[发明专利]应用于垂直轴潮流能水轮机的可折叠式叶片装置及控制方法

权利要求书

1.一种应用于垂直轴潮流能水轮机的可折叠式叶片装置，其特征在于，包括轮毂(2)和多个叶片(3)，叶片(3)包括主叶片(4)折叠叶片(5)，多个主叶片(4)绕轮毂(2)的外周周向均匀分布；

每个折叠叶片(5)设置在主叶片(4)远离轮毂(2)的一端，，每个主叶片(4)和相应的折叠叶片(5)通过转轴(7)转动连接，每个主叶上均设有驱动组件(6)；

每个驱动组件(6)和相应的转轴(7)传动连接，驱动组件(6)能够带动转轴(7)，使相应的折叠叶片(5)转动。

2.根据权利要求1所述的一种应用于垂直轴潮流能水轮机的可折叠式叶片装置，其特征在于，所述主叶片(4)和折叠叶片(5)的长度之比为1：(0.5～1)。

3.根据权利要求2所述的一种应用于垂直轴潮流能水轮机的可折叠式叶片装置，其特征在于，折叠叶片(5)为板状结构。

4.根据权利要求3所述的一种应用于垂直轴潮流能水轮机的可折叠式叶片装置，其特征在于，所述驱动组件(6)为两个；

驱动组件(6)包括电机(12)，电机(12)固定安装在主叶片(4)上，电机(12)的输出轴上安装有主动齿轮(8)，转轴(7)上相应位置固定套设有和主动齿轮(8)啮合的从动齿轮(9)。

5.根据权利要求4所述的一种应用于垂直轴潮流能水轮机的可折叠式叶片装置，其特征在于，转轴(7)上沿其长度方向间隔设置有四个连接件，相邻两个连接件之间距离相同；其中两个连接件分别安装在转轴(7)的两端；

连接件包括连接块(11)和U型底座(10)，连接块(11)的一端固定在主叶片(4)的端部，连接块(11)的另一端与U型底座(10)铰接，转轴(7)和连接块(11)通过轴承转动连接，转轴(7)和U型底座(10)固连。

6.根据权利要求5所述的一种应用于垂直轴潮流能水轮机的可折叠式叶片装置，其特征在于，四个连接件依次记为第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件；

两个安装在转轴(7)上的从动齿轮(9)，其中一个位于第一连接件和第二连接件之间的中心位置，另一个位于第三连接件和第四连接件之间的中心位置。

7.根据权利要求6所述的一种应用于垂直轴潮流能水轮机的可折叠式叶片装置，其特征在于，还包括控制器和用于测量流速的多普勒流速传感器；

U型底座(10)上安装有用于监测转轴(7)转动角度的角度传感器，以折叠叶片(5)和主叶片(4)相切时，转轴(7)所对应的角度为0°，以折叠叶片(5)展开时转轴(7)的转动方向为正方向，以折叠叶片(5)折叠时转轴(7)的转动方向为反方向，转轴(7)或折叠叶片(5)的转动角度记为α；

多普勒流速传感器、电机和角度传感器均与控制器电性连接。

8.基于权利要求1-7中任一项所述应用于垂直轴潮流能水轮机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：角度传感器采集折叠叶片的角度α、多普勒流速传感器采集的流速v，以及水轮机的转速的ω，实时传给控制器，控制器收到上述数据后，数据处理模块根据当前流速v和水轮机的转速的ω，计算出水轮机得当前功率P，并根据水轮机转速特性曲线，得出水轮机得最大功率P_max，以及最大功率P_max对应的叶尖速比；根据叶尖速比求出对应叠叶片旋转方向和旋转角度α₀；

步骤2：控制器将采集折叠叶片的角度α与最大功率P_max对应旋转角度α₀进行比较，然后发出指令，通过电机的转动角度和转动方向，调整折叠叶片的角度α，进一步提高能量捕获效率Cp。

9.根据权利要求8所述的垂直轴潮流能水轮机的控制方法，其特征在于，所述水轮机叶尖速比计算公式为：

其中，V表示潮流速度，由多普勒流速传感器监测所得；R表示叶片的长度，ω为水轮机的转速，由水轮机自带测速装置测得。

10.根据权利要求9所述的垂直轴潮流能水轮机的控制方法，其特征在于，所述叶片的长度R按照如下方式计算：

1)、当|α|90°时，R＝l₁+l₂sinα；

2)、当α≥90°时，R＝l₁为主叶片两端的直线距离；

其中，l₁表示主叶片根部到与折叠叶片连接一端的直线距离；l₂表示折叠叶片的长度。