改进的涡轮机.pdf

一种从流体中获取能量的流体涡轮机(30)，尤其适于风力涡轮机，其包括一个固定到一支撑结构(31)上面、绕一水平轴线(39)旋转的转子(32)，转子(32)上设有多个从轴毂(36)上向前向外延伸的叶片(37)和一个在外端紧固到叶片(37)上的环形整流罩(38)，环形整流罩(38)可和叶片(37)一起绕轴线同轴旋转。环形整流罩(38)在其至少一个圆周位置上具有一径向剖面，所述剖面构型为在所述涡轮机运转过程中，产生围绕所述剖面的环流(60)，其环流(60)方向为可增加所述环形整流罩(38)和轴毂(36)之间的流体速度的方向。

1.  一种从运动流体中获取能量的流体涡轮机，其包括：
一个固定到一支撑结构上、并绕一水平轴线旋转的转子，所述转子上有多个从一轴毂上向前并向外延伸的叶片；及
一个紧固到所述叶片外端的环形整流罩，其可和所述叶片一起绕所述轴线旋转，所述环形整流罩和所述旋转轴线同轴，
其中，所述环形整流罩在其至少一个圆周位置上具有一径向剖面，所述剖面构型为在所述涡轮机运转过程中产生围绕所述剖面的环流，其环流方向为可增加所述环形整流罩和轴毂之间的流体速度的方向。

2.  如权利要求1所述的流体涡轮机，其特征在于，在所述环形整流罩的至少一个圆周位置上，所述环形整流罩在所述涡轮机的运转过程中产生了向其内并向其后的空气动力。

3.  如权利要求1或2所述的流体涡轮机，其特征在于，所述环形整流罩大体在其整个圆周上具有相同剖面。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，所述环形整流罩的剖面形状、尺寸和方向的布置为使得所述环流足够到至少部分地补偿，由于叶片切向速度随着叶片半径的增加而增加在流体相对于叶片的流向上所引起的变化。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，所述轴毂基本上是锥形，其顶角在60度到120度的范围。

6.  如权利要求5所述的流体涡轮机，其特征在于，所述顶角在80到100度范围。

7.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，所述叶片的后缘在所述涡轮机运转中扫过一个大致的锥形面。

8.  如权利要求7所述的流体涡轮机，其特征在于，所述锥形面与所述轴毂的外表面在一个包括旋转轴线的径向平面中成约75度至90度角相交。

9.  如权利要求7所述的流体涡轮机，其特征在于，所述锥形面与所述轴毂的外表面在一个包括旋转轴线的径向平面中成约90度角相交。

10.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，每个叶片沿其长度方向的剖面形状基本上相同。

11.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，每个所述叶片具有翼形剖面形状。

12.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，每个所述叶片基本上在其长度方向上是不扭曲的。

13.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，每个所述叶片由片状金属制成，具有弧形剖面。

14.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，所述环形整流罩的剖面至少近似为翼形。

15.  如权利要求14所述的流体涡轮机，其特征在于，所述翼形剖面在与所述叶片相反一侧上具有向内凹的弧线。

16.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，所述环形整流罩由片状金属制成，并且所述环形整流罩具有弧形剖面。

17.  如权利要求16所述的流体涡轮机，其特征在于，所述弧形在与所述叶片相反一侧上向内凹。

18.  如权利要求1至4中任一项所述的流体涡轮机，其特征在于，所述环形整流罩的剖面具有一前缘和一后缘，在一包含旋转轴线的径向平面内所述前缘和后缘之间的距离小于每个所述叶片最大弦长的两倍。

改进的涡轮机
技术领域
本发明涉及一种流体涡轮机。尤其是，本发明涉及一种风力涡轮机，虽然其也可以用其他流体如水来驱动。
发明背景
从风力中获取能量的机器已公知若干世纪。早期的类型，如所公知的风车，用于为碾磨机研磨谷物和其他类似用途提供动力。其通常具有一个装有许多径向叶片或布制翼板的转子，和在需要时将转子迎风定向、在不需要或强风时“顺桨”或卷起叶片或翼板的装置。它们结构并不复杂，但效率不高。许多风车的尺寸都非常大，以产生有效量的机械能。
农业和其他需要运作诸如泵等的机械设备的应用领域导致新型和改良机器的开发研制或利用风能为动力。用来从水井中汲水供农业使用的普通“风车”是一个仍然在广泛应用的例子。此类机器通常具有一个其上设有多个简单的薄片形金属叶片的转子，并直接通过齿轮来驱动机械设备。与最早的风车相比，它们的转子直径通常更小，效率更高，且其转子以较高的速度运转。其叶片的排列方式使转子迎风设置，而且适当定向以避免大风中受损坏。
随着电力技术的发展，出现了通过发电机将风能转化为电能的设备。这一趋势开始于用于为边远地区供电的小型机器，但这一趋势现在日益增长，许多大型风力机器与燃煤电站或其它类型的电站一起向大区域输电网络系统供电。19和20世纪对流体流动的深入了解导致新型设备和更好的设计技术的出现。由于设备本身的复杂程度和规模已获得发展，对于大多数应用场合来说，“风车”这一术语已经让位于“风力涡轮机”。
虽然已经出现了转子旋转轴线直立的设备(如现有技术中已知的Darrieus和Savonius型设备)，但最常见的风力涡轮机包括一个具有水平旋转轴线的转子、较少的径向叶片，因而转子看起来类似飞机螺旋桨。此类水平轴线风力涡轮机的尺寸是非常大的，且其设计非常复杂。
然而，由于其尺寸、通常没有吸引力的外观、噪声、甚至大型旋转叶片引起的无线电频率传输干扰，许多用于发电的此类设备并非十分经济并且仍有争议。而且，它们自身的复杂性也造成维护费用高和维护困难的问题，这在很大程度上影响了其使用周期中的成本，甚至影响维护人员不能到达的部位的使用性能。
本发明的目的是解决以上问题。本文公开的风力涡轮机在给定尺寸的设备中，相对较为简单、坚固、且制造和维护较为容易、成本较低。但是其具有令人吃惊的优良效率，使得在给定的尺寸和成本范围内，可提供较多能量。而且，它还有令人满意的噪声特性和适当的外观。在不必要求理论上可实现的最高效率的同时，由于结合有这些属性，本发明风力涡轮机提供一种可用于其它类型的有效可选方案。
现有技术
本发明可视为是对Cobden在美国专利4415306和澳大利亚专利563265(以下称为Cobden风力涡轮机)中公开的风力涡轮机的改进。如下文所述，这种设备与传统的有2个或3个常用于发电的径向螺旋桨形叶片的“高速”型水平轴线风力涡轮机不同，也与具有许多径向叶片、用于汲水的农业风车的“低速”型水平轴线风力涡轮机不同。尽管是安静的且具有视觉可接受性，但是Cobden涡轮机的性能仍然可以提高。
Aylor在美国专利4781523中公开了一种类似于Cobden涡轮机的高效率风力涡轮机。在其非常类似于Cobden涡轮机的一个实施例中，在一转子周边布置了多个叶片，其长度方向与转子的旋转轴线平行，且设有促使空气径向流过叶片的整流罩。在另一个实施例中，转子叶片从一个轴毂向前向外延伸，空气向外向后通过叶片。在这两个实施例中，空气进入和排出区域之间的具体关系和流向都是指定的，在下文中进一步描述。由于所要求的导流板和转子支撑体的形状，这两种实施例在制造上都不便宜或简单。美国专利4684316(Karlsson)公开了一种稍类似的装置，其大的尺寸导致成本较高，而转子上游的非旋转部件导致了空气动力的损失。
已公开了许多比传统机型效率高的风力涡轮机，其效率的提高要通过用转子下游的扩散部罩盖住风道中的叶片式转子来实现。这使较高流速通过叶片，从而叶片在产生电能方面更有效率，并且其减少了叶片叶端损失。一些例子示于美国专利4021135、4075500、4132499、4324985和4422820中。
然而，克林(Kling)在美国专利4147472中指出，即使其性能提高了，大多数管道中地装置的成本使其经济方面并没有吸引力。Kling公开了一种尺寸很小的有罩转子，有一个具有翼形剖面的环形护罩，可产生径向向内作用的升力。该环紧固到传统的径向叶片上，并可绕其旋转。该环在流向上的长度几乎不比叶片本身长，因而比较便宜。护罩的作用是定期产生环状涡流，其增加了通过叶片的空气流速，而不需要长的扩散道下游。公开的护罩为传统的径向叶片风力涡轮机转子的附件。
发明内容
本发明提供了一种流体涡轮机，用于从运动的流体中获取能量，其包括：
一个固定到一支撑结构上、并绕一水平轴线旋转的转子，所述转子具有多个从一轴毂向前并向外延伸的叶片；及
一个紧固到所述叶片外端的环形整流罩，其可与所述叶片一起绕所述轴线旋转，所述环形整流罩和所述旋转轴线同轴，
其中，所述环形整流罩在其至少一个圆周位置上具有一个径向剖面，所述径向剖面构形为：在所述涡轮机运转过程中，产生围绕所述剖面的环流，所述环流方向为增加所述环形整流罩和轴毂之间的流体流速的方向。
优选地是，在所述环形整流罩的至少一个圆周位置上，所述环形整流罩在涡轮机的运转过程中产生了一个其上向内并向后的空气动力。
优选地，所述环形整流罩大体在整个圆周上具有相同剖面。
在一个优选实施例中，所述环形整流罩的剖面形状、尺寸和方向的布置方式使得环流足够至少部分补偿：由于叶片切向速度随着叶片半径的增加而增加在流体相对于叶片的流向上所引起的变化。
所述轴毂基本上是锥形，其顶角在60度到120度的范围。更优选地，顶角在80到100度范围。锥形轴毂有易于制造的优点。
所述叶片的后缘在涡轮机运转中优选扫过一个大致的锥形面。所述锥形面优选与所述轴毂的外表面在一个包括旋转轴线的径向平面中成约90度角相交。这样可以最好地保证叶片内端附近的气流基本横穿这些面。然而，所述锥形面也可与所述轴毂的外表面在一个包括旋转轴线的径向平面中成约75到90度角相交。
可以考虑，使每个叶片满足(但不是必需的)沿其长度方向具有基本恒定的剖面形状。
每个所述叶片具有翼形剖面。然而，每个叶片也可以是由片状金属制成，具有弧形剖面。其可以很好地近似于翼形剖面，并具有结构简单的优点。
至少在需要低的成本时，每个叶片在其长度方向上优选基本是不扭曲的。
环形整流罩的剖面优选至少近似翼形。优选地，所述翼形具有在与叶片相反的一侧上向内凹的弧线。然而，所述环形整流罩可以是由片状金属制成，且环形整流罩具有弧形剖面。优选地，所述弧形在与叶片相反的一侧上向内凹。
在一个优选实施例中，所述环形整流罩的剖面具有一前缘和一后缘，前缘和后缘之间在包含旋转轴线的径向平面内的距离小于每个叶片最大弦长的两倍。就是说，环形整流罩在流体流动方向上的尺寸是相当小的。
附图说明
现在参照优选实施例对本发明进行详细描述，但是本文描述的实施例并不旨在限制本发明的范围。附图为：
图1是现有风力涡轮机的立体图；
图2是图1所示风力涡轮机沿包含涡轮机转子旋转轴线的垂直面的剖面图；
图3是本发明所述风力涡轮机沿包含涡轮机转子旋转轴线的垂直面的局部剖视的侧视图；
图4是固定在塔架上的图3所示风力涡轮机的侧视图；
图5是固定在塔架上的图3所示风力涡轮机的前视图；
图6是图3所示风力涡轮机转子的前视图，隐藏了可见转子的某些叶片的外轮廓线；
图7是图6所示转子沿“AA”线的剖面图；
图8是图7所示转子的轴毂和一个叶片的由箭头“B”方向看的局部视图；
图9是图8所示叶片沿“FF”线的剖面图；
图10是图7所示叶片的整流罩在某个圆周点位置的剖面图；
图11是包括图3所示风力涡轮机在内的几种风力涡轮机功率系数的比较图；
图12显示在41公里/小时的绝对风速下，功率系数图表，该功率系数为图3所示涡轮机转动部分的比例模型的叶端速比的函数；
图13显示了在46公里/小时的绝对风速下，功率系数图表，该功率系数为图3所示涡轮机转动部分的比例模型的叶端速比的函数。
具体实施方式
图1和图2示出了Cobden在美国专利4415306和澳大利亚专利563265中公开的风力涡轮机(Cobden涡轮机)。
在图中，示出了具有一涡轮叶轮2的涡轮体1，该涡轮叶轮2装在由轴承4支撑的轴3上。轴承4由支架5支撑，涡轮体1装在由轴承7支撑的轴上。在本实施例中，涡轮叶轮2驱动的是连接到驱动轴9上的摩擦轮8，驱动轴9向下通过一个轴座6，并可从其获取动力。
涡轮叶轮2装有多个叶片10，其上装有一前部整流罩11。叶片10装在涡轮叶轮2上面并向前延伸，在其前端装有和叶片10一起旋转的整流罩11。在本例中，叶片10由金属片制成，其带有端缘21，叶片10通过端缘21装到涡轮叶轮2上，整流罩11也连接到端缘21上。
涡轮叶轮2还设有一个也装在轴3上的锥形倾斜面20，且倾斜面20在邻近叶片10的位置与涡轮叶轮2相连接。
涡轮体1还包括一个中空的气动成形体12，一个尾部13使得涡轮体1迅速持续地定向于盛行气流方向(即轴3与气流方向对正)。
Cobden涡轮机1与以前的风力涡轮机相比的两个优点是其结构，尤其是叶片形状，较为简单，且其运转安静。可以考虑，在改进更好的涡轮机时可保持这些优点。
现在参考图3，这里示出了按照本发明优选实施例的一涡轮机30，其视图与图2类似。风力涡轮机30具有许多类似于图1和2所示Cobden涡轮机的特点。然而，也有一些明显不同特点。
类似于Cobden涡轮机1，风力涡轮机30包括一个中空的机体31。一转子32装设在机体31前端处的轴33上，轴33由机体31内的轴承(未示出)支撑，绕一轴线39旋转。轴33可按需要以已知的方式驱动发电机、水泵或其他耗能设备(未示出)。图4和5示出了涡轮机30装在塔架34顶端的使用状态。涡轮机30绕一竖直轴35可旋转地装在塔架上，且设有一装在横杆45上的尾部36，以保证涡轮机30自动相对风向41定向，也就是说，轴33与风向41以已知的方式对正风向41。尾部36和横杆45可绕垂直轴61旋转设置，以在需要时可使轴线39和风向之间的夹角变化，避免风速大时涡轮机超速，或出现转子完全停止旋转的情况，避免恶劣情况下的设备损坏。优选提供一基于微处理器或类似系统的适当控制装置(未示出)，并编制程序通过转动尾部36和横杆45操作适当的机械装置(未示出)，来在涡轮机30使用过程中自动调整所述角度。
轴线39在使用过程中保持水平。
转子32包括一个锥形轴毂36，且从轴毂36向外并向前延伸有多个叶片37。叶片37没有在图3或4中单独示出。图中示出了一个竖直面上的剖面部分，其包括轴线39、转子32旋转时叶片37扫过的锥形面形状的区域44(用阴影线表示)。每个叶片37的前部外端固定于与轴线39、轴毂36同轴的环形整流罩38上，使得环形整流罩38可绕轴毂36和叶片37转动。环形整流罩38的平面与轴线39垂直。
图6和图7仅仅示出了转子32的前视图和侧视图，显示了单个的叶片37。在图6和图7中有一些虚线，图7中省略了轴毂36内部的结构细节。设有30个叶片37。叶片37绕圆周均匀分布，具有相同的弦长，在其长度上没有扭曲。叶片37几乎垂直于轴毂36的锥形面42延伸靠近轴毂36的后缘43。轴毂36是一个圆锥体，其顶角“ω”是90度。
图8示出了轴毂36上的一个叶片37a。包括叶片37a在内的所有叶片37都是同样的，且同样地装在轴毂36上。从箭头“B”的方向来看，叶片37a的安装使其后缘46和包含轴线39的径向平面51的夹角是6.5度。箭头47示出转子32的旋转方向。在转子32的转动过程中，其后缘46扫过一个顶角为90度的锥形面。
图9仅仅是一个叶片37a的剖面图，显示叶片37a的恒定剖面只是圆周的一节。还示出叶片37a相对于一个假想平面48的角度位置，该平面48包含叶片后缘46和从轴毂36的顶点沿其锥形面向叶片37a的后缘46的直线51。叶片37的剖面是简单的圆弧形，易于用金属片制造，构造简单，成本低廉。如图所示，每个叶片都是点焊到叶片根部安装支架49和叶片端部安装支架50上，支架49和50分别用螺栓固定到轴毂36和环形整流罩38上。还应注意到叶片37可用弧形片状材料制成，其曲率半径在前缘和后缘之间变化。
图10示出了从环形整流罩38外周一处看到的剖面图，从通过直径的剖面看，环形整流罩38具有翼形剖面40，并设置为使得当轴线39与风向41对正时，在环形整流罩38的一个点上产生的空气升力向内并向后。环形整流罩38在其整个外周上具有相同的翼形剖面40。翼形剖面40的截头圆锥外表面52相对于轴线39的夹角为30度。翼形剖面40中的曲线55向内并向后凸起，以使空气升力向内向后。在广泛的尺寸范围内，使环形整流罩38具有翼形剖面40的适当方法是，使用玻璃纤维模制件56和片状金属环57。然而，对本领域的普通技术人员来说还有许多其他可行方法。即使是一个简单的具有类似曲线55的曲线的金属环，也可以在较低的成本下提供良好的性能。
风力涡轮机30的中空机体31具有一个圆柱状的前部58和一个流线型的后部59。应当指出，前部58不是与轴毂36轮廓融合的流线型。这种方式和其他方式比较，使中空机体较小且较为便宜。
上文所述的涡轮机30的具体几何形状用于其性能的计算机模拟中。这种方法能够提供涡轮机实际性能的可靠评估。这种方法也用于美国专利4415306中描述的Cobden涡轮机。将涡轮机30、Cobden涡轮机的计算机模拟性能之间及其与其他风力涡轮机已公布的数据进行比较。
正如本领域已知的那样，可通过确定作为涡轮机无因次叶端速比函数的无因次的功率系数，将一种风力涡轮机和其他类型进行理论上的比较。如果这些在不同机型中的量是常数，那么就可以直接将其进行对比，而不必考虑尺寸。
无因次功率系数C_p定义为：
C_p＝P/(1/2ρAu³)
无因次叶端速比TSR定义为：
TSR＝R_oω/u
其中：
P是所产生的电能，
ρ是空气密度，
A是涡轮垂直于自由流体的投影面积，
u是自由流动的风速，
R_o是发电机的外部半径，及
ω是叶片环面的角速度。
图11示出了本文公开的涡轮机、某些其他已知机型及“理想”状态的比较结果。图示曲线的含义是：
“Savonius”-一种两叶片Savonius转子的风洞测试，Blackwell等记录在Sandia实验室1997年7月编号为SAND76-0131的报告中。(摘自该报告的图15)；
“Darrieus”-一种17米高的Darrieus型风力涡轮机的全尺寸现场数据，Worstell记录在Sandia国家实验室编号为SAND79-1753的报告中。(摘自该报告的图2)；
“Cobden”-一种Cobden涡轮机模型的风洞测试，澳大利亚皇家墨尔本技术学院(Royal Melbourne Institute of Technology)制造和工艺工程系(Department of Manufacturing and Process Engineering)的Akbarzadeh等记录。
“Glauert低速机”和“Glauert高速机”-传统螺旋桨式风力涡轮机的低速和高速运转模型测试结果，引用于Glauert的“Aerodynamic Theory”一书中，W.F.Durand编辑，Dover Publications Inc，L Division L，Chapter11，Figure 103)，(其功率系数值已进行校正，补偿Glauert所使用值的不同精确度，从而可以和所示的其他曲线进行正确的比较。)；
“理想”-理想的传统螺旋桨式风力涡轮机的理论性能极值，也由Glauert在上述参考文献的图103中示出；
“发明”-WBM公司(WBM Pty Ltd.)的咨询工程师使用FLUENT 5.5软件，从其对申请所公开的风力涡轮机的计算机流体动力学模拟的结果中获取的预计性能曲线。
Cobden涡轮机模型的模拟也是WBM公司进行的，使用了其自有软件FLUENT 5.5，作为检验并与图11中绘出的试验结果有很好的吻合。
应当注意，“理想”曲线的重要性。它基于由于Betz(参见在上述Glauert的参考文献对该理论的描述)的螺旋桨型风力涡轮机的简化理论，且实际上，如果实际可获得“理想”性能，这种机型可以达到的峰值功率系数的上包络线。螺旋桨型风力涡轮机，尤其是叶片几何形状固定的螺旋桨型风力涡轮机，在其整个叶端速比范围内并不能达到这个曲线，Glauert在比较高速机和低速机差别时说明了这点。图11中的曲线(而不是“理想”曲线)适用于特定的转子几何形状，也表示了现有技术中的实际情况。然而，通过改变转子的几何形状，这些曲线都可以在一定程度上得以改变。
图11示出，风力涡轮机30和Cobden、Savonius机型相比，具有更好的能量产生性能。而且，该性能通常上比Glauert引用的低速机要好。在叶端速比为1时，可输出大约80％的最大可用功率(基于“理想”曲线)。较高的叶端速比的涡轮机通常有较高的效率，但同时起动扭矩也较小(见上述的Glauert引用文献)，由于在微风中的起动问题，较小起动扭矩在实践中较为不利。低速机的另一个优点是更坚固、可靠、易于维护，就像普通农业风车那样。(Glauert的低速机的例子是这些风车的代表。)
即使考虑到这种现代低速的传统设计在执行的某些方面会比Glauert列举的机型好，风力涡轮机30的性能仍然是令人惊异的，尤其是考虑到本发明中涡轮机设计的简易性，即：其使用了简单的未扭曲叶片，及中空机体31和轴毂36的简单外形。无可置疑，在成本允许的情况下，可使用更为复杂的翼形叶片进一步提高性能。
为了至少是部分确定图3所示风力涡轮机的性能，制造了旋转部件的成比例模型并在一个较大的风洞中进行了试验。模型的线性比例系数是全尺寸的13.7％。在几种绝对风速下(已进行了风洞阻力校正)，测量作为叶端速比函数的功率系数(两者均已在上文进行说明)。图12和13分别示出了在经校正的固定风速41公里/小时和46公里/小时下，所获得的结果。两组数据分别与32.9×10³和36.9×10³的雷诺数(ReynoldsNumber)相对应。雷诺数是表示空气动力和空气阻力的相对数值的指标，在这类小比例模型测试中将其做得尽可能的大，以尽可能接近全尺寸机器的雷诺数。(通常不可能得到全比例的雷诺数)。两组雷诺数的结果不同，(通过推断)得出全比例机器可具有更好的性能(因为在较大的雷诺数下可得到更好的性能)。结果显示图3所示涡轮机会有更好的性能。这可从与图11所绘结果的比较中显示。
以下为风力涡轮机30的操作说明，和被认为最能说明其优异性能的因素。
当涡轮机30迎风时，空气沿轴线39的方向流过环形整流罩38。然后在轴毂36作用下，偏转进入一个大体上为锥形的路径中，然后以与叶片长度方向大体垂直的方向流过叶片37。离开叶片37的空气再渐渐地向后转，与总体流向对正。
采用向前和向外歪曲的叶片37有以下优点：与传统的叶片径向延伸叶片的风力涡轮机相比，在给定整体直径下可获得更大的叶片总体面积，并减少了结构成本。而且，扭曲的叶片37从一个较大的轴毂36上延伸，叶片长度上某点切向速度变化(由于旋转)比同样直径的具有径向延伸叶片的传统风力涡轮机要小。由于需要较少的叶片扭曲程度来维持在整个叶片37长度上的最佳迎角，这样采用简单未扭曲叶片37减少了性能恶化。
环形整流罩38用来使流入空气在叶片37外端迅速向外偏转，以使外端更有效地产生空气升力和转子扭矩，并至少限制沿(而不是通过)叶片37的分流量。另一个优点是环形整流罩38可显著防止在没有罩的叶片顶端发生的由叶端涡流流失造成的能量损失。在这个意义上，环形整流罩38的作用类似于飞机机翼上所谓的侧板。
然而，使用环形整流罩38同时也具有更多的优点。首先，如Kling所描述的(见前文引用)，翼形圆环整流罩在消除气流分流、沿其圆周产生升力时，绕其圆周的每个点产生环流。由于环形整流罩38的形状使得产生的升力向内，该气流在图3和图10中以箭头60表示，从而加速通过叶片37向外和向后的空气流动，这种作用增加了在朝向叶片37外端的方向上的强度。同时，叶片37各处的旋转切向速度向外端增加，也是说，随半径增加而增加。如果没有环形整流罩38，后一作用需要扭曲叶片来维持每个叶片37的最佳负荷。这种沿环形整流罩38的环流的作用至少部分抵消了增加的切向速度，因而减少了对扭曲的需要。这就是为什么涡轮机30中简单的未扭曲叶片37的性能会比其他的要好。同样，一个熟悉涡轮机设计的技术人员通过其他常规方法或试验，可以选择翼形剖面40的形状和尺寸，以简单叶片获得满意的性能。
应当注意到，设置环形整流罩38(气流的向外偏转)的主要原因完全不同于Kling的原因，而是减少了对歪曲叶片37沿其长度方向扭曲的需要，因而减少了制造难度。而且，环形整流罩38的形状也不同于Aylor(见前文引用)在其歪曲叶片实施例中所启示的。(见美国专利4781523的图7)。Aylor使用了向外的曲面剖面的环形整流罩来产生向外向前的升力，恰好与环形整流罩38相反。这使得排气口空气流后转，在中空机体(Aylor item 43)上光滑地运动，减少了排气口处流道的剖面积。风力涡轮机30也不是这样。还应该注意到，Aylor的环形整流罩更大，形状比环形整流罩38更复杂，增加了成本。
在不超出本发明原则和范围的情况下还可以进行许多变化。具体来说，使用通常的方法(如计算机流体力学模拟)来改进风力涡轮机30总体设计以获得更高效率，或者在特殊情况下定制其设计，同时保持前文所述的优点。在成本允许的情况下，这些变化通常会包括更复杂的叶片和/或环形整流罩翼形剖面。
其他参数，包括轴毂36的顶角，轴毂36的形状(虽然优选使用图示的容易制造的简单锥形)，叶片弦长、长度、锥度、面积及叶片相对于轴毂36的角度，可进行变化。
另外的可能性是稍微增加中空机体31的直径，中空机体31中轴毂36做成光滑流线型。这也可带来某些性能的提高。
另一方面，也可以用一个较简单的片状金属环形整流罩，优选是弧形的，替代环形整流罩38，来简化风力涡轮机的结构、降低成本，而其性能没有很大的损失。
要强调的是，本文公开的发明也可以用于从运动的流体中获取能量的其他装置中。