專利名稱：帶冠渦輪葉片設(shè)計(jì)的制作方法
帶冠渦輪葉片設(shè)計(jì)本專利申請(qǐng)要求以下專利申請(qǐng)的權(quán)益2008年2月14日提出的名稱為“單向軸 承、大的和小的風(fēng)力、水力葉片的設(shè)計(jì)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/028，54號(hào)(臨時(shí)2-08)；以及 2008年6月3日提出的名稱為“可再生能源設(shè)備的改善”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/058，235號(hào) (臨時(shí) 6-08)。技術(shù)領(lǐng)域與
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于帶冠渦輪的葉片的設(shè)計(jì)，以及它們?nèi)绾螀^(qū)別于常規(guī)的葉片設(shè)計(jì)。帶冠渦輪，尤其是采用例如在本申請(qǐng)的作者的PCT IL2007/000348中描述的C和 法伯式氣翼形狀的帶冠渦輪。該專利申請(qǐng)的名稱為“流偏轉(zhuǎn)裝置以及用于能量捕獲的設(shè) 備”，揭示了接近葉片的尖端的速度的加速效果。這個(gè)特別的速度外形需要不同的葉片設(shè)計(jì) 來(lái)利用它。作者陳述了 C和法伯式氣翼，以及部分氣翼的優(yōu)勢(shì)，且需要構(gòu)建一種葉片，以這 樣一種方式來(lái)使它適合于帶冠渦輪的特定速度模式，這些都普遍地討論了。本專利申請(qǐng)給 出了這樣一種設(shè)計(jì)的特別標(biāo)準(zhǔn)。C弦長(zhǎng)
Cl升力系數(shù)，Q == L/\pV2Rc
Ct推力系數(shù)，Cr
Cte功率系數(shù)，q= PJipV^R2
Cp壓力系數(shù)，C,oJ/ipVs2
D直徑，D = 2R
f截面彎度
G非立體循環(huán)，G=Γ7'2 31 RVs
h截面抵消
Js前進(jìn)比，Js =Vs/nD
Kt推力系數(shù)，Kt ==Τ/ρη D
Kq扭矩系數(shù)，Kq=Q"η D
η旋轉(zhuǎn)速度，rev/s
L升力(每單位 彎度)
5
P俯仰度Pd輸出功率pv蒸汽壓P00大氣壓r徑向坐標(biāo)或螺旋槳半徑R螺旋槳尖端半徑t截面厚度T 推力Q 扭矩Ve相對(duì)速度Vs自由蒸汽速度Vt切向速度Vj^ll 向速度χ, y, ζ直角坐標(biāo)系(χ+下游，y+右舷，ζ+上)φ幾何俯仰角Γ 循環(huán)ρ流體密度σ 空化數(shù)，σ = /Ο/Χ2RPM 每秒轉(zhuǎn)數(shù)，RPM = 60η根據(jù)本發(fā)明所述的帶冠渦輪中的葉片的原理和操作，可以通過(guò)結(jié)合附圖和相應(yīng)的 說(shuō)明來(lái)得到更清楚的理解。現(xiàn)在參考附圖，

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明所解釋的原理而構(gòu)建的葉冠(1)和葉片(2) 的側(cè)視圖和船尾。這里顯示的特定類型的葉冠是一種“法伯式氣翼” 一定義在之前的專利 中。圖2是相同結(jié)構(gòu)的葉片的透視圖。該專利的截面顯示了一種10米直徑的葉片系統(tǒng)(半 徑R為5米)，在水中結(jié)合1米弦長(zhǎng)的法伯式氣翼，但它可應(yīng)用于許多其他構(gòu)造和流體?？?見(jiàn)，如何在周周處增加一些俯仰度。圖3是已討論的葉片的橫截面的示意圖。正如圖4所示，帶冠轉(zhuǎn)子俯仰角(Phi) (4)比開(kāi)放式轉(zhuǎn)子的俯仰角(Phi) (3)高約2 度(左垂直軸表示Phi)穿過(guò)很大的跨度，在接近尖端的部分增加為高約13度。一個(gè)開(kāi)放式 轉(zhuǎn)子(3)的Phi基本上始終在增加。差異之處主要是由于所增加的軸向流動(dòng)，尤其是接近 尖端的，它是由于冠部引起的。同時(shí)，對(duì)于帶冠轉(zhuǎn)子的P/D比率(6)與開(kāi)放式轉(zhuǎn)子的P/D比 率(5)也不相同。曲線⑷達(dá)到一個(gè)最小值，位于距離圓周約82%的地方，然后開(kāi)始增加。 相反，開(kāi)放式轉(zhuǎn)子的Phi曲線(3)總是在減少。在這個(gè)實(shí)施例中，帶冠轉(zhuǎn)子的P/D比率(6) 達(dá)到一個(gè)最小值，位于距離圓周約60%的地方，并在尖端增加到1. 1。通過(guò)比較，開(kāi)放的轉(zhuǎn) 子設(shè)計(jì)在尖端比在根部總是具有較低的P/D比率。葉片的尺寸被設(shè)計(jì)為保持最大的升力系數(shù)，在本設(shè)計(jì)條件下低于0. 8。當(dāng)渦輪在 3m/s(5. 83kt)的流體中以27rpm運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將預(yù)期會(huì)產(chǎn)生648kW(869hp)的軸能量。這個(gè)估計(jì) 不包括在樞紐中的機(jī)械損失。下表反映了用于本情形的最佳葉片的設(shè)計(jì)。
r/Rc/Dt/cf/cφ (deg) P/Dc (m) t (m) f (m)
0.1500,104900,.18000-0.0313750.0000.561601.0490.189-0.0330.2000.104500,.17412-0.0439640.9870.545931.0450.182-0.0460.3000.102490.,16235-0.0542428.6500.514931.0250.166-0.0560.4000.099080,.15059-0.0555121.0770.484310.9910.149-0.0550.5000.094110..13882-0..0537016.5090.465550.9410..131-0.0510.6000.087240..12706-0.0505613.8620.465140.8720.111-0.0440.7000.078290,.11529-0.0474312.1680.474180.7830.090-0.0370.8000.067640..10353-0..0436311..2110.498140.6760,.070-0.0300.9000.055540.,09176-0,.0398911,.4350,.571930.5550,.051-0.0220.9250,.052300.08882-0..0390811.,8130..607800..5230..046-0,.0200.9500..048960.08588-0.,0385812.7010..672660,.4900.,042-0,.0190.9750,.045530.08294-0..0387914.6370..799980,.4550.,038-0..0181.0000..041960.08000-0.0400218..0001.020770.,4200.034-0.017 以下是對(duì)于由部分氣翼圍繞的小型風(fēng)輪機(jī)。它顯示了 Phi在圓周處增加的相同原理。r//RC/xRPhi
0.138200.29589044.95916
0.155960.28665043.01705
0.186670.27018039.76573
0.224960.25007036.09830
0.267260.22948032.10272
0.311560.21020029.05061
0.356700.19296026.41902
0.401980.17788024.53083
0.446930.16478022.56773
0.491220.15339020.90665
0.534580.14348019.51586
0.576800.13485018.35955
0.617700.12733017.38834
0.657110.12077016.56282
0.694900.11505015.84945
0.730920.11006015.22573
0.765070.10569014.70786
0.797230.10184014.30656
0.827310.09845214.00050
0.855200.09546913.78477
0.880820.09285213.64459
0.904110.09057313.56008
0.924980.08860813.51560
0.943380.08693213.49927
0.959250.08553013.49872
0.972540.08438613.50525
0.983220.08348813.51270
0.991260.08282413.51756
0.996640.08238713.52092
0.999330.08216913.52319本發(fā)明所述的改進(jìn)從帶冠渦輪中獲得的電力的百分率的方法，涉及執(zhí)行以下的至 少一個(gè)、最好兩個(gè)操作，以產(chǎn)生更好的匹配改變?cè)趫A周處的扭曲，增加在圓周處的弦長(zhǎng)，超 過(guò)已經(jīng)被用于開(kāi)放式葉片的圓周的弦長(zhǎng)。設(shè)計(jì)這樣的帶有從常規(guī)的速度曲線的近似中點(diǎn)獲 得的特征的葉片，使得人們能理想地利用所增加的轉(zhuǎn)速，而不會(huì)承受失速的風(fēng)險(xiǎn)。雖然本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)有限的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明也可作 出許多變化、改變和其他應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明成功地通過(guò)提供用于改進(jìn)在帶冠渦輪中的葉片的性能的一組標(biāo)準(zhǔn)來(lái)克服 目前已知的構(gòu)造的缺陷。本發(fā)明首次揭示了一種在任何比例值用于帶有基本上1米弦長(zhǎng)葉冠的帶冠渦輪 的基本上10米直徑葉片，包括前進(jìn)比(Js = Vs/nD)和幾何相似的維持，帶有以下參數(shù)(r 是徑向坐標(biāo)，R是半徑，葉片的尖端的值是1. 000，c是弦長(zhǎng)，D是直徑，t是截面厚度，f是截 面彎度，Φ是幾何俯仰角，P是俯仰度)，與r/R的值相比，對(duì)于任何點(diǎn)的值、對(duì)于在任何個(gè) 別柱的值或者用于兩個(gè)或更多的柱的任何組的任何結(jié)合的值，具有10%的偏差，與任何尺 寸的葉片成正比
8
權(quán)利要求
一種在任何比例值用于帶有1米弦長(zhǎng)葉冠的帶冠渦輪的10米直徑葉片，包括前進(jìn)比(JS＝VS/nD)和幾何相似的維持，帶有以下參數(shù)(r是徑向坐標(biāo)，R是半徑，葉片的尖端的值是1.000，c是弦長(zhǎng)，D是直徑，t是截面厚度，f是截面彎度，φ是幾何俯仰角，P是俯仰度)，與r/R的值相比，對(duì)于任何點(diǎn)的值、對(duì)于在任何個(gè)別柱的值或者用于兩個(gè)或更多的柱的任何組的任何結(jié)合的值，具有10％的偏差，與任何尺寸的葉片成正比
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于所述葉片是用于在液體中的應(yīng)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于所述葉片是由翼型圍繞的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的葉片，其特征在于所述葉冠是法伯式氣翼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于所述葉片是3葉片系統(tǒng)的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的葉片，其特征在于在每秒3米流速的液體中，所述葉片的每 分鐘轉(zhuǎn)速是被調(diào)節(jié)為25-30。
7.一種渦輪，包括a、至少一個(gè)帶冠葉片，其中，在每秒3米流速的液體中，每分鐘轉(zhuǎn)速與直徑的比率是 2 ■ 2 ^r^ 3 ■ 2 ο
8.一種渦輪，包括a、NACA系列葉片；b、葉冠。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪，其特征在于所述葉冠包括C式氣翼，留出10%的邊緣 用于任何單個(gè)的點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪，其特征在于所述葉冠包括法伯式氣翼，留出10%的 邊緣用于任何單個(gè)的點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪，其特征在于所述葉冠是部分的氣翼。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪，其特征在于所述葉片包括NACA44系列氣翼。
13.—種帶冠葉片，其特征在于所述尖端沒(méi)有最低的Phi值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的葉片，其特征在于所述尖端的Phi值是至少比具有最低Phi值 的截面高3度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的葉片，其特征在于所述Phi值是在0.8至1. 0的r/R比 率之間增加至少5度。
16.一種帶冠葉片，其特征在于在所述尖端處的P/D比率是大于0. 7。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的葉片，其特征在于所述P/D比率是大于1.0。
18.—種帶冠葉片，其特征在于Phi值在從中心到圓周的長(zhǎng)度的60-90%的點(diǎn)處開(kāi)始 增加。
19.一種帶冠葉片，其特征在于P/D比率在從中心到圓周的距離的40-90%范圍內(nèi)的 任何點(diǎn)處開(kāi)始穩(wěn)定地增加。
20.一種帶冠葉片，帶有以下參數(shù)，與r/R的值相比，對(duì)于任何點(diǎn)的值、對(duì)于在任何個(gè)別 柱的值或者用于兩個(gè)或更多的柱的任何組的任何結(jié)合的值，具有10%的偏差，與任何尺寸 的葉片成正比r//RC//RPhi(0.138200.29589044.95916(0.155960.28665043.01705(0.186670.27018039.76573(0.224960.25007036.09830(0.267260.22948032.10272(0.311560.21020029.05061(0.356700.19296026.41902(0.401980.17788024.53083(0.446930.16478022.56773(0.491220.15339020.90665(0.534580.14348019.51586(0.576800.13485018.35955(0.617700.12733017.38834(0.657110.12077016.56282(0.694900.11505015.84945(0.730920.11006015.22573(0.765070.10569014.70786(0.797230.10184014.30656(0.827310.09845214.00050(0.855200.09546913.78477
21. —種改進(jìn)從帶冠渦輪中獲得的電的百分率的方法，執(zhí)行以下的至少一個(gè)、最好兩 個(gè)操作改變?cè)趫A周處的扭曲，增加在圓周處的弦長(zhǎng)，超過(guò)已經(jīng)被用于開(kāi)放式葉片的圓周的 弦長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明采用帶冠結(jié)構(gòu)來(lái)圍繞一組渦輪葉片，工作得更好，當(dāng)這些葉片被構(gòu)形為使這樣的帶冠結(jié)構(gòu)的速度的特定分布最大化。本發(fā)明揭示了既用于水輪機(jī)也用于風(fēng)輪機(jī)的這樣的葉片的構(gòu)造的參數(shù)。
文檔編號(hào)F01D5/22GK101970803SQ200980105984
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月14日
發(fā)明者丹尼爾·法伯 申請(qǐng)人:丹尼爾·法伯