专利名称：一种混合式升力型叶轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种新型的风力机和海流能水轮机。
背景技术：
目前，大部分水轮机利用高水头压力来做功，这种水轮机在高水位落差时，效率较高。但是对于低水头甚至一些微水头的河道上面，如果利用传统的靠压力来做功的水轮机来转化能量的话，效率较低，经济型较差。在海流能利用中也有水平轴的水轮机和立轴升力型的水轮机，这些水轮机各有利弊，对于水平轴水轮机而言，水平轴水轮机轮采用升力型叶片，转速较快，能量利用率较高，技术比较成熟，因而应用广泛。虽然水平轴风力机效率较高，但是其主要做功区域集中在靠 近叶片尖部的部分，而靠近叶片根部的叶片部分做功能力很弱，这些做功能力较弱的部位对风轮的总体做功能力起到了消极作用。但是，升力型立轴叶轮叶片安装在支撑臂的末端，因此哪怕很小的力都具有很大力臂。且传统的升力型立轴水轮机虽然不存在方向适应性的问题。但是，其叶片两次吸功的特点使得它存在，第一次做功能力不足，第二次做功能力又极弱，进而整体做功能力较弱的问题。为此，若能发明一种水平和立轴混合的叶轮，同时具有水平轴叶轮高效的能率转化效率，同时也具有传统风轮这种转动力具有较大力臂的特点，则这样叶轮将具有更高的能量转化效率。这里有必要针对以上问题提出了一种利用水平和立轴混合式的升力型叶片构成的，主要利用水流的高流速来做功的新型水轮机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为提高低水头河道或者海流能能量转化的效率，而提供的一种混合式水轮机。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下
一种混合式升力型叶轮，包括转轴、设置在所述转轴上的两个或两个以上升力型叶片、与所述的转轴连接的发电机，其特征在于还包括一壳体，该壳体具有流体入口和流体出口，在壳体内居中还设置有一锥形导流罩，所述的发电机设置在所述的锥形导流罩内，所述的升力型叶片位于所述的流体出口内，在所述的锥形导流罩与壳体之间形成一环形通道，在升力型叶片与壳体之间形成一集流室，所述环形通道和集流室连通，在所述的集流室的出口设置有环形分布的栅格，该栅格与所述的升力型叶片平行。所述的栅格为平板，平板的延长线穿过转轴。在所述的升力型叶片与流体出口连接的一端设置有环形端盖，在升力型叶片的另一端设置有圆形端盖，所述的流体出口位于所述的环形端盖的内圆。所述的锥形导流罩底座面积大于或等于环形布置格栅的外圆面积。流体入口的入口面积大于或等于升力型叶片旋转直径与升力型叶片高度的乘积。
所述的叶轮一端圆形端盖或者环形端盖外有调桨装置，通过调浆可以变化叶轮叶片的桨距角。与现有技术相比，本发明的有益效果是
I、该叶轮的转轴与来流风向一致，扫风面积受导流罩开口圆的限制，具有水平轴叶轮的特点，其变桨方法和功能与传统水平轴叶轮一致。但其升力型叶片安装采用了立轴式安装方法，因此综合而言此叶轮为一种水平和立轴相混合的叶轮。2、该混合式叶轮将水平轴扫风面内所有的风能通过风向转化，都集中在对力臂末端升力型叶片做功，使得整个展向都具有较好做功能力，克服了水平轴叶轮叶根端做功能力弱的缺点。3、该叶轮叶片采用叶片环向进风的设计改造，环向进风，且叶片在周向任何角度都有加大攻角，较好的做功能力，克服了传统升力型立轴叶轮两次做功，且做功不足的缺点，充分发挥了升力型垂直轴叶轮叶片受力集中在末端的优势。·4、传统直叶片变桨距立轴风轮的变桨目的增大了部分方位角的做功能力，而新型叶轮因为环向进风，所以在轴向各方位角的叶片始终都具有传统变桨立轴叶轮最佳方位角的叶片的做功能力。5、传统直叶片变桨距立轴风轮的设计不具有较好启动和控制功率转速，以及流体动力刹车的功能。然而，新型叶轮的变桨距风轮继承了水平轴叶轮的变桨方法，利用变桨来较好的启动、高效运行和执行流体动力学刹车，这也克服了传统立轴风轮的启动难和效率低和转速控制难的不足。
图I是本发明混合式升力型叶轮的正视剖面示意图。图2是导叶与叶轮关系示意图。图3是导叶的三种变桨状态示意图。其中1、转轴；2、升力型叶片；3、支撑臂；4、锥形导流罩；5、支架；6、发电机；7、格栅，8、圆形端盖；9、环形端盖；10、入口流道；11、出水通道；12、环形通道；13、集流室，14、叶片旋转圆，15、导叶延长线，16、停机状态，17、额定状态，18、变速状态。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明作详细说明。如图I所示，本发明混合型叶轮，叶轮的主体包括了转轴1，在转轴I上安装有2片或2片以上的等截面的升力型叶片2 ;所述叶片的一端与圆形端盖8相连，叶片的另一端与环形端盖9相连。叶轮带动的发电机6固定在封闭的锥形导流罩4内部，导流罩通过支架5固定于入口流道10的内部，所述的导流罩同时也处于叶轮的上游。所述叶轮四周环形布置了导流格栅7，叶轮的下游布置了出水通道11。流体首先进入入口流道10，在锥形导流罩4的影响下，流体由流体入口进入入口流道10，经过环形流道12，最后进入集流室13 ;流体在集流室13继续流动通过导流格栅7，进入叶片2旋转区域，然后经过叶片环形端盖9，从与流体出口连接的出水通道11流出。所述的升力型叶片通过一个轴固定在所述的圆形端盖8和环形端盖9上，在圆形端盖的控制器，根据运行状况同步控制各叶片的旋转角度。
所述的升力型叶片，当停机的时候，叶片被调节为叶片的弦线与格栅平板的延长线(旋转圆的法向)一致，为顺桨位置；当启动时，这叶片倾斜一角度，叶片沿着圆头倾斜的方向旋转；当叶片气动后，叶片旋转到弦线与格栅的延长线(旋转圆的法向)垂直的位置；当需要减速的时候，叶片再向顺桨位置方向旋转。本发明新型叶轮，由等截面的升力型叶片2、封闭的锥形导流罩4、格栅7、入口流道10、环形流道12、集流室13等组成，其中水流在经过入口流道10、锥形导流罩4、环形流道12、集流室13和格栅7的先后共同作用下，由横向流动变为纵向流动，水流沿着叶片旋转 圆的法向流入叶片做功区域，使升力型叶片具有最佳的流体动力场，增大了叶片的做功能力。同时，叶片可通过变桨调向装置实现变桨起动、临界攻角高速运行和顺桨位置的停机，可以灵活控制转速。叶轮具有高效的效率，适用于低水头水力发电和潮流能发电水轮机中。
权利要求
1.一种混合式升力型叶轮，包括转轴(I)、设置在所述转轴(I)上的两个或两个以上升力型叶片(2)、与所述的转轴(I)连接的发电机(6)，其特征在于还包括一壳体，该壳体具有流体入口和流体出口，在壳体内居中还设置有一锥形导流罩(4)，所述的发电机(6)设置在所述的锥形导流罩(4)内，所述的升力型叶片(2)位于所述的流体出口内，在所述的锥形导流罩(4)与壳体之间形成一环形通道(12)，在升力型叶片(2)与壳体之间形成一集流室(13)，所述环形通道(12)和集流室(13)连通，在所述的集流室(13)的出口设置有环形分布的栅格(7)，该栅格(7)与所述的升力型叶片(2)平行。
2.根据权利要求I所述的混合式升力型，其特征在于所述的栅格为平板，平板的延长线穿过转轴(I)。
3.根据权利要求I所述的混合式升力型，其特征在于在所述的升力型叶片(2)与流体出口连接的一端设置有环形端盖(9)，在升力型叶片(2)的另一端设置有圆形端盖(8)，所述的流体出口位于所述的环形端盖(9)的内圆。
4.根据权利要求I所述的混合式升力型，其特征在于所述的锥形导流罩底座面积大于或等于环形布置格栅的外圆面积。
5.根据权利要求I所述的混合式升力型，其特征在于流体入口的入口面积大于或等于升力型叶片旋转直径与升力型叶片高度的乘积。
6.根据权利要求3所述的混合式升力型，其特征在于在所述的圆形端盖或环形端盖上设置有一调桨装置。
全文摘要
本发明公开了一种混合式升力型叶轮，包括转轴、设置在转轴上的两个或两个以上升力型叶片、与转轴连接的发电机，还包括一壳体，该壳体具有流体入口和流体出口，在壳体内居中还设置有一锥形导流罩，发电机设置在所述的锥形导流罩内，升力型叶片位于所述的流体出口内，在锥形导流罩与壳体之间形成一环形通道，在升力型叶片与壳体之间形成一集流室，环形通道和集流室连通，在集流室的出口设置有环形分布的栅格，该栅格与升力型叶片平行。本发明水流在经过入口流道、导流罩、环形流道、集流室和格栅的先后共同作用下，由横向流动变为纵向流动，水流沿着叶片旋转圆的法向流入叶片做功区域，使升力型叶片具有最佳的流体动力场，增大了叶片的做功能力。
文档编号F03D1/00GK102943732SQ20121049424
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者赵振宙, 叶芬, 黄娟, 原红红, 郑源, 赵振宁 申请人:河海大学