專利名稱：推進(jìn)器葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)例涉及推進(jìn)器葉片和系統(tǒng)以及使用推進(jìn)器葉片的部件。
背景技術(shù)：
推進(jìn)器是移動(dòng)流體的帶葉片旋轉(zhuǎn)裝置。典型地，當(dāng)推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)時(shí)該裝置穿過(guò)流體移動(dòng)。泵是管道內(nèi)的推進(jìn)器，移動(dòng)經(jīng)過(guò)它自身的流體。常規(guī)的推進(jìn)器和推進(jìn)器葉片是使用阿基米德螺旋之后的原理和伯努利流體動(dòng)力原理的組合典型地設(shè)計(jì)出。特別地，推進(jìn)器用多個(gè)葉片典型地取代了阿基米德螺旋的螺旋形從而改進(jìn)了進(jìn)入裝置形狀的流體輸入。此外，每個(gè)葉片又典型地具有扭曲的機(jī)翼形狀。流體在常規(guī)機(jī)翼形葉片上的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致機(jī)翼頂部上或換句話說(shuō)——推進(jìn)器葉片的正面上的低壓甚至負(fù)壓。作用于葉片背面上的正壓和葉片正面上的低壓或負(fù)壓促使葉片移 動(dòng)流體。當(dāng)葉片經(jīng)過(guò)流體的速度足夠大時(shí)，流體可蒸發(fā)為氣體(即空穴現(xiàn)象)。常規(guī)葉片的機(jī)翼形狀形成的低壓區(qū)域特別容易產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。如果沿低壓表面的任何點(diǎn)處的液體壓力降至低于液體的蒸汽壓，液體將轉(zhuǎn)變?yōu)闅馀?。沿葉片任何表面的空穴現(xiàn)象的存在對(duì)于推進(jìn)器的整體性能是非常有害的。例如，空穴現(xiàn)象可導(dǎo)致推進(jìn)器停機(jī)、產(chǎn)生噪音、造成腐蝕和其它部件的損壞、造成振動(dòng)或?qū)е聯(lián)p失效率。除了空穴現(xiàn)象(cavitation)外，常規(guī)的推進(jìn)器葉片可導(dǎo)致流體徑向向外流動(dòng)和越過(guò)葉片的頂部邊緣。越過(guò)常規(guī)葉片頂部邊緣的流體流可形成漩渦。這些流體漩渦降低了推進(jìn)器的效率并且導(dǎo)致極大的噪音。此外，在泵的情形下，常規(guī)葉片傳遞給流體的徑向力可將流體噴射入管道壁內(nèi)，從而導(dǎo)致噪音和損失效率。因此，常規(guī)推進(jìn)器葉片存在多種有待解決的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)例提供了帶有改進(jìn)推進(jìn)器葉片的系統(tǒng)、方法和設(shè)備，解決現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，減少了損失且提高了效率。更特別地，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例包括具有沿葉片頂部彎曲的下垂部分(tippet)的推進(jìn)器葉片。該彎曲的下垂部分可減少力損失、將徑向流重新定向?yàn)檩S向并且還提高了效率。例如，推進(jìn)器葉片的實(shí)例可包括正面、相反的背面、前端、尾端和上端。上端可從正面朝背面彎曲。上端的曲率半徑可沿上端的長(zhǎng)度變化。推進(jìn)器葉片的另一實(shí)例可包括具有正面、相反的背面、前端和尾端的主體。該推進(jìn)器葉片還可包括沿大致離開(kāi)所述正面的方向從所述主體朝所述背面彎曲的下垂部分。在所述前端附近的下垂部分的曲率半徑小于在所述尾端附近的下垂部分的曲率半徑。除了前述內(nèi)容外，推進(jìn)器的實(shí)例可包括輪轂以及從輪轂向外延伸的多個(gè)葉片。所述多個(gè)葉片的每個(gè)葉片包括正面、相反的背面、前端、尾端，和上端。該上端沿大致離開(kāi)所述正面的方向朝所述背面彎曲。所述前端處所述上端的曲率半徑小于所述尾端處所述上端的曲率半徑。
本發(fā)明的示例實(shí)例的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中闡述，并且部分將從說(shuō)明書(shū)中更為清楚，或通過(guò)實(shí)踐這種示例實(shí)例而認(rèn)識(shí)到。通過(guò)在所附權(quán)利要求特別指出的儀器和組合可認(rèn)識(shí)到和得到這種實(shí)例的特征和優(yōu)點(diǎn)。這些或其它特征將根據(jù)下面的描述和所附權(quán)利要求更為清楚，或通過(guò)實(shí)踐后面闡述的這種示例實(shí)例而認(rèn)識(shí)到。


為了描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)和特征的方式，將參照附圖示出的其特定實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。要注意，附圖不是按比例繪制的，并且為描述的目的全文中類似結(jié)構(gòu)或功能的元件通常用相同的附圖標(biāo)記表示。要了解這些附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例并且因此不是對(duì)本發(fā)明范圍的限定，通過(guò)附圖的使用描述和解釋額外的特性和細(xì)節(jié)，其中圖I示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例的推進(jìn)器葉片的透視圖；圖2示出圖I的推進(jìn)器葉片的前視圖； 圖3示出圖I的推進(jìn)器葉片的后視圖；圖4示出圖I的推進(jìn)器葉片的底視圖；圖5示出圖I的推進(jìn)器葉片沿圖2的直線5-5的截面圖；圖6示出圖I的推進(jìn)器葉片的前端的示意圖；圖7示出圖I的推進(jìn)器葉片的尾端的示意圖；圖8示出圖I的推進(jìn)器葉片沿圖2的直線8-8的截面圖；圖9示出圖I的推進(jìn)器葉片沿圖2的直線9-9的截面圖；圖10示出圖I的推進(jìn)器葉片的頂視圖；圖11示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例包括圖I的推進(jìn)器葉片的推進(jìn)器的透視圖；圖12示出圖11的推進(jìn)器的前視圖；圖13示出圖11的推進(jìn)器的側(cè)視圖；圖14示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例的另一推進(jìn)器葉片的前視圖；圖15示出圖14的推進(jìn)器葉片的后視圖；圖16示出圖14的推進(jìn)器葉片沿圖14的直線16_16的截面圖；圖17示出圖14的推進(jìn)器葉片沿圖14的直線17_17的截面圖；圖18示出圖14的推進(jìn)器葉片沿圖14的直線18_18的截面圖；圖19示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例包括圖14的推進(jìn)器葉片的推進(jìn)器的側(cè)視圖；圖20示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例的另一推進(jìn)器葉片的前視圖；圖21示出圖20的推進(jìn)器葉片的后視圖；圖22示出圖20的推進(jìn)器葉片沿圖20的直線22_22的截面圖；圖23示出圖20的推進(jìn)器葉片沿圖20的直線23_23的截面圖；圖24示出圖20的推進(jìn)器葉片沿圖20的直線24_24的截面圖；以及圖25示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例包括圖14的推進(jìn)器葉片的推進(jìn)器的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例旨在減少損失和提高效率的改進(jìn)的推進(jìn)器葉片。更特別地，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例包括沿葉片頂部具有彎曲下垂部分的推進(jìn)器葉片。該彎曲下垂部分能減少力的損失、將徑向流動(dòng)重新定向?yàn)檩S向且提高效率。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，如下面將詳述，該彎曲下垂部分可具有沿其長(zhǎng)度改變的曲率半徑。特別地，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，彎曲下垂部分在葉片前端處的曲率半徑可小于該彎曲下垂部分在葉片尾端處的曲率半徑。可變的彎曲下垂部分可徑向地朝葉片基部抽吸流體。該徑向向內(nèi)抽吸流體的能力可防止離開(kāi)葉片頂端形成漩渦，減少推進(jìn)器的出流面積(exitflow area),并且增加推進(jìn)器的入流面積(inlet flow area)。除此之外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，推進(jìn)器葉片可具有大致平的正面。根據(jù)此處的公開(kāi)內(nèi)容，可以理解大致平的正面與具有機(jī)翼形狀的許多常規(guī)推進(jìn)器葉片不同。正面的平形狀可防止或減少穿過(guò)正面的低壓或負(fù)壓區(qū)域的形成。穿過(guò)葉片正面的低壓或負(fù)壓的防止或 減少可有助于減少甚至消除空穴現(xiàn)象。此外，通過(guò)主要使用推進(jìn)器葉片的背面來(lái)向前推動(dòng)推進(jìn)器葉片，推進(jìn)器葉片的形狀可減少或消除渦流阻抗(bow wave impedance)?，F(xiàn)在參照附圖，圖1-10示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)例的推進(jìn)器葉片100的不同視圖。如圖I所示，推進(jìn)器葉片100可包括主體102。該主體102可包括正面104、相反的背面106、前端108和尾端110。推進(jìn)器葉片100的主體102大致從推進(jìn)器的輪轂或旋轉(zhuǎn)軸徑向向外延伸(圖 11-13)。圖I還示出主體102的上端可形成大致從正面104朝背面106彎曲的下垂部分112。此處使用的術(shù)語(yǔ)“彎曲”指的是偏離直線或平面而無(wú)急劇轉(zhuǎn)折或突然中斷。換句話說(shuō)，下垂部分112可從大致徑向向外延伸的平的正面逐漸過(guò)渡至大致軸向延伸的方向。要了解，此處使用的以急劇角度(即90度)轉(zhuǎn)折的表面不是“彎曲的”。圖2和3分別示出葉片100的正面104和背面106。如圖2和3所示，葉片100的高度(即主體102的基部或底部與下垂部分112之間的距離)可沿葉片100的長(zhǎng)度(即前端108與尾端110之間的距離)變化。特別地，圖3示出在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，在前端108處或附近葉片100可具有第一高度114。在尾端110處或附近葉片100的相反側(cè)可具有第二高度116。如圖2和3所示，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，第一高度114可大于第二高度116。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，第一高度114可是第二高度116的約I. 1-3倍。在進(jìn)一步的實(shí)例中，第一高度114可是第二高度116約I. 25-1. 75倍。在可選實(shí)例中，第一高度114可小于第二高度116，如關(guān)于葉片500詳述的。下面將進(jìn)一步詳述，葉片100的高度沿其長(zhǎng)度的變化有助于確保推進(jìn)器合成葉片100的入口面積大于推進(jìn)器的出口面積。此外，如下所述，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，下垂部分112的可變曲率可至少部分形成葉片100高度的變化。如圖4和5所示，葉片100的主體102的厚度可沿葉片100的長(zhǎng)度在前端108與尾端110之間變化。特別地，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，當(dāng)葉片100從前端108延伸至尾端110時(shí)葉片100的厚度可增加。例如，圖4和5示出尾端110的厚度可大于前端108的厚度。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，葉片100的厚度就在前端108之后急劇增加，并且沿主體102的長(zhǎng)度至尾端110逐漸增加。在可選實(shí)例中，主體102的厚度在前端108附近可增加并且隨后沿主體102的長(zhǎng)度至尾端110基本保持不變。在其它實(shí)例中，背面106的斜面可恒定以使前端108與尾端110之間厚度均勻地增加。在其它實(shí)例中，葉片100的厚度可基本一致?？蛇x地，葉片100的厚度在葉片100的中心附近可最大并且當(dāng)主體102延伸至前端
108和尾端110時(shí)減小。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，葉片100的前端108可包括邊緣。當(dāng)葉片100穿過(guò)流體旋轉(zhuǎn)時(shí)，作為邊緣，前端108可使得葉片100切入流體。另外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，如圖4和5所示，尾端110可包括表面。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，尾端110可沿大致垂直于正面104的方向延伸。但是在可選實(shí)例中，尾端110可包括邊緣。圖4和5還示出了在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中正面104可具有基本平的構(gòu)造。換句話說(shuō)，葉片100可不具有機(jī)翼形狀。正面104的平的形狀可防止或減少穿過(guò)正面104的低壓或負(fù)壓的形成，例如通過(guò)常規(guī)機(jī)翼形葉片產(chǎn)生的那些。因此，葉片100正面104的平的構(gòu)造可有助于減少甚至消除空穴現(xiàn)象。此外，通過(guò)僅使用推進(jìn)器葉片100的背面106來(lái)向前推動(dòng)推 進(jìn)器葉片，推進(jìn)器葉片的形狀可減少或消除渦流阻抗。由于正面104的平的構(gòu)造，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，正面104不是許多傳統(tǒng)推進(jìn)器葉片中常用的“抽吸”表面。實(shí)際上，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，向前移動(dòng)葉片100的主力是葉片100的背面106上的正壓力。如圖5所示，葉片100的截面形狀基本上是顛倒的翼。因此，用于推動(dòng)帶有葉片100的推進(jìn)器穿過(guò)流體的力主要是沖擊力而非伯努里力。應(yīng)該理解這與很多傳統(tǒng)的推進(jìn)器葉片是相反的，傳統(tǒng)的葉片被作用于葉片后側(cè)上的正壓力和作用于葉片前側(cè)的負(fù)壓力的組合向前推。如前所述，葉片100可包括下垂部分112。圖6和7示出葉片100的端視圖，同時(shí)圖8和9示出葉片100的截面圖。圖6-9每個(gè)均示出葉片100的上端或下垂部分112大致以向后方向延伸離開(kāi)主體102和離開(kāi)背面106。或換句話說(shuō)，下垂部分112大致以離開(kāi)正面104且朝向背面106的方向延伸。因此，下垂部分112可從正面104朝背面106彎曲且超過(guò)背面106。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，下垂部分112的曲率半徑可沿下垂部分112的長(zhǎng)度變化。例如，圖8和9示出在前端108處或附近的曲率半徑122可小于在尾端110處或附近的曲率半徑118。因此，如圖6和7最佳示出，當(dāng)沿主體102延伸至尾端110時(shí)下垂部分112的曲率半徑可自前端108減少。例如在某些實(shí)例中，在前端108處下垂部分112的曲率半徑122可小于在尾端110處下垂部分112的曲率半徑118約I. 1-6倍。適宜地，在尾端110處下垂部分112的曲率半徑118能大于在前端108處下垂部分112的曲率半徑122約I. 25倍。圖8和9還示出當(dāng)下垂部分112延伸離開(kāi)主體102時(shí)下垂部分112的厚度可變化。例如，當(dāng)下垂部分112延伸離開(kāi)葉片100的主體102的正面104時(shí)下垂部分112的厚度可減少。根據(jù)公開(kāi)的內(nèi)容可以理解，下垂部分112的可變厚度可導(dǎo)致在前端108附近下垂部分112前側(cè)的曲率半徑124大于在前端108附近下垂部分112后側(cè)的曲率半徑122。類似地，在尾端110附近下垂部分112前側(cè)的曲率半徑120可大于在尾端110附近下垂部分112后側(cè)的曲率半徑118。如圖10所示，下垂部分112可延伸離開(kāi)正面104—段距離。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，下垂部分112延伸離開(kāi)正面104的距離沿下垂部分112的長(zhǎng)度可變化。下垂部分112自正面104延伸的距離的變化是部分由于下垂部分112的可變曲率。例如，圖10示出在前端108附近下垂部分112延伸離開(kāi)正面104的距離128小于在尾端110附近下垂部分112延伸離開(kāi)正面104的距離126。在任何情形下，下垂部分112延伸離開(kāi)正面104的平均距離可為在前端108處葉片100的高度114 (圖3)的約1/16-約1/2。適宜地，下垂部分112可延伸前端108處葉片100的高度114的約1/4-約1/3或更少。根據(jù)此處公開(kāi)的內(nèi)容，可以理解下垂部分112的形狀和不同曲率可提供各種意想不到的結(jié)果。例如，下垂部分112可捕捉徑向流(即流體移動(dòng)穿過(guò)正面或背面104、106)和沿軸向(即沿大致平行于葉片100旋轉(zhuǎn)軸的方向)對(duì)其重新定向。下垂部分112捕捉徑向流和沿軸向?qū)ζ渲匦露ㄏ虻哪芰煞乐逛鰷u形成離開(kāi)葉片100的上端。因此在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，下垂部分112可防止葉片100促使流體徑向向葉片100的上端外流動(dòng)。減少或防止漩渦形成離開(kāi)葉片100上端可導(dǎo)致效率提高和葉片100形成的噪音減少。此外，當(dāng)葉片100被用作泵的一部分時(shí)，防止流體向葉片100的外徑流動(dòng)的能力可防止推動(dòng)流體撞擊管道。當(dāng)葉片100被用作血泵的一部分時(shí)這可防止對(duì)血液的損傷。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，下垂部分112被構(gòu)造為相對(duì)葉片100的旋轉(zhuǎn)軸成角度或不平行。換句話說(shuō)，下垂部分112可沿與葉片100的旋轉(zhuǎn)軸同心的圓柱體成角度或不平行的方向延伸。要了解，設(shè)計(jì)者可能確保下垂部分112與葉片100的旋轉(zhuǎn)軸不平行，因?yàn)橹赶蛉~片中心的力可能不能向后移動(dòng)流體。因?yàn)閮?yōu)選流體被向后推以使反作用力向前移動(dòng)葉片，通過(guò)確保下垂部分112與旋轉(zhuǎn)軸不平行，設(shè)計(jì)者可有助于確保葉片100將移動(dòng)流體。因此，葉片100可使得來(lái)自旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸的能量利用率更高。下垂部分112可重新定向徑向流體流至更軸向流動(dòng)的方向。徑向流的該重新定向就增加了向前移動(dòng)葉片100的力，藉此提高了推進(jìn)器葉片100的效率。此外，下垂部分112可將流體集中到葉片100的旋轉(zhuǎn)軸，并且從而當(dāng)流體流經(jīng)葉片100時(shí)加速流體?，F(xiàn)在看圖11-13，示出推進(jìn)器200具有5個(gè)固定于輪轂202的葉片100。要了解，推進(jìn)器200可被構(gòu)造為繞輪轂202的軸旋轉(zhuǎn)。推進(jìn)器200被構(gòu)造為用于輪船的船內(nèi)推進(jìn)器。如圖所示，推進(jìn)器200的每個(gè)葉片100可具有相對(duì)較高的螺距以使速度增加從而增加流經(jīng)推進(jìn)器200的流體。要了解，為了特定的使用/應(yīng)用，設(shè)計(jì)者/工程師可改變?nèi)~片100的數(shù)目、尺寸和螺距。如前所述，每個(gè)葉片100可具有為推進(jìn)器200提供比出流大的入流面積的構(gòu)造。例如，圖13示出推進(jìn)器200可具有小于入流直徑210 (和相應(yīng)的入口面積)的出流直徑212(和相應(yīng)的出口面積)。入口直徑與出口直徑的比值的改變能是部分地由于葉片100的螺距和每個(gè)葉片100的可變高度。要了解，根據(jù)此處的公開(kāi)內(nèi)容，當(dāng)流體加速時(shí)，遏制該流動(dòng)的流動(dòng)面積由于流體速度的反方向變化而減少。推進(jìn)器200減少的出流直徑212 (和相應(yīng)的出口面積)可進(jìn)一步增加推進(jìn)器200上的力，并且從而增加推進(jìn)器200的效率。因此，葉片100外端上下垂部分112的功能類似于泵中的管道面積減少。特別地，當(dāng)流體流經(jīng)過(guò)推進(jìn)器200時(shí)下垂部分112可遏制流體流向外膨脹，增加總軸向力，并且藉此增加推進(jìn)器200的功率和效率。此外，如前所述，下垂部分112可將從推進(jìn)器200的入口直徑210徑向向外的流體徑向向內(nèi)朝推進(jìn)器200的旋轉(zhuǎn)軸抽吸。下垂部分112從上面向內(nèi)抽吸葉片100徑向最外部分的流體230的能力可增加推進(jìn)器200的有效入口直徑。例如，圖13示出推進(jìn)器200可具有大于實(shí)際入口直徑210 (和相關(guān)的入口面積)的有效入口直徑214 (和相關(guān)的有效入口面積)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，有效入口直徑214約為入口直徑210的I. 10-2倍。在另一實(shí)例中，有效入口直徑214約為入口直徑210的I. 25-1. 50倍。有效入口直徑214 (和相關(guān)的有效入口面積)可在推進(jìn)器200的入口面積與出口面積之間形成甚至更大的差值。與流入推進(jìn)器200的流體速度相比，推進(jìn)器200的入口與出口面積之間的差值進(jìn)一步增加了流出推進(jìn)器的流體速度。因此，葉片100進(jìn)一步增加了推進(jìn)器200的推力和效率。圖11和13進(jìn)一步示出推進(jìn)器200可包括向后延伸離開(kāi)輪轂202后部的錐體204。錐體204可作用為進(jìn)一步減小出流直徑212。特別地，錐體204可徑向向外推動(dòng)最內(nèi)層的流體。出流直徑212的額外減小可進(jìn)一步增加出流速度從而增加推進(jìn)器200的效率。根據(jù)此處的公開(kāi)內(nèi)容，可以理解包括上述各種特征的葉片可采取多種形式。因此， 本發(fā)明的實(shí)例不局限于附圖示出的特定葉片或推進(jìn)器。例如，圖1-13示出的葉片100具有的高度(即主體102的基部與下垂部分112之間的距離)大于長(zhǎng)度(即前端108與尾端110之間的距離)。但本發(fā)明不被如此限定。例如，圖14-18示出長(zhǎng)度大于高度的另一推進(jìn)器葉片300的不同視圖。類似于葉片100，圖14和15示出葉片300可包括主體302。主體302可包括正面304、相反的背面306、前端308和尾端310。此外，葉片300可包括大致從正面304朝背面306彎曲的上端或下垂部分312。如圖14和15所示，葉片300的高度可沿葉片300的長(zhǎng)度變化。特別地，圖15示出在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中葉片300在前端308處或附近可具有大于在尾端310處或附近的第二高度316的第一高度314。該葉片高度的差值有助于流體入流面積與流體出流面積的差值。圖16示出葉片300的主體302的厚度可沿葉片300的長(zhǎng)度在前端308與尾端310之間變化。特別地，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，當(dāng)葉片300從前端308延伸至尾端310時(shí)，葉片300的厚度可增加。例如，圖16示出尾端310可具有比前端308更大的厚度。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，葉片300的前端308可具有邊緣。作為邊緣，當(dāng)葉片300穿過(guò)流體旋轉(zhuǎn)時(shí)前端308可使得葉片300切入流體。另外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，如圖16所示，尾端310可包括表面。葉片300還可包括基本平的正面304，如圖16所示。類似于葉片100，葉片300的下垂部分312可沿其長(zhǎng)度變化。例如，圖17和18示出前端308處或附近的曲率半徑322可小于在尾端310處或附近的下垂部分312的曲率半徑318。因此，當(dāng)沿主體302延伸時(shí)，下垂部分312的曲率半徑從前端308至尾端310逐漸減小。圖17和18還示出當(dāng)下垂部分312延伸離開(kāi)主體302時(shí)下垂部分312的厚度可變化。例如，當(dāng)下垂部分312延伸離開(kāi)葉片300的主體302的正面304時(shí)，下垂部分312的厚度可減小。根據(jù)此處公開(kāi)的內(nèi)容，可以理解下垂部分312的可變厚度可導(dǎo)致前端308附近的下垂部分312前側(cè)的曲率半徑324大于前端308附近的下垂部分312后側(cè)的曲率半徑322。類似地，尾端310附近的下垂部分312前側(cè)的曲率半徑320可大于尾端310附近的下垂部分312后側(cè)的曲率半徑318?，F(xiàn)在看圖19，示出推進(jìn)器400具有固定于輪轂402的五個(gè)葉片300?？梢岳斫猓七M(jìn)器400可被構(gòu)造為繞輪轂402的軸旋轉(zhuǎn)。推進(jìn)器400被構(gòu)造為用于輪船的船外推進(jìn)器。如前所述，每個(gè)葉片300可具有為推進(jìn)器400提供入流面積大于出流面積的構(gòu)造。例如，圖19示出推進(jìn)器400具有的出流直徑412 (和相應(yīng)的出口面積)小于入射流直徑410 (和相應(yīng)的入口面積)。入口直徑與出口直徑比值的改變至少部分由葉片300的螺距和每個(gè)葉片300的可變高度314、316而造成類似于下垂部分112，下垂部分312可將從推進(jìn)器400的入口直徑410徑向向外的流體徑向向內(nèi)朝推進(jìn)器400的旋轉(zhuǎn)軸抽吸。下垂部分312從上面向內(nèi)抽吸葉片300徑向最外部分的流體430的能力可增加推進(jìn)器400的有效入口直徑。例如，圖19示出推進(jìn)器400可具有大于實(shí)際入口直徑410 (和相關(guān)的入口面積)的有效入口直徑414 (和相關(guān)的有效入口面積)。因此，葉片300的下垂部分312可進(jìn)一步增加推進(jìn)器400的效率。除了改變?nèi)~片的高度與長(zhǎng)度比，本發(fā)明的實(shí)例包括其它改變和設(shè)計(jì)改進(jìn)。例如，圖20-24示出另一推進(jìn)器葉片500的不同視圖，示出相對(duì)于前示和前述推進(jìn)器葉片100、300的其它額外變化。類似于葉片100、300，圖20和21示出葉片500可包括主體502。主體502可包括正面504、相反的背面506、前端508和尾端510。此外，葉片500可包括大致從正面504朝背面506彎曲的下垂部分512。如圖20和21所示，葉片500的高度可沿葉片500的長(zhǎng)度變化。特別地，圖21示出在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，葉片500在前端508處或附近可具有小于在尾端510處或附近的第二高度516的第一高度514。要了解，這與上述葉片100、300的高度大不相同。葉片高度的差值有助于流體入流面積和流體出流面積的差值，如下所述。圖22示出葉片500的總體502的厚度可沿葉片500的長(zhǎng)度在前端508與尾端510之間變化。特別地，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，當(dāng)葉片500從前端508延伸至尾端510時(shí)，葉片500的厚度可增加。例如，圖22示出尾端510的厚度可比前端508的厚度更大。如圖22所示，前端508可包括從正面504彎曲至背面506的表面。類似地，尾端510可包括從正面504彎曲至背面506的表面。圖22還示出葉片500還可包括基本平的正面504。更特別地，圖22示出正面504可包括少量的曲率。這與包括基本無(wú)曲率的上述正面104、304大不相同。類似于葉片100，葉片500的下垂部分可沿其長(zhǎng)度變化。例如，圖23和24示出前端508處或附近的曲率半徑522可小于尾端510處或附近的下垂部分512的曲率半徑518。因此，當(dāng)沿主體502延伸時(shí)，下垂部分512的曲率半徑可從前端508至尾端510逐漸減小。圖23和24還示出當(dāng)下垂部分512延伸離開(kāi)主體502時(shí)下垂部分512的厚度可變化。例如，當(dāng)下垂部分512延伸離開(kāi)葉片500的主體502的正面504時(shí)，下垂部分512的厚度可減小。根據(jù)此處的公開(kāi)內(nèi)容，可以理解下垂部分512的可變厚度可導(dǎo)致前端508附近的下垂部分512前側(cè)的曲率半徑524大于前端508附近的下垂部分512后側(cè)的曲率半徑522。類似地，尾端510附近的下垂部分512前側(cè)的曲率半徑520可大于尾端510附近的下垂部分512后側(cè)的曲率半徑518?，F(xiàn)在看圖25，示出的推進(jìn)器600具有固定于輪轂502的五個(gè)葉片500?？梢岳斫馔七M(jìn)器500可被構(gòu)造為繞輪轂602的軸旋轉(zhuǎn)。推進(jìn)器600被構(gòu)造為用于輪船的船外推進(jìn)器。如圖25所示，每個(gè)葉片500可具有為推進(jìn)器600提供比出流小的入流面積的構(gòu)造。例如，圖25示出推進(jìn)器600可具有大于入射流直徑610 (和相應(yīng)的入口面積)的出射流直徑612 (和相應(yīng)的出口面積)。入口直徑與出口直徑的比值的改變至少部分由于每個(gè)葉片500的高度514,516的改變。類似于下垂部分112，下垂部分512可將從推進(jìn)器600的入口直徑610徑向向外的流體徑向向內(nèi)朝推進(jìn)器600的旋轉(zhuǎn)軸抽吸。下垂部分512從上面向內(nèi)抽吸葉片500徑向最外部分的流體630的能力可提供有效入口直徑614。例如，圖25示出推進(jìn)器600可具有大于實(shí)際入口直徑610 (和相關(guān)的入口面積)的有效入口直徑614 (和相關(guān)的有效入口面積)。因此，雖然存在實(shí)際入口面積小于出流面積這個(gè)事實(shí)，葉片500的下垂部分512可提供大于出流面積的有效入流面積。因此，推進(jìn)器600可導(dǎo)致從推進(jìn)器600后面離開(kāi)的流體以比進(jìn)入推進(jìn)器600前面的流體更快的速度移動(dòng)，甚至在實(shí)際入口面積小于出口面積時(shí)如此。如前所述，一個(gè)或多個(gè)實(shí)例的有效入流面積大于出流面積。特別地，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)例中，推進(jìn)器的有效入流面積約為出流面積大小的I. 25-3倍。適宜地，推進(jìn)器的有效入流面積約為出流面積大小的I. 5-2倍。

葉片100、300、500的獨(dú)特特征和形狀的組合可產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。例如，對(duì)具有120馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)和入射流直徑為14英寸的常規(guī)推進(jìn)器的輪船進(jìn)行測(cè)試。在每分鐘2000轉(zhuǎn)時(shí)，常規(guī)的14英寸推進(jìn)器大約以每小時(shí)11. 2英里的速度驅(qū)動(dòng)輪船。當(dāng)從靜止?fàn)顟B(tài)向前推進(jìn)輪船時(shí)，輪船的后部入水更深。此外，常規(guī)推進(jìn)器在水面上產(chǎn)生了明顯的羽狀水柱。輪船的計(jì)劃是每分鐘2500轉(zhuǎn)和每小時(shí)17英里的速度。常規(guī)推進(jìn)器被類似于帶有14英寸入射流直徑的推進(jìn)器200的推進(jìn)器所取代，并且再次測(cè)試輪船。在每分鐘2000轉(zhuǎn)時(shí)，推進(jìn)器400大約以每小時(shí)19英里的速度驅(qū)動(dòng)輪船。換句話說(shuō)，使用的發(fā)動(dòng)機(jī)功率相同時(shí)，帶有葉片100的推進(jìn)器200提供了 I. 70倍的速度。當(dāng)輪船從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始時(shí)，輪船的后部不會(huì)明顯地入水更深。此外，在水面上幾乎不產(chǎn)生羽狀水柱。相反，通過(guò)推進(jìn)器200筆直地向后而非向后和徑向向外移動(dòng)水，就產(chǎn)生了水下的加速水柱。使用類似于推進(jìn)器400的帶有14英寸入射流直徑的推進(jìn)器進(jìn)行另一測(cè)試。當(dāng)輪船從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始時(shí)，輪船的后部不會(huì)明顯地入水更深。此外，在水面上幾乎不產(chǎn)生羽狀水柱。相反，通過(guò)推進(jìn)器400筆直地向后而非向后和徑向向外移動(dòng)水，就產(chǎn)生了水下的加速水柱。此外，輪船的計(jì)劃是快得多的每分鐘1900轉(zhuǎn)和每小時(shí)11英里的速度。推進(jìn)器200、400、600的意想不到的功率和效率部分是由于葉片100、300、500圍繞推進(jìn)器移動(dòng)流體的方式。當(dāng)流體穿過(guò)帶有標(biāo)準(zhǔn)或常規(guī)葉片的推進(jìn)器時(shí)，作用于流體上的兩個(gè)力是旋轉(zhuǎn)流體的離心力和流體的速度壓力，并且這兩個(gè)力彼此垂直。當(dāng)這兩個(gè)力的矢量和遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心時(shí)，流體必須采取移離旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)器中心的路徑。相反，當(dāng)流體穿過(guò)帶有葉片100、300、500的推進(jìn)器時(shí),流體朝推進(jìn)器的中心被定
向，并且隨后穿過(guò)推進(jìn)器。如上所述，這部分是由于下垂部分重新定向徑向流體流為更軸向流動(dòng)的方向這個(gè)事實(shí)。該徑向流的重新定向就增加了向前移動(dòng)推進(jìn)器的力，藉此增加了推進(jìn)器的效率。此外，通過(guò)沿軸向定向徑向流體流并且通過(guò)朝推進(jìn)器中心抽吸流體，葉片100、300、500還減少了被徑向推動(dòng)超過(guò)葉片100、300、500末端的流體。在試驗(yàn)中缺少在輪船后面的羽狀水柱是因?yàn)閺较蛄黧w流的重新定向。要了解，通過(guò)減少?gòu)较蛳蛲獾牧黧w流動(dòng)，通過(guò)防止或減少流體噴射在泵管道壁上導(dǎo)致的損失可增加本發(fā)明的葉片100、300、500的效率。此外，通過(guò)令作用于葉片100、300、500背面上的力向前推動(dòng)推進(jìn)器，葉片100、300、500的形
狀減少了空穴現(xiàn)象和渦流阻抗。要了解，工程師/設(shè)計(jì)師可將本發(fā)明的推進(jìn)器葉片使用于各種不同的應(yīng)用以增加效率和減少損失。例如，根據(jù)應(yīng)用，工程師/設(shè)計(jì)師可調(diào)節(jié)葉片尺寸和螺距。例如，本發(fā)明的葉片可與血泵一同使用。這種血泵與常規(guī)的血泵轉(zhuǎn)子相比具有各種優(yōu)點(diǎn)。例如，因?yàn)橥ㄟ^(guò)增加血泵內(nèi)需要更換任何電源之前的時(shí)間，由于葉片提供的效率增加導(dǎo)致的所需功率減少可增加轉(zhuǎn)子和相關(guān)血泵的使用壽命。此外，通過(guò)防止血細(xì)胞壓在血管壁上，圍繞葉片100、300,500的徑向流體流的重新定向可減少常規(guī)血泵中常見(jiàn)的對(duì)血細(xì)胞的損傷。此外，葉片100、300、500的效率提高可使轉(zhuǎn)子和相關(guān)血泵更酷似人類心臟。例如，在每分鐘30000轉(zhuǎn)下運(yùn)行時(shí)，常規(guī)的血液在約90毫米汞柱的壓力下泵送約4升。在每分鐘9000轉(zhuǎn)下運(yùn)行時(shí)，結(jié)合本發(fā)明原理的血泵在約135毫米汞柱的壓力下可泵送約5. 5升。
根據(jù)此處的公開(kāi)內(nèi)容，可以理解工程師/設(shè)計(jì)師可將本發(fā)明的葉片100、300、500使用于各種不同應(yīng)用。例如但非限定，這種應(yīng)用可包括用于輪船、飛機(jī)、直升機(jī)、魚(yú)雷、潛水艇或其它穿過(guò)流體移動(dòng)的物體的螺旋槳。類似地，額外的應(yīng)用包括泵和推進(jìn)器移動(dòng)經(jīng)過(guò)它的流體的其它應(yīng)用。除了推進(jìn)器將能量傳遞給流體(即移動(dòng)流體)的應(yīng)用外，工程師/設(shè)計(jì)師可將本發(fā)明的推進(jìn)器葉片100、300、500使用于從流體吸能的應(yīng)用中。例如，工程師/設(shè)計(jì)師可將葉片100、300、500與渦輪一同使用。此外，工程師/設(shè)計(jì)師可使用本發(fā)明的葉片100、300、500作為任何推進(jìn)器應(yīng)用的一部分。例如，工程師/設(shè)計(jì)師可使用本發(fā)明葉片100的某些額外應(yīng)用是無(wú)輪轂推進(jìn)器、多級(jí)泵和抗旋轉(zhuǎn)內(nèi)外推進(jìn)器系統(tǒng)。該推進(jìn)器葉片100和相關(guān)推進(jìn)器的擴(kuò)展是可被置于推進(jìn)器之后的定子的形狀。通常在導(dǎo)管推進(jìn)器中找到定子。它們的目的是當(dāng)徑向流體流離開(kāi)推進(jìn)器葉片時(shí)將其轉(zhuǎn)換為軸向。因?yàn)楸景l(fā)明考慮到?jīng)]有徑向流體流離開(kāi)帶有本發(fā)明葉片的推進(jìn)器，與本發(fā)明的推進(jìn)器一同使用的定子可包括平行于徑向流的表面。因此所述定子表面在兩個(gè)軸內(nèi)凹入。定子可朝旋轉(zhuǎn)軸凹入并且朝徑向流方向凹入。該表面可被視為空心圓頂，其變?yōu)槠叫杏趶男D(zhuǎn)中心徑向延伸的旋轉(zhuǎn)軸的平的表面。本推進(jìn)器設(shè)計(jì)的另一擴(kuò)展包括在抗旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器系統(tǒng)中的隨后推進(jìn)器的設(shè)計(jì)。在抗旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，第二推進(jìn)器將來(lái)自第一推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)流重新定向?yàn)榉切D(zhuǎn)和平行于推進(jìn)器軸的流路。這就消除了轉(zhuǎn)矩矢量。因?yàn)殡x開(kāi)推進(jìn)器的流體移動(dòng)的比進(jìn)入推進(jìn)器的流體更快，第二推進(jìn)器可小于第一推進(jìn)器并且具有更大的螺旋角。不論怎么應(yīng)用，要了解本發(fā)明的推進(jìn)器葉片100、300、500可提高效率和減少損失。特別地，每個(gè)葉片的下垂部分可將徑向流重新定向?yàn)檩S向，這可增加推進(jìn)器的推力。額外地，每個(gè)葉片的下垂部分可減少推進(jìn)器的出流面積。此外，葉片的形狀(即平坦正面)可減少或消除空穴現(xiàn)象和渦流阻抗。本發(fā)明可因此以其它特定形式體現(xiàn)而不脫離其精神和實(shí)質(zhì)特點(diǎn)。所述實(shí)施例無(wú)論從哪方面看僅被認(rèn)為是示例性而非限定性的。因此本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而非前面描述來(lái)表示。所有在權(quán)利要求的等價(jià)含義和范圍內(nèi)的改變都包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種推進(jìn)器葉片，包括 正面； 相反的背面； iu端； 尾端；以及 從正面朝背面彎曲的上端； 其中所述上端的曲率半徑沿所述上端的長(zhǎng)度變化。
2.如權(quán)利要求I所述的葉片，其中所述上端在所述前端處的曲率半徑小于所述上端在所述尾端處的曲率半徑。
3.如權(quán)利要求I所述的葉片，其中所述葉片在所述前端處的高度大于所述葉片在所述尾端處的高度。
4.如權(quán)利要求I所述的葉片，其中所述正面大致是平的。
5.如權(quán)利要求I所述的葉片，其中所述前端包括邊緣。
6.如權(quán)利要求5所述的葉片，其中所述尾端包括表面。
7.如權(quán)利要求I所述的葉片，其中所述上端的厚度隨著所述上端延伸離開(kāi)正面而減小。
8.如權(quán)利要求I所述的葉片，其中所述葉片在所述尾端處的厚度大于所述葉片在所述前端處的厚度。
9.如權(quán)利要求I所述的葉片，其中所述葉片在所述前端處的高度小于所述葉片在所述尾端處的高度。
10.一種推進(jìn)器葉片，包括 具有正面、相反的背面、前端和尾端的主體；以及 從所述主體沿大致離開(kāi)所述正面的方向朝所述背面彎曲的下垂部分； 其中所述下垂部分在所述前端附近的曲率半徑小于所述下垂部分在所述尾端附近的曲率半徑。
11.如權(quán)利要求10所述的葉片，其中所述正面大致是平的。
12.如權(quán)利要求11所述的葉片，其中所述葉片在尾端處的厚度大于所述葉片在前端處的厚度。
13.如權(quán)利要求12所述的葉片，其中在所述前端附近所述下垂部分延伸離開(kāi)所述正面的距離小于在所述尾端附近所述下垂部分延伸離開(kāi)所述正面的距離。
14.如權(quán)利要求10所述的葉片，其中所述葉片在所述前端處的高度大于所述葉片在所述尾端處的高度。
15.如權(quán)利要求10所述的葉片，其中所述葉片在所述前端處的高度小于所述葉片在所述尾端處的高度。
16.一種推進(jìn)器，包括 輪轂；以及 從輪轂向外延伸的多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片的每個(gè)葉片包括 正面， 相反的背面，前端， 尾端，以及 沿大致離開(kāi)所述正面的方向朝所述背面彎曲的上端； 其中所述前端處所述上端的曲率半徑小于所述尾端處所述上端的曲率半徑。
17.如權(quán)利要求16所述的推進(jìn)器，其中所述推進(jìn)器的入流面積大于所述推進(jìn)器的出流面積。
18.如權(quán)利要求17所述的推進(jìn)器，其中當(dāng)所述推進(jìn)器在流體中旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述多個(gè)葉片就從所述多個(gè)葉片的徑向最外側(cè)的徑向之外朝著輪轂徑向向內(nèi)抽吸流體。
19.如權(quán)利要求16所述的推進(jìn)器，其中每個(gè)葉片在所述前端處的高度小于每個(gè)葉片在所述尾端處的高度。
20.如權(quán)利要求16所述的推進(jìn)器，其中每個(gè)葉片的每個(gè)上端相對(duì)于與所述推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)軸線同心的圓柱體成角度地延伸。
全文摘要
一種推進(jìn)器葉片，包括被構(gòu)造為從推進(jìn)器的輪轂徑向延伸的主體。所述主體可包括正面、背面、前緣和尾緣。所述主體的頂部可形成將大致徑向向外延伸的平的正面過(guò)渡至大致軸向延伸的方向的下垂部分。該下垂部分可減少?gòu)较蛄骱土Φ膿p失，將徑向流重新定向?yàn)檩S向，減少推進(jìn)器的岀流面積，并且增加推進(jìn)器的入流面積。所述葉片的正面可具有平的構(gòu)造，防止或減少穿過(guò)葉片正面的低壓或負(fù)壓的形成和相關(guān)的空穴現(xiàn)象。
文檔編號(hào)F03D1/06GK102869880SQ201180019906
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者S·R·托帕斯, P·A·托帕斯, W·L·鮑爾斯 申請(qǐng)人:Sp技術(shù)公司