螺旋形柔性叶片涡轮机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种涡轮机转子，尤其涉及一种在流体力的作用下能单向旋转的涡轮机转子。本实用新型专利技术的螺旋形柔性叶片涡轮机包括中心主轴、端部挡板、柔性叶片和传动轮，中心主轴垂直贯穿左右两个端部挡板后与传动轮之间通过键连接；两端部挡板之间设有柔性叶片，柔性叶片以螺旋形从一端部挡板外缘扭转至另一端部挡板外缘；传动轮连接发电机。本实用新型专利技术的有益效果是结构简单、获能效率高、旋转运动均匀稳定，在潮流能、风能等流向多变流体作用下单向旋转。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种涡轮机转子，尤其涉及一种在流体力的作用下能单向 旋转的涡轮机转子。
技术介绍
随着能源危机的出现和环境的日益恶化，绿色清洁能源备受世界各国广泛 重视。风能和潮流能成为开发利用可再生能源的焦点，利用风能和潮流能发电 是目前开发利用风能和潮流能最有效的形式。由于受风能和潮流能流向多变等 自身特点影响，开发利用风能和潮流能的装置大都存在获能效率较低，采用刚 性材料制作叶片，叶片加工工艺复杂、做到较大装机容量时安装运输极为不便, 同时叶片边缘很薄，旋转时还可能会伤害到鱼类、鸟类等，且存在噪音较大， 金属易腐蚀等缺陷，其推广利用面临着巨大的困难。如2003年5月7日公开的中国专利，^^开号为CN1415852A,其公开了一种 柔性风叶高效能风车，由于风叶为很薄的钢板制成，所以在工作时不但产生很 大的噪音，而且风叶会腐蚀，需要经常更换，增加了成本。为了适应潮流能、风能流向多变的特点，可采用单向涡轮机，即能够在诸 如江河口的潮流、多变的风力等双向往复流动或流向多变流动作用下单向旋转 的涡轮机。比较典型的单向涡轮机有We 11 s涡轮机和Darr i eus涡轮机。We 11 s 涡轮机是采用从中心轴向外放射排列的翼形叶片组成的推进型涡轮机，其主要 特点在于该涡轮机安装于能够使流体方向同涡轮机旋转轴同向的流道内。叶片 从转轴上向外呈放射状安装，在垂直于来流流向的平面内旋转。无论来流方向 如何变化，叶片都朝一个方向旋转。Wells转子能够获得很快的转速，叶片外部 速度远大于流速，引起很大的噪声。同时有效作用区域局限于叶片尖部，不能 有效捕获靠近转轴处的流体可用能量，因此该涡轮机效率非常低。Darrieus提 出的Darrieus装置采用直翼型叶片，平行于旋转轴、竖直分布于圆柱面上。由 于该转子结构相对筒单，得到了许多科学家和工程师的重视，并着手致力于其在水力和风力发电方面的应用。但由于叶片经过流体中高压力区域的加速作用 引起强烈的振动从而大大降低了其效率，使得该涡轮机不能得到广泛的应用。为了提高涡轮机的获能效率常采用叶片变倾角控制系统，但很难找出最佳控 制方案，研发成本高，同时变倾角控制系统使得结构更为复杂，大大降低了装置 的可靠性。因此急需开发一种具有高效率、结构筒单、旋转运动均匀稳定的涡轮 机转子。
技术实现思路
本技术的4支术方案能够克服上述缺陷，提供一种螺旋形柔性叶片涡轮机， 其结构简单、加工制作方便、成本低、易维护，可以实现高效率、均匀稳定的能量转换。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案其包括中心主轴、端部 挡板、柔性叶片和传动轮，中心主轴垂直贯穿左右两个端部挡板后与传动轮之 间通过键连接；两端部挡板之间设有柔性叶片，柔性叶片以螺旋形从一端部挡 板外缘扭转至另 一端部挡板外缘；传动轮连接发电机。本技术结构简单，采用柔性材料制作柔性螺旋形叶片，可借用不透风 和不透液体的高分子薄膜材料、帆布等材料直接剪裁成形，相比于传统刚性叶 片需专门设计、特殊工艺加工大为简化，易于维护、保养和更换，特别是当作 成较大装机容量涡轮机时柔性螺旋叶片在加工、运输、维护上体现出无可比拟 的优势，同时螺旋形柔性叶片具有重量轻、造价低廉、耐腐蚀的独特优点。采用柔性材料制作成螺旋形柔性叶片，在360。圆周运动中的不同位置，都 能够自适应流体而随时改变形状，因柔性材料只能传递拉力，叶片的稳定形态 是依潮流或风能的作用力而自然形成的弧形，就像帆船的帆翼一样，充分利用 升力效应与阻力效应相互交替变换做功，两种效应所形成的流体动力的合力都 会产生与转动方向相同的力矩，因而本技术具有较高的获能效率。两端部挡板之间设有中间支撑板，中心主轴垂直贯穿中间支撑板。在两个 端部挡板之间以中心主轴为圓心的同 一圓周上均匀设置支撑杆，支撑杆两端分 别固定在端部挡板上。支撑杆贯穿中间支撑板。中心主轴与两端部挡板、中间 支撑板之间通过法兰连接。这样通过中间支撑板与支撑杆的支撑作用，使整个装置更加牢固、可靠耐用。两端部挡板之间的柔性叶片具有一定松弛度，且能在流体作用下产生凸凹 形变。柔性叶片在两端部挡板外缘圆周上等间距分布，所有柔性叶片宽度相等。 柔性叶片以螺旋形从一端部挡板扭转至另一端部挡板外缘，柔性叶片在两端部 挡板上分布的均匀性使得涡轮机360°旋转周期内任何时刻保证了迎流叶片面 积相等，受力均匀稳定，保证了涡轮机旋转的均匀稳定，同时减少了周为振动 与冲击产生的能量损耗。所有柔性叶片扭转方向相同，柔性叶片在两端部挡板之间的扭转角度为IOO。 一140°之间，由于螺旋形柔性叶片朝向一个方向扭转， 因此无论什么方向的来流，都会产生同向力矩，因此螺旋形柔性叶片涡轮机的5走转方向^5l与叶片的4E转方向相关，而与潮流或风能来流方向无关，^L而实现 了在流向多变水流、风力作用下的单向旋转。螺旋形柔性叶片涡轮机通过轴承固定在固定支架上。本技术的有益效果是结构简单、获能效率高、旋转运动均匀稳定，在 潮流能、风能等流向多变流体作用下单向旋转。以下结合附图和具体实施方式对本装置作具体说明附图说明图1为本技术的结构示意图2为图1的左-见图3为本技术实施例结构示意图。图中1.两端挡板，2.法兰盘，3.中心主轴，4.中间挡板，5.支撑杆，6.螺 旋形柔性叶片，7.传动轮，8.固定支架，9.电机。具体实施方式螺旋形柔性叶片涡轮机包括两端部挡板1、法兰2、中心主轴3、中间挡板 4、支撑杆5、柔性叶片6和传动轮7，中心主轴3与两端部挡^反1、中间支撑板 4之间通过法兰2连接。在以中心主轴3为圓心的同一圆周上均布三根支撑杆5, 支撑杆5垂直贯穿两个端部挡板1和中间支撑板4。柔性叶片6设置在两端部挡 板l之间，中心主轴3与传动轮7通过键连接，传动轮7将涡轮机动能传递到 发电机9,整个螺旋形柔性叶片涡轮机通过轴承固定在固定支架8上。三个等宽度的螺旋形柔性叶片6为高分子薄膜材料、帆布等材料直接剪裁成形，在其中一个端部挡板l外缘圆周上等间距分布，以螺旋形扭转120。至另一端部挡板1外缘，自然形成一个具有一定松弛度的兜形结构。在潮流或风能 的作用力自然形成弧形，就像帆船的帆翼一样，充分利用升力效应与阻力效应 相互交替变换做功，具有较高的获能效率，其合力会产生与转动方向相同的力 矩，无论何种方向来流都保证了螺旋形柔性叶片涡轮机的单向旋转。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于包括中心主轴、端部挡板、柔性叶片和传动轮，中心主轴垂直贯穿左右两个端部挡板后与传动轮之间通过键连接；两端部挡板之间设有柔性叶片，柔性叶片以螺旋形从一端部挡板外缘扭转至另一端部挡板外缘；传动轮连接发电机。

【技术特征摘要】
1.一种螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于包括中心主轴、端部挡板、柔性叶片和传动轮，中心主轴垂直贯穿左右两个端部挡板后与传动轮之间通过键连接；两端部挡板之间设有柔性叶片，柔性叶片以螺旋形从一端部挡板外缘扭转至另一端部挡板外缘；传动轮连接发电机。2. 根据权利要求1所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于两端部挡板之间 设有中间支撑板，中心主轴垂直贯穿中间支撑板。3. 根据权利要求1或2所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于在两个端部 挡板之间以中心主轴为圆心的同一圆周上均匀设置支撑杆，支撑杆两端分别 固定在端部挡板上。4. 根据权利要求3所述的螺旋形柔性叶片涡轮机，其特征在于支撑杆贯穿中间 支撑板。5. 根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬，王树杰，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：实用新型
国别省市：95[中国|青岛]