CN104471239A - 具有流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种具有流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机，该风力兼液力涡轮机包括半径为R、平行六面体形状的正六边形结构，在该六边形结构的内侧，具有三个或更多个叶片的转子在垂直轴线上旋转，从上往下看时，所述垂直轴线位于所述六边形的中心中，其中，叶片在旋转时产生半径为Rt的圆，该风力兼液力涡轮机进一步包括六个铰接导向叶片，所述六个导向叶片从涡轮机的风或液体流进入侧抓取并聚集进入转子叶片的空气或液体流，并且从与涡轮机的风或液体进入侧相反的一侧扩散从转子叶片离开的空气或液体流。

Description

具有流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机

技术领域

公开了一种根据操作环境具有空气流或水流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机。

发明内容

当具有流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机在风中工作时，空气流控制通过使用具有与转子叶片宽度相关联的尺寸的铰接导向叶片而获得。每个铰接导向叶片包括可活动导向器部分和固定导向器部分，所述可活动导向器部分和固定导向器部分分别形成可移动导向叶片和固定导向叶片。

其主要由六组可移动导向叶片构成，每个可移动导向叶片与在流体(空气)的动力中起到不同作用的固定导向器相关联。

可移动导向器成形为使得捕捉的移动空气质量大于在没有所述叶片的情况下转子将捕捉的移动空气质量，并且固定导向器比外部风速更快地将流体直接集中并引导在转子叶片上。

转子以阻力操作；通过以阻力和高速操作，相对于传统的垂直轴涡轮机，具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机具有相当大的优势。

当具有流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机在流体为水的液压下操作时，流控制通过使用尺寸与转子叶片的宽度相关联的铰接导向叶片而获得。每个铰接导向叶片包括可活动导向部分和固定导向部分，所述可活动导向部分和固定导向部分分别形成可移动导向叶片和固定导向叶片。

其主要由六组移动导向叶片构成，每个可移动导向叶片与在流体动力(在这种情况下，诸如水的液体)中起到不同作用的固定导向器相关联。

可移动导向器成形为使得捕捉的移动流体质量大于在没有所述叶片的情况下转子将捕捉的移动空气质量，并且在其中涡轮机液压地安装的情况下，固定导向器比外部流体速度更快地将流体直接集中并引导在转子叶片上。

转子以阻力操作；通过以阻力操作，相对于传统的垂直轴涡轮机，在液力模式下的具有流控制的垂直轴涡轮机具有相当大的优势。

背景技术

关于风力涡轮机：

萨沃纽斯转子为用来将风力转换成旋转轴上的扭矩的垂直轴风力涡轮机类型。它们由芬兰工程师Sigurd J.萨沃纽斯于1922年发明。

萨沃纽斯涡轮机为最简单的涡轮机中的一个。在空气动力学上，它们是包括两三个叶片的增阻装置或电阻装置。从顶部看转子，叶片形成S形状。因为曲率，叶片在沿其方向逆风移动时，叶片经历较小的阻力。这种差促使萨沃纽斯涡轮机旋转。作为增阻装置，与类似大小的升程涡轮机相比，萨沃纽斯吸收更少的风力。另一方面，不必沿风力方向对涡轮机定位，它们更好地支持湍流并且能够在低速风下开始旋转。它是使用涡轮机最便宜且最容易的装置之一。

在成本比效率更重要的情况下，使用萨沃纽斯涡轮机。例如，大多数风速计为萨沃纽斯涡轮机(或衍生设计)，这是因为效率与其应用完全不相干。许多更大的萨沃纽斯涡轮机已经被用来在深水浮筒中发电，其需要少量的动力并且几乎不需要维护。萨沃纽斯涡轮机的最常见的应用是Flettner通气机，通过在货车和巴士顶上看到它们被用作冷却装置。涡扇由德国工程师Anton Flettner创造。如今，萨沃纽斯涡轮机逐渐被用来为小器械提供动力。

达里厄风力涡轮机是用来从由风携带的能量发电的垂直轴风力涡轮机类型。涡轮机包括通常但不总是垂直安装在旋转轴或框架上的多个升程表面。法国工程师Georges Jean Marie Darrieus于1931获得风力涡轮机的该设计的专利权。

传统的差动系统萨沃纽斯和达里厄在转子上产生湍流和变化的张力，从而导致限制性能和系统控制的寄生力和振动。

美国专利6,824,349涉及一种在低风速下操作的转子，该转子包括：基部；转子框架，其可旋转地支撑在基部上以便绕垂直轴顺时针移动；和用以接收风力多个叶片式屏，其可枢转地布置在转子框架上以便绕垂直轴在第一关闭位置与第二打开位置之间顺时针移动，本发明的目的与美国专利6,824,349的目的之间的主要差别在于，后者是不带有空气流增强器的直接动作设备；其还在转子中包括降低速度和性能的移动部分件，其是因润滑问题而暴露于侵蚀和磨损的复杂机构。此外，该系统是吵杂的，并且减慢速度对整体性能的贡献不大。

美国专利4,468,169涉及具有高扭矩调节柔性叶片的风力涡轮机，该风力涡轮机由水平安装的风轮构成，该风轮包括：框架，其被安装用于在水平面中绕中心垂直轴线旋转；多条辅助轴线，其被支撑用于在靠近其周边处在所述框架上旋转；叶片，其被安装成靠近每条辅助轴线的一端；在框架上的多个叶片止动部，其从轴线径向向内布置以限制叶片的旋转，所述辅助轴中的每一个被安装用于靠近相对于所述水平面的垂直线倾斜的轴线旋转，其结果是，每个叶片具有由每条轴线从垂直线倾斜方向限定的优选预定止动位置；本发明的目的与美国专利4,468,169的目的之间的主要差别在于，后者涉及不带有空气流增强器的直接动作设备，它还在转子中包括降低速度和性能的移动部分件，其是因润滑问题而暴露于侵蚀和磨损的复杂机构，并且系统是吵杂的，并且减慢速度表示出不良的整体性能。

美国专利7,083,382涉及垂直轴风力涡轮机，所述发明提供主马达来使用液体流的能量，该主马达包括具有旋转轴线的轴，该轴被布置成可旋转地安装到子结构，该轴包括从所述轴径向延伸的至少一个臂，所述臂或每个臂包括至少一个叶片，所述叶片或每个叶片定位成使得叶片上流的作用影响旋转轴线，其中所述叶片或每个叶片可移动地安装在臂上，并且其中，每个叶片可从第一位置移动至第二位置，该第一位置提供第一阻力，该第二位置提供第二阻力，其中第一阻力高于第二阻力。

与现有技术的发动机或主涡轮机相比，上述主马达驱动在液体流上提供大致减小的阻力和增加的扭矩输出，但是与本发明的目的是相关的主要差别在于，美国7,083,382的风力涡轮机是不带有空气流增强器的直接动作设备，所述增强器带降低速度和性能的许多移动部分件，其具有复杂的机构，其暴露于因侵蚀和润滑问题产生的磨损，导致示出不良的整体性能的吵杂和减慢的设备。

西班牙申请2,161,650的公开涉及使用风能的系统，该系统包括具有垂直轴的风车，所述垂直轴伸出多个径向臂，每对臂彼此相对，并且这些臂中的每一个的端部处以铰链安装，存在矩形叶片，该矩形叶片竖直布置在垂直于它所铰接相应的径向臂的平面上。一对相对的叶片保持静止，其定位成垂直于风向使得它承载推力和该对叶片的倾斜，借助于止动部限制这些叶片的角度变化。叶片中的每一个与恢复元件相关联，该恢复元件将所述上臂定位成垂直于当推力停止时所述叶片铰接到的臂；本发明和西班牙公开2,161,650的目的之间的主要差别在于，后者没有增强器或流集中器，其在转子中具有移动部分件，其具有带在每转上激活的转子调整部的直接作用机构，这种直接作用机构在下雪区域由于能量损耗是不实际的，其在极端风的情况下不允许完全关闭，其具有润滑、噪音、不良性能、磨损、低速问题，不可以调节速度，不可以完全使它停止以便修改，并且提供低最终速度。

对应于ES 2,020,711的西班牙申请公开涉及风力涡轮机的旋转轴，所述风力涡轮机包括将被安装在地上的固定塔，竖直地建立主轴，其中，多个径向水平臂以等角分布共同地固定在该旋转轴的上端上且在塔上方，这些径向水平臂中的每一个承载一个或多个板或叶片，所述载一个或多个板或叶片形成风作用的接收装置，其特殊性在于，所述叶片在垂直铰链轴线的辅助下附接铰接到所述臂并且在护甲的辅助下易于受到影响以适于这样的臂，在半周期间，其中，所述操作臂得到风力，并且在不起作用的半周期间采取平行于所述风向的布置，所述臂逆着风方向返回，本发明与西班牙公开2,020,711的目的之间的差别在于，后者具有带转子调整部和在每转上激活的移动部分件的直接作用机构，其证明了能量损失并且在下雪区域是不实际的，在发生极端风的情况下不允许完全关闭，其也具有润滑、噪音、磨损、不良性能问题，其也不以调节速度和完全使它停止以固定它，并且最终风力涡轮机的旋转轴根据其构造具有低的最终速度。

西班牙公开ES 2,310,965涉及包括多个细垂直壁喷嘴的风或液力涡轮机，所述多个细垂直壁喷嘴形成涡轮机的固定结构。

在该结构内，存在具有垂直轴的流槽，该流槽设置有铰接到臂的叶片，所述臂牢固地锚固到流槽，该流槽可以采用最大与最小开口之间的中间位置，这取决于进入流的速度。完全使用相应的能量的叶片的逐步开口通过诸如由卷绕滚筒和缆绳构成的张紧装置自动地获得，该张紧装置的端部固定至其叶片和滚筒，所述叶片和滚筒固定至流槽。径向涡轮机包括盖，该盖抵靠在喷嘴的壁的板或联结梁上，所述涡轮机可以被应用以捕捉处于运动中的空气或水的动能，本发明与西班牙公开2310965的目的之间的主要差别在于，该设计没有流增强器并且在转子中包括可移动结构，所述可移动结构产生噪音、磨损、润滑问题并且暴露于研磨剂，所述装置为系统提供不良的整体性能以及在维护上复杂得多的关系，因为它是可移动装置，该可移动装置通过每转激活；其结构确定许多能量损耗，导致在下雪区域不切实际，在极端风的情况下也不允许完全关闭。

西班牙公开ES 2,149,638涉及用于捕捉、集中、引导和使用处于运动中的流体的能量的垂直轴装置，由垂直于其转子轴线的平面构成的段示出固定径向垂直表面的外部区，该外部区捕捉流体将它带入到固定倾斜垂直表面的过渡带，使该过渡带偏离内部区，其中，垂直轴转子定位成将沿流体冲击的方向旋转；所述装置的设计构成通用系统，因为它能够使用风或流动的水来使转子旋转；转子旋转可以被用于产生对于适当的使用有用的电力或机械能，本发明与西班牙公开2149638的目的之间的主要差别在于，该设计构成由不涉及系统本身的固定结构构成，它不包括发电机，因为它由在它们之间无结构关系的孤立部分组成，它没有流增强机构，它不允许完全关闭以便修理和在极端风的情况下转子暴露，它不容易制造并且需要许多安装空间；其形状不允许安装在建筑物或诸如平台船的小空间中，或用作便携式装置。

US公开2008/0007067涉及风力涡轮机，并且是最接近本发明的目的的的现有技术，所述风力涡轮机包括：具有下基座和突出柱状部分的支撑单元；由突出部可旋转地支撑的旋转缸；从旋转缸的中心延伸以沿相同方向的旋转轴；安装在突起中以支撑旋转缸的上轴承；安装在下基部上用于支撑旋转缸的下轴承座；沿着旋转缸的外周以规则角间隔安装的多个叶片，根据相对于风向的位置，所述多个叶片相对于旋转缸向外打开或关闭以与旋转缸的外周密切接触，角度限制装置阻止每个叶片打开超出预定的角度，本发明与US公开2008/0007067的目的之间的主要差别在于，后者没有空气流增强器，并且因此不良空气捕捉性能是可达到的，系统也暴露于极端风。

关于液力涡轮机：

在最近几年中，从自然资源产生可再生能源是极受关注并且发展很大的领域。在能量形式当中，可用于垂直液力涡轮机的是波能和流动力。

利用潮汐获得波能，通过连接能够用来发电的交流发电机系统，从而将波能转换为电能，更多安全且可用的能量形式。它是可再生能源类型，因为一次能源不通过使用排出，并且它是清洁的，因为在能量变换中没有固态、液态或气态污染副产物产生。然而，利用如今的装置可以获得的能量与安装装置以便处理的经济环境成本之间的关系防止了该类型的能量的显著渗透。

流动力涉及使用水流中所含有的动能。捕捉过程是基于类似于风力涡轮机的动能转换器，在这种情况下使用海底安装。

液力涡轮机是使用经过它以产生通过轴传递的旋转移动的流体的能量的涡轮液压机，直接驱动将机械能转换成动力的机器或发电机，并且因此，其是水电厂的关键器官。

在已知的液力涡轮机当中，最有效的液力涡轮机之一是培尔顿式涡轮机。它是横向流动、局部吸入涡轮和作用机器。它由轮(流槽或转子)构成，在轮的周边上设有勺状部，该勺状部专门用来转换撞击在勺状部上的喷射水的能量。

培尔顿式涡轮机被设计利用大型低流量水跃。装接有该类型的涡轮机的水电厂在很多时候必须利用被称为压力孔道的长管从常常高于两百米的大高度输送流体。在压力孔道的端部处，被通过一个或多个也被称为喷射器的针阀被供应至涡轮机，所述针阀具有喷嘴形式以增加撞击勺状部的流动速率。培尔顿式涡轮机具有需要大高度差(水跃)用于将水能转换电能且缺乏液体流量控制的缺点。

James B.Francis研发了法氏水涡轮机。这是反应混流涡轮机。

法氏水涡轮机为这样的涡轮机，其可以被设计用于宽范围的跳跃和流动，能够在范围从六米至几百米的海拔范围内操作。这一点连同其高效率已经使得该类型的涡轮机在世界上最广泛地使用，主要用于由水电厂发电。法氏涡轮机缺乏液体流量控制。

Turgo涡轮机是被设计用于中等梯度跳跃的脉冲式水涡轮机。它由公司Gilkes于1919根据培尔顿式涡轮机变型研发。

Turgo涡轮机是脉冲类型涡轮机。水压在它经过涡轮机叶片时不改变。水的势能被转换成进口喷嘴或注射器处的动能。喷射水以高速抵抗涡轮机叶片被导引以使偏转和反向。产生的冲击使流槽涡轮机旋转，将能量与涡轮机的轴线连通。最终，水几乎无能量地出来。Turgo涡轮机流道可以具有超过90％的性能。

Turgo的流槽容看起来像分成两半的培尔顿式流槽。对于相同的功率，Turgo流槽直径是培尔顿式流槽的一半并且使比速加倍。培尔顿式流槽能够应付更大的水流，因为随着水出来培尔顿式涡轮机不干扰相邻的叶片。

Turgo流道的比速来自法氏涡轮机和培尔顿式涡轮机的速度。能够使用一个或多个喷嘴或喷射器。增加喷射器的数量使流槽的比速以喷口数量的平方根增加(对于相同的涡轮机，四个喷口产生的比速为一个喷口的两倍)。Turgo涡轮机没有液体流量控制。

上文引用的西班牙公开ES 2310965涉及包括多个垂直薄壁喷嘴的风或液力涡轮机，所述多个垂直薄壁喷嘴形成涡轮机的固定结构。

在该结构内，存在具有垂直轴的流槽，该流槽设置有铰接到臂的叶片，所述臂固定锚固到流槽，该流槽可以采用最大与最小开口之间的中间位置，这取决于进入流的速度。最大化使用相应的能量的叶片的逐步开口通过诸如由卷绕滚筒和缆绳构成的张紧装置自动地获得，该张紧装置的端部固定至其叶片和滚筒，所述叶片和滚筒固定至流槽。径向涡轮机包括盖，该盖抵靠在喷嘴壁中的板或联结梁上，所述涡轮机可以被应用以捕捉处于运动中的空气或水的动能。本发明与西班牙公开2310965的目的之间的主要差别在于，该设计没有流增强器并且在转子中包括可移动结构，所述可移动结构产生振动、磨损、润滑问题；所述装置为系统提供不良维护整体性能以及在维护上复杂得多的关系，因为它是可移动装置，该可移动装置通过每转激活；其结构确定许多能量损耗，在维护关闭的情况下它也不允许完全关闭。

上文引用的西班牙公开ES 2149638涉及用于捕捉、集中、引导和使用处于运动中的流体的能量的垂直轴装置，由垂直于其转子轴线的平面构成的段示出固定径向垂直表面的外部区，该外部区捕捉流体将它带入到固定倾斜垂直表面的过渡带，使该过渡带偏离内部区，其中，垂直轴转子定位成将沿流体冲击的方向旋转；所述装置的设计构成通用系统，因为它能够使用风或流动的水来使转子旋转；转子旋转可以被用于产生对于适当的使用有用的电力或机械能，本发明与西班牙公开2149638的目的之间的主要差别在于，该该设计构成由不涉及系统本身的固定结构构成，它不包括发电机，因为它由在它们之间无结构关系的孤立部分组成，它没有流增强机构，它不允许完全关闭以便修理和在极端风的情况下转子暴露，它不容易制造并且需要许多安装空间；其形状不允许安装在建筑物或诸如平台船的小空间中，或用作便携式装置。

专利申请公开GB 2485574涉及安装在垂直塔内部的垂直轴水涡轮机，该水涡轮机可以安装在海床或河上，转子具有无通量集中器的直接动作部，转子是低性能装置，因为其切向速度等于流动速率，湍流出现在转子的中心区，且有能量损耗，具有相反流向的逆流可能在转子旋转的显著部分中产生，且堵塞塔的捕捉入口。锚固系统在预定深度处操作，这使得不可以改变水流深度，锚固是单向的或仅允许单向水流。

专利申请公开GB 2,486,697涉及动力产生设备，诸如用于从波和河流流动产生电力的涡轮机，包括在河床上的支撑结构或主体、浮动能量发电机和用以使带移动的曲轴，该动力发电机具有无增强器的直接系统，且绝缘问题难以解决，且没有自动路由和高操作成本，具有昂贵的运输线连同破损和事故的风险。

专利申请公开GB 2,486,911涉及用于从流动的水流产生能量的方法和设备，该系统包括通过锚固通过诸如在海床与地表水之间的固持装置支撑的安装发电机；发电机组件可以通过其垂直轴旋转并且代表无增强器的直接动作系统，具有低范围流动定向，这产生旋涡和湍流，旋涡和湍流降低发动机组的效率，这种相反的循环产生寄生横流。

发电机位于水位下方，呈现孤立和传输问题，仅利用高速流体操作，其中，转子的切向速度类似于液体流动速度。

美国专利3,986,787涉及河流用涡轮机，该涡轮机是在同轴地安装在主喷嘴内的水平轴上的轮涡轮机，该主喷嘴将被支撑在河流中在承载发电的设备的平台下方。涡轮机轴和主喷嘴浸没并且定位成允许河流的一部分流通过喷嘴且通过涡轮机机轮。该涡轮机是差动力操作机构并且通过窄化主要喷嘴来使输出流加速；系统是复杂的并且维护昂贵，并且暴露于因沉淀物阻力而产生的空穴。关于性能没有改善或增加由推进器接收的流，大体而言，它是转子系统效率低的并且脆弱的，其中，不能调节操作深度。难以锚固和引导系统，并且系统仅适合于单向流。

美国专利4,104,536涉及用于流或河的动力涡轮机，该动力涡轮机包括具有径向延伸叶片的伸长缸，每个叶片在其支撑部上具有多个轴向地隔开翼阀，所述翼阀打开和关闭其相应的开口。这些阀自动地打开使得叶片进入波的尾部或释放阀上的压力。它是水平轴，直接动作系统无带可移动叶片的流增强器，除吵杂之外还经受不提供没有性能益处的大磨损，因为它定位在水面之外，并且获得的高度是最小。它具有暴露于水分的动力发电机，难以进入修理。

美国专利4,205,943涉及水力发电机，其中，其效率通过提供具有靠近轴线的流入端和靠近叶片风扇涡轮机的周边的流出端的敞开端塔管而提高。由叶片风扇涡轮机产生的水喷射被引导在风扇叶片的周边处抵抗涡轮机。该装置特别地适合于安装在诸如河流和海洋的水道上。由于通过无水通量集中器的直接动作使水柱升高而产生的能量损失，这是复杂的低性能系统。它是难以定位且不稳定的。

美国专利4,236,866涉及用于获取和调节空气或海或河流动力的系统，该系统包括旋流转换器，该旋流转换器由三个同中心的旋转主体构成，三个旋转主体中的一任一个在叶片或柱状轨道上。通过辊或其它电磁系统固定允许环绕假想或实际几何轴线的组旋转，它是低性能系统，因为它是直接动作装置，它呈现流动湍流，因为它在像的致密介质中操作，功率通过增加中心设备的水柱的体积而损失。这是如果在水中使用则具有绝缘和维护困难的系统。

美国专利7,105,942涉及具有用于在水体中产生流动力的旋转构件的发电装置，该发电装置包括固定安装的浮式结构和由受到水流控制的结构支撑的多个可更换的发电机单元。这是使用具有可变曲面的推进器的差动作用系统；发电机在水面下方，具有水分和过滤的风险；它具有暴露于侵蚀的可变推进器，它代表无法自我定位的昂贵且易碎的机构。

美国专利7,471,009涉及作为涡轮机公开以从水或空气流发电的装置，该装置包括至少一个具有以“水翼”形式的多个叶片的盘形转子、定位叶片、柱状收纳和产生装置。它代表在转子叶片的端部处包括发电机的差动作用系统，其作为液力涡轮机使用是昂贵的且表现出不良的性能，它难以隔离，并且在修理的情况下必须移动整个系统。在水道中锚固是复杂的且不稳定的；它具有暴露于流的电机构。

美国专利8,210,805涉及具有安装在轴上的流槽的涡轮机。流槽具有安装在轴上的中心柱状轮和从轮中心径向延伸的多个叶片。叶片通过在流槽的每端上的端板焊接到轮中心。水密室形成为用于通过相邻的叶片、轮中心和端板接收水。进口将水引入到流槽中以使流槽旋转。叶片具有弯曲的形状，当叶片的另一个边缘对准进口的顶部时，叶片的任何部分都不延伸到在进口的最高部分的下方。该系统表示能够仅在水面上使用的水平轴涡轮机；它不适合于深海流，锚固是困难的，定位是麻烦的，它是昂贵且不自动的。

附图说明

本文的具有流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机能够在风力或液力模式下操作且具有流控制。

当本发明的涡轮机以风力模式操作时，其由以下附图1-12表示，并且在下文中，其将被称为“具有流控制的垂直轴风力涡轮机”：

图1示出具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机的顶视图，其中，铰接导向叶片(1)被示出为打开的，具有移动部分(2)和固定部分(3)、对应于移动部分的上表面(4)和下表面(5)的区域、转子(6)、六边形结构(7)、取自六边形的中心(8)的转子半径(Rt)和六边形的相应的半径(R)。

图2：示出具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机的顶视图，其中，示出了关闭的铰接导向叶片(1)、六边形结构(7)、六边形半径(R)和铰接导向叶片的移动部分(2)的平均曲率线(LCM)。

图3：示出处于打开位置中的铰接导向叶片(1)连同移动部分(2)及其固定部分(3)，连同由转子叶片的旋转产生的圆半径(Rt)、对应于移动部分的上表面(4)和下表面(5)的区域，上表面(4)和下表面(5)具有被称为前缘(10)的曲率半径(r)的半径，并且在移动部分轮廓的最窄部分上形成锐角，该最窄部分对应于移动部分的外端，并且考虑移动部分的翼型，被称为尾缘(9)；示出了对应于固定部分(3)的最接近移动部分的一侧的半径(r')和对应于固定部分(3)的最接近转子的一侧的半径(Rt')。在该图中，示出了移动部分(2)的平均曲率线(LCM)。在该图中，能够看到的是，靠近固定部分(3)的转子的最终区段改变其弯曲的方向以在流体切向地进入由转子叶片的旋转而产生的半径Rt时允许更高的性能。

图4：示出具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机的顶视图，其中，示出了打开的铰接导向叶片的移动部分(2)，六边形结构(7)连同六边形的顶点(13)，其中垂直轴线平行于六边形(8)的中心轴线，最外面的点线(12)的圆周对应于当铰接导向叶片关闭时铰接导向叶片的六个移动部分(2)的所有平均曲率线的组合；以点线示出了移动部分的锁定系统，该点线能够基于由以六边形的中心轴线(8)为中心的环形件(11)形成的六边形结构而找到，其具有隆起部(14)，当旋转时，其改变在突起部(15)上施加力的角带(16)上的应力，从而导致移动部分关闭，所述突起部(15)位于铰接导向叶片的六个移动部分(2)的底部处。

图5示出具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机的顶视图，为了更好的理解，未示出六边形结构，其中，在图的顶部上以垂直线示出的是，打开的铰接导向叶片(1)连同其移动部分(2)和固定部分(3)的风捕捉，其中移动部分从风来的一侧捕捉风，并使得其撞击在固定部分(3)上，聚集在相同的转子(6)上，其中，能够看到的是，随着空气切向地进入具有由转子叶片的旋转而产生的半径，固定部分(3)的靠近转子的最终区段改变其弯曲的路径和方向以允许具有更高的性能。

图6：示出每个铰接导向叶片的六个移动部分的透视图。

图7：示出铰接导向叶片的侧透视图。

图8：示出从转子区域看到的铰接导向叶片的透视图。

图9：示出从以平行六面体形状为形式的半径为R的正六边形结构下方看到的侧透视图。

图10示出具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机连同用于在井内保护该垂直轴风力涡轮机的系统的侧视图；在这种情况下，涡轮机置于井内，该系统具有使风力涡轮机停止以及将以风力涡轮机的轴与发电机联接的装置，存在用以保持涡轮机横躺的轴支架。

图11示出具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机连同用于在井内保护该垂直轴风力涡轮机的系统的侧视图，在这种情况下，通过具有伸缩活塞的液压系统，将涡轮机提升或下降至井中，井能够用栅门覆盖。

图12示出抗震模块，用以将具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机联接至地面或联接在相互堆叠的多于一个的具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机之间。该模块包括由六个弹性减振器连接的两个环，每个减振器包括壳体和活塞，其包括在内侧的弹性、液压、气动装置，诸如高冲击橡胶等。

当本发明的具有流控制的风力兼液力涡轮机以液力模式操作时，i由以下的图1'、2'、3、4、5'、6至9和10'表示(在液力模式下涡轮机的该改型与风力模式共享图3、4、6、7、8和9)，并且在下文中，其将被称为“具有流控制的垂直轴液力涡轮机”：

图1':示出具有液体流控制的垂直轴液力涡轮机的顶视图，其中，示出了打开的铰接导向叶片(1)，连同移动部分(2)和固定部分(3)、对应于移动部分的上表面(4)和下表面(5)的区域、具有6个叶片的转子(6)，所述转子(6)是中空的、六边形结构(7)、取自六边形的中心(8)的转子半径(Rt)和相应的六边形半径(R)。转子叶片为鲨鱼鳍型。

图2'：示出具有液体流控制的垂直轴液力涡轮机的顶视图，其中，示出关闭的铰接导向叶片(1)、六边形结构(7)、六边形半径(R)和铰接导向叶片的移动部分(2)的平均曲率线(LCM)。其具有6个鲨鱼鳍型叶片的中空转子。

图3：示出处于打开位置中的铰接导向叶片(1)连同其移动部分(2)及其固定部分(3)，其示出由转子叶片的旋转产生的圆半径(Rt)、对应于移动部分的上表面(4)和下表面(5)的区域，所述上表面(4)和下表面(5)具有被称为前缘(10)的曲率半径(r)的半径，并且在移动部分轮廓的最窄部分上形成锐角，该最窄部分对应于移动部分的外端，并且考虑移动部分的翼型，被称为尾缘(9)，示出了对应于固定部分(3)的最接近移动部分的一侧的半径(r')和对应于固定部分(3)的最接近转子的一侧的半径(Rt')。在该图中，示出了移动部分(2)的平均曲率线(LCM)。在靠近固定部分(3)的转子的最终区段中，能够观察到的是，其改变其弯曲的路径和方向以在流体切向地进入由转子叶片的旋转而产生的半径时允许更高的性能。

图4：示出具有液体流控制的垂直轴风力涡轮机的顶视图，其中，示出了打开的铰接导向叶片的移动部分(2)，六边形结构(7)连同六边形的顶点(13)，其中垂直轴线平行于六边形(8)的中心轴线，最外面的点线(12)的圆周对应于当铰接导向叶片关闭时铰接导向叶片的六个移动部分(2)的所有平均曲率线的联合；以点线示出了移动部分的锁定系统，该点线能够基于以六边形中心的轴线(8)为中心的环形件(11)形成的六边形结构而找到，其具有隆起部(14)，在旋转时，其改变在突起部(15)上施加力的角带(16)上应力，从而导致移动部分关闭，所述突起部(15)位于铰接导向叶片的六个移动部分(2)的底部处。

图5'：示出具有流体流控制的垂直轴液力涡轮机的顶视图，为了更好的理解，未示出六边形结构，其中，在图的顶部中以垂直线示出的是，打开的铰接导向叶片(1)连同其移动部分(2)和固定部分(3)的液压捕捉，其中移动部分从流体流进入的一侧捕捉整个流体流，并使其撞击在固定部分(3)上，固定部分(3)将流体流集中在中空转子(6)上。中空转子叶片的鲨鱼鳍形状改进在鳍的内部上的流体流的捕捉，允许未使用的流体通过鳍的外部逃走。此外，能够看到的是，靠近固定部分(3)的转子的最终区段改变其弯曲的路径和方向以在流体流切向地进入具有由旋转的转子叶片而产生的半径的圆时获得更高的性能。

图6示出具有开口的六个铰接导向叶片的移动部分的透视图，其中轴被引入以产生旋转。

图7示出具有孔的铰接导向叶片的侧透视图，其中轴进入以产生旋转。

图8：示出从转子区看到的具有开口的铰接导向叶片透视图，其中轴进入以产生旋转。在图8中，能够观察到的是，固定部分的靠近转子的最终区段改变路径和方向以在流体(液体)切向地进入具有由转子叶片的旋转产生的半径的圆时获得更高的性能。

图9示出从半径R、平行六面体形状的正六边形结构下方看到的侧透视图，轴线中每一条插入每个铰接导向叶片的孔中，从而允许铰接导向叶片绕所述轴线旋转。

图10'：示出具有液体流控制的垂直轴液力涡轮机的顶视图，其中，因为其具有更多的叶片，所以12个鲨鱼鳍型叶片中空转子(6)具有更大的尺寸，而在铰接导向叶片(1)中，与图1'的具有流体流控制的垂直轴液力涡轮机相比，固定部分(3)的尺寸减小。

具体实施方式

当本发明的具有流控制的风力兼液力涡轮机在风力模式下操作时，在下文中，其将被称为“具有流控制的垂直轴风力涡轮机”：

该具有流控制的垂直轴风力涡轮机沿着其整个长度在转子叶片上接收具有动力且均质的空气，铰接导向叶片的受控打开借助于铰接导向叶片的移动部分和相关联的固定部分实现，移动部分控制来自任意方向的空气的进入，相关联的固定部分以较高速度且均匀地将空气集中在转子叶片上。

具有流控制的垂直轴风力涡轮机包括半径为R、平行六面体形状的正六边形类型结构，在该六边形类型结构内侧，具有三个个叶片的转子绕垂直轴旋转，该垂直轴从上往下看时位于六边形的中心，其中，所述叶片在旋转时产生半径为Rt的圆，该具有流控制的垂直轴风力涡轮机进一步包括铰接导向叶片，这些导向叶片从涡轮机的风进入侧将引入空气流补偿并聚集在转子叶片上，并且从与涡轮机的风进入侧相反的一侧扩散从转子叶片离开的空气流。

具有流控制的垂直轴风力涡轮机，其具有六个铰接导向叶片，所述六个铰接导向叶片包括被包括在正六边形结构中的固定部分和另一个移动部分，移动部分在其外壁上是弧形的，移动部分可以绕从上方观察时在正六边形类型规则结构的六个顶点中的每一个顶点上的、与转子轴线平行的轴线旋转。

铰接导向叶片的所述固定部分包括垂直风力涡轮机增强器以使用引入的空气流；每个叶片的所述固定部分包括弧，所述弧在固定部分离移动部分最近的部分上与移动部分的曲率连续，然后在靠近转子的最终区段处改变弯曲的路径和方向，弯曲的路径和方向的该变化在流体(空气)切向地进入具有由转子叶片的旋转产生的半径的圆时允许并改进性能。

迫使空气进入到两个叶片的固定部分之间的空间中，该空间在轴线的方向上变窄，并且通过改变在靠近转子的固定部分的最终区段中的弯曲的路径和方向而进一步被优化，以便在流体切向地进入具有由转子叶片的旋转产生的半径的圆时实现更高的性能，使得空气流在转子附近被加速，从而获得能量以提供电力。

在空气体进入该系统的一侧处的铰接导向叶片的固定部分用作在转子叶片上的空气流集中器，而位于空气流离开系统的一侧处的铰接导向叶片用作使转子叶片旋转的空气流扩散器。

其外壁上形状为拱形的六个铰接导向叶片的移动部分中的每一个移动部分包括层压构造的竖直板，所述层压构造的竖直板沿与转子的旋转相同的方向定位，以使用在任意方向上入射的风。

位于当从上方观察时在六边形类型规则结构的六个顶点中的每一个定点上的平行于转子轴线的轴线上的六个铰接导向叶片中的每一个铰接导向叶片的每个移动部分能够绕位于正六边形结构的每个顶点处的平行于转子轴线的相应的轴线旋转，以便在所述铰接导向叶片位于风进入侧上的情况下，关闭在所述铰接导向叶片与下一个铰接导向叶片之间的朝向转子的风入口，或以便在所述铰接导向叶片位于与风进入侧相反的一侧上的情况下，关闭在所述铰接导向叶片与所述下一个铰接导向叶片之间的离开转子的风出口。

所述具有流控制的垂直轴风力涡轮机的特征在于，当使六边形系统的六个铰接导向叶片中的每一个的移动部分旋转以便关闭在该六个铰接导向叶片之间的进入转子叶片的风的入口和离开叶片的风的出口时，该六个铰接导向叶片中的每一个的移动部分的平均曲率线产生从上方观察时具有半径R的圆(如果在六边形的六个顶点之间附接)。

每个铰接导向叶片的移动部分的平均曲率线等于经过每个铰接导向叶片的固定部分的中间并且延伸到半径为R的正六边形结构的中心的弧。该平均曲率线等于对应于半径R的圆周的1/6的弧，因此连接六条曲率线将产生半径R的圆。

同样地，经过每个铰接导向叶片的固定部分的中间并且延伸到半径为R的正六边形结构的中心的弧也等于对应于半径为R的圆周的1/6的弧。

通过根据转子的大小调节每个铰接导向叶片的固定部分的大小，对于等于入射风的流，获得较高或较低的转子速度，即，固定部分越小且转子大小越大，转子转速就越慢，以同样的方式，固定部分越大且转子的大小越小，转子转速就越高。

而铰接导向叶片的移动部分具有机翼形式的空气动力学地设计的轮廓，该轮廓在其上部上具有所谓的上表面并且在底部上具有下表面。

考虑作为机翼的铰接导向叶片的移动部分的这样的轮廓，其具有通过平均曲率线分离的在顶表面上的上凸形区域和在下表面中的下凹形区域，凸形上区通过在轮廓的最宽部上的半径为r的凸形半圆联接到下凹形区域，其中，所述半径r被称为前缘的曲率半径，并且在轮廓的不太宽的部分上形成锐角，考虑翼型，所述轮廓的不太宽的部分对应于被称为尾缘的移动部分的外端。

每个叶片的移动部分具有等于半径为R的圆的1/6的平均曲率。

铰接导向叶片的固定部分具有这样的轮廓，该轮廓与移动部分的顶表面的凸形区域和在下区域中的移动部分的下表面的凹形区域连续，其中，在固定部分的靠近转子的最终区段中，改变弯曲的路径和方向，以允许在流体切向地进入具有由转子叶片的旋转产生的半径的圆时具有更高的性能。弯曲的变化将上部的凸起改变为凹进，并且同样地，将底部凹进改变成凸起。

上凸形区域借助于半径为r的凹形半圆与在铰接导向叶片的固定部分上的移动部分侧的凹形底部区汇合，其中，由于所提及的曲率的变化，r'>r，上凹形区域在转子侧上通过半径为Rt'的凹形半圆与底部凸形区域结合，其中，Rt'>Rt。

由于r'>r，所以在移动部分的一侧上的半径为r'的半圆的凹度允许移动部分绕平行于转子轴线的相应的轴线旋转，所述平行于转子轴线的相应的轴线在该正六边形结构的六个顶点中的一个顶点中，使得在由半径为r'和r的半圆产生的凹形和凸形圆壁之间没有摩擦产生。

半径为r'的凹形半圆的中心和半径为r的凸形半圆的中心是重合的。

由于Rt'>Rt，转子侧的固定部分的半径为Rt'的半圆的凹度允许在旋转时产生半径为Rt的圆的转子叶片不摩擦在转子的一侧上的固定部分的凹进圆壁。

半径为Rt'的半圆的中心与圆周Rt的中心与半径为R的正六边形结构的中心重合。

优选的是，不具有壁的平行六面体形状的六边形系统由位于边缘处的管、轮廓或板组装，从而不具有侧壁，以在必要时防止空气进入或离开。

根据其大小，形成半径为R的平行六面体形状的正六边形结构的管、轮廓或板可以由金属或支持产品需要的任意其它材料制成。

其中，优选材料为用于构造及其组合的金属、塑料、木材或任意材料。

可以结合地使用这些相同材料，以用于构造转子和铰接导向叶片。

具有流控制的垂直轴风力涡轮机的转子包括三个叶片，该三个叶片产生三个独立且相互关联的不同的区域，其中，所述叶片包括层压构造的竖直板，所述层压构造的竖直板沿与转子的旋转方向相同的方向取向，以使用在任意方向上入射的风。

为了修改每个铰接导向叶片的移动部分的打开或关闭，本文所描述的风力涡轮机具有允许关闭其移动部分的电气、机械、液压或气动装置，这些装置将在能够损害结构的完整性的强风存在的情况下使用。

这样的电气、机械、液压或气动装置允许关闭移动部分，并且当风力超过由被包括在结构中的风力计检测到的预定的速度时，所述装置能够自动地被致动。

为了保护具有流控制的垂直轴风力涡轮机的完整性，该垂直轴风力涡轮机具有提升和下降装置，使得在存在飓风或龙卷风的情况下，能够将该垂直轴风力涡轮机隐藏在地下。

能够在非常短的时间内关闭该系统，使得在存在飓风或龙卷风的情况下，能够将该系统隐藏在地下。

在这种情况下，实际上是流动空气的动能的风能提供机械能到转子，该转子通过机械驱动系统使发电机(通常是三相交流发电机)的转子旋转，该发电机将旋转机械能转换成电能。

本文所描述的风力发电机具有一些技术特征，这些特征允许使用来自任意方向的风来产生能量，特别是电，并且其安装和构造是简单，其对于家庭使用或任意其它使用而言是理想的。

转子叶片在竖直位置中具有层压构造，并且在平面图中具有弯曲轮廓，所述弯曲轮廓沿旋转方向定位，以使用由铰接导向叶片引起的来自任意方向的风。

该风力发电机具有如下优点：不必将其定位成使得中心旋转轴线对准风向，而是在任意入射的风被铰接导向叶片的移动部分提取时，风使转子叶片移动。

为了在强风或风暴的情况下防止对机器的损害，所述装置具有关闭活动叶片以便形成没有暴露于风的表面的圆周的机构。

多个具有流控制的垂直轴风力涡轮机能够以模块的形式构建，所述模块能够相互堆叠或相邻。

堆叠的模块可以共享相同的转子轴线，并且在该情形中的另一优势在于，如果六边形结构规则地偏移，则该构造可以接收增强其性能的风。

对于在地震区域中安装，具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机可以包括地震模块，该地震模块允许在具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机与地面之间或相互堆叠的一个以上的具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机之间进行联接。该模块包括由六个弹性减振器连结的两个环，每个减振器包括壳体和活塞，其包括弹性液压、气动装置，或例如高冲击橡胶。具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机被安装在所述环上。

与垂直轴风力系统相比的差异和优势

与该系统相关联的可活动和固定叶片通过增加空气质量在转子叶片上的直接冲击速度来捕捉大几倍的空气质量并且传输其能量。

为了使空气流均质化，在叶片上施加的压力更加均匀，从而避免产生效功率损失的应力和振动，促进并且简化其结构设计。

与萨沃纽斯系统类似，它允许调节起始速度，并且通过增加活动叶片的打开，与达里厄系统相比，速度和整体性能增加，这是因为其以阻力和高速操作，结合了两种传统垂直轴风力系统的优势。

综上所述，这是一种直接驱动且高速的风力涡轮机，其优势如下：

·最大化对风能的使用，因为通过增加直接撞击在转子叶片的风速来传输矢量。

·因在铰接导向叶片中的每一个铰接导向叶片的最接近转子的固定部分的端部处的空气出口的窄化而引起的增加。

与水平轴风力系统相比的总体优势

·利用避免材料的振动和疲劳的结构支撑在转子的两个或更多个部位上。

·极小或最小的响亮程度。

·堆叠模块的使用。

·具有偏移叶片的独特转子，以用于更容易的启动并避免振动和寄生频率。

·发电机在地平面处或在地下，具有明显的维护优势。操作员在无风险的高度下工作，且成本较低。

·润滑设备(油箱、泵、过滤器等)在地平面处。

·在工厂中的整体模块化结构系统允许在高山或深海等和难以进入的区域中的永久强风区域中进行快速且安全的组装。

·使用常规材料(仅使用树脂和不锈钢)。

·坚固且可靠的结构，几乎没有声音和视觉影响，并且对野生动植物，特别是鸟类不具有攻击性。

·安全，由于转子叶片在其被安装在由固定的叶片保护的设备内时不能脱离，所以允许在城市区域(建筑物、塔等)中使用。

·其是能够以不同高度和叶片长度设计的唯一设备。

·是具有六边形基部的结构，叶片的宽度加上固定叶片宽度等于可活动叶片的宽度，能够根据最佳空气动力学来选择这些参数。

·适合于在海洋和河上的平台、船、航标等上使用。

·甚至在湍流中多向全自动地使用风力。

·无磨损或摩擦的简单制动系统，简单地关闭活动叶片(参见关闭系统的顶视图)。

·大的风速范围，从最小的3千米/小时至70千米/小时。

·一旦发生天气警报，系统能够完全关闭并停机；重新启动是立即的。

·在飓风区域中使用的唯一风力设备，因为其能够完全地安装在地下。

·半寿命和低构造及维护成本远超过如今的任何风力设备，通过发行绿色债券和/或能量债券，允许其在与其操作相关联的财务计划中使用。

·允许可支付的保险。

当本发明的具有流控制的风力兼液力涡轮机在液力模式下操作时，在下文中，其将被称为“具有流控制的垂直轴液力涡轮机”：

该具有液体流控制的垂直轴风力涡轮机在转子叶片上沿着其整个长度接收具有动力和均质的流体流，铰接导向叶片的受控打开借助于活动叶片和相关联的固定叶片实现，活动叶片控制来自任意方向的液体的进入，相关联的固定叶片以较高速度且均匀地将流体流集中转子叶片上。

具有流控制的垂直轴液力涡轮机包括半径为R、平行六面体形状的正六边形类型结构，在该六边形类型结构内侧，具有三个叶片的转子绕垂直轴旋转，该垂直轴从上往下看时位于六边形的中心，其中，所述叶片具有鲨鱼鳍形状，并且在旋转时产生半径为Rt的圆，该具有流控制的垂直轴液力涡轮机进一步包括六个铰接导向叶片，这些导向叶片从涡轮机的流体流进入侧抓取并聚集进入转子叶片的液体流，并且从与涡轮机的液体流进入侧相反的一侧扩散从转子叶片离开的液体流。

具有流控制的垂直轴液力涡轮机，其具有六个铰接导向叶片，所述六个铰接导向叶片包括被包括在正六边形结构中的固定部分和另一个移动部分，移动部分在其外壁上是弧形的，并且能够绕从上方观察时在正六边形类型规则结构的六个顶点中的每一个顶点上的平行于转子轴线的轴线旋转。

铰接导向叶片的固定部分包括垂直液力涡轮机的增强器以使用引入的流体流；每个叶片的所述固定部分包括弧，所述弧在较靠近移动部分的区域中与所述叶片的移动部分的曲率继续。铰接导向叶片的所述固定部分包括垂直风力涡轮机的增强器以使用引入的空气流；每个叶片的所述固定部分包括弧，所述弧在固定部分离移动部分最近的一侧上与所述叶片的移动部分的曲率继续，然后在靠近转子的最终区段处改变其弯曲的路径和方向。

其弯曲的路径和方向的这种变化使得其在流体(空气)切向地进入具有由转子叶片的旋转而产生的半径的圆时具有更高的性能。

铰接导向叶片的固定部分具有这样的轮廓，该轮廓与移动部分的顶表面的凸形区域和在下区域中的移动部分的下表面的凹形区域继续，其中，在固定部分的靠近转子的最终区段中，弯曲改变路径和方向，以允许在流体切向地进入具有由转子叶片的旋转而产生的半径的圆时具有更高的性能，由于该弯曲改变，允许捕捉引入的流体，引入的流体被迫使进入到两个固定叶片之间的空间中，该空间在轴线的方向上变窄，使得流体流在转子附近加速，获得能量以提供电力。

在液体进入系统的一侧处的铰接导向叶片的固定部分用作在转子叶片上的空气流集中器，而位于空气流离开系统的一侧处的铰接导向叶片用作使转子叶片旋转的液体的流扩散器。

在其外壁上成形为拱形的六个铰接导向叶片的移动部分中的每一个包括层压构造的竖直板，所述层压构造的竖直板沿与转子的旋转方向相同的方向取向，以使用在任意方向上入射的流体流。

六个铰接导向叶片中的每一个的固定部分也包括层压构造的竖直板。

位于当从上方观察时在正六边形结构的六个顶点中的每一个顶点上的平行于转子轴线的轴线上的所述六个铰接导向叶片中的每一个的每个移动部分能够绕位于正六边形结构的每个顶点处的平行于转子轴线的轴线旋转，以便在所述导向叶片位于流体进入侧上的情况下，关闭在所述铰接导向叶片与下一个铰接导向叶片之间的朝向转子的流体入口，或以便在所述铰接导向叶片位于与液体进入侧相反的一侧情况下，关闭在所述铰接导向叶片与所述下一个铰接导向叶片之间的从转子离开的流体出口。

所述具有流控制的垂直轴液力涡轮机的特征在于，当使六边形系统的相应的六个铰接导向叶片中的每一个的移动部分旋转，从而关闭在所述六个导向叶片之间的进入转子的流体入口和离开转子的流体出口时，六个铰接导向叶片中的每一个的移动部分的平均曲率线形成从上方观察时具有半径R的圆(如果在六边形的六个顶点之间附接)。

每个铰接导向叶片的移动部分的平均曲率线等于经过每个铰接导向叶片的固定部分的中间并且延伸至半径为R的正六边形结构的中心的弧。该平均曲率线等于对应于半径为R的圆周的1/6的弧。同样地，经过每个铰接导向叶片的固定部分的中间并且延伸至半径为R的正六边形结构的中心的弧也等于对应于半径为R的圆周的1/6的弧。

通过根据转子的大小调节每个铰接导向叶片的固定部分的大小，对于等于入射流体的流，获得较高或较低转子速度，也就是，固定部分越小且转子大小越大，转子转速就越慢，以同样的方式，固定部分越大且转子的大小越小，转子转速就越高。

大体上，对于该类型的液力涡轮机，有必要使用铰接导向叶片的较小的固定部分和较大的转子直径，每个叶片的所述固定部分包括这样的弧，该弧在离移动部分最近的部分上与所述叶片的移动部分的曲率连续，以然后在靠近转子的最终区段处改变其弯曲的路径和方向。

而铰接导向叶片的移动部分具有以机翼为形式的空气动力学地设计的轮廓，该轮廓在其上部上具有所谓的上表面并且在底部上具有下表面。

考虑到作为机翼的铰接导向叶片的移动部分的这样的轮廓，其具有通过平均曲率线分离的在顶表面上的上凸形区域和在下表面中的下凹形区域，凸形的上区域通过在轮廓的最宽部上的半径为r的凸形半圆联接到下凹形区域，其中，所述半径r被称为前缘的曲率半径，并且在轮廓的不太宽的部分上形成锐角，考虑到翼型，所述轮廓的不太宽的部分对应于被称为尾缘的移动部分的外端。

每个铰接导向叶片的移动部分具有平均曲率线，所述平均曲率线等于半径为R的圆的1/6，因此，连接六条曲率线产生半径为R的圆。

铰接导向叶片的固定部分具有这样的轮廓，该轮廓与移动部分的顶表面的凸形区域和在下区域中的移动部分的下表面的凹形区域连续，其中，在固定部分的靠近转子的最终区段中，弯曲改变路径和方向，以允许在流体切向地进入具有由转子叶片的旋转产生的半径的圆时具有更高的性能，由于该弯曲改变，允许捕捉进入的流体，所述进入的流体被迫使进入到两个固定叶片之间的空间中，该空间在轴线的方向上变窄，使得流体流在转子附近加速，获得能量以提供电力。

在最接近移动部分的区域中的铰接导向叶片的固定部分具有这样的轮廓：该轮廓在上区域中与移动部分的凸形区域的上表面连续，并且在下区域中与移动部分的下表面的凹形区域连续，其中，在固定部分的靠近转子的最终区段中，弯曲改变路径和方向，因此在所述固定部分上，上凸形区域转成凹形区域，而下凹形区域转成凸形区域，以这种方式，上凸形区域通过半径为r(其中，r'>r)的凹形半圆联结移动部分的一侧的下凹形区域，而上凹形区域通过半径为Rt'的凹形半圆与转子的一侧的下凸形区域联结，其中Rt'>Rt(Rt是由转子叶片产生的圆的半径)。

因为r'>r，所以移动部分侧的半径为r'的半圆的凹度允许移动部分绕平行于转子轴线的相应的轴线旋转，所述相应的轴线在正六边形结构的六个顶点中的一个顶点中，使得在由半径为r'和r的半圆产生的凹形圆壁和凸形圆壁之间没有摩擦产生。

半径为r'的凹形半圆的中心和半径为r的凸形半圆的中心是重合的。

因为Rt'>Rt，所以转子侧的固定部分的半径为Rt'的半圆的凹度允许，当旋转时产生半径为Rt的圆的转子叶片不摩擦转子侧的固定部分的凹形圆壁。

半径为Rt'的半圆的中心和圆周Rt的中心与半径为R的正六边形结构的中心重合。

优选的是，不具有壁的平行六面体形状的六边形系统由位于边缘处的管、轮廓或板组装，从而不具有侧壁，以在必要时防止空气进入或离开。

根据其大小，形成半径为R的平行六面体形状的正六边形结构的管、轮廓或板可以由金属或支持产品需要的任意其它材料制成。

其中，优选材料为用于构造及其组合的金属、塑料、木材或任意材料。

可以结合地使用这些相同材料，以用于构造转子和铰接导向叶片。

具有流控制的垂直轴液力涡轮机的转子包括具有多于三个叶片的中空转子，其中，叶片的形状像鲨鱼鳍，并且具有与其叶片相比较大尺寸的轴线，可以使用具有六个叶片的中空转子，其产生相等数量的相互相关联的独立且不同的区域，其中包括所述区域的叶片由具有层压构造的竖直板构成，所述层压构造的竖直板沿与转子相同的旋转方向取向，以使用沿任意方向入射的流体。

转子鲨鱼鳍形状的叶片包括三角形形状，其中，不附接到转子的三角形的侧边分别具有凸形曲率和凹形曲率，使得水在叶片的凹形侧上驱动转子，并且过量的流体经过凸形区域，撞击在下一个叶片的凹形区域上(参见图5')。

如果有必要，并且根据存在于液力涡轮机的安装现场的流体流，可以增加转子轴线，从而包括更大数量的叶片，以便改进的流控制。

根据亥姆霍兹定理，优选使用中空转子，以避免在本发明的液力涡轮机中撞击流体的动能的损失。

为了改变每个铰接导向叶片的移动部分的打开或关闭，本文所描述的液力涡轮机具有允许关闭其移动部分的电气孤立的、机械、液压或气动装置，这些装置将在可能损害结构的强液体流的在情况下使用。

这样的电气孤立的、机械、液压或气动装置允许关闭移动部分，并且当流体流超过由包括在结构中的确定流率的速度计检测到的速度时，这样的装置可以自动地被致动。

为了保护具有流控制的垂直轴液力涡轮机的完整性，该垂直轴液力涡轮机具有提升和下降装置，使得在流处于可能会损害液力涡轮机的速度的情况下，其能够被提升至液体的液位上方。

能够在非常短的时间内关闭系统，因而可以将系统迅速地提升至液位上方。

在这种情况下，实际上是流动流体的动能的液力能提供机械能给转子，该转子通过机械驱动系统使发电机(通常为三相交流发电机)的转子旋转，该发电机将旋转机械能转换成电能。

本文所描述的液力发电机提出了一些技术特征，这些技术特征能够被设计成利用来自任意方向的液体流动的优势，当被安装在河流或海洋流中时，产生能量，尤其电力，其安装和构造是简单的，适合于以任意大小使用。

转子叶片在竖直位置中具有层压构造并且平面图中具有类似于鲨鱼鳍的弯曲轮廓，所述弯曲轮廓沿与旋转方向相同的方向取向，以使用由铰接导向叶片引起的沿任意方向入射的流体。

该水轮发电机具有如下优势：不必将其定位成使得中心旋转轴线对准液体的入射方向，而是由于铰接导向叶片的移动部分提取任意入射的流体，任意方向的入射液体使转子的鲨鱼鳍类型叶片移动。

为了防止机器在极重液体流的情况下退化，设置成所述装置具有这样的机构，通过该机构关闭活动叶片，从而形成不具有暴露于液体流的表面的圆周。

能够以模块的形式构建具有流控制的多个垂直轴涡轮机，所述模块能够堆叠在类似浮岛的结构上或在河流或海床内相邻地堆叠。

当安装在例如人工岛屿上时，堆叠模块可以共享相同的转子轴线，并且在这种情况下，另外的优势是，如果六边形结构有规则地偏移，该构造可以接收流体流，增强其性能。

优选地，塔形状的结构支撑六边形壳体；所述塔仅起到保持涡轮机悬浮和阻止损害转子叶片的作用。优选地，该塔可以安装在能够改变方向的机构上，以优化动力以及适应潮流。该塔结构允许通过液力涡轮机获得不同深度的潮流，使得能量捕捉最大化输出功率。该设计适于满足安装有液力涡轮机的不同的河流或海洋的要求。

例如，当安装在河流的河口中的航行深度处时，液力涡轮机能够是高且细的，或当安装在不可航行的河流的浅区域中时，液力涡轮机能够是低且宽的。用于产生能量的装置位于水塔的上方和下方，从而容易进入以便维护和服务。考虑能量产生装置位于水上方，该系统对航行呈现低风险。

在浅河流或河口中，塔能够通过混凝土块安装在河流或海床上，或通过单桩或三脚架结构安装在深水中。

优选地，塔可以形成岸壁的支腿或锚固的浮桥中的一个，或可替代地从浮式平台悬挂一定的深度。

塔优选地具有对称的设计，并且当位于潮流中时，双向操作允许在两个方向上(在潮流的上下方向上)捕捉动力。

本文描述的液力涡轮机可以由锚固的浮式平台支撑，该浮式平台能够改变设备深度以适应潮流。

在优选实施例中，在本发明的液力涡轮机中，发电机不在水中，从而具有绝缘和维护方面的优势。

优选的是，在根据本公开的液力涡轮机中，转子为中空的，以防止流体撞击在转子上的动能的损失。

在旋涡中心，在流动流体(气体或流体)上仅存在寄生力；亥姆霍兹定理的结果推断出“在理想流体中，在漩涡中心处，不存在任何能量损失；因此该能量不能被输送从而使用”。由此断定，对中空转子的使用证明对于所描述的液力涡轮机更加便利。

同样地，在其中产生较少的转数的比空气粘性更强的水或液体的情况下，具有许多板的转子是优选的。

优选的是，使用多于3个叶片，诸如6个叶片、10个叶片或12个叶片的转子。

与垂直轴液压系统相比的差别和优势

该设备的相关联的可活动叶片和固定叶片能够捕捉大几倍的液体质量，并且通过增加液体质量直接冲击在转子叶片上的速度来传输能量。

通过均匀化流体流，施加在叶片上的压力更加均匀，避免导致有效功率损失的应力和振动，并且促进和简化其结构设计。

与萨沃纽斯系统类似，其允许调节起始速度，并且通过增加活动叶片的打开速度，与达里厄系统相比，整体性能增加，因为其以阻力和高速操作，结合了传统垂直轴液压系统的优势。

综上所述，这是一种直接驱动液力涡轮机，其优点如下：

·对水能的最大使用，因为其通过增加直接冲击在转子叶片上的液体速度来传输矢量。

·因从在铰接导向叶片中的每一个的固定部分的最接近转子的端部处的流体出口的窄化而引起的增加。

与水平轴液压设备相比的总体优势

·利用避免材料的振动和疲劳的结构支撑在转子的两个或更多个部位上。

·极小或最小的振动。

·堆叠模块化使用。

·具有偏移叶片的独特转子，以用于更容易的启动以及避免振动和寄生频率。

·发电机能够被提升到液体的液位上方，且具有明显的维护优势。操作员在水下无风险地工作，且成本较低。

·润滑设备(槽、泵、过滤器等)。

·在工厂中的整体模块化结构系统允许在河流或远海等以及难以接近区域中的永久液力流中快速且安全地组装。

·使用常规材料(仅使用树脂和不锈钢)。

·坚固且稳定的结构，具有小声音和视觉冲击。

·安全，由于转子叶片安装在受固定叶片保护的设备内而不能脱离，所以允许在海洋及河流中使用。

·其是能够根据存在于安装现场处的液力流，以不同高度和叶片长度设计的唯一设备。

·是具有六边形基部的结构，叶片的宽度加上固定叶片宽度等于可活动叶片的宽度，能够根据最佳水动力学来选择这些参数。

·适合于在平台、船舶、浮标等海洋和河流上使用。

·甚至在湍流中多向全自动地使用液力资源。

·无磨损或摩擦的简单制动系统，简单地关闭活动叶片(参见关闭系统的顶视图)。

·一旦发生天气警报，系统能够完全关闭并且停机；重新启动是立即的。

·半寿命和低构造及维护费用远超过如今的任意液力设备，通过发行绿色债券和/或能量债券，允许其在与其操作相关联的财务计划中使用。

·允许可支付的保险。

Claims (29)

1.一种具有流控制的垂直轴风力兼液力涡轮机，所述风力兼液力涡轮机包括半径为R、平行六面体形状的正六边形结构，在所述正六边形结构内侧，具有三个或更多个叶片的转子在从上往下看时位于所述六边形的中心中的垂直轴线上旋转，其中，所述叶片旋转以产生半径为Rt的圆，

所述风力兼液力涡轮机进一步包括六个铰接导向叶片，所述六个铰接导向叶片从所述涡轮机的风或液体流进入侧抓取并聚集进入所述转子叶片的空气或液体流，并且在与所述涡轮机的风或液体进入侧相反的一侧扩散从所述转子叶片离开的空气或液体流。

2.根据权利要求1所述的风力兼液力涡轮机，其中，所述六个铰接导向叶片中的每一个铰接导向叶片包括固定部分和移动部分，所述固定部分被包括在所述正六边形结构中，所述移动部分能够绕从上方观察时在所述正六边形类型的结构的六个顶点中的每一个顶点上的、与转子轴线平行的轴线旋转。

3.根据权利要求2所述的风力兼液力涡轮机，其中，所述六个链接导向叶片中的每一个链接导向叶片包括层压构造的竖直板，所述层压构造的竖直板在与所述转子的旋转方向相同的方向上取向，以使用从任意方向入射的风或流体流。

4.根据权利要求3所述的风力兼液力涡轮机，其中，位于当从上方观察时在所述正六边形结构的六个顶点中的每一个顶点上的、与转子轴线平行的轴线上的所述六个铰接导向叶片中的每一个铰接导向叶片的每个移动部分能够绕相应的位于所述正六边形结构的每个顶点处的、与转子轴线平行的轴线旋转，以便在所述铰接导向叶片在所述涡轮机的风或液体进入侧上的情况下，关闭在所述铰接导向叶片和下一个铰接导向叶片之间的所述转子的风或液体入口，或者在所述铰接导向叶片与所述涡轮机的风或液体进入侧相反的情况下，关闭在所述铰接导向叶片和下一个铰接导向叶片之间的所述转子的风或液体出口。

5.根据权利要求4所述的风力兼液力涡轮机，其中，当所述六边形系统的相应的六个铰接导向叶片中的每一个铰接导向叶片的移动部分旋转以便关闭在所述六个铰接导向叶片之间的所述转子叶片的风或流体的入口和出口时，所述六个铰接导向叶片中的每一个铰接导向叶片的移动部分的平均曲率线产生从上方观察时半径为R的圆。

6.根据权利要求2所述的风力兼液力涡轮机，其中，每个铰接导向叶片的移动部分具有等于半径为R的圆的1/6的平均曲率线。

7.根据权利要求2所述的风力兼液力涡轮机，其中，每个铰接导向叶片的移动部分的平均曲率线等于经过每个铰接导向叶片的固定部分的中部并延伸到半径为R的所述正六边形结构的中心中的弧。

8.根据权利要求2所述的风力兼液力涡轮机，其中，所述铰接导向叶片的移动部分具有空气动力学上设计成飞机机翼形状的轮廓，所述轮廓具有在顶表面上的上凸形区域和在下表面上的下凹形区域，所述上凸形区域在所述轮廓的最宽部分处通过半径为r的凸形半圆联结到所述下凹形区域并且在所述轮廓的不太宽的部分处形成锐角，所述轮廓的不太宽的部分对应于所述移动部分的外端。

9.根据权利要求2所述的风力兼液力涡轮机，其中，所述铰接导向叶片的固定部分具有这样的轮廓：所述轮廓在上区域处与所述移动部分的上表面的凸形区域连续，并且在下区域处与所述移动部分的下表面的凹形区域连续，

其中，在所述固定部分的靠近所述转子的最终区段处，弯曲的路径和方向改变，以在流体切向地进入具有由所述转子叶片的旋转产生的半径的圆周时获得较高的性能，

其中，所述上凸形区域通过半径为r的凹形半圆与移动部分侧的下凹形区域联结，其中r'>r，并且所述上凹形区域通过半径为Rt'的凹形半圆与转子侧的下凸形区域联结，其中Rt'>Rt，Rt是由所述转子叶片的旋转产生的圆的半径。

10.根据任一前述权利要求所述的风力兼液力涡轮机，其中，当所述涡轮机在风力模式下操作时，所述转子叶片产生相互关联的三个独立且不同的区域。

11.根据权利要求1-9中的任一项所述的风力兼液力涡轮机，其中，当在液力模式下操作时，所述转子具有六个或更多个叶片。

12.根据权利要求11所述的风力兼液力涡轮机，其中，当在液力模式下操作时，所述转子具有十个或更多个叶片。

13.根据权利要求11所述的风力兼液力涡轮机，其中，当在液力模式下操作时，所述转子具有十二个或更多个叶片。

14.根据权利要求1-13所述的风力兼液力涡轮机，其中，所述转子的每个叶片包括层压构造的竖直板，所述竖直板在与所述转子的旋转方向相同的方向上取向，以使用在任意方向上入射的风或液体。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的风力兼液力涡轮机，其中，每个铰接导向叶片具有电绝缘装置、液压装置、机械装置或气动装置，允许了关闭所述铰接导向叶片的移动部分，以执行所述结构的维护或在可能损害所述结构的完整性的强风或强流的情况下使用。

16.根据权利要求15所述的风力涡轮机，其中，借助于包括在所述结构中的风力计，当风超过给定的速度时允许关闭所述移动部分的所述电装置、液压装置、机械装置或气动装置能够自动地被致动，或当水流超过由包括在所述结构中的水速度计确定的速度时，所述电装置、液压装置、机械装置或气动装置能够自动地被关闭。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机具有用于提升和降低所述结构的装置，使得当所述风力涡轮机在风力模式下操作时，在飓风和龙卷风的情况下，所述风力涡轮机能够被隐藏在地下。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的风力兼液力涡轮机，其中，半径为R、平行六面体形状的所述正六边形结构由管、型材或板构造。

19.根据权利要求15所述的风力兼液力涡轮机，其中，所述管、型材或板能够由金属、塑料、木材、用于建筑的任意材料或这些材料的组合制成。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述转子叶片和所述铰接导向叶片能够由金属、木材或塑料材料、用于建筑的任意材料或这些材料的组合制成。

21.根据前述权利要求中的任一项所述的风力兼液力涡轮机，其中，所述风力兼液力涡轮机能够被构造为模块，所述模块能够以相邻或相互堆叠的方式来使用。

22.根据前述权利要求中的任一项所述的风力兼液力涡轮机，其中，当所述风力兼液力涡轮机在液力模式下操作时，所述风力兼液力涡轮机能够安装在塔上。

23.根据权利要求22所述的风力兼液力涡轮机，其中，当所述风力兼液力涡轮机在液力模式下操作时，所述塔通过浅河流或河口中的混凝土块或通过深水中的单极或三脚架结构安装在河床或海床上。

24.根据权利要求21所述的风力兼液力涡轮机，其中，当所述风力兼液力涡轮机在液力模式下操作时，所述风力兼液力涡轮机能够由锚固的浮式平台支撑，所述锚固的浮式平台能够改变设备的深度，直到发现适当的流为止。

25.根据权利要求22、23或24中的任一项所述的风力兼液力涡轮机，其中，当所述风力兼液力涡轮机在液力模式下操作时，发电机在水外面，从而具有维护和隔离优势。

26.根据权利要求11-14和22-25中的任一项所述的风力兼液力涡轮机，其中，当在液力模式下操作时，所述转子是中空的，以避免撞击在所述转子上的液体的动能的损失。

27.根据前述权利要求所述的风力兼液力涡轮机，其中，当在液力模式下操作时，中空的所述转子具有鲨鱼鳍类型的叶片。

28.根据权利要求1-10和14-21所述的风力兼液力涡轮机，其中，当在风力模式下操作时，所述涡轮机能够进一步包含抗震模块，所述抗震模块允许将在风力模式下操作的具有空气流控制的所述垂直轴涡轮机联接到地面，或联接在多于一个的相互堆叠的具有空气流控制的垂直轴风力涡轮机之间。

29.根据权利要求28所述的风力兼液力涡轮机，其中，当在风力模式下操作时，所述地震模块包括由六个弹性减振器连结的两个环，每个减振器包括壳体和活塞，所述活塞包括例如高抗冲击橡胶或在内侧的弹性装置、液压装置、气动装置。