[發明專利]水力渦輪機葉片

無效

• 申請號: 200980122382.2
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN102066744A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 約翰·基爾;蘇蒂蓬·西格拉龍
• 申請（專利權）人: 亞特蘭蒂斯能源有限公司
• 主分類號: F03B3/12
• 分類號: F03B3/12;E02B9/00;F01D5/12;F01D5/14;F03B13/10;F03D11/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 聶慧荃;潘培坤

技術領域

本發明涉及用于水力驅動渦輪機的渦輪機葉片(turbine?blade)，以及渦輪機本身及其組件，而且涉及利用上述葉片和渦輪機發電的方法。

背景技術

渦輪機用于通過使用水流帶動渦輪機轉子來利用水流中的動力并產生動力(發電)。渦輪機葉片傳統上為垂直于渦輪機的中心軸線而延伸的直葉片。渦輪機能夠用于從諸如氣流和潮汐流等風力運動或水力運動中發電。

雖然如今有多種不同的葉片形狀和輪廓得到應用，但并不是所有種類的葉片在不同的渦輪機應用中都以相同的方式運作。對于船用渦輪機(marine?tubine)而言，通常采用的是為風力發電開發的技術。由于海水的密度比風的密度大得多，因此可以通過船用渦輪機產生更多的動力。

在直葉片的情況下，由于葉梢的速度遠大于葉根的速度，當流體在葉片上流過時，施加到葉片的作用力分布從葉根到葉梢有顯著不同。這樣就制約了葉片的效率，導致通過給定流體獲得的發電量小于最佳值。

由于這些原因以及其它的原因，公知的中心軸線式水力渦輪機在典型的水流條件下無法提供最佳的可用功率輸出。

本發明試圖改進上述的一個或多個缺陷。

發明內容

根據本發明的第一方案，提供了一種渦輪機葉片，其包括：

葉根；

葉梢；

從葉根延伸到葉梢的前緣；

從葉根延伸到葉梢的尾緣；

葉根弦(blade?root?chord)，其被定義為在葉根處的位于前緣與尾緣之間的直線；

葉梢弦(blade?root?chord)，其被定義為在葉梢處的位于前緣與尾緣之間的直線；

其中，所述葉梢弦以50°與90°之間的扭轉角從葉根弦有角度地偏移。

優選的是，所述葉梢弦以60°與80°之間的扭轉角從葉根弦有角度地偏移。更優選的是，所述葉梢弦以65°與75°之間的扭轉角從葉根弦有角度地偏移。更優選的是，所述葉梢弦以約70°的扭轉角從葉根弦有角度地偏移。

根據本發明的葉片尤其適用于船用渦輪機。

所述葉片可由任何合適的材料利用模制工藝制造，所述材料使用纖維增強塑料或其它復合物，但可替代地采用鋼、非鐵合金或纖維增強塑料制成的結構肋和板狀殼體制造。優選的是，所述葉片由合成材料制成。

在第二方案中，本發明提供了一種流體驅動的渦輪機，所述渦輪機包括根據本發明第一方案所述的渦輪機葉片。

優選的是，所述渦輪機是適于利用河流、洋流或潮汐流中的水運動來發電的船用渦輪機。

根據本發明的第三方案，提出了一種中心軸線式水力渦輪機(central?axis?water?turbine)，其包括：

渦輪機本體，所述渦輪機本體具有中心軸線；

轉子，所述轉子安裝在所述渦輪機本體上，繞著所述中心軸線旋轉，所述轉子包括支撐多個葉片的中心轂(central?hub)，各個葉片均包括本發明第一方案的特征，并且均從安裝于所述轂上的葉根延伸到葉梢；

產生裝置(發電機)，所述發電機由所述轉子驅動；和

殼體，所述殼體包圍所述轉子并適于將水流引向所述轉子。

優選的是，所述葉片從所述葉根至所述葉梢以與垂直于所述中心軸線的平面成大約1°至20°的傾斜角向后或向下游偏斜、傾斜、或者斜張。

優選的是，所述殼體從所述轉子的前方的前開口至鄰近所述渦輪機本體的較窄喉部收斂。

優選的是，所述葉片從所述葉根至所述葉梢以與垂直于所述中心軸線的平面成2°至10°的傾斜角向后斜張，更優選為4°至6°。進一步優選的是，所述葉片從所述葉根至所述葉梢以與垂直于所述中心軸線的平面成大約5°的傾斜角向后斜張。

轉子優選包括頭錐體，所述頭錐體安裝在所述轉子的前部以減小作用于所述轉子上的阻力(drag)并減弱通過所述殼體的湍水流。

優選的是，所述頭錐體為中空的，從而為諸如控制系統等輔助系統、或者用于輔助系統乃至主系統的儲器提供空間。

在優選實施例中，所述發電機與所述轉子容置在一起，所述發電機適于通過所述轉子的旋轉而產生電力。優選的是，所述發電機直接連接至軸。優選的是，所述發電機通過花鍵連接方式與所述軸連接。

優選的是，所述發電機由所述轉子直接驅動，這種布置方式適合于諸如多極發電機或高極發電機(high-pole?electric?generator)等選定發電機所要求的輸入速度。然而，在一些布置方式中，適于將齒輪箱連接至所述軸或發電機，從而將所述軸輸入所述發電機的轉速轉變為適合于其它類型發電機的轉速。