流体涡轮系统

摘要

本发明描述了多种流体涡轮系统(100)和方法。涡轮(100)可以为构造为从风能产生功率的垂直轴线风轮机。涡轮系统(100)可以具有叶片组(140)。叶片组(140)可以具有能够围绕轴线(Y)旋转的多个叶片(142，144，146，148)。涡轮系统(100)可以具有能够逆风定位并位于叶片组(140)的回流侧前面的集中器(120)。集中器(120)可以限定朝向风的凸面。涡轮系统(100)还可以具有能够定位在叶片组(140)的推动侧的逆风处的可变集中器(110)。可变集中器(110)可以在第一位置和第二位置之间进行调整，可变集中器(110)能够在第一位置比在第二位置将更多的风偏向涡轮(100)。

权利要求

1.一种流体涡轮系统，包括：

涡轮，所述涡轮包括叶片组，该叶片组包括能够围绕轴线旋转的多个叶片，所述叶片中的一个或多个限定开口段，该开口段定位为使得开口段的一部分比叶片的外边缘更靠近所述轴线，对于限定上游方向和下游方向的流体的整体流的给定的方向，该涡轮包括推动半部和回流半部；

集中器，所述集中器能够直接定位在涡轮的回流半部的至少一部分的上游的集中器位置，其中集中器在处于集中器位置时限定朝向上游的凸面和朝向下游的凹面，凸面能够定位为将至少一些流体偏向涡轮的推动半部，凹面能够定位为将从涡轮的回流半部大致流向上游的至少一些流体重新定向为大致流向下游；和可变集中器，所述可变集中器能够定位在涡轮的上游并且比回流半部更靠近推动半部，可变集中器包括可操作以偏转流体的偏转表面，该偏转表面能够定位为沿着涡轮的高度的实质部分大致平行于所述轴线延伸，其中可变集中器能够在第一位置和第二位置之间移动，并且其中可变集中器被构造为在第一位置比在第二位置将更多的流体偏向叶片组。

2.根据权利要求1所述的流体涡轮系统，其中所述多个叶片限定掠过路径，并且其中掠过路径的离推动半部最远的边缘限定外回流半部边缘，并且其中集中器的至少一部分构造为越过沿垂直于整体流并远离推动半部的方向所测量的掠过路径的外回流半部边缘延伸，并且其中集中器成型并构造为向上游吸引流体的阻力部分离开掠过路径并将流体的所述阻力部分重新定向为向下游流动。

3.根据权利要求1所述的流体涡轮系统，其中所述多个叶片包括限定所述开口段的四个叶片，所述四个叶片能够从所述轴线延伸，所述四个叶片中的每一个都包括尖端，并且，所述四个叶片中的每一个都能够定位在升高位置、推动位置、捕获位置和回流位置；

其中升高位置由下述叶片限定，即该叶片定位为使得处于升高位置的叶片的尖端大致位于所述轴线的上游，并且处于升高位置的该叶片的弯曲表面部是远离涡轮的回流半部朝向的凸起；

其中推动位置由下述叶片限定，即该叶片定位为使得处于推动位置的该叶片的尖端位于涡轮的推动半部上，并且处于推动位置的该叶片的推动表面部大致朝向上游；

其中捕获位置由下述叶片限定，即该叶片定位为使得处于捕获位置的该叶片的尖端大致位于所述轴线的下游，并且处于捕获位置的该叶片的捕获表面部大致朝向上游；

其中回流位置由下述叶片限定，即该叶片定位为使得处于回流位置的该叶片的尖端位于涡轮的回流半部上，并且处于回流表面位置的该叶片的回流表面部大致朝向上游。

4.根据权利要求3所述的流体涡轮系统，其中涡轮能够定位在转矩位置，在该转矩位置中，所述四个叶片中的第一个处于升高位置，所述四个叶片中的第二个处于推动位置，所述四个叶片中的第三个处于捕获位置，而所述四个叶片中的第四个处于回流位置，所述集中器和所述四个叶片适于响应于所述流体的整体流提供有利的转矩特性；

其中第一叶片构造为使流过所述弯曲表面部上的至少一些流体加速，从而提供转矩；

其中第二叶片构造为由撞击在推动表面部上的至少一些流体提供转矩；

其中第三叶片构造为由撞击在捕获表面部上的至少一些流体提供转矩；以及其中所述集中器构造为通过防止至少一些流体撞击在回流表面部上而降低第四叶片上的阻力。

5.根据权利要求4所述的流体涡轮系统，其中所述多个叶片限定掠过路径，并且其中掠过路径的离推动半部最远的边缘限定外回流半部边缘，并且其中集中器的至少一部分构造为越过沿垂直于整体流并远离推动半部的方向所测量的掠过路径的外回流半部边缘延伸。

6.根据权利要求4所述的流体涡轮系统，其中第一叶片、第二叶片和第三叶片构造为在涡轮在转矩位置静止时同时提供转矩，第二叶片的开口段能够定位为使得至少一些流体穿过第二叶片的开口段并撞击在第三叶片的捕获表面部上。

7.根据权利要求1所述的流体涡轮系统，其中由所述叶片中的一个或多个限定的开口段是连续的。

8.根据权利要求1所述的流体涡轮系统，其中由所述叶片中的一个或多个限定的开口段是不连续的。

9.根据权利要求1所述的流体涡轮系统，其中可变集中器构造为被偏压向第一位置。

10.根据权利要求9所述的流体涡轮系统，其中可变集中器构造为使得流体流可操作以将可变集中器从第一位置向第二位置调整。

11.根据权利要求1所述的流体涡轮系统，其中可变集中器构造为在处于第二位置时将至少一些流体偏向叶片组。

12.根据权利要求1所述的流体涡轮系统，其中集中器和可变集中器能够在涡轮的外围附近移动，该流体涡轮系统还包括适于连接至集中器和可变集中器的尾翼，该尾翼成型并构造为将集中器和可变集中器大致定位在涡轮的上游。

13.根据权利要求12所述的流体涡轮系统，还包括适于连接至集中器和可变集中器的导向马达，该导向马达构造为选择性地控制集中器和可变集中器的位置。

14.根据权利要求1所述的流体涡轮系统，其中集中器和可变集中器能够在涡轮的外围附近移动，该流体涡轮系统还包括适于连接至集中器和可变集中器的导向马达，该导向马达可操作以将集中器和可变集中器定位在涡轮的上游。

15.一种流体涡轮系统，包括：

涡轮，所述涡轮包括能够围绕轴线旋转的叶片，所述叶片限定沿着该叶片的高度的实质部分的窗口，其中所述叶片中的每一个在该叶片的正面限定大致直的推动表面部和弯曲部，所述弯曲部比所述推动表面部径向地更加远离所述轴线定位，其中所述叶片中的每一个限定在与所述推动表面部相对的表面上的凸起的背面部，其中与所述轴线平行并交叉的第一平面将围绕涡轮的空间分成回流侧和与回流侧相对的推动侧，该涡轮构造为在回流侧大致沿相对于名义上平行于所述平面流动的流体的上游方向旋转，且在推动侧大致沿相对于名义上平行于所述平面流动的流体的下游方向旋转；和集中器，所述集中器能够定位在涡轮的至少一部分的上游，并且能够至少部分地或全部地定位在回流侧，该集中器包括第一弯曲表面部，所述第一弯曲表面部构造为从涡轮上游的第一位置延伸到涡轮上游更远的第二位置并进一步延伸到回流侧，其中第一弯曲表面部构造为朝向流体流的上游方向凸起，并且第一弯曲表面部能够定位为将至少一些流体偏向推动侧，该集中器还能够定位为产生相对真空，以吸引至少一些流体离开叶片的窗口。

说明书

流体涡轮系统

[0001] 相关申请

[0002] 本申请涉及并要求2008年11月10日递交的美国专利申请No.12/268,274和2008年9月4日递交的美国临时专利申请No.61/094,386的权益，通过引用将其全部公开内容结合于此。

技术领域

[0003] 本申请涉及流体涡轮，且更特别地涉及垂直轴线流体涡轮。

背景技术

[0004] 涡轮机已经用了从诸如水或空气之类的移动流体中产生动力。然而，其已知的单元和各种元件具有多种公知的限制和不足。

发明内容

[0005] 在此描述的示例性实施方式具有数个特征，这些特征中没有单独的一个是必不可少的或单独负责它们的预期作用。在不限制权利要求的保护范围的前提下，现在将总结有利特征中的一些。

[0006] 在一些实施方式中，流体涡轮系统包括涡轮、集中器和可变集中器。涡轮包括叶片组，该叶片组包括能够围绕轴线旋转的多个叶片。所述叶片中的一个或多个限定开口段，该开口段定位为使得开口段的一部分比叶片的外边缘更靠近所述轴线。对于给定的限定上游方向和下游方向的流体的整体流方向，该涡轮还包括推动半部和回流半部。集中器能够直接定位在涡轮的回流半部的至少一部分的上游的集中器位置。在集中器位置，集中器限定朝向上游的凸面和朝向下游的凹面。凸面能够定位为将至少一些流体偏向涡轮的推动半部，并且凹面能够定位为将从涡轮的回流半部大致流向上游的至少一些流体重新定向为大致流向下游。可变集中器能够定位在涡轮的上游并且比回流半部更靠近推动半部。可变集中器包括可操作以偏转流体的偏转表面，而该偏转表面能够定位为大致平行于沿着涡轮的高度的实质部分的所述轴线延伸。可变集中器能够在第一位置和第二位置之间移动，并且可变集中器构造为在第一位置比在第二位置将更多的流体偏向叶片组。

[0007] 在一些实施方式中，流体涡轮系统包括涡轮和集中器。涡轮包括能够围绕轴线旋转的叶片，而所述叶片限定沿着该叶片的高度的实质部分的窗口。与所述轴线平行并交叉的第一平面将围绕涡轮的空间分成回流侧和与回流侧相对的推动侧，而该涡轮构造为在回流侧大致沿相对于名义上平行于所述平面流动的流体的上游方向旋转，且在推动侧大致沿相对于名义上平行于所述平面流动的流体的下游方向旋转。集中器能够定位在涡轮的至少一部分的上游，并且至少部分地或全部地定位在回流侧。该集中器包括第一弯曲表面部，该第一弯曲表面部构造为从涡轮上游的第一位置延伸到涡轮上游更远的第二位置并进一步延伸到回流侧。第一弯曲表面部构造为朝向流体流的上游方向凸起，并且第一弯曲表面部能够定位为将至少一些流体偏向推动侧。该集中器还能够定位为产生相对真空，以吸引至少一些流体离开叶片的窗口。

[0008] 根据前一段的流体涡轮系统，其中集中器包括第二表面部，第二表面部能够相对于第一弯曲表面部更远地定位到回流侧，第二表面部构造为从第三位置延伸至第四位置，第四位置比第三位置更加深入回流侧并位于比第三位置更远的下游。

[0009] 根据前述各段中的任一段的流体涡轮系统，其中集中器包括构造朝向下游凹入的背面部，背面部包括上游流动表面部、中间表面部和下游流动表面部，上游流动表面部成型并能够定位将从涡轮向上游流动的至少一些流体引向中间表面部，中间表面部成型并能够定位将流向上游的至少一些流体重新定位为大致向下游流向下游流动表面部，而下游流动表面部成型并能够定位以接收来自中间表面部的至少一些流体并将所述至少一些流体大致向下游引入名义上平行于所述平面流动的流体中。

[0010] 根据前述各段中的任一段的流体涡轮系统，其中集中器构造为沿更加深入回流侧的方向至少延伸至涡轮的外延，使得集中器至少与第二平面相交，第二平面与涡轮的最外边缘相切并平行于第一平面。

[0011] 根据前述各段中的任一段的流体涡轮系统，其中第二平面与第一平面隔开叶片尖端半径，并且集中器构造为越过第二平面延伸叶片尖端半径的至少25％。

[0012] 在一些实施方式中，流体涡轮系统包括涡轮和集中器。涡轮能够围绕轴线旋转，与所述轴线平行并相交的平面将围绕涡轮的空间分成回流侧和与回流侧相对的推动侧。该涡轮构造为在回流侧大致沿相对于名义上平行于所述平面流动的流体的上游方向旋转，且在推动侧大致相对于沿名义上平行于所述平面流动的流体的下游方向旋转。涡轮具有离推动侧最远的回流外边缘。集中器能够定位在涡轮的至少一部分的上游，并且至少部分地或全部地定位在回流侧。集中器包括大致U形分段，并且所述大致U形分段包括能够定位为朝向上游凸起的上游表面部和能够定位为朝向下游凹入的下游表面部。上游表面部能够定位为将流体的推动部分引向推动侧，并向下游引导流体的回流部分离开涡轮。下游表面部形成局部封闭区域，该区域成型并能够定位为从涡轮接收流体的阻力部分，并向下游将流体的阻力部分重新定向到流体的回流部分中。集中器具有构造为离推动侧最远的回流端。回流端能够定位为使得集中器的回流端和所述平面之间的最近距离比涡轮的回流外缘和所述平面之间的最近距离至少大1.2倍。

[0013] 根据前一段的流体涡轮系统，其中整个集中器能够定位在整个涡轮的上游。

[0014] 根据前段中的任一个的流体涡轮系统，其中集中器的形状大致形成为中空机翼段。

[0015] 在一些实施方式中，流体涡轮系统包括涡轮和可变集中器。涡轮能够围绕轴线旋转，与所述轴线平行并相交的第一平面将围绕涡轮的空间分成回流侧和与回流侧的推动侧。该涡轮构造为在回流侧大致沿相对于名义上平行于所述平面流动的流体的上游方向旋转，且在推动侧大致沿相对于名义上平行于所述平面流动的流体的下游方向旋转。涡轮还限定掠过路径。可变集中器能够定位在推动侧上和涡轮的整个掠过路径的上游。可变集中器包括偏转表面，该偏转表面能够定位为大致平行于沿着涡轮的高度的实质部分的所述轴线延伸。偏转表面适于偏转至少一些流体。可变集中器能够在第一位置和第二位置之间移动，并且偏转表面构造为在第二位置比在第一位置将更少的流体偏向涡轮。

[0016] 根据前一段的流体涡轮系统，其中可变集中器能够从第一位置到第二位置围绕可变集中器轴线旋转。

[0017] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮系统，其中可变集中器构造为被偏向第一位置。

[0018] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮系统，其中可变集中器构造为使得可变集中器上的流体流可操作以将可变集中器从第一位置调整到第二位置。

[0019] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮系统，其中可变集中器形状大致形成为机翼，并且适于以低流体速度将至少一些流体偏向涡轮，以增加转矩输出，该可变集中器还适于在高流体速度下将更少的流体偏向涡轮或不将流体偏向涡轮，以防止对涡轮的损坏。

[0020] 在一些实施方式中，流体涡轮包括能够围绕轴线旋转的多个叶片。所述叶片中的一个或多个限定开口段，该开口段定位为使得开口段的一部分比叶片的外边缘更靠近轴线。对于给定的限定上游方向和下游方向的整体流体的方向，涡轮包括推动半部和回流半部。所述多个叶片中的一个或多个为推动叶片，推动叶片限定开口段并包括尖端。推动叶片能够定位在其中推动叶片的尖端位于推动半部上的推动位置。推动叶片还包括推动表面部，在推动叶片处于推动位置时，推动表面部大致朝向上游。所述多个叶片中的一个或多个为捕获叶片，捕获叶片包括尖端。捕获叶片能够定位在其中捕获叶片的尖端大致位于所述轴线的下游的捕获位置。捕获叶片还包括捕获表面部，当捕获叶片处于捕获位置时，捕获表面部大致朝向上游。涡轮能够定位在转矩位置，在转矩位置，上游叶片是处于推动位置的推动叶片，下游叶片是处于捕获位置的捕获叶片。转矩位置由大致位于上游叶片下游的下游叶片和下游叶片的直接位于上游叶片的开口段下游的捕获表面部限定。

[0021] 根据前一段的流体涡轮，其中所述多个叶片中的一个或多个为升高叶片，升高叶片包括尖端，升高叶片能够定位在其中所述尖端大致位于所述轴线的上游的升高位置，升高叶片还包括弯曲表面部，弯曲表面部在升高叶片处于升高位置时远离回流半部朝向凸起，弯曲表面部成型并构造为，在升高叶片处于升高位置时，将在弯曲表面上大致向下游流动的流体的抬升部分偏转离开回流半部。

[0022] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮，其中升高叶片限定开口段，升高叶片的开口段可操作以允许流体的抬升部分中的至少一些流过升高叶片的开口段。

[0023] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮，其中所述多个叶片包括从所述轴线延伸并彼此等间距隔开的四个叶片，并且其中所述四个叶片中的每一个为升高叶片、推动叶片和捕获叶片，所述四个叶片限定开口段，使得所述四个叶片的内径向半部基本上是开口的，所述四个叶片包括正面部和背面部，正面部和背面部至少大致定位在叶片的外径向半部上：其中正面部包括大致直的部分和位于大致直的部分径向之外的弯曲部，所述四个叶片能够定位在水平位置，在水平位置，所述大致直的部分垂直于所述平面并朝向上游，当叶片处于水平位置时，弯曲部位于比所述大致直的部分更远的上游，并且其中背面部从靠近叶片的尖端的第一端延伸至靠近开口段的第二端，背面部基本上是弯曲的，并且成型为在所述四个叶片处于水平位置时朝向下游凸起，背面部成型并构造为使得背面部上在所述四个叶片处于水平位置时位于下游最远的点在背面部的第一端和第二端之间。

[0024] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮，其中所述四个叶片的横截面沿着所述四个叶片的高度的实质部分是基本恒定的。

[0025] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮，其中由所述叶片中的一个或多个限定的开口段是连续的。

[0026] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮，其中由所述叶片中的一个或多个限定的开口段是不连续的。

[0027] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮，其中所述多个叶片包括构造为沿着轴线设置的水平叶片分段阵列。

[0028] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮，其中所述水平叶片分段包括至少两个叶片，所述至少两个叶片构造为相对于相邻的水平叶片分段固定并与相邻的水平叶片分段成角度地偏离。

[0029] 根据前述各段中的任一个的流体涡轮，其中所述阵列包括至少三个水平叶片分段，所述至少三个水平叶片分段成角度地偏移以形成适于降低转矩输出中的圈(cycle)的虚拟螺旋。

[0030] 公开内容还包括所述系统和/或上述本文中任何地方描述的多种元件或元件的组合的使用方法和制造方法。

附图说明

[0031] 参照在附图中图示的实施方式，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。图示的实施方式不是要限定本发明的限制或范围。

[0032] 图1为图示流体涡轮系统的实施方式的示意图。

[0033] 图2为图1的流体涡轮系统的顶视图，图示了各种可能的流体流径。

[0034] 图3A为图1的流体涡轮系统的顶视图，图示了各种可能的速度区。

[0035] 图3B为图1的垂直轴线流体涡轮系统的流体速度曲线图，示出了图3A中图示的近似速度区。

[0036] 图4A为图1的流体涡轮系统的顶视图，图示了各种可能的压力区域。

[0037] 图4B为示出流体横穿图1的垂直轴线流体涡轮系统时由流体产生的压力的压力曲线图。

[0038] 图5为图1的具有可变集中器的流体涡轮系统的顶视图，示出了低速下可能的流体流径。

[0039] 图6A为不具有可变集中器的流体涡轮系统的另一种实施方式的顶视图，示出了各种可能的速度区。

[0040] 图6B为图6的垂直轴线流体涡轮系统的速度曲线图。

[0041] 图7为具有叶片组、集中器和可变集中器的流体涡轮系统的实施方式的各元件的透视图。

[0042] 图8为包括图7中的元件的流体涡轮系统的侧视图，并且还图示了尾翼。

[0043] 图9为图8中的流体涡轮系统的叶片组的透视图。

[0044] 图10为图9中示出的叶片组的正视图。

[0045] 图11为图8中的流体涡轮系统的集中器的透视图。

[0046] 图12为图8中的流体涡轮系统的可变集中器的透视图。

[0047] 图13叶片组的另一种实施方式的透视图。

[0048] 图14为图13中示出的叶片组的正视图。

具体实施方式

[0049] 虽然在下文中公开了某些优选的实施方式和例子，但创造性的主题将具体公开的实施方式扩展到其它可替换实施方式和/或用途以及其修改和等同物。因此，随附的权利要求的保护范围不受下文描述的特定实施方式中的任一种限制。例如，在本文中公开的任何方法或过程中，所述方法或过程的动作或操作可以以任何合适的顺序操作，并且没有必要限于任何特定公开的顺序。以可以有助于理解某些实施方式的方式将多种操作依次描述为多个离散操作；然而，描述顺序不应当被解释为暗示这些操作是顺序依赖的。此外，本文中描述的结构、系统和/或装置可以被实现为集成元件或分离元件。为了比较不同实施方式的目的，描述了这些实施方式的某些方面和优点。所有这种方面或优点没有必要都由任何特定实施方式实现。因此，例如，可以以实现或优化由本文中教导的一种优点或优点组而没有必要实现如本文中教导或公开的其它方面或优点的方式实现多种实施方式。

[0050] 图1为图示流体涡轮系统100的实施方式的示意图。涡轮系统100可以包括叶片组140、集中器120、可变集中器110、导向马达102、尾翼104、变速箱106和发电机108。在图1中图示的实施方式中，叶片组140、集中器120和可变集中器110根据涡轮系统的一种可行结构定位。从图1的顶部到图1的底部的假设整体流体流定义为“上游”和“下游”方向。集中器120和可变集中器110位于叶片组140的上游，如图1所示。整体流体流动方向是为了便于描述并帮助定义涡轮系统的结构。本领域技术人员认识到，实际流体沿单个方向可能不连续和均匀地流动。

[0051] 叶片组140可以包括多个叶片。如图1所示，四个叶片142，144，146，148能够围绕对应于中心轴190的中心轴线的轴线Y旋转。整体流体流动方向还定义了叶片旋转方向。图1中示出的叶片组140将倾向于响应于沿整体流体流动方向流动的流体逆时针旋转。如图1中示出的叶片组140的顶视图所述，四个叶片中的每一个都具有相同的横截面。每个叶片具有尖端150，152，154，156。叶片尖端150，152，154，156限定了叶片尖端离轴线Y的半径，其可以称为叶片尖端半径。每个叶片142，144，146，148具有位于尖端150，152，154，
156的两侧的正面和背面。叶片142，144，146，148的正面的大部分将远离叶片旋转方向朝向，背面的大部分将面向叶片旋转方向。

[0052] 图1中示出的每个叶片的横截面具有沿着中心轴190的切线延伸的大致直段158，160，162，164。叶片的所述直段158，160，162，164可以包括沿着叶片的高度延伸的(图1中的虚线所示，还参见图9)的开口段或窗口。在一些实施方式中，叶片的开口段沿着叶片高度的实质部分延伸。叶片不需要包括大致直段。特别是在其中叶片的横截面的大致直段对应于叶片的开口段的实施方式中，叶片支撑部的几何形状对叶片附近的流体的运动具有很少的影响。然而，为了便于制造和保持材料，沿着开口段的叶片支撑部可以为大致直的。
开口段沿着叶片的高度可以是延续的或不连续的。在一些实施方式中，每个叶片都具有开口段。开口段可以定位为使得开口段的一部分比叶片的外边缘更靠近轴线Y。在一些实施方式中，叶片组的近似内径半部基本上是开口的，使得叶片具有很少的或几乎没有暴露至近似在叶片组的近似内径半部内的流体的表面区域。根据希望的转矩和阻力特性，开口区域可以较小或较大。比叶片的外边缘更靠近轴线的部分可以允许流体在叶片的提供最大转矩(即，更远离所述轴线)的部分上施加推力，并降低由位于旋转轴线附近的流体产生的阻力。

[0053] 为了讨论的目的，平面X在图1中示出为线。平面X与叶片能够旋转所围绕的轴线Y平行并相交，并与整体流体流平行。平面X将涡轮将围绕涡轮组件的空间大致分成两个半部：推动侧和回流侧。叶片144位于推动侧，因为沿着如上定义的整体流体流的方向流动的流体倾向于使叶片组旋转，使得叶片144由流体推动并从图1中示出的位置开始沿下游方向旋转。叶片148位于回流侧，应为叶片148将倾向于响应于上文为图1定义的假设整体流体流向上游旋转，以回流至推动侧。涡轮本身也可以具有两个半部：推动半部和回流半部。对于定义了上游方向和下游方向的流体的给定的整体流动方向，涡轮的推动半部倾向于向上游旋转，涡轮的回流半部倾向于向下游旋转。

[0054] 继续参照1，可以定义多个叶片位置，以便于描述叶片142，144，146，148的几何形状以及它们的操作。叶片142可以被认为处于升高位置。升高位置由定位使得叶片的尖端大致位于轴线Y的上游且叶片的弯曲表面部远离回流侧朝向凸起的叶片表征。如图1所示的叶片142的尖端150位于轴线Y的上游且弯曲表面部166远离回流侧朝向凸起。叶片144可以被认为处于推动位置。推动位置可以由定位使得叶片的尖端位于推动侧且叶片的推动表面部大致朝向上游的叶片表征。叶片144具有位于推动侧的尖端152且推动表面部
172大致朝向上游。叶片146可以被认为处于捕获位置。捕获位置可以由定位为使得叶片的尖端大致位于轴线Y的下游且叶片的捕获表面部大致朝向上游的叶片表征。叶片146的尖端154大致位于轴线Y的下游且叶片146的捕获表面部182大致朝向上游，如图1所示。
叶片148可以被认为处于回流位置。回流位置可以由位于回流侧的尖端和大致朝向上游的叶片回流表面部来表征。如图1所示，叶片148具有位于回流侧的尖端156和大致朝向上游的回流表面部184。

[0055] 基于如图1所示的叶片位置，叶片142可以被称为升高叶片，叶片144可以被称为推动叶片，叶片146可以被称为捕获叶片，叶片148可以被称为回流叶片。当叶片组140倾向于沿逆时针方向旋转时，叶片142将转变至推动位置，叶片144将转变至捕获位置，叶片146将转变至回流位置，叶片148将转变至升高位置。这些位置适用于描述的目的的，且每个叶片可以被认为在给定叶片组的旋转中在任何给定点处于多于一个位置。每个叶片在其围绕轴线Y的旋转中在一个或多个点处还可以展现出升高叶片、推动叶片、捕获叶片或回流叶片中的一种或多种的特性，包括同时展现这种叶片的两种或多种特性。

[0056] 如上所述，叶片142处于升高位置。叶片142定位并形成为当由流体作用时提供抬升，从而提供转矩，以使叶片组140旋转。如图1的叶片142的弯曲表面部168从靠近叶片142的尖端150的第一端166向靠近叶片142的大致直段158或开口段的第二端170延伸。

[0057] 叶片144处于推动位置，推动表面部172大致朝向上游。如图1所示，推动表面部172可以为大致直的，且位于叶片144的正面上。叶片144的正面还可以包括从推动表面部
172径向地设置为远离中心轴190的弯曲部174。如图1中示出的叶片144所示，当推动表面部172大致垂直于平面X时，弯曲部174位于比推动表面部172远的上游。叶片144还包括与弯曲部174和推动表面部172相对设置的背面部178。背面部178从靠近叶片144的尖端152的第一端176向靠近叶片144的大致直段160的第二端180延伸。如图1所示，叶片144处于水平位置。叶片144的背面部178是朝向下游的凸起。背面部还形成并构造为使得当叶片144处于水平位置时，背面部178的中间部比背面部178的第一端176和第二端180更远地向下游延伸。由于在图1中图示的实施方式中，背面部位于叶片144的近似外径向半部上，因此背面部178的中间部也位于叶片144的内径向半部之外。背面部178的中间表面部可以降低阻力，并在叶片的不同位置提供抬升，并且这些特征可以由中间表面部靠近叶片尖端的设置增强。此外，在下文描述叶片组140的叶片142，144，146，148的特征。

[0058] 如图1的图示所示，叶片组140可以连接至变速箱106和/或发电机108。在一些实施方式中，变速箱106用来转变叶片组140的旋转速度。发电机108可以连接至变速箱106或叶片组140，以将涡轮系统100的旋转能转化为电能。可以在不具有变速箱106或发电机108的情况下使用流体涡轮系统100，以进行其它功能，或产生其它形式的能量，如用于驱动机械装置的机械能。

[0059] 现在将描述图1中图示的集中器120。集中器120包括上游表面和下游表面。集中器还可以包括最靠近推动侧或最远离回流侧的推动端134和位于回流侧中最远或最远离推动侧的回流端128。在图1中示出的实施方式中，集中器形状大致形成为具有中空或开口下游侧的正面气流段。上游表面可以包括第一弯曲表面部122，其从涡轮的至少一部分的上游的第一位置延伸至回流侧更远的上游且到回流侧中更远的第二位置。上游表面的第一弯曲表面部122的形状可以形成为凸起，该凸起大致朝向上游并可定位为将至少一部分流体向着涡轮系统的推动侧偏转。

[0060] 在图1中图示的实施方式中，集中器120的推动端134位于平面X的回流侧。在图1中，推动端134为集中器120的最靠近推动侧的一端，但在推动端134和平面X之间保持间隙。推动端134和平面X之间的间隙可以增加系统的效率、动力或最小启动流体速度。例如，沿从集中器120(即，从第一弯曲表面部122)向着推动侧的方向流动的流体可以比如果集中器的推动端134更靠近推动侧定位或者如果不存在集中器120的情况更早地开始沿合适的方向“推动”叶片142。当叶片142从图1中所述的位置逆时针旋转时，从集中器120向下游和/或向着推动侧流动的流体可以比叶片142的正面否则将暴露至沿整体流体流的方向接近叶片142的流体更早地撞击在叶片142的正面上。在一些实施方式中，集中器120的推动端134和平面X之间的间隙或最短距离大于叶片尖端半径的约百分之一(1％)，大于叶片尖端半径的约百分之一(3％)，或大于叶片尖端半径的约百分之一(5％)。在一些实施方式中，所述间隙在叶片尖端半径的约6％和7％之间。然而，集中器120的推动端134不需要位于平面X的回流侧。

[0061] 在一些实施方式中，集中器120定位为使得集中器120的至少一部分位于涡轮系统100的推动侧。集中器120在处于该位置时还可以与平面X交叉。间隙也可以存在于集中器120的推动端134和平面X之间，使得集中器120至少部分地阻塞推动侧的叶片组140。可以期望的是，将集中器120定位为至少部分地阻塞推动侧的叶片组140，以减慢叶片组140的旋转，停止叶片组140的旋转，或防止涡轮系统100受到高速流动的流体的损坏。
在一些实施方式中，当集中器120的推动端134在推动侧时，阻塞间隙存在于推动端134和平面X之间。阻塞间隙可以大于叶片尖端半径的约百分之一(1％)，大于叶片尖端半径的约百分之一(3％)，或大于叶片尖端半径的约百分之一(5％)。阻塞间隙可以在叶片尖端半径的约25％和约50％之间。在一些实施方式中，阻塞间隙大于叶片尖端半径的约50％。
在一些实施方式中，阻塞间隙可以为叶片尖端半径的约100％。在一些实施方式中，集中器
120的中心可以定位为几乎与平面X交叉。

[0062] 在一些实施方式中，集中器120能够在第一位置和第二位置之间移动。第二位置可以对应于其中涡轮系统100构造为从流体中获取比处于第一位置少的能量或使比处于第一位置少的叶片组140保留至接近涡轮系统100的位置。在一些实施方式中，当集中器120处于第一位置时，集中器120的推动端134和回流端128位于涡轮系统100的回流侧。
在一些实施方式中，当集中器120处于第二位置时，推动端134位于推动侧，回流端128位于回流侧。集中器120还可以定位为完全阻止叶片组140的至接近涡轮系统100的流体的任何的基本上直接暴露。在一些实施方式中，集中器120能够沿着第一和第二位置之间的轨迹移动。马达可以用来调整集中器120的位置。安装在流体涡轮系统100上或附近的传感器可以用来感测流体的方向或速度。来自传感器的信息可以用力手动或自动调整集中器
120的位置。例如，安装在集中器120上的传感器可以向计算机发送指示高流体速度或风速的信号。计算机可以确定集中器120应当移动，以降低叶片组140的旋转速度，或防止叶片组140受到损坏。当风速增加降低时，集中器120可以自动移回到第一位置。集中器120可以为控制器，其控制叶片组140的旋转速度。集中器120的运动可以由集中器相对于如本文中任何地方描述的整体流体流动方向的调整代替、添加或组合。

[0063] 集中器120的上游表面还可以包括第二表面部126，其可相对于第一弯曲表面部122更远地定位到回流侧中。第二表面部可以从第三位置向比第三位置更深入回流侧且下游更远的第四位置延伸。集中器可以具有偏转点124，在该偏转点处，流体或者被偏向推动侧或者被偏离推动侧。集中器120可以对称，如在图1中图示的实施方式所示，在这种情况中，偏转点124可以是上游表面的中点。如图1所示，偏转点124两侧的上游表面部可以为朝向上游的凸起，使得整个上游表面为朝向上游凸起的大致U形表面。上游表面可以具有大致抛物线形，且可以在数学上符合或不符合抛物线方程。上游表面作为整体还可以大致形成为机翼的前端，其可以在技术上符合或不和机翼的严格的数学定义。如全文中所使用的那样，术语“抛物线”和“机翼”是宽泛的术语，这些术语描述的成型表面不需要严格地符合“抛物线”和“机翼”形状的数学定义。

[0064] 集中器120的下游表面可以成型并定位为朝向下游凸起。在图1中图示的实施方式中，集中器120的下游表面包括上游流动表面132、中间表面136和下游流动表面130。如将参照图2讨论的那样，上游流动表面132可以构造为从叶片组140向上游流动的流体，并将流体引向中间表面136。中间表面136可以构造为将来自上游流动表面132的至少一部分流体重新定向至下游流动表面130。下游流动表面130成型并构造为将流体向下游引入整体流体流中，以最终流动离开叶片组140。如图1中示出的实施方式所示，集中器120的下游表面可以与集中器120的上游表面大致等距，形成大致恒定厚度的集中器120。在一些实施方式中，集中器120作为整体可以大致形成为抛物体，其形成大致形成为大致中空机翼的前端部，或大致是U形的。集中器120还越过回流侧的叶片的路径的外端延伸距离Z，如图1所示和如下文进一步描述的那样。

[0065] 现在将描述图1中图示的可变集中器110。可变集中器110可以大致形成为机翼。如图1所示，可变集中器110具有前缘112、后缘118和两个侧表面114，116。可变集中器
110位于涡轮系统的推动侧和叶片组140的上游。侧表面114可以为大致平行于沿着叶片组140的高度的实质部分的轴线Y延伸的偏转表面。

[0066] 可变集中器110可以在第一位置和第二位置之间移动，可变集中器110可以构造为在第一位置将比在第二位置多的流体偏向叶片组。在一些实施方式中，可变集中器110由偏压机构偏压向第一位置。偏压机构可以为主动的(即，马达)或被动的(即，弹簧)。当流经可变集中器110的流体的速度增加时，可变集中器可以移向其中很少有流体或基本上没有流体被偏向叶片组140的第二位置。在一些实施方式中，流过可变集中器110的流体使可变集中器110移动。在一些实施方式中，代替或除了由流经可变集中器110的流体引起的运动之外，马达或其它定位器可以用来定位可变集中器110。涡轮系统100可以构造为在低流体速度环境中将可变集中器定位在第一位置，以及在高流体速度环境中将可变集中器定位在第二位置。可变集中器可以在低流体环境中将流体偏向叶片组，并防止高流体速度损坏涡轮。因而，可变集中器还可以被称为控制器。

[0067] 图1中示出的图示包括作为流体涡轮系统100的一部分的导向马达102和尾翼104。导向马达102和尾翼104可以单独使用或组合使用，以维持集中器120和可变集中器
110的大致在叶片组140上游的相对位置。在一些实施方式中，集中器120成型并构造为使得它自动维持叶片组140上游的位置，并围绕叶片组140的外围旋转，以维持其上游位置。
例如，如图1所示，集中器120的弯曲对称形状可以允许它朝向流体流的上游。在其中集中器120或可变集中器110中的一个或多个成型并构造为向面向给定流体流的上游的实施方式中，可变集中器110、集中器120中的另一个，或流体涡轮系统的其它元件可以连接至活动元件，也用于维持关于上游方向的特定位置。在一些实施方式中，涡轮系统可以布置在具有大致恒定流体(即，风)方向的区域中，且集中器120和可变集中器110可以具有关于叶片组140的相对固定的位置。

[0068] 图2为包括叶片组140、集中器120和可变集中器110的涡轮系统的示例性实施方式。整体流体流的大致方向由箭头200示出。图2大致示出涡轮系统附近的响应于接近涡轮系统的如箭头200所示的整体流体流的多种可能的流体流径。例如，箭头204显示一些流体可以被引向推动侧，如图2所示。箭头206显示至少一些流体可以被引导离开推动侧并继续向下游流动，最终流动离开涡轮系统。箭头208显示至少一部分流体可以流过叶片142的背面部250。当流体流过叶片142的背面部250时，流体速度可以增加。沿着由箭头
208示出的路径流动的流体的速度的增加可以使叶片142升高，从而提供倾向于使叶片组
140旋转的转矩。沿着集中器120(即，沿着由箭头204，206指示的路径)流动的流体还倾向于增加速度和压缩。由集中器120沿着箭头204指示的路径加速的被压缩、集中的流体流入推动侧，从而提供更大的转矩，以使叶片组140旋转。

[0069] 叶片组140的掠过路径的外围由虚线202示出。如图2中的箭头214，216，218，220所示，叶片组140的掠过路径内的流体可以沿逆时针方向流动。沿着由箭头214指示的路径流动的流体可以向叶片144的推动表面260提供撞击。沿着由箭头216指示的路径流动的流体可以向叶片146的捕获表面270提供撞击。集中器120可以成型、构造和/或定位为使得整体流体流将不作用在叶片148的拖曳表面280上。在图2中图示的实施方式中，集中器的深入回流侧最远的部分沿垂直于平面X且远离推动侧的方向延伸到掠过路径之外。沿着由箭头206指示的路径流经集中器120的流体因此倾向于向下游流径叶片组
140，而不撞击在叶片148的拖曳表面280上，从而增加涡轮系统的效率。

[0070] 如箭头224，226，228，230，232所示，集中器120的形状和位置还可以使向上游流出叶片组140的掠过路径的流体由集中器120重新定向，以向下游流动，并最终离开叶片组140。特别地，流体可以沿着由箭头228指示的沿着集中器120的上游流动表面132的路径流动，并被重新定向，以沿着由箭头230指示的沿着集中器120的下游流动表面130的路径向下游流动。集中器120由此可以提供流体溢出路径，其连续地吸引流体离开叶片组140。
这种流体的连续吸引可以产生或有主意相对真空效应，这种效应倾向于在流体已经撞击叶片之后从叶片组的掠过路径中移除流体。

[0071] 如上所述，集中器120的末端可以沿着垂直于平面X并离开推动侧的方向延伸到叶片的掠过路径之外，如图1中的距离Z所示。集中器的定位因此可以产生阻塞效应，这种效应不能防止向下游流动的流体接触叶片148，而且可以为向上吸入集中器的流体提供足够的空间，而不逆着整体流体流(即，沿着由箭头224指示的路径)流动。当流体离开集中器120的下游流动表面130(即，沿着由箭头232指示的路径)时，它可以联合或与已经被从集中器120的上游表面偏转(即，沿着由箭头206指示的路径)的流体并排流动。在一些实施方式中，集中器120沿着更加深入回流侧的方向至少延伸至涡轮的外缘，使得集中器至少与涡轮的最外边缘相切并平行于平面X的第二平面相切。第二平面可以与平面X隔开叶片尖端半径，集中器可以越过第二平面延伸沿垂直于平面X并离开推动侧的方向测量的延伸距离。在一些实施方式中，所述延伸距离可以为叶片尖端半径的至少5％，至少10％，至少20％，至少25％，或者至少30％。在一些实施方式中，延伸距离在叶片尖端半径的约10％和约20％之间。优选地，延伸距离在叶片尖端半径的约20％和约30％之间，在叶片尖端半径的约23％和27％之间，或为叶片尖端半径的约25％。在一些实施方式中，涡轮具有离推动侧最远的回流外缘，集中器具有离推动侧最远的回流端。在一些实施方式中，集中器的回流端和平面X之间的最近距离比涡轮的回流外缘和平面X之间的最近距离至少大1.1倍，至少大1.2倍，至少大1.3倍，至少大1.4倍，或至少大1.5倍。优选地，集中器的回流端和平面X之间的最近距离比涡轮的回流外缘和平面X之间的最近距离大约1.1-1.4倍，大1.2-1.3倍，或大1.2倍。

[0072] 可以由集中器120产生的相对真空效应还可以使流体的靠近叶片组140的旋转移向回流侧，或进一步深入回流侧。在叶片的开口段或窗口中流动的流体的大致方向由箭头234，236，238，240示出。该流体可以由集中器120吸出离开叶片组，如由箭头242，244部分地所示。箭头221和222显示至少一些流体可以溢出叶片组140的掠过路径并离开涡轮系统大致向下游流动，而未被完全吸向集中器的下游表面并被重新定向离开集中器。

[0073] 在图2中图示的涡轮系统的实施方式中，可变集中器110定位为使得它将很少的流体或没有流体偏向叶片组140，或者仅少量流体，没有更多的流体，或稍微比在缺少可变集中器110的情况下由于由箭头200定义的整体流体流而将流向叶片组140的流体少。在一些实施方式中，沿着可变集中器的侧表面(即，沿着由箭头210，212指示的路径)流动的流体的速度可以临时增加，但未被比整体流体流远地偏向叶片组140。在一些实施方式中，可变集中器110成型并定位使得在它为将流体偏向叶片组140时，它提供小的阻塞效应，以防止高流体速度损坏叶片组140。

[0074] 继续参照2，处于图2中图示的位置的叶片组140具有处于升高位置的叶片142、处于推动位置的叶片144、处于捕获位置的叶片146和处于回流位置的叶片148。在一些实施方式中，叶片组140具有转矩位置，在该转矩位置中，至少一个叶片处于升高位置，至少一个叶片处于推动位置，至少一个叶片处于捕获位置，至少一个叶片处于回流位置。当叶片组140旋转时，叶片可以改变位置。在一些实施方式中，叶片组140在它旋转时总是处于转矩位置，使得当涡轮响应于输入流体旋转时，总是展现升高位置、推动位置、捕获位置和回流位置的有利的转矩特征。在一些实施方式中，每个叶片起初仅处于升高位置、推动位置、捕获位置和回流位置中的一个。在具有四个叶片的一些实施方式中，对于叶片组140的一个或多个旋转位置，仅具有一个升高叶片、一个推动叶片、一个捕获叶片和一个回流叶片，所述叶片由它们的初始或主要位置分类。

[0075] 图3A为类似于图2中示出的涡轮系统的涡轮系统的顶视图，并且图示了由所描述的特征产生的沿着图2中图示的路径流动的流体的相对速度的多个区域。区域A，B，C，D和E图示相对中间的流体速度区域。区域F和G表示相对高的流体速度区域。区域H，I，J，K，L，和M图示相对低的速度区域。

[0076] 图3B为具有接近28mph的输入速度的涡轮系统的实施方式的示例性速度曲线。图3B图示出区域A，B，C，D和E具有接近输入速度的流体速度。区域F和G具有大于输入速度的流体速度，而区域H，I，J，K，L，M具有小于输入速度的流体速度。如图3B所示，接近
28mph的输入速度可以在叶片组的推动侧产生至少45mph的速度，如区域F中所示。所述速度曲线还包括可以显示流体的相对浓度的速度向量。特别地，图3B图示了集中器附近的流体浓度的增加。

[0077] 图4A为涡轮系统的顶视图，示出了围绕涡轮系统的流体的相对压力区域。假设整体流体流的方向如图2所示，图4A的涡轮系统可以具有如图4A中的区域N，O，P，Q，R和S所示的中等压力区。涡轮系统可以具有如图4A中的区域T所示的高压力区和如图4A中的区域U所示的低压力区。

[0078] 图4B为涡轮系统的示例性实施方式的压力曲线。根据图4B中图示的速度向量流动的输入流体的压力为占据区域N的中等压力。如图4A中所示，其它的中等范围压力区域包括区域O，P，Q，R和S。再一次，如图4A中所示，区域T为相对于输入流体的压力的高压力区，区域U为相对于输入流体的压力的低压力区。

[0079] 图5图示了涡轮系统100的另一种实施方式。在图5中，可变集中器110定位为将流体偏向叶片组。特别地，在低流体(即，风)速度下，定位为将流体偏向叶片组的可变集中器可以增加涡轮系统的启动流体速度，并增加系统在低流体速度下的效率。流体可以在可变集中器110附近流动，如箭头510，520所示。可变集中器110的形状可以在流体在可变集中器110附近流动时使流体的速度增加并压缩。可变集中器110还可以定位使得离开可变集中器110的流体随后可以沿着如由箭头550指示的路径流向叶片组。这种流体中的至少一些可以用作在叶片组的叶片142，144，146，148中的一个或多个上，并且特别地作用在处于图5中图示的叶片位置的叶片144的推动表面260上。

[0080] 在一些实施方式中，流体涡轮系统100的多种特征可以增加系统的转矩输出，或降低使叶片组开始旋转所需要的流体速度。例如，当叶片组在图5中图示的位置静止时，流体可以至少从叶片142，144和146提供转矩。特别地，流过叶片142的弯曲表面部250的由如箭头560表示的流体可以产生倾向于使叶片142旋转的抬升效应。至少一些流体还可以流过叶片144的位于叶片144的大致直段160附近的开口段，并作用在叶片146的捕获表面270上。当捕获表面270直接位于叶片144的开口段的下游时，直接向下游流动的流体可以流过叶片144的开口段，并流动叶片146的捕获表面270上。在一些实施方式中，即，如图5所示，由涡轮系统100的其它表面(即，可变集中器110上或叶片142的弯曲表面部250上的表面)偏转的流体使流体从整体流体流的方向转向，并撞击在叶片146的未直接位于叶片144的开口段的下游的部分上。来自整体流体流的或被从可变集中器110偏向叶片组的流体还可以用作在叶片144的推动表面部260上。因而，在图5的位置上静止的叶片组上的流体流可以从图5中图示的叶片中的至少三个提供转矩。流径旋转叶片组140的流体还可以从所述叶片中的至少三个同时提供转矩。

[0081] 如上参照图2描述的那样，图5中示出的集中器120还可以阻止整体流体流在叶片148的拖曳表面280产生附加的阻力。集中器120还可以增加沿着由箭头540指示的路径流动的流体的速度并压缩该流体。沿着箭头530流动离开推动侧的流体也被集中和压缩，这可以帮助吸引流体离开叶片组，如上文参照图2描述的那样。

[0082] 图6A为不具有可变集中器的涡轮系统的顶视图。图6A显示了在涡轮系统附近流动的流体的多种速度区。输入流体的速度在区域A′中示出。输入流体与处于区域C′，D′和E′中的流体一起具有处于中间范围的速度。区域F′和G′中的流体以比输入流体高的速度流动，区域H′，I′，J′，K′，L′和M′中的流体以比输入流体低的速度流动。

[0083] 图6B为涡轮系统的类似于图6A中示出的实施方式的示例性实施方式的速度曲线。输入速度为28，具有至少45mph的最大速度，如区域F′所示。中间范围速度区标明为A′，C′，D′和E′。高流体速度区包括F′和G′。低流体速度区包括H′，I′，J′，K′，L′和M′。流体流的方向和流体的相对浓度由图6B中的速度曲线中的速度向量表示。区域F′中的较黑的阴影区域表示靠近推动侧的位置的最大速度。图5的区域F′中的最大速度区域大于图3B的区域F中的最大速度区域，表明可变集中器及其在图3B中的位置可以降低以最大速度流动的流体的量，从而防止在高流体速度中对涡轮的损坏。

[0084] 图7示出了流体涡轮系统700的实施方式。流体涡轮系统700包括叶片组740、集中器720和可变集中器710。叶片组740、集中器720和可变集中器710可以类似于本文中描述的叶片组140、集中器120和可变集中器110。在图7中图示的实施方式中，集中器720和可变集中器710具有基本上大于叶片组740的高度。在一些实施方式中，叶片组740、集中器720和可变集中器的高度基本上相同。在一些实施方式中，集中器720或可变集中器中的一个或多个的高度至少为叶片组中一个或多个叶片的高度的实质部分。

[0085] 图8为垂直轴线流体涡轮系统800的实施方式的侧视图。为了讨论的目的，流体方向由箭头810示出。位于叶片组140的中心轴190的顶部和底部的轴承箱806，808允许叶片组140旋转。轴承箱806可以安装在上支架802上，轴承箱808可以安装在下支架804上。在图8中图示的实施方式中，上支架802和下支架804可以相对于位于涡轮系统800的底部的基座812旋转。尾翼104可以在上、下支架802，804之间延伸。尾翼104可以将系统定向为使得集中器120和可变集中器110将处于叶片组140的上游(即，逆风)，并朝向接近的流体(即，风)。可变集中器110和集中器120在上支架802和下支架804之间在叶片组的左侧延伸，如图8所示。在一些实施方式中，集中器120相对于上支架802和下支架804固定，可变集中器可旋转地固定至上、下支架802，804。在一些实施方式中，变速箱106可以用来将叶片组140的旋转速度转化为速度，其最佳用于将旋转能量转化为电能。变速箱106可以位于系统的基座812中。

[0086] 代替尾翼104或除了尾翼104之外，导向马达102(其可以为伺服电机)还可以用来相对于基座802定向上支架802和下支架804。导向马达102可以连接至传感器，在一些实施方式中该传感器可以感测流体流动(即，风)的方向并定向涡轮系统800，使得集中器120和可变集中器110处于叶片组的上游(即，逆风)。导向马达102可以用力温度系统，并防止尾翼104响应于流体流动方向的轻微变化而振动或转动。在一些实施方式中，代替或除了导向马达102之外，避震器(未示出)可以用来减慢系统对流体流动方向的轻微变化的响应。第二导向马达(未示出)可以用来定向可变集中器110。第二导向马达可以连接至传感器，在一些实施方式中，当系统800经受高流体速度(即，处于大风中)时，该传感器可以感测流体速度并将可变集中器110定向为远离叶片组140，以转移流体离开叶片组
140。导向马达中的一个或多个可以位于基座812内。也可以使用用于叶片组140、集中器
120和可变集中器110的其它结构的支架或安装构件。这些设计可以被优化，以促进流体能量的有效转换。在一些实施方式中，叶片组140、集中器120或可变集中器110中的一个或多个单独安装，并且可以相对于一个或多个其它元件单独移动。流体涡轮系统800还可以包括起动器。起动器可以帮助使叶片组140开始旋转。在一些实施方式中，起动器不是必要的，叶片组140将在合适的流体条件下自行起动。

[0087] 图9-10示出了具有四个叶片的叶片组740。近似地，叶片的内径向半部基本上是开口的。顶部叶片支架902、中间叶片支架904和底部叶片支架906从旋转轴线延伸至叶片的比开口段远离轴线的基本实体部分。如图9和10中看到的那样，开口段或窗口可以沿着叶片的高度的实质部分延伸。开口段可以是连续的或不连续的。例如，图10中的开口1002可以看作连续的开口1002或沿着叶片的高度延伸的单个不连续开口的小部分。

[0088] 图11为图7中示出的集中器720的透视图。集中器720包括上游表面1104和下游表面1106。集中器720的前缘1102构造为将流向集中器720的流体分成向涡轮的推动半部流动的流体推动部分和流动离开涡轮的推动半部的流体回流部分。后缘1110，1108可以定位在前缘1102的下游。后缘110可以对应于图1和2中示出的集中器120的推动端134。后缘112可以对应于图1和2中示出的集中器120的回流端128。

[0089] 图12为图7中示出的可变集中器710的透视图。可变集中器710可以具有前缘1202、后缘1206和侧偏转表面1204。后缘1206可以定位在前缘1202的下游。

[0090] 图13-14示出了可以构造为用在类似于于上述那些流体涡轮系统中的叶片组1300的实施方式。图13中示出的叶片组1300的实施方式可以类似于叶片组140的在图1中示出的实施方式，添加了沿着叶片组的长度周期性地安装的水平板。如图13所示，叶片组1300可以具有7段，每一段具有位于该部分的顶部和底部的水平板。叶片可以具有开口段或窗口，其可以靠近每个叶片段的中间部分设置。图14示出了叶片组1300的正视图，开口1402靠近叶片的中间部分。

[0091] 在一些实施方式中，叶片组1300可以是模块化得。例如，7个叶片组段中的每一个都可以是单独安装至中心轴1308的独立件。模块化的叶片组可以允许基于用户喜好或可用空间容易控制涡轮系统设计中的叶片段得数量。组装叶片组1300的一种示例性方法可以如下：(1)设置中心轴1308，其具有固定至该轴的底板1306；(2)设置包括板1304的叶片组分段，包括从板1304的底侧突出的叶片分段，所述叶片分段包括朝向板1304的中心的开口；(3)将叶片组安装至中心轴1308；以及(4)将另外的叶片组分段安装至中心轴1308，最后的叶片组分段包括顶板1302。在一些实施方式中，一个或多个叶片组分段可以包括位于叶片组分段的底部而不是顶部的板1304。在一些实施方式中，水平板可以与叶片隔开，或者可以一起省略。

[0092] 在一些实施方式中，叶片组的一个或多个部分可以径向偏离一个或多个其它部分。例如，模块化叶片组的一个分段中的叶片可以不与其上面和/或下面的叶片对齐，这与图13中图示的叶片组不同，在图13中图示的叶片组中，每个分段的叶片对齐以有效地形成沿着该叶片组的直的叶片。使叶片分段偏移可以帮助产生非循环转矩输出。在一些实施方式中，该叶片组的每个分段与其它的分段偏移10度。在一些实施方式中，每个分段与其下面或上面的分离偏移在约1度和约20度之间，在约5度和15度之间，或者在约8度和12度之间。在一些实施方式中，甚至可以基于每个分段中的叶片的数量和/或用于以多种图案将叶片均匀地放置在中心轴周围的分段的数量计算分段的数量。在一些实施方式中，所述偏移在不同的分段之间不是均匀的。

[0093] 在一些实施方式中，不同叶片分段的偏移可以产生螺旋形状或“虚螺旋”。例如，叶片组1300的底部分段处得叶片1322可以安装在相对于中心轴1308为0度的参考位置。下一个分段那种的叶片1320可以安装在10度处，下一个分度中的叶片1318可以安装在20度处，等等，直到位于叶片组1300顶部的叶片1310。对于叶片组1300的给定旋转方位，叶片1322，1320，1318，1316，1314，1312，1310将位于相对于流体流的不同位置，且可以在不同时刻捕获来自流体的推动力。如果每个分段具有彼此均匀地隔开的四个叶片，则当叶片组1300旋转时可以看到四个不同的螺旋图案。

[0094] 在一些实施方式中，叶片分段可以以使得叶片分段沿相同的方向在特定叶片分段上面和下面散开的图案偏移。所述图案可以类似于上述螺旋形状，除了它可以由两个不连续的螺旋形状构成。例如，叶片组1300的中心分段的叶片1316可以安装在相对于中心轴1308成0度的参考位置。下一个更高的分段中的叶片1314可以安装在10度处。下一个更高的分段中的叶片1312可以安装在20度处。下一个更高的分段中的叶片1310可以安装在30度处。叶片1316直接下面的分段中的叶片1318可以安装在10度处。下一个更低的分段中的叶片1320可以安装在20度处。下一个更低的分段中的叶片1322可以安装在30度处。可以包括较少的或附加的叶片分段，并且偏移角度可以改变。在一些实施方式中，叶片组1300可以包括具有可调节偏移角度的叶片分段，使得偏移图案可以根据用户喜好、流体流条件或其它因素变化。上文参照图13描述的偏移设计可以与参照图1描述的叶片组
140一起使用。在图1-12中描述的实施方式也可以是模块化的，并构造成如参照图13中示出的实施方式描述的那样的独立分段。

[0095] 在一些实施方式中，较少或附加的集中器或可变集中器可以构造为与叶片组一起使用。也即是说，叶片组可以单独使用，或者与集中器或可变集中器中的一个或多个组合。当组合使用时，不同的原件可以增强由其它原件展现的便利特性，有时是协同地。例如，集中器与包括朝向叶片的内径部分的开口或窗口的叶片组一起使用可以增加具有集中器或单独具有叶片开口的效果。涡轮系统还可以包括附加的叶片组，一个或多个叶片组可以包括少于或多于四个的叶片。在一些实施方式中，设计参数可以采用诸如Cosmos FloWorks和/或ADINA计算机建模之类的计算机模拟研究优化。也可以采用PIV流体机械分析。这些工具可以用来增加设计效率，并确定涡轮系统的不同元件的数量、尺寸、形状和/或布置的修改的愿望。可以评估类似于图3B的设计，用于以约28英里每小时的风产生约5千瓦的功率。在一些实施方式中，可以实现超过30％的理论效率。效率越高，从流体流转化成可用能量，即电能的可用功率越多。垂直轴线流体涡轮系统的一些实施方式还可以构造为不要求单向或层状流体流。改系统还可以产生低的噪声量，即使处于高流体流速。鸟类很少可能由本文中描述的涡轮系统伤害。本文中描述的流体涡轮系统的实施方式的多个特性可以使该系统期望用作城市环境中的风轮机，在那里它们也可以安装在现有结构上。本文中描述的系统因此可以用来从不适于其它风轮机的小生态环境开发风力资源，同时仍产生实质量得功率并降低传输线损耗。

[0096] 虽然参照垂直轴线涡轮描述了上述涡轮系统，但这种系统不需要垂直安装。一些实施方式可以水平安装，或沿合适修改的其它方位安装。而且，本文中公开的某些单独的特征或特征的组合可以适于用在水平涡轮或其它类型的涡轮中。此外，其它流体可以用来使上述系统中的涡轮旋转，包括水。

[0097] 在整个说明书中对“一些实施方式”或“实施方式”的引用是指联系该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施方式中。因此，在整个说明书中的不同位置出现措辞“在一些实施方式中”或“在实施方式中”没有必要是涉及相同的实施方式，并且可以涉及相同或不同实施方式中的一个或多个。而且，特定特征、结构或特性可以以任何适合的方式在一种或多种实施方式组合，只要本领域技术人员根据本发明将会明白。

[0098] 如在该说明书中使用的那样，术语“包括”、“包含”、“具有”和类似物是同义的，并且以开放式方式包含在内地使用，且不排除其它元件、特征、动作、操作等等。此外，术语“或者”以其包含意义(且不易其排除意义)使用，使得当例如用来连接一列元件时，术语“或者”是指该列中的元件中的一个、一些或所有。

[0099] 类似地，应当认识到，在各实施方式的上述描述中，不同的特征有时在单个实施方式、附图或其描述中组合在一起，用于使本发明流畅的目的，以及帮助理解多种独创性方面中的一个或多个。然而，这种公开方面不应当解释为反映任何权利要求要求比该权利要求中清楚地引用的多的特征的发明。更确切地说，独创性的方面在于比任何单个前面公开的实施方式的所有特征少的组合。

[0100] 虽然在某些优选实施方式和例子的说明性背景中进行了描述，但本领域技术人员将会理解，本发明将具体描述的实施方式向外扩展到其它可替换实施方式和/或用途以及明显的修改和等同物。