[发明专利]一种竖轴直叶变攻角水轮机

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种液力机械和液力发动机领域的水轮机。

背景技术

目前，潮流能水轮机主要有竖直轴和水平轴两类，也可根据叶片攻角的可调性分为固定攻角式和可变攻角式。固定攻角式直叶水轮机能量利用率低、起动力矩小。竖轴直叶变攻角水轮机可以根据工况实现高低速运行具有较高的能量捕获率，且具有自起动能力，因此成为潮流能水电站的优选机型。目前直叶变攻角水轮机被动式主要采用弹簧或是挡块方式，这种方式难以在水轮机轮动时使叶片达到最佳位置，使能量利用率达到最大。关于弹簧控角竖水轮机在哈尔滨工程大学陈晗的硕士论文“弹簧控角竖轴直叶水轮机水动力性能研究”中有详尽论述。主动式直叶变攻角水轮机主要采用凸轮机构、液压机构、电机直接驱动叶片变攻角、机构调整形式，其中凸轮机构调整结构复杂、部件易磨损，液压或电机直驱叶片式，需要实时调整叶片攻角，调整能耗大。在浙江大学的施科益的论文“一种新型摆线推进器控制系统的设计”中对电机控制形式直叶水轮机进行了详细描述，在联邦德国的沃依特·海德罗公司的赫伯特的专利“直翼推进器”申请号200610129897.3中对液压调整式攻角调整方式进行了详细说明，在李国仁申请的专利“一种直翼推进器”申请号85103046中对凸轮调整式攻角调整方式进行了详细描述。

发明内容

本发明的目的在于提供相对简单、调节迅速的一种竖轴直叶变攻角水轮机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种竖轴直叶变攻角水轮机，其特征是：包括蜗轮蜗杆调整电机、转盘箱、叶片、偏心轴、偏心轴控制电机、蜗轮、水轮机固定支座、杆、带偏心孔的圆盘，蜗轮蜗杆调整电机安装在水轮机固定支座上并通过蜗杆与蜗轮相连，圆盘安装在水轮机固定支座上，偏心轴控制电机安装在圆盘上，偏心轴与圆盘对心安装且与偏心轴控制电机相连，具有矩形断面的中空转盘箱与安装在水轮机固定支座上的主转矩转出轮毂相连，叶片安装在转盘箱上的滑动轴承支座上并与第一杆相连，第一杆、第二杆、第三杆依次相连，第三杆还连接偏心轴下轴端，第四杆连接第三杆和转盘箱。

本发明还可以包括：

1、所述的主转矩转出轮毂回转中心到叶片回转中心的距离为L1，第四杆的长度为L2，第三杆的长度为L3，偏心轴下轴端到主转矩转出轮毂回转中心的距离为L4，第二杆的长度为L5，第一杆的长度为L6，L1～L6的比例关系为L1∶L2∶L3∶L4∶L5∶L6＝176∶30∶72∶大于0且小于等于15∶149∶38。

2、所述的叶片的弦线与第一杆的夹角为零度。

3、所述的叶片的个数为5个。

本发明的优势在于：本发明是一种竖轴直叶变攻角水轮机，它采用旋转坐标系的方式对控制点进行控制，这种方式便于通过使用电机的转动对其进行直接控制。在潮流方向稳定的情况下各电机只需一次调整就可以使水轮机在旋转一周的过程中的能量利用率达到最佳而不需要实时调整控制电机，从而减小能耗。该水轮机可以通过调整实现对任意方向来流的最佳能量利用率，整个调整机构采用平面转动副，使其受力情况良好，结构可靠耐用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2A-A剖视图；

图3控制点在平面内位置调整机构的机构简图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，直叶主动变攻角水轮机技术方案是通过偏心安装的偏心圆柱调整控制点在平面内的位置，通过水轮机旋转一周过程中双曲柄六杆机构形状的变化实现对叶片攻角的调整。它包括一个水轮机固定支座、一个转盘箱、一个主转矩输出轮毂、一个输出锥齿轮、一个带有偏心孔的圆盘、一个偏心轴、五个直叶片、五套滑动轴承及轴承支座、五套具有特定杆长的两端具有安装旋转轴孔的杆件、两个调整电机及一套蜗轮蜗杆机构。其中偏心轴安装在带有偏心孔的偏心盘上，偏心盘通过调整电机带动蜗轮蜗杆机构调整其在平面内的转动，内偏心轴由另一个调整电机直接带动相对于带有偏心孔的圆盘转动。五个直叶式叶片沿纵向安装的叶片轴插装到中空转盘箱中的安装轴承支座上。叶片裸露在中空转盘之外，可以绕安装轴转动。在转盘箱内有五套双曲柄六杆机构，通过上面给出的两个调整电机位置的调整达到调整双曲柄六杆机构其中可变杆长的目的，其余杆长固定，其中有一特定杆与叶片轴固联，且杆长方向与叶片弦线方向平行。