高效涡轮机叶轮制造技术

本发明专利技术涉及一种高性能混合式涡轮机，其主要包括叶轮(转子)，将(水、空气以及其他多相流体的)流体流朝向叶轮(转子)传送，以使叶轮自身围绕其旋转轴旋转。此涡轮机的混合式特征特别地涉及叶轮，该叶轮利用流体流施加在根据(管道的)内部的流的典型形态而构成的管道(元件)上的推力，同时还利用由设置在叶轮的同一元件内的一定数量的翼面产生的推力。本发明专利技术的一个重要特征在于这样的事实：在该涡轮机用作风力涡轮机的情况下，其可在甚至比现在存在的风力涡轮机所允许的极限高得多的风速下运行。风力涡轮机所允许的极限高得多的风速下运行。风力涡轮机所允许的极限高得多的风速下运行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高效涡轮机叶轮
[0001]申请人：卡拉布里亚大学(80％) 泽玛机械工厂(20％)
[0002]专利技术人：贾恩卡洛
·
阿方西 阿戈斯蒂诺
·
劳里亚
[0003]本专利技术涉及一种高性能混合式涡轮机。

技术介绍

[0004]现有技术包括不同类型的涡轮机，其主要可以分成冲动式涡轮机和反动式涡轮机，在冲动式涡轮机中，流体压力在流体流和叶轮之间的相互作用过程期间不改变(如在培尔顿涡轮机中一样)，在反动式涡轮机中，流体压力在流体流和叶轮之间的相互作用过程期间变化(如在弗朗西斯涡轮机和卡普兰涡轮机中一样)。
[0005]不管压力经历的转变如何，用于在已知类型的涡轮机之间进行区分的另一特性是在流体流与叶轮接触时流体流所遵循的主方向。因此，可以分成具有径向流的涡轮机(其中，流主要在叶轮的旋转平面上在距其旋转轴一距离处移动，即，流以某一半径值进入并以较小的值离开，如在弗朗西斯涡轮机的情况下一样)、轴流式涡轮机(其中，流主要在平行于叶轮轴的方向上移动，如在卡普兰涡轮机的情况下一样)和混流式涡轮机，在该混流式涡轮机中，流体流部分地在径向方向上移动并且部分地在轴向方向上移动。
[0006]已知类型的涡轮机的另一种分类可基于所处理的流体的类型来进行。可在水轮机、蒸汽轮机、燃气轮机和风力涡轮机之间进行区分。在液力涡轮机中，将水流引向一个叶轮，以便使叶轮旋转并且能够从连接到机轴的交流发电机产生电力，如在水力发电厂中发生的一样。水流来自通常由水坝产生的人工水池供给的引水道，在培尔顿涡轮机的情况下，水流是自由的并且处于大气压力下，或者在弗朗西斯涡轮机和卡普兰涡轮机的情况下，水流是管道输送的并且处于比外部环境的压力更高的压力下。引水道中的流的能量扣除压头损失之后部分地是压力部分地是动能。在弗朗西斯涡轮机和卡普兰涡轮机的情况下，将引水道端部处的水流通过另一管道引向叶轮，因此具有仍然部分地是压力且部分地是动能的能量负载。在培尔顿涡轮机的情况下，引水道以大气中的出口喷嘴结束，因此流的能量完全仅转化为动能。然后将同一水流引向叶轮，因此在后一种情况下，与叶轮相互作用的水流的能量仅仅是动能类型的。在蒸汽轮机的情况下，通过将来自燃烧一些燃料的锅炉的热量引入回路中，例如在热电厂或热核发电厂中，达到明显高于外部压力的流体的压力值，该压力值对于设备的操作是必需的。在燃气轮机的情况下，通过涉及燃烧室中的燃料和空气的化学反应，例如在喷气发动机中，达到比外部压力高得多的高压力值，该高压力值是设备的操作所必需的。在风力涡轮机的情况下，在大气压下的风流(因此仅具有动能)使连接到机轴的叶片(翼型)在大气空气中旋转，其中该机轴进而连接到交流发电机的叶轮。
[0007]存在以各种方式调用这些类型的涡轮机的许多专利(见参考文献)，特别是在风力领域。
[0008]特别地，在专利文献[6]至[8]中，作为基本特征，涡轮机叶轮的构成元件具有这样的事实：具有使这些叶轮推力导管(其构成元件)与外部环境连通的狭缝，以便例如在叶轮用作涡轮机风力的情况下从外部环境吸入空气以增加推力导管内的流量。
[0009]在所有类型的现有涡轮机中，一个涡轮机可分成同一流体(其为液体、气体或多相)的流体入口段和出口段。入口段的几何尺寸(为A)和入口处的流体速度V的平均值确定进入机器的流体流量Q(Q＝VA，如果流体密度ρ是恒定的，则为每单位时间的体积Q＝ρVA，如果流体密度可变化，则为每单位时间的质量)。在所有现有的涡轮机中，在机器的每个预定操作点处，流体流在机器自身的入口段和出口段之间保持恒定。因此，在机器的入口端处的流的功率(每单位时间的能量)等于：
[0010][0011](在使用国际测量单位系统的情况下，例如测量结果以kW为单位)，在涡轮机机轴自身处可获得的机械功率等于：
[0012][0013]其中η是机器的效率。因此，表达式(4.2)告诉我们，可在涡轮机的机轴处获得的机械功率取决于进入机器的流的特征值，即，流量Q和平均速度V(除了所使用的流体的密度之外，还要考虑到设备的效率)。因此，例如，具有高功率的涡轮机的构造必然涉及输入流量或即将到来的流的平均速度的值的增加，或者这两个量的增加。
[0014]这意味着需要建造大的工业设备尺寸，其结果是具有高的生产、安装和管理成本，以及当然，要引入机器中的高流体流量(和流速)的有效可用性。
[0015]特征是例如具有三个叶片和水平轴的现有风力涡轮机的另一问题是坚固性低，并且因此风力涡轮机可在其下操作的风速的最大值受限(大约25m/s)。当风速超过这些值时，风力涡轮机必须停止，以确保其不会损坏到断裂点)，叶片相对于进入的风的方向“旗帜式”定向(其不再产生任何升力)，并且允许保持在这种条件下直到不利的大气事件结束。目前，我们面临气候变化的明显现象，其特征是极端大气事件(强风等)越来越频繁的事实。此外，在地球的最靠近极点的纬度处存在风通常非常强的区域，并且因此无法安装传统的风力涡轮机。为了解决此问题，必须引入更坚固的风力涡轮机，例如本专利技术的风力涡轮机。现有涡轮机的翼型仅在一个点处锚定到毂部，然后沿着其整个长度在空气中是自由的。因此，它们是“易坏的”，这是因为在风的作用下，其可能在与毂部的附接点处断裂。
[0016]专利技术的目的和主题
[0017]本专利技术的目的是提供一种改进的风力涡轮机，该风力涡轮机全部或部分地解决了上述问题并且克服了前述技术的缺点。
[0018]本专利技术的主题是一种根据所附权利要求的混合式涡轮机。
[0019]本专利技术的实施方式的实例的详细描述
附图说明
[0020]现在将具体参考附图中的如下列出的附图，以说明性而非限制性的目的来描述本专利技术。
[0021]图1是呈“线框”模式的叶轮的单个构成元件(8个推力管道中的1个)的俯视图。
[0022]图2是呈“线框”和“渲染”混合模式的叶轮的单个构成元件的总体视图。
[0023]图3是呈“线框”和“渲染”混合模式的叶轮的单个构成元件的总体视图。
[0024]图4是呈“渲染”模式的叶轮的单个构成元件的整体且完整的视图。
[0025]图5是呈“线框”模式的整个叶轮的俯视图，在整个叶轮的构造中具有8个构成元件。
[0026]图6是呈“渲染”模式的整个叶轮的总体视图，在整个叶轮的构造中具有8个构成元件。
[0027]图7a是呈“渲染”模式的与全向定子相联接的叶轮的总体视图。该附图示出了上部。
[0028]图7b是呈“渲染”模式的与全向定子相联接的叶轮的总体视图。该附图示出了下部。
[0029]图8是用于“小型电网”的发电站方案，其中风力涡轮机与太阳能电池板、柴油发电机和蓄能系统集成在一起。
[0030]图9是能量自主房屋的示意图，其中风力涡轮机与太阳能电池板、柴油发电机和蓄能系统集成在一起。
[0031]图10是位于摩天大楼的顶部上的风力涡轮机布局。
[0032]图11是位于游轮上的风力涡轮机的布局。
[0033]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种配置为由流体驱动的涡轮机叶轮(1000)，具有：
‑
旋转轴(200)；以及
‑
多个构成元件(100)，围绕所述旋转轴(200)布置，其中，这些构成元件(100)中的每个所述构成元件都包括：
‑
内部部分(110)，包括第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口相对于所述轴(200)位于两个不同的高度处并且通过配置为由流体穿过的室而连接在一起，所述室具有在轴向方向上延伸并且朝向所述轴(200)会聚的延伸结构；
‑
流体地连接到所述第一开口的第一中间部分(130)和流体地连接到所述第二开口的第二中间部分(130)，所述第一中间部分和所述第二中间部分配置为使所述流体在垂直于所述轴(200)的平面上从径向方向偏转到与所述径向方向成角度α的方向，其中α≠0；以及
‑
流体地连接到所述第一中间部分的第一外部部分(120)和流体地连接到所述第二中间部分的第二外部部分(120)，所述第一外部部分和所述第二外部部分分别朝向所述第一中间部分和所述第二中间部分会聚；并且其中，所述第一中间部分和所述第二中间部分分别包括一个或多个内部翼型(135)，所述内部翼型配置为使所述流体从所述径向方向朝向与所述径向方向成所述成角度α的方向偏转。2.根据权利要求1所述的涡轮机叶轮，其中，所述内部部分(110)包括一个或多个内部同心型材，所述一个或多个内部同心型材配置为使所述流体在所述第一开口和所述第二开口之间偏转180
°
，反之亦然。3.根据权利要求1至2中的一项或多项所述的涡轮机叶轮，其中，所述角度介于六十进制角度度量...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾恩卡洛，
申请(专利权)人：泽玛机械工厂，
类型：发明
国别省市：