CN201433854Y - 螺旋形柔性叶片涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种涡轮机转子，尤其涉及一种在流体力的作用下能单向旋转的涡轮机转子。本实用新型的螺旋形柔性叶片涡轮机包括中心主轴、端部挡板、柔性叶片和传动轮，中心主轴垂直贯穿左右两个端部挡板后与传动轮之间通过键连接；两端部挡板之间设有柔性叶片，柔性叶片以螺旋形从一端部挡板外缘扭转至另一端部挡板外缘；传动轮连接发电机。本实用新型的有益效果是结构简单、获能效率高、旋转运动均匀稳定，在潮流能、风能等流向多变流体作用下单向旋转。

Description

螺旋形柔性叶片涡轮机
技术领域
本实用新型涉及一种涡轮机转子，尤其涉及一种在流体力的作用下能单向旋转的涡轮机转子。
背景技术
随着能源危机的出现和环境的日益恶化，绿色清洁能源备受世界各国广泛重视。风能和潮流能成为开发利用可再生能源的焦点，利用风能和潮流能发电是目前开发利用风能和潮流能最有效的形式。由于受风能和潮流能流向多变等自身特点影响，开发利用风能和潮流能的装置大都存在获能效率较低，采用刚性材料制作叶片，叶片加工工艺复杂、做到较大装机容量时安装运输极为不便，同时叶片边缘很薄，旋转时还可能会伤害到鱼类、鸟类等，且存在噪音较大，金属易腐蚀等缺陷，其推广利用面临着巨大的困难。
如2003年5月7日公开的中国专利，公开号为CN1415852A，其公开了一种柔性风叶高效能风车，由于风叶为很薄的钢板制成，所以在工作时不但产生很大的噪音，而且风叶会腐蚀，需要经常更换，增加了成本。
为了适应潮流能、风能流向多变的特点，可采用单向涡轮机，即能够在诸如江河口的潮流、多变的风力等双向往复流动或流向多变流动作用下单向旋转的涡轮机。比较典型的单向涡轮机有Wells涡轮机和Darrieus涡轮机。Wells涡轮机是采用从中心轴向外放射排列的翼形叶片组成的推进型涡轮机，其主要特点在于该涡轮机安装于能够使流体方向同涡轮机旋转轴同向的流道内。叶片从转轴上向外呈放射状安装，在垂直于来流流向的平面内旋转。无论来流方向如何变化，叶片都朝一个方向旋转。Wells转子能够获得很快的转速，叶片外部速度远大于流速，引起很大的噪声。同时有效作用区域局限于叶片尖部，不能有效捕获靠近转轴处的流体可用能量，因此该涡轮机效率非常低。Darrieus提出的Darrieus装置采用直翼型叶片，平行于旋转轴、竖直分布于圆柱面上。由于该转子结构相对简单，得到了许多科学家和工程师的重视，并着手致力于其在水力和风力发电方面的应用。但由于叶片经过流体中高压力区域的加速作用引起强烈的振动从而大大降低了其效率，使得该涡轮机不能得到广泛的应用。
为了提高涡轮机的获能效率常采用叶片变倾角控制系统，但很难找出最佳控制方案，研发成本高，同时变倾角控制系统使得结构更为复杂，大大降低了装置的可靠性。因此急需开发一种具有高效率、结构简单、旋转运动均匀稳定的涡轮机转子。
实用新型内容
本实用新型的技术方案能够克服上述缺陷，提供一种螺旋形柔性叶片涡轮机，其结构简单、加工制作方便、成本低、易维护，可以实现高效率、均匀稳定的能量转换。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：其包括中心主轴、端部挡板、柔性叶片和传动轮，中心主轴垂直贯穿左右两个端部挡板后与传动轮之间通过键连接；两端部挡板之间设有柔性叶片，柔性叶片以螺旋形从一端部挡板外缘扭转至另一端部挡板外缘；传动轮连接发电机。
本实用新型结构简单，采用柔性材料制作柔性螺旋形叶片，可借用不透风和不透液体的高分子薄膜材料、帆布等材料直接剪裁成形，相比于传统刚性叶片需专门设计、特殊工艺加工大为简化，易于维护、保养和更换，特别是当作成较大装机容量涡轮机时柔性螺旋叶片在加工、运输、维护上体现出无可比拟的优势，同时螺旋形柔性叶片具有重量轻、造价低廉、耐腐蚀的独特优点。
采用柔性材料制作成螺旋形柔性叶片，在360°圆周运动中的不同位置，都能够自适应流体而随时改变形状，因柔性材料只能传递拉力，叶片的稳定形态是依潮流或风能的作用力而自然形成的弧形，就像帆船的帆翼一样，充分利用升力效应与阻力效应相互交替变换做功，两种效应所形成的流体动力的合力都会产生与转动方向相同的力矩，因而本实用新型具有较高的获能效率。
两端部挡板之间设有中间支撑板，中心主轴垂直贯穿中间支撑板。在两个端部挡板之间以中心主轴为圆心的同一圆周上均匀设置支撑杆，支撑杆两端分别固定在端部挡板上。支撑杆贯穿中间支撑板。中心主轴与两端部挡板、中间支撑板之间通过法兰连接。这样通过中间支撑板与支撑杆的支撑作用，使整个装置更加牢固、可靠耐用。
两端部挡板之间的柔性叶片具有一定松弛度，且能在流体作用下产生凸凹形变。柔性叶片在两端部挡板外缘圆周上等间距分布，所有柔性叶片宽度相等。柔性叶片以螺旋形从一端部挡板扭转至另一端部挡板外缘，柔性叶片在两端部挡板上分布的均匀性使得涡轮机360°旋转周期内任何时刻保证了迎流叶片面积相等，受力均匀稳定，保证了涡轮机旋转的均匀稳定，同时减少了因为振动与冲击产生的能量损耗。所有柔性叶片扭转方向相同，柔性叶片在两端部挡板之间的扭转角度为100°-140°之间，由于螺旋形柔性叶片朝向一个方向扭转，因此无论什么方向的来流，都会产生同向力矩，因此螺旋形柔性叶片涡轮机的旋转方向仅与叶片的扭转方向相关，而与潮流或风能来流方向无关，从而实现了在流向多变水流、风力作用下的单向旋转。
螺旋形柔性叶片涡轮机通过轴承固定在固定支架上。
本实用新型的有益效果是结构简单、获能效率高、旋转运动均匀稳定，在潮流能、风能等流向多变流体作用下单向旋转。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本装置作具体说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本实用新型实施例结构示意图。
图中1.两端挡板，2.法兰盘，3.中心主轴，4.中间挡板，5.支撑杆，6.螺旋形柔性叶片，7.传动轮，8.固定支架，9.电机。
具体实施方式
螺旋形柔性叶片涡轮机包括两端部挡板1、法兰2、中心主轴3、中间挡板4、支撑杆5、柔性叶片6和传动轮7，中心主轴3与两端部挡板1、中间支撑板4之间通过法兰2连接。在以中心主轴3为圆心的同一圆周上均布三根支撑杆5，支撑杆5垂直贯穿两个端部挡板1和中间支撑板4。柔性叶片6设置在两端部挡板1之间，中心主轴3与传动轮7通过键连接，传动轮7将涡轮机动能传递到发电机9，整个螺旋形柔性叶片涡轮机通过轴承固定在固定支架8上。
三个等宽度的螺旋形柔性叶片6为高分子薄膜材料、帆布等材料直接剪裁成形，在其中一个端部挡板1外缘圆周上等间距分布，以螺旋形扭转120°至另一端部挡板1外缘，自然形成一个具有一定松弛度的兜形结构。在潮流或风能的作用力自然形成弧形，就像帆船的帆翼一样，充分利用升力效应与阻力效应相互交替变换做功，具有较高的获能效率，其合力会产生与转动方向相同的力矩，无论何种方向来流都保证了螺旋形柔性叶片涡轮机的单向旋转。

Claims (9)

1.一种螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于包括中心主轴、端部挡板、柔性叶片和传动轮，中心主轴垂直贯穿左右两个端部挡板后与传动轮之间通过键连接；两端部挡板之间设有柔性叶片，柔性叶片以螺旋形从一端部挡板外缘扭转至另一端部挡板外缘；传动轮连接发电机。
2.根据权利要求1所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于两端部挡板之间设有中间支撑板，中心主轴垂直贯穿中间支撑板。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于在两个端部挡板之间以中心主轴为圆心的同一圆周上均匀设置支撑杆，支撑杆两端分别固定在端部挡板上。
4.根据权利要求3所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于支撑杆贯穿中间支撑板。
5.根据权利要求2所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于中心主轴与两端部挡板、中间支撑板之间通过法兰连接。
6.根据权利要求1所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于柔性叶片在两端部挡板外缘圆周上等间距分布，所有的柔性叶片宽度相等。
7.根据权利要求6所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于所有柔性叶片扭转方向相同，柔性叶片在两端部挡板之间的扭转角度为100°-140°之间。
8.根据权利要求7所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于两端部挡板之间的柔性叶片具有一定松弛度，且能在流体作用下产生凸凹形变。
9.根据权利要求1所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于螺旋形柔性叶片涡轮机通过轴承固定在固定支架上。
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