二阶扭转的Darrieus叶轮及水轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种二阶扭转的Darrieus叶轮及水轮机。该水轮机包括底端板、顶端板和三个叶片；所述底端板垂直于所述二阶扭转的Darrieus叶轮的旋转轴中心线；所述顶端板间隔开地位于所述底端板的正上方，且垂直于所述旋转轴中心线；三个所述叶片相对于所述旋转轴中心线螺旋旋转且中心对称地分布在所述底端板和所述顶端板之间，三个所述叶片的底端和顶端分别对应地与所述底端板和所述顶端板连接，三个所述叶片基于各自的螺旋基线进行二阶扭转构造而成，以使所述二阶扭转的Darrieus叶轮在一个旋转周期内的最小力矩和平均力矩得到提升。本发明专利技术既能有效启动又没有过多的功率损失。失。失。

【技术实现步骤摘要】
二阶扭转的Darrieus叶轮及水轮机


[0001]本专利技术涉及低速水流能工程
，尤其是涉及一种二阶扭转的Darrieus叶轮及水轮机。

技术介绍

[0002]近年来对于海流能的利用，进一步丰富了可再生能源结构。而对于流速较大、流向稳定、能量较为密集的海流利用，基本由发电效率较高的轴流式水轮机完成。对于流速较低、流向不稳定、能量分散的海域，在其附近对于各种信息的探测、监控等需要较为稳定、功率较低的供电来源。Darrieus叶轮作为风机被应用的过程由来已久，而近年来趋势是将其应用于水中发电。其安装通常以垂直轴的形式，这使得该叶轮能够有效利用各个方向来流的能量。然而该叶轮由于结构原因，在一个旋转周期内存在较大的力矩波动，部分来流方向下的力矩极小，这对于叶轮的启动与持续稳定运行是不利的。针对力矩波动这一缺点，将叶片沿着中心轴进行螺旋扭转，这一设计方法能够有效地让各个来流角度下各段叶片的力矩互补，有效改善特定来流角度下力矩低的问题。然而这一方法使得叶片倾斜，部分沿着翼展方向流动的来流能量不能被利用，降低了一个旋转周期内的平均扭矩。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种二阶扭转的Darrieus叶轮，既能有效启动又没有过多的功率损失。
[0004]根据本专利技术实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮，包括：
[0005]底端板，所述底端板垂直于所述二阶扭转的Darrieus叶轮的旋转轴中心线；
[0006]顶端板，所述顶端板间隔开地位于所述底端板的正上方，且垂直于所述旋转轴中心线；
[0007]三个叶片，三个所述叶片相对于所述旋转轴中心线螺旋旋转且中心对称地分布在所述底端板和所述顶端板之间，三个所述叶片的底端和顶端分别对应地与所述底端板和所述顶端板连接，三个所述叶片基于各自的螺旋基线进行二阶扭转构造而成，以使所述二阶扭转的Darrieus叶轮在一个旋转周期内的最小力矩和平均力矩得到提升。
[0008]根据本专利技术实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮，具有如下的优点，第一、在一阶螺旋扭转的基础上进行二阶扭转，让二阶扭转的Darrieus叶轮既能有效启动又让二阶扭转的Darrieus叶轮的功率相对于传统的一阶扭转(即螺旋扭转)的叶轮得到了提升；第二、结构简单、易于加工量产；第三、尤其适用于低流速、流向不确定水域的水流能利用装置，能够满足功率需求低、布置选址不以水流流速为第一要素的发电需求。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，三个所述叶片是在沿着各自的螺旋基线进行旋转拉伸的基础上进行二阶扭转构造而成。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，三个所述叶片的螺旋基线位于由所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半径与所述旋转轴中心线构成的外围圆柱面上，所述二阶扭转的Darrieus
叶轮的半径为所述叶片的翼型弦线中点至所述旋转轴中心线的距离。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，同一所述叶片在所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半高处的弦线与无扭转情况下方向相同，且所述叶片在旋转拉伸过程中，所述叶片在所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半高处的弦线相对于所述旋转轴中心线的角度保持不变，而所述叶片在除去所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半高处以外的其余不同高度处的弦线相对于所述旋转轴中心线的角度发生变化。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述叶片的弦线相对于弦线中点到所述旋转轴中心线的垂线之间的角度随着所述二阶扭转的Darrieus叶轮的高度不同而发生线性均匀变化。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述叶片的二阶扭转角大于0
°
小于等于30
°
。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述二阶扭转角按照应用时的来流速度、不同转速进行仿真或实验，并根据实验对应的输出功率或扭矩来选择确定。
[0015]本专利技术还提出了一种水轮机。
[0016]根据本专利技术实施例水轮机，包括本专利技术上述任意一个实施例的所述二阶扭转的Darrieus叶轮。
[0017]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0018]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0019]图1为本专利技术实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮的螺旋线构造示意图。
[0020]图2为本专利技术实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮的立体结构示意图。
[0021]图3为图1中一种∠ABC随相对高度变化趋势示意图。
[0022]图4为本专利技术实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮的总扭转角为120
°
的条件下，不同二阶扭转角度构造的叶轮模型在同一流速、同一转速条件下进行数值模拟，各自旋转周期内最小扭矩、最大扭矩、平均扭矩值的对比曲线图。
[0023]附图标记：
[0024]二阶扭转的Darrieus叶轮1000
[0025]底端板1顶端板2叶片3
[0026]旋转轴中心线I螺旋基线II弦线III翼型弦线中点B螺旋角度α
[0027]垂线L1垂线L2
[0028]在同一高度h下，旋转轴中心线I的点A，螺旋基线II的点B，弦线前缘端点C
具体实施方式
[0029]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]下面结合图1至图4来描述本专利技术实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮1000。
[0031]如图1和图2所示，根据本专利技术一方面实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮1000，二
阶扭转的Darrieus叶轮1000具有旋转轴中心线I，包括底端板1、顶端板2和三个叶片3；其中，底端板1垂直于二阶扭转的Darrieus叶轮1000的旋转轴中心线I；顶端板2间隔开地位于底端板1的正上方，且垂直于旋转轴中心线I；三个叶片3相对于旋转轴中心线I螺旋旋转且中心对称地分布在底端板1和顶端板2之间，三个叶片3的底端和顶端分别对应地与底端板1和顶端板2连接，三个叶片3基于各自的螺旋基线II进行二阶扭转构造而成，以使二阶扭转的Darrieus叶轮1000在一个旋转周期内的最小力矩和平均力矩得到提升。
[0032]具体地，底端板1和顶端板2可以为圆形端板，底端板1和顶端板2之间没有轴，但底端板1和顶端板2的外侧可以分别连接旋转轴(图中未示出)，底端板1和顶端板2与旋转轴中心线I均垂直。
[0033]三个叶片3相对于旋转轴中心线I螺旋旋转且中心对称地分布在底端板1和顶端板2之间，三个叶片3的底端和顶端分别对应地与底端板1和顶端板2连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二阶扭转的Darrieus叶轮，其特征在于，包括：底端板，所述底端板垂直于所述二阶扭转的Darrieus叶轮的旋转轴中心线；顶端板，所述顶端板间隔开地位于所述底端板的正上方，且垂直于所述旋转轴中心线；三个叶片，三个所述叶片相对于所述旋转轴中心线螺旋旋转且中心对称地分布在所述底端板和所述顶端板之间，三个所述叶片的底端和顶端分别对应地与所述底端板和所述顶端板连接，三个所述叶片基于各自的螺旋基线进行二阶扭转构造而成，以使所述二阶扭转的Darrieus叶轮在一个旋转周期内的最小力矩和平均力矩得到提升。2.根据权利要求1所述的二阶扭转的Darrieus叶轮，其特征在于，三个所述叶片是在沿着各自的螺旋基线进行旋转拉伸的基础上进行二阶扭转构造而成。3.根据权利要求2所述的二阶扭转的Darrieus叶轮，其特征在于，三个所述叶片的螺旋基线位于由所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半径与所述旋转轴中心线构成的外围圆柱面上，所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半径为所述叶片的翼型弦线中点至所述旋转轴中心线的距离。4.根据权利要求2所述的二阶扭转的Darrieus叶轮，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊红刚，李光浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：