專利名稱：用于風(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)的螺旋槳的槳葉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)的螺旋槳的槳葉，所述螺旋槳包括槳轂，至少一個(gè)槳葉從所述槳轂基本上徑向延伸，所述槳葉包括最靠近槳轂的根部區(qū)域，所述槳葉包括 背離槳轂的過渡區(qū)域，所述槳葉包括加壓側(cè)和低壓側(cè)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及使用至少一個(gè)槳葉從介質(zhì)流諸如空氣流或水流將能量轉(zhuǎn)化為 旋轉(zhuǎn)能量的方法，所述槳葉圍繞軸線轉(zhuǎn)動，所述槳葉相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向形成，所述 槳葉包括加壓表面，在所述加壓表面處，流動介質(zhì)在該加壓表面上產(chǎn)生推壓力，而且所述槳 葉包括低壓表面，在所述低壓表面處，所述介質(zhì)產(chǎn)生牽引力。
背景技術(shù)：
W02007/045244涉及一種用于風(fēng)輪機(jī)的螺旋槳的槳葉，所述風(fēng)輪機(jī)具有基本上水 平的螺旋狀軸，所述螺旋槳包括槳轂，安裝之后，槳葉從所述槳轂基本上徑向延伸。所述槳 葉具有在槳葉引導(dǎo)邊緣和拖尾邊緣之間延伸的弦面。所述槳葉包括最靠近槳轂的根部區(qū) 域，最遠(yuǎn)離槳轂的翼型區(qū)域和位于根部區(qū)域和翼型區(qū)域之間的過渡區(qū)域，并且包括基本上 沿著整個(gè)翼型區(qū)域的單一翼型。所述槳葉包括至少沿著基本上整個(gè)根部區(qū)域的第一根部區(qū) 段和第二根部區(qū)段，橫貫所述弦面觀察，所述區(qū)段布置成互相隔開。至少其中一個(gè)根部區(qū)段 具有翼型輪廓。W02007/057021A1涉及一種風(fēng)力發(fā)電站，該發(fā)電站具有安裝在軸上的至少一個(gè)槳 葉的第一機(jī)組和具有安裝在相同軸上的至少一個(gè)槳葉的至少一個(gè)第二機(jī)組，槳葉安裝地使 得所述槳葉組具有相同的回轉(zhuǎn)方向以及相同回轉(zhuǎn)圈數(shù)。第二組槳葉的長度小于第一組槳 葉，并相對于第一組槳葉具有另一種優(yōu)化的末端速度比，由此兩組槳葉在相同的回轉(zhuǎn)圈數(shù) 時(shí)，針對電力輸出進(jìn)行了優(yōu)化。兩組槳葉的長度比可以利用兩組槳葉的優(yōu)化末端速度比大 致確定。作為替代，第二組槳葉可以構(gòu)造成具有優(yōu)化末端速度比，該優(yōu)化末端速度比根據(jù)兩 組槳葉的長度比以及以及一組槳葉的優(yōu)化末端速度比來確定。兩組或更多組槳葉可以彼此 接續(xù)安置或者安置在相同的螺旋槳平面內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明，兩組槳葉可以由小型的風(fēng)玫瑰或 者更大的快速運(yùn)轉(zhuǎn)裝置構(gòu)成。該發(fā)明進(jìn)一步涉及使用這種風(fēng)力發(fā)電站。W02007/105174涉及用于大型水平軸風(fēng)輪機(jī)的螺旋槳槳葉，以允許更容易運(yùn)輸、裝 卸和存儲，與此同時(shí)保證更高效地使用風(fēng)能。該發(fā)明導(dǎo)致以兩個(gè)或更多個(gè)元件構(gòu)成的槳葉， 這些元件并聯(lián)布置并優(yōu)選在它們之間固定，以便在所述元件之間形成空氣動力學(xué)干涉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高風(fēng)輪機(jī)和水輪機(jī)的產(chǎn)能。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提高槳葉緩 慢轉(zhuǎn)動的內(nèi)部部分的產(chǎn)能。本發(fā)明的范圍可以利用權(quán)利要求1前序部分所述的槳葉來實(shí) 現(xiàn)，如果至少一條縱向通道形成在槳葉的加壓側(cè)和槳葉的低壓側(cè)之間的話，所述通道具有 位于槳葉加壓側(cè)的入口，所述通道具有位于槳葉低壓側(cè)的出口，所述通道包括開口面積，所 述開口面積從所述入口到所述出口減小。
由此，實(shí)現(xiàn)了在所述通道中，流過所述通道的空氣或水的速度增大，這導(dǎo)致從包圍 所述槳葉的風(fēng)和水中產(chǎn)生的電力增多。尤其是，在接近旋轉(zhuǎn)中心的槳葉的槳轂附近的區(qū)域 中，旋轉(zhuǎn)速度相對較低并因此產(chǎn)生相對較少的電力或者可能不產(chǎn)生電力。如果縱向通道形 成在槳葉的緩慢轉(zhuǎn)動的部分，則槳葉的該部分的產(chǎn)能將迅速增大。由此，風(fēng)輪機(jī)槳葉的產(chǎn)能 將不會減小到主要由槳葉外部三分之一產(chǎn)生的電力，而是也可以來自槳葉的內(nèi)部部分。在 槳葉中使用通道將槳葉產(chǎn)能提高提高了 20%以上。在不增加槳葉重量并且不加長槳葉的情 況下，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能提高。因此，本發(fā)明產(chǎn)生了高效的槳葉，這種槳葉可以用在幾乎全部現(xiàn)有 風(fēng)輪機(jī)中，如果簡單地改變槳葉的話。所述通道可以形成在輔助槳葉和主槳葉之間，輔助槳葉安置在主槳葉前方，位于 主槳葉的低壓側(cè)。通過將輔助槳葉安置在槳葉前方并且平行于槳葉的低壓側(cè)，在主槳葉和 輔助槳葉之間形成了流動通道。所述流動通道可以形成地使主槳葉和輔助槳葉之間的距離 輕微減小。這樣將導(dǎo)致流過該通道的介質(zhì)速度增大。速度增大也將增大作用在主槳葉前部 的作用力。介質(zhì)沿著輔助槳葉流動也會增大其速度，因?yàn)樾羞M(jìn)路徑長度也一定程度地加長， 因?yàn)榻橘|(zhì)必須經(jīng)過輔助槳葉周圍。這樣也增大了作用在輔助槳葉上的作用力。總之，介質(zhì) 速度增大將導(dǎo)致介質(zhì)能耗增大。所述槳葉可以包括位于槳葉加壓側(cè)和槳葉低壓側(cè)之間的至少一條縱向通道，所述 通道具有位于槳葉加壓側(cè)的入口開口，所述通道具有位于槳葉低壓側(cè)的出口開口，所述通 道開口面積從入口開口向出口開口減小。作為替代，所述通道可以形成在主槳葉內(nèi)側(cè)。這對 于將來的槳葉來說是一種優(yōu)選實(shí)施方式，因?yàn)槿绻麡~形成有這種通道，則需要新的生產(chǎn) 設(shè)施。在槳葉中形成通道的作用基本上與前述作用相同。流過該通道的介質(zhì)速度將增大， 因?yàn)橥ǖ辣谥g的距離沿著通道減小。這將導(dǎo)致介質(zhì)速度增大。因此，在通道壁上將產(chǎn)生 作用力。當(dāng)介質(zhì)以相對較高的速度離開該通道時(shí)，這種介質(zhì)將偏轉(zhuǎn)經(jīng)過槳葉周圍而沒有經(jīng) 過該通道的介質(zhì)。所述介質(zhì)將以增大槳葉實(shí)際尺寸的方式發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此，所產(chǎn)生的合成 力將增大介質(zhì)的能耗。所述通道可以從槳葉根部附近開始并延續(xù)到槳葉端部。而且，在接近槳葉端部處， 狹窄通道可以導(dǎo)致槳葉能耗增大。進(jìn)一步優(yōu)選所述通道開始于所述槳葉根部附近并且延續(xù)到所述槳葉長度的至少 2/3處。讓所述通道的長度長達(dá)槳葉內(nèi)部的2/3，可以在產(chǎn)能方面帶來進(jìn)一步的提高?？赡?通過更為緩慢地轉(zhuǎn)動風(fēng)輪機(jī)槳葉，進(jìn)一步加長槳葉長度。在本發(fā)明一些可行的實(shí)施方式中， 所述通道可以在所述槳葉的前方全程延伸。優(yōu)選，所述通道從所述槳葉的根部附近開始，并延伸到所述槳葉長度的至少中部 處。所述通道處于槳葉的內(nèi)部部分最為有效，槳葉這部分的效率在通常條件下降低。將通 道安置在槳葉的內(nèi)部部分中，將提高槳葉內(nèi)半部的產(chǎn)能。在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，槳葉可以包括兩條平行的縱向通道。如果存在形成 于槳葉中的兩條平行通道，則可以進(jìn)一步改善槳葉的產(chǎn)能。如果至少在接近槳轂的內(nèi)部部 分處存在第二通道，而第一通道在一定程度上更接近槳葉外端的方向上輕微加長，則可能 可以進(jìn)一步提高產(chǎn)能。 所述通道主要通過將翼型分割成主槳葉和輔助槳葉來形成，其中通道形成在所述 主槳葉和輔助槳葉之間。
主槳葉和輔助槳葉之間的距離優(yōu)選從入口向出口開口減小。通過減小通道的開 口，流過所述通道的空氣將提高速度。這種速度提高是產(chǎn)能提高到原因。通過所述通道的 空氣以較之 的原因。因此，空氣速度增大將導(dǎo)致更高的產(chǎn)能。至少一條通道可以相對于槳葉形成，該通道具有位于槳葉加壓側(cè)的入口和位于槳 葉低壓側(cè)的出口。將通道安置在槳葉上最接近槳轂的區(qū)域中的緩慢轉(zhuǎn)動的部分，槳葉的內(nèi) 部區(qū)域效率將提高。也可能所述通道僅安置在槳葉長度內(nèi)部1/3來實(shí)現(xiàn)完全的效率。常見 槳葉設(shè)計(jì)成在槳葉快速旋轉(zhuǎn)的外部部分效率很高。因此，槳葉的內(nèi)部部分以這樣的方式構(gòu) 造，即用于支撐高效的外部部分的材料強(qiáng)度較之校正空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)更為重要。因此，在槳 葉的內(nèi)部部分，空氣動力學(xué)并不出色。將通道安置在槳葉內(nèi)部部分中，將提高槳葉內(nèi)部部分 的效率，因此補(bǔ)償不良的空氣動力學(xué)構(gòu)造。實(shí)際中，以一種或另一種可行的方式在槳葉內(nèi)部 部分安置一條或兩條通道，可以將所產(chǎn)生的電力增加多達(dá)20%。如果在計(jì)算機(jī)模擬中實(shí)施 通道和槳葉設(shè)計(jì)，并且根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬來設(shè)計(jì)槳葉，甚至可以進(jìn)一步提高。


圖1示出了本發(fā)明第一種可行實(shí)施方式；圖2示出了如圖1所示的相同實(shí)施方式，但是是從相反一側(cè)觀察；圖3示出了本發(fā)明可行實(shí)施方式的截面圖；圖4示出了在端部剖面的放大側(cè)視圖；圖5示出了連接到槳轂的3個(gè)槳葉；圖6示出了槳葉的A-A截面圖；圖7示出了如圖6所示的相同元件；圖8示出了從低壓側(cè)觀察的槳葉102 ；圖9示出了本發(fā)明的替代實(shí)施方式；圖10示出了槳葉替代實(shí)施方式的截面圖；和圖11示出了從低壓側(cè)觀察的替代實(shí)施方式的槳葉。
具體實(shí)施例方式圖1示出了用于風(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)的槳葉2。這是從槳葉2的低壓側(cè)8觀察的槳葉。 槳葉2包括根部連接部4和過渡區(qū)域6。過渡區(qū)域6延續(xù)到槳葉的低壓側(cè)8中。槳葉2延 續(xù)到端部10。槳葉2的加壓側(cè)16包括用于縱向通道18的入口 14。圖2示出了與圖1相同的實(shí)施方式，但是是從加壓側(cè)16觀察。根部連接部4通過 過渡區(qū)域6連接到槳葉2，槳葉2具有端部10。槳葉2的加壓側(cè)16包括用于通道18的出 口開口 20，該通道18在圖1中示出具有入口 14。圖3示出了槳葉2的截面圖。槳葉2具有低壓側(cè)8和高壓側(cè)16。通道18的入口 14延續(xù)到出口 20。在該圖所示截面中，槳葉2由輔助槳葉部分22和主槳葉部分24形成， 通道18形成在槳葉部分22、24之間。圖4示出了帶有槳轂連接部4和過渡區(qū)域6的槳葉2。該圖進(jìn)一步示出槳葉2的低壓側(cè)8和槳葉2的加壓側(cè)16。通道18具有入口 14和出口 20。通道18形成在輔助槳葉 部分22和主槳葉部分24之間。在操作中，空氣或水將圍繞槳葉2流動，由此形成風(fēng)輪機(jī)和水輪機(jī)的驅(qū)動力，然后 風(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)將風(fēng)能或水能轉(zhuǎn)化為可以使用、儲存或傳輸?shù)碾娏?。在圖中所示槳葉2的 中部，存在通道18。通道18大致從過渡區(qū)域6的端部開始，也即從槳葉2通常僅具有較小 作用的內(nèi)部部分開始，因?yàn)闃~2的內(nèi)部部分轉(zhuǎn)動非常緩慢。利用具有入口 14和出口 20 的通道18來對這種慢速轉(zhuǎn)動進(jìn)行補(bǔ)償。在該通道18中，空氣流或水流將提高速度，簡單地 說，因?yàn)槿肟?14較之出口 20具有更大的開口面積。這種空氣流或水流速度提高，將導(dǎo)致更 高的能耗。更高 的空氣流或水流速度將增大作用在槳葉上的作用力。通過在槳葉2內(nèi)部使 用通道18，槳葉2的產(chǎn)能可以提高多達(dá)20%。圖5示出了連接到槳轂103的3個(gè)槳葉102。槳葉102包括位于槳葉本身和槳轂 103之間的過渡區(qū)域106。槳葉102是從它們的加壓側(cè)116觀察的槳葉。輔助槳葉122從 過渡區(qū)域沿著槳葉向外固定到槳葉102。槳葉122沿著主槳葉102終止于中部附近。此外，圖6示出了圖5所示槳葉102的A-A截面圖。在圖6中，槳葉102包括低壓 側(cè)108和加壓側(cè)116。通道入口 114在圖中表示出指向通道118并且也指向通道出口 120。 由于輔助槳葉122安置地與主槳葉102隔開一定距離，所以形成了通道118。圖7示出了如圖6所示的相同元件。下面僅描述這兩幅圖中的不同點(diǎn)。圖7是接 近輔助槳葉122的端部的B-B截面圖。與圖6相比，圖7清楚地顯示出主槳葉102也具有 減小的截面積。槳葉122尺寸減小很多，并且距離主槳葉102的距離也在增大。通道118 因此更短，而且具有更大的開口面積。由于在距離槳轂103如此遠(yuǎn)的地方，槳葉轉(zhuǎn)動速度如 此之高，所以介質(zhì)速度非常高，由此形成這種情況。圖8示出了從低壓側(cè)108觀察的槳葉102。槳葉102通過過渡區(qū)域106連接到根 部連接部104。在低壓側(cè)108，可以看到輔助槳葉122具有入口 114和出口 120。在這里，可 以看到槳葉122沿著槳葉方向尺寸減小。圖9示出了本發(fā)明的替代實(shí)施方式，其中槳葉202包括兩個(gè)通道218和226。第一 通道218具有入口 214和出口 220。此外，通道226具有入口 228和出口 230。通道218和 226兩者都設(shè)計(jì)成讓壁之間的距離從入口 214、228向出口 220、230減小。這樣將導(dǎo)致通道 中的介質(zhì)速度增大，由此導(dǎo)致介質(zhì)能耗更大。實(shí)際上，快速流動的介質(zhì)將作用于三個(gè)不同的 表面，并且與此同時(shí)，兩個(gè)出口 220、230將導(dǎo)致槳葉周圍的介質(zhì)流偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)的作用就 好像槳葉比原本增大許多，因此增大了能耗。此外，圖10示出了槳葉300的替代實(shí)施方式的截面圖。在圖10中，槳葉300包括 低壓側(cè)308和加壓側(cè)316。通道入口 314示出指向通道318以及通道出口 320。由于輔助 槳葉304安置地與主槳葉302隔開一定距離，所以形成通道318。圖11示出了從低壓側(cè)308觀察的槳葉300。槳葉300通過過渡區(qū)域306連接到根 部連接部305。在低壓側(cè)108，看到輔助槳葉304具有入口 314和出口 320。在這里可以看 到槳葉304在槳葉背離根部連接部305的縱向而尺寸減小。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)的螺旋槳的槳葉，，所述螺旋槳包括槳轂，至少一個(gè)槳葉 (2,102,300)從所述槳轂基本上徑向延伸，所述槳葉(2、102、300)包括最靠近槳轂的根部 區(qū)域(4、104、305)，所述槳葉(2,102,300)包括背離槳轂的過渡區(qū)域(6、106、306)，所述槳 葉(2,102,300)包括加壓側(cè)(16、116、316)和低壓側(cè)(8、108、308)，其特征在于，至少一條縱 向通道(18、118、218、226、318)形成在所述槳葉(2,102,300)的所述加壓側(cè)(16、116、316) 和所述槳葉(2,102,300)的所述低壓側(cè)(8,108,308)之間，所述通道(18、118、218、226、 318)具有位于所述槳葉(2,102,300)的所述加壓側(cè)(16、116、316)的至少一個(gè)入口開口 (14、114、214、228、314)，所述通道(18、118、218、226、318)具有位于所述槳葉(2、102、300) 的所述低壓側(cè)(16)的至少一個(gè)出口開口(20、120、220、230、320)，所述通道(18、118、218、 226,318)包括開口面積，所述開口面積從所述入口開口(14、114、214、228、314)到所述出 口開口(20、120、220、230、320)減小。
2.如權(quán)利要求1所述的槳葉，其特征在于，所述通道(18、118、318)形成在輔助槳葉 (22,122,304)和主槳葉(2、102、302)之間，所述輔助槳葉(22、122、304)安置在所述主槳葉 (2,102,302)前方，位于所述主槳葉(2,102,302)的所述低壓側(cè)(8、108、308)。
3.如權(quán)利要求1所述的槳葉，其特征在于，所述槳葉(2、102、302)包括位于槳葉(2、 102,302)的加壓側(cè)(16、116、316)和槳葉(2,102,302)的低壓側(cè)(8,108,308)之間的至少 一條縱向通道(8、118、218、226、318)，所述通道(8、118、218、226、318)具有位于槳葉(2、 102,302)的加壓側(cè)(16、116、316)的入口開口(14、114、214、228、314)，所述通道(8、118、 218、226、318)具有位于槳葉(2,102,302)的低壓側(cè)(8,108,308)的出 口開口(20、120、 220、230、320)，所述通道(8、118、218、226、318)開口面積從所述入 口開口(14、114、214、 228,314)向所述出口開口(20、120、220、230、320)減小。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的槳葉，其特征在于，所述通道(18、118、218、228)從 所述槳葉(2、102、300)的根部(4、104、305)附近開始并延續(xù)到所述槳葉(2、102、300)的端 部(10)。
5.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的槳葉，其特征在于，所述通道(18、118、218、226、 318)開始于所述槳葉(2)的根部(4、104、305)附近并且延續(xù)到所述槳葉(2)長度的至少 2/3 處。
6.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的槳葉，其特征在于，所述通道(18、118、218、226、 318)開始于所述槳葉(2、102、300)的根部(4、104、305)附近并且延續(xù)到所述槳葉(2、102、 300)長度的至少中部處。
7.如權(quán)利要求3至6任一項(xiàng)所述的槳葉，其特征在于，所述槳葉(2)包括至少第一(18、 218)和第二(26、226)平行通道。
8.如權(quán)利要求2所述的槳葉，其特征在于，所述通道(118、318)由主槳葉(124、302)和 至少一個(gè)輔助槳葉(122、304)形成，所述通道(118、318)形成在所述主槳葉(124、302)和 所述輔助槳葉(122、304)之間。
9.如權(quán)利要求7所述的槳葉，其特征在于，所述主槳葉(124、302)和所述輔助槳葉 (122,304)之間的距離從所述入口 (114,314)向所述出口開口 (120,320)減小。
10.一種利用至少一個(gè)槳葉(2、102、300)從介質(zhì)流將能量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)能量的方法，所 述槳葉(2、102、300)圍繞軸線轉(zhuǎn)動，所述槳葉(2、102、300)相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向形成，所述槳葉(2,102,300)包括加壓表面(16、116、316)，在所述加壓表面(16、116、316)處，流動介質(zhì)在該加壓表面(16、116、316)上產(chǎn)生推壓力，而且所述槳葉(2、102、300)包括低壓 表面(8、108、308)，在所述低壓表面(8、108、308)處，所述介質(zhì)產(chǎn)生牽引力，其特征在于，至 少一條通道(18、118、218、226)針對所述槳葉(2,102,300)形成，所述通道(18、118、218、 226)具有位于所述槳葉(2,102,300)的所述加壓側(cè)(16、116、316)的入口(14、114、214、 228、314)，并且所述通道(18、118、218、226)具有位于所述低壓側(cè)(8,108,308)的出口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)輪機(jī)或水輪機(jī)的螺旋槳的槳葉，所述螺旋槳包括槳轂，至少一個(gè)槳葉從所述槳轂基本上徑向延伸，所述槳葉包括最靠近槳轂的根部區(qū)域，所述槳葉包括背離槳轂的過渡區(qū)域，所述槳葉包括至少第一翼型。本發(fā)明的范圍可以利用包括至少一條縱向通道的槳葉來實(shí)現(xiàn)，所述通道具有位于所述翼型前部的入口開口，所述通道具有位于所述翼型后部的出口開口，所述通道開口面積從所述入口開口向所述出口開口減小。由此，實(shí)現(xiàn)了在所述通道中，流過所述通道的空氣速度增大，這將導(dǎo)致從所述槳葉周圍的風(fēng)產(chǎn)生的電力增加。
文檔編號F03D1/06GK102105679SQ200980129273
公開日2011年6月22日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者拉斯·拉森, 簡·A·米勒, 赫爾吉·拉森 申請人:文德泰克索沙文公司