KR20100123856A - 웰즈 터빈용 로터 날 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선두 에지(edge)에서 기인하는 하강형(drop-shaped) 대칭 프로파일(profile)의 복수의 로터 날을 갖는 허브(hub);
상기 로터 날은 웰즈 터빈의 회전면 상의 경로가 적어도 로터 날의 방사상 연장부에서 상기 각각의 로터 날과 연관된 방사상 빔과 관련하여 편차가 생기고, 적어도 하나의 휘어진 영역을 포함하는 실선을 포함하는 웰즈 터빈에 관한 것이다.

Description

웰즈 터빈용 로터 날 구조{Rotor blade design for a Wells turbine}
본 발명은 웰즈 터빈용, 특히 파력 발전장치(wave powerplant)에 사용되는, 로터 날 구조에 관한 것이다.
예컨데, 이점에 대하여 GB 1574379 A를 참조하면 웰즈 터빈이 알려져 있다. 이러한 유형의 터빈은 양방향, 본질적으로 축방향 유입에 대하여 구조되는데, 웰즈 터빈 로터는 회전 방향을 유입방향에 독립적으로 유지시킨다. 로터는 전형적으로 바깥쪽 원주와 방사상으로 바깥으로 향하여 위치한 로터 날을 갖는 허브(hub)를 포함한다. 로터 날은 회전면에 구조 대칭적으로 구조되고, 대개 프로파일(profile)로써 하강형(drop-shaped) 날개(airfoil) 프로파일(profile)이 사용된다. 더욱이, 로터 날은 전형적으로 단단하게 고정된다. 그러나, 조절가능한 각 로터 날을 갖는 설계는 알려져 있는데, 이 경우에서 상기 언급한 중심부의 회전면에 위치한 로터 날의 대칭면으로 또한 알려졌다.
더욱이, US 5191225 A는 파력 발전장치(wave powerplant)를 개시하는데, 두 단계의 웰즈 터빈은 흐름 덕트(duct) 안에서 받아지고, 양방향 기류에 의해 구동된다. 이러한 구조의 파력 발전장치(wave powerplant)에서, 에너지는 진동하는 물기둥으로부터 얻는다. 이러한 목적으로, 파도 챔버(wave chamber)가 제공되고, 파도 챔버(wave chamber)는 물 높이 아래에 위치한 유입구를 갖는다. 만일 파도가 파도 챔버(wave chamber) 바깥쪽 벽에 부딪혀 부서지면, 바닷물의 흐름은 챔버(chamber) 내부로 발생하고, 챔버(chamber) 안의 물 높이는 올라간다. 썰물의 경우에는 물 높이가 이에 따라서 떨어지고, 파도 챔버(wave chamber) 내의 물기둥의 진동 운동은 대략 파도 주파수에 상응하여 일어난다. 파도 챔버(wave chamber) 내의 물 높이 위에는 기단(air mass)이 에워싸는데, 파도 챔버(wave chamber)는 제한된 통기관에 의해 주위 분위기에 연결된다. 파도 챔버(wave chamber) 내의 물 기둥의 진동 운동에 따라서, 파도 챔버(wave chamber) 위 쪽에 위치한 기단(air mass)은 압력 변화가 생길 것이고, 계속해서 변하는, 양방향의 빠른 속도의 기류는 통기관 안으로 압력 보상을 유발하고, 이것은 전기 에너지를 얻기 위해 사용될 수 있다.
웰즈 터빈(Wells turbine)의 로터 날의 가능한 프로파일(profile) 경로는 네자리 NACA 씨리즈(series)로 주어진다. 그리하여, NACA 0012 프로파일(profile)은 코드(chord) 길이에 관계하여 12% 두께를 갖는 프로파일(profile) 윤곽을 나타낸다. 프로파일(profile) 코드(chord)와 프로파일(profile) 대칭선은 터빈의 회전면에 평행하게 놓인다. 웰즈 터빈의 작동 중에, 각각의 터빈 날의 프로파일(profile)에 대항하여 효과적인 유입 각이 존재하는데, 이것은 주변부(peripheral) 속도와 드라이빙(driving) 기류의 유입 속도의 벡터 합으로 나타난다. 유입각은 전형적으로 작고, 대칭적인 프로파일(profile)은 날개(airfoil)의 견지에서 동작한다. 그리고 공기역학 중심에 관계하는 힘은 웰즈 터빈의 허브(hub)와는 접선 방향으로 부분적인 성분을 갖는데, 이것이 추진력을 위해 사용된다. 이러한 접선 방향에 수직한 추가의 공기역학 힘은 터빈 베어링(bearings)을 통해서 흡수된다.
높은 소음 방출과 좋지 못한 시동 거동의 문제에 더하여, 웰즈 터빈에 대한 난점은 유입 각, 전형적으로 13°부터, 증가에 따라 나타나는데, 흐름 정지가 터빈 날에서 발생할 수 있다. 강력하게 변화하는 기류 때문에, 만일 유입 속도의 급격한 증가가 존재한다면, 그러한 커다란 유입각은 큰 유입 계수에 대해 발생할 수 있고, 웰즈 터빈의 주변부(peripheral) 속도의 증가는 충분히 빠르게 발생하지 않고, 그리고/또는 정격 속도로 이미 동작한다.
본 발명은 작동 범위가 확대되고, 로터 날에서 흐름의 정지가 더 높은 흐름 계수를 향하여 옮겨지기 위해서 웰즈 터빈을 설계하는 목적에 기초한다. 더욱이, 웰즈 터빈은 구조와 제조 및 높은 효율에 있어서 간이함에 의해 구별된다.
본 발명은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 유리한 실시예는 종속항에서 기인한다.
발명자는 방사상 방향에 관계하여 회전면에서의 프로파일(profile) 부분의 실선이 휘어지는 것에 대한 로터 날의 구조가 더 높은 흐름 계수의 경우에는 흐름 정지를 지연하고, 이로 인하여 웰즈 터빈의 작동 범위를 확대한다는 것을 인식했다. 이것은 본질적으로 주변 방향에서 적어도 부분적으로 방사상 빔에 비하여 앞서는 실선을 갖는 구조에 관한 것이다.
방사상 빔에 뒤지는 휘어진 로터 날 구조의 실시예에 대해서, 로터 날의 방사상 연장의 실질적인 부분에 대한 것이 아니라 허브(hub)에 근접한 영역에서의 국지적으로 흐름 분리가 존재하는 것에 대한 작동 범위에 대하여 전반적인 효율은 증가될 수 있다. 이러한 상황은 또한 로터 날의 방사상으로 바깥 영역으로 유입의 속도 증가와 연관되어, 로터 날 구조 때문에 흐름 집중이 따른다. 바깥의 로터 날 영역의 더 긴 레버 아암(lever arm) 때문에, 전반적인 더 높은 파워가 흐름으로부터 취해진다. 더욱이, 본 발명에 따른 로터 날 구조를 사용하는 것은, 특히 적어도 부분적으로 휘어진 실선의 선택의 경우에서, 전형적인 로터 날에서 음향 효과로 인하여 야기되는 손실이 감소된다.
본 발명에 따른 로터 날의 제 1 실시 변형에 대해서, 방사상 빔에 관한 곡률은 적어도 실선의 종방향 연장부에서 존재한다. 적어도 5°의 방사상 빔에 대한 각의 편차가 바람직하다. 또 다른 실시예에 대해서, 낫 모양(sickle-shaped)의 날 구조가 발생하기 위해서 로터 날의 실선의 경로는 휘어진다. 이 경우에 대해서, 방사상 빔에 적어도 5°의 로터 날 팁의 선두 또는 후미는 방사상 빔으로부터 낫 모양(sickle-shaped)의 실선의 최소 편차에 대해 바람직하다.
본 원에 있어서, "방사상 빔" 이라는 용어는 웰즈 터빈의 회전면 안에서 있는 직선으로써 이해되고, 이것은 웰즈 터빈의 회전축으로부터 시작되고, 할당된 로터 날의 베이스(base)를 통해서 방사상으로 놓인다. 베이스(base)는 지지구조, 전형적으로 웰즈 터빈의 허브(hub)와 함께 실선의 교차점으로써 확립된다.
실선의 개념은 본원에 있어서, 프로파일(profile) 부분의 특징적인 점의 연결 선을 통하여 생기도록 정의된다. 이것은 프로파일(profile) 부분의 중앙선 또는 미리 정의된 프로파일(profile) 깊이, 예를 들면 프로파일(profile) 깊이의 4분의 1, 에 대한 캠버(camber)선 위의 점과 캠버(camber)선의 교차점이 될 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 특징적인 점은 각각의 프로파일(profile) 부분에 대한 공기역학 힘의 교차점이다. 실선을 확립하는 특별한 경우에서 독립적으로 선택되는데, 본 발명에 따른 로터 날 구조에 대해서 방사상 빔의 경로에 대한 편차는 곡률로 인하여 회전면에 존재한다는 것은 사실이다.
본 발명에 따른 로터 날의 구조에 대한 흐름 안정에 더하여 나타나는 더 좋은 잇점은 감소된 소음 방출에서 볼 수 있다. 특히, 낫 모양(sickle-shaped)의 로터 날의 구조는 감소된 소음 유발에 의해 구별된다. 보다 나은 음향 개선은 주변 방향에서 대칭 깨짐(symmetry breaking)에 의해 야기될 수 있다. 본 발명에 따른 구조에 대해서, 예를 들면, 방사상 빔으로부터 실선의 반지름에 의존하는 편차의 변화는 연속적인 로터 날에 대해서 선택될 수 있다. 더욱이, 방사상 빔에 대해서 실선의 곡률은 웰즈 터빈의 더 넓은 회전 각 범위에 대한 고정된 흐름 장애, 스트럿(struts) 또는 배플(baffle)과 같은, 를 가로지르기 위해서 앞서거나 지연되는 영역을 허용하고, 이로 인해, 로터 날 상의 압력 펄스의 발생은 감소된다.
도 1은 낫 모양(sickle-shaped)으로 놓인 로터 날을 갖는 본 발명 실시 예의웰즈 터빈 회전면의 평면도를 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 대응하는 방사상 빔 구조를 갖는 로터 날에 대한 흐름 분리의 경우에 있어서 유입 조건을 나타낸다.
도 3a 와 3b는 반지름 r1 및 r3에 대한 도 2에서 나타내는 로터 날의 유입을 나타낸다.
도 4는 주변 방향에서 방사상 빔과 관계된 웰즈 터빈의 주변 방향에서 휘어져 있는 실선을 갖는 본 발명에 따른 로터 날의 경우에서의 흐름 분리를 나타낸다.
도 5는 흐름 계수에 대한 유입 조건을 나타내는 것으로,방사상 빔에 대하여 지연되는 실선을 갖는 본 발명에 따른 로터 날 구조의 경우에서의 아직 존재하지 않는 커다란 영역 흐름 분리에 대한 것이다.
도 6은 낫 모양(sickle-shaped)의 뒤쪽에 놓여진 실선을 갖는 본 발명에 따른 로터 날의 다른 구조 변형을 나타낸다.
도 7은 낫 모양(sickle-shaped)의 돌출된 실선을 갖는 본 발명에 따른 로터 날의 또 다른 구조를 나타낸다.
본 발명은 하기의 예시적인 도면과 더불어 실시예를 기초로 하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따라 구조된 웰즈 터빈(1)의 축 방향에서의 평면도를 나타낸다. 3개의 로터 날(3.1, 3.2, 3.3)의 예시적인 윤곽을 갖는 허브(hub)(2)가 도시되어있다. 이러한 날들은 허브(hub)(2)의 원주 둘레를 따라, 120°각 간격을 갖도록, 같은 거리에 분배된다. 허브(hub)(2)의 회전 축(4)으로부터 기인한 방사상 빔(5.1, 5.2, 5.3)은 로터 날(3.1, 3.2, 3.3)의 각각에 대해서 나타낸다. 이러한 방사상 빔은 방사상 방향으로 가리키는 직선으로 나타나는데, 로터 날(3.1, 3.2, 3.3)의 각각의 베이스(base)에 배치된다. 허브(hub)(2)와 직접 인접한 프로파일(profile) 부분에 대해서, 프로파일(profile) 코드(chord) 상의 프로파일(profile) 깊이의 4분의 1 지점의 점이 베이스(base)로써 구성된다.
본 발명에 의하면, 로터 날(3.1, 3.2, 3.3)의 구조는 실선(6.1, 6.2, 6.3)이 곡률 때문에 방사상 빔(5.1, 5.2, 5.3)의 경로로부터 적어도 부분적으로 편차가 나도록 선택된다. 실선은 프로파일(profile) 부분의 정의된 점의 연결로써 이해된다. 본원에 있어서, 이것은 프로파일(profile) 깊이의 4분의 1 지점에서 프로파일(profile) 코드(chord) 상의 지점이다. 실선은 프로파일(profile)의 다른 특징적인 점에서 구성될 수 있는데, 예컨데, 캠버 선과 중심 선의 교차점이 될 수 있다. 이런 경우에는, 방사상 빔을 확립하기 위해서, 허브(hub)에 인접한 프로파일(profile) 부분의 베이스(base)는 이에 따라서 선택된다. 본 발명에 따른 로터 날 구조는 실선의 각각 가능한 선택이라는 점에 대해서, 그것은 적어도 방사상 빔으로부터 방사상 연장을 따라서 적어도 부분적으로 편차가 있다는 점에서 구별된다. 대개, 이러한 편차는 반지름에 의존하는 함수이다.
도 1에 도시된 실시예에 대해서, 방사상 빔으로부터의 편차는 휘어진 실선의 형태로 발생하고, 낫 모양(sickle-shaped)의 로터 날 구조가 발생한다. 보여지는 변형에 대해서, 낫 모양(sickle-shaped)은 웰즈 터빈의 회전 방향에서 나타난다. 따라서, 실선(6.1, 6.2, 6.3)에 대한 가장 큰 방사상 빔 편차(7)의 지점은 로터 날의 방사상 바깥쪽 에지(edge)에 위치하는데, 이것은 보여진 구조에서 앞쪽에 있다.
각 편차(α1, α2, α3)는 각각의 로터 날(3.1, 3.2, 3.3)에 대한 가장 큰 방사상 빔 편차(8)와 방사상 빔(5.1, 5.2, 5.3)의 점을 통해서 방사상 직선 사이에서 확인될 수 있다. 각 편차(α1, α2, α3)는 필수적으로 대응될 필요는 없다. 회전 면에서의 실선은 방사상 빔(5.1, 5.2, 5.3)을 앞서는 것이 가능하다. 그래서, 앞 방향으로 커브(curve)를 야기한다. 대안적으로, 지연은 또한 존재할 수 있는데, 회전 방향 반대편 커브(curve)를 야기한다. 소음 감소에 대해서, 방사상 빔(5.1, 5.2, 5.3)에 대한 선두 또는 후미를 갖는 로터 날 구조는 잇점이 있다. 더욱이, 실선(6.1, 6.2, 6.3)의 낫 모양(sickle-shaped)의 경로를 선택하는 것이 가능하고, 이것은 로터 날(3.1, 3.2, 3.3)의 방사상으로 가장 바깥쪽 지점에서 다시 방사상 빔(5.1, 5.2, 5.3) 뒤쪽으로 이끈다. 그러한 실시예는 도 6 및 7에 기초하여 하기에 예시로써 설명된다.
흐름 분리에 대한 로터 날의 본 발명에 관한 구조로부터 기인한 잇점은 도 2 내지 도 4로부터 명확하다. 이 경우는 높은 흐름 계수 및 로터 날의 주변 속도와 관련해서 구동하는 흐름의 높은 축 속도에서 보여진다.
도 2에서, 선행 기술에 따른 방사상 빔 구조를 갖는 로터 날(3)을 보여주고, 제 1 영역(14)이 도시되어 있고, 이 안에서 흐름 분리가 발생한다. 제 1 영역(14)은 허브(hub)에 가깝고, 반지름 r2 까지 로터 날(3)의 후방 에지(11) 상에 연장된다.
도 2의 반지름 r1 및 r3 에 대한 유입 조건은 도 3a 및 3b에서 선두 에지(12)상에 각각 나타난다. 반지름 r1에 대해서, 도 3a는 첫번째 주변 속도 u1과 유입 속도 v1의 벡터 속도 합을 나타내고, 이것은 어택(attack) β1의 제 1 각을 갖는 제 1 유효 유입 속도 veff1로 귀결된다. 어택(attack) β1의 제 1 각은 임계값을 초과하고, 흐름 분리는 프로파일(profile)을 따라서 흐름의 특정점에서 일어난다. 거기에 비교해서, 도 3b는 반지름 r3에 대한 유입 조건을 나타내는데, 제 2 유효 유입 속도 veff2가 보여지며, 이것은 유입 속도 v1과 제 2 주변 속도 u2의 벡터 합으로부터 발생하는데, 이것은 반지름 r1에 관련해서 더 높다. 이에 상응하여, 어택(attack) β2의 제 2 각이 발생하는데, 이것은 어택(attack) β1의 제 1 각보다 더 작고, 흐름 분리가 발생하는 어택(attack) 임계 각 아래에 해당된다. 그러나, 제 1 영역(14)에서의 분리 때문에, 로터 날(3)의 방사상으로 안으로 유입의 차단이 발생하고, 방사상 바깥 방향에서 기인하는 흐름 성분이 도 2에 도시된 흐름 굴절에 상응하여 존재하고, 이것은 절대값 Δv에 의해 반지름 r3의 영역에서 원래의 유입 속도를 상승시킨다. 도 3b에 따르면, 유입 속도의 증가는 제 3 유입 각 β3와 연관되어 제 3 유효 유입 속도 veff3로 귀결되고, 이것은 다시 분리의 한계점 위에 있다.
도 2에서 나타나는 조건에 대해서, 흐름 정지가 또한 제 2 영역(15)에서 존재한다. 이에 상응하여, 흐름 정지는 로터 날(3) 전체의 방사상 연장에 대하여 본질적으로 이끌고, 방사상으로 바깥쪽 영역까지 연장하며, 이것은 흐름 덕트(duct)의 벽(13)에 인접한다. 효율은 그 결과로 강하게 떨어질 것이다.
도 4에 기초하여 하기에서 설명되는데, 분리 한계점은 본 발명에 따른 로터 날 구조를 사용한 더 큰 흐름 계수 쪽으로 옮겨질 수 있고, 이것은 방사상 빔에 실선이 앞서는 곡률을 갖는다. 제 1 반지름 r1, 제 2 반지름 r2, 및 제 3 반지름 r3는 다시 나타나는데, 이것은 도 2와 부합되게 선택된다. 반지름 r2는 바깥쪽에서 방사상으로 초기 흐름 분리를 갖는 제 1 영역(14)의 범위를 정한다. 상기에서 설명되었듯이, 제 1 영역(14)에서의 흐름 분리 때문에, 차단 효과 및 흐름 변위는 방사상으로 바깥쪽으로 발생한다. 그러나, 로터 날(3) 및 후방 에지(11)의 실선이 앞서기 때문에, 이것은 결과적으로 앞쪽으로 기울어지고, 더 작은 영역은 이러한 효과를 통한 유입 속도의 증가에 대해서 로터 날(3) 상에서 결과적으로 나타난다. 제 2 영역(15)의 방사상 연장은, 그 안에서 흐름 정지는 흐름 굴절에 의해 야기되는데, 방사상 빔 로터와 비교해서 감소된다. 본 발명에 따른 로터 날 구조가 도 4에서 도시된 작동 범위에 대해 방사상 빔 구조와 비교하여 전체의 반지름에 걸쳐서 흐름 연장의 완전한 분리가 아직 결과적으로 되지 않는 것은 활용가능한 작동 범위의 연장에 대해서 필수불가결하다.
앞서 서술한 것에 상응하여, 방사상 빔(5)에 적절한 실선(6)의 커브(curve), 이것은 주변 방향과 관련하여 실선(6)의 지연으로 귀결되는데, 흐름 분리의 강화로 귀결된다. 그러나, 방사상 빔 구조로부터 그러한 편차는 특별한 작동 범위에서 또한 잇점이 될 수 있고, 웰즈 터빈은, 설비 배치로 인한 완전한 흐름 정지라는 문제점이 배제될 수 있다는 것에 대해서, 함축적으로, 모든 작동 점에 대해서 평균적으로 더 높은 효율을 갖는다. 이러한 상황은 완전한 방사상 연장에 걸쳐서 연장된 흐름 분리가 존재하지 않는 것에 대한 흐름 계수에서 효율 증가로부터 야기된다-그런 작동 점은 도 5에 도시되어 있다.
도 5에서 방사상 빔(5)과 관련하여 휘어진 실선(6)이 지연된 예시적인 실시예가 보여진다. 게다가, 그것은 최대 흐름 계수가 존재하는 것에 대한 작동점으로부터 진행하고, 허브(hub)에 근접한 매우 국지적인 제한된 영역에서 초기 흐름 정지로 귀결된다. 이러한 목적을 위해서, 제 1 영역(14)은 도 5에서 다시 도시되고, 이것은 반지름 r4에 의해 방사상으로 바깥쪽 상에 범위가 정해진다. 차단 효과 및 그로부터 기인한 방사상 흐름 굴절로 인하여, 제 2 영역(15)에서 흐름 분리가 추가적으로 발생하고, 이것은 반지름 r5에 의해 방사상으로 바깥쪽 상에 범위가 정해진다. 방사상 빔(5)으로부터 실선(6)의 본 발명에 따른 편차로 인하여, 제 1 영역(14) 및 또한 제 2 영역(15)은 방사상 빔 구조와 관련하여 방사상 방향으로 더 많이 연장된다. 이에 따라서, 흐름은 흐름 정지로 인한 차단 효과때문에 방사상으로 바깥쪽으로 더 많은 편차가 나고, 더 큰 로터 날의 반지름 및 더 높은 파워 소모의 결과로, 더 커다란 레버 아암(lever arm)의 영역 안으로 구동하는 토크(torque)를 확대한다.이것은 웰즈 터빈의 개선된 효율에 기인한다.
웰즈 터빈의 로터 날에 대한 본 발명에 따른 구조는 또 다른 방법에 의해 보충될 수 있는데, 이것은 차례로 흐름 정지를 지연한다. 로터 날의 표면 위의 거친 영역은 이러한 목적으로 고려되고, 흐름 경계층에 영향을 미치고, 바깥쪽으로 흐름 분리의 형성을 지연한다.
더 많은 변형이 다음의 청구항의 범위 내에서 가능하다. 회전면 밖으로 로터 날을 돌리기 위한 능동적 또는 수동적 각 조정 기구(9)를 갖는 본 발명에 따른 로터 날 구조를 제공함에 있어서 더 많은 방법이 보여질 수 있다. 이것은 더 높은 흐름 계수의 경우에 유입에 대한 어택(attack) 각을 줄이는 목적으로 사용될 수 있고, 바깥쪽으로 흐름 정지를 지연시키는 목적으로 사용될 수 있다. 게다가, 웰즈 터빈의 자가 시동 거동은 이 방법에 의해 개선된다. 이러한 실시 예 구조를 위하여, 로터 날(3)의 중심 위치 안의 실선(6)은, 회전면에서 프로파일(profile)의 대칭면이 그 안에 존재하고, 본 발명에 따른 방사상 빔(5)에 대한 곡률을 또한 가질 것이다.이 경우에는 선두 및 후미가 역시 고려된다.
도 6은 본 발명에 따른 로터 날(3)의 더 많은 예시적인 실시예를 도시한다. 본 원에 있어서, 낫 모양(sickle-shaped)의 굽어진 실선(6)이 존재하고, 이것은 방사상 빔(5)을 지연하는 것에 적용된다. 상기 기술한 실시 예에도 불구하고, 실선(6)은 로터 날(3)의 방사상으로 바깥쪽 영역 안에서 다시 방사상 빔의 뒤쪽으로 유도되고, 로터 날(3)의 방사상 최외각쪽 연장에서 방사상 빔과 교차한다.
흐름 계수에 대한 제 1 한계 값까지 방사상으로 안쪽 영역의 지연을 통해서, 효율은 도 5와 연관하여 상기에서 설명된 효율 향상이 방사상으로 바깥쪽으로 흐름 변위를 통해서 발생한다. 더 높은 흐름 계수에 대해, 그러나, 흐름 분리의 방사상 연장은 방사상 빔에 로터 날의 실선(6)의 연속적인 회복에 의해 제한된다. 이에 상응하여, 후방 에지(11)는 방사상으로 바깥쪽 반지름 r2 앞으로 휘어져 놓일 것이고, 제 2 흐름 분리의 제 2 영역(15)의 연장의 범위를 정할 것이고, 따라서, 흐름 분리는 전체 표면에 대해 일어나지 않는다.
더욱이, 도 7은 실선 중심의 앞쪽으로 휘어진 낫 모양(sickle shape)을 갖는 또 다른 실시 예를 보여주고, 실선은 로터 날(3)의 바깥쪽 끝에 있는 실선(6) 뒤쪽으로 되돌아온다. 가장 큰 방사상 빔 편차(7)의 지점에 대해서, 방사상 빔에 대한 각 편차 α1은 예시적인 실시 예로 고정되고, 이것은 소음 감소에 의해 구별된다. 음향 효과에 탓으로 입은 손실은 이에 따라서 감소된다.
다음의 청구항의 맥락에서 본 발명의 더 많은 구조는 가능하다. 따라서, 방사 빔(5)으로부터 실선(6)의 편차는 로터 날(3)의 제한된 방사상 연장에 걸쳐서 존재할 수 있을 뿐이다. 그러나, 그것은 적어도 그 경로의 3분의 1에 걸친 방사상 빔(5)과 일치하지 않는 실선(6)을 시행하는 것이 바람직하다.
1 웰즈 터빈
2 허브(hub)
3, 3.1, 3.2, 3.3 로터 날
4 회전축
5, 5.1, 5.2, 5.3 방사상 빔
6, 6.1, 6.2, 6.3 실선
7 가장 큰 방사상 빔 편차점
8 가장 큰 방사상 빔 편차점을 통한 직선
9 날 각 조정 유닛
10 날 팁(tip) 에디(eddy)
11 후방 에지(edge)
12 선두 에지(edge)
13 흐름 덕트(duct)의 벽
14 제 1 영역
15 제 2 영역
α1, α2, α3 각 편차

Claims (10)

  1. 선두 에지(edge)에서 기인하는 하강형(drop-shaped) 대칭 프로파일(profile)을 갖고, 복수의 로터 날(3, 3.1, 3.2, 3.3)을 갖는 허브(hub)를 갖으며,
    상기 로터 날(1)은 웰즈 터빈(1)의 회전면에서 경로가 적어도 로터 날의 방사상 연장부에서 상기 각각의 로터 날과 연관된 방사상 빔(5, 5.1, 5.2, 5.3)에 대해서 편차가 생기는 실선(6, 6.1, 6.2, 6.3)을 갖고, 적어도 하나의 휘어진 영역을 포함하고 있는 상기 실선(6, 6.1, 6.2, 6.3)을 포함하는 웰즈 터빈(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사상 빔(5, 5.1, 5.2, 5.3)에 대해서 상기 로터 날의 팁에서 상기 실선(6, 6.1, 6.2, 6.3)의 선두 또는 후미가 적어도 5°인 것을 특징으로 하는 웰즈 터빈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 실선(6)은 그것의 경로의 적어도 3분의 1 에 걸쳐서 상기 방사상 빔과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 웰즈 터빈.
  4. 전기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실선(6)은 상기 방사상 빔(5, 5.1, 5.2, 5.3)에 상기 로터 날(3)의 방사상으로 바깥쪽 영역에서 뒤쪽으로 유도되고, 상기 로터 날(3)의 방사상으로 최외곽 연장에서 그것과 교차하는 것을 특징으로 하는 웰즈 터빈
  5. 전기 청구항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 날(3)은 적어도 부분적으로 상기 방사상 빔(5, 5.1, 5.2, 5.3)에 평행하게 관련되어 경사진 및/또는 휘어진 후방 에지(edge)를 갖는 것을 특징으로 하는 웰즈 터빈.
  6. 전기 청구항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 실선(6)은 원통형의 프로파일(profile) 부분에 대해서, 상기 프로파일(profile) 깊이의 4분의 1 지점에 캠버선이 놓인 지점에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 웰즈 터빈.
  7. 전기 청구항 중의 어느 한 항에 있어서,
    경계 표면 흐름에 영향을 주는 불규칙함이 적어도 하나의 로터 날(3, 3.1, 3.2, 3.3)의 표면 위에 적어도 부분적으로 존재하는 것을 특징으로 하는 웰즈 터빈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 웰즈 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전장치(wave powerplant).
  9. 제 8 항에 있어서,
    고정된 흐름 장애가 상기 웰즈 터빈에 선두 또는 후미 영역에 존재하는 것을 특징으로 하는 파력 발전장치(wave powerplant).
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 웰즈 터빈의 상기 로터 날(3, 3.1, 3.2, 3.3)은 방사상 방향에서 흐름 덕트(duct)의 벽(13)에 인접한 것을 특징으로 하는 파력 발전장치(wave powerplant).
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2350450A2 (en) * 2008-10-29 2011-08-03 Inventua APS Rotating apparatus
AU2011318238B2 (en) 2010-10-22 2016-06-02 Wave Power Renewables Limited Turbine rotor assembly
WO2012112892A2 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Concepts Eti, Inc. Turbomachinery having self-articulating blades, shutter valve, partial-admission shutters, and/or variable-pitch inlet nozzles
US20130115093A1 (en) * 2011-11-07 2013-05-09 John E. Tharp Wide faced propeller / turbine blade assembly
DE102011119881A1 (de) 2011-12-01 2013-06-06 Daimler Ag Aufladeeinrichtung für eine Brennstoffzelle, insbesondere eines Kraftwagens
FR2986280B1 (fr) * 2012-01-27 2016-09-16 Converteam Tech Ltd Rotor d'hydrolienne comportant au moins une pale mobile en rotation autour d'un axe radial et des moyens de limitation du mouvement en rotation de ladite pale, et hydrolienne comprenant un tel rotor
JP6524396B2 (ja) * 2014-04-16 2019-06-05 国立大学法人 東京大学 波力発電タービン
JP6357668B2 (ja) * 2014-06-04 2018-07-18 国立大学法人 東京大学 波力発電タービン
CN110985264A (zh) * 2016-12-31 2020-04-10 毛永波 轴向流力螺杆组内伸缩叶涡轮
CN107783415B (zh) * 2017-09-30 2020-09-01 西安热工研究院有限公司 一种dcs数据挖掘的火电机组定滑压运行曲线计算方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3578264A (en) * 1968-07-09 1971-05-11 Battelle Development Corp Boundary layer control of flow separation and heat exchange
ES454192A1 (es) * 1976-12-13 1977-12-01 Zapata Martinez Valentin Sistema para la obtencion y regulacion de energia a partir de corrientes aereas, maritimas o fluviales.
GB1574379A (en) 1977-08-24 1980-09-03 English Electric Co Ltd Turbines and like rotary machines
FR2543225B3 (fr) * 1983-03-24 1985-11-08 Thomas Francois Moteur hydraulique dit " helice spherique "
GB2188101B (en) * 1986-03-22 1990-12-05 Usui Kokusai Sangyo Kk Fan blades
GB9022713D0 (en) 1990-10-18 1990-11-28 Wells Alan A Wave power apparatus
JP3623640B2 (ja) * 1997-10-14 2005-02-23 株式会社エクセディ トルクコンバータのステータ翼
ATE298042T1 (de) * 2001-09-17 2005-07-15 Clean Current Power Systems Inc Unterwassermantel-turbine
JP4288051B2 (ja) * 2002-08-30 2009-07-01 三菱重工業株式会社 斜流タービン、及び、斜流タービン動翼
GB2440344A (en) * 2006-07-26 2008-01-30 Christopher Freeman Impulse turbine design

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