专利名称：螺旋涡轮装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡轮，尤其涉及一种适合在流动的液体和气体中使用的螺旋涡轮。
采用风车从流动的空气中回收能量是众所周知的。同样，有大量可选的被设计成能利用流水中的动能的涡轮，其尤其与发电站相关，在发电站中蓄水池与涡轮之间存在着水平差(level difference)。
大型风力发电站所使用的风车类型会产生大量噪音，而且许多人认为这些风车破坏了景观。但是，它们的可靠性还是令人满意的。
英国申请GB 2057584涉及了一种包括装配许多螺旋转子的风力涡轮。在一个实施例中，涡轮叶片被构造成近似打蛋形(darrieus)，具有在距离涡轮旋转轴线一段距离的位置上设置的机翼状外形。国际申请WO 01/48374公开了一种涡轮，其中，在距离涡轮旋转轴线一定距离的位置上设置机翼形主涡轮叶片，该机翼形主涡轮叶片设置有另外的机翼形次涡轮叶片，而且次涡轮叶片的纵轴线相对于主涡轮叶片的纵轴线成一角度。
已经证实，从大海的水流和波浪运动中回收动能是困难的。其原因可能与这样的困难有关，即设备的尺寸要能抵抗这类装置所承受的巨大作用力，尤其是在恶劣的天气下。
本发明的目的在于弥补现有技术的这些不足。
根据本发明，通过在下面的说明书及后面的权利要求书中阐述的特征来达到这个目的。
通过将具有合适形状的螺旋几何形状的螺旋涡轮放置在流体流中便可获得相对高的效率。
螺旋涡轮由绕轴线卷绕的螺旋外形构成，其中，实际的螺旋外形从该轴线径向凸出，同时具有较小的截面厚度。该螺旋外形沿该轴线具有相同的或变化的节距。
如果流体流以该流体流相对于该螺旋涡轮的中心轴线所成的角度与螺距角大致相同地流过螺旋涡轮，那么该流体流在该中心轴线的一侧基本上平行于该螺旋涡轮的螺旋叶片穿过该螺旋涡轮，同时在该中心轴线相对侧的流体流将冲击该螺旋叶片，在这里该叶片部分将压力面呈现给该流体流。由此，致使该螺旋涡轮绕它自己的轴线旋转。
根据本发明，该叶片的截面几何形状类似于机翼的截面几何形状。因此，平行于该流体流方向的该螺旋叶片的截面将典型地定义为从该中心轴线凸出的类似于机翼状的外形。
施加到根据现有技术所述的螺旋涡轮上的大部分扭矩由流体相对于一区域(压力面)的流动产生，该压力面相对于流动方向成一角度而且被设置在距离旋转轴线一定距离的位置。在本发明的螺旋涡轮中，涡轮机叶片的一部分向相对于流动方向的上游位置旋转，这部分被称为流动面，通过流体基本上平行于机翼状外形的流动也产生扭矩，从而，在该涡轮叶片相对于流动方向成一角度之前，切向力被施加到该涡轮叶片上。
在该螺旋涡轮的旋转过程中，该压力面和流动面沿该螺旋涡轮移动。利用这种类型的几何形状，可提高该螺旋叶片的效率。
只要流体流相对于该螺旋涡轮的中心轴线的方向基本上与该螺距角相同，那么就可以在任何方向下使用该螺旋涡轮。
在一些应用中，例如，将该螺旋涡轮浸入到水中，此时该螺旋涡轮可设置有可旋转的座架。在这种应用情况下，该涡轮结构可以包括使该涡轮呈现向上的位置的浮力元件；而且，在这里，水中的水流将该涡轮的轴线旋转到相对于流动方向合适的位置。该涡轮也可用于从相应的悬架上悬挂下来，例如在系缆停泊的木筏下面。
在各个应用中，尤其必须要考虑流体粘度和密度来调整该涡轮叶片的几何形状。
该螺旋涡轮的轴以本来公知的方式连接到用于产生电力的发电机上或如泵之类需要能量的其它装置上。
下面描述了附图中所示出的优选实施例的非限制性实例，其中
图1示意性地示出了从流体上游面所看到的螺旋涡轮；
图2示意性地示出了该螺旋涡轮被安装在流体流中的实例；图3示出沿图2中的II-II线的截面；以及图4示意性地示出了该螺旋涡轮被可旋转地安装在水下的实例。
在附图中，附图标记1表示螺旋涡轮，其包括轴2，轴2可旋转地支撑在轴承3中；以及螺旋涡轮叶片4。
图1从流过螺旋涡轮1的流体的流入方向示出了螺旋涡轮1。为了获得令人满意的效率，相对于螺旋涡轮1的中心轴线6的流动方向必须近似等于涡轮叶片4的螺距角，如图2所示。参照图1，流动的流体在中心轴线6的下侧，穿过沿向下方向放置的涡轮叶片4的各部分之间的开口10，所述部分在图1中由附图标记12表示。
从中心轴线6向上凸出的涡轮叶片部分14构成对流动的阻碍，因此当流体冲击叶片部分14时，叶片部分14承受来自流动的流体的压力。由此，使得螺旋涡轮绕其自己的中心轴线6旋转。
已证实，涡轮叶片4的截面几何形状对涡轮1的水力效率有着显著影响。当沿流动方向的涡轮叶片4的截面被构造成像机翼的截面外形的截面外形15时，可以获得最高的效率，如图2所示。
在涡轮叶片4的上游边缘16处遇到流动的流体的涡轮叶片4被分开，并且沿截面外形15的顶面流动的流体必须以本来已公知的方式来增加速度，由此降低静压，从而导致在截面外形15的顶面和底面之间的压力差。该压力差致使相对于流体流方向沿上流方向凸出的涡轮叶片4的叶片部分将承受围绕轴2产生的附加扭矩所产生的升力。
在图2中，螺旋涡轮1安装在水流中。螺旋涡轮1的轴2在两端由轴承3支撑，并且连接到发电机18上。轴承3与构件17结合。相对于螺旋涡轮1流动的水使螺旋涡轮1旋转，由此发电机18可以产生电能。在图2中，流动方向由箭头表示。
在另一实施例中，参见图4，将螺旋涡轮1设置在水下。螺旋涡轮1的轴2通过轴承3连接到发电机18。螺旋涡轮1和发电机18可旋转地连接到海床22上的底座20上。在该实施例中，将涡轮叶片4构造成具有足够的浮力。该浮力使螺旋涡轮1向垂直位置被抬起，同时，来自流动的流体的力使螺旋涡轮1沿流动方向旋转直至螺旋涡轮1呈现相对于流体流方向的合适方位。在图4中，流动方向由箭头表示。
在其他实施例中，可以从合适的固定装置上以悬吊方式安装螺旋涡轮，或者该螺旋涡轮形成一排涡轮的一部分。
权利要求
1.一种螺旋涡轮装置(1)，其包括至少一个可绕轴线(6)旋转的螺旋叶片(4)，该叶片(4)的截面被构造为机翼的外形(15)的形状，其特征在于，机翼状的外形(15)从该叶片(4)的外径向端凸出并向内聚到该螺旋涡轮(1)的轴(2)上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该螺旋涡轮(1)的轴线(6)相对于流动的流体所成的角度基本上相当于该螺旋涡轮(1)的螺距角(8)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该螺旋涡轮(1)绕着不与该螺旋涡轮(1)的中心轴线(6)相重合的轴线可旋转地连接到悬架(20，22)上。
4.如前述权利要求中的一项或多项所述的装置，其特征在于，该叶片(4)的节距沿该中心轴线(6)变化。
全文摘要
一种螺旋涡轮装置(1)，其包括至少一个可绕轴线(6)旋转的螺旋叶片(4)，该叶片(4)的截面为机翼的外形(15)的形状，其中，机翼状的外形(15)从叶片(4)的外半径范围凸出并向内聚到螺旋涡轮(1)的轴(2)上。
文档编号F03B3/12GK1745246SQ200480003263
公开日2006年3月8日 申请日期2004年1月28日 优先权日2003年1月30日
发明者扬·英厄·艾尔森 申请人:弗卢康有限公司