CN102588188B - 用于变几何海流发电水轮机的翼型 - Google Patents

用于变几何海流发电水轮机的翼型 Download PDF

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Abstract

一种用于变几何海流发电水轮机的翼型，所述翼型的最大厚度与翼型的弦长之比为：d/c=0.129，翼型最大厚度位置为：xd/c=0.15；翼型最大弯度与翼型的弦长之比为：f/c=0.085，翼型最大弯度位置为：xf/c=0.47；其中，c为翼型的弦长，d为翼型的最大厚度，f为翼型的最大弯度，以翼型的上下表面的连接点为坐标原点，以翼型的弦长所在位置为X轴所形成的坐标系中，xd为翼型最大厚度位置的横坐标值，xf为翼型最大弯度位置的横坐标值。本发明所提供的水轮机的翼型，能够完全适应该类水轮机的特点，从而提高水轮机的工作效率，且易于加工。

Description

用于变几何海流发电水轮机的翼型
技术领域
本发明涉及一种海流发电水轮机的翼型，尤其涉及一种用于变几何海流发电水轮机的叶片的翼型，针对海流发电对水轮机的特殊要求而专门设计的。
背景技术
海流发电是一种新型的获得能源的方式。用于海流发电的水轮机是通过海水的流动，推动水轮机转动，将海水的动能转化为水轮机的机械能，是一种环保的、清洁的获取电力的方式。水轮机叶片是该类水轮机的最关键部件。而对于水轮机的叶片来说，叶片横截面的翼型选择和研究是影响水轮机机械效率的最直接因素。
由于海流的流速小、水头低、海水流动方向不确定等因素，所以在利用海流发电时，对水轮机有特殊的要求，如采用一般的可逆式水轮，不但水轮机本身的结构复杂，而且效率很低。虽然一些科学家也设计出了能够在较低的水流获得较高的转速的水轮机，但是由于这类水轮机旋转时强烈的振动以及其较低的效率，使得这种水轮机不能得到广泛实际的应用。
从工作原理分析，高效变几何水轮机要求：在工作侧，海流可以在较小的旋转角度将水轮机叶片打开，尽快将该叶片投入工作状态；而在阻力面，海流可以较容易的将运转到该侧的水轮机叶片关闭，以减小水轮机的运转阻力。如果选择常用的翼型（如NACA翼型、RAF－6翼型、CLARK翼型、LS翼型、Gottingen翼型、FAGE&COLLINS翼型、RHODE GENESE翼型、COANDA翼型、EPPLER翼型等），由于该水轮机独特的几何结构，叶片不能及时打开，即使在较大的攻角状态下打开后，海流在大攻角下，将很快在叶片表面分离，翼型的升力系数将大幅度下降，阻力系数急遽增大，水轮机效率将大大降低，很难达到设计要求。另外，由于这些叶片的翼型没有专门的设计，在阻力侧，叶片在海流的推动下很难在较短的时间内闭合，大大增加了水轮机的运转阻力。因此，如果要达到高效水轮机的要求，必须对水轮机叶片进行专门的设计。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种用于变几何海流发电水轮机的叶片翼型，能够完全适应该类水轮机的特点，从而提高水轮机的效率。
为实现这样的目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于变几何海流发电水轮机的翼型，所述翼型的最大厚度与翼型的弦长之比约为：d/c=0.129，最大厚度位置为：xd/c=0.15；最大弯度与翼型的弦长之比为：fc=0.085，最大弯度位置为：xf/c=0.47；其中，c为翼型的弦长，d为翼型的最大厚度，f为翼型的最大弯度，以翼型上下表面连接点为坐标原点，以翼型的弦长所在位置为X轴所形成的坐标系中，xd为翼型最大厚度位置的横坐标值，xf为翼型最大弯度位置的横坐标值。
本发明提出的翼型，为了使叶片在阻力侧尽可能地贴紧水轮机的轮毂，以减小水轮机的转动阻力，翼型的下表面中段以及后缘均采用圆弧的表面，并且该表面可根据轮毂的直径进行相应的调整。另外，采用圆弧的设计也可以使叶片打开时，海流冲击叶片时，水轮机可以获得较大的扭矩。
在下表面的前缘，为了使叶片在做功侧尽快打开，采用反向圆弧过渡，这样叶片的前缘与轮毂存在一定的间隙，当海流冲击时，叶片可以在更小的转动角度下打开。
在本发明中，翼型的最大弯度前移。这样，当叶片运转到阻力侧时，海流冲击在叶片的上表面，可以使得叶片尽快地关闭，以减小水轮机的运转阻力。另外，为了进一步减小阻力，翼型的弯度有所下降。
另外，由于后缘以圆弧过渡，因此较钝的外缘使外物对翼型的损伤降至最小，且易于加工。
综上所述，用于海流发电水轮机的新型翼型具有以下特点：
1.该翼型的最大厚度约为：d/c=0.129，弯度为：f/c=0.085。
2.该翼型的最大厚度位置为：xd/c=0.15，与其他翼型相比，最大厚度位置前移，从而使水轮机的性能从总体上可以得到改善。
3.该翼型设计时，翼型的下表面中段以及后缘均采用圆弧的表面，并且该表面可根据轮毂的直径进行相应的调整。另外，采用圆弧的设计也可以使叶片打开时，海流冲击叶片时，水轮机可以获得较大的扭矩。
4.在下表面的前缘，为了使叶片在做功侧尽快打开，采用反向圆弧过渡，这样叶片的前缘与轮毂存在一定的间隙，当海流冲击时，叶片可以在更小的转动角度下打开。
5.由于后缘以圆弧过渡，因此较钝的外缘使外物对翼型的损伤降至最小，较钝的外缘，还使翼型的加工减至最小。
附图说明
图1为本发明用于变几何海流发电水轮机的翼型形状示意图。
上图中，1为翼型的上表面，2为翼型的下表面，3为翼型的中弧线，C为翼型的弦长，d为翼型的最大厚度，f为翼型的最大弯度，以翼型上下表面的连接点为坐标原点，以翼型的弦长所在位置为X轴所形成的坐标系中，Xd为翼型最大厚度处翼型的横坐标值，Xf为翼型最大弯度处翼型的横坐标值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明的具体实施方式如图1所示，1为翼型的上表面，2为翼型的下表面，3为翼型的中弧线，C为翼型的弦长，d为翼型的最大厚度，f为翼型的最大弯度，以翼型上下表面的连接点为坐标原点，以翼型的弦长所在位置为X轴所形成的坐标系中，Xd为翼型最大厚度处翼型的横坐标值，Xf为翼型最大弯度处翼型的横坐标值。本实施例取翼型弦长为单位1，此时，叶片翼型坐标如表1所列：
Figure GDA0000428303500000031
Figure GDA0000428303500000051
表1
该叶片翼型的最大厚度约为：d=0.129，最大厚度位置为：xd=0.15；弯度为：f=0.085，xf=0.47。
本发明设计时，为了使叶片在阻力侧尽可能地贴紧水轮机的轮毂，以减小水轮机的转动阻力，翼型的下表面中段以及后缘均采用圆弧的表面，并且该表面可根据轮毂的直径进行相应的调整。另外，采用圆弧的设计也可以使叶片打开时，海流冲击叶片时，水轮机可以获得较大的扭矩。
在下表面的前缘，为了使叶片在做功侧尽快打开，采用反向圆弧过渡，这样叶片的前缘与轮毂存在一定的间隙，当海流冲击时，叶片可以在更小的转动角度下打开。
在本发明中，翼型的最大弯度位置前移，靠近轮毂一侧，这样，当叶片运转到阻力侧时，海流冲击在叶片的上表面，可以使得叶片尽快地关闭，以减小水轮机的运转阻力。另外，为了进一步减小水轮机的运转阻力，翼型的最大弯度有所下降。
另外，由于后缘以圆弧过渡，因此较钝的外缘使外物对翼型的损伤降至最小，且易于加工。
本发明所提供的用于变几何水轮机的翼型，可以带来以下的技术效果：
1.当变几何水轮机中的叶片采用平板圆弧的设计时，叶片通常在90°左右打开，并在120°左右完全打开。当采用本发明提出的翼型时，叶片在70°左右打开，并在95°左右完全打开，在一个转动周期内，大大提高了叶片的工作时间。
2.当叶片采用平板圆弧的设计时，叶片通常在180°左右开始闭合，并在360°左右完全闭合。当采用本发明提出的翼型时，叶片也在180°左右开始闭合，并在280°左右完全闭合，在一个转动周期内，大大缩短了叶片的闭合时间，有效的减小了阻力。
3.由于后缘以圆弧过渡，因此较钝的外缘使外物对翼型的损伤降至最小，较钝的外缘，还使翼型的加工减至最小。

Claims (4)

1.一种用于变几何海流发电水轮机的翼型，其特征在于，所述翼型的最大厚度与翼型的弦长之比为：d/c=0.129，翼型最大厚度位置为：xd/c=0.15；翼型最大弯度与翼型的弦长之比为：f/c=0.085，翼型最大弯度位置为：xf/c=0.47；其中，c为翼型的弦长，d为翼型的最大厚度，f为翼型的最大弯度，以翼型的上下表面的连接点为坐标原点，以翼型的弦长所在位置为X轴所形成的坐标系中，xd为翼型最大厚度位置的横坐标值，xf为翼型最大弯度位置的横坐标值。
2.根据权利要求1所述的用于变几何海流发电水轮机的翼型，其特征在于，为了使叶片在阻力侧尽可能地贴紧水轮机的轮毂，以减小水轮机的转动阻力，所述翼型的下表面中段以及后缘均采用圆弧的表面，且该表面可根据轮毂的直径进行相应的调整。
3.根据权利要求2所述的用于变几何海流发电水轮机的翼型，其特征在于，为了使叶片在做功侧尽快打开，所述翼型下表面的前缘采用反向圆弧过渡。
4.根据权利要求3所述的用于变几何海流发电水轮机的翼型，其特征在于，为了使叶片运转到阻力侧时，海流冲击在叶片的上表面，可以使得叶片尽快地关闭以减小水轮机的运转阻力，所述翼型的最大弯度位置向轮毂靠近。
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