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具有滑环的流体 涡轮机

阅读：586发布：2024-02-27

专利汇可以提供具有滑环的流体涡轮机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且示例性实施例针对流体涡轮机，所述流体涡轮机包括涡轮机护罩和设置在涡轮机护罩内的转子组件。所述转子组件包括与塔结构枢转地接合的机舱和设置在机舱内的滑环。所述滑环将机舱中的一个或多个电缆电连接到塔结构中的一个或多个电缆。滑环通过安装装置与机舱接合，所述安装装置允许滑环沿x轴线、y轴线以及z轴线中的至少之一运动。示例性实施例还针对在流体涡轮机中维持电缆不扭绞的方法。，下面是具有滑环的流体涡轮机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种流体涡轮机，包括：
涡轮机护罩，其包括限定前缘的入口和限定尾缘的出口，
转子组件，其设置在涡轮机护罩内，所述转子组件包括毂、与毂接合的至少一个转子叶片、和能够与塔结构可枢转地接合的机舱，以及
滑环，其设置在机舱内，所述滑环将机舱中的一个或多个电缆电连接到塔结构中的一个或多个电缆，滑环通过安装装置与机舱接合，所述安装装置允许滑环沿x轴线、y轴线以及z轴线中的至少之一运动。
2.根据权利要求1所述的流体涡轮机，其中，滑环包括旋转构件和固定构件。
3.根据权利要求2所述的流体涡轮机，其中，固定构件电连接到塔结构中的一个或多个电缆。
4.根据权利要求1所述的流体涡轮机，其中，滑环在机舱相对于塔结构旋转过程中保持机舱中的一个或多个电缆与塔结构中的一个或多个电缆之间的电连接。
5.根据权利要求2所述的流体涡轮机，其中，旋转构件包括电刷并且固定构件包括接触环。
6.根据权利要求2所述的流体涡轮机，其中，旋转构件包括接触环并且固定构件包括电刷。
7.根据权利要求1所述的流体涡轮机，其中，滑环的轴在滑环支架处与机舱接合。
8.根据权利要求7所述的流体涡轮机，其中，滑环支架允许滑环沿(i)平行于流体涡轮机的中心轴线的x轴线和(ii)平行于流体涡轮机的摆转轴线的z轴线中的至少之一运动。
9.根据权利要求1所述的流体涡轮机，包括与电缆支撑结构接合的滑环外壳。
10.根据权利要求9所述的流体涡轮机，其中，滑环外壳与电缆支撑结构的接合允许滑环沿垂直于流体涡轮机的中心轴线和摆转轴线的y轴线运动。
11.根据权利要求1所述的流体涡轮机，包括与滑环接合并且能够检测机舱相对于塔结构的旋转角度的编码器。
12.根据权利要求1所述的流体涡轮机，包括喷射器护罩，喷射器护罩包括限定喷射器护罩前缘的喷射器护罩入口和限定喷射器护罩尾缘的喷射器护罩出口。
13.根据权利要求12所述的流体涡轮机，其中，涡轮机护罩的出口在喷射器护罩入口的下游延伸。
14.根据权利要求12所述的流体涡轮机，其中，涡轮机护罩和喷射器护罩中的至少之一包括小面侧。
15.根据权利要求1所述的流体涡轮机，其中，涡轮机护罩的前缘限定环形边缘并且涡轮机护罩的尾缘限定直线边缘。
16.根据权利要求1所述的流体涡轮机，包括被动摆转系统，用于调整流体涡轮机使其摆转到流体流动方向。
17.一种使流体涡轮机中的电缆保持不扭绞的方法，包括：
提供流体涡轮机，所述流体涡轮机包括(i)涡轮机护罩，其包括限定前缘的入口和限定尾缘的出口，(ii)转子组件，其设置在涡轮机护罩内，所述转子组件包括毂、与毂接合的至少一个转子叶片、和能够与塔结构可枢转地接合的机舱，以及(iii)滑环，其设置在机舱内，所述滑环将机舱中的一个或多个电缆电连接到塔结构中的一个或多个电缆，滑环通过安装装置与机舱接合，所述安装装置允许滑环沿x轴线、y轴线以及z轴线中的至少之一运动，以及
相对于塔结构旋转机舱。
18.根据权利要求17所述的方法，包括沿以下轴线中的至少之一调整滑环的位置：(i)平行于流体涡轮机的中心轴线的x轴线，(ii)垂直于流体涡轮机的中心轴线和摆转轴线的y轴线，以及(iii)平行于流体涡轮机的摆转轴线的z轴线。
19.根据权利要求17所述的方法，包括用编码器检测机舱相对于塔结构的旋转角度。
20.一种流体涡轮机，包括：
涡轮机护罩，其包括限定前缘的入口和限定尾缘的出口，
转子组件，其设置在涡轮机护罩内，所述转子组件包括毂、与毂接合的至少一个转子叶片、和能够与塔结构可枢转地接合的机舱，以及
滑环，其设置在机舱内，所述滑环将机舱中的一个或多个电缆电连接到塔结构中的一个或多个电缆，滑环通过安装装置与机舱接合，所述安装装置允许滑环沿x轴线、y轴线以及z轴线中的至少之一运动，以及
编码器，其能够检测机舱相对于塔结构的旋转角度。

说明书全文

具有滑环的流体 涡轮机

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2013年3月5日提交的名称为“流体涡轮机滑环构造”的美国临时专利申请No.61/772677的优先权。所述临时申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

[0003] 本发明涉及用于发电的涡轮机，尤其涉及包括用于将电力或通信信号或二者从流体涡轮机的旋转构件传送到流体涡轮机的固定构件的滑环的护罩式流体涡轮机。本发明还涉及包括编码器的护罩式流体涡轮机，所述编码器与滑环接合用于确定流体涡轮机的旋转构件相对于流体涡轮机的固定构件的旋转角度。

背景技术

[0004] 已知用于发电的传统水平轴线流体涡轮机包括如同螺旋桨布置的叶片，例如一个到五个开式叶片，并且还包括转子组件。所述叶片通常安装到水平轴，所述水平轴附接到驱动至少一个发电机的齿轮箱。所述转子组件将流体流能量转变成旋转扭矩，所述旋转扭矩驱动旋转联结到转子组件的发电机，所述转子组件直接地或通过传动装置将机械能转换成电能。

[0005] 流体涡轮机通常包括以流体流方向旋转的装置和使能量传输电缆不扭绞的装置，所述能量传输电缆将流体涡轮机的旋转构件连接到流体涡轮机的固定构件。作为示例，一些流体涡轮机包括枢转结构用于允许旋转构件相对于固定构件旋转。能量传输电缆通常设计成承受给定量的扭绞而不会断裂。摆转机构通常用于使流体涡轮机以顺时针方向和逆时针方向旋转，以防止或限制能量传输电缆的过量扭绞。设计成承受扭绞的能量传输电缆一般还被设计成承受侧向弯曲。侧向弯曲可由流体涡轮机的机舱的摆转轴线与流体涡轮机的塔结构的竖直轴线的对准的变化表示。

[0006] 流体涡轮机(例如风力涡轮机)可定位在具有相对能够预测的风型的区域中，所述风型例如在约15m/s和约25m/s之间变化。但是在暴风条件下，风速可达到能够损坏与流体涡轮机相联的结构的极端水平。流体涡轮机通常被构造并加固以承受像经历极端风力条件的高流体速度的影响。但是，极端风力条件和/或高速阵风会造成在流体涡轮机的结构构件上的显著疲劳载荷。护罩式或涵道式流体涡轮机具有附加结构表面区域，会导致附加阻力，并从而导致流体涡轮机的结构构件上的附加疲劳载荷和应力。一般来说，护罩式或涵道式流体涡轮机在流体涡轮机的结构构件上的载荷会比非涵道式流体涡轮机大。此外，流体涡轮机的结构构件上的载荷可以随着由于流体涡轮机的护罩或涵道上流体的攻角的改变造成的流体涡轮机的摆转角度的改变而变化。枢转结构上的扭矩，也被称为摆转力矩，也可在极端流体条件下围绕摆转轴线显著变化。

[0007] 因此，已知极端风力条件和/或高速阵风会导致流体涡轮机的结构构件上的疲劳载荷和应力，并且还会造成流体涡轮机内能量传输电缆的扭绞。因此需要防止和/或减少流体涡轮机的结构构件上的疲劳载荷和应力以及能量传输电缆的扭绞的装置。

发明内容

[0008] 根据本发明的实施例，提供示例性流体涡轮机，例如涵道式涡轮机或混合器-喷射器扩大涡轮机，其中具有减少流体涡轮机内电缆的缠结或扭绞的滑环，用于将电力或通信信号或二者从流体涡轮机的旋转构件传递到流体涡轮机的固定构件。在一些实施例中，流体涡轮机包括用于确定旋转构件相对于固定构件的旋转角度的编码器，例如绝对编码器、增量编码器、旋转编码器等。

[0009] 根据本发明的实施例，提供的示例性流体涡轮机包括涡轮机护罩和设置在涡轮机护罩内的转子组件。涡轮机护罩包括限定前缘的入口。涡轮机护罩包括限定尾缘的出口。转子组件包括毂、与毂接合的至少一个转子叶片、以及机舱。机舱能够与塔结构枢转地接合。流体涡轮机包括设置在机舱内的滑环。滑环可将机舱中的一个或多个电缆电连接到塔结构中的一个或多个电缆。滑环可通过安装装置与机舱接合，所述安装装置允许滑环沿x轴线、y轴线以及z轴线中的至少之一运动。

[0010] 在一些实施例中，滑环可包括至少一个旋转构件和至少一个固定构件。固定构件可电连接至塔结构中的一个或多个电缆。在一些实施例中，旋转构件包括至少一个电刷并且固定构件包括至少一个接触环。在一些实施例中，旋转构件包括至少一个接触环并且固定构件包括至少一个电刷。

[0011] 在一些实施例中，滑环的轴可在滑环支架处与机舱接合。滑环支架可允许沿平行于流体涡轮机的中心轴线的x轴线和平行于风力涡轮机的摆转轴线的z轴线自动和/或人工运动或调整滑环。在一些实施例中，滑环外壳可与电缆支撑结构接合。滑环外壳与电缆支撑结构的接合可允许沿垂直于流体涡轮机的中心轴线和摆转轴线的y轴线自动和/或人工运动或调整滑环。

[0012] 在一些实施例中，流体涡轮机包括与滑环和/或滑环的轴接合的编码器，例如绝对编码器、增量编码器、旋转编码器等。编码器能够检测机舱相对于塔结构的旋转角度。

[0013] 在一些实施例中，流体涡轮机包括喷射器护罩，所述喷射器护罩包括限定喷射器护罩前缘的喷射器护罩入口和限定喷射器护罩尾缘的喷射器护罩出口。涡轮机护罩的出口可在喷射器护罩入口的下游延伸。在一些实施例中，涡轮机护罩和喷射器护罩中的至少之一可包括小面侧。在一些实施例中，涡轮机护罩的前缘可限定环形边缘并且涡轮机护罩的尾缘可限定直线边缘。在一些实施例中，流体涡轮机包括用于将流体涡轮机的摆转方向调节至流体流动方向的被动摆转系统。

[0014] 根据本发明的实施例，提供维持流体涡轮机中的电缆不扭绞的方法，其包括提供如上所述的流体涡轮机。所述方法包括使机舱相对于塔结构旋转。所述方法包括在机舱相对于塔结构旋转过程中用滑环保持设置在机舱内的电气部件与塔结构中的电缆之间的电连接。所述方法还包括在机舱相对于塔结构旋转过程中用滑环保持塔结构中的电缆处于非扭绞位置。

[0015] 在一些实施例中，所述方法包括沿平行于流体涡轮机的中心轴线的x轴线、垂直于流体涡轮机的中心轴线和摆转轴线的y轴线、以及平行于流体涡轮机的摆转轴线的z轴线中的至少之一自动和/或人工调整滑环的位置。在一些实施例中，所述方法包括用编码器(例如绝对编码器、增量编码器、旋转编码器等)检测机舱相对于塔结构的旋转角度。

[0016] 根据本发明的实施例，提供的示例性流体涡轮机包括涡轮机护罩和设置在涡轮机护罩内的转子组件。涡轮机护罩包括限定前缘的入口。涡轮机护罩包括限定尾缘的出口。转子组件包括毂、与毂接合的至少一个转子、以及机舱。机舱能够与塔结构枢转地接合。流体涡轮机包括设置在机舱内的滑环。滑环可将机舱中的一个或多个电缆电连接到塔结构中的一个或多个电缆。滑环可通过安装装置与机舱接合，所述安装装置允许滑环沿x轴线、y轴线、以及z轴线中的至少之一运动。在一些实施例中，流体涡轮机包括能够检测机舱相对于塔结构的旋转的编码器。

[0017] 根据本发明的实施例提供示例性流体涡轮机，其对包括多元件或混合器-喷射器翼型的开放式转子的功率提取有所改进。在一些实施例中，流体涡轮机包括与转子平面的外周流体连通的至少一个环形翼型或护罩，例如混合器护罩、涡轮机护罩、主环形翼型等。在一些实施例中，流体涡轮机包括与第一环形翼型的出口或尾缘流体连通的至少一个附加环形翼型或护罩，例如喷射器护罩、二级环形翼型等。

[0018] 越过和穿过环形翼型的流体流可被分成翼型内侧上的低压-高速流和翼型外部上的高压-低速流。高压-低速流也可被称为旁流。在一些实施例中，混合器-喷射器翼型流体涡轮机可帮助旁流与已经穿过转子平面的流体流结合。主环形翼型与至少一个二级环形翼型的结合可使流体涡轮机相对于开放式转子涡轮机增加功率提取和效率。

[0019] 在一些实施例中，提供在电网功率失去过程中以与流体涡轮机相联的结构元件上的载荷减少或最低的方式暂停流体涡轮机的装置。在一些实施例中，提供在电网功率失去过程中以流体涡轮机上可能的摆转力矩减小或最低的方式暂停流体涡轮机的装置。本文中讨论的所述示例性装置还防止设置在流体涡轮机内的功率和信号传输电缆的过度扭绞。本文所讨论的示例性装置还补偿流体涡轮机的机舱摆转轴线与流体涡轮机的塔的竖直轴线的不对齐。

[0020] 在一些实施例中，在电网连接失去的情况下和/或机械制动系统的后续失效的情况下，流体涡轮机可被动地摆转到流体涡轮机的结构构件上具有最小摆转力矩和/或最低载荷的取向。在一些实施例中，流体涡轮机在流体涡轮机中心轴线大致垂直于流体流动方向的取向中在流体涡轮机的结构构件上具有最小摆转力矩和最低载荷。

[0021] 如上所述，在失去电网连接的过程中变化的流体方向会由于流体涡轮机垂直于流体流动方向连续和被动地摆转而造成流体涡轮机绕摆转轴线的重复旋转。为了防止或减少功率和/或通信传输电缆的过度扭绞或过扭绞，在一些实施例中，流体涡轮机包括接合在机舱与塔之间的滑环。

[0022] 滑环也被称为旋转电接口，其可以是用来将电流从流体涡轮机内的固定单元传递到流体涡轮机内的旋转单元的旋转联接器。滑环可包括接合导电座圈例如一个或多个环的一个或多个柔性接触部，例如电刷。在一些实施例中，电刷被配置为固定单元而环被配置为配合的旋转单元。在一些实施例中，环被配置为固定单元而电刷被配置为配合的旋转单元。可使固定单元和旋转单元保持配合构造以维持固定单元和旋转单元之间的电连接。从而可在固定单元和旋转单元之间传输功率。

[0023] 特别地，由流体涡轮机通过流体流产生的功率可被传递到塔的底部并接着通过滑环传递到电网。滑环可减轻电缆扭绞，并且在一些实施例中，可消除为了在双方向主动旋转涡轮机以解扭电缆而对于双方向涡轮机摆转系统的需求，同时允许功率或能量传递到流体涡轮机塔的底部。并且，滑环可允许流体涡轮机被动跟随流体方向而不会使电缆扭绞。在一些实施例中，还可通过滑环传输来自和到流体涡轮机中电力电子设备的电子通信。

[0024] 在一些实施例中，由于摆转驱动机构和/或支承机构中累积公差，机舱的摆转轴线和塔的中心轴线的对齐情况是可以变化的。在一些实施例中，流体涡轮机提供装置允许机舱摆转轴线和塔竖直轴线的对准的变化公差，同时保持滑环对齐与滑环联接的配合轴。

[0025] 在一些实施例中，滑环包括至少一个固定构件(例如固定部)，和至少一个旋转构件(例如旋转部)。在一些实施例中，旋转构件与机舱接合并且固定构件与塔接合。在一些实施例中，用于在其中容纳滑环旋转部和滑环固定部至少之一的安装装置例如外壳可与流体涡轮机的机舱固定接合。在一些实施例中，用于滑环的外壳允许滑环的固定和/或旋转构件相对于彼此沿x轴线、y轴线和z轴线中的至少之一运动或调整。在一些实施例中，用于旋转构件的外壳可以能够侧向运动的方式与提供所述外壳的侧向运动的水平部件接合。在一些实施例中，水平部件可与机舱固定接合。在一些实施例中，用于固定构件的外壳可以能够侧向运动的方式与水平部件接合，水平部件又与塔结构接合，从而提供用于滑环的固定构件的外壳的侧向运动。在一些实施例中，所述两个水平部件可大致彼此垂直。在一些实施例中，可沿竖直轴线提供旋转构件与固定构件之间的附加运动。

[0026] 在一些实施例中，流体涡轮机包括编码器，例如绝对编码器、增量编码器、旋转编码器等，其提供检测和提供机舱绕流体涡轮机的摆转轴线的取向的信号的装置。在一些实施例中，编码器与滑环接合并且传递表示机舱绕摆转轴线的旋转角度的信号。在一些实施例中，可通过与摆转机构的齿圈接合的编码器来测量机舱绕摆转轴线的径向取向。

[0027] 在一些实施例中，流体涡轮机包括自摆转或被动摆转特性，提供在失去电网功率过程中暂停流体涡轮机的装置。自摆转或被动摆转可以相对于流体流方向的某一角度暂停流体涡轮机，使得在流体涡轮机的结构构件上的载荷最低并且/或者可能的摆转力矩最小。在一些实施例中，流体涡轮机包括例如在失去电网功率期间，在流体方向改变或变化过程中被动维持相对于流体流方向的角度的装置。

[0028] 流体涡轮机包括用于旋转部和固定部的安装装置。在一些实施例中，用于旋转部和固定部的所述安转装置可沿相对的x轴线和y轴线定向。在一些实施例中，用于旋转部和固定部的安装装置可允许旋转部和固定部相对于彼此沿x轴线、y轴线以及z轴线的运动或调整。在一些实施例中，滑环可沿z轴线定向。

[0029] 根据本发明的示例性流体涡轮机可用来从诸如空气(例如风)和/或水的适合流体提取能量。本发明的风力涡轮机的空气动力学原理还应用于相当的水力涡轮机的水动力学原理，并且结合多个流体涡轮机应用。为了方便起见，结合涵道式风力涡轮机应用描述本实施例。这种描述仅仅是为了方便和清楚起见，并不限制本发明的范围。

[0030] 以下进一步描述本发明的这些以及其他非限制性特征或特性。实施例的任何组合或排列已被预见。通过以下描述特别是结合附图理解时，本发明的公开的组件、系统以及方法的附加有利特征、功能和应用会显而易见。本发明中列出的所有文献都通过引用整体合并于此。

附图说明

[0031] 以下是附图的简要说明，其用于说明本文陈述的公开内容而不是为了限制其范围。参照附图对本发明的示例性实施例进行了进一步描述。应该注意的是，以下附图中描述和示出的各种特征以及特征组合可以不同方式布置和组织，以产生仍然落在本发明的精神和范围内的实施例。为了帮助本领域技术人员制造和利用所公开的系统、组件以及方法，对附图进行了标记，其中：

[0032] 图1是根据本发明的包括涡轮机护罩和喷射器护罩的示例性流体涡轮机的前视立体图。

[0033] 图2是图1中示例性流体涡轮机的侧视图。

[0034] 图3是图1中示例性流体涡轮机的后视立体截面视图以及图1中滑环与示例性流体涡轮机的详细视图。

[0035] 图4是根据本发明的包括涡轮机护罩的示例性流体涡轮机的前视立体图。

具体实施方式

[0036] 本文公开的示例性实施例是为了说明本发明的有利的流体涡轮机系统和组件以及其方法和技术。但是应该理解，所公开的实施例仅是本发明的示例，其可具体体现为各种形式。因此，本文参照示例性流体涡轮机或制造方法以及组件和/或使用的相关过程或技术所公开的细节不应被视为限制，而仅仅是教导本领域技术人员如何制造和使用本发明的有利的流体涡轮机系统的基础。

[0037] 可通过参照附图来更加透彻地理解本文公开的构件、过程以及装置。这些附图是为了展示本发明而不是为了示出相对大小和尺寸或者限制所公开实施例的范围。特别地，本文提供的附图不一定是按比例的，在某些视图中，为了清楚起见可能放大了零件。

[0038] 虽然以下描述中使用了特定词语，但是这些词语仅仅是用于附图中的特定结构，而不是为了限制本发明的范围。应该理解的是，相似的附图标记指代相似功能的构件。

[0039] 当词语“约”或“近似”与数量连用时包括所述值并还具有由上下文所表述的含义。例如，它们至少包括与特定量的测量有关的误差度。当用在范围中时，词语“约”或“近似”还应被理解为公开了由两个端值的绝对数值所限定的范围。例如，范围“从约2到约4”或“从近似2到近似4”也公开了范围“从2到4”。

[0040] 本文中使用的词语“转子组件”指代其中一个或多个叶片或叶片段附接到轴并且能够旋转，允许通过流体流动旋转叶片或叶片段产生或提取功率或能量的任何组件。示例性转子可包括例如螺旋桨状转子、转子/定子组件、多段螺旋桨状转子、或本领域技术人员所了解的可与本发明的流体涡轮机的翼型相联的任何类型的转子组件。

[0041] 本文所讨论的示例性环形护罩(例如翼型)可包括入口或前缘以及出口或尾缘，其中护罩的提升或抽吸侧在接近转子组件的一侧。如本文所述，护罩的前缘可被认为是流体涡轮机系统的前部并且护罩的尾缘可被认为是流体涡轮机系统的后部。流体涡轮机系统的更靠近流体涡轮机系统的前部定位的第一构件可被认为是更靠近流体涡轮机系统的后部定位的第二构件的“上游”。换句话说，第二构件被认为是第一构件的“下游”。越过或穿过环形护罩的流体流可被分成在护罩内侧上的低压-高速流和在护罩外部上的高压-低速流。高压-低速流体流也可被称为旁流。

[0042] 示例性示例包括但不限于对通过流体流产生功率提供改进装置的流体涡轮机，例如涵道式涡轮机或混合器-喷射器式流体涡轮机。在一些实施例中，流体涡轮机可包括串联拱形护罩和混合器-喷射器泵。可围绕转子组件设置涡轮机护罩组件，通过转子组件从主流体流获取功率。串联拱形护罩和混合器-喷射器泵带来的通过转子组件的流动可比通过开放式转子组件的流动多，从而由于较高的流体流动速度可允许较多的能量提取。混合器-喷射器泵可利用轴向和顺流涡度将来自旁流的能量传递到转子组件尾流，允许较高的穿过转子组件的每单位质量流速的能量提取。穿过转子组件的增加的流动与增加的流体流动混合的结合可导致流体涡轮机系统的整体功率生产增加。

[0043] 在一些实施例中，示例性流体涡轮机可包括限定前缘的主环形护罩、例如混合器翼型、混合器护罩、涡轮机护罩等，所述前缘靠近从流体流获取功率的转子组件。在一些实施例中，主环形护罩的环形前缘可在主环形护罩的尾缘处转变为直线形状。主环形护罩的构造或取向可提供将旁流引入转子组件下游的区域的手段。将旁流引入转子组件下游的区域可通过增加流过流体涡轮机系统的流体量、增加转子组件处的流体速度获得更多功率、和/或降低转子组件中流体涡轮机叶片上的背压来提高由流体涡轮机系统产生的功率。

[0044] 虽然本文讨论了环形护罩，例如圆形或圆环护罩，但应该理解的是，在一些实施例中，也可使用其他构造的例如方形、矩形、椭圆形等构造的护罩。在一些实施例中，本文讨论的护罩可限定过渡成小面尾缘的环形前缘。在一些实施例中，小面尾缘可与二级环形翼型例如喷射器护罩的尾缘流体连通。喷射器护罩可用作混合器-喷射器泵，其在转子平面的横截面区域处的涡轮机护罩的入口附近提供增加的流体速度。混合器-喷射器泵还接合转子平面后方的尾流。

[0045] 在一些实施例中，本文讨论的护罩可配置为平面或小面环形翼型。小面翼型可包括任意数量的小面或可以是环状翼型。虽然附图中示出的实施例是大致对称的，但应该理解非对称构造的示例性流体涡轮机也落在本发明的范围内。

[0046] 在一些实施例中，流体涡轮机提供用于整体式被动摆转系统的平台。在一些实施例中，可通过与整合到齿轮机构中的至少一个离合器相脱离来部署被动摆转，其可用在低于切入流体流动速度的流体流动速度中、高于切出流体流动速度的流体流动速度中以及电网失去或其他保护系统模式过程中。流体涡轮机的切入流体速度一般限定流体涡轮机可以开始产生电能的流体速度。流体涡轮机的切出流体速度一般限定流体涡轮机停机以防止由于可导致过度转子速度的过度流体速度对发电构件和机械构件造成损坏的流体速度。在一些实施例中，被动摆转阻尼系统可集成到流体涡轮机的摆转系统中，以防止由例如过度流体速度、流体阵流等引起的过度转矩。

[0047] 本文描述的示例性流体涡轮机包括围绕转子组件的涡轮机护罩。在一些实施例中，流体涡轮机包括围绕涡轮机护罩的出口或尾缘的喷射器护罩。流体涡轮机包括塔和定位在塔的顶部处的机舱。电气装置(例如电力电子装置和/或通信电子装置、发电设备等)可被容纳在机舱中。可通过设置在流体涡轮机内的滑环将电力信号和/或通信信号从旋转机舱沿电缆传递到固定塔。在一些实施例中，滑环的固定构件和旋转构件均可以能够运动的方式与支撑结构接合。支撑结构能够允许固定构件和旋转构件保持同轴，不管机舱相对于塔的轴向对齐和/或竖直位置。

[0048] 现在参照图1，提供本发明的流体涡轮机100的示例性实施例的前视立体图，流体涡轮机100包括涡轮机护罩110(例如主环形翼型)，以及喷射器护罩120(例如二级环形翼型)。图2是图1中流体涡轮机100的侧视图。图3是图1中流体涡轮机100的后视立体截面视图和详细视图。许多可选的护罩式或涵道式流体涡轮机可采用本发明的特征。因此，如本领域技术人员将会理解的，图1-3中示出的护罩式涡轮机100的示例性实施例不对范围构成限制而是为了说明目的。

[0049] 尽管本文描述为小面流体涡轮机100，但是本领域技术人员应该理解，本文描述的示例性滑环可用于非小面流体涡轮机。此外，虽然本文描述为包括涡轮机护罩110和喷射器护罩120的流体涡轮机100，但是本领域技术人员应该理解的是，本文描述的示例性滑环可用于仅包括涡轮机护罩110的流体涡轮机。

[0050] 流体涡轮机100可包括连接在中心毂141(例如转子毂)处并且绕中心轴线105旋转的一个或多个转子叶片140。毂141可被连接到与毂141和机舱150同轴的轴。机舱150可在其中容纳电气设备151，例如电力电子设备、通信电子设备、发电设备等。毂141在转子叶片140的近端处围绕机舱150的主体。中心毂142可与机舱150旋转地接合，使得在转子叶片140旋转时中心毂142同时相对于机舱150旋转。

[0051] 涡轮机护罩110可与转子组件142流体连通并且可与中心轴线105同轴。例如，穿过涡轮机护罩110的流体流也可穿过转子组件142。涡轮机护罩110还可与围绕中心轴线105的转子组件142、毂141以及机舱150同轴。涡轮机护罩110包括可以是大致环形的前缘112，其也被称为入口端或前端。前缘112可在转子叶片140末端与前缘112的内表面之间提供相对狭窄的间隙。

[0052] 在一些实施例中，前缘112可与各自从环形前缘112过渡而成的也被称为涡轮机护罩小面115的具有大致恒定横截面的一系列大致直线段相接合。每个涡轮机护罩小面115可直接和/或在节点117处连接相邻的涡轮机护罩小面115，并且可由连接到机舱150的翼梁、支撑部件或支柱106支撑。涡轮机护罩110还包括尾缘116，也被称为涡轮机护罩
110的后端、排出端或出口。在一些实施例中，前缘112可以是环形或圆形的，并且尾缘116可限定直线小面段。涡轮机护罩110可从圆形的前缘112过渡到尾缘116的直线小面段，同时保持涡轮机护罩110的内表面和外表面上的曲率。因此，虽然前缘112限定圆形结构，但是涡轮机护罩110的尾缘116可限定由互相连接的涡轮机护罩小面115限定的多边形结构。在一些实施例中，前缘112可在从尾缘116偏离一定距离处过渡成大致平面段，使得涡轮机护罩110的横截面的部分限定直线小面段和/或恒定横截面厚度。尽管示出为小面尾缘116，但在一些实施例中，涡轮机护罩110可包括环形尾缘116。

[0053] 喷射器护罩120可与转子组件142、毂140、机舱150以及涡轮机护罩110同轴。喷射器护罩120可包括具有大致恒定横截面的大致直线小面段，其也可被称为喷射器护罩小面125，每个所述小面段包括尾缘124和可与涡轮机护罩110的尾缘116流体连通的前缘122。每个喷射器护罩小面125可直接连接和/或在节点127处连接相邻的喷射器护罩小面125。喷射器护罩120的前缘122(例如入口端或前端)可与涡轮机护罩110的尾缘
116(例如排出端或出口端)串联定位或部分定位在其上游。因此，穿过涡轮机护罩110的流体流可离开尾缘116并进入喷射器护罩120并且/或者与穿过喷射器护罩120的流体流混合。

[0054] 小面125可在于节点117、127处支撑和连接涡轮机护罩110与喷射器护罩120的支撑部件或支柱109连接。在一些实施例中，喷射器护罩120的前缘122和尾缘124可限定直线小面段，例如由互连的喷射器护罩小面125限定的多边形结构。前缘122的直线小面段可过渡到尾缘124的直线小面段，同时保持喷射器护罩120的内表面和外表面上的曲率。在一些实施例中，前缘122可在从尾缘124偏离一定距离处过渡成大致平面段，使得喷射器护罩120的截面的部分限定直线段和/或恒定截面厚度。应该理解的是，图1和2中示出的小面115、125的数量是说明性的，并且在一些实施例中，可采用更多或更少数量的类似小面115、125。

[0055] 涡轮机护罩110和喷射器护罩120可与绕中心轴线105的转子叶片140、中心毂141以及机舱150同轴。涡轮机护罩110和喷射器护罩120可由塔结构102支撑。塔结构
102可在枢转点118处枢转地或旋转地连接到机舱150使得流体涡轮机100可围绕沿摆转轴线119的枢转点118摆转。在一些实施例中，摆转轴线119可大致垂直于中心轴线150。
因此，涡轮机护罩110、喷射器护罩120、转子叶片140、毂141以及机舱150可相对于塔结构102围绕枢转点118枢转地或旋转地设置，以允许流体涡轮机100在流体流的方向改变时被动摆转。

[0056] 如图2所示，流体涡轮机100的空气动力学特性可提供用于流体涡轮机100的手段以围绕枢转点118被动摆转或旋转，以使中心轴线105与流体流方向152基本对齐并将由涡轮机护罩110的前缘112限定的前平面定位成与流体流152方向成近似90度。由于流体涡轮机100的空气动力学特性而产生的中心轴线105与流体流方向152的自动对齐可减少在例如极端风力条件和/或高速阵风期间流体涡轮机100的结构构件的疲劳载荷和/或摆转力矩。例如，当流体涡轮机100处于停机模式、暂停或不产生功率时，包括例如当流体涡轮机100从电网断开连接时，流体涡轮机100上的载荷可以减少。

[0057] 参照图3，提供流体涡轮机100的后视立体截面视图和详细视图。如图3的详细视图所示，固定到机舱150的摆转机构172可以与塔结构102机械地接合，以允许机舱150相对于塔结构102旋转。例如，延伸到塔结构102中的摆转机构172的齿轮(未示出)可与塔结构102的内周上的齿圈171的齿啮合或接合，以允许机舱150与塔结构102之间的受控制的和能够旋转的接合。

[0058] 转子组件142和毂141可与容纳在机舱150内的电气设备151(例如电力电子设备、通信电子设备等)接合。当转子叶片140旋转时，电气设备151可将与转子组件142的旋转相关联的机械能转化成电能。可将电力从电气设备151引导至定位在摆转机构172附近并且在机舱150中的滑环170。滑环170可在机舱150中的电气设备151(例如发电设备、功率调节设备等)与塔结构102的基部之间提供电气连接，同时允许流体涡轮机100的机舱150和相关构件相对于塔结构120连续旋转。例如，可在电气设备151和延伸通过塔结构102并到达电网和/或储存装置183的一个或多个电缆175之间提供电连接。

[0059] 特别地，滑环170包括在近端173处与机舱150中的电气设备151接合的多个接触环169。接触环169可在远端174处与外壳165中容纳的多个旋转接触部181旋转地接合。在一些实施例中，旋转接触部181包括传导三相电力的一组接触部和传导信息信号的另一组旋转接触部。在一些实施例中，旋转接触部181包括与至少一个旋转电刷179(例如旋转构件或旋转部)接合的至少一个固定接触环177(例如固定构件或固定部)。在一些实施例中，接触环177可构造为旋转构件，并且电刷179可被构造为固定构件。

[0060] 所述多个旋转接触部181可与电缆175接合。电缆175可从外壳165通过塔结构102的内部部分，所获取的电力可被传送到例如电网和/或储存装置183的位置，延伸到塔结构102的基部。因此，例如在机舱150绕枢转点118旋转时，旋转电刷179同时地旋转，同时维持相对于固定接触环177的连续电连接。从而流体涡轮机100可相对于流体流方向
152围绕枢转点118被动摆转或枢转，同时保持电缆175大致处于非扭绞位置。

[0061] 如上所述，外壳165在其中容纳旋转接触部181(例如固定接触环177)和旋转电刷179。在一些实施例中，外壳165可通过一个或多个内部轴承与滑环170的轴185接合。滑环170的轴185可在例如安装装置的滑环支架176处与机舱150接合。在一些实施例中，滑环支架176可允许滑环170和/或外壳165沿例如平行于流体涡轮机100的中心轴线105的x轴线(如箭头178所示)的运动、平移或调整。在一些实施例中，滑环支架176可与滑环170的轴185接合，以允许滑环170和/或外壳165沿例如垂直于流体涡轮机100的中心轴线105、平行于摆转轴线119等的z轴线(如箭头167所示)的运动、平移或调整。

[0062] 在一些实施例中，外壳165可与电缆支撑结构180例如安装装置接合。电缆支撑结构180可支撑电缆175并且进一步保持电缆175处于非扭绞位置。外壳165与电缆支撑结构180的接合可允许滑环170和/或外壳165沿例如垂直于沿x轴线(如箭头178所示)的运动的沿由箭头182表示的y轴线的运动、平移或调整。在一些实施例中，滑环170的自动和/或人工调整或运动可帮助补偿机舱150相对于由流体涡轮机100的塔结构102限定的竖直轴线的不对齐。在一些实施例中，外壳165、滑环支架176和/或电缆支撑结构180能够允许固定接触环177和旋转电刷179保持同轴，不管机舱150相对于塔结构102的轴向对齐和/或竖直位置。在一些实施例中，外壳165、滑环支架176和/或电缆支撑结构
180可允许机舱150相对于塔结构102的自动和/或人工运动或调整，同时保持滑环170的接触环177和旋转电刷179相对于彼此同轴。

[0063] 在一些实施例中，编码器184(例如绝对编码器、增量编码器、旋转编码器等)可与滑环170例如滑环170的轴185接合，以探测在机舱150相对于塔结构102旋转时机舱150围绕摆转轴线119的旋转定向。在一些实施例中，编码器184可发送通知机舱150的旋转角度的改变的信号和/或将检测到的机舱150的旋转角度储存在存储装置中。

[0064] 从而，如果必要的话，可自动调整滑环170和/或外壳165的位置以在机舱150相对于塔结构102沿枢转点118旋转或枢转时保持固定接触环177和旋转电刷179相对于彼此同轴。此外，在机舱150相对于塔结构102的旋转过程中，滑环170的配合的固定接触环177和旋转电刷179可保持电气设备151与电网和/或储存装置183之间的电连接，同时确保电缆175保持非扭绞位置。

[0065] 现在参照图4，提供本发明的包括涡轮机护罩110例如主环形翼型的流体涡轮机200的示例性实施例的前视立体图。特别地，除了流体涡轮机200不包括喷射器护罩120和与喷射器护罩120相联的构件之外，流体涡轮机200与图1-3中的流体涡轮机100在结构和功能上可以是大致相似的。因此，流体涡轮机200可以是单护罩流体涡轮机200。本领域技术人员应该理解，流体涡轮机200可包括滑环170和上述的与滑环170相联的构件，以在机舱150相对于塔结构102旋转过程中保持机舱150与塔结构102之间的电连接，同时保持电缆175处于基本非扭绞位置。

[0066] 虽然已经参照本发明的示例性实施例对本发明的系统和方法进行了描述，但是本发明不限于这些示例性实施例和/或实现方式。并且，本领域技术人员易于通过本发明的内容得知，本发明的系统和方法易受很多实现方式和应用影响。本发明明确包括所公开实施例的这种修改、改进和/或变型。由于可对以上结构进行很多变化并且可以做出本发明的很多不同实施例而不脱离本发明的范围，所以附图和说明书中所包含的所有元素应被理解为是说明性的而不具有限制意义。附加的修改、变化以及替换应包含在前述内容中。因此，应宽泛地并且以与本发明的范围一致的方式理解所附权利要求。

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具有滑环的流体涡轮机