[发明专利]一种海流能发电机组的可变形桨叶机构

说明书

一种海流能发电机组的可变形桨叶机构，包括浆叶，所述浆叶上铰接有尾缘襟翼，所述尾缘襟翼与驱动其转动的推杆铰接连接，推杆与微位移放大器固定连接，微位移放大器内部固定安装有叠堆压电陶瓷，所述叠堆压电陶瓷与输出电压给其的压电控制器连接。本发明不同于传统变桨机构通过改变桨距角来控制载荷，而是通过控制桨叶尾缘的尾缘襟翼偏转，改变桨叶的水动力学特性而达到控制载荷的目的。

技术领域

本发明属于海流能发电领域，具体涉及一种海流能发电机组的可变形桨叶机构。

背景技术

可再生能源来自风能、太阳能、生物能源、海洋能等，其中海洋能源丰富、环保、清洁的特性，赢得了各国研究者的青睐。地球的表面有71％被海洋覆盖，孕育着巨大的海洋能源，海洋能源有储量丰富的能量，其中可利用的能量大大超过了目前全球能量需求的总和，而且具有密度高、可预测等优点。

海流能发电机组的设计中，水轮机的设计格外重要，因为最终机组能产生多大功率的电力取决于水轮机能从海流中捕获多少功率，良好的水动力特性能大幅度提高机组的能量捕获率。传统的水轮机桨叶是固定在轮毂之上的，安装角不能改变，当来流速度提高时，桨叶会自动进行失速控制，水流在桨叶表面发生分离，桨叶的升力减小，阻力增大，从而降低桨叶转动的转矩，能量捕获率也会降低，发电机不会过载。这种控制方法称为定桨距控制，定桨距控制的缺点是失速时机组无法达到额定功率，水流的能量被浪费掉，机组的效率降低，同时桨叶庞大的体积使得基座承受的压力很大。

变桨距控制的机组桨叶不固定在轮毂上，而是通过轴承与轮毂连接，能够沿着自身的轴线偏转，改变桨距角。位于桨叶的传感器可以探测载荷的变化，当流速过高时，系统判断需要主动降低载荷，于是向变桨执行机构传递一个信号，桨距角增加，攻角减小，降低水轮机的载荷，防止设备过载；当流速降低时，相应地减小桨距角，使得攻角维持在最佳值。变桨距能在变化的流速下维持稳定的功率输出，具有理想的水动力特性。

经过多年的研究和积累，国内海流能发电技术取得了较大的进展，从小功率得到大功率，从定桨距设计到变桨距设计，技术水平不断在提升。但是目前传统的变桨机构仍较为复杂，液压变桨机构的油路需要配油机构与轮毂后方连接，安装精度要求较高，而且在复杂多变海洋环境下的可靠性还有待提升。

发明内容

本发明旨在提供一种海流能发电机组的可变形桨叶机构。该可变形桨叶机构利用压电陶瓷的逆压电效应，叠堆压电陶瓷在施加一定量的外加电压时，将会输出相应的微位移，该微位移经过位移放大机构放大后，由推杆推动位于桨叶尾缘的襟翼偏转一定的角度，从而改变桨叶的水动力学特性，以达到降载的目的。其结构紧凑、控制方式简单、可靠性高，适合海流能发电机组的需求。

本发明采用的技术方案是：

一种海流能发电机组的可变形桨叶机构，包括浆叶，其特征在于：所述浆叶上铰接有尾缘襟翼，所述尾缘襟翼与驱动其转动的推杆铰接连接，推杆与微位移放大器固定连接，微位移放大器内部固定安装有叠堆压电陶瓷，所述叠堆压电陶瓷与输出电压给其的压电控制器连接。本发明不同于传统变桨机构通过改变桨距角来控制载荷，而是通过控制桨叶尾缘的尾缘襟翼偏转，改变桨叶的水动力学特性而达到控制载荷的目的。

进一步，所述浆叶与尾缘襟翼的铰接处设置有盘簧，以使尾缘襟翼偏转角度快速回复。

进一步，所述尾缘襟翼嵌装在浆叶内。

进一步，所述叠堆压电陶瓷、微位移放大器及推杆均位于桨叶的内部。本发明能将整个机构限制在轮毂乃至桨叶结构之内，有助于提高机组的可靠性和稳定性。

进一步，所述微位移放大器由柔性梁和柔性铰链构成的弹簧钢一体结构。

进一步，所述浆叶上安装有至少一个的尾缘襟翼，每个尾缘襟翼上均铰接有推杆。

进一步，所述推杆上可依次固连有至少一个的微位移放大器，每个微位移放大器内均固定安装有叠堆压电陶瓷。