CN105247207A - 涡轮叶片 - Google Patents

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宋汉军
N·布里特尔斯维克
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Abstract

一种能源生产旋转组件包括具有翼型横截面的叶片，其中，所述翼型横截面具有不对称的翼型尺寸。

Description

涡轮叶片
技术领域
本发明涉及涡轮发电领域中的叶片的外形。
背景技术
传统的涡轮叶片联接到能源生产旋转组件，其中，能源生产旋转组件可以是涡轮转子，当移动流体(流体可包括液体和/或气体)与叶片的形状相互作用时，形成用于旋转发电机的扭矩。叶片的独特形状将决定产生多大扭矩，因而决定可从移动流体中提取多大能量。旋转轴线的取向也将影响移动流体将如何与叶片相互作用。可针对特定应用和包括空气和水的流体类型来优化叶片形状。
涡轮转子(特别地，垂直轴线风力涡轮机(VAWT))的普及由于在没有外力帮助的情况下难于启动并且VAWT容易动态失速而受阻。每当一个或更多个叶片经历动态失速状况时，VAWT发电的能力降低。因此，期望避免动态失速状况或至少将动态失速状况减至最少。转子叶片经历的VAWT动态失速状况是动态的，因为叶片可转入和转出在叶片绕着其垂直旋转轴线旋转时经历动态失速状况所在的区域。当转子叶片绕着垂直旋转轴线旋转时转子叶片经历动态失速状况所在的区域被称为“动态失速区域”。
US201110236181A1公开了垂直轴线风力涡轮机包括上下转子叶片和上下轴承组件。水平构件将上转子叶片连接到上轴承组件，并且下叶片将上转子叶片连接到下轴承组件。上转子叶片可垂直地或非垂直地布置。在非垂直布置中，上转子叶片可以是扭曲的或以笔直方式向后倾斜的。涡轮机可以是自支承的，需要连接轴承组件的连续垂直轴。扫掠射流激励器被装在转子叶片中，用于将震荡的空气射流传递到转子叶片表面，以延迟动态失速的发生。叶片中的管道可将承压的空气流传递到激励器。涡轮机可由能仅仅对叶片组件施加水平力和/或升力的结构支承，以减小下轴承上的负荷。
Mobley，Benedict(2013)的“FundamentalUnderstandingofthePhysicsofSmall-ScaleVerticalAxisWindTurbinewithDynamicBladePitching：AnExperimentalandComputationalApproach，54thAIAA/ASME/ASCE/AHS/ASCStructures，StructuralDynamicsandMaterialsConference(对具有动态叶片俯仰的小型垂直轴线风力涡轮机的物理现象的基础理解：实验和计算方法，第54届AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC结构、结构力学和材料会议)，2013年4月8-11日，马塞诸瑟州波士顿市，2013-1553。本论文公开了为了研究利用动态叶片俯仰的小型(VAWT)的性能而进行的系统性实验和计算(CFD)研究。CFD分析表明，叶片在圆形轨迹的前半部中提取了所有电力，但在后半部中的损失了功率。这种现象的一个关键原因是因弯曲部如何喷射而引起的大有效弯度和倾角，大有效弯度和倾角略微增强了前半部中的功率提取，但增加了后半部中的功率损失。已发现，由于因大迎角和高反弯度造成的后半部中的大量叶片失速，导致被研究的固定俯仰的涡轮机还表现出比可变俯仰的涡轮机低的效率。涡轮机的最大可实现功率系数(CP)随着雷诺数变高而增大。然而，不管操作雷诺数如何，基础的流动物理现象保持相对相同。
US20111028078A1公开了一种VAWT，该VAWT包括可绕着纵轴线旋转的轴和与轴机械联接的多个大体刚性的叶片，这多个叶片中的每个包括具有上下端的细长主体，其中，各叶片的上端和下端绕着纵轴线彼此旋转偏离，使得每个叶片具有螺旋状形式，垂直于纵轴线截取的各叶片的细长主体的剖面被成形为具有前缘、后缘和在前缘和后缘之间限定的弧线的翼型，其特征在于，该翼型被精确成形，使得弧线沿着具有有限曲率半径的恒定曲线。
US2009129928A1涉及一种涡轮机，该涡轮机包括当暴露于流体流时在单个方向上旋转的多个叶片，其中，这多个叶片通过与中轴大体垂直设置的多个径向辐条与中轴接合，以致旋转的多个叶片致使轴旋转。这多个叶片具有均一的翼型横截面，其中，翼型横截面表现出相对于涌流的非零迎角。这多个叶片以螺旋轨迹蜿蜒，绕着中轴旋转并且具有沿着中轴长度的可变半径，使得测得的从多个叶片到中轴的距离在靠近涡轮机的中心比在任一端部更大。
AndrzeiFiedler，Stephen，Tulles(2009)的“BladeOffsetandPitchEffectonHighSolidityVerticalAxisWindTurbine(叶片偏置和俯仰对高实度的垂直轴线风力涡轮机的影响)”(WindEngineering(《风力工程》)，2009年第3期第33卷，第237-246页)公开了一种高实度的、小型(2.5米的直径，3米的高度)VAWT(该VAWT由三个NACA0015翼型叶片组成，每个叶片的跨度为3米且弦长是0.4米)在户外风洞设施中测试，以研究预设的内束和外弦涡轮叶片俯仰的影响。还研究叶片安装点偏置的影响。针对一定范围的叶尖速比得到这些测试的结果，将这些结果与标称风速10米/秒时得到的广泛基础数据集合进行比较。结果表明，相对于零预设俯仰的情况，对于内束而言测得的性能降低高达47％，而对于外弦而言测得的性能增加高达29％。另外，叶片安装点偏置测试表明，由于固有的内束状况，导致当安装位置从中弦向着前缘移动时性能降低。观测结果表明，在外弦预设俯仰的情况下，通过补偿，可使因叶片安装偏置造成的这些性能降低的程度最小。预设叶片俯仰测试的趋势与见于关于实度低得多的涡轮机的文献中的趋势一致。
本发明的目的是提供一种涡轮翼型，其解决了上述问题中的至少一些，产生相比于已知的涡轮翼型更有效且可接受的设计和性能。
定义
在提供一定范围的值的情况下，要理解，在该范围的上限和下限之间的各居间值(达下限单位的十分之一，除非上下文另外清楚指明)和在该所述范围内的任何其它所述值或居间值被包含在本发明内。可独立地包括在这些较小范围内的较小范围的上限和下限也被包含在本发明内，经受所述范围内任何特别排除的极限。在所述范围包括极限中的一者或二者的情况下，排除了被包括的这些极限中的任一者或二者的范围也被包括在本发明中。
除非另外定义，否则本文中使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员一般理解的含义相同的含义。尽管在实践或测试本发明时还可使用与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料，但现在描述优选的方法和材料。
必须注意，如本文中使用并且在随附的权利要求书中，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另外清楚指明。
如本文中定义的，“NACA”是美国国家航空咨询委员会。
如本文中定义的，NACAXWYY是分派给翼型的四位数字值。在发明内容中并且如在图13中进一步详细描绘的，第一位数字描述作为弦的百分数的最大弯度，翼型的顶表面和底表面之间的不对称度。第二位数字描述是以弦的百分之几十表示的最大弯度与翼型前缘的距离。后两位数字描述作为弦的百分数的翼型的最大厚度。例如，NACA8412翼型具有在与弦的前缘相距40％(0.4弦)处8％的最大弯度，具有12％的最大厚度。
发明内容
本文中提供了能够实现发电机所需的高速度的能源生产旋转组件或涡轮转子的翼型叶片外形和叶片构造。
能源生产旋转组件或涡轮转子包括翼型叶片。叶片可沿着垂直于水平平面的垂直线螺旋上升，以旋转地偏置叶片的顶端和底端。所述垂直线和所述叶片的一系列翼型横截面的前缘和后缘的弦中点之间的距离可以是相同的或者可以是变化的(例如，在5cm至1000cm之间变化)。
能源生产旋转组件或涡轮转子还可包括涡轮叶片和连接臂。连接臂可包括或可不包括翼型外形和转子轴。所述连接臂的两端可分别与所述叶片和转子轴连接。通过被连接臂固定，叶片可沿着垂直于水平平面的垂直线螺旋上升，以旋转地偏置叶片的顶端和底端，所述垂直线和所述叶片的一系列翼型横截面的前缘和后缘的弦中点之间的距离是相同的。与同一平面内的所述垂直线和所述弦中点的相交的线可与所述弦形成设定的角度，其中，第一线和第二线可形成设定的角度，所述第一线可以是一条与所述垂直线和所述叶片的最顶部翼型横截面处的弦中点相交的线，所述第二线可以是一条与所述垂直线和所述叶片的最底部翼型横截面处的弦中点相交的线。
优选地，所述能源生产旋转组件或涡轮转子可装配有一个或更多个叶片并且所述一个或更多个叶片的垂直投影可形成封闭的圆形。更优选地，所述能源生产旋转组件或涡轮转子可装配有三个叶片，所述三个叶片的垂直投影可形成封闭的圆形。
在特定实施方式中，能源生产旋转组件是垂直轴线风力涡轮机(VAWT)。优选地，所述能源生产旋转组件或涡轮转子可装配有一个或更多个叶片并且所述一个或更多个叶片的垂直投影可形成非封闭的圆形。更优选地，所述能源生产旋转组件或涡轮转子可装配有三个叶片，并且所述三个叶片的垂直投影可形成非封闭的圆形。
所述翼型横截面的弦中点到所述垂直线之间的距离可以与所述连接臂的长度相同。所述垂直线可与所述转子轴的轴线重叠，所述转子轴的长度可小于或等于所述叶片中的最顶部翼型横截面到最底部翼型剖面圆形之间的垂直距离。
在替代实施方式中，所述转子轴的长度可大于或等于所述叶片中的最顶部翼型横截面到最底部翼型剖面圆形之间的垂直距离。
所述翼型横截面的弦中点到所述垂直线之间的距离可以与所述连接臂翼型的长度相同。所述垂直线可与所述转子轴的轴线重叠，所述转子轴的长度可小于或等于所述叶片中的最顶部翼型横截面到最底部翼型剖面圆形之间的垂直距离。
与同一平面内的所述垂直线和所述弦的中点的相交的所述线可与所述弦形成大约30°至大约150°之间的角度，其中，第一线和第二线可形成大约50°至大约200°的角度。
优选地，与同一平面内的所述垂直线和所述弦的中点相交的所述线可与所述弦形成大约70°至大约110°之间的角度，其中，第一线和第二线可形成大约80°至大约150°的角度。
更优选地，与同一平面内的所述垂直线和所述弦的中点相交的所述线可与所述弦形成96°±5°的角度，其中，第一线和第二线可形成大约120°的角度。
更优选地，与同一平面内的所述垂直线和所述弦的中点相交的所述线可与所述弦形成96°±1°的角度，其中，第一线和第二线可形成大约120°的角度。
优选地，所述垂直线与所述转子轴的轴线重叠。
所述翼型叶片外形可包括在图13中进一步定义的翼型尺寸NACAXWYY，其中，X大于0并且YY在6至24之间，包括6和24。优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACAX418，其中，X在1至6之间，包括1和6。优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACAX418，其中，X在1至4之间，包括1和4。更优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACAX418，其中，X在1至3之间，包括1和3。甚至更优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACAX418，其中，X是2。优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACA2W18，其中，W在1至8之间，包括1和8。更优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACA2W18，其中，W在2至8之间，包括2和8。甚至更优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACA2W18，其中，W是4。优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACA24YY，其中，YY在6至30之间，包括6和30。更优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACA24YY，其中，YY在10至20之间，包括10和20。甚至更优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACA24YY，其中，YY在16至19之间，包括16和19。甚至更优选地，所述翼型叶片外形可包括翼型尺寸NACA24YY，其中，YY是18。
所述翼型叶片可包括具有高升阻比的反对称翼型。所述翼型叶片可包括具有高升阻比和螺旋叶片构造的反对称翼型。本发明的实施方式可具有大翼弦长度/涡轮机半径比。本发明的实施方式可具有大约5cm至大约500cm之间的翼弦长度。优选地，所述翼弦长度可包括大约20cm至大约300cm之间的弦长度。更优选地，所述翼弦长度可包括大约22.5cm至大约200cm之间的弦长度。甚至更优选地，所述翼弦长度可包括大约22.5cm至大约150cm之间的弦长度。甚至更优选地，所述翼弦长度可包括大约22.5cm至大约100cm之间的弦长度。甚至更优选地，所述翼弦长度可包括大约22.5cm至大约75cm之间的弦长度。优选地，所述翼弦长度可包括大约75cm至大约150cm之间的弦长度。更优选地，所述翼弦长度可包括大约75cm至大约100cm之间的弦长度。甚至优选地，所述翼弦长度可包括大约75cm的弦长度。所述翼型叶片可具有大约10cm至大约5000cm之间的高度。优选地，所述翼型叶片可具有大约100cm至大约1000cm之间的高度。更优选地，所述翼型叶片可具有大约300cm至大约800cm之间的高度。甚至更优选地，所述翼型叶片可具有大约500cm至大约700cm之间的高度。甚至更优选地，所述翼型叶片可具有大约520cm的高度。本发明的实施方式可具有大约5cm至大约3200cm之间的能源生产旋转组件或涡轮半径。优选地，本发明可具有大约30cm至大约1000cm之间的能源生产旋转组件或涡轮半径。优选地，本发明可具有大约50cm至大约800cm之间的能源生产旋转组件或涡轮半径。更优选地，本发明可具有大约160cm的能源生产旋转组件或涡轮半径。
能源生产旋转组件或涡轮转子和翼型叶片横截面的叶片可具有高螺旋涡轮实度。此外，能源生产旋转组件或涡轮转子和叶片可具有通过NACA2418表征的高螺旋涡轮实度和翼型叶片横截面或具有升阻比的不对称翼型。高螺旋涡轮实度对旋转前侧提供增大的流动效果，使得它们大大胜过旋转后侧的负面效应。此外，所述高螺旋涡轮实度叶片的所述翼型叶片横截面可具有最佳弯度，将对旋转后侧的负面效应减至最少。
所述能源生产旋转组件或涡轮转子和叶片可具有大于0.3的螺旋涡轮实度(solidity)，其中，使用以下等式计算螺旋涡轮实度：
σ＝NcD
σ-实度
N-叶片数量
c-弦长度
D-直径
优选地，所述能源生产旋转组件或涡轮转子和叶片可具有大约0.3至大约1.2之间的螺旋涡轮实度。更优选地，所述能源生产旋转组件或涡轮转子和叶片可具有大约0.4至大约0.9之间的实度。甚至更优选地，所述能源生产旋转组件或涡轮转子和叶片可具有大于0.7的实度。最优选地，所述能源生产旋转组件或涡轮转子和叶片可具有大约0.7的实度。
翼型叶片可包括持久的固有迎角。迎角是相对于与弦长度中点正切和相交并且在水平平面上出现的线的角度。优选的，迎角可在0度至大约180度之间。更优选地，迎角可在0度至大约30度之间。甚至更优选地，迎角可在0度至大约10度之间。甚至更优选的，所以迎角可以是大约6度。
在具体的实施方式中，翼型横截面具有大约5cm至大约500cm之间的翼弦长度并且所述叶片具有大约10cm至大约5000cm之间的高度并且所述能源生产旋转组件具有大约5cm至大约3200cm之间的半径并且所述能源生产旋转组件具有大于0.3的螺旋涡轮实度。
在更具体的实施方式中，翼型横截面具有大约75cm的翼弦长度并且所述叶片具有大约520cm的高度并且所述能源生产旋转组件具有大约160cm的半径并且所述能源生产旋转组件具有0.7的螺旋涡轮实度。
在甚至更具体的实施方式中，翼型横截面具有大约75cm的翼弦长度并且所述叶片具有大约520cm的高度并且所述能源生产旋转组件具有大约50cm至大约800cm之间的半径并且所述能源生产旋转组件具有大约0.7的螺旋涡轮实度并且所述叶片具有大约6度的迎角。
螺旋叶片可形成相对于中间转子轴的外凹形和/或凸形表面。优选地，所述叶片形成相对于中间转子轴的外凸形表面。
叶片可包括例如纤维玻璃和/或碳纤维和/或环氧树脂和/或高强度玻璃和/或塑料和/或泡沫和/或金属和/或木和/或其混合物。
按照上述的能源生产旋转组件或涡轮转子，能源生产旋转组件或涡轮转子沿着垂直轴线方向连接到具有上述结构的涡轮叶片，叶片从底部螺旋上升，当流体从各个方向到来时将在叶片上的所有空气动力或水力阻力下产生倾斜扭矩，因此，能源生产旋转组件或涡轮转子可在低流体速度下自身启动并且进行旋转。叶片的扭曲结构提供对应于基本上每个角度的表面面积。叶片被设计成来自基本上每个方向的流体可被叶片捕获，从而迫使叶片移动。此外，本发明的叶片设计提供脉冲流体的平衡，因而减少震动。
附图说明
图1是本发明提供的VAWT的能源生产旋转组件或涡轮转子和完整应用的示意图。
图2是本发明的垂直轴线风力涡轮机的示意图。
图3是从上往下看的上连接臂的群组、下连接臂的群组和三个叶片的示意图。
图4是指示本发明提供的风力叶片的上部分圆和下部分圆之间的垂直距离和风力叶片的翼型的示意图。
图5是风力叶片和涉及风力叶片的本发明的示意图。
图6是从侧面看的风力叶片的示意图。
图7是从侧面看的风力叶片的示意图。
图8是围绕涡轮机的垂直旋转轴线位于各种位置的转子叶片的顶视图的示意图；垂直旋转轴线与纸张平面正交。
图9是本发明的涡轮机翼型叶片的一个实施方式的横截面的示意图。
图10描绘来自三个翼型构造的功率输出参数。
图11是NACA2418翼型的示意图。
图12A和图12B描绘NACA2418翼型的预测的和实际的功率输出数据。
图13描绘NACA四位数字序列翼型。图13A描述与所述NACA四位数字序列相关的等式。图13B是所述等式中产生的值的图形表示。
具体实施方式
以下，可为本发明提供结合附图对实施本发明的方式的进一步描述，其中，附图只是用于参考和描述辅助，不一定按比例或者不是准确布局。因此，实施本发明的实际方式可不受附图中指示的比例和布局关系的限制。
本文中提供了涡轮叶片的翼型横截面，其中，所述叶片可沿着垂直于水平平面的垂直线螺旋上升，所述垂直线和所述叶片的一系列翼型横截面的前缘和后缘的弦中点之间的距离可以是相同的。此外，与同一平面内的所述垂直线和所述弦中点的相交的线可与所述弦形成96°±5°的角度，其中，第一线和第二线可形成120°的角度。所述第一线可以是一条与所述垂直线和所述叶片的最顶部翼型横截面处的弦中点相交的线，所述第二线可以是一条与所述垂直线和所述叶片的最底部翼型横截面处的弦中点相交的线。
根据图1、图2、图4和图5，将上述叶片应用于垂直轴线涡轮机的能源生产旋转组件或涡轮转子，转子可包括叶片101和201、连接臂102、202和转子轴103、203，并且连接臂102、202的两端可分别与叶片101、201和转子轴103、203连接。此外，VAWT的完整装置可包括发电机104，其中，具有翼型横截面的叶片101可沿着垂直于水平平面的垂直线螺旋上升。所述垂直线和所述叶片的一系列翼型横截面的前缘405和后缘406的弦中点之间的距离可以是相同的，与同一平面内的所述垂直线和所述弦中点相交的线可与所述弦形成96°±5°的角度508，其中，第一线和第二线可形成120°的角度510。所述第一线可以是一条与所述垂直线和所述叶片的最顶部翼型横截面处的弦中点相交的线，所述第二线可以是一条与所述垂直线和所述叶片的最底部翼型横截面处的弦中点相交的线。
在叶片的制造和建造过程期间，翼型横截面的弦中点和垂直线之间的距离经常可被设置成等于连接臂的长度，垂直线可被设置成与轮轴的轴线叠置。这种设立可有效减小叶片在操作期间的阻力。优选地，可以为能源生产旋转组件或涡轮转子装配三个叶片(依照图1、图2和图3)，三个叶片的垂直投影可形成封闭圆形307，使得来自各个方向的流体力可由于叶片上的空气动力效应或水力效应而产生较强的倾斜扭矩，可更有效地利用流体功率来用低流体速度增强能源生产旋转组件或涡轮转子的自启动和旋转。
基于例如具有高升阻比的NACA2418翼型或不对称翼型，可用如下方法制造上述叶片。
参照图1、图2、图3、图4和图5，线段L可引自翼型NACA2418或与上述弦形成96°±5°的角度508的具有高升阻比的不对称翼型的前缘和后缘的弦中点。优选地，线段L的长度R509可被设置为能源生产旋转组件或涡轮转子的连接臂102的长度(该长度在这种状况下经常被称为能源生产旋转组件或涡轮转子的半径)。可使垂直线连接所述线段L的端点并且垂直于平面，其中，线段L的端点可以是将与翼型横截面的前缘405和后缘406的弦中点连接的端点。垂直线和翼型横截面的前缘和后缘的弦中点之间的距离可以是R，优选地，垂直线可被设置成与转子轴103的轴线重叠。以垂直线为轴线，翼型叶片101可绕着垂直线以恒定速度螺旋上升。在旋转过程期间，由线段L和前缘405和后缘406之间的弦形成的96°±5°的角度508，以及弦中点和垂直线之间的距离L可保持不变。可在水平旋转120°的角度510之后形成叶片101、201、301。垂直旋转高度(即，叶片的最顶部横截面和底部剖面圆形之间的垂直距离)可以参见图1、图2和图3，该垂直距离可以比转子轴的长度长或者等于转子轴的长度。
参照图4、图6和图7，VAWT的依照上述方法形成的、具有上述结构的叶片401、601、701和与采用了上述结构的涡轮叶片连接的能源生产旋转组件或涡轮转子沿着垂直轴线方向从上到下地形成扭曲结构。叶片上的空气动力或水力效应可在流体从各个方向到来时产生倾斜扭矩，因此，能源生产旋转组件或涡轮转子可在以低风速下自动地启动和旋转。
参照图8，涡轮叶片容易出现动态失速。叶片横截面814位于围绕垂直旋转轴线819的各种可能方位角(0°、90°、180°、270°)815、816、817和818。四个叶片被示出为图示相应四个方位角。任一时间点横贯的剖面将显露任何两个叶片位于垂直轴线819的相对各侧。当叶片横截面814绕着垂直轴线819顺时针旋转时，叶片横截面814经历相对于进入流体820的各种迎角。迎角821是迎面而来的流体和叶片横截面814的弦之间的角度。迎面而来的流体向量是进入的流体速率向量和旋转叶片横截面814的速率的向量和。当迎角小时，空气平稳地流过叶片横截面814的表面并且横截面经历上升，这用于促使叶片绕着垂直轴线819连续旋转。这种上升随迎角增大至使流体在叶片横截面814上开始分离的角度而增加，本发明提供了延长上升阶段822。当流体流开始从叶片横截面分离时，表面上升不再增加，上升可突然下降。因此，存在使叶片经历临界上升的临界迎角。当迎角821继续增大时，叶片尾流中的流体流变得愈发湍急。在迎角超过临界角时，叶片横截面814经历的上升和俯仰移动突然减少并且伴随着大幅度阻力增加，当叶片横截面814失速时，本发明提供了减小的动态失速区域823。每当一个或更多个转子叶片经历失速状况时，涡轮发电的能力降低，俯仰力矩的快速变化对于涡轮会是有害的。因此，期望避免失速状况或者至少使失速状况减至最少。之前，认为失速状况的关键原因是由流弯曲效果引起的大有效弯度813和倾角，这略微增强了前半部811中的功率提取，但大大增加了后半部812中的功率损失。有效弯度是经历相对于进入流体流的恒变迎角的翼型的空气动力或水力特性的效果，与线性流体流中的翼栅的弯度效果类似。然而，本发明提供了具有大有效弯度813的减小的动态失速区域823。
参照图9，本发明的一个实施方式是具有前缘924、后缘925和弦线926的不对称翼型931，本发明可具有非线性中弧线(meancamberline)927。中弧线可以是正的并且被表征为位于弦线926上方，从而提供翼型的前半部和后半部中的改进性能。厚度928沿着翼型的长度是可变的并且可通过NACA4系列翼型等式来表征本发明。上表面929通常与较高流动速率和较小静压关联。可通过整体弧长大于下表面的弯曲表面来表征本发明的上表面929，并且本发明的上表面929可具有沿着从前缘到后缘的路径的斜率的一次正负变化。下表面930具有比上表面相对更高的静压和更小的流动速率。这两个表面之间的压力梯度促成了对于给定翼型产生的升力。可通过整体弧长小于上表面的弯曲表面来表征本发明的下表面930。可用下表面930上可出现一次或更多次的斜率变化来表征本发明。
图10描绘与小型原型VAWT的三个翼型构造的功率输出参数相关的数据。本发明的优选实施方式即翼型NACA2418表现与其它已知翼型相比有所改进的功率输出参数。
在图11中描绘本发明的优选实施方式即翼型NACA2418，其中，变量c代表弦长度并且通过使用y/c和x/c以无量纲形式示出翼型，以得到限定翼型的无量纲坐标。通过将无量纲坐标乘以弦长度c，将提供原尺寸翼型的尺寸。
图12A和图12B描绘本发明的一个实施方式，其中示出与结合垂直轴线风力涡轮机的NACA2418翼型叶片的功率输出参数相关的预测(线)和实际数据(点)。实际数据表明在8米/秒至10米/秒的一定范围的风速下显著改进的效率和整体功率输出。
上述实施方式只是本发明的优选实施方式，然而，由于本领域的技术人员可按各种形式对本发明进行结构上的修改，同时其功用保持不变，所以本发明的保护范围可以权利要求书规定的保护范围为准。
在整个本说明书中引用各种参考文献，这些文献中的每个的全部内容以引用方式被并入本文中。

Claims (19)

1.一种能源生产旋转组件，该能源生产旋转组件包括具有翼型横截面的叶片，其中，所述翼型横截面具有不对称翼型尺寸NACAXWYY，其中，X大于0，W大于0，并且YY在6至30之间，包括6和30。
2.根据权利要求1所述的能源生产旋转组件，所述能源生产旋转组件包括具有翼型横截面的叶片，其中，所述翼型横截面具有不对称翼型尺寸NACAXWYY，其中，X大于0，W大于0，并且YY是18。
3.根据权利要求1所述的能源生产旋转组件，所述能源生产旋转组件包括具有翼型横截面的叶片，其中，所述翼型横截面具有不对称翼型尺寸NACAXWYY，其中，X是2，W是4，并且YY在6至30之间。
4.根据权利要求1所述的能源生产旋转组件，所述能源生产旋转组件包括具有翼型横截面的叶片，其中，所述翼型横截面具有翼型尺寸NACA2418。
5.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述能源生产旋转组件是涡轮机。
6.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述能源生产旋转组件是垂直轴线风力涡轮机。
7.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述翼型横截面具有大约5cm至大约500cm之间的翼弦长度。
8.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述翼型横截面具有大约75cm的翼弦长度。
9.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述叶片具有大约10cm至大约5000cm之间的高度。
10.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述叶片具有大约520cm的高度。
11.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述能源生产旋转组件具有大约5cm和大约3200cm之间的半径。
12.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述能源生产旋转组件具有大约160cm的半径。
13.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述能源生产旋转组件具有大于大约0.3的螺旋涡轮实度。
14.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述能源生产旋转组件具有大约0.3至大约1.2之间的螺旋涡轮实度。
15.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述能源生产旋转组件具有大约0.7的螺旋涡轮实度。
16.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述翼型横截面具有大约5cm至大约500cm之间的翼弦长度，所述叶片具有大约10cm至大约5000cm之间的高度，所述能源生产旋转组件具有大约5cm至大约3200cm之间的半径，并且所述能源生产旋转组件具有大于0.3的螺旋涡轮实度。
17.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述翼型横截面具有大约75cm的翼弦长度，所述叶片具有大约520cm的高度，所述能源生产旋转组件具有大约160cm的半径，并且所述能源生产旋转组件具有0.7的螺旋涡轮实度。
18.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述翼型横截面具有大约75cm的翼弦长度，所述叶片具有大约520cm的高度，所述能源生产旋转组件具有大约50cm至大约800cm之间的半径，所述能源生产旋转组件具有大约0.7的螺旋涡轮实度，并且所述叶片具有大约6度的迎角。
19.根据权利要求1、2、3和4中任一项所述的能源生产旋转组件，其中，所述能源生产旋转组件具有三个叶片并且所述三个叶片的垂直投影形成封闭的圆形。
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