[发明专利]一种涡轮叶片以及由该涡轮叶片组成的涡轮

摘要

本发明提供一种涡轮叶片以及由该涡轮叶片组成的涡轮，利用与旋转轴共面且不相交的光滑无拐点的凹曲线形成第一叶片曲面、第二叶片曲面或第三叶片曲面。并由以上叶片曲面组合形成单叶片曲面、多叶片曲面、多级相连单叶片曲面、多级相连多叶片曲面、多级相连复合叶片曲面等涡轮叶片结构。本发明的涡轮是利用流体中人为制造的涡流来驱动的。本发明提出了二阶曲面的概念，并利用二阶叶片曲面形成的涡轮叶片组成涡轮和涡轮组，通过涡流流场的耦合，即叶片在流体中的旋转运动制造涡流场，流场中产生科里奥利力并通过边界层效应推动叶片加速旋转，涡流和叶片之间形成正反馈，以此达到高能量转换率。若将其用在燃气轮机的涡轮组，还可额外增加热效率。

主权项

1.一种涡轮叶片，忽略叶片厚度时，其叶片曲面是第一叶片曲面、第二叶片曲面或第三叶片曲面中的一个，第一曲线(AB)是与旋转轴共面且不相交的光滑无拐点的凹曲线，第一曲线的凹面朝向旋转轴，第一曲线接近旋转轴的端点称为近端，第一曲线远离旋转轴的端点称为远端，其中，第一叶片曲面至少满足以下曲面特征：第一曲线绕旋转轴旋转一周形成参考面(M)，第一曲线向旋转方向一侧延伸出第一叶片曲面(M1)，第一曲线上始终具有分离点，在第一曲线上，分离点与近端之间的曲线段延伸形成本征第一叶片曲面，分离点与远端之间的曲线段绕旋转轴旋转形成的附加曲面与参考面重合，所述分离点绕旋转轴旋转产生的圆弧线称为分离线，所述分离线构成本征第一叶片曲面和附加曲面的交界线，所述本征第一叶片曲面上的点均不与参考面重合和相交，经过本征第一叶片曲面上任一点(P2)，在本征第一叶片曲面上形成第二曲线，第二曲线上的任一点与旋转轴的距离相等，经过所述本征第一叶片曲面上任一点，在本征第一叶片曲面上形成第三曲线，第三曲线上的任一点均处于过所述本征第一叶片曲面上任一点和旋转轴的同一平面内，过所述本征第一叶片曲面上任一点的法线与参考面形成交点(Q)，并且，若所述本征第一叶片曲面上任一点沿第二曲线向旋转方向一侧移动，则随着所述本征第一叶片曲面上任一点与所述交点之间距离逐渐增大，所述第二曲线的曲率也逐渐增大，并且，若所述本征第一叶片曲面上任一点沿第三曲线向旋转轴方向移动，所述交点(Q)也沿参考面上的对应曲线轨迹同时移动，则随着所述本征第一叶片曲面上任一点与所述交点之间距离逐渐增大，所述第三曲线的曲率与交点处的对应曲线轨迹的曲率之差也逐渐增大，且遍历整个本征第一叶片曲面，所述本征第一叶片曲面上任一点的法线始终与垂直于旋转轴的平面相交；本征第一叶片曲面、第一曲线、分离线和附加曲面共同构成第一叶片曲面；其中，第二叶片曲面至少满足以下曲面特征：旋转轴竖直时，在所述参考面上任取一条连续平滑的第四曲线(ST)，且第四曲线上任意两点在平行于旋转轴方向的高度不同，并且，第四曲线上总具有唯一的一点与第一曲线上的任意一点在平行于旋转轴方向的高度相同，将第一叶片曲面上在平行于旋转轴方向上高度相同的点保持相对位置不变并绕旋转轴旋转，直至第一曲线的点与第四曲线上高度相同的点重合，形成第二叶片曲面；其中，第三叶片曲面至少满足以下曲面特征：第三叶片曲面是由第一曲线绕旋转轴旋转一周形成的参考面；其中，若分离点与远端重合，本征第一叶片曲面即构成第一叶片曲面，若分离点与近端重合，第一叶片曲面等同于第三叶片曲面。