转子叶片的几何描述的制作方法_3

文档序号:8515913阅读:来源:国知局
位于平面J上且位于点4 上。
[0048] 点Pc31、Pc3#PPc33分别位于空气动力学轮廓PA31、PA3jPPA33 (后二者称为 intratw〇(靠内部的两个))的底部曲线上。这些点在距离冲击边缘c/4距离处并通过在包 含它们的弧形上连接它们,获得截面中性轴En3。
[0049] 继续第二部分的材料挤出,即跟随曲线£113描述的路径并维持在它的范围内的多 个横截面(空气动力学轮廓)的形状,具有本发明的几何形状的固体在外部区域产生。
[0050] 第三且优选最后一部分,对于最好性能的实施例,形成了横向长度的渐进变化;这 是由于以下事实,线c随着它在点3远离曲线En3的起点,减小它的尺寸。根据本实施例, 对于轮廓PA31、PAjPPA33,线分别具有 0, 094*L、0, 080*L、0, 070*L的值。
[0051] 然而,这部分可以表明线长度的渐进或渐退变化或它们的组合,只要它们在以下 范围内:0, 026*L彡c31 彡 0, 3*L,0, 018*L彡c32彡 0, 3*L以及 0, 01*L彡c33彡 0, 3*L。
[0052] 形成部分En3W每个空气动力学轮廓PAu具有在每个PAu轮廓的线c和u轴 之间形成的倾斜角au(a31a32a33)。这部分的第一空气动力学轮廓可以处于以下值之 间,-41°彡a31彡60°,且在点4轮廓扭转角可以处于-44°彡a33彡16°之间。然 而,在它的最好性能的结构中,对于轮廓a31和a33,所述转矩分别是由以下范围限制, 5° 彡a> 13° 和-5° 彡a> 15°。
[0053] 对于部分RppRpjPRp3,弯曲半径范围的组合必须以这样的方式,当叶片具有它 的最大曲率时,在点4的切线必须是最多垂直于旋转轴
[0054] 实施例
[0055]为了进行叶片流体动力学测试,使用计算机模拟运行几个试验。以下是证明本发 明的性能的信息:
[0056]-操作条件:海平面
[0057] _使用的数值方法:有限体积
[0058]-使用的模拟软件:计算流体力学软件Fluent(ANSYS,有限元分析软件)。
[0059] 叶片被设计为最佳在低和高速下操作,最佳转子顶部速度比(rotortipspeed ratio,TSR)为6 ;S卩,转子必须在使叶片顶部的切向速度是它面向的流体的速度的6倍的 RPM(每分钟转数)下旋转。
[0060] 以下图表示出了对于不同的速度和不同的TSR叶片的Cp(功率系数)。这表明对 于在4和7之间的TSR,得到40%以上的效率(Cp)。然而,对于5和6之间的TSR得到最大 的效率,系统被计算的范围如在以下图表中所示。需要提醒的是,转子可以实现的最大效率 是59. 3 %,其对应于贝兹极限0. 593。
[0061]
【主权项】
1. 一种用于从流体的动能向叶片的旋转运动的转化产生电能的叶片,其中所述运动被 传送到耦接至所述叶片、位于间隙平面的正交结构的旋转轴,其中所述叶片 的形状的特征在于, 它沿着轴[萬延伸,纵向上由底部(a)和顶部(b)限制,通过形成连续的或不连续的主 中性轴[En]的一系列截面中性轴[Eni]连接; 它横向由冲击边缘(f)和逃逸边缘(d)限制,当其借助于连续的曲线连接时,该冲击边 缘⑴和逃逸边缘⑷包含空气动力学轮廓[PAij]; 所述叶片(e)的曲率具有长度L且由截面中性轴[Eni]限定,当截面中性轴[Eni]连接 形成主中性轴[En]时,所述曲率通过在距离冲击边缘点(f)距离c/n处连接在空气动力学 轮廓[PAu]的底部曲线上构建的一系列点[Pc u]形成,c是空气动力学轮廓[PAu]线的长 度; 所述主中性轴[En]包括在与?,ο平面重合的平面[P]内,其中所述主中性轴[En]的 起始点(1)是在底部,在平面f ^与平面f 啲交线处; 叶片(e)具有至少一个具有长度[Ln]的[En]的分割部分; 以及其中叶片的形状沿着主中性轴[En]具有可变的横截面。
2. 根据权利要求1所述的叶片(e),其特征在于,叶片(e)具有多个[En]的分割部分。
3. 根据权利要求2所述的叶片(e),其特征在于,叶片(e)具有三个分割部分,其中第 一分割部分En1具有限于0. 15*L彡L1S 0. 25*L之间的范围的长度L1;第二分割部分En2 位于截面中性轴En2之上,以及其中所述第二部分具有限于0. 3*L彡L 2彡0. 5*L之间的范 围的长度L2;第三分割部分En 3具有长度L 3以及其长度L 3限于0· 3*L彡L 3彡0· 5*L之间 的范围。
4. 根据权利要求2所述的叶片(e),其特征在于,部分L i与部分L 2在部分1和2之间 的交点处相切,且部分L2与部分L 3在它的相应结合点相切。
5. 根据权利要求1所述的叶片(e),其特征在于,叶片的几何结构沿着主中性轴[En] 具有可变的横截面。
6. 根据权利要求5所述的叶片(e),其特征在于,第一变化是横截面长度,其看成是空 气动力学轮廓PAij的线c的长度变化。
7. 根据权利要求1所述的叶片(e),其特征在于,第二几何变化对应于沿着主中性 轴En变化的转矩,测量所述第二几何变化为每个PA u轮廓的线c和垂直于平面P的 轴u之间形成的角Ciij的函数,平面P与主中性轴En点相交于Pc ij,在底部(a)所述角 在-38°彡148之间的范围,在顶部(b)在-46°彡α >40°之间的范围。
8. 根据权利要求6所述的叶片(e),其特征在于,对于位于底部(a)的空气动力学轮 廓,c的长度限于以下范围0, 05*L彡C11彡0, 3*L,对于位于顶部(b)的空气动力学轮廓,c 的长度限于范围〇, 〇1礼彡C33彡0, 3*L。
9. 根据权利要求1所述的叶片(e),其特征在于,L在0.0 lm和30m之间的范围。
10. 根据权利要求1-4所述的叶片(e),其特征在于,叶片(e)的第一分割部分的L,寸 应于L的20%,叶片(e)的第二分割部分的L 2对应于L的40%以及叶片(e)的第三分割 部分的L3对应于L的40%。
11. 根据权利要求3所述的叶片(e),其特征在于,第二几何变化的所述角a u在底部 (a)在-3Γ彡a 30°之间的范围且在顶部(b)在-44°彡a 16°之间的范围。
12. 根据权利要求7所述的叶片(e),其特征在于,第二几何变化的所述角a u在底部 (a)在5°彡α > 25°之间的范围且在顶部(b)在-5°彡α > 15之间的范围。
13. 根据权利要求2所述的叶片(e),其特征在于,第一分割部分En i对应于底部区域, 叶片从底部区域连接到水平旋转轴,且第一分割部分En1是跟随由En i曲线描述的路径的 挤出部,且在整个范围维持它的空气动力学轮廓的形状,所述En1底部区域是具有恒定弯曲 半径Rp 1的恒定曲线,恒定弯曲半径Rp1提供位于平面P上在由Rp1S 57*1^范 围限制的距离处的焦点;平面A位于点1且垂直于En1曲线,与平面I1Ii1提供在以下范围 〇°^^ 29〇° 内的角 ff;; 所述底部区域En1包含至少三(3)个等距横截面PA ^PA1JP PA13,三(3)个等距横截 面的几何形状是空气动力学轮廓PAy以及其中这些轮廓中的每一个位于垂直于En1的平 面上,位于点1的第一平面A对应于轮廓PA 11;位于截面中性轴En i上在1和2之间的中间 点的第二平面B属于轮廓PA12;以及位于点2的第三平面D对应于空气动力学轮廓PA 13; 截面中性轴En1对应于连接点Pc n、Pc1JP P
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