具有滑环的流体涡轮机相关申请的交叉引用
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
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
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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：
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。
图2是图1中示例性流体涡轮机的侧视图。
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。
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
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。
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。
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。
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”。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。