專利名稱：一種豎軸直葉變攻角水輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種液力機械和液力發(fā)動機領(lǐng)域的水輪機。
背景技術(shù)：
目前，潮流能水輪機主要有豎直軸和水平軸兩類，也可根據(jù)葉片攻角的可調(diào)性分為固定攻角式和可變攻角式。固定攻角式直葉水輪機能量利用率低、起動力矩小。豎軸直葉變攻角水輪機可以根據(jù)工況實現(xiàn)高低速運行具有較高的能量捕獲率，且具有自起動能力， 因此成為潮流能水電站的優(yōu)選機型。目前直葉變攻角水輪機被動式主要采用彈簧或是擋塊方式，這種方式難以在水輪機輪動時使葉片達到最佳位置，使能量利用率達到最大。關(guān)于彈簧控角豎水輪機在哈爾濱工程大學(xué)陳晗的碩士論文“彈簧控角豎軸直葉水輪機水動力性能研究”中有詳盡論述。主動式直葉變攻角水輪機主要采用凸輪機構(gòu)、液壓機構(gòu)、電機直接驅(qū)動葉片變攻角、機構(gòu)調(diào)整形式，其中凸輪機構(gòu)調(diào)整結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件易磨損，液壓或電機直驅(qū)葉片式，需要實時調(diào)整葉片攻角，調(diào)整能耗大。在浙江大學(xué)的施科益的論文“一種新型擺線推進器控制系統(tǒng)的設(shè)計”中對電機控制形式直葉水輪機進行了詳細(xì)描述，在聯(lián)邦德國的沃依特 海德羅公司的赫伯特的專利“直翼推進器”申請?zhí)?00610129897. 3中對液壓調(diào)整式攻角調(diào)整方式進行了詳細(xì)說明，在李國仁申請的專利“一種直翼推進器”申請?zhí)?5103046 中對凸輪調(diào)整式攻角調(diào)整方式進行了詳細(xì)描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供相對簡單、調(diào)節(jié)迅速的一種豎軸直葉變攻角水輪機。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明一種豎軸直葉變攻角水輪機，其特征是包括蝸輪蝸桿調(diào)整電機、轉(zhuǎn)盤箱、 葉片、偏心軸、偏心軸控制電機、蝸輪、水輪機固定支座、桿、帶偏心孔的圓盤，蝸輪蝸桿調(diào)整電機安裝在水輪機固定支座上并通過蝸桿與蝸輪相連，圓盤安裝在水輪機固定支座上，偏心軸控制電機安裝在圓盤上，偏心軸與圓盤對心安裝且與偏心軸控制電機相連，具有矩形斷面的中空轉(zhuǎn)盤箱與安裝在水輪機固定支座上的主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出輪轂相連，葉片安裝在轉(zhuǎn)盤箱上的滑動軸承支座上并與第一桿相連，第一桿、第二桿、第三桿依次相連，第三桿還連接偏心軸下軸端，第四桿連接第三桿和轉(zhuǎn)盤箱。本發(fā)明還可以包括1、所述的主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出輪轂回轉(zhuǎn)中心到葉片回轉(zhuǎn)中心的距離為Li，第四桿的長度為 L2，第三桿的長度為L3，偏心軸下軸端到主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出輪轂回轉(zhuǎn)中心的距離為L4，第二桿的長度為L5，第一桿的長度為L6，Ll L6的比例關(guān)系為Ll L2 L3 L4 L5 L6 = 176 30 72 大于0且小于等于15 149 38。2、所述的葉片的弦線與第一桿的夾角為零度。3、所述的葉片的個數(shù)為5個。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明是一種豎軸直葉變攻角水輪機，它采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的方式對控制點進行控制，這種方式便于通過使用電機的轉(zhuǎn)動對其進行直接控制。在潮流方向穩(wěn)定的情況下各電機只需一次調(diào)整就可以使水輪機在旋轉(zhuǎn)一周的過程中的能量利用率達到最佳而不需要實時調(diào)整控制電機，從而減小能耗。該水輪機可以通過調(diào)整實現(xiàn)對任意方向來流的最佳能量利用率，整個調(diào)整機構(gòu)采用平面轉(zhuǎn)動副，使其受力情況良好，結(jié)構(gòu)可靠耐用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A-A剖視圖；圖3控制點在平面內(nèi)位置調(diào)整機構(gòu)的機構(gòu)簡圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 3，直葉主動變攻角水輪機技術(shù)方案是通過偏心安裝的偏心圓柱調(diào)整控制點在平面內(nèi)的位置，通過水輪機旋轉(zhuǎn)一周過程中雙曲柄六桿機構(gòu)形狀的變化實現(xiàn)對葉片攻角的調(diào)整。它包括一個水輪機固定支座、一個轉(zhuǎn)盤箱、一個主轉(zhuǎn)矩輸出輪轂、一個輸出錐齒輪、一個帶有偏心孔的圓盤、一個偏心軸、五個直葉片、五套滑動軸承及軸承支座、五套具有特定桿長的兩端具有安裝旋轉(zhuǎn)軸孔的桿件、兩個調(diào)整電機及一套蝸輪蝸桿機構(gòu)。其中偏心軸安裝在帶有偏心孔的偏心盤上，偏心盤通過調(diào)整電機帶動蝸輪蝸桿機構(gòu)調(diào)整其在平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，內(nèi)偏心軸由另一個調(diào)整電機直接帶動相對于帶有偏心孔的圓盤轉(zhuǎn)動。五個直葉式葉片沿縱向安裝的葉片軸插裝到中空轉(zhuǎn)盤箱中的安裝軸承支座上。葉片裸露在中空轉(zhuǎn)盤之外，可以繞安裝軸轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)盤箱內(nèi)有五套雙曲柄六桿機構(gòu)，通過上面給出的兩個調(diào)整電機位置的調(diào)整達到調(diào)整雙曲柄六桿機構(gòu)其中可變桿長的目的，其余桿長固定，其中有一特定桿與葉片軸固聯(lián)，且桿長方向與葉片弦線方向平行。工作時，露在外面的葉片全部浸入水中，且轉(zhuǎn)盤箱的徑向與主轉(zhuǎn)矩輸出軸垂直。一旦有沿轉(zhuǎn)盤徑向方向的水流流過時，葉片的升力的合力會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩使水輪機轉(zhuǎn)動。通過轉(zhuǎn)盤箱一周的轉(zhuǎn)動過程中桿機構(gòu)各桿相對位置關(guān)系的變化達到對葉片攻角變化規(guī)律的調(diào)整。本發(fā)明豎軸直葉變漿距水輪機技術(shù)方案如圖1所示，是一種采用機構(gòu)控制葉片變攻角方式，它包括一個蝸輪蝸桿調(diào)整電機1、一個主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出齒輪2、一個主轉(zhuǎn)矩輸出輪轂 3、一個中空轉(zhuǎn)盤箱4、控制點(偏心軸下軸端)5、葉片6、帶偏心孔的圓盤7、偏心軸控制電機8、偏心軸9、蝸輪10、水輪機固定支座11、滑動軸承支座12、桿13、桿14、桿15、桿6。帶有偏心孔了圓盤7與水輪機固定支座11對心安裝，蝸輪蝸桿調(diào)整電機1通過蝸桿與蝸輪10 相連，通過電機的轉(zhuǎn)動帶動蝸輪轉(zhuǎn)動對圖3所示的θ 1進行調(diào)整。偏心軸9與帶有偏心孔了圓盤7上的孔對心安裝且與安裝在帶有偏心孔了圓盤7上的偏心軸控制電機8相連隨其同步轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對圖3上的θ 2進行調(diào)整。當(dāng)el等于e2時，由于平面內(nèi)任意一點可以通過兩個坐標(biāo)值來確定，所以可以通過Θ1和θ 2確定以el+e2為半徑圓內(nèi)的任意點的位置，也就是說可以通過調(diào)整θ 1和θ 2的值來確定控制點5(圖中B點)的位置。具有矩形斷面的中空轉(zhuǎn)盤箱4與插裝在水輪機固定支座11上的主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出輪轂3相連，并可繞水輪機固定支座的中軸線自由轉(zhuǎn)動。若干葉片6插裝在中空轉(zhuǎn)盤箱4上的滑動軸承支座12上并與桿16固聯(lián)。桿16的另一端與桿15的一端通過轉(zhuǎn)動副相連，桿15的另一端與桿13 —端的轉(zhuǎn)動副相連，桿13的另一端通過轉(zhuǎn)動副與控制點5相連，在桿13中間有一特定點與桿14 的一端相連，桿14的另一端與轉(zhuǎn)盤箱上的特定點相連。工作時，水輪機固定支座11的軸線與水面垂直，葉片6潛入水中。一旦有水流流過，所有葉片6上升力對水輪機固定支座11的軸線的合力矩會使水輪機旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過程中，由于控制點5與中空轉(zhuǎn)盤箱4的圓心ο不重合，所以雙曲柄六桿機構(gòu)各桿之間的相對位置關(guān)系會發(fā)生變化，從而帶動桿16擺動，而桿16又與葉片6固聯(lián)，從而達到對葉片攻角變化規(guī)律的控制。當(dāng)給出一組根據(jù)擺線水輪機的理論計算出的特定桿組中各桿長度時，就可以使豎軸直葉變攻角水輪機旋轉(zhuǎn)一周時對水流能量利用率達到最佳。本發(fā)明是一種豎軸直葉變攻角水輪機，它采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的方式對控制點進行控制，這種方式便于通過使用電機的轉(zhuǎn)動對其進行直接控制。在潮流方向穩(wěn)定的情況下各電機只需一次調(diào)整就可以使水輪機在旋轉(zhuǎn)一周的過程中的能量利用率達到最佳而不需要實時調(diào)整控制電機，從而減小能耗。該水輪機可以通過調(diào)整實現(xiàn)對任意方向來流的最佳能量利用率，整個調(diào)整機構(gòu)采用平面轉(zhuǎn)動副，使其受力情況良好，結(jié)構(gòu)可靠耐用。
權(quán)利要求
1.一種豎軸直葉變攻角水輪機，其特征是包括蝸輪蝸桿調(diào)整電機、轉(zhuǎn)盤箱、葉片、偏心軸、偏心軸控制電機、蝸輪、水輪機固定支座、桿、帶偏心孔的圓盤，蝸輪蝸桿調(diào)整電機安裝在水輪機固定支座上并通過蝸桿與蝸輪相連，圓盤安裝在水輪機固定支座上，偏心軸控制電機安裝在圓盤上，偏心軸與圓盤對心安裝且與偏心軸控制電機相連，具有矩形斷面的中空轉(zhuǎn)盤箱與安裝在水輪機固定支座上的主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出輪轂相連，葉片安裝在轉(zhuǎn)盤箱上的滑動軸承支座上并與第一桿相連，第一桿、第二桿、第三桿依次相連，第三桿還連接偏心軸下軸端，第四桿連接第三桿和轉(zhuǎn)盤箱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種豎軸直葉變攻角水輪機，其特征是所述的主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出輪轂回轉(zhuǎn)中心到葉片回轉(zhuǎn)中心的距離為Li，第四桿的長度為L2，第三桿的長度為L3，偏心軸下軸端到主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出輪轂回轉(zhuǎn)中心的距離為L4，第二桿的長度為L5，第一桿的長度為 L6，Ll L6 的比例關(guān)系為 Ll L2 L3 L4 L5 L6 = 176 30 72 大于 0 且小于等于15 149 38。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種豎軸直葉變攻角水輪機，其特征是所述的葉片的弦線與第一桿的夾角為零度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種豎軸直葉變攻角水輪機，其特征是所述的葉片的個數(shù)為5個。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種豎軸直葉變攻角水輪機，其特征是所述的葉片的個數(shù)為5個。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種豎軸直葉變攻角水輪機，包括蝸輪蝸桿調(diào)整電機、轉(zhuǎn)盤箱、葉片、偏心軸、偏心軸控制電機、蝸輪、水輪機固定支座、桿、帶偏心孔的圓盤，蝸輪蝸桿調(diào)整電機安裝在水輪機固定支座上并通過蝸桿與蝸輪相連，圓盤安裝在水輪機固定支座上，偏心軸控制電機安裝在圓盤上，偏心軸與圓盤對心安裝且與偏心軸控制電機相連，具有矩形斷面的中空轉(zhuǎn)盤箱與安裝在水輪機固定支座上的主轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)出輪轂相連，葉片安裝在轉(zhuǎn)盤箱上的滑動軸承支座上并與第一桿相連，第一桿、第二桿、第三桿依次相連，第三桿還連接偏心軸下軸端，第四桿連接第三桿和轉(zhuǎn)盤箱。本發(fā)明整個調(diào)整機構(gòu)采用平面轉(zhuǎn)動副，使其受力情況良好，結(jié)構(gòu)可靠耐用。
文檔編號F03B17/06GK102562428SQ20121001110
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月14日
發(fā)明者孔凡凱, 孫桂林, 朱永偉, 鄭大勇 申請人:哈爾濱工程大學(xué)