專利名稱：螺旋槳和水平軸風(fēng)車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺旋槳和水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，特別是涉及一種螺旋槳，其中 傾斜部分被形成為使得風(fēng)力渦輪機(jī)的螺旋槳葉片的遠(yuǎn)端部分朝著螺旋槳葉 片的前表面傾斜，本發(fā)明還涉及使用該螺旋槳的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
在過去，水平軸螺旋槳渦輪機(jī)已經(jīng)用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)。已經(jīng) 使用了螺旋槳葉片長度為大約10m至50m的較大螺旋槳風(fēng)力渦輪機(jī)，且葉 片遠(yuǎn)端變窄的螺旋槳渦輪機(jī)由于旋轉(zhuǎn)效率高而成為使用的主流。為此其原因 是較長螺旋槳葉片的遠(yuǎn)端的轉(zhuǎn)速自然高于近端的轉(zhuǎn)速。因此，認(rèn)為當(dāng)螺旋槳 葉片的遠(yuǎn)端的弦長度增加時(shí)空氣的阻力將增加，且轉(zhuǎn)速將減小。慣用的螺旋 槳也使得由螺旋槳接收的風(fēng)沿離心方向逸出，并產(chǎn)生重大的損失。發(fā)明內(nèi)容風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)效率由螺旋槳的風(fēng)接收表面面積來確定。例如，具有 相同三角形形狀的兩組螺旋槳葉片，其中一組具有在近端的增加的弦長，而 另一組具有在遠(yuǎn)端的增加的弦長，它們顯示出雖然風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)接收表面 面積相等，但是增加遠(yuǎn)端弦長的螺旋槳葉片具有增加的軸向力矩和減少的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的目的是提供一種螺旋槳，其中風(fēng)力效率的增加是通過使螺旋槳 葉片的遠(yuǎn)端部分朝著前表面傾斜以形成傾斜部分，并使得與該傾斜部分接觸 的風(fēng)集中成朝向旋轉(zhuǎn)中心；本發(fā)明的目的是還提供一種使用該螺旋槳的水平 軸風(fēng)力渦輪機(jī)。本發(fā)明的詳細(xì)說明如下。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的螺旋槳的正視圖2是表示圖1中所示的螺旋槳的平面圖；圖3是沿圖1中的線A - A的剖視圖；圖4是沿圖1中的線B - B的剖視圖；圖5是沿圖1中的線C - C的剖^L圖；圖6是沿圖1中的線D - D的剖碎見圖；圖7是沿圖1中的線E - E的剖視圖；圖8是沿圖1中的線F - F的剖^L圖；圖9是表示圖1中所示的一個(gè)螺旋槳葉片的左側(cè)視圖；圖10是表示本發(fā)明實(shí)施例2的螺旋槳的正視圖；圖11是表示本發(fā)明實(shí)施例3的螺旋槳的側(cè)3見圖；圖12是表示圖11中所示的螺旋槳的平面圖；圖13是表示本發(fā)明的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)^L圖；圖14是表示圖13中所示的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)的正視圖；圖15是表示本發(fā)明的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)施例2的平面圖;圖16是表示圖15中所示的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)的正視圖；圖17是表示本發(fā)明實(shí)施例4的螺旋槳的正視圖；圖18是表示圖17中所示的一個(gè)螺旋槳葉片的側(cè)視圖；圖19是表示圖17中所示的一個(gè)螺旋槳葉片的平面圖；圖20是沿圖18中的線A - A的剖^L圖；圖21是沿圖18中的線B-B的剖視圖；以及圖22是用于說明螺旋槳的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
傾斜部分被形成為使得螺旋槳葉片的風(fēng)接收部分的遠(yuǎn)端部分朝著前表 面傾斜。螺旋槳葉片的遠(yuǎn)邊緣被形成為具有大的弦長，以便增大風(fēng)接收效率。 實(shí)施例1下面將參考附圖介紹本發(fā)明的實(shí)施例。圖l是表示本發(fā)明的螺旋槳的正 視圖，圖2是表示圖1中所示的螺旋槳的平面圖。在圖1中，提供了螺旋槳 1,其中三個(gè)螺旋槳葉片3等間距地沿徑向方向布置在輪轂2的前表面上。 附圖標(biāo)記4表示螺旋槳軸。輪轂2可具有任意形狀。圖中的螺旋槳葉片3被設(shè)計(jì)成使得基部部分3a通過螺栓緊固在輪轂2 的后表面上，但是也可以采用任意其它固定裝置，例如通過螺釘而緊固在軸 部分2的周邊表面上。螺旋槳葉片3是三維的，且如圖1中所示，基部部分3a在前部具有狹 窄桿形狀，且它的遠(yuǎn)端部分變寬，以便形成風(fēng)接收部分3b。風(fēng)接收部分3b 被設(shè)計(jì)成具有較大的遠(yuǎn)側(cè)邊緣部分和較大的后部區(qū)域。如圖2中所示，螺旋槳葉片3的遠(yuǎn)端朝著前部傾斜，以便形成傾斜部分 3c。圖1中的附圖標(biāo)記3d表示傾斜部分3c的近端部分的邊界線，且近端邊 界線3d設(shè)置為圓弧形，該圓弧在螺旋槳葉片3的旋轉(zhuǎn)過程中沿著旋轉(zhuǎn)軌跡 (T)。因此，在螺旋槳葉片3的旋轉(zhuǎn)過程中，傾斜部分3c的近端部分的空氣 阻力減小。傾斜部分3c的長度例如為螺旋槳葉片的長度的大約5%至20%,且相對(duì) 于螺旋槳葉片3的平直部分其傾斜角在中心處是在15度至50度的范圍內(nèi)， 優(yōu)選是在40度至45度的范圍內(nèi)。風(fēng)接收部分3b的最大弦長設(shè)置為螺旋槳 葉片3的旋轉(zhuǎn)直徑的大約14%,并可以設(shè)置在15%至25%的范圍內(nèi)。圖3是沿圖1中的線A - A的剖視圖；圖4是沿圖1中的線B - B的剖 視圖；而圖5是沿圖1中的線C-C的剖視圖。風(fēng)接收部分3b被設(shè)計(jì)成使得風(fēng)接收部分3b的前表面相對(duì)于輪轂2的旋 轉(zhuǎn)方向逐漸傾斜，且該傾斜從螺旋槳葉片3的基部部分3a發(fā)展至遠(yuǎn)端部分。在該結(jié)構(gòu)中，風(fēng)接收部分3b的后端區(qū)域(圖中的左部分)越靠近螺旋槳葉 片3的遠(yuǎn)端區(qū)域的前面，這些后端區(qū)域沿前表面方向位移越大。圖6是圖1中的傾斜部分3c沿線D - D的剖^L圖；圖7是沿圖1中的 線E-E的剖視圖；而圖8是沿圖1中的線F-F的剖^L圖。葉片越靠近傾 斜部分3c的遠(yuǎn)端部分，葉片朝向前越凸出，且前表面朝向后邊緣(到圖中的 左側(cè))離前邊緣(到圖中的右側(cè))越遠(yuǎn)，這些表面朝向后面越傾斜。在圖1和2中，當(dāng)風(fēng)從前部方向施加時(shí)，與風(fēng)接觸的表面面積在沿線A -A的部分中是寬的，且由箭頭A表示的風(fēng)沿螺旋槳葉片3的前表面流動(dòng)到 左方，并在螺旋槳葉片3上產(chǎn)生沿箭頭a方向的壓力，如圖3中所示。在沿線B - B的部分中，與風(fēng)接觸的表面面積比在沿線A - A的部分中 更小，因?yàn)橛杉^A表示的風(fēng)沿螺旋槳葉片3的前表面流動(dòng)到左方，且前表 面具有大的向后傾斜角，因此風(fēng)快速經(jīng)過，并在螺旋槳葉片3上產(chǎn)生沿箭頭
b方向的壓力，如圖4中所示。
在沿線C-C的部分中，與風(fēng)接觸的表面面積比在沿線B-B的部分中 更小，因?yàn)橛杉^A表示的風(fēng)沿螺旋槳葉片3的前表面流動(dòng)到左方，且前表 面具有大的向后傾斜角，因此風(fēng)快速經(jīng)過，并在螺旋槳葉片3上產(chǎn)生沿箭頭 c方向的壓力，如圖5中所示。基部部分3a遇到風(fēng)阻力，但是并不阻礙螺旋 槳葉片3的旋轉(zhuǎn)，因?yàn)榛坎糠?a的表面面積小。
在圖9中，與在點(diǎn)P和Q之間的傾斜表面接觸的風(fēng)朝向點(diǎn)Q偏轉(zhuǎn)。風(fēng) 從點(diǎn)O至點(diǎn)Q所花費(fèi)的時(shí)間與風(fēng)從點(diǎn)P至點(diǎn)Q所花費(fèi)的時(shí)間相同，因此， 風(fēng)從點(diǎn)P至點(diǎn)Q的速度高于風(fēng)從點(diǎn)O至點(diǎn)Q的速度。因此，在圖9中，與傾斜部分3c的前部傾斜表面接觸的風(fēng)以一定角度 高速通向近端邊界線3d，并與越過圖4和5中所示的風(fēng)接收部分3b的前表 面向后流動(dòng)到左方的風(fēng)匯合，從而增加了空氣密度和風(fēng)壓，并通向螺旋槳葉 片3的后面。
具體地說，盡管由于風(fēng)在傾斜部分3c中停滯而引起的阻力損失在圖1 中顯現(xiàn)較大，但是與傾斜部分3c接觸的風(fēng)以高速通過，如圖1中箭頭Al所 示。因此，不僅在傾斜部分3c處沒有風(fēng)阻力，而且使得圍繞從圖1中的線B -B的螺旋槳葉片3的基部部分3a的風(fēng)以高速通過。
當(dāng)在前表面處風(fēng)速增大時(shí)，在傾斜部分3c的前表面處產(chǎn)生負(fù)壓。因此， 產(chǎn)生風(fēng)集中效果，從而使得正常壓力的風(fēng)從其它部分附加集中在傾斜表面3c 的前表面處，且在相同風(fēng)速和相同時(shí)間內(nèi)，比其它區(qū)域有更多的風(fēng)接觸傾凍牛 部分3c。
當(dāng)在慣用的螺旋槳葉片中基部部分較寬時(shí)，風(fēng)的流動(dòng)將在螺旋槳葉片旋 轉(zhuǎn)時(shí)受到抑制，負(fù)載置于螺旋槳葉片上，且旋轉(zhuǎn)效率受到風(fēng)流向螺旋槳葉片 的狹窄遠(yuǎn)端的不利影響。
相反，在本發(fā)明中具有圍繞螺旋槳葉片3的基部部分3a的良好氣流特 性，離心部分較寬，通過傾斜部分3c收集空氣，且風(fēng)以高速引向風(fēng)接收部 分3b。因此，保證有良好的風(fēng)恢復(fù)特性，且在螺旋槳葉片3的離心部分處獲 得大量風(fēng)力。因此，軸向轉(zhuǎn)矩通過杠桿原理而增大。
因此，在不加長葉片的情況下增加了風(fēng)力渦輪機(jī)的效率，并獲得有關(guān)螺 旋槳葉片3的剛性、風(fēng)力渦輪機(jī)的高度和其它因素的優(yōu)點(diǎn)。如圖2中所示， 螺旋槳葉片3的形狀使得沿旋轉(zhuǎn)方向的相對(duì)表面面積較小，且橫截面產(chǎn)生升力(lift)。因此，當(dāng)螺旋槳1開始旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)升力。在此情況下，如前所述，空氣密度降低，且在圖9的傾斜部分3c的前表面處從點(diǎn)P至點(diǎn)Q的風(fēng)速大于在點(diǎn)O和點(diǎn)Q之間的風(fēng)速時(shí)將產(chǎn)生負(fù)壓。 因此，正常壓力的風(fēng)從其它部分快速運(yùn)動(dòng)至傾斜部分3c的前表面，從而產(chǎn) 生比在其它部分中與更高速度的風(fēng)接觸時(shí)相同的效果，且每單位時(shí)間的空氣 密度增加。因此，沿旋轉(zhuǎn)方向推動(dòng)螺旋槳葉片3的總風(fēng)壓增加。具體地說，雖然傾斜部分3c顯現(xiàn)為使得風(fēng)停滯，但是風(fēng)速實(shí)際上增加， 因此風(fēng)快速通過，且與其它部分相比，相應(yīng)更大量的風(fēng)與傾斜部分3c接觸。 因此獲得高的風(fēng)接收效率。在這方面，優(yōu)選是較長距離，由于當(dāng)點(diǎn)P和Q比 O和Q離開更遠(yuǎn)時(shí)，風(fēng)速比從點(diǎn)O至點(diǎn)Q經(jīng)過的風(fēng)速更高。但是，由于當(dāng) 只有采用逐漸傾斜角和較長距離時(shí)風(fēng)將消散，因此最佳傾斜角在45度內(nèi)。在圖1中，與傾斜部分3c的前表面接觸的風(fēng)繞傾凍+部分3c的近端部分 高速向后通過將幫助風(fēng)使得螺旋槳葉片3沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。具體地說，在圖4中，從點(diǎn)T至點(diǎn)R通過的風(fēng)速大于從點(diǎn)S至點(diǎn)R通 過的風(fēng)速。因此，作用在傾斜部分3c的前表面上的風(fēng)壓沿旋轉(zhuǎn)方向推動(dòng)螺 旋槳葉片3。當(dāng)慣用的螺旋槳的轉(zhuǎn)速與本發(fā)明的螺旋槳1的轉(zhuǎn)速比較時(shí)，在本發(fā)明的 螺旋槳1中傾斜部分3c以這種方式形成于螺旋槳葉片3的遠(yuǎn)端部分處，轉(zhuǎn) 速有明顯差異，即慣用的螺旋槳的轉(zhuǎn)速為210rpm,而本發(fā)明的螺旋槳的轉(zhuǎn) 速為405rpm。實(shí)施例2圖IO是表示螺旋槳葉片3的實(shí)施例2的正視圖。相同附圖標(biāo)記用于表 示與前述實(shí)施例中相同的部分，且不再對(duì)這些部分進(jìn)一步說明。實(shí)施例2中的風(fēng)接收部分3b的最大寬度被設(shè)置為螺旋槳直徑的20%。 但最大寬度可增加到螺旋槳直徑的25%?；坎糠?a的前表面的寬度被設(shè) 置為等于或小于該最大寬度的1/3。風(fēng)接收部分3b的橫截面基本與實(shí)施例1 相同。實(shí)施例3圖ll是表示螺旋槳葉片3的實(shí)施例3的側(cè)視圖；而圖12是它的平面圖。 相同附圖標(biāo)記用于表示與前述實(shí)施例相同的部分，且不再對(duì)該部分進(jìn)一步說明。
該螺旋槳葉片3被設(shè)計(jì)成使得遠(yuǎn)端部分的弦長大，基部部分窄?；坎糠值膶挾葍?yōu)選是在最大弦長的26%至40%的范圍內(nèi)。螺旋槳葉片3的基部部 分3a窄，并因此在旋轉(zhuǎn)過程中獲得環(huán)繞軸線的優(yōu)良?xì)饬髋懦鎏匦浴Ｔ趫D11中，螺旋槳葉片3的固定部分la以直角固定在螺旋槳軸4上。 螺旋槳1的縱向中心線(E)相對(duì)于與固定部分la的后表面垂直的垂直縱向中 心線(C)向后傾斜4度至6度。該傾斜表面使得到達(dá)風(fēng)接收部分3b的前表面 的風(fēng)朝向螺旋槳葉片3的遠(yuǎn)端加速。在圖11中，螺旋槳葉片3的傾斜部分3c被設(shè)計(jì)成使得它的中心部分相 對(duì)于前述縱向中心線(E)向前傾斜25度至45度。該傾斜使得傾斜部分3c的 風(fēng)接收表面面積增加至垂直表面的表面面積的大約1.4倍。當(dāng)傾斜角為25 度或更小時(shí)，沿傾斜表面的加速度量小。當(dāng)角度超過45度時(shí)，加速度量再 減小，因?yàn)榱鲃?dòng)接近筆直進(jìn)行。在圖12中，前表面被設(shè)置為相對(duì)于參考線(F)的負(fù)迎角(attack)(G)為6度 至15度，該參考線(F)在風(fēng)接收部分3b的遠(yuǎn)側(cè)邊緣處平行于固定部分la的 后表面。具體地說，伴隨螺旋槳1旋轉(zhuǎn)時(shí)的風(fēng)壓并不直接以負(fù)迎角(G)施力口， 且到達(dá)旋轉(zhuǎn)螺旋槳葉片3的風(fēng)并不直接以負(fù)迎角(G)作用，而是沿負(fù)迎角(G) 圍繞和通向后面。在圖ll中，因?yàn)轱L(fēng)接收部分3b的前表面整個(gè)向后傾斜，因此當(dāng)風(fēng)由螺 旋槳l的前表面接收時(shí)，風(fēng)從近端部分朝向圖中的點(diǎn)P運(yùn)行。這樣的原因是 風(fēng)沿最小阻力的方向運(yùn)行。 '在由箭頭A表示并與圖11中傾斜部分3c接觸的風(fēng)中，風(fēng)從點(diǎn)O到達(dá) 點(diǎn)P所花費(fèi)的時(shí)間與空氣從點(diǎn)Q流向點(diǎn)P所花費(fèi)的時(shí)間相同，歐此，空氣 從點(diǎn)Q流向點(diǎn)P的速度大于風(fēng)從點(diǎn)O到達(dá)點(diǎn)P的速度。當(dāng)速度增加時(shí)空氣 密度降低，且相對(duì)于周圍空氣產(chǎn)生負(fù)壓。當(dāng)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，處于正常壓力的周 圍空氣快速流入。因此，在傾斜表面處在傾斜部分3c的前面產(chǎn)生效果，因而在相同時(shí)間 周期內(nèi)，比其它部分更大量的風(fēng)被局部吸引。具體地說，在相同條件下與螺 旋槳葉片3的風(fēng)接收部分3b的前表面接觸的風(fēng)由于螺旋槳葉片3的三維形 狀而局部集中，且因?yàn)檩^強(qiáng)風(fēng)力作用在圖11中的點(diǎn)P部分上，因此螺旋槳l 的旋轉(zhuǎn)效率增加。如圖12中所示，風(fēng)從點(diǎn)R到達(dá)點(diǎn)S所花費(fèi)的時(shí)間與空氣從點(diǎn)T流向點(diǎn) S所花費(fèi)的時(shí)間相同，因而，空氣從點(diǎn)T流向點(diǎn)S的速度大于風(fēng)從點(diǎn)R到達(dá) 點(diǎn)S的速度。因此，側(cè)向流動(dòng)并與風(fēng)接收部分3b接觸的空氣比留在周圍區(qū) 域中并與螺旋槳葉片3的風(fēng)接收部分3b接觸的風(fēng)更快，于是，大量的風(fēng)吸 引至風(fēng)接收部分3b的前表面。因此，即使當(dāng)由箭頭A表示的風(fēng)速小于4m/s，風(fēng)也在與螺旋槳1接觸 時(shí)加速。特別是傾斜部分3c具有寬的形狀，其中弦長為螺旋槳1的旋轉(zhuǎn)直 徑的26%至40%。因此，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)大量的風(fēng)進(jìn)行接觸，并根據(jù)杠桿原理 產(chǎn)生大軸向轉(zhuǎn)矩。由此，該螺旋槳1具有局部集中大量風(fēng)的效果，因?yàn)樵诼菪龢~片3的 遠(yuǎn)端部分形成傾斜部分3c。通過使螺旋槳葉片3加寬成使得它的遠(yuǎn)端的弦長為旋轉(zhuǎn)直徑的26%至 40%，風(fēng)集中的區(qū)域具有比其它部分更大的表面面積，且風(fēng)與螺旋槳l的旋 轉(zhuǎn)的離心部分接觸。因此，能夠有效利用杠桿原理，且即使由較弱的風(fēng)也能 夠獲得較大軸向轉(zhuǎn)矩。風(fēng)接收部分3b的前表面相對(duì)于螺旋槳葉片3的基部 部分3a在朝向遠(yuǎn)端部分處也處于負(fù)迎角(G)，因此獲得風(fēng)集中效果，其中與 風(fēng)接收部分3b接觸的風(fēng)加速以通向旋轉(zhuǎn)的后方。而且，從螺旋槳葉片3的基部部分至遠(yuǎn)端部分整個(gè)朝向后傾斜，將使與 風(fēng)接收部分3b接觸的風(fēng)加速和朝向遠(yuǎn)端集中，并增加在螺旋槳1的離心部 分處的旋轉(zhuǎn)力。圖13是表示水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)5的實(shí)施例2的右側(cè)視圖，其中螺旋槳1 裝配至風(fēng)力渦輪機(jī)中，且圖的左側(cè)是前部。圖14是表示水平軸風(fēng)力渦輪機(jī) 的正視圖。相同附圖標(biāo)記用于表示與前述相同的部分，并將不再對(duì)這些部分 進(jìn)一步說明。在水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)5中，機(jī)架7被安裝成能夠在支柱6的頂部樞轉(zhuǎn)。機(jī)架7被設(shè)計(jì)成使得支柱6的樞軸點(diǎn)后面的部分比樞軸點(diǎn)前面的部分更 長。方向舵8也被垂直地安裝在機(jī)架7的后部部分的頂部和底部。圖中未示出的水平軸(螺旋槳軸)由機(jī)架7內(nèi)部的軸承水平支承。螺旋槳 1固定在水平軸的后端部分上。附圖標(biāo)記7表示后蓋。通過將發(fā)電機(jī)連接到水平軸(未示出)的遠(yuǎn)端部分以及在水平軸和發(fā)電機(jī) 之間提供傳動(dòng)裝置、制動(dòng)器、離合器、自動(dòng)控制裝置、速度傳感器、風(fēng)速儀 和其它部件，可將風(fēng)力發(fā)電一幾設(shè)立在才幾架內(nèi)。
當(dāng)由風(fēng)造成螺旋槳1旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槳葉片3的傾斜部分3c接收大量的 風(fēng)。因此，當(dāng)風(fēng)的方向變化時(shí)，螺旋槳1的位置將非常敏感地進(jìn)行校正，且 螺旋槳l總是位于下風(fēng)向。當(dāng)有橫向風(fēng)時(shí)，方向舵8提供了對(duì)風(fēng)向的快速響應(yīng)。當(dāng)螺旋槳1位于機(jī)架7的下風(fēng)向時(shí)，螺旋槳葉片3在旋轉(zhuǎn)過程中暫時(shí)位 于支柱6的后面。但是，如圖14中所示，在螺旋槳葉片3的離心部分處的 寬的傾斜部分3c在旋轉(zhuǎn)過程中處于離心部分，因此具有比基部部分3a更高 的轉(zhuǎn)速，因此只有很短時(shí)間在支柱6后面。因?yàn)槁菪龢?與支柱6分離，圍繞支柱6流動(dòng)的風(fēng)與寬的風(fēng)接收部分3b 和傾斜部分3c接觸。因此，對(duì)旋轉(zhuǎn)效率沒有不利影響，且通過非常敏感地 響應(yīng)風(fēng)向變化的能力而產(chǎn)生的較高旋轉(zhuǎn)效率具有補(bǔ)償效果。圖15是水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)施例3的平面圖，圖16是它的正^L圖。 相同附圖標(biāo)記用于表示與這些前述相同的部分，且不再對(duì)這些部分進(jìn)一步說 明。在水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)5中，機(jī)架7被安裝成能夠在支柱6的頂部樞轉(zhuǎn)。 繞支柱6樞轉(zhuǎn)的中心設(shè)置在機(jī)架7中，并盡可能靠近離機(jī)架7遠(yuǎn)端部分的機(jī) 架7長度的20%至40%的位置處。發(fā)電機(jī)(未示出)布置在機(jī)架7內(nèi)部，與發(fā)電機(jī)連接的螺旋槳軸4水平布 置，且螺旋槳軸4的后部部分向外凸出至機(jī)架7后部。存儲(chǔ)器、各種類型的 傳感器、自動(dòng)控制裝置和其它必要機(jī)械元件(未示出)裝入機(jī)架7內(nèi)部。如圖 所示，螺旋槳1安裝在螺旋槳軸4上。盡管圖中未示出，從輪轂2后面裝配圖中表示了三個(gè)螺旋槳葉片3,但是并不局限于該數(shù)目。螺旋槳葉片3 設(shè)計(jì)成使得遠(yuǎn)端部分的弦長比基部部分更寬。遠(yuǎn)端部分的弦長例如設(shè)置在旋 轉(zhuǎn)直徑的20%至45%的范圍內(nèi)。螺旋槳葉片3的遠(yuǎn)端部分具有形成在其中的傾斜部分3c,該傾斜部分 3c向前傾斜30度至45度。多對(duì)上部和下部支承葉片9以徑向方式布置在機(jī)架7的前表面的左側(cè)和 右側(cè)部分處，且在左側(cè)和右側(cè)上的方向舵8布置在支承葉片9的遠(yuǎn)端部分上， 且離機(jī)架7等間距。在平面圖中，支承葉片9 ^皮設(shè)"H
且當(dāng)從前面看時(shí)，遠(yuǎn)端部分的板的厚度比基部部分更小。在剖視圖中，前部 部分厚且朝向后部厚度減小。在這種情況下，下部支承葉片9設(shè)計(jì)成在上表 面前部比下表面凸出更大程度，且上部支承葉片9設(shè)計(jì)成在下表面前部比上 表面凸出更大程度。因此，在上部和下部支承葉片9之間流過的風(fēng)比在上部 和下部支承葉片9的上表面和下表面上方流過的風(fēng)更快。方向舵8的上部部分和下部部分向內(nèi)彎曲。該彎曲被設(shè)計(jì)成沿著預(yù)定距 離的圓弧，這樣方向舵8不會(huì)進(jìn)入螺旋槳葉片3的遠(yuǎn)端表面的旋轉(zhuǎn)軌跡。方向舵8還纟皮設(shè)計(jì)成向外打開，這樣前后線(S)相對(duì)于才幾架7的縱向中心 線CL)成10度至17度的角度。當(dāng)風(fēng)如圖15中箭頭A所示吹動(dòng)時(shí)，螺旋槳l并不旋轉(zhuǎn)。但是，因?yàn)橛?箭頭A表示的風(fēng)在方向舵8上接觸和推動(dòng)，因此機(jī)架7圍繞作為樞軸點(diǎn)的支 柱6進(jìn)行樞轉(zhuǎn)，且螺旋槳1旋轉(zhuǎn)，因此自動(dòng)定位在下風(fēng)向。在圖15中，當(dāng)風(fēng)如箭頭B所示吹動(dòng)時(shí)，螺旋槳l并不旋轉(zhuǎn)。但是，因 為由箭頭B表示的風(fēng)與方向舵8接觸，機(jī)架7繞作為樞軸點(diǎn)的支柱6進(jìn)行樞 轉(zhuǎn)，且螺旋槳l進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此自動(dòng)定位在下風(fēng)向。因?yàn)榉较蚨?以這種方 式向外開口 ，使得前后線(S)相對(duì)于機(jī)架7的縱向中心線(L)成10度至17度 的角度，因此方向舵8非常敏感地響應(yīng)來自任意方向的風(fēng)。在圖15中，當(dāng)由箭頭C表示的風(fēng)從前面吹來時(shí)，由箭頭C表示的風(fēng)經(jīng) 過方向舵8的左側(cè)和右側(cè)。在此情況下，左側(cè)和右側(cè)方向舵8外部經(jīng)過的風(fēng)在全部方向舵8的后部 部分的外側(cè)上推動(dòng)，但是左側(cè)和右側(cè)很好地平衡，因此螺旋槳l面向風(fēng)并高 效旋轉(zhuǎn)。.當(dāng)風(fēng)向甚至稍微變化時(shí)，相對(duì)于方向舵8的左側(cè)或右側(cè)的風(fēng)強(qiáng)度變化。 因此，平衡被打破，機(jī)架7通過來自強(qiáng)風(fēng)的壓力而樞轉(zhuǎn)，且螺旋槳l變化方 位以^更面向風(fēng)。在圖15中，從左側(cè)和右側(cè)方向舵8之間的空間逸出的風(fēng)由方向舵8引 導(dǎo)并通過。在此情況下，盡管在相對(duì)的左側(cè)和右側(cè)方向舵8之間的進(jìn)口空間 較窄，但是有較寬開口的出口，因此當(dāng)風(fēng)向后逸出時(shí)氣流將在方向舵8的后 部部分內(nèi)側(cè)發(fā)散，且空氣密度降低。氣流在方向舵8的后部部分外側(cè)被壓縮。因此，經(jīng)過方向舵8的內(nèi)部的 氣流比外部氣流更快。大量這樣加速的氣流恰好與螺旋槳葉片3的傾斜部分3C接觸并有利于轉(zhuǎn)速。當(dāng)在方向舵8的后部部分內(nèi)側(cè)的空氣壓力降低時(shí)，來 自其它位置的氣流從上方和下方快速進(jìn)入低壓區(qū)域，在給定時(shí)間中的風(fēng)流動(dòng) 速率增加，且螺旋槳1的旋轉(zhuǎn)效率增加。當(dāng)螺旋槳1布置在機(jī)架7的后部部分處時(shí)，隨著螺旋槳l的旋轉(zhuǎn)，該螺 旋槳1受到在機(jī)架7的前表面上的、沿旋轉(zhuǎn)方向的空氣阻力，且慣用的機(jī)架 7朝著阻力低的方向樞轉(zhuǎn)。因此，機(jī)架7反向樞轉(zhuǎn)，且有時(shí)指向與風(fēng)相反的方向。但是，在本發(fā)明中，由于左側(cè)和右側(cè)方向舵8的后部部分傾斜成如前述 的向外開口 ，因此由方向舵8的前表面接收的風(fēng)將從左側(cè)和右側(cè)限制樞轉(zhuǎn)， 因此，由于螺旋槳1的旋轉(zhuǎn)而引起的離心力波動(dòng)不會(huì)使得機(jī)架7樞轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)定向在沿縱向方向的方向舵布置在機(jī)架7的后部部分上時(shí)，直 接從側(cè)面吹動(dòng)的風(fēng)有方向變化效果，但是當(dāng)風(fēng)從前面以一定.角度吹來時(shí)，由 于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)效果而使較強(qiáng)風(fēng)向后部流動(dòng)，從而使方向舵8保持在它們的 原始位置，且機(jī)架7有時(shí)不會(huì)改變方向。在這方面，本發(fā)明的方向舵8甚至 對(duì)于風(fēng)向的很小變化都高度敏感性反應(yīng)，并使得機(jī)架7樞轉(zhuǎn)。圖17中所示的螺旋槳1是航海(Marine)螺旋槳。多個(gè)(圖中為3個(gè))螺旋 槳葉片3固定在輪轂2上，且螺旋槳沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)。螺旋槳葉片3的基部 部分3a較窄，且最大弦長部分3d被形成為使得在遠(yuǎn)端邊緣部分處的弦長增 加至旋轉(zhuǎn)半徑的大約70%。'由側(cè)視圖可見，螺旋槳葉片3被形成為使得遠(yuǎn)端部分的板厚度小，且傾 斜部分3c被形成為使得遠(yuǎn)端部分從最大弦長部分3d沿向下游方向傾斜。傾 斜部分3c的傾斜角為相對(duì)于螺旋槳軸4的軸向中心線(L)為10度至30度， 但優(yōu)選是傾斜角為15度至20度。但是，根據(jù)弦長傾斜部分3c的傾斜角可 以設(shè)置為45度。傾斜部分3c的近端部分處在最大弦長部分3d處，且最大 弦長部分3d設(shè)置在旋轉(zhuǎn)半徑上的圓弧中。因此，在旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力較低。在圖18和19所示的螺旋槳葉片3中，在排放表面3g的右側(cè)上的旋轉(zhuǎn) 前側(cè)部分3e比在左側(cè)的旋轉(zhuǎn)后側(cè)部分3f更向上游傾斜，且遠(yuǎn)端的邊纟彖部分 的排放表面3g比螺旋槳葉片3的近端部分逐漸更加傾斜。這樣的原因是上 部和下部板厚度相同，基部部分的弦長小，且遠(yuǎn)端的邊緣部分的弦長大。當(dāng)如上述設(shè)置的螺旋槳1旋轉(zhuǎn)時(shí)，由傾斜部分3c向外推動(dòng)的傾斜流(a) 朝向軸向中心線(L)集中在后部，如圖22中所示。
在圖22中，由傾斜部分3c向外推動(dòng)的傾斜流(a)越靠近遠(yuǎn)端部分，這些 流相對(duì)于由垂直排放表面3g向外推動(dòng)的水平流(b)向外推動(dòng)的越快。在圖22中，該過程使得傾斜流(a)以一定角度與水平流(b)匯合，以便以 一定角度向水平流(b)施加流體壓力。因此，當(dāng)這些螺旋槳葉片3用于航海螺旋槳上時(shí)，由圖22中的箭頭X 表示的水壓的存在造成水平流(b)以沿相反方向反作用推動(dòng)螺旋槳1，并增加 推力。在圖22中，因?yàn)閮A斜部分3c傾斜，來自由箭頭A所示方向的外部的氣 流將直接引入，且傾斜流(a)向水平流(b)施加附加流體壓力，其大小等于 PQ-OP=Y,因?yàn)閺狞c(diǎn)P至點(diǎn)Q的長度大于從點(diǎn)O至點(diǎn)P的長度。由圖17明顯看出，由于傾斜部分3c的弦長增加，且傾斜部分3c處于 離心部分和轉(zhuǎn)速高于靠近輸出軸4的部分，因此，高速傾斜流(a)以基本錐形 形狀包圍水平流(b)，并相當(dāng)于由箭頭X表示的正常水壓。因此，相對(duì)于螺 旋槳1的直徑圓的表面面積，螺旋槳1的直徑圓的錐形側(cè)表面的較大表面面 積將有助于螺旋槳1的推力。
權(quán)利要求
1. 一種螺旋槳，其中螺旋槳葉片的遠(yuǎn)端部分在規(guī)定長度上朝向螺旋槳 葉片的前表面傾斜，并形成傾斜部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋槳，其中，所述螺旋槳葉片的遠(yuǎn)端處的 傾斜部分的中心線相對(duì)于螺旋槳的縱向方向傾斜25度至50度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺旋槳，其中在螺旋槳葉片的前表面中，螺旋槳的風(fēng)接收部分被形成為使得遠(yuǎn)端比基 部部分更寬；以及傾斜部分的近端部分邊界區(qū)域設(shè)置為最大弦長。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的螺旋槳，其中，所述螺旋槳葉 片的風(fēng)接收部分的前表面的最大弦長設(shè)置為螺旋槳的旋轉(zhuǎn)直徑的13%至 25%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的螺旋槳，其中，所述螺旋槳葉 片的整個(gè)風(fēng)接收部分相對(duì)于經(jīng)過基部部分的垂直線向后傾斜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的螺旋槳，其中在螺旋槳葉片的風(fēng)接收部分中傾斜部分的近端部分的邊界被形成為具 有螺旋槳旋轉(zhuǎn)半徑的26%至50%的最大弦長；以及風(fēng)接收部分的左側(cè)前表面從基部部分向遠(yuǎn)端逐漸向后傾斜，并在最大弦 長部分處相對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向傾斜6度至15度。
7. —種用于流體的螺旋槳，其中螺旋槳葉片的遠(yuǎn)端部分在旋轉(zhuǎn)過程中 沿流體下游方向傾斜，從而形成傾斜部分，且在旋轉(zhuǎn)過程中流體沿軸中心方 向向后4,動(dòng)。
8. —種水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，其中固定在水平軸上的螺旋槳葉片的風(fēng)接 收部分的遠(yuǎn)端部分沿螺旋槳葉片的前部方向傾斜25度至50度，以形成傾斜部分。
9. 一種水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，其中機(jī)架安裝在支柱上以便能夠樞轉(zhuǎn)，且 螺旋槳軸安裝在機(jī)架上，其中方向舵對(duì)稱地安裝在機(jī)架的左和右側(cè)上的后部位置處，因此方向舵的后 部部分環(huán)繞螺旋槳；以及螺旋槳葉片的遠(yuǎn)端部分向前傾斜，從而形成傾斜部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，其中，當(dāng)從上方看時(shí)， 所述方向舵的后部部分相對(duì)于機(jī)架的前-后中心線的向外傾斜大于方向舵的前部部分。
全文摘要
一種螺旋槳，其中水平軸風(fēng)車的螺旋槳葉片(3)的頂端部分沿螺旋槳葉片(3)的前部方向傾斜，以形成傾斜部分(3c)。傾斜部分(3c)的傾斜角相對(duì)于螺旋槳葉片(3)的縱向方向設(shè)置在25度至50度的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101124401SQ20058004737
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者鈴木政彥 申請(qǐng)人:全球能量有限公司;株式會(huì)社Fjc;鈴木政彥