專利名稱：螺旋渦輪裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪，尤其涉及一種適合在流動(dòng)的液體和氣體中使用的螺旋渦輪。
采用風(fēng)車從流動(dòng)的空氣中回收能量是眾所周知的。同樣，有大量可選的被設(shè)計(jì)成能利用流水中的動(dòng)能的渦輪，其尤其與發(fā)電站相關(guān)，在發(fā)電站中蓄水池與渦輪之間存在著水平差(level difference)。
大型風(fēng)力發(fā)電站所使用的風(fēng)車類型會(huì)產(chǎn)生大量噪音，而且許多人認(rèn)為這些風(fēng)車破壞了景觀。但是，它們的可靠性還是令人滿意的。
英國(guó)申請(qǐng)GB 2057584涉及了一種包括裝配許多螺旋轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪。在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪葉片被構(gòu)造成近似打蛋形(darrieus)，具有在距離渦輪旋轉(zhuǎn)軸線一段距離的位置上設(shè)置的機(jī)翼狀外形。國(guó)際申請(qǐng)WO 01/48374公開了一種渦輪，其中，在距離渦輪旋轉(zhuǎn)軸線一定距離的位置上設(shè)置機(jī)翼形主渦輪葉片，該機(jī)翼形主渦輪葉片設(shè)置有另外的機(jī)翼形次渦輪葉片，而且次渦輪葉片的縱軸線相對(duì)于主渦輪葉片的縱軸線成一角度。
已經(jīng)證實(shí)，從大海的水流和波浪運(yùn)動(dòng)中回收動(dòng)能是困難的。其原因可能與這樣的困難有關(guān)，即設(shè)備的尺寸要能抵抗這類裝置所承受的巨大作用力，尤其是在惡劣的天氣下。
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的這些不足。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在下面的說(shuō)明書及后面的權(quán)利要求書中闡述的特征來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。
通過(guò)將具有合適形狀的螺旋幾何形狀的螺旋渦輪放置在流體流中便可獲得相對(duì)高的效率。
螺旋渦輪由繞軸線卷繞的螺旋外形構(gòu)成，其中，實(shí)際的螺旋外形從該軸線徑向凸出，同時(shí)具有較小的截面厚度。該螺旋外形沿該軸線具有相同的或變化的節(jié)距。
如果流體流以該流體流相對(duì)于該螺旋渦輪的中心軸線所成的角度與螺距角大致相同地流過(guò)螺旋渦輪，那么該流體流在該中心軸線的一側(cè)基本上平行于該螺旋渦輪的螺旋葉片穿過(guò)該螺旋渦輪，同時(shí)在該中心軸線相對(duì)側(cè)的流體流將沖擊該螺旋葉片，在這里該葉片部分將壓力面呈現(xiàn)給該流體流。由此，致使該螺旋渦輪繞它自己的軸線旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，該葉片的截面幾何形狀類似于機(jī)翼的截面幾何形狀。因此，平行于該流體流方向的該螺旋葉片的截面將典型地定義為從該中心軸線凸出的類似于機(jī)翼狀的外形。
施加到根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所述的螺旋渦輪上的大部分扭矩由流體相對(duì)于一區(qū)域(壓力面)的流動(dòng)產(chǎn)生，該壓力面相對(duì)于流動(dòng)方向成一角度而且被設(shè)置在距離旋轉(zhuǎn)軸線一定距離的位置。在本發(fā)明的螺旋渦輪中，渦輪機(jī)葉片的一部分向相對(duì)于流動(dòng)方向的上游位置旋轉(zhuǎn)，這部分被稱為流動(dòng)面，通過(guò)流體基本上平行于機(jī)翼狀外形的流動(dòng)也產(chǎn)生扭矩，從而，在該渦輪葉片相對(duì)于流動(dòng)方向成一角度之前，切向力被施加到該渦輪葉片上。
在該螺旋渦輪的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，該壓力面和流動(dòng)面沿該螺旋渦輪移動(dòng)。利用這種類型的幾何形狀，可提高該螺旋葉片的效率。
只要流體流相對(duì)于該螺旋渦輪的中心軸線的方向基本上與該螺距角相同，那么就可以在任何方向下使用該螺旋渦輪。
在一些應(yīng)用中，例如，將該螺旋渦輪浸入到水中，此時(shí)該螺旋渦輪可設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的座架。在這種應(yīng)用情況下，該渦輪結(jié)構(gòu)可以包括使該渦輪呈現(xiàn)向上的位置的浮力元件；而且，在這里，水中的水流將該渦輪的軸線旋轉(zhuǎn)到相對(duì)于流動(dòng)方向合適的位置。該渦輪也可用于從相應(yīng)的懸架上懸掛下來(lái)，例如在系纜停泊的木筏下面。
在各個(gè)應(yīng)用中，尤其必須要考慮流體粘度和密度來(lái)調(diào)整該渦輪葉片的幾何形狀。
該螺旋渦輪的軸以本來(lái)公知的方式連接到用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)上或如泵之類需要能量的其它裝置上。
下面描述了附圖中所示出的優(yōu)選實(shí)施例的非限制性實(shí)例，其中

圖1示意性地示出了從流體上游面所看到的螺旋渦輪；
圖2示意性地示出了該螺旋渦輪被安裝在流體流中的實(shí)例；圖3示出沿圖2中的II-II線的截面；以及圖4示意性地示出了該螺旋渦輪被可旋轉(zhuǎn)地安裝在水下的實(shí)例。
在附圖中，附圖標(biāo)記1表示螺旋渦輪，其包括軸2，軸2可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸承3中；以及螺旋渦輪葉片4。
圖1從流過(guò)螺旋渦輪1的流體的流入方向示出了螺旋渦輪1。為了獲得令人滿意的效率，相對(duì)于螺旋渦輪1的中心軸線6的流動(dòng)方向必須近似等于渦輪葉片4的螺距角，如圖2所示。參照?qǐng)D1，流動(dòng)的流體在中心軸線6的下側(cè)，穿過(guò)沿向下方向放置的渦輪葉片4的各部分之間的開口10，所述部分在圖1中由附圖標(biāo)記12表示。
從中心軸線6向上凸出的渦輪葉片部分14構(gòu)成對(duì)流動(dòng)的阻礙，因此當(dāng)流體沖擊葉片部分14時(shí)，葉片部分14承受來(lái)自流動(dòng)的流體的壓力。由此，使得螺旋渦輪繞其自己的中心軸線6旋轉(zhuǎn)。
已證實(shí)，渦輪葉片4的截面幾何形狀對(duì)渦輪1的水力效率有著顯著影響。當(dāng)沿流動(dòng)方向的渦輪葉片4的截面被構(gòu)造成像機(jī)翼的截面外形的截面外形15時(shí)，可以獲得最高的效率，如圖2所示。
在渦輪葉片4的上游邊緣16處遇到流動(dòng)的流體的渦輪葉片4被分開，并且沿截面外形15的頂面流動(dòng)的流體必須以本來(lái)已公知的方式來(lái)增加速度，由此降低靜壓，從而導(dǎo)致在截面外形15的頂面和底面之間的壓力差。該壓力差致使相對(duì)于流體流方向沿上流方向凸出的渦輪葉片4的葉片部分將承受圍繞軸2產(chǎn)生的附加扭矩所產(chǎn)生的升力。
在圖2中，螺旋渦輪1安裝在水流中。螺旋渦輪1的軸2在兩端由軸承3支撐，并且連接到發(fā)電機(jī)18上。軸承3與構(gòu)件17結(jié)合。相對(duì)于螺旋渦輪1流動(dòng)的水使螺旋渦輪1旋轉(zhuǎn)，由此發(fā)電機(jī)18可以產(chǎn)生電能。在圖2中，流動(dòng)方向由箭頭表示。
在另一實(shí)施例中，參見圖4，將螺旋渦輪1設(shè)置在水下。螺旋渦輪1的軸2通過(guò)軸承3連接到發(fā)電機(jī)18。螺旋渦輪1和發(fā)電機(jī)18可旋轉(zhuǎn)地連接到海床22上的底座20上。在該實(shí)施例中，將渦輪葉片4構(gòu)造成具有足夠的浮力。該浮力使螺旋渦輪1向垂直位置被抬起，同時(shí)，來(lái)自流動(dòng)的流體的力使螺旋渦輪1沿流動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)直至螺旋渦輪1呈現(xiàn)相對(duì)于流體流方向的合適方位。在圖4中，流動(dòng)方向由箭頭表示。
在其他實(shí)施例中，可以從合適的固定裝置上以懸吊方式安裝螺旋渦輪，或者該螺旋渦輪形成一排渦輪的一部分。
權(quán)利要求
1.一種螺旋渦輪裝置(1)，其包括至少一個(gè)可繞軸線(6)旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片(4)，該葉片(4)的截面被構(gòu)造為機(jī)翼的外形(15)的形狀，其特征在于，機(jī)翼狀的外形(15)從該葉片(4)的外徑向端凸出并向內(nèi)聚到該螺旋渦輪(1)的軸(2)上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該螺旋渦輪(1)的軸線(6)相對(duì)于流動(dòng)的流體所成的角度基本上相當(dāng)于該螺旋渦輪(1)的螺距角(8)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該螺旋渦輪(1)繞著不與該螺旋渦輪(1)的中心軸線(6)相重合的軸線可旋轉(zhuǎn)地連接到懸架(20，22)上。
4.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該葉片(4)的節(jié)距沿該中心軸線(6)變化。
全文摘要
一種螺旋渦輪裝置(1)，其包括至少一個(gè)可繞軸線(6)旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片(4)，該葉片(4)的截面為機(jī)翼的外形(15)的形狀，其中，機(jī)翼狀的外形(15)從葉片(4)的外半徑范圍凸出并向內(nèi)聚到螺旋渦輪(1)的軸(2)上。
文檔編號(hào)F03B3/12GK1745246SQ200480003263
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者揚(yáng)·英厄·艾爾森 申請(qǐng)人:弗盧康有限公司