專利名稱：具有扭曲式翼片的橫軸式渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于由流動的流體(一般是水或空氣)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的渦輪，其中，在使用中，渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線橫向于流體流的方向。
背景技術(shù)：
構(gòu)造成用于在其旋轉(zhuǎn)軸線橫向于風(fēng)向的情況下使用的風(fēng)力渦輪是眾所周知的。在 風(fēng)力渦輪使其旋轉(zhuǎn)軸線橫向于空氣流的情況下，旋轉(zhuǎn)軸線最便利地(就安全安裝和適應(yīng)不 同風(fēng)向的能力而言)大體垂直地定向，而且這種風(fēng)力渦輪通常被稱為豎直軸風(fēng)力渦輪(或 VAWT)，以使它們區(qū)別于水平軸風(fēng)力渦輪，在水平軸風(fēng)力渦輪中，在使用中，旋轉(zhuǎn)軸線大體平 行于風(fēng)向。水平軸風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子必須面向風(fēng)向或背離風(fēng)向，且需要偏航機(jī)構(gòu)來使轉(zhuǎn)子繞 著塔架的豎直軸線旋轉(zhuǎn)，以保持轉(zhuǎn)子與風(fēng)流恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)。豎直軸風(fēng)力渦輪(VAWT)大體包括中心軸，中心軸相對于地面豎直地布置，且可旋 轉(zhuǎn)地支承排列在軸周圍且粗略垂直于風(fēng)流的多個葉片或?qū)~。豎直軸渦輪不需要偏航機(jī)構(gòu) 來使葉片與風(fēng)對準(zhǔn)，且發(fā)電機(jī)或其它能量轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的動力傳遞裝備可在渦輪的底部處 安裝在地面上，從而潛在地顯著地降低安裝的復(fù)雜性和成本。最著名的VAWT類型是Savonius型(如在授予Savonius的1930年6月24日授 權(quán)的美國專利No. 1，766，765，‘WIND ROTOR，(風(fēng)力轉(zhuǎn)子)中顯示的，該專利公開了具有自調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)的Savonius型渦輪)和Darrieus型(如在授予Darrieus的1931年12月8日授 權(quán)的美國專利 No. 1，835，018，‘TURBINE HAVING ITS ROTATING SHAFTTRANSVERSE TO THE FLOW OF THE⑶RRENT’(使其旋轉(zhuǎn)軸橫向于流的流動的渦輪)中顯示的)。如由以下示例 性專利文獻(xiàn)所表明，已經(jīng)開發(fā)出了 VAWT的若干種不同構(gòu)造。授予Smith的1914年6月16日授權(quán)的美國專利No. 1，100，332，‘WINDMILL，(風(fēng) 車)公開了兩級式豎直軸風(fēng)力渦輪，其中高的級具有基本為Darrieus型的翼片。授予Snarbach 的 1976 年 3 月 2 日授權(quán)的美國專利 No. 3，941，504，‘WIND POWERED P0TATING DEVICE，(風(fēng)力驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)裝置)公開了具有三個大體螺旋式翼片的豎直軸風(fēng)力 渦輪，其中，翼片的底部是隔開的，且翼片是扭曲的并且構(gòu)造成使得翼片的前緣全部在翼片 的頂部處會合。授予Gilman 的 1981 年 10 月 6 日授權(quán)的美國專利 No. 4，293，274，‘VERTICAL AXIS WIND TURBINE FOR GENERATINGUSABLE ENERGY，(用于產(chǎn)生可使用的能量的豎直軸風(fēng)力渦 輪)公開了具有用于改變可用于風(fēng)接觸的導(dǎo)葉表面的機(jī)構(gòu)的螺旋式Savonius型渦輪。授予Mason的 1982年 12 月 28授權(quán)的美國專利No. 4，365，934，‘WIND MACHINE，(風(fēng) 力機(jī))公開了具有這樣的葉片的豎直軸風(fēng)力渦輪該葉片樞軸地安裝以使得它們能夠在渦 輪的各次旋轉(zhuǎn)期間按需要向外擺以捕捉風(fēng)，以及向內(nèi)擺到順槳以減小阻力。授予Goldberg的1995年4月11日授權(quán)的美國專利No. 5，405，246， 'VERTICAL-AXIS WIND TURBINE WITH A TffISTEDBLADE CONFIGURATION，(具有扭曲式葉片 構(gòu)造的豎直軸風(fēng)力渦輪)公開了具有螺旋式翼片的Darrieus型渦輪。
授予Jaakola 的 2002 年 8 月 6 日授權(quán)的美國專利 No. 6，428，275，‘HELICAL WIND ROTOR AND METHOD FORMANUFACTURING SAME，(螺旋式風(fēng)力轉(zhuǎn)子及其制造方法)公開了具 有使用了平面材料的翼片設(shè)計(jì)的螺旋式Savonius型渦輪。授予Kane的 2006 年 5 月 9 日授權(quán)的美國專利No. 7, 040, 859, ‘WIND TU RBINE，(風(fēng) 力渦輪)公開了這樣的豎直軸風(fēng)力渦輪該豎直軸風(fēng)力渦輪具有排列在其周邊周圍且具有 圓形蓋的多個大體豎直地延伸的葉片。授予Becker 的 2006 年 11 月 7 日授權(quán)的美國專利 No. 7，132，760，‘WIND TURBINE DEVICE’(風(fēng)力渦輪裝置)公開了一種混合式豎直軸風(fēng)力渦輪，該混合式豎直軸風(fēng)力渦輪包 括一對內(nèi)部螺旋式非交迭葉片和一對外部縱向延伸式翼型件式葉片。2007年5月10公開的(專利)公開No. US 2007/0104582 (現(xiàn)在為授予Rahai等 人的2008年7月1日授權(quán)的美國專利N0. 7，393，177)公開了用于Savonius型渦輪的翼片 輪廓。雖然，在給定流體密度和操作環(huán)境的差異的情況下，風(fēng)力渦輪技術(shù)的一般發(fā)展可 對水力渦輪技術(shù)有一些應(yīng)用，但是最近的風(fēng)力渦輪和水力渦輪發(fā)展中還不存在大的交迭。 另外，作為大體被理解為橫軸式渦輪的主要優(yōu)勢的內(nèi)容，對準(zhǔn)無關(guān)性在水力渦輪中較不重 要，對于它而言，流動方向(在河流情況下)或多個流動方向(在潮汐流的情況下)的可 預(yù)測性簡化了對準(zhǔn)問題，與VAWT相比，橫軸式水力渦輪有相對較少的發(fā)展。水力渦輪通常 類似于水平軸風(fēng)力渦輪，因?yàn)樗鼈儤?gòu)造成使得在使用中旋轉(zhuǎn)軸線優(yōu)選地與水的流動方向?qū)?準(zhǔn)。
發(fā)明公開本發(fā)明的橫軸式渦輪大體屬于所謂的Savonius型橫軸式渦輪的類別。本發(fā)明包 括一體式翼片(solid foil)構(gòu)造(其中單個翼片非?；\統(tǒng)地類似于最初的Savonius型渦 輪的“S”形轉(zhuǎn)子)或雙翼片構(gòu)造(其中兩個翼片非常籠統(tǒng)地類似于美國專利No. 1, 766, 765 中公開的Savonius型渦輪的兩個翼片)兩者。雙翼片Savonius型渦輪可部分地由翼片 之間的交迭(通常表示成各個翼片的弦長的百分比)描述，以及由翼片之間的間隙的最 小尺寸(通常也表示成各個翼片的弦長的百分比)描述。通過用這種方法來描述雙翼片 Savonius型渦輪，一體式翼片Savonius型渦輪可被概念化為具有0%交迭和0%間隙的雙 翼片渦輪。在此說明書和權(quán)利要求書中，下列術(shù)語具有以下意思a)翼片或葉片通常以從 風(fēng)中抽取動力的方式與風(fēng)(或其它流動的流體)相互作用的渦輪的部分；b)雙翼片渦輪 (或構(gòu)造)具有兩個翼片的渦輪，翼片之間有間隙，并且其中，各個翼片是另一個翼片的鏡 像；c) 一體式翼片渦輪(或構(gòu)造)其翼片具有0%交迭和0%間隙的渦輪，其中，旋轉(zhuǎn)軸線 在包括翼片的構(gòu)件內(nèi)，且在旋轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)上的構(gòu)件部分是在旋轉(zhuǎn)軸線的另一側(cè)上的構(gòu)件 部分的鏡像；d)翼展從翼片的一端到翼片的另一端，基本平行于旋轉(zhuǎn)軸線測得的距離；e) 外邊緣離旋轉(zhuǎn)軸線最遠(yuǎn)的翼片邊緣；f)內(nèi)邊緣雙翼片渦輪的最接近旋轉(zhuǎn)軸線的翼片邊 緣(一體式翼片構(gòu)造的翼片不具有內(nèi)邊緣)；g)弦長i)在雙翼片渦輪的情況下，垂直于旋 轉(zhuǎn)軸線測得的從外邊緣到內(nèi)邊緣的距離；以及ii)在一體式翼片渦輪的情況下，垂直于旋 轉(zhuǎn)軸線測得的從外邊緣到旋轉(zhuǎn)軸線的距離；h)翼片截面當(dāng)作為垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的截面觀察時，從外邊緣到內(nèi)邊緣(在雙翼片渦輪的情況下)的翼片形狀，或者從外邊緣到旋轉(zhuǎn)軸線 (在一體式翼片渦輪的情況下)的翼片形狀；i)扭曲翼型件截面的入射角沿著翼展的改 變；以及j)葉尖速比(TSR)翼片的外邊緣的旋轉(zhuǎn)速度和引起翼片旋轉(zhuǎn)的流體的流速的比
率。 在此說明書和權(quán)利要求書中，表示風(fēng)力渦輪或水力渦輪實(shí)施例的術(shù)語不應(yīng)當(dāng)理解 為將本文描述的發(fā)明限于僅風(fēng)力渦輪或水力渦輪；本發(fā)明適用于與任何流動的流體一起使 用。類似地，在本文中使用表示位置和定向的術(shù)語，例如頂部、底部、上、下、右、左、豎直、水 平等，以便于理解，且這些術(shù)語不表示這樣描述的構(gòu)件總是具有相同的位置或定向。在一方面，本發(fā)明是橫軸式渦輪，其通常在僅一端處(在VAWT的情況下，在渦輪的 底部端處)具有安裝件，其中，渦輪的輪廓是大體漸縮的，因?yàn)樵谂c安裝端相對的渦輪的端 部(本文稱為非安裝端)附近，弦長減小，從而使得在頂部端處弦長為零、接近零或者至少 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于安裝端處的弦長。漸縮可為直線式的，從而使得在使用中由渦輪掃掠過的三維區(qū)域基本是錐形區(qū) 段?；蛘?，漸縮可為曲線式的，從而使得由渦輪掃掠過的三維區(qū)域是基本橢圓形或球形的。 另外，渦輪的一部分(優(yōu)選為離安裝端比離非安裝端更近的部分)可以不是漸縮的(即由 底部部分掃掠過的三維區(qū)域可為圓柱形的)。這種非漸縮部分可與直線式漸縮部分或曲線 式漸縮部分結(jié)合。另外，最大弦長可以不在安裝端處，而是可位于沿著安裝端和非安裝端之間的翼 展的位置處，其中，沿著翼展從安裝端朝向非安裝端移動，弦長增大直至最大弦長的位置， 且然后朝非安裝端減小。這種渦輪構(gòu)造在本文中概括地稱為雙漸縮的。在風(fēng)力渦輪的情況 下，這種雙漸縮構(gòu)造可在湍流位置(例如可與地面密切有關(guān))中最優(yōu)地使用。對于風(fēng)應(yīng)用，成雙漸縮構(gòu)造的最大弦長的位置可在翼展的約30%至50% (從安裝 端起測量)附近。安裝端處的弦長為最大弦長的約85%。渦輪的高度與寬度的比率可在 1.67 1左右，且一般不小于1. 5 1。渦輪可具有螺旋式構(gòu)造，因?yàn)楦鱾€翼片可具有至少180°的扭曲。對于漸縮構(gòu)造， 優(yōu)選的是扭曲為至少約200°至220°?；蛘撸で苫敬笥?00°，在這種情況下，扭曲 的角度優(yōu)選為約20°至30°加上180°的倍數(shù)。渦輪可在安裝端處具有類圓錐形底座，該類圓錐形底座具有簡單的圓錐形或更優(yōu) 選地根據(jù)流體流具有復(fù)雜的凹入形狀。類圓錐形底座是堅(jiān)固的；通過減小相關(guān)流體流過的 總表面(有時稱為“濕的表面”)來減小阻力；并且為軸承和其它裝備(例如發(fā)電機(jī)的全部 或一部分)提供空間。螺旋式構(gòu)造有利于進(jìn)行自啟動，以及使各次完整的旋轉(zhuǎn)的扭矩輸出平滑。螺旋 形式、本文描述的翼片截面構(gòu)造、漸縮構(gòu)造和類圓錐形底座均全部理解為有助于形成和保 持低壓升力區(qū)域，該低壓升力區(qū)域在渦輪旋轉(zhuǎn)時在翼片的表面上從安裝端朝向非安裝端遷 移。當(dāng)升力區(qū)域向上遷移時，其協(xié)助在其附近建立層流。層流的這種增強(qiáng)會導(dǎo)致在各個翼 片截面上與層流相關(guān)的攻角的范圍變寬，從而產(chǎn)生較大的升力。在升力區(qū)域建立處的截面 上方的截面具有的旋轉(zhuǎn)原動力比在升力區(qū)域沒有遷移的情況下它們可能具有的旋轉(zhuǎn)原動 力更大，從而貫穿以此方式漸縮的翼片的各次完整的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生相當(dāng)恒定的扭矩。在一方面，本發(fā)明是一種渦輪，其用于響應(yīng)于相對于該渦輪流動的流體而旋轉(zhuǎn)，其中，在使用中，渦輪定向成使其旋轉(zhuǎn)軸線橫向于流體流，該渦輪包括沿著旋轉(zhuǎn)軸線延伸的至少兩個翼片，其中各個翼片在其翼展的一端處具有安裝端，且在其翼展的另一端處具有非 安裝端；各個翼片沿著其翼展具有繞著旋轉(zhuǎn)軸線不小于約180°的扭曲；各個翼片的翼片 截面的一側(cè)大體是凹的，且該翼片的翼片截面的另一側(cè)具有外部凸出區(qū)段、中間凹入?yún)^(qū)段 和內(nèi)部凸出區(qū)段；并且翼片在安裝端附近的弦長大于該翼片在非安裝端附近的弦長，借此 渦輪的輪廓是大體漸縮的。
附圖簡述

圖1是顯示了本發(fā)明的示例性一體式翼片螺旋式單漸縮VAWT實(shí)施例的透視圖。圖2是顯示了本發(fā)明的示例性一體式翼片螺旋式雙漸縮VAWT實(shí)施例的透視圖。圖3是顯示了本發(fā)明的示例性雙翼片螺旋式單漸縮VAWT實(shí)施例的透視圖。圖4是顯示了本發(fā)明的示例性雙翼片螺旋式雙漸縮VAWT實(shí)施例的透視圖。圖5是顯示了本發(fā)明的示例性一體式翼片非螺旋式單漸縮VAWT實(shí)施例的透視圖。圖6是顯示了本發(fā)明的示例性一體式翼片非螺旋式雙漸縮VAWT實(shí)施例的透視圖。圖7是顯示了本發(fā)明的示例性雙翼片非螺旋式單漸縮VAWT實(shí)施例的透視圖。圖8是顯示了本發(fā)明的示例性雙翼片非螺旋式雙漸縮VAWT實(shí)施例的透視圖。圖9是具有雙曲線式翼片截面的本發(fā)明的一體式翼片VAWT實(shí)施例的翼片截面圖， 該圖表示了翼片截面的偏移尺寸，偏移是從弦線/半徑線得到的。圖10是具有雙曲線式翼片截面的本發(fā)明的雙翼片VAWT實(shí)施例的翼片截面圖，該 圖表示了翼片截面的偏移尺寸，偏移是從弦線/半徑線得到的。圖11是具有單曲線式翼片截面的本發(fā)明的雙翼片VAWT實(shí)施例的翼片截面圖，該 圖表示了翼片截面的偏移尺寸，偏移是從弦線/半徑線得到的。圖12是具有單曲線式改進(jìn)的Savonius型翼片截面的本發(fā)明的雙翼片VAWT實(shí)施 例的翼片截面圖，該圖表示了翼片截面的偏移尺寸，偏移是從弦線/半徑線得到的。圖13是顯示了本發(fā)明的螺旋式單漸縮VAWT實(shí)施例的選定的弦線/半徑線的俯視 示意圖。圖14是顯示了本發(fā)明的螺旋式雙漸縮VAWT實(shí)施例的選定的弦線/半徑線的俯視 示意圖。圖15是顯示了具有類圓錐形底座的一體式翼片VAWT的局部透視圖(僅示出了該 翼片的一部分)。圖16是以與圖15中的視圖不同的相對旋轉(zhuǎn)角度顯示的圖15所示的一體式翼片 VAffT的局部透視圖。圖17是移除了翼片的一體式翼片VAWT的類圓錐形底座的透視圖。圖18是圖17所示的類圓錐形底座的剖面透視圖。圖19是具有安裝在駕駛室上方和貨艙前面的雙渦輪偏轉(zhuǎn)器的卡車的透視圖，其 中經(jīng)過卡車的空氣的一般流徑大致由彎帶表示。圖20是圖19所示的卡車和雙渦輪偏轉(zhuǎn)器的側(cè)視圖。圖21是圖19和20所示的雙渦輪偏轉(zhuǎn)器的正視圖。圖22是顯示了通過柔性傳動纜繩懸吊在流水中的一體式翼片螺旋式雙漸縮水力渦輪的透視圖。圖23是顯示了懸吊在流水中且通過柔性傳動纜繩連接到帶系繩的浮動船舶上的 一排四個一體式翼片螺旋式雙漸縮水力渦輪的側(cè)視圖。圖24是圖23所示的渦輪排和船舶的正視圖。 圖25是圖22、23和24所示的類型的示例性一體式翼片螺旋式雙漸縮水力渦輪的 透視圖。圖26是顯示為在不同的旋轉(zhuǎn)位置處的圖25所示的水力渦輪的透視圖。圖27是顯示了圖25和26所示的水力渦輪的選定的弦線/半徑線的俯視示意圖。圖28是顯示了螺旋式?jīng)_壓空氣VAWT的透視圖。圖29是圖28所示的沖壓空氣VAWT的一個區(qū)段的透視孤立視圖(isolated view)0圖30是圖29所示的沖壓空氣VAWT的區(qū)段的透視局部剖面圖，其顯示了該區(qū)段的 內(nèi)部的一部分。圖31是與相關(guān)聯(lián)的軸的一個區(qū)段一起顯示的圖28、29和30所示的沖壓空氣VAWT 的板條的透視圖。圖32是圖31所示的板條的截面圖。圖33至40是具有雙曲線式翼片截面和沿著翼片的翼展改變的翼片截面的、本發(fā) 明的一體式翼片螺旋式渦輪實(shí)施例的一系列的翼片截面圖，其中各個截面圖表示了從弦線 /半徑線得到的偏移尺寸，如下a)圖33是在安裝端附近的翼片截面圖；b)圖34是自圖33 的翼片截面起扭曲30°的截面的翼片截面圖；c)圖35是自圖34的翼片截面起扭曲30° 的截面的翼片截面圖；d)圖36是自圖35的翼片截面起扭曲30°的截面的翼片截面圖；e) 圖37是自圖36的翼片截面起扭曲30°的截面的翼片截面圖；f)圖38是自圖37的翼片截 面起扭曲30°的截面的翼片截面圖；g)圖39是自圖38的翼片截面起扭曲30°的截面的 翼片截面圖；以及h)圖40是自圖39的翼片截面起扭曲30°且在非安裝端附近的截面的 翼片截面圖。為了細(xì)節(jié)清楚，圖40與圖33至39的比例不相同。
用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的模式本文描述的實(shí)施例包括復(fù)雜的形狀和曲線。為了增強(qiáng)對這些形狀的理解，若干幅 圖包含意圖表示相關(guān)聯(lián)的形狀的輪廓的額外的線條。這種線條不應(yīng)理解為表示特定特征， 例如邊緣或接頭。圖1顯示了具有平面底座61的一體式翼片螺旋式單漸縮VAWT60。圖2顯示了具有 平面底座61的一體式翼片螺旋式雙漸縮VAWT62。圖3顯示了雙翼片螺旋式單漸縮VAWT64 的翼片(即未顯示底座或安裝機(jī)構(gòu))。圖4顯示了雙翼片螺旋式雙漸縮VAWT66的翼片(即 未顯示底座或安裝機(jī)構(gòu))。圖5顯示了一體式翼片非螺旋式單漸縮VAWT68的翼片(即未顯 示底座或安裝機(jī)構(gòu))。圖6顯示了一體式翼片非螺旋式雙漸縮VAWT70的翼片(即未顯示底 座或安裝機(jī)構(gòu))。圖7顯示了雙翼片非螺旋式單漸縮VAWT72的翼片(即未顯示底座或安裝 機(jī)構(gòu))。圖8顯示了雙翼片非螺旋式雙漸縮VAWT74的翼片(即未顯示底座或安裝機(jī)構(gòu))。圖9、10、11和12是本發(fā)明的不同的VAWT實(shí)施例的翼片截面圖。這些圖中的各個 包括弦線/半徑線，其中相關(guān)聯(lián)的垂直線表示偏移尺寸集合的位置。通常，兩個偏移尺寸與各個垂直線相關(guān)聯(lián)一個偏移尺寸為從弦線/半徑線到最接近的翼片表面(由小寫字母的參考標(biāo)號表示)，另一個為從最接近的翼片表面到另一個翼片表面(由大寫字母的參考標(biāo) 號表示)。各圖中的大寫字母的參考標(biāo)號(例如，圖9中的“Q”)與緊鄰?fù)膺吘壍囊砥孛?的半徑相關(guān)聯(lián)。各圖上表示了相關(guān)渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線(中心)。在本說明書中與圖9、10、11和12中的各個圖相關(guān)聯(lián)的是根據(jù)圖中顯示的弦長/ 半徑長度的百分比列出了在圖中表示的尺寸的表格。本發(fā)明的實(shí)施例包括漸縮構(gòu)造，其中 弦長/半徑長度在渦輪上的不同豎直位置處有所不同，但是翼片截面的相關(guān)形狀在渦輪上 的不同豎直位置處保持基本恒定。因此，可根據(jù)具有根據(jù)在選定的豎直位置處的弦/半徑 的弦長/半徑長度和尺寸(或在非漸縮構(gòu)造的情況下的尺寸)的百分比來規(guī)定的尺寸的翼 片截面，來確定這種渦輪的一般形狀。如果渦輪是螺旋式的，則可通過顯示(通過圖或表 格)選定的豎直位置處的弦/半徑之間的相對角度來規(guī)定扭曲(下面會進(jìn)一步論述)。圖9顯示了本發(fā)明的一個實(shí)施例的一體式翼片雙曲線式VAWT翼片截面100。該翼 片截面是雙曲線式的，因?yàn)殡x弦線/半徑線最遠(yuǎn)的翼片表面包括外部凸出區(qū)段102、中間凹 入?yún)^(qū)段104和內(nèi)部凸出區(qū)段106。作為弦長/半徑長度(在圖9中表示為“半徑”)的百分 比，圖 9 中表示的尺寸如下:a 2. 2A 2. 2b 4. 6B 5. Oc 9. 6C 6. 8d 13. OD 5. 8e 15. 6E 3. 2f 17. OF 1. 8g 18. OG 1. 4h 18. OH 2. 6i 18. OI 4. 8j 16. 8J 7. Ok 15. 4K 9. 01 13. 4L 10. 2m 10. 6M 10. 8n 7. 4N 11. Oo 3. 20 10. 2p · 8P 8. 6Q 1.6(外邊緣的半徑)R 6. 6 (所表示的偏 移的間距)S 3. 4(所表示的偏移的間距)圖10顯示了本發(fā)明的一個實(shí)施例的雙翼片雙曲線式VAWT翼片截面200(以及另 一個翼片的翼片截面的一部分)。翼片截面是雙曲線式的，因?yàn)殡x弦線/半徑線最遠(yuǎn)的翼片 表面包括外部凸出區(qū)段102、中間凹入?yún)^(qū)段104和內(nèi)部凸出區(qū)段106。作為弦長/半徑長度 (即從外邊緣到旋轉(zhuǎn)中心)的百分比，在圖10中表示的尺寸如下a 3. IA Ib 10. 6B 5. 8c 15. 6C 6. 8d 18. 9D 3. 8e 20. 9E 1. 9f 21. 8F 2. 2g 21. 6G 5h 20. 5H 8. 4i 18. 41 11. 2j
15.2J 12.9k 10. 9K 13.41 5. 2L 12. 8M 2 (外邊緣的半徑)N 3. 7 (所表示的偏移的間距)0 10 (所表示的偏移的間距)圖11顯示了本發(fā)明的一個實(shí)施例的雙翼片單曲線式VAWT翼片截面300(以及另 一個翼片的翼片截面的一部分)。該翼片截面被稱為單曲線式的，以使其區(qū)別于上述雙曲線 式翼片截面。不像雙曲線式翼片截面，在雙翼片單曲線式VAWT翼片截面300中，離弦線/ 半徑線最遠(yuǎn)的翼片表面不具有凹入?yún)^(qū)段。作為弦長/半徑長度(即從外邊緣到旋轉(zhuǎn)中心) 的百分比,在圖11中表示的尺寸如下a 5. 9B 7. Ic 12. IC 2. 7d 15. ID 6e 16. 3E 9. 9f
16.IF 14. 6g 15G 19. 4h 13. 6H 23. 8i 121 27. 6j 10. IJ 30. 9k 8. IK 33. 91 5. 9L 36m 3.4M 35. 2n · 7N 29. 60 6.8(外邊緣的半徑)P 2. 1 (所表示的偏移的間距)R 10(所表示的 偏移的間距)圖12顯示了本發(fā)明的一個實(shí)施例的雙翼片單曲線式的改進(jìn)的Savonius型翼片截 面400 (以及另一個翼片的翼片截面的一部分)。作為弦長/半徑長度(即從外邊緣到旋轉(zhuǎn) 中心)的百分比,在圖12中表示的尺寸如下:A 5.5B 31.5b 3. 6C 41.5c 5. ID 47. 3d 6. 5E 50. 5e 7.9F 51. 6f 9. 6G 50. 6g 11. 4H 47. 6h 13.61 42. Ii 16. 7J 32. 2j 22K 8k 39. 2L OI 35. 9M 9N 10. 2 (外邊緣的半徑)P 10 (偏移的間距)圖13和14是顯示了本發(fā)明的漸縮的螺旋式VAWT實(shí)施例的選定的弦線/半徑線的俯視示意圖。圖13和14中的弦線/半徑線從相關(guān)渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線(指的是圖9至12 中的旋轉(zhuǎn)中心)放射出。沿著各個相鄰的弦線/半徑線對之間的翼展的偏置對于所有這種 弦線/半徑線對來說都是相同的。因此，相鄰的弦線/半徑線之間的角度表示相鄰的弦線 /半徑線之間的扭曲，并且累積起來表示所示翼片的扭曲。如圖13和14所表示，圖中所示 的翼片的扭曲為約200°。為了清楚，圖13和14顯示了渦輪的僅一側(cè)上的弦線/半徑線；將清楚的是，翼片 的渦輪另一側(cè)的弦線/半徑線將只是圖中所示的弦線/半徑線的鏡像。圖13和14中的弦線/半徑線大體對應(yīng)于圖9至12中表示的弦線/半徑線?？?在由圖13和14表示的漸縮的螺旋式構(gòu)造中使用圖9至12中所示的任何翼片截面。在圖13和14所示的一般渦輪構(gòu)造中在各圖中表示為“A”的弦線/半徑線位于 渦輪的底部/底座處；相鄰的弦線/半徑線沿著翼展彼此隔開等于最大弦長/半徑長度的 40%的量(因此沿著翼展從弦線/半徑線“A”至弦線/半徑線“K”的距離是各圖中的最大 弦長/半徑長度的400%)；且相鄰的弦線/半徑線之間的角度為20°。圖13顯示了本發(fā)明的螺旋式單漸縮VAWT500實(shí)施例的選定的弦線/半徑線。作 為最大弦長/半徑長度的百分比，在圖13中表示的弦線/半徑線的尺寸如下A 100B 100C 100D 100E 99F 97G 93. 2H 82. 31 65. 2J 38. 5K 8圖14顯示了本發(fā)明的螺旋式雙漸縮VAWT600實(shí)施例的選定的弦線/半徑線。作 為最大弦長/半徑長度的百分比，在圖14中表示的弦線/半徑線的尺寸如下A 20B 40C 100D 100E 99F 97G 93. 2H 82. 31 65. 2J 38. 5K 8圖13和14所示的漸縮和其它類似的漸縮也可與非螺旋式構(gòu)造一起使用。在與這 種非螺旋式構(gòu)造的圖13和14類似的俯視示意圖中，弦線/半徑線將僅會彼此交迭。圖15、16、17和18顯示了用于一體式翼片VAWT的類圓錐形底座700。底座稱為類 圓錐形而非僅是圓錐形，因?yàn)閮?yōu)選的旋轉(zhuǎn)表面不是由圓錐形區(qū)段組成的，而是復(fù)雜的凹入 形狀。如圖15和16所示，翼片和類圓錐形底座700的交匯處優(yōu)選地修整成具有凹形圓角 702，以減小湍流。如與傳統(tǒng)的翼片-底座連接相比(其中，翼片和底座僅以約90°會合)， 類圓錐形底座是堅(jiān)固的，且通過減小相關(guān)流體流過的總表面(有時稱為“濕的表面”)來減 小阻力。如圖18所示，類圓錐形底座還可在底座內(nèi)為發(fā)電機(jī)的全部或一部分(或者渦輪所 驅(qū)動的其它裝置)提供足夠的空間，從而降低軸承負(fù)載，且允許較緊湊的安裝。垂直軸渦輪會經(jīng)受馬格納斯(Magnus)效應(yīng)(有時也稱為Flettner效應(yīng))，借此物 體的旋轉(zhuǎn)會影響其通過流體的路徑，或者如果物體在固定位置上或者物體移動但以使其路 徑不會受流經(jīng)它的流體影響的方式安裝，則流體的流徑受到影響。馬格納斯效應(yīng)被理解為 包括伯努利效應(yīng)和在旋轉(zhuǎn)的物體周圍的介質(zhì)中形成邊界層的各種現(xiàn)象的產(chǎn)物。在這種渦輪排列的情況下，可使用由于垂直軸渦輪旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的流體流偏轉(zhuǎn)來獲 得期望的流動型式，且也可使用該流體流偏轉(zhuǎn)來使經(jīng)過移動的運(yùn)載工具的空氣流偏轉(zhuǎn)?，F(xiàn) 代的大型卡車(特別是長距離運(yùn)輸卡車)的前端，通常成形成以便通過平滑地(或者至少 像運(yùn)載車輛設(shè)計(jì)的普通約束允許的一樣平滑)使經(jīng)過卡車的空氣轉(zhuǎn)向(并且，通常較小程 度地轉(zhuǎn)向到側(cè)部)來減小空氣阻力。使經(jīng)過移動的運(yùn)載工具的空氣轉(zhuǎn)向通常會在運(yùn)載工具 上產(chǎn)生向下力，從而導(dǎo)致增大輪胎磨損。或者，安裝在運(yùn)載工具前部處的垂直軸渦輪將由于 馬格納斯效應(yīng)而使經(jīng)過運(yùn)載工具的空氣轉(zhuǎn)向，并且驅(qū)動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的裝置(例如發(fā)電機(jī)或制冷壓縮機(jī))。圖19和20顯示了安裝在駕駛室上方且安裝在卡車802的貨艙前面的雙渦輪式偏 轉(zhuǎn)器800。雙渦輪式偏轉(zhuǎn)器800的各個渦輪是一體式翼片螺旋式單漸縮渦輪。因?yàn)檠刂鴿u 縮渦輪的翼片的流(不同于受馬格納斯效應(yīng)影響的一般流)的一部分從渦輪的底座(即單 漸縮渦輪的最寬部分)朝向渦輪的另一端(即傳統(tǒng)定向的VAWT中的頂部)，所以雙渦輪式 偏轉(zhuǎn)器還起使空氣(卡車802從該空氣中穿過)的一部分朝向運(yùn)載工具的各個側(cè)部轉(zhuǎn)向的 作用。圖21顯示了適于安裝在運(yùn)載工具上的雙渦輪式偏轉(zhuǎn)器800。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本文大體描述的類型的渦輪可以用與渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線成除了大約90° 之外的角度的流體流來有用地起作用。使本發(fā)明的渦輪傾斜為使得該渦輪的非安裝端向下游傾斜成渦輪旋轉(zhuǎn)軸線在離 流動方向的垂線約5°至15°的范圍中(且優(yōu)選為約7° )，提高了渦輪的性能。理解的是 當(dāng)傾斜相對于流動方向恰當(dāng)?shù)囟ㄏ驎r，最好地獲得了這種傾斜的好處。但是，傾斜和流動方 向不需要完美地對準(zhǔn)，且這樣來理解傾斜整個流動方向的約180° (即相對于傾斜與流動 方向?qū)?zhǔn)的任一側(cè)為90° )上，與定向成垂直于所有一般的可行流動方向的渦輪相比，傾 斜至少對性能沒有有害作用。但是，傾斜最好用在流動方向相當(dāng)恒定的情況下，例如與河流 中的水力渦輪一起使用，以及也許與經(jīng)受持久的風(fēng)(例如信風(fēng))的位置上的風(fēng)力渦輪一起 使用。也可在渦輪安裝結(jié)構(gòu)可相對于流動方向重新定向的情況下使用傾斜，例如，在水 力渦輪安裝在潮汐流中的駁船上的情況下使用，駁船可被錨定，以便相對于水流自由地進(jìn) 行自定向?；蛘?，如果安裝位置不允許駁船進(jìn)行這種自定向，則可使用可能由渦輪供以動力 的流量傳感器、計(jì)算機(jī)控制器和機(jī)械裝置來改變渦輪相對于駁船的傾斜。圖22中顯示了提供自對準(zhǔn)和傾斜(盡管傾角不像在以軸的方式安裝的水力渦輪 的情況下那樣受控制)的、以軸的方式安裝的水力渦輪的一個備選方案。如圖22所示，可 使用一體式翼片螺旋式雙漸縮水力渦輪900來通過經(jīng)由柔性傳動纜繩902懸吊在流水中而 由流水產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這種構(gòu)造安裝起來相對廉價(jià)，且允許渦輪適應(yīng)水流方向的變化(諸 如(例如)當(dāng)流為潮汐時)。安裝的柔性性質(zhì)還意味著與以剛性方式安裝的渦輪相比，水力 渦輪900較不易受水中的浮動的或部分浸沒的物品(例如木頭)的損害。水力渦輪900相 對于流動方向的定向(即以除了 90°之外的角)意味著水流的經(jīng)過水力渦輪900的流動傾 向于沖走較小的物品(例如塑料袋、海草等)，較小的物品可能會以別的方式粘附到水力渦 輪900上，從而降低其效率。圖23和24顯示了一排四個一體式翼片螺旋式雙漸縮水力渦輪900，它們懸吊在 流水中，且通過柔性傳動纜繩902連接到帶系繩的浮動船舶904上。水力渦輪900可構(gòu)造 和定位成以便利用馬格納斯效應(yīng)。如圖24所示，在浮動船舶904的各側(cè)上的一對水力渦輪 900中的各個構(gòu)造成以便沿與另一對水力渦輪900相反的方向旋轉(zhuǎn)。圖25和26顯示了適于在圖22、23和24所示的布置中使用的示例性一體式翼片 螺旋式雙漸縮水力渦輪900。圖27顯示了圖25和26所示的水力渦輪906的弦線/半徑 線。下表給出了弦長在離距離柔性纜繩的連接點(diǎn)最遠(yuǎn)的渦輪的端部不同距離處(且處于不 同的相對角度)的相對尺寸。
圖28顯示了可收縮的螺旋式?jīng)_壓空氣VAWT1000。如圖28所示，以及在圖29和 30中更加詳細(xì)地就一些特征而言，沖壓空氣VAWT1000包括安裝在柱1004上的底板1002和 頂板1006。沖壓空氣翼片1008包括多個板條1010，其中各個板條1010在穿過板條1010 的孔處可滑動地安裝到軸1012上。板條1010繞著軸1012的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動受到阻礙；優(yōu)選 地，軸1012開有鍵槽，且板條1010中的孔構(gòu)造成以便與該鍵槽匹配?？椢锉砥?014附連 到各個板條1010的各個邊緣上，以便形成沖壓空氣翼片1008的表面。存在沿著沖壓空氣 翼片1008的各個外邊緣的長度延伸的孔口 1016。在使用中，各個隔室1018 (即兩個織物表皮1014和板條1010之間的空間)裝有 空氣，空氣是通過孔口 1016而被推入隔室1018中的。板條1010和織物表皮1014構(gòu)造成 使得隔室1018中所得到壓力迫使織物表皮1014成期望的翼片形狀?？赏ㄟ^這樣的方式來使沖壓空氣VAWT1000收縮，即使頂板1006和底板1002更 加緊密地靠在一起，以便使板條1010成堆疊構(gòu)造，這顯著地減小了掃掠過的區(qū)域，且使織 物表皮1014變松，從而使得空氣流中的湍流經(jīng)過收縮的沖壓空氣VAWT1000，從而導(dǎo)致最小 的旋轉(zhuǎn)扭矩或不存在旋轉(zhuǎn)扭矩。沖壓空氣VAWT1000可構(gòu)造成使得頂板1006可滑動的安裝 在沖壓空氣軸上，且底板1002固定到?jīng)_壓空氣軸1012上，使得可通過使頂板1006沿著沖 壓空氣軸1012滑動來實(shí)現(xiàn)沖壓空氣VAWT1000的收縮?；蛘?，頂板1006可固定到?jīng)_壓空氣 軸1012上，且沖壓空氣軸1012可相對于底板1002可滑動地安裝，從而使得可通過將沖壓 空氣軸1012拉入柱1004中來實(shí)現(xiàn)沖壓空氣VAWT1000的收縮。如圖32所示，在一個實(shí)施例中，各個板條1010由兩個半板條1020組成，在使用 中，兩個半板條1020用傳統(tǒng)緊固件彼此附連?？椢锉砥?014的一部分被夾在半板條1018 之間，從而將織物表皮1014固定到板條1010上。圖33至40顯示了具有雙曲線式翼片截面的本發(fā)明的一體式翼片螺旋式非恒定截 面渦輪1100實(shí)施例。該一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100是“非恒定截面”的，因?yàn)?翼片截面的特征的相關(guān)比例和相關(guān)位置會沿著翼片的翼展而改變。表示從弦線/半徑線得 到的偏移尺寸的截面圖如下a)圖33是在安裝端附近的安裝端截面1102的翼片截面；b) 圖34是自安裝端截面1102起扭曲30°的第二截面1104的翼片截面；c)圖35是自第二截 面1104起扭曲30°的第三截面1106的翼片截面圖；d)圖36是自第三截面1106起扭曲 30°的第四截面1108的翼片截面圖；e)圖37是自第四截面1108起扭曲30°的第五截面 1110的翼片截面圖；f)圖38是自第五截面1110起扭曲30°的第六截面1112的翼片截面 圖；g)圖39是自第六截面1112起扭曲30°的第七截面1114的翼片截面圖；以及h)圖40是自第七截面1114起扭曲30°且在非安裝端附近的第八截面1116的翼片截面圖。如以上所提到的，一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100是雙曲線式的，因?yàn)殡x 弦線/半徑線最遠(yuǎn)的翼片表面包括外部可變凸出區(qū)段1120、中間可變凹入?yún)^(qū)段1122和內(nèi)部 可變凸出區(qū)段1124。全部根據(jù)一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑的百分比來給出針 對圖33至40提供的尺寸(包括截面的半徑、偏移線的間距，以及偏移尺寸(由大寫字母和 小寫字母表示))。安裝端截面1102的半徑為一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半 徑的100%。圖33中的偏移線隔開一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑 的 11. 11%。圖 33 中表示的尺寸如下A 23.92a 23. 92B 23.50b 15. 99C 23.39c 3. 27D 20. 55d 4. 12E 17. 67e 10. 41F 15. 98f 13. 21G 15. 56g 13. 09H 14. 63h 10.371 13. 15i
5.31R 1. 66第二截面1104的半徑為一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑 的100%。圖34中的偏移線隔開一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑 的 11.11%。圖 34 中表示的尺寸如下A 16.43a 16. 43B 21.93b 3. 85C 16.50c 4. 47D 11. 66d 9. 94E 11. 34e 13. 15F 11. 81f 14. 17G 12. 78g 13. 29H 13. 13h 10.251 12. 07i 4. 97R 1. 51第三截面1106的半徑為一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑 的100%。圖35中的偏移線隔開一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑的 11.11%。圖 35 中表示的尺寸如下A 10.01a 10.01B 19.62b 0C 14.09c 6. 15D 10. 32d
10.00E 10. lie 12. 14F 11. 89f 12. 70G 13. 13g 11. 73H 13. 08h 9.201 11. 82i 4. 90R
I.44第四截面1108的半徑為一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑 的100%。圖36中的偏移線隔開一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑的
11.11%。圖 36 中表示的尺寸如下A 10.01a 10.01B 19.61b 0. 3C 14.07c 5. 36D 10. 30d 10. 24E 10. 62e 12. 45F 11. 89f 13. 07G 13. 15g 12. 16H 13. 21h 9.701 11. 76i 5.46第五截面1110的半徑為一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑 的100%。圖37中的偏移線隔開一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑的
II.11%。圖 37 中表示的尺寸如下A 10.01a 10.01B 19.61b 0. 3C 14.07c 5. 36D 10. 30d 10. 24E 10. 62e 12. 45F 11. 89f 13. 07G 13. 15g 12. 16H 13. 21h 9.701 11. 76i 5.46第六截面1112的半徑為一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑的 92. 13%。圖38中的偏移線隔開一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑的 10.24%。圖 38 中表示的尺寸如下A 9.22a 9. 22B 18.07b 0. 10C 12.96c 5. 76D 9. 48d 9. 21E 9. 76e 11. 18F 10. 98f 11. 70G 12. 12g 10. 80H 12. 20h 8. 471 10. 89i 4. 51R 1.33第七截面1114的半徑為一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑 的64. 05%。圖39中的偏移線隔開一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑 的 7. 12%。圖 39 中表示的尺寸如下A 6.38a 6. 38B 12.56b 0. 28C 9.01c 3. 96D 6. 59d
6.40E 6. 78e 7. 77F 7. 65f 8. 15G 8. 43g 7. 51H 8. 48h 5. 891 7. 57i 3. 18R 0. 92第八截面1116的半徑為一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑的22. 59%。圖40中的偏移線隔開一體式翼片螺旋式非恒定截面渦輪1100的最大半徑的 2.51%。圖 40 中表示的尺寸如下A 2.25a 2. 25B 4.44b 0C 3.18c 1. 40D 2.33d 2. 26E 2. 40e 2. 75F 2. 70f 2. 87G 2. 98g 2. 65H 3. OOh 2. 081 2. 68i 1. 11R 0. 33如可在圖33至40中看到的，外部可變凸出區(qū)段1120、中間可變凹入?yún)^(qū)段1122和 內(nèi)部可變凸出區(qū)段1124的相關(guān)位置和大小沿著翼片的翼展不是恒定的。在翼片的安裝端 (即安裝端截面1102)附近，內(nèi)部可變凸出區(qū)段1124鄰近旋轉(zhuǎn)軸線，而在其它截面中，內(nèi)部 可變凸出區(qū)段1124朝向翼片的外邊緣轉(zhuǎn)移。如圖33所示，在安裝端截面1102中，對應(yīng)于 內(nèi)部可變凸出區(qū)段1124的位置的最大偏移尺寸在旋轉(zhuǎn)軸線處。如圖35至40所示，對應(yīng)于 內(nèi)部可變凸出區(qū)段1124的位置的最大偏移尺寸在B處，即沿著弦長離旋轉(zhuǎn)軸線約11%。因 此，從渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線和翼片的外邊緣之間的弦測得的內(nèi)部凸出區(qū)段的最大尺寸在與距旋 轉(zhuǎn)軸線為弦長的約12%內(nèi)的弦上位置相垂直(normalto)的位置處。同樣，在翼片的安裝端(即安裝端截面1102)附近，翼片截面的弦長/半徑與翼片 截面的寬度的比率小于在其它截面中的這個比率。如圖33所示，在安裝端截面1102中，對 應(yīng)于中間可變凹入?yún)^(qū)段1122的偏移尺寸(C)為23. 39，從而使翼片截面的弦長/半徑與翼 片截面的寬度的比率為100. 00比23. 39 (或23. 39%)。如圖36所示，在第四截面1108中， 對應(yīng)于中間可變凹入?yún)^(qū)段1122的偏移尺寸(D)為10. 30，從而使翼片截面的弦長/半徑與 翼片截面的寬度的比率為100.00比10. 30 (或10.30% )。如圖40所示，在第八截面1116 中，對應(yīng)于中間可變凹入?yún)^(qū)段1125的偏移尺寸(D)為2. 35，從而使翼片截面的弦長/半徑 與翼片截面的寬度的比率為22. 59比2. 35(或10. 40% )0在中間可變凹入?yún)^(qū)段1122處的 各個翼片截面的寬度不小于翼片截面處的弦長的約10%。翼片的形狀沿其翼展的變化會在安裝端附近加強(qiáng)翼片，且會提供用來在安裝端處 容納軸承等的內(nèi)部容積。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種調(diào)節(jié)不會對渦輪的性能有顯著的損害，而且這種調(diào) 節(jié)可有助于在翼片的表面上形成和保持合乎需要的低壓升力區(qū)域。本發(fā)明的水力渦輪可便利地由聚丙烯纖維加強(qiáng)的混凝土制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這是相 對廉價(jià)和易于操作的材料，其會產(chǎn)生足夠堅(jiān)固的水力渦輪。選擇適當(dāng)?shù)妮p質(zhì)混凝料可生產(chǎn) 具有接近中性浮力的渦輪，從而使得安裝和維護(hù)這種渦輪更加容易。理解的是，聚丙烯纖維 加強(qiáng)的混凝土對于至少翼展約四米直徑約兩米的水力渦輪來說是適當(dāng)?shù)牟牧??？墒褂脗鹘y(tǒng)的玻璃纖維加工來便利地制造本發(fā)明的風(fēng)力渦輪。為了強(qiáng)度和一些加 工便利性，玻璃纖維翼片可具有傳統(tǒng)的發(fā)泡芯材。但是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的 是，可用許多不同的方式來制造風(fēng)力渦輪翼片。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可使用膠合板框架利用雪 松條結(jié)構(gòu)來制造輕的、足夠結(jié)實(shí)且相對廉價(jià)的渦輪。
權(quán)利要求
一種渦輪，用于響應(yīng)于相對于所述渦輪流動的流體而旋轉(zhuǎn)，其中，在使用中，所述渦輪定向成使其旋轉(zhuǎn)軸線橫向于所述流體流，所述渦輪包括沿著所述旋轉(zhuǎn)軸線延伸的至少兩個翼片，其中a)各個翼片在其翼展的一端處具有安裝端，且在其翼展的另一端處具有非安裝端；b)各個翼片沿其翼展具有繞著所述旋轉(zhuǎn)軸線不小于約180°的扭曲；c)各個翼片的翼片截面的一側(cè)大體是凹的，且所述翼片的翼片截面的另一側(cè)具有外部凸出區(qū)段、中間凹入?yún)^(qū)段和內(nèi)部凸出區(qū)段；以及d)所述翼片在所述安裝端附近的弦長大于所述翼片在所述非安裝端附近的弦長，借此所述渦輪的輪廓是大體漸縮的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪是一體式翼片渦輪，借此所述翼 片之間不存在交迭或間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪，其特征在于，所述翼片從該翼片的所述安裝端處的底 座突出，且所述底座是類圓錐形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪，其特征在于，各個翼片在所述中間凹入?yún)^(qū)段處的翼片 截面寬度不小于所述翼片截面處的弦長的約10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪，其特征在于，從所述渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線和所述翼片的外 邊緣之間的弦測得的所述內(nèi)部凸出區(qū)段的最大尺寸在與距所述旋轉(zhuǎn)軸線為弦長的約12% 以內(nèi)的弦上位置相垂直的位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪，其特征在于，所述安裝端附近的翼片截面的長度與寬 度的比率大于所述非安裝端附近的翼片截面的長度與寬度的比率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪的非安裝端向下游傾斜成使 得所述渦輪旋轉(zhuǎn)軸線在離所述流動方向的垂線約5°至15°的范圍中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪旋轉(zhuǎn)軸線在離所述流動方向的 垂線約7°的范圍中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述漸縮是直線式的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述漸縮是曲線式的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述漸縮是雙曲線式的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪的一部分是非漸縮的，使得由 所述非漸縮部分掃掠過的三維容積是圓柱形的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述扭曲為約200°至約220°。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述扭曲為約210°。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪是由混凝土制成的水力渦輪。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的渦輪，其特征在于，用聚丙烯加強(qiáng)所述混凝土。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪是由玻璃纖維制成的風(fēng)力渦輪。
18.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪具有發(fā)泡芯材。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪是由雪松條在木材框架上制成 的風(fēng)力渦輪。
全文摘要
一種適于用作水力渦輪或風(fēng)力渦輪的渦輪，其用于由流體流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中，渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線橫向于流動方向。渦輪具有可在旋轉(zhuǎn)軸線處會合的兩個翼片，且渦輪是螺旋式和漸縮的。渦輪具有類圓錐形底座。渦輪的非安裝端優(yōu)選地向下游傾斜成使得渦輪旋轉(zhuǎn)軸線在離流動方向的垂線約5°至15°的范圍中。
文檔編號F03D3/00GK101842585SQ200880111493
公開日2010年9月22日 申請日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者A·B·R·羅基比-托馬斯 申請人:藝術(shù)渦輪公司