[發明專利]一種帶有縱向和斜面螺紋刀片的交叉流渦輪機

在審

• 申請號: 201380012869.1
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN104160144A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 彼得·約翰·基特爾
• 申請（專利權）人: 艾克瑟斯能源集團有限公司
• 主分類號: F03D3/06
• 分類號: F03D3/06;F03B17/06;F01D1/06;F03B13/10;F03B13/26
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務所 44275
• 代理人: 張明

技術領域

本發明涉及對提取流體能量的渦輪機的改進，尤其涉及對能夠用于水下提取水流能量以及用于陸上提取風能的渦輪機的改進。

背景技術

任何對現有技術中方法、設備或文件的參考均不得視為證明或承認其構成公知常識或構成其一部分。

不同于其它再生能源，在使用渦輪機/發電機提取海水流能量的領域，尚沒有成熟或優選技術。第一代臥式船用渦輪機類似于風力渦輪機，浸沒在海水或河水中。圖12展示了此種類型的渦輪機。然而，將此類風力發電機式設備從液體表面轉移至流體密度超過830倍以上的海底卻引發了長期存在的制造安裝維修成本高等問題，這使該技術在商業運用上變得困難。

提取商業用海洋能量需要大型設備進行大面積掃流。由于轉子采用了昂貴的高強度復合纖維材料進行制造，因此工程費用較高。該纖維材料受作用在轉子上的直徑通常為18米的軸向力影響。一臺兆瓦級設備成本約為1000萬美元。此外，此類設備通常安裝在海底單極天線或其它基座上，因此只能在海底運作。

一種單向橫流式的改良型船用渦輪機為提取流體能量提供了更好的解決方案。舉例來說，“達里厄”橫流式渦輪機是適用于海洋環境的一種已知設備，具有2個、3個、4個或更多水翼式垂直葉片。但此類型渦輪機也存在一些缺點。一是不能自行啟動。另一缺點是該渦輪機存在轉矩波動，易造成葉片偏斜和搖晃。

為克服其中一些缺點，開發了一種叫作“戈洛夫螺旋渦輪機”的新型渦輪機。此種渦輪機不再使用垂直型渦輪葉片，而是采用了機翼式螺旋葉片。但其不足之處在于，目前已發現通過支桿或其它裝置連接至旋轉軸的螺旋葉片偏斜、搖晃、無法正常工作或至少在水流中運作時效率低下。圖11展示了此種類型的渦輪機。

船用渦輪機的缺點還包括，一般情況下無法消除轉矩波動，進而降低了效率。

船用渦輪機的缺點還存在于將渦輪機的旋轉運動轉換成電能的動力輸出組件。現有的動力輸出組件通常與渦輪機分離。

船用渦輪機的缺點還包括，制造能承受水流中軸向力的渦輪機成本高且過程復雜。

現有的臥式和橫流式渦輪機的缺點還包括，葉片制造過程復雜且成本高。

現有的用于海洋環境的臥式和橫流式渦輪機的缺點還包括，此類渦輪機的中心軸會阻擋水流，進而降低渦輪機效率。

船用渦輪機的缺點還包括，現有的臥式和橫流式渦輪機會因惡劣的海洋環境在海上試驗中無法正常工作。

船用渦輪機的缺點還包括，將渦輪機使安裝就位和移除渦輪機進行檢查、維護或修理十分困難。

船用渦輪機的缺點還存在于為渦輪機提供結構式管道設備。

船用渦輪機的缺點還包括，提供的渦輪機組需滿足，每個渦輪機的結構式管道設備能有助于將高速水流傳送至相鄰渦輪機。

英國碳信托(簡稱“信托”)在報告中稱，下一代海洋能量提取設備必須證明具有在惡劣海洋環境中生存的能力，最好能夠在海底至海面深度范圍達60米的范圍內運作。“信托”還指出，為使本領域資金投入行之有效，必須大力削減安裝和操作成本，如此，電力供應才具有商業可行性。

本發明目的在于，提供一種提取流體能量的設備或方法，該設備或方法能克服至少一個或多個上述缺點、或提供一種市場商業選擇。

發明內容

根據本發明第一方面，提供一種用于流體的橫流式渦輪機，包括朝旋轉方向傾斜的至少一個機翼式垂直葉片和至少一個機翼式螺旋葉片。

適當地，所述渦輪機還包括至少一個傾斜遠離渦輪機旋轉方向的螺旋葉片。

根據本發明第二方面，提供一種用于流體的橫流式渦輪機，包括至少一個傾斜朝向渦輪機旋轉方向的機翼式螺旋葉片和至少一個傾斜遠離渦輪機旋轉方向的螺旋葉片。

所述本發明第二方面中，垂直葉片可省。圖4所示為非限制性實施例。

適當地，所述渦輪機還包括頂部和底部輪緣帶。

所述渦輪機可包括中央旋轉驅動軸。圖1所示為非限制性實施例。

適當地，多個所述橫流式渦輪機可操作連接同一驅動軸、或可操作連接多個驅動軸，其中，所述驅動軸連接至動力輸出裝置或其它能量提取裝置。圖5所示為非限制性實施例。

或者，所述渦輪機不包括中央驅動軸而包括多個外軸。圖2所示為外軸的非限制性實施例。

適當地，所述渦輪機包括具有外殼模塊的設備，所述渦輪機局部包括轉子，所述外殼模塊局部包括定子，如此，所述動力輸出裝置包括部分所述設備。圖6所示為非限制性實施例。