CN114738161A - 一种自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片。该叶片包括具有空腔的叶片本体，所述叶片本体一端的吸力面上开设有抽吸孔，所述叶片本体另一端开设有出水槽，所述抽吸孔与空腔连通，所述空腔与出水槽连通。本技术方案中，现有的水平轴潮流能水轮机叶片运行时，吸力面出现流动分离而形成脱落涡，其升阻比会明显下降，水能利用效率降低，本发明是在叶片吸力面安置与空腔连通的抽吸小孔，空腔内水利用旋转离心力从出水槽排出，实现自动抽吸，延缓分离涡的产生，提高叶片的转矩和升阻比，即提高水能利用效率。
Description
技术领域
本申请涉及水利工程水电站的技术领域，尤其涉及一种自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片。
背景技术
叶片在运行中的流动分离现象在低雷诺数条件下发生频繁，对于升阻比、效率和稳定性产生严重影响。在边界层进行抽吸增效可以有效地抑制流动分离，也成为近几十年来所研究的被认为的最有效方法之一。抽吸增效起初是一种为抑制空气流动分离，提高飞机的空气动力学性能而发明的一种控制方法。已有大量的实验研究和数值模拟证明抽吸控制在翼型上的吸力分布的有效性，不仅可以抑制流动分离，而且可以抑制动态失速，并且可以提高升力系数，降低阻力系数。
相关技术中，抽吸增效在抑制流动分离的过程中依靠外在主动的抽吸装置，当叶片的抽吸区域较大时，抽吸需求量增加，促使抽吸控制的能量消耗也增加。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片，不仅能在出力过程中抑制流动分离，而且能提高升阻比和转矩，从而增强水轮机运行稳定性和水能利用效率。
本申请提供一种自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片，包括具有空腔的叶片本体，所述叶片本体一端的吸力面上开设有抽吸孔，所述叶片本体另一端开设有出水槽，所述抽吸孔与空腔连通，所述空腔与出水槽连通。
可选地，所述抽吸孔直径大体为0.02倍的弦长，相邻抽吸孔的间距为2倍的抽吸孔直径。
可选地，所述抽吸孔的抽吸区域位于所述吸力面0.3倍弦长的位置。
可选地，所述抽吸孔的延伸方向与翼型弦线成135°交角。
可选地，所述出水槽设置在所述叶片本体的叶尖的径向截面翼型后缘处。
可选地，所述出水槽在所述叶片本体的叶尖截面后缘的出口长度为该截面弦长的0.2倍。
可选地，所述出水槽的出口方向与叶尖处水流方向平行。
以上提供自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片，一方面利用水流的离心力自动产生抽吸效应；第二方面，在叶片本体的吸力面流动分离点附近布置抽吸孔，且开孔方向与翼型弦线成135°交角，有助于水流进入抽吸孔且抑制抽吸孔内水倒流。第三方面，叶尖设出水槽，其出口方向与叶尖处水流方向平行，减少水流出受到的抑制作用，使出水槽附近压力降低，在空腔内形成压力差，提高抽吸孔的抽吸效果。相比于相关技术的水轮机叶片，在工作过程中改善水力性能，提高升阻比，提高转矩，即提高水能利用效率。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为根据本申请实施例的水轮机叶片的俯视图。
图2为根据本申请实施例的水轮机叶片的轴测图。
图3为根据本申请实施例的水轮机叶片的横剖面图。
图4为根据本申请实施例的水轮机叶片尾部出水槽的剖面图。
图5为根据本申请实施例的水轮机叶片的纵剖面图。
图6为图5的A处的局部放大图。
其中，图中元件标识如下：
10-叶片本体；20-抽吸孔；30-空腔；40-出水槽。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
在介绍本申请的技术方案之前，有必要阐述下本申请的发明创造的创立背景。
已为普遍存在的是，相关技术中，抽吸增效在抑制流动分离的过程中依靠外在主动的抽吸装置，当叶片的抽吸区域较大时，抽吸需求量增加，促使抽吸控制的能量消耗也增加。
基于上述发明人意识上述难题，本发明人一种自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片，包括具有空腔30的叶片本体10，上述叶片本体10一端的吸力面上开设有抽吸孔20，上述叶片本体10另一端开设有出水槽40，上述抽吸孔20与空腔30连通，上述空腔30与出水槽40连通。叶片本体10在旋转过程中，表面的边界层流动多为层流，抗逆压梯度能力差，容易产生流动分离而形成分离涡，导致升阻比和效率降低。叶片在工作过程中，水流从叶片吸力面的抽吸小孔进入，然后从空腔30尾部连通的出水槽40流出。该方法可有效的延缓分离涡的产生，降低阻力，提高升力和转矩，即提高水能利用效率。由此，创立了本发明创造。
参考图1-图3，本申请实施例自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片，包括具有空腔30的叶片本体10，上述叶片本体10一端的吸力面上开设有抽吸孔20，上述叶片本体10另一端开设有出水槽40，上述抽吸孔20与空腔30连通，上述空腔30与出水槽40连通。
自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片，通过组装成一台水轮机。叶片在工作过程中，水流从叶片吸力面的抽吸孔20进入，然后从空腔30尾部连通的出水槽40流出。该方法可有效的延缓分离涡的产生，降低阻力，提高升力和转矩，即提高水能利用效率。
此处，叶片本体10的具体构造，可采用如所属领域技术人员所熟知形式。作为一种示范实现方式，叶片本体10为直径400mm的3叶转子，并设定了17个叶片截面来控制叶片型线。截面主要由15个NACA63-418翼型和2个椭圆截面构成，翼型中最长的弦长为59.86mm，最短的弦长为24.33mm。
叶片本体10的空腔30由诸如15个翼型截面或者其它数量来控制空腔30型线，由对应位置的叶片截面的0.8倍缩放得到，并在空腔30靠近根本位置用垂直于转子平面切除部分空腔30体积。
抽吸孔20的数量可以是多个。抽吸孔20布置在叶片的吸力面，且开孔方向与翼型弦线成135°交角。
应当注意的是，本申请水平轴潮流能水轮机叶片在稳态运行工况下，为了提高在叶片吸力面抽吸抽吸孔20的作用，将开孔方向与翼型弦线成135°交角，有助于水流进入抽吸孔20且抑制抽吸孔20内水倒流。
此处，术语“吸力面”是指用来形成负压的翼型的表面部分；与“吸力面”对应的是正压面，是指用来形成正压的翼型的表面部分。
参考图5和图6，叶尖设出水槽40，其出口方向与叶尖处的水流方向平行。
这样，本申请水平轴潮流能水轮机叶片在稳态运行工况下，将抽吸孔20布置在叶片靠近根部的位置，水流从抽吸抽吸孔20流入空腔30，空腔30内水从叶片根部流向叶尖，最后从叶尖的出水槽40流出。
参考图4，本申请水平轴潮流能水轮机叶片在稳态运行工况下，叶尖出水槽40的出口长度为该截面翼型弦长的0.2倍，出口高度约为该截面翼型弦长的0.04倍，出口方向与叶尖处水流方向平行，减少水流出受到的抑制作用，使出水槽40附近压力降低，在空腔30内形成压力差，提高抽吸孔20的抽吸效果。
在本申请实施例中，上述的水轮机叶片相比于现有的常规水轮机叶片，在工作过程中改善水力性能，提高升阻比，提高转矩，即提高水能利用效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种自动抽吸增效的水平轴潮流能水轮机叶片，其特征在于，包括具有空腔的叶片本体，所述叶片本体一端的吸力面上开设有抽吸孔，所述叶片本体另一端开设有出水槽，所述抽吸孔与空腔连通，所述空腔与出水槽连通。
2.根据权利要求1所述水平轴潮流能水轮机叶片，其特征在于，所述抽吸孔直径大体为0.02倍的弦长，相邻抽吸孔的间距为2倍的抽吸孔直径。
3.根据权利要求1所述水平轴潮流能水轮机叶片，其特征在于，所述抽吸孔的抽吸区域位于所述吸力面0.3倍弦长的位置。
4.根据权利要求1所述水平轴潮流能水轮机叶片，其特征在于，所述抽吸孔沿线性排布，并且排布方向与翼型弦线成135°交角。
5.根据权利要求1所述水平轴潮流能水轮机叶片，其特征在于，所述出水槽设置在所述叶片本体的叶尖的径向截面翼型后缘处。
6.根据权利要求1所述水平轴潮流能水轮机叶片，其特征在于，所述水槽在所述叶片本体的叶尖截面后缘的出口长度为该截面弦长的0.2倍。
7.根据权利要求1所述水平轴潮流能水轮机叶片，其特征在于，所述出水槽的出口方向与叶尖处水流方向平行。
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