[发明专利]涡轮叶片

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮发电领域中的叶片的外形。

背景技术

传统的涡轮叶片联接到能源生产旋转组件，其中，能源生产旋转组件可以是涡轮转子，当移动流体(流体可包括液体和/或气体)与叶片的形状相互作用时，形成用于旋转发电机的扭矩。叶片的独特形状将决定产生多大扭矩，因而决定可从移动流体中提取多大能量。旋转轴线的取向也将影响移动流体将如何与叶片相互作用。可针对特定应用和包括空气和水的流体类型来优化叶片形状。

涡轮转子(特别地，垂直轴线风力涡轮机(VAWT))的普及由于在没有外力帮助的情况下难于启动并且VAWT容易动态失速而受阻。每当一个或更多个叶片经历动态失速状况时，VAWT发电的能力降低。因此，期望避免动态失速状况或至少将动态失速状况减至最少。转子叶片经历的VAWT动态失速状况是动态的，因为叶片可转入和转出在叶片绕着其垂直旋转轴线旋转时经历动态失速状况所在的区域。当转子叶片绕着垂直旋转轴线旋转时转子叶片经历动态失速状况所在的区域被称为“动态失速区域”。

US201110236181A1公开了垂直轴线风力涡轮机包括上下转子叶片和上下轴承组件。水平构件将上转子叶片连接到上轴承组件，并且下叶片将上转子叶片连接到下轴承组件。上转子叶片可垂直地或非垂直地布置。在非垂直布置中，上转子叶片可以是扭曲的或以笔直方式向后倾斜的。涡轮机可以是自支承的，需要连接轴承组件的连续垂直轴。扫掠射流激励器被装在转子叶片中，用于将震荡的空气射流传递到转子叶片表面，以延迟动态失速的发生。叶片中的管道可将承压的空气流传递到激励器。涡轮机可由能仅仅对叶片组件施加水平力和/或升力的结构支承，以减小下轴承上的负荷。

Mobley，Benedict(2013)的“FundamentalUnderstandingofthePhysicsofSmall-ScaleVerticalAxisWindTurbinewithDynamicBladePitching：AnExperimentalandComputationalApproach，54^thAIAA/ASME/ASCE/AHS/ASCStructures，StructuralDynamicsandMaterialsConference(对具有动态叶片俯仰的小型垂直轴线风力涡轮机的物理现象的基础理解：实验和计算方法，第54届AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC结构、结构力学和材料会议)，2013年4月8-11日，马塞诸瑟州波士顿市，2013-1553。本论文公开了为了研究利用动态叶片俯仰的小型(VAWT)的性能而进行的系统性实验和计算(CFD)研究。CFD分析表明，叶片在圆形轨迹的前半部中提取了所有电力，但在后半部中的损失了功率。这种现象的一个关键原因是因弯曲部如何喷射而引起的大有效弯度和倾角，大有效弯度和倾角略微增强了前半部中的功率提取，但增加了后半部中的功率损失。已发现，由于因大迎角和高反弯度造成的后半部中的大量叶片失速，导致被研究的固定俯仰的涡轮机还表现出比可变俯仰的涡轮机低的效率。涡轮机的最大可实现功率系数(CP)随着雷诺数变高而增大。然而，不管操作雷诺数如何，基础的流动物理现象保持相对相同。

US20111028078A1公开了一种VAWT，该VAWT包括可绕着纵轴线旋转的轴和与轴机械联接的多个大体刚性的叶片，这多个叶片中的每个包括具有上下端的细长主体，其中，各叶片的上端和下端绕着纵轴线彼此旋转偏离，使得每个叶片具有螺旋状形式，垂直于纵轴线截取的各叶片的细长主体的剖面被成形为具有前缘、后缘和在前缘和后缘之间限定的弧线的翼型，其特征在于，该翼型被精确成形，使得弧线沿着具有有限曲率半径的恒定曲线。

US2009129928A1涉及一种涡轮机，该涡轮机包括当暴露于流体流时在单个方向上旋转的多个叶片，其中，这多个叶片通过与中轴大体垂直设置的多个径向辐条与中轴接合，以致旋转的多个叶片致使轴旋转。这多个叶片具有均一的翼型横截面，其中，翼型横截面表现出相对于涌流的非零迎角。这多个叶片以螺旋轨迹蜿蜒，绕着中轴旋转并且具有沿着中轴长度的可变半径，使得测得的从多个叶片到中轴的距离在靠近涡轮机的中心比在任一端部更大。