本發明涉及用于從可再生能源回收能量的裝置的技術領域，特別是涉及提供有用于加速流動并增加扭矩的分流器的渦輪機(用于風力應用或與水或其它液體或流體使用的渦輪機。本發明還涉及適于與渦輪機聯接的分流器。

背景技術：

在微風應用的背景下，豎直軸渦輪機的使用越來越普遍，因為這種解決方案允許獲得盡管不高的功率但足以覆蓋住房或商業和工業結構的平均能量需求的至少一部分，同時保持小的負擔。

在這個領域中已知各種型號的渦輪機，它們通常為葉片的數量和形狀彼此不同，但是通常由可旋轉地安裝在固定支撐件上并連接到發電機上的旋轉體構成。

反過來，旋轉體包括中心軸，該中心軸連接到發電機的軸或者限定這種軸，并且設置有具有成形輪廓的兩個或更多個葉片，該葉片典型地具有豎直延伸軸線的螺旋形，以攔截風并使整個旋轉體旋轉。

Darrieus和Savonius渦輪機是非常常見的渦輪機類型，后者包括具有相同截面的兩個或更多個葉片，以確保旋轉期間的周期性行為。

葉片被成型為在一定的扭矩范圍內使得它們中的每個相對于流動交替地處于進給狀態，然后處于推動或返回階段。

這種葉片的使用除了相對便宜之外，還受到尺寸減小，噪聲水平有限和低浪涌功率的青睞，因此即使在低風下也能實現明顯的功率生產。

然而，已知的微型風力渦輪機的特征在于低效率，例如對于Savonius類型的普通葉片而言例如在0.10和0.15之間。

新的解決方案主要是為了優化葉片的特征，試圖提高其空氣動力學效率，盡管從理論上可以看出，一旦已設定渦輪機的速度和前表面，則存在著可以從風中提取功率的最大限制。

為了克服這些缺點，然后想到涉及在葉片處于返回位置的部分處的對于葉輪具有障礙物功能的分流器。

這種分流器的目的是減小在返回位置作用在葉片上的壓力，從而增加由作用在進給的葉片上的力與作用在返回葉片上的力之間的差異給出的總扭矩。

在Mohamed等人的“使用阻擋返回葉片的障礙物的修改的Savonius渦輪機的最佳葉片形狀”和Mohamed等人的“使用阻擋返回葉片的障礙物的Savonius渦輪機的優化”中描述了這種解決方案的實例。這些解決方案雖然在性能方面提供了一個普遍的改進，但輸出功率的值比傳統Savonius渦輪機的平均值高出30％，但并不令人滿意，并被證明是可以改進的。

US2011/0006542公開了一種Savonius型渦輪機，其在一些具體實施方式中涉及與在渦輪機周邊放置以相對于其自由旋轉的分流器。

分流器具有輸送管道朝向進給葉片的流動，該管道被成形為朝向渦輪機收斂，并產生靠近葉輪的適于加速流動的變窄。

特別地，在第一配置中，輸送管道在一側由收斂的平坦壁限定，所述收斂的平坦壁的端部具有以與由進給葉片限定的理想周長相切的方式定位的凹陷區域。

從相反的一側，管道具有凹壁，該凹壁成形為限定具有渦輪機的結構的尖點以及具有與其基本上垂直于流動輸入方向的端部相對應的切線。

在第二實施方式中，凹壁被朝著入口部分收斂的另外的平坦壁代替。

兩個這樣的實施方式的主要缺點由以下事實表示：輸入流動以不漸進的方式沖擊分流器的壁，由此限定涉及其動能的減少的流體的壓縮區域，而且還產生降低其效率的微湍流現象。

另外的缺點是由如下事實表示，即，分流器完全覆蓋進給葉片從而防止在相同的進給葉片上利用進入的流動的工作來進一步增加扭矩。

在一些實施方式中仍存在這另一中缺陷，即，限定用于葉片的真實空氣動力學制動器的完整區域的存在以及也非正的后延伸件的存在。

GB2475843公開了具有水平軸線的風力渦輪機，其中葉輪被半圓柱形定子部分地包圍，該半圓柱形定子允許在傳送未被推動位置中的葉片攔截的流動以將其返回到進給葉片。

由于流體與定子的壁的沖擊引起的升力損失，所以這種解決方案似乎是非效率的。

技術實現要素：

本發明的目的在于通過提供具有高效率且相對便宜的分流器的渦輪機來克服上述缺點。

特別的目的在于提供特別有效、可靠且耐用的渦輪機，其具有減小的尺寸以用于微風、微水力和其它應用，特別是非工業應用中。

特別的目的在于提供具有分流器的渦輪機，其允許以更高的自旋數和更高的功率系數來移動渦輪機的運行速度。另一個目的在于提供具有分流器的渦輪機，其還允許回收從進給葉片排出的流動以將其重新定向到推動葉片，以便甚至在相對較小的流速下進一步提高渦輪機效率。

另一個目的在于提供用于渦輪機的分流器，其允許在不使用齒輪箱的情況下增加渦輪機的旋轉數，從而簡化發電機葉片組件并降低制造和維護成本。

特別的目的在于提供用于渦輪機的分流器，其允許減小渦輪機的最小啟動速度。

特別的目的在于提供分流器，其可聯接到任何類型的渦輪機，如風力渦輪機或用于微風應用的渦輪機，諸如豎直軸渦輪機或用于水應用或用于微液壓應用的渦輪機，或甚至用于流體流動的渦輪機，這允許增加與其相關聯的渦輪機的整體效率。

另一個目的在于提供用于渦輪機的分流器，其允許修改現有渦輪機以提高其效率并且獲得特別有利的功率/成本比。

這些目的以及下文將更清楚地顯示的其它目的根據權利要求1所述的具有分流器的渦輪機實現，其包括：支撐框架，適于錨固到固定或可移動結構；葉輪，圍繞旋轉軸線可旋轉地安裝到所述支撐框架上并且具有用于流動的入口前部和多個葉片，多個葉片適于與所述前部對應地在推動位置與前進位置之間根據流動而產生的旋轉來以連續的方式移動；主流分流器，適于錨固到所述支撐框架并且具有周壁，周壁適于至少部分地相對于所述流動遮擋所述前入口部分；輔助分流器，從面對所述多個葉片中的在所述前進位置中的一個或多個葉片的第一部分延伸到面對所述多個葉片中在所述推動位置中的一個或多個葉片的第二部分。

輔助分流器包括多個基本曲線的管道，沿著基本上徑向的方式并排，所述多個基本曲線的管道中的每個具有面對所述多個葉片中在所述前進位置中的葉片的第一開口端和定位成與所述輸送管道對應的第二開口端。

除了從主分流器進入的流體產生的扭矩的增加以外，特征的這種組合還將通過輔助分流器從發送到葉片的流中給出額外的貢獻。

在第一配置中，所述曲線管道將適于至少部分地將所述工作流體從所述流動的所述第一入口部分返回所述第二輸出部分，以允許從所述進給葉片返回的流體經由所述第一端部進入并經由所述第二端部向所述推動葉片進給，以增加由所述葉輪上的流動產生的扭矩。

這將使得能夠恢復發送到葉片的流動的至少一部分，并且利用進給葉片的運動以產生被引導到推動葉片的額外的流動。

返回管道的曲線形狀還將允許減少輔助分流器內部的紊流現象，從而增加每個管道的流體輸出速度。

根據可選實施方式，所述曲線管道可以適于允許流體從所述第二部分的進入以及經由所述第一部分和所述第一端部至前進位置中的所述葉片的傳輸。

通過這種方式，將能夠直接沖擊葉片的流體不僅引導到推動位置中的葉片，而且可以引導到前進位置中的葉片，從而避免葉輪存在被動作用的部分。

方便地，渦輪機可以包括側輸送器，側輸送相對于所述主分流器與所述輔助分流器相反并且具有面對前進位置中的相應的葉片的輸出。

通過這種方式，流體將在大量前進葉片上進行，從而進一步增加扭矩，并因此進一步提高可產生的功率。

有利地，輸送管道將朝向出口端口收斂，以限制朝向所述葉輪流動的通道部分并增加流體的速度。此外，所述輸送管道可以包括彼此面對并朝著出口端口收斂的第一和第二側面偏轉壁。

所述第一壁可以是基本上平坦的或稍微凹入的，而所述第二壁可以具有朝向內部或外部的凸起，其輸出邊緣相對于所述旋轉軸線徑向偏移和分散，以允許進入的流動也至少部分地投入前進位置中的葉片。

輸送管道的具體配置將避免導致流體可能產生由于壓縮而引起的動能損失以及可能發生湍流狀態的過多的沖擊區域。

相反，偏轉壁的彎曲輪廓的存在允許伴隨流朝向進給葉片的流動，消除偏轉壁的輪廓與葉片的輪廓之間的任何單個尖點，并且消除在壁上產生流體的現有技術壓縮區域的渦輪機能形成湍流運動的區域。

偏轉壁的定位不對準葉片的旋轉中心并相對于葉輪徑向偏移以便露出進給葉片的一部分允許在進給葉片上具有拉動作用，從而進一步產生扭矩的增加。應注意，在不存在輔助分流器的情況下，可以有利地實現設置有具有該特定配置的輸送管道的分流器。

根據本發明的另一方面，提供了上述類型且具有用于可旋轉地連接到渦輪機的裝置的分流器。

通過這種方式，將能夠將根據本發明的設置有輸送管道和/或輔助分流器的分流器連接到任何預先存在的渦輪機，以便修改并增加其功率/成本比。

本發明的有利形式根據從屬權利要求而獲得。

附圖說明

根據本發明的具有分流器的渦輪機的優選但非排他性的實施方式的詳細描述，本發明的其它特征和優點將變得更加明顯，這些實施方式借助附圖以非限制性示例的方式示出，在附圖中：

圖1是第一優選實施方式中的本發明的渦輪機的示意性剖視圖；

圖2是圖1的渦輪機的第一變型的示意性剖視圖；

圖3是圖1的渦輪機的第二變型的示意性剖視圖；

圖4是圖1的渦輪機的第三變體的示意性剖視圖；

圖5是第二優選實施方式中的渦輪機的示意性剖視圖；

圖6是第三優選實施方式中的渦輪機的示意性剖視圖；

圖7是圖6的渦輪機的第一變型的示意性剖視圖；

圖8是圖6的渦輪機的第二變型的示意性剖視圖；

圖9是第四優選實施方式中的渦輪機的示意性剖視圖；

圖10是圖9的渦輪機的正視圖；

圖11是圖9的渦輪機的俯視圖；

圖12是圖9的渦輪機的剖視圖；

圖13是根據第五優選實施方式的設置有分流器的渦輪機的立體圖。

具體實施方式

參考附圖，示出了設置有分流器的渦輪機，根據第一類型的應用的這種渦輪機可以在家庭應用中或在商業和工業用途的小型場所中以優選但不限于的方式使用，特別是用于微風或微型水電應用。

然而，根據本發明的渦輪機也可以通過浸沒在管道或水管道中以及用于從河流或海洋水流、潮汐能等進行能量回收的系統中獲得應用，這也將在下文中說明。圖1示意性地示出了根據本發明的渦輪機(其總體由1表示)的第一優選但非排他的配置，其基本上包括主分流器2和可旋轉地圍繞支撐框架(未在附圖中示出)的中心旋轉軸線R安裝的葉輪3，其可以依次錨固到固定或可移動的結構(也未示出)。

通過已知的方式，葉輪3將具有彼此成一體的多個葉片4、4'、4”、4”'，以在流體的作用下旋轉，從而使得至少一個葉片4不時地處于與設計為用于流動進入的前部相關的位置中，即，主流投入的位置中(其進給方向由箭頭指示)，進而產生中心軸線R的旋轉。

同時，一個或多個附加葉片4'將處于前進位置中，即，它們不被主流直接撞擊的位置中。

葉片4、4'、4”、4”'可以由具有中心桿5的適當形狀的單體相互分離或限定，中心桿5限定旋轉軸線R，并且凹形表面6、6'、6”從中心桿5延伸以生成適于產生葉輪3的旋轉的扭矩，其中凹形表面6、6'、6”的流動作用在推動階段中。

分流器2將通過合適的連接裝置通過固定或可移動的方式錨固到支撐框架，這也未在附圖中示出。

在特定配置中，連接裝置將是旋轉型的，以允許分流器2圍繞與葉輪3的旋轉軸線R同軸的中心軸線C通過相對于后者獨立的方式旋轉。

對于一些應用，例如在渦輪機1通過浸入水管中進行操作的情況下，例如在所謂的微型液壓應用中，分流器2可以通過固定的方式連接到渦輪機1的框架或直接連接到外部支撐結構，從而根據主流方向攔截流動。

分流器2將包括支撐框架(未示出)，其將設置有可能是旋轉式的上述連接裝置以及對于葉輪3周向地延伸的周壁7，以便至少部分地閉塞前部。

優選地，側壁7將具有比葉輪3的葉片4、4'、4”、4”'的軸向尺寸更大的軸向延伸，以允許加速流動完全投入這些后者，并確保在葉輪3的整體軸向發展上方的均勻作用。周壁7包括適于將工作流體朝向葉輪3輸送的主輸送管道8。主管道8具有用于流體的外部入口端口9和面向葉輪3的葉片4的內部出口端口10，葉輪3又定位在用于輸送其加速流體的推動位置中。

主輸送管道8將優選地延伸為用于周壁7的整個軸向發展，并且將具有面向彼此并且朝向中心軸線C收斂的邊緣11、12，以將流動的通道部分限制到葉輪3的葉片4并且增加其速度并因此增加旋轉數。

在提供為用于可旋轉和獨立連接的裝置的情況下，這種裝置可以被適當地設計成允許分流器2總是處于最佳操作位置中，以總是使得流體朝向葉輪3的最大流動，其中，最佳操作位置與流動的出口部分10的前端是相對于主流方向的正面和軸向對齊的位置對應。

如附圖中所示，周壁7的其余部分可以是部分地或完全關閉的或完全打開的。

分流器2還包括輔助分流器13，輔助分流器13從與進給葉片4'面對的入口部分14延伸到與主輸送管道8流體連通的出口部分15。

在該第一配置中，輔助分流器13適于至少部分地使將朝向推動位置中的葉片4撞擊進給葉片4'的工作流體返回，以便利用更大量的流體并進一步增加由葉輪3上的流動產生的扭矩。

輔助分流器13適當地由流體的多個返回管道(總是由16表示)形成，每個返回管道具有第一開口端16'和第二開口端16”，第一開口端16'面向前進位置中的葉片4'并且能夠允許從相同的葉片4'的返回，并且第二開口端16”與主輸送管道8對應地放置。

然后，曲線管道16的第二開口端16”將適于將流體返回到主輸送管道8，以返回到推動位置中的葉片4上。

返回管道16基本上是曲線的，沿著基本上徑向的方向相互并排，并且優選地朝著出口部分15變窄以增加流速。

管道16的曲率半徑r可以是任何值，而沒有任何特別限制，并且優選地不太窄，中心角大于45°，以避免流體在可能開始湍流運動時的壓縮現象的發生。與圖1相同，觀察到主輸送管道8包括第一側壁17和第二偏轉側壁18，第一側壁17和第二偏轉側壁18彼此面對并且朝向出口端口10收斂以便獲得流動的加速度。

第一側壁17基本上是平坦的，并且相對于通過中心軸線C并且基本上平行于主流的輸入方向的中間平面π具有處于10°與35°之間的最大角度α，以便不產生流體的壓縮區域。

反過來，第二偏轉側壁18具有向外指向的凸度以及與其出口邊緣12相對應地減小的角度β，以便再次避免流體的壓縮。

此外，第二偏轉側壁18的出口邊緣12將徑向交錯并偏離旋轉軸線R，由此使得主輸送管道8的出口端口10比葉輪3的半徑更寬，以允許進入葉輪3的流動也至少部分地投入到前進位置中的葉片4'。

圖2示出了圖1的渦輪機1的特定變型，其中主輸送管道8具有更大的收斂以限定更大的變窄并增加流動的加速度的作用，而返回管道16又表現出更加凸顯的曲率。

在上述兩種變型中，觀察到返回管道16的輸出部分15與輸送管道8流體連通。

特別地，曲線管道16的第二端16”直接打開到輸送管道8中。

圖3示出了上述渦輪機1的第二變型，但是與其不同之處在于限定現在具有雙曲率的輔助分流器13的返回管道16的不同形式，以及葉輪3的形狀，但不限制本發明的保護范圍。

在該配置中，輔助分流器13以及相應的返回管道16不直接與主輸送管道8流體連通地布置，而是由管道16的第二開口端16”限定的輸出部分15面向推動位置中的葉片4以將回收的流直接發送到其中以保持它們與主流基本分離。

此外，第二偏轉側壁18完全覆蓋前進位置中的葉片4'。

圖4示出了先前配置的變型，其中第二側壁18具有向外凹入的端部18'以轉移主流并促進側流的進入。

圖5示出了根據本發明的渦輪機1的第三配置，其具有由具有凸形輪廓和相對小的直徑的多個葉片4、4'、4”、4”'形成的葉輪3的另外的配置，以在前進階段具有減小的摩擦，并且其中主輸送管道8具有在推動位置中的葉片4的承載部分上的相對窄的出口10以顯著地增加流速。

圖6示出了渦輪機1的第四配置，其中輔助分流器13適于攔截主流并允許其進入管道16，以經由第一部分14和曲線管道16的第一開口端16'將其從第二曲線部分15輸送到前進位置中的葉片4'。

還存在著側輸送管道33，側輸送管道33與主轉向器2與輔助分流器13相對設置并且具有基本上靠近主輸送管道8的輸入部分的入口34和面向前進位置中的另外的葉片4”(特別是遠離推動位置移動的葉片4”)的出口35。

輸送管道8、16的尺寸使得用于流動的相應入口邊緣36相對于沿著從主輸送管道8到外部彎曲管道16的方向減小的旋轉軸線R具有一定距離。

通過這種方式，每個輸送管道16可以利用與輸入邊緣36對應而地生成的流動的速度增加的效果。

圖7示出了該最后配置的第一變型，其中適于接收由后葉片4”'產生的流動的側向返回管道37與側輸送管道33徑向相反，以使其通向前進位置中的葉片4'。

輸入邊緣36被示出為具有不減小的距離，但是仍然可以如圖6中所示地配置。

圖8示出了圖7的變型，主要區別在于葉片4、4'的更大的曲率半徑。

圖9以局部方式示出了根據本發明的渦輪機1的第五配置，其設置有葉輪3，葉輪3在圖中是螺旋薩沃紐斯型但是也可以不同，并且分流器2的輔助分流器13未示出。

在該圖中，還應注意到，葉輪3在軸向端部處被將葉輪3連接到支撐框架的上盤19和下盤20封閉。

特別地，在該配置中，以及在圖1的配置中，分流器2可以或可以不配備輔助分流器13，因為輸送管道8的特定配置仍將允許獲得增加扭矩的有利效果，因為側偏轉壁17、18上的流體的壓縮區域也將減小進給葉片4'上的上述牽引效果。

在該圖中，輸送管道8設置有錨固框架21，錨固框架21具有用于兩個偏轉側壁17、18的剛性連接的基本上平坦的上橫向元件22和下橫向元件23。

同樣在這種情況下，第二側壁18將被定尺寸為在沿著流體的朝向葉輪3的入口方向露出前進位置中的葉片4'的至少一部分，如能夠從圖10觀察到，甚至在圖11和圖12中更清楚地觀察到。

從這些最后的圖中還應注意到，兩個偏轉壁17、18基本上是具有較高的曲率半徑r'、r”的凹形的，以避免壓縮區域。

第二偏轉壁18還具有前附件24，前附件24的目的是從流動阻斷進給葉片4'的后部。

同樣在這種情況下，分流器2可通過固定或可旋轉的連接裝置直接連接到渦輪機1的框架或外部支撐結構。

圖13示出了設置有分流器2的渦輪機1的第六配置，其可以包括或者更少輔助分流器13，正如圖中所示。

在該圖中，更詳細地示出了用于將分流器2錨定到渦輪機1的框架25的框架21，框架25將設置有軸桿5，軸桿5將下盤20連接到發電機(圖中不可見)的軸，以用于將動能轉換為電能。

作為示例，連接裝置27將是旋轉型的，例如具有滾子軸承、球或類似物，這將允許可旋轉地安裝在支撐件5的桿上。

此外，在下盤20的下方，錨定籠28將被布置并設置有上述連接軸承裝置27，并且其中安裝有分流器2，分流器2將被周向地放置在發電機上，以便使其始終可以進行任何維護操作。

此外，在這種配置中，輸送管道8將在其內部容納多個偏轉元件29，每個偏轉元件29具有相應翼型的至少部分彼此重疊并且徑向交錯的層狀或成型體。

這些額外的層狀或成型體29的主要任務是轉移當前的管線并減慢朝向前進位置中的葉片4'的流動，以減小作用在其上的流動的靜壓力，從而增加總扭矩。

根據所示的配置，層狀體29將彼此基本相似，相應的部分各自具有翼型件，翼型件具有凹形外邊緣和凸形內邊緣。

還應注意的是，層狀體29中的一個將具有尖端連接的一對凹形外邊緣和內平面邊緣，以使得每個外邊緣被布置在與兩個相鄰的層狀體的對應的外邊緣平行的位置中，以產生相應的空氣噴射通道30，該空氣噴射通道30在未示出的配置中可有可能地被放置成與輸送管道8流體連通，以將由進給葉片4'排出的流體返回到推動葉片4。

框架21還將包括翼型件31，用于定向和穩定與上盤形壁32一體的流動，該上盤形壁32在由葉輪3產生的流動不被投入的位置中加入偏轉壁17、18。

翼型件31的主要功能將是根據流體流動的主要方向促進分流器2的旋轉，以使進口9與其對準，從而保持軸向對準，以便最大化影響推動位置中的葉片4的流動的速度增加的效果。

除了與方向舵相當的功能之外，翼型件31將具有產生與由框架21上的層狀體29產生的力矩相反的力矩的作用，以與主流方向對應地抵抗其旋轉并保持入口9的穩定性。

當框架21處于平衡狀態時，翼型件31將被成形為相對于流動沒有零入射，例如相對于主流方向處于5°與45°之間的角度范圍內，從而允許分流器2被定向為與主流方向始終保持軸心。

當然，翼型件31可以是不同的配置，例如可以是風車類型的鉸接體。

此外，可以提供制動器(未示出)，其功能將是限制分流器2的角速度，通過這種方式使其不以不受控制的方式旋轉，從而避免在陣風的情況下的高頻振蕩，并且減少作用在分流器本身上的結構負載。

如各種配置中所描述的分流器2可以通過對其配置的適當調整而應用于具有豎直軸線的任何風力渦輪機，然而，其配置基本上是結構性的并且不改變操作，也不改變用于本發明的保護范圍的限定的基本要素。

根據本發明的分流器2可以同樣地安裝在任何渦輪機上，而不一定是風力渦輪機，并且可能布置成與液體或其它氣態流體一起操作。

當然，在渦輪機不具有豎直軸的情況下，分流器2仍將被設計成布置為至少部分地用基本上彼此平行的相應的旋轉軸線C、R將其葉輪3包圍著，并且其操作將等同于上述。

從上方可以明顯看出，根據本發明的渦輪機和分流器達到了預期的目標，并且特別地允許將渦輪機的最大自旋數量增加到最高速度，同時降低了起動機所需的流體流動的最小速度。

根據本發明的分流器和渦輪機可具有許多修改和變化，所有這些均落在所附權利要求書中表達的發明構思內。在不脫離本發明的范圍的情況下，所有細節可由其它技術上等同的元件代替，并且材料可根據需要而不同。

即使已經特別參考附圖描述了分流器和渦輪機，說明書和權利要求書中使用的附圖標記也可用于改進本發明的智能，并不構成所要求的范圍的任何限制。