萨伏纽斯转子、转子模块、其装置及应用制造方法及图纸

萨伏纽斯转子，其包括与朝向和围绕其流动的流体的方向正交定位的旋转轴线、以及至少第一叶片和至少第二叶片，叶片围绕所述旋转轴线对称定位而不直接附接到所述轴线，从而提供用于供流体在所述至少第一叶片与所述至少第二叶片之间并且围绕所述旋转轴线通过的中心流体通道，其中：每个所述叶片包括平行于所述旋转轴线的纵向轴线、位于距所述叶片的所述旋转轴线最远的点处的前缘以及位于最靠近所述旋转轴线的点处的后缘；每个所述前缘和所述后缘限定围绕所述叶片的所述纵向轴线定位的周边表面；每个所述叶片周边表面包括前面和后面，前面从所述前缘朝向所述后缘延伸并由具有第一多个连续曲率半径的第一样条曲线限定，后面从所述后缘朝向所述前缘延伸并且由具有第二多个连续曲率半径的第二样条曲线限定，所述第二样条曲线不同于所述第一样条曲线；每个叶片包括所述前面的相应高度和所述后面的相应高度；其中每个所述前面高度、后面高度、第一样条曲线和第二样条曲线限定叶片体积，所述叶片体积配置成优化来自流动到每个所述叶片上和周围的流体的能量的传递。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】萨伏纽斯转子、转子模块、其装置及应用本专利技术一般涉及风力涡轮机，具体涉及萨伏纽斯转子、涉及此类转子的模块、其装置及其应用。萨伏纽斯风力转子及相关联的风力涡轮机系统自S.J.Savonius在20世纪20年代首次描述并为其系统申请专利以来就已为人所知。授予Savonius的示例性专利包括US1766765和US1679574，所述专利涉及具有大致为直线母线的两个相对布置的中空形轮叶，其由圆柱形、抛物线形、螺旋形或其他合适的表面形成并且布置成使得轮叶的内边缘延伸到由另一个轮叶为边界的分段空间，两个所述轮叶在其内边缘处彼此重叠并且形成间隙或空气通道，所述间隙或空气通道适于迫使气流在具有大致恒定面积的S形路径中从一个轮叶的中空侧流到另一个轮叶的中空侧。自最初的设计以来，已经尝试过各种修改和改进，但是到目前为止还没有成功地设法提高萨伏纽斯转子的效率，限制因素有很多，其中重要的一个因素是当返回叶片或轮叶绕旋转轴线以面对迎面而来的流体(在大多数情况下是空气)流时在返回叶片或轮叶上操作的阻力，因为萨伏纽斯涡轮机过去主要用于从撞击或入射在转子的轮叶或叶片上的空气流产生能量。M.H.Mohamed等人在“EnergyConverS1onandManagement”，2011年第52卷第236-242页中提到了萨伏纽斯风力涡轮机的背景以及众所周知的整个系统的效率低下。表1中列出了一些已知的用于提高效率的解决方案，并且接着讨论了使用计算机处理和放置在迎面而来的入射风流与返回叶片之间的强制性阻挡板的萨伏纽斯转子系统的理论优化。尽管提到了叶片的优化形状，但是实际上并未描述该形状，并且该形状的形成也必需考虑阻挡板的存在。此外，假定叶片厚度为2mm进行计算。本文的作者使用他们自己的算法(包括进化算法)和计算设置来实现计算，但是这些并未透露或公开。第241页给出了在存在阻挡板的情况下计算机优化叶片的轮廓的示意图。尽管上述文章给出了理论细节，但是萨伏纽斯原理未在能源生产中得到广泛应用，这有力地表明了尚未克服这些系统效率低下的已知限制。因此，这也成为市场内长期以来未得到满足的需求。本专利技术致力于克服现有系统中存在的效率低下的已知限制，并满足长期迫切需求。因此，本专利技术的一个目的是提供一种改进的萨伏纽斯转子，其能够满足这种需求并克服关于萨伏纽斯技术的现有偏见。随后该转子可以形成为模块、模块组件和并入所述改进的萨伏纽斯转子的装置，并且具有如下所述的其他应用。因此，本专利技术的一个目的是一种萨伏纽斯转子，包括：旋转轴线，其定位成与朝向和围绕其流动的流体的方向正交；以及至少第一叶片和至少第二叶片，所述叶片围绕所述旋转轴线对称定位，而不直接附接到所述轴线，从而提供用于供流体在所述至少第一叶片与所述至少第二叶片之间并且围绕旋转轴线通过的中心流体通道，其中：-每个所述叶片包括平行于所述旋转轴线的纵向轴线、位于距所述叶片的所述旋转轴线最远的点处的前缘以及位于最靠近所述旋转轴线的点处的后缘；-每个所述前缘和所述后缘限定围绕所述叶片的纵向轴线定位的周边表面；-每个所述叶片周边表面包括前面和后面，所述前面从所述前缘朝向所述后缘延伸并由具有第一多个连续曲率半径的第一样条曲线限定，所述后面从所述后缘朝向所述前缘延伸并且由具有第二多个连续曲率半径的第二样条曲线限定，所述第二样条曲线不同于所述第一样条曲线；-每个叶片包括所述前面的相应高度和所述后面的相应高度；-其中每个所述前面高度、后面高度、第一样条曲线和第二样条曲线限定叶片体积，所述叶片体积配置成优化来自流动到每个所述叶片上和周围的所述流体的能量的传递。应注意，大多数已知现有技术解决方案仅涉及薄叶片轮廓形状，而不涉及叶片体积或由该体积限定的周边表面。本专利技术的申请人已经确定，除了在现有技术中使用的通常2或3mm厚的轮廓之外，为萨伏纽斯转子的叶片提供三维体积是有利的，因为整体式叶片(即具有大于现有技术叶片的2至3mm厚度所提供的空气动力学体积轮廓和相关体积的叶片)显示大致弯曲或圆形表面，所述表面避免了叶片周围的空气循环突然下降，并且尤其是当空气在叶片主体周围流动时减小了空气流量下降。已知的萨伏纽斯叶片形状由于其最小厚度而导致气流在其边缘周围被打乱，这也导致从所述气流中抽取能量并因此将能量传递给叶片的效率低。此外，已经意外地发现，本专利技术的萨伏纽斯叶片的圆形体积表面(与现有技术中已知的那些相比，其体积增加)不仅减缓了在叶片上的空气流动，而且还同时提高了对空气流围绕叶片并进入一对叶片之间的中心通道的引导。本专利技术的萨伏纽斯叶片的形状和体积轮廓的另一个不可预见的优点是，与仅约2mm厚的萨伏纽斯叶片相比，此类叶片能抵抗更强的风速。实际上，本专利技术的叶片能够在高达或小于30m/s的风速下运行。根据本专利技术的另一个目的，叶片的周边表面是连续的。在本专利技术的替代实施方案中，叶片的周边表面是不连续的。根据本专利技术的又一个替代实施方案，叶片的周边表面是不连续的，并且包括沿第一样条曲线和第二样条曲线布置的多个基本上垂直的可单独取向或可调节的表面。根据本专利技术的另一个实施方案，叶片体积是中空的或基本上中空的。当提到空心体积时，应理解，尽管叶片的周边表面可以是连续的，但是由该周边表面限定的内部体积可以是中空的、空的或基本上中空的，例如，它可以包括支撑支柱或蜂窝结构，复合三维结构就是如此，如本领域已知的，所述复合三维结构诸如在制造或飞机零件或一些汽车部件中需要弹性和机械强度以及低密度。可替代地或另外地，叶片可以由挤制或模制材料制成。然而，优选地，并且根据本专利技术的有利实施方案，叶片体积是实心的或基本上实心的。用来制造此类叶片或填充根据本专利技术的叶片的体积的材料可以有利地选自由塑料材料(诸如聚酰胺)、ABS、高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、聚氨酯泡沫和金属(诸如挤制铝材或不锈钢)组成的组。例如，可以用约0.4mm厚度的不锈钢制造根据本专利技术的基本中空的弯曲体积轮廓叶片主体。优选地，在根据本专利技术的叶片是中空的情况下，在叶片设置有适于如下所述接收可选联接件的穿孔的区域中，后者设置有与叶片的材料相同或不同的材料的附加覆盖层。可替代地，代替如上所述的附加覆盖层，叶片可以由围绕任何此类穿孔具有比叶片材料的其余部分的密度更大的密度的材料区域制成。根据本专利技术的又一个实施方案，叶片具有基本为逗号形状的构造。申请人已经确定，这种通用逗号形状特别适于提高此类萨伏纽斯转子的能量效率。如将在本专利技术的详细描述中将变得显而易见，通常逗号形叶片更具体地以最佳方式限定。根据本专利技术的另一实施方案，叶片具有带尾部和头部的基本为逗号形状的构造，其中逗号的头部位于旋转轴线附近，逗号的尾部位于距旋转轴线一定距离的位置处，朝向转子的周边。根据本专利技术的又一个实施方案，所述中心流体通道基本上为“S”形，其中所述“S”由具有多个连续曲率半径的至少两个外部样条曲线限定，其中所述“S”的每个外部样条曲线与叶片后面的样条曲线相同。根据本专利技术的另一实施方案，改进的萨伏纽斯转子还包括至少第一板凸缘，该第一板凸缘附接到旋转轴线并且可围绕旋转轴线自由旋转，其中所述第一板凸缘覆盖所述至少第一叶片和所述至少第二叶片。在本专利技术的又一个实施方案中，改进的萨伏纽斯转子还包括第一板凸缘和第二板凸缘，所述第一板凸缘和所述第二板凸缘覆盖所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种萨伏纽斯转子，其包括与朝向和围绕其流动的流体的方向正交定位的旋转轴线、以及至少第一叶片和至少第二叶片，所述叶片围绕所述旋转轴线对称定位而不直接附接到所述轴线，由此提供用于供流体在所述至少第一叶片与所述至少第二叶片之间并且围绕所述旋转轴线通过的中心流体通道，其中：‑每个所述叶片包括平行于所述旋转轴线的纵向轴线、位于距所述叶片的所述旋转轴线最远的点处的前缘以及位于最靠近所述旋转轴线的点处的后缘；‑每个所述前缘和所述后缘限定围绕所述叶片的所述纵向轴线定位的周边表面；‑每个所述叶片周边表面包括前面和后面，该前面从所述前缘朝向所述后缘延伸并由具有第一多个连续曲率半径的第一样条曲线限定，该后面从所述后缘朝向所述前缘延伸并且由具有第二多个连续曲率半径的第二样条曲线限定，所述第二样条曲线不同于所述第一样条曲线；‑每个叶片包括所述前面的相应高度和所述后面的相应高度；‑其中每个所述前面高度、后面高度、第一样条曲线和第二样条曲线限定叶片体积，所述叶片体积配置成优化来自流动到每个所述叶片上和周围的所述流体的能量的传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种萨伏纽斯转子，其包括与朝向和围绕其流动的流体的方向正交定位的旋转轴线、以及至少第一叶片和至少第二叶片，所述叶片围绕所述旋转轴线对称定位而不直接附接到所述轴线，由此提供用于供流体在所述至少第一叶片与所述至少第二叶片之间并且围绕所述旋转轴线通过的中心流体通道，其中：-每个所述叶片包括平行于所述旋转轴线的纵向轴线、位于距所述叶片的所述旋转轴线最远的点处的前缘以及位于最靠近所述旋转轴线的点处的后缘；-每个所述前缘和所述后缘限定围绕所述叶片的所述纵向轴线定位的周边表面；-每个所述叶片周边表面包括前面和后面，该前面从所述前缘朝向所述后缘延伸并由具有第一多个连续曲率半径的第一样条曲线限定，该后面从所述后缘朝向所述前缘延伸并且由具有第二多个连续曲率半径的第二样条曲线限定，所述第二样条曲线不同于所述第一样条曲线；-每个叶片包括所述前面的相应高度和所述后面的相应高度；-其中每个所述前面高度、后面高度、第一样条曲线和第二样条曲线限定叶片体积，所述叶片体积配置成优化来自流动到每个所述叶片上和周围的所述流体的能量的传递。2.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述叶片的周边表面是连续的。3.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述叶片的周边表面是不连续的。4.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述叶片的周边表面是不连续的，并且包括沿所述第一样条曲线和所述第二样条曲线布置的多个基本上垂直的可单独取向或可调节的表面。5.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述叶片体积是中空的或基本上中空的。6.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述叶片体积是实心的或基本上实心的。7.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述叶片具有基本上逗号形状的构造。8.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述叶片具有带尾部和头部的基本上为逗号形状的构造，其中所述逗号的头部位于所述旋转轴线附近，而所述逗号的尾部朝向所述转子的周边位于距其一定距离处。9.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述中心流体通道基本上为“S”形，其中所述“S”由具有多个连续曲率半径的至少两个外部样条曲线限定，其中所述“S”的每个外部样条曲线与所述叶片的后面的样条曲线相同。10.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其还包括至少第一板凸缘，所述第一板凸缘附接到所述旋转轴线并且能够围绕所述旋转轴线自由旋转，其中所述第一板凸缘覆盖所述至少第一叶片和所述至少第二叶片。11.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其还包括第一板凸缘和第二板凸缘，所述第一板凸缘和所述第二板凸缘覆盖所述第一叶片和所述第二叶片的相应顶部和底部，从而将所述第一叶片和所述第二叶片夹在所述第一板凸缘与所述第二板凸缘之间。12.根据权利要求11所述的萨伏纽斯转子，其还包括与所述旋转轴线分开的至少两个联接件，所述至少两个联接件将所述第一板凸缘和所述第二板凸缘彼此联接并且联接所述叶片的相应每个。13.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中每个叶片的高度小于所述转子的最大直径，并且其中叶片高度与最大转子直径的比率在约0.4：1至0.6：1之间。14.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述叶片的前缘具有基本上成角度的二面角形状，其角度在30度与34度之间，优选为32度。15.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中所述后缘具有基本上为圆形的形状，并且优选地基本上为半圆柱形形状。16.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中限定所述前面的第一样条曲线基本上是凸的。17.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中限定所述后面的第二样条曲线基本上是凹的。18.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中限定所述前面的样条曲线从所述前缘朝向所述后缘延伸，并且包括：-第一弧，所述第一弧具有标称半径Rn，标称半径Rn基本上等于所述旋转轴线与所述前缘之间的距离，所述第一弧限定圆柱形表面，并且沿所述圆柱形表面延伸距离L1，所述距离L1基本上略微大于由所述前缘围绕所述旋转轴线旋转一周而产生的圆周的四分之一，其中L1＝(Rn*2*pi)*(106°/360°)。19.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中限定所述前面的样条曲线从所述前缘朝向所述后缘延伸，并且包括：-准圆柱形第二弧，其切向且连续地连接到所述第一弧，所述第二弧具有在约Rn/6至Rn/5之间的半径R2，并且沿所述准圆柱形表面延伸距离L2，距离L2基本上等于(Rn/5*2*pi)*(A°/360°)，其中A°在44°至46°之间，优选为45°。20.根据权利要求1所述的萨伏纽斯转子，其中限定所述前面的样条曲线从所述前缘朝向所述后缘延伸，并且包括：-第三弧，其切向且连续地连接到所述第二弧，所述第三弧具有基本上等于所述标称半径Rn的半径R3，并且沿所述周边表面延伸距离L3，其中L3＝(Rn*2*pi)*(B°<360°)，其中B°在39°至41°之间，优选为39°...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·德罗，
申请(专利权)人：图博萨姆公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH