一种涡轮叶片以及由该涡轮叶片组成的涡轮制造技术

本实用新型专利技术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。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。本实用新型专利技术的涡轮利用流体中人为制造的涡流来驱动的。本实用新型专利技术提出了二阶曲面的概念，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，可额外增加热效率。

A turbine blade and turbine composed of the turbine blade

The utility model provides a turbine blade and composed of the turbine blades of the turbine blade surface, forming a first surface, second blades or third blade surfaces with concave curve without inflection point and rotation axis coplanar and non intersecting smooth. The blade structure is composed of single blade surface, multi blade surface, multi connected single blade surface, multi connected multi blade surface, multi connected composite blade surface. The new type of turbine using man-made vortex fluid to drive the utility. The utility model has put forward the concept of two order surface, turbine blades formed by two order blade surface composed of turbine and turbine group, by coupling the vortex flow field, rotary motion in the fluid that blade manufacturing eddy current field, flow field and Coriolis force generated by boundary layer effect pushes the blade rotate faster, the positive feedback between eddy and leaves, in order to achieve high energy conversion rate. If it is used in the gas turbine turbine group, additional heating efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮叶片以及由该涡轮叶片组成的涡轮
本技术涉及流体动力学领域，具体地说，涉及一种涡轮叶片以及由该涡轮叶片组成的涡轮。该技术也适用于船舶和飞行物等的浆翼叶片的设计。
技术介绍
涡轮叶片表面是具有三维特性的空间曲面，在实际操作中，涡轮机械内部的真实流动非常复杂，在空间上表现为流动的三维性，在时间上表现为流动的非定常性，在叶片附近有附面层特征，叶片端面附近又会出现附面涡等扰流。通常用于分析流体运动的纳维-斯托克斯方程很难用在涡轮设计中解决如此复杂的问题。尽管如此，我们还是可以从基本的力学原理中发现流行的涡轮技术的共同缺陷。首先，流行的涡轮技术基本上采用涡轮叶片改变流体运动方向，同时得到反方向的推力，并以此为动力维持涡轮的转动。这种方法下，流体离开涡轮叶片的速度与涡轮叶片得到的推进力和转动的速度相关，涡轮推进力越大，转动越快，意味着流体离开得越快。流体离开越快意味着流体中剩余的动能越大。所以这种利用流体反推力的涡轮技术不可避免地带来可观的能量损失。其次，流行的涡轮技术难以避免的一个问题是随着叶片各点的旋转半径不同，线速度也不同，甚至差异巨大，尤以轮径巨大的涡轮比如风力发电的风轮为甚。比如接近风轮轴的叶片，速度很慢，风无法推动，几乎只能是绕过这里，从而难以传递能量，而在风轮的尖端，速度又快得远超过风速甚至产生背压，也就是叶片背面追上了气流，攻角造成叶片背面的气压大于了正面的气压，导致很大的旋转阻力。因此旋转线速度的不同会相当程度上降低涡轮效率。第三，流行的涡轮技术无法避免离心力带来的能量损失。流体在离心力作用下离开涡轮势必带着旋转切向上的速度分量，这部分能量无可避免地损失了。第四，燃气轮机等应用中，排放的流体含有大量的余热，未被有效转化为机械能，因此也降低了涡前温度，也降低了燃气轮机效率。第五，涡轮叶片的数目与效率之间有矛盾，尤以风力发电的风轮为突出。风轮叶片的投影总面积或称风轮实度是一个难以提高的指标，风轮实度不高，势必导致风能的流失。而提高风轮实度，又会引起风阻增加，风速减小，降低风轮效率。有鉴于此，本技术提出一种新型涡轮叶片以及由该涡轮叶片组成的涡轮，以克服以上缺陷。
技术实现思路
本技术提供一种涡轮叶片，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该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。优选地，第一叶片曲面还包括第一曲线延伸出的与旋转方向相反一侧的部分参考面和/或所述第一曲线远端的切线与旋转轴平行时，第一叶片曲面的远端边缘线沿旋转轴方向自然平滑延伸出的部分柱面；第二叶片曲面还包括第一曲线延伸出的与旋转方向相反一侧的部分参考面和/或所述第一曲线远端的切线与旋转轴平行时，第二叶片曲面的远端边缘线沿旋转轴方向自然平滑延伸出的部分柱面；第三叶片曲面还包括所述第一曲线远端的切线与旋转轴平行时，第三叶片曲面的远端边缘线沿旋转轴方向自然平滑延伸出的部分柱面。优选地，所述第一曲线是摆线。优选地，所述本征第一叶片曲面上任一点在所述本征第一叶片曲面上作远离旋转轴的径向运动时，所述本征第一叶片曲面上任一点与参考面在平行于旋转轴方向的距离以所述第一叶片曲面任一点与旋转轴的距离的平方呈反比率递减。优选地，涡轮叶片的叶片曲面是所述第一叶片曲面或第二叶片曲面的部分截取面，所述部分截取面是在所述第一叶片曲面或第二叶片曲面上从旋转轴到分离线之间任意截取的部分曲面，并且，所述部分截取面不包含分离线。优选地，多段满足第一曲线特征的曲线凹向一致并首尾顺次连接，形成多级相连第一曲线，并由该多级相连第一曲线形成多级相连第一叶片曲面、多级相连第二叶片曲面、多级相连第三叶片曲面、多级相连复合叶片曲面，其中，多级相连第一叶片曲面的每一段都符合第一叶片曲面的曲面特征，多级相连第二叶片曲面的每一段都符合第二叶片曲面的曲面特征，多级相连第三叶片曲面的每一段都符合第三叶片曲面的曲面特征，多级相连复合叶片曲面的每一段都符合第一叶片曲面或第二叶片曲面或第三叶片曲面的曲面特征，所述叶片曲面是多级相连第一叶片曲面、多级相连第二叶片曲面、多级相连第三叶片曲面或多级相连复合叶片曲面中的一个。优选地，涡轮叶片上靠近旋转轴的部位开设有穿透涡轮叶片的导流孔。优选地，采用以上所述的多级相连第三叶片曲面作为涡轮叶片，形成多级相连单叶片涡轮，且旋转轴与涡轮叶片结合处设置有孔洞。优选地，采用以上所述的多级相连第一叶片曲面或多级相连第二叶片曲面或多级相连复合叶片曲面作为涡轮叶片，形成多级相连多叶片涡轮。本技术还提供一种单叶片涡轮，采用以上所述的第三叶片曲面作为涡轮叶片，形成单叶片涡轮，且旋转轴与涡轮叶片结合处设置有孔洞。优选地，多个大小不同的单叶片涡轮同轴叠放在一起，形成共轴叠片涡轮，并且，沿叶片曲面从旋转轴到叶片径向边缘，叶片之间的间隙越来越小。本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其特征在于，第一叶片曲面还包括第一曲线延伸出的与旋转方向相反一侧的部分参考面和/或所述第一曲线远端的切线与旋转轴平行时，第一叶片曲面的远端边缘线沿旋转轴方向自然平滑延伸出的部分柱面；第二叶片曲面还包括第一曲线延伸出的与旋转方向相反一侧的部分参考面和/或所述第一曲线远端的切线与旋转轴平行时，第二叶片曲面的远端边缘线沿旋转轴方向自然平滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓耘，刘欧阳，张曙光，
申请(专利权)人：刘欧阳，张曙光，彭晓耘，
类型：新型
国别省市：四川,51