转子1602中。在另一示例中，图17示出了分布在转子1702周围的更大的直线增强装置1704。在一个示例中，增强装置1704的长度可以大于转子1702的直径。

在进一步的示例中，图18和图19包括分布在转子1802周围的八个弯曲的增强装置1804。进入如图18所示方向的风1806被集中或偏转。类似地，如图19所示，从不同方向进入的风1906被不同的增强装置1804集中或偏转离开转子1802。

在另一个示例中，建筑的单个增强装置或护墙可用于部分阻挡风。例如，如图20中所示，可以设置增强装置或护墙2004以部分阻挡接近位于水平表面2006上的水平转子2002的风。风可以被阻挡在撞击转二级叶片上，而转二级叶片正移回接收风的位置。

在另一个示例中，单个增强装置或护墙可以倾斜，以将风引入转子，同时阻止风撞击返回侧。例如，图21示出了成角度的增强装置2104，其将风引导到转子2102中，转子2102水平地设置在表面2104上，例如建筑的屋顶。增强装置2104相对于表面以角度布置，例如15°至80°、25°至70°或35°至60°范围内的角度。

实施例对基于阻力的横流风力涡轮机转子设计提供了各种改进。主要优点是通过在转子内使用不同配置的主叶片和二级叶片来提高性能。

当使用这种风力涡轮机转子设计时，可能会有许多变化。例如，当用于横向轴向(或横流)水平轴配置时，如果外部增强被添加到风力涡轮机转子组件周围的上部和下部区域中的一个或两个，以进一步将风集中到转子中，则可以调整转子配置以利用集中风的力和方向。

当在垂直轴风力涡轮机应用中使用时，转子可专门针对部署点的风力条件进行配置。在独立式垂直轴部署中，本文所述的连续循环方法的优点和益处可从所有风角度实现。

风力涡轮机转子配置的各种配置可适用于低、中或强风条件，并进行微调。例如，所呈现的风力涡轮机转子设计的实施例不限于任何特定尺寸。在一个实施例中，用于完成的转子组件的部件可以设计成允许在标准运输托盘上运输一个或多个转子的尺寸。在某些情况下，可能需要更大或更小的转子组件。

转子可由各种材料制成。例如，诸如玻璃纤维、塑料或铝、钢、合金、纺织品或其它材料的材料，或这些材料的任何组合可用于转子及其叶片的构造。

可以使用转子及其单个叶片的各种配置或几何形状。例如，附图中所示的横截面图是使用沿着每个叶片的单个轴线的叶片曲率的具体空气动力学改进式实施例。每个单独叶片的表面可以具有跨多个轴变化的曲率或几何形状。例如，如果每个叶片的表面沿着X轴和Y轴弯曲，使用大致矩形的形状，则叶片可以类似于矩形抛物面碟形的形状。如果叶片表面沿着单个轴线弯曲，如图5所示，则可以添加侧壁或端盖以跨越叶片任一侧上从外径点到内径点的区域，同时也跨越完全达到叶片曲率的区域。侧壁的几何形状也可以改变。

风力涡轮机可以连接到各种机械或电气系统，以将机械能传输到其它设备。例如，风力涡轮机可以连接到发电机，用于利用从风收集的机械能发电。在另一示例中，风力涡轮机可以连接到机械系统，例如泵或动量存储系统。

在第一实施例中，风力涡轮机转子包括轴、围绕轴以规则间隔布置的多个主叶片以及围绕轴布置在多个主叶中的主叶片之间的多个二级叶片。多个二级叶片中的每个二级叶片小于多个主叶片中的每个主叶片。

在第一实施例的示例中，每个二级叶片的长度在风力涡轮机转子直径的20％至50％的范围内。

在第一实施例和上述实施例的另一个示例中，每个二级叶片的顶点是从每个二级叶片内圆周点沿每个二级叶片长度的40％至90％。

在第一实施例和上述示例的另一示例中，每个二级叶片的长度为每个主叶片长度的20％至85％。

在第一实施例和上述示例的附加示例中，每个二级叶片的内圆周点沿着从轴延伸到外径的半径为45％至85％。

在第一实施例和上述示例的另一示例中，每个二级叶片的内圆周点比每个主叶片的内周点离轴更远。

在第一实施例和上述示例的另一示例中，每个二级叶片和每个主叶片之间的出口点处的面积小于每个二级叶片与每个主叶片间的入口点处的区域。

在第一实施例和上述示例的另一示例中，每个二级叶片和每个主叶片之间的出口点处的面积在每个二级叶片与每个主叶片的入口点处面积的65％和90％之间。

在第一实施例和上述示例的另一个示例中，每个主叶片的内圆周点沿着从轴到外径的半径为5％至50％。

在第一实施例和上述示例的另一示例中，每个主叶片的长度为风力涡轮机转子直径的40％至90％。

在第一实施例和上述示例的附加示例中，每个主叶片的曲率深度为每个主叶片长度的10％至60％。

在第一实施例和上述示例的另一示例中，风力涡轮机转子还包括设置在多个主叶片和多个二级叶片之间的多个三级叶片。例如，多个三级叶片中的每个三级叶片小于多个二级叶片中的每个二级叶片。在另一示例中，多个三级叶片中的每个三级叶片具有风力涡轮机转子直径的10％至25％的相对长度。在另一示例中，多个三级叶片中的每个三级叶片具有每个三级叶片长度的8％至22％的曲率深度。

在第一实施例和上述示例的另一示例中，风力涡轮机转子的轴垂直设置。

在第一实施例和上述示例的附加示例中，风力涡轮机转子的轴水平布置。

在第二实施例中，用于发电的风力涡轮机系统包括发电机和风力涡轮机转子。风力涡轮机包括机械耦合到发电机的轴、围绕轴以规则间隔布置的多个主叶片、以及围绕轴布置在多个主叶中的主叶片之间的多个二级叶片。多个二级叶片中的每个二级叶片小于多个主叶片中的每个主叶片。

在第二实施例的示例中，轴直接机械连接。

在第二实施例的另一个示例和上述示例中，使用链条和链轮、齿轮、皮带轮系统、摩擦传动装置、流体传动装置或无级变速器(CVT)对轴进行机械连接。

在第二实施例和上述示例的另一个示例中，风力涡轮机系统还包括多个增强装置，这些增强装置布置在风力涡轮机转子周围的固定位置。例如，多个增强装置中的一个增强装置是直的。在另一示例中，多个增强装置中的增强装置是弯曲的。在另一个示例中，弯曲增强装置具有包括抛物线、圆形、椭圆形、双曲线、渐开线曲线或复杂曲线的形状。在另一个示例中，多个增强装置中的一个增强装置相对于从车轴延伸的径向方向以10°至90°的角度设置。在另一示例中，多个增强装置中的增强装置的长度在风力涡轮机转子直径的0.1至10倍的范围内。例如，长度是风力涡轮机转子直径的0.5至5倍。

在第二实施例的示例中，每个二级叶片的长度在风力涡轮机转子直径的20％至50％的范围内。

在第二实施例的另一个示例和上述示例中，每个二级叶片的顶点是从每个二级叶片内圆周点沿每个二级叶片长度的40％至90％。

在第二实施例和上述示例的另一示例中，每个二级叶片的长度为每个主叶片长度的20％至85％。

在第二实施例和上述示例的附加示例中，每个二级叶片的内圆周点沿从轴延伸至外径的半径为45％至85％。

在第二实施例和上述示例的另一示例中，每个二级叶片的内圆周点比每个主叶片的内周点离轴更远。

在第二实施例和上述示例的另一示例中，每个二级叶片和每个主叶片之间的出口点处的面积小于每个二级叶片与每个主叶片间的入口点处的区域。

在第二实施例和上述示例的附加示例中，每个二级叶片和每个主叶片之间的出口点处的面积在每个二级叶片与每个主叶片间的入口点处面积的65％和90％之间。

在第二实施例的另一个示例和上述示例中，每个主叶片的内圆周点沿着从轴到外径的半径为5％至50％。

在第二实施例和上述示例的另一示例中，每个主叶片的长度为风力涡轮机转子直径的40％至90％。

在第二实施例和上述示例的附加示例中，每个主叶片的曲率深度为每个主叶片长度的10％至60％。

在第二实施例和上述示例的另一示例中，风力涡轮机转子还包括设置在多个主叶片和多个二级叶片之间的多个三级叶片。例如，多个三级叶片中的每个三级叶片小于多个二级叶片中的每个二级叶片。在另一示例中，多个三级叶片中的每个三级叶片具有风力涡轮机转子直径的10％至25％的相对长度。在另一示例中，多个三级叶片中的每个三级叶片具有每个三级叶片长度的8％至22％的曲率深度。

在第二实施例和上述示例的另一示例中，风力涡轮机转子的轴垂直设置。

在第二实施例和上述示例的附加示例中，风力涡轮机转子的轴水平布置。

在第三实施例中，一种发电方法包括在风路中安装风力涡轮机系统。风力涡轮机系统包括发电机和风力涡轮机转子。风力涡轮机转子包括机械连接到发电机的轴、围绕轴以规则间隔设置的多个主叶片以及围绕轴设置在多个主叶片中的主叶片之间的多个二级叶片。多个二级叶片中的每个二级叶片小于多个主叶片中的每个主叶片。

在上述说明书中，已参考具体实施例描述了概念。然而，所属领域的普通技术人员认识到，可以进行各种修改和改变，而不脱离如以下权利要求书中所阐述的本发明的范围。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的，并且所有这些修改都应包括在本发明的范围内。

如本文所用，术语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它变体旨在涵盖非排他性包含。例如，包括特征列表的过程、方法、物品或设备不一定仅限于这些特征，而是可以包括未明确列出的或此类过程、方法或物品或设备固有的其它特征。此外，除非明确相反，否则“或”指的是包含的或，而不是排除的或。例如，条件A或B满足以下任一条件：A为真(或存在)，B为假(或不存在)，A为假(或者不存在)和B为真(或者存在)，并且A和B均为真(存在)。

此外，使用“一(a/an)”来描述此处描述的元件和组件。这样做仅仅是为了方便并给出本发明范围的一般意义。本说明书应理解为包括一个或至少一个，单数也包括复数，除非很明显是另有意思。

上文已针对具体实施例描述了益处、其它优点和问题解决方案。然而，益处、优点、问题解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的任何特征均不得被解释为任何或所有权利要求书的关键、必需或基本特征。

阅读说明书后，熟练的技术人员将认识到，为了清楚起见，本文在单独实施例的上下文中描述了某些特征，也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何子组合的方式提供。此外，对范围中所述值的引用包括所述范围内的每个值。

Claims (44)

1.一种风力涡轮机转子，包括：

轴；

围绕所述轴以规则间隔设置的多个主叶片；和

多个二级叶片，其围绕所述轴设置在所述多个主叶片中的主叶片之间，所述多个二级叶片中的每个二级叶片小于所述多主叶片中的每个主叶片。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机转子，其中所述每个二级叶片的长度在所述风力涡轮机转子的直径的20％至50％的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机转子，其中所述每个二级叶片的顶点是从所述每个二级叶片的内圆周点沿着所述每个二级叶片的长度的40％至90％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个二级叶片的长度为所述每个主叶片的长度的20％至85％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风力涡轮机转子，其中沿着从所述轴延伸到所述风力涡轮机转子的外径的半径，所述每个二级叶片的内圆周点为45％至85％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个二级叶片的内周点比所述每个主叶片的内周点离所述轴更远。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的风力涡轮机转子，其中在所述每个二级叶片和所述每个主叶片之间的出口点处的面积小于在所述每个二级叶片与所述每个主要叶片之间的入口点处的区域。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的风力涡轮机转子，其中在所述每个二级叶片和所述每个主叶片之间的出口点处的面积在所述每个二级叶片和每个主叶片的入口点处的区域的65％至90％之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个主叶片的内圆周点沿着从所述轴到所述风力涡轮机转子的外径的半径为5％至50％。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个主叶片的长度为所述风力涡轮机转子的直径的40％至90％。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述每个主叶片的曲率深度为所述每个主叶片长度的10％至60％。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的风力涡轮机转子，还包括设置在所述多个主叶片和所述多个二级叶片之间的多个三级叶片。

13.根据权利要求12所述的风力涡轮机转子，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片小于所述多个二级叶片中的所述每个二级叶片。

14.根据权利要求12所述的风力涡轮机转子，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片具有所述风力涡轮机转子直径的10％至25％的相对长度。

15.根据权利要求12所述的风力涡轮机转子，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片具有所述每个三级叶长度的8％至22％的曲率深度。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述风力涡轮机转子的轴垂直设置。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的风力涡轮机转子，其中所述风力涡轮机转子的轴水平设置。

18.一种用于发电的风力涡轮机系统，所述风力涡轮机系统包括：

发电机；和

风力涡轮机转子，包括：

机械连接到发电机的轴；

围绕所述轴以规则间隔设置的多个主叶片；和

多个二级叶片，其围绕所述轴设置在所述多个主叶片中的主叶片之间，所述多个二级叶片中的每个二级叶片小于所述多主叶片中的每个主叶片。

19.根据权利要求18所述的风力涡轮机系统，其中所述轴直接机械连接。

20.根据权利要求18所述的风力涡轮机系统，其中所述轴使用链条和链轮、齿轮、皮带轮系统、摩擦传动装置、流体传动装置或无级变速器(CVT)机械连接。

21.根据权利要求18-20中任一项所述的风力涡轮机系统，还包括布置在围绕所述风力涡轮机转子分布的固定位置中的多个增强装置。

22.根据权利要求21所述的风力涡轮机系统，其中所述多个增强装置中的增强装置是直的。

23.根据权利要求21所述的风力涡轮机系统，其中所述多个增强装置中的增强装置是弯曲的。

24.根据权利要求23所述的风力涡轮机系统，其中所述弯曲增强装置具有包括抛物线、圆形、椭圆形、双曲线、渐开线曲线或复杂曲线的形状。

25.根据权利要求21所述的风力涡轮机系统，其中所述多个增强装置中的增强装置相对于从所述轴延伸的径向方向以10°至90°的角度设置。

26.根据权利要求21所述的风力涡轮机系统，其中所述多个增强装置中的增强装置的长度在所述风力涡轮机转子的直径的0.1至10倍的范围内。

27.根据权利要求26所述的风力涡轮机系统，其中所述长度是所述风力涡轮机转子的直径的0.5至5倍。

28.根据权利要求18-27中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述每个二级叶片的长度在所述风力涡轮机转子的直径的20％至50％的范围内。

29.根据权利要求18-28中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述每个二级叶片的顶点是从所述每个二级叶片的内圆周点沿着所述每个二级叶片的长度的40％至90％。

30.根据权利要求18-29中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述每个二级叶片的长度为所述每个主叶片的长度的20％至85％。

31.根据权利要求18-30中任一项所述的风力涡轮机系统，其中沿着从所述轴延伸到所述风力涡轮机转子的外径的半径，所述每个二级叶片的内圆周点为45％至85％。

32.根据权利要求18-31中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述每个二级叶片的内周点比所述每个主叶片的内周点离所述轴更远。

33.根据权利要求18-32中任一项所述的风力涡轮机系统，其中在所述每个二级叶片和所述每个主叶片之间的出口点处的面积小于在所述每个二级叶片与所述每个主要叶片之间的入口点处的区域。

34.根据权利要求18-33中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述每个二级叶片和所述每个主叶片之间的出口点处的面积在所述每个二级叶片和所所每个主叶片的入口点处的区域的65％和90％之间。

35.根据权利要求18-34中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述每个主叶片的内圆周点沿着从所述轴到所述风力涡轮机转子的外径的半径为5％至50％。

36.根据权利要求18-35中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述每个主叶片的长度为所述风力涡轮机转子的直径的40％至90％。

37.根据权利要求18-36中任一项所述的风力涡轮机系统，其中每个主叶片的曲率深度为每个主叶片长度的10％至60％。

38.根据权利要求18-37中任一项所述的风力涡轮机系统，还包括设置在所述多个主叶片和所述多个二级叶片之间的多个三级叶片。

39.根据权利要求38所述的风力涡轮机系统，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片小于所述多个二级叶片中的所述每个二级叶片。

40.根据权利要求38所述的风力涡轮机系统，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片具有所述风力涡轮机转子直径的10％至25％的相对长度。

41.根据权利要求38所述的风力涡轮机系统，其中所述多个三级叶片中的每个三级叶片具有所述每个三级叶片的长度的8％至22％的曲率深度。

42.根据权利要求18-41中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述风力涡轮机转子的轴垂直设置。

43.根据权利要求18-42中任一项所述的风力涡轮机系统，其中所述风力涡轮机转子的轴水平设置。

44.一种用于发电的方法，所述方法包括：

在所述风路径中安装风力涡轮机系统，所述风力涡轮机系统包括：

发电机；和

风力涡轮机转子，包括：

机械连接到发电机的轴；

围绕所述轴以规则间隔设置的多个主叶片；和

多个二级叶片，其围绕所述轴设置在所述多个主叶片中的主叶片之间，所述多个二级叶片中的每个二级叶片小于所述多主叶片中的每个主叶片。

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