專利名稱：一種新型的用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)的葉片，特別是一種用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片。
背景技術(shù)：
海流能是清潔、可再生能源，采用海流能技術(shù)發(fā)電，有利于改善能源結(jié)構(gòu)，降低化石能源消耗帶來(lái)的環(huán)境污染和氣候變化問(wèn)題。海流能是海洋能中最易獲得、最具靈活性的一種能源。海流發(fā)電渦輪機(jī)就是通過(guò)海水的流動(dòng)，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將海水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為渦輪機(jī)的機(jī)械能。其中，渦輪機(jī)的效率、空化性能和穩(wěn)定性是影響發(fā)電機(jī)組性能的三項(xiàng)重要指標(biāo)。 空化是流動(dòng)液體特有的一種物理現(xiàn)象，它是因液體中局部壓力低于該溫度下的汽化壓力時(shí)產(chǎn)生空泡的一種流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，水力機(jī)械中的空化汽蝕會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。空化會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和噪聲，降低其水力性能，使材料表面產(chǎn)生空蝕破壞，降低使用壽命。在渦輪機(jī)運(yùn)行中，通常在空化程度還不足以對(duì)渦輪機(jī)工作特性產(chǎn)生可測(cè)影響前，空化就已經(jīng)開(kāi)始。由于水力機(jī)械中的水流是比較復(fù)雜的，空化現(xiàn)象可以出現(xiàn)在不同的部位及在不同條件下形成空化，在渦輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流道內(nèi)及在其過(guò)流部件的局部表面上，往往會(huì)發(fā)生空化而后引起空蝕。輕微的只在葉片表面形成少量蝕點(diǎn)，嚴(yán)重的葉片空蝕區(qū)的金屬材料被大量剝蝕，致使表面成蜂窩狀，甚至有使葉片穿孔或掉邊的現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行。 現(xiàn)有的渦輪機(jī)葉片采用等弦長(zhǎng)、等厚度的二維翼型剖面，這種二維葉片的自重大，海水推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)消耗的能量大，致使渦輪機(jī)海水動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率低，且需要高流速的海水才能使渦輪機(jī)獲得高轉(zhuǎn)速，葉片容易發(fā)生空化空蝕。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的葉片自重大，渦輪機(jī)海水動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率低，需要高流速的海水才能使渦輪機(jī)獲得高轉(zhuǎn)速，葉片容易發(fā)生空化空蝕的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種葉片自重小、渦輪機(jī)的效率高，不發(fā)生空化空蝕，只需低流速海水即可使渦輪機(jī)獲得高轉(zhuǎn)速的用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片。 —種新型的用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片，所述的葉片包括靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的翼根和遠(yuǎn)離所述的轉(zhuǎn)子的翼梢，所述的葉片的橫剖面采用NACA系列翼型；其特征在于所述的葉片的弦長(zhǎng)沿葉片的翼根向翼梢由大到小連續(xù)變化，葉片的厚度自葉片的翼根向翼梢逐漸變薄。 進(jìn)一步，所述的葉片的后緣呈前凹的1/4的橢圓曲線，所述的葉片的前緣筆直。
進(jìn)一步，所述的葉片的翼梢與翼根的長(zhǎng)度之比為1 : 3. 本發(fā)明的構(gòu)思是將葉片自翼根向翼梢弦長(zhǎng)逐漸變短、厚度逐漸變薄，縮小了葉片的體積、減輕了葉片自重，提高了渦輪機(jī)將海水動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的效率，即使海水流速較低，渦輪機(jī)也能獲得高轉(zhuǎn)速。
葉片后緣沿翼根向翼梢的方向、按照1/4橢圓曲線漸縮，使得葉片的過(guò)流面積減 小了一半以上，葉片的過(guò)流面積越小，則葉片更容易被超空化發(fā)生時(shí)的空穴完全包裹，因空 化和空蝕發(fā)生的位置不一樣，從而避免高轉(zhuǎn)速下葉片表面被空蝕。 本發(fā)明具有葉片自重小、渦輪機(jī)的效率高，只需低流速海水即可使渦輪機(jī)獲得高 轉(zhuǎn)速的，且避免渦輪機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)葉片發(fā)生空蝕。


圖1為本發(fā)明的立體示意圖
圖2為本發(fā)明的橫剖面示意圖
圖3為本發(fā)明的縱剖面示意圖 圖4為采用實(shí)施例二得出海水流速與渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖
圖5為采用實(shí)施例二得出的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速與空化數(shù)的關(guān)系圖
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一
參照?qǐng)D1-3 —種新型的用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片，所述的葉片1包括靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的翼 根11和遠(yuǎn)離所述的轉(zhuǎn)子的翼梢12，所述的葉片1的橫剖面采用NACA系列翼型；其特征在 于所述的葉片1的弦長(zhǎng)沿葉片的翼根11向翼梢12逐漸變短，葉片1的厚度沿翼根向翼梢 逐漸變薄。 所述的葉片1的前緣筆直13，所述的葉片1的后緣14為前凹的四分之一的橢圓曲 線。 所述的葉片1的翼梢12與翼根11的長(zhǎng)度之比為1 : 3. 本發(fā)明的構(gòu)思是將葉片1沿翼根11向翼梢12弦長(zhǎng)15逐漸變短、厚度逐漸變薄， 縮小了葉片1的體積、減輕了葉片1自重，提高了渦輪機(jī)將海水動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的效率， 即使海水流速較低，渦輪機(jī)也能獲得高轉(zhuǎn)速。 葉片1后緣14沿翼根11向翼梢12的方向、按照1/4橢圓曲線漸縮，使得葉片1 的過(guò)流面積減小了一半以上，葉片1的過(guò)流面積越小，則葉片1更容易被超空化發(fā)生時(shí)的空 穴完全包裹，因空化和空蝕發(fā)生的位置不一樣，從而避免高轉(zhuǎn)速下葉片1表面被空蝕。
實(shí)施例二 參照?qǐng)D4、5，結(jié)合實(shí)際情況，說(shuō)明本實(shí)施例 以下以翼型弦長(zhǎng)c為單位l，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的描述。 葉片的橫剖面采用NACA4415翼型，最大彎度f(wàn)是弦長(zhǎng)的4%，最大彎度位置xf離
前緣為弦長(zhǎng)的40X，最大厚度d是弦長(zhǎng)的15%。 葉片采用在縱剖面上翼梢與翼根的長(zhǎng)度之比為1 : 3的橢圓翼型，翼梢長(zhǎng)度 a約為0. 333，翼根長(zhǎng)度b為1，前緣1為垂直直線，后緣漸變線2為四分之一橢圓曲線
0.667 a a 試驗(yàn)表明，采用現(xiàn)有的等弦長(zhǎng)、等厚度的二維翼型剖面葉片時(shí)，渦輪機(jī)將海水動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的平均轉(zhuǎn)化效率為37%。采用本發(fā)明的葉片時(shí)，渦輪機(jī)將海水動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī) 械能的最大轉(zhuǎn)化效率可達(dá)56 % ，平均轉(zhuǎn)化效率為45 % 。 本說(shuō)明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù) 范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù) 人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
一種新型的用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片，所述的葉片包括靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的翼根和遠(yuǎn)離所述的轉(zhuǎn)子的翼梢，所述的葉片的橫剖面采用NACA系列翼型；其特征在于所述的葉片的弦長(zhǎng)沿葉片的翼根向翼梢由大到小連續(xù)變化，葉片的厚度沿葉片的翼根向翼梢逐漸變薄。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種新型的用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片，其特征在于所述的 葉片的后緣呈前凹的1/4的橢圓曲線，所述的葉片前緣筆直。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種新型的用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片，其特征在于所述的葉片的翼梢與翼根的長(zhǎng)度之比為i : 3。
全文摘要
一種新型的用于海流發(fā)電渦輪機(jī)的葉片，所述的葉片包括靠近渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的翼根和遠(yuǎn)離所述的轉(zhuǎn)子的翼梢，所述的葉片的橫剖面采用NACA系列翼型；所述的葉片的弦長(zhǎng)沿葉片的翼根向翼梢由大到小連續(xù)變化，葉片的厚度自葉片的翼根向翼梢逐漸變薄。本發(fā)明具有葉片自重小、渦輪機(jī)的效率高，只需低流速海水即可使渦輪機(jī)獲得高轉(zhuǎn)速的，且避免渦輪機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)葉片發(fā)生空蝕的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03B3/12GK101705900SQ200910154589
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者俞小偉, 張旭, 朱芳, 李曉鵬, 王立, 董志勇, 韓偉, 顏效凡 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)