CN101520016A - 一种潮流发电机组的变桨毂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潮流发电机组的变桨毂。液压缸安装在桨毂的正前方，活塞推杆上安装三根与其平行的齿条，三个齿轮轴一端和齿条啮合，另一端和桨叶固定连接，活塞推杆轴向移动时，桨叶绕自身轴线转动，主轴法兰和轮毂主体连接，其轴孔与传递机械能的主轴固定连接，进油座与机舱固定连接，传感器端盖固定连接位移传感器，后者测量活塞推杆的位移从而获得桨叶节距角。油源经进油座上的通油口、主轴上的配油槽及内通油孔、推杆后支承和主轴法兰上的通油孔、轮毂主体和液压缸的壁内通油孔与液压缸的左右腔连通，形成液压回路。本发明结构紧凑，桨毂体积小，变桨驱动力大，控制性能好，变桨角度可超过180度，适合应用于双向潮流能利用的潮流发电机组中。

Description

一种潮流发电机组的变桨毂

技术领域

本发明涉及潮流发电装置，尤其是涉及一种潮流发电机组的变桨毂。

背景技术

水平轴式潮流发电机组是一种利用潮流流动所包含的动能带动桨叶旋转从而发电的设备，其在国际范围内的研究兴起于21世纪初。该设备的工作原理和传统的风力发电机组相似。但是，其工作环境要比后者恶劣很多。通常潮流发电机组安装在具有来回流动特性的水道中，比如入海口或者两个岛屿之间航道。由于海水的密度是空气的800倍左右，所以相同功率等级的潮流发电机组的尺寸要比风力发电机组小很多。

目前，在风力发电机组中变桨距技术的应用已经比较成熟，但其在水平轴潮流发电机组中的应用很少有报道。对于相同的功率等级，其两者之间的区别在于潮流发电机组的桨毂尺寸小，而变桨距作用所需的驱动力更大，故桨毂中的变桨距装置所占体积更大。另外，潮流发电机组的桨毂完全浸没在水下，变桨距装置的引入给机组的密封带来了很大困难。为了机组能在潮流换向的时候继续工作，还要求其变桨距装置能使桨叶转动180度以上，而风力发电机组由于有偏航装置，桨叶通常只要求在0～90度范围内转动。

常用的变桨距装置可以分为两大类。一类是用液压缸通过连杆带动桨叶转动的液压驱动方式，该方式可以看作是一个曲柄滑块机构。液压缸具有驱动力大的优点，但是由于曲柄滑块机构存在死点，故这种方式不适合用在要求变桨角度超过180度的场合。另一类是用电机通过齿轮带动桨叶转动的电气驱动方式。这种方式结构简单，可靠性高，易于施加各种控制，但是电机的驱动力较小，故装置所占的体积较大。除了这两类变桨距装置外，还有各种各样的结合了机械传动机构的变桨距装置。这些装置没有考虑到密封、驱动力及变桨角度等问题，不适合应用在水平轴式潮流发电机组中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种潮流发电机组的变桨毂。适合于水平轴潮流发电机组用的变桨毂，从而实现潮流发电机组的功率控制和自动对流。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

液压缸安装在轮毂主体的正前方，液压缸缸筒的轴线与潮流方向平行，活塞推杆的左端和液压缸活塞连接，支承活塞推杆前端的推杆前支承固定安装在液压缸缸筒内；位于轮毂主体内的活塞推杆上的三角形推盘的每个侧面分别安装与活塞推杆平行的齿条，三个齿轮轴一端的齿轮分别和各自的齿条啮合，齿轮轴的另一端和各自的桨叶固定连接，活塞带动活塞推杆轴向移动时，能使桨叶和齿轮轴一同绕自身中心轴线转动；活塞推杆上固定安装导向平键，其后端依靠固定连接在主轴法兰上的推杆后支承来支承，导向平键与推杆后支承上的键槽活动配合，主轴法兰的法兰盘和轮毂主体连接，主轴法兰的轴孔与主轴的一端固定连接，主轴依靠安装在机组机舱内的主轴轴承支承；套在主轴另一端上的进油座其法兰部分和机舱固定连接，进油座轴孔内安装密封圈，传感器端盖和进油座固定连接，传感器端盖的轴孔固定连接位移传感器，位移传感器磁环固定安装在活塞推杆的端面上。

液压油源经进油座上的通油口，经主轴上的环形配油槽、径向通油孔和轴向通油孔，经推杆后支承上的通油孔，经主轴法兰上的通油孔，经轮毂主体的壁内油孔和液压缸的壁内油孔与液压缸的左右腔连通，形成液压回路。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

1.变桨液压缸作为桨毂的一部分，前置于桨毂主体，节省了桨毂的内部空间，简化了桨毂的内部结构。其尺寸短而粗，能提供较大的变桨驱动力和提高系统的液压固有频率，具有较好的控制性能。

2.齿轮齿条作为变桨系统的传动机构，使变桨角度大于180度，变桨机构简单可靠，适合双向潮流能利用。

3.用零件的内部及壁面作为液压缸的通油管路，避免了桨毂转动时的管路缠绕问题。

4.具有较好的密封性，适合恶劣的潮流环境。

附图说明

图1是本发明的剖视装配图。

图2是图1的A—A向剖视图。

图3是图1的D向局部视图。

图4是图1的B—B向剖视图。

图5是图1的C—C向剖视图。

图6是图3的E—E向旋转剖视图。

图7是图6的F向局部视图。

图8是液压缸的驱动原理图。

图中：1.桨叶，2.桨毂主体，3.液压缸，4.液压缸缸筒，5.液压缸前端盖，6.活塞，7.活塞推杆，8.推杆前支承，9.齿条，10.齿轮轴，11.桨叶回转轴承，12.齿轮轴回转轴承，13.弹性挡圈，14.螺栓托板，15.导向平键，16.推杆后支承，17.主轴法兰，18.主轴，19.位移传感器磁环，20.位移传感器，21.进油座，22.传感器端盖，23.机舱，24.主轴轴承，25.O型密封圈，26.密封圈，27.液压缸左腔通油孔，28.液压缸右腔通油孔，29.电液比例方向阀，30.控制系统

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的液压缸3作为整个桨毂外壳的一部分，通过螺钉安装在轮毂主体2的正前方，液压缸缸筒4的轴线与潮流方向平行。活塞推杆7的左端和液压缸活塞6螺纹连接，支承活塞推杆7前端的推杆前支承8固定安装在液压缸缸筒4内，推杆前支承8和活塞推杆7之间安装有U型密封圈，防止液压缸的油液外泄。

如图1、图2所示，位于轮毂主体2内的活塞推杆7上的三角形推盘的每个侧面分别通过螺钉安装与活塞推杆7平行的齿条9，三个齿轮轴10一端的齿轮分别和各自的齿条9啮合，齿轮轴10的另一端通过螺栓和各自的桨叶1固定连接，轮毂主体2周向均匀分布的三个凸台，其内外侧分别安装齿轮轴回转轴承12和桨叶回转轴承11，使得桨叶1和齿轮轴10可一同绕自身中心轴线转动。当液压缸的活塞6带动活塞推杆7轴向移动时，通过齿条齿轮啮合带动桨叶1绕自身轴线转动，实现桨叶节距角的改变。桨叶1的回转角度取决于活塞推杆7的移动距离。齿轮轴10的轴段部分为一空心结构，用来减小回转体的转动惯量。齿轮轴10上固定连接螺栓托板14，一方面防止桨毂外面的海水通过桨叶螺栓孔进入桨毂内部，另一方面方便齿轮轴和桨叶的装配。齿轮轴10上靠近桨叶侧安装弹性挡圈13，其作用也是方便齿轮轴的装配。桨叶1的根部安装O型密封圈25，防止海水的渗入。当桨毂工作时，轮毂主体2内需充入润滑油液以润滑齿轮齿条，油液高度需超过其中心线。

如图1、图4所示，活塞推杆7上固定安装导向平键15，其后端依靠固定连接在主轴法兰17上的推杆后支承16来支承，导向平键15与推杆后支承16上的键槽活动配合，起到轴向导向和周向定位作用。主轴法兰17的法兰盘通过螺钉和轮毂主体2连接，主轴法兰17的轴孔通过平键和过盈配合与主轴18的一端固定连接。主轴18依靠安装在机组机舱23内的主轴轴承24支承。当桨叶在潮流的冲击下受力从而带动桨毂转动时，桨毂主体2带动液压缸3、活塞推杆7、主轴18等零件一同绕中心轴转动，主轴将转动时的机械能传递给机舱内的能量转换元件，如发电机或液压泵。

如图1、图5所示，套在主轴18另一端上的进油座21其法兰部分和机舱23固定连接，进油座21轴孔内安装3个密封圈26，用来阻止液压缸油腔中的油液外泄。传感器端盖22通过螺钉和进油座21固定连接，传感器端盖22的轴孔通过螺纹固定连接磁致伸缩式位移传感器20，位移传感器磁环19固定安装在活塞推杆7的端面上。活塞推杆7的右端沿其中心线开有一深孔，主轴18沿其中心线开有一通孔，当活塞推杆7带着传感器磁环19在主轴通孔中轴向移动时，传感器的测杆可伸入活塞推杆7的深孔内，位移传感器测量活塞推杆的位移，经过换算可获得桨叶的当前节距角。

如图6、图3、图1所示，本发明的液压缸3的油路采用配油机构加零件内壁孔的管路方式。进油座21上开有两个通油孔，在主轴18上与此对应分别开有两个环形的配油槽。液压油液从进油座21的上通油孔进入，依次经主轴18上的环形配油槽、径向通油孔和轴向通油孔，经推杆后支承16上的轴向和径向通油孔，经主轴法兰17上的轴向和径向通油孔，经轮毂主体2的壁内通油孔，经液压缸缸筒4及端盖5的壁内通油孔进入液压缸3的左腔。液压缸3的右腔依次经缸筒4和轮毂主体2的壁内通油孔，经主轴法兰17和推杆后支承16的轴向和径向通油孔，经主轴18的轴向和径向通油孔及环形配油槽与进油座21的下通油孔连通。液压缸的左右腔通油油路分别如图中的27、28所示。另外，图2、图4、图5、图7中都示有不同零件中的通油孔。在通油油路中，由于加工导致的多余的通油孔部分，其上都攻有内螺纹，在液压缸通油前须用堵块将其堵住，以防止油液外泄。

如图1所示，除了桨叶1的根部安装有O型密封圈25外，变桨毂的其他一些结合面，比如液压缸端盖和缸筒，缸筒和轮毂主体，轮毂主体和主轴法兰等结合面处都安装有优质的O型密封圈，以防止海水进入变桨毂。

将变桨毂装配成一个部件，和机舱、液压系统、控制设备等组成一台水平轴式的潮流发电机组。进油座21的上下通油孔分别和液压系统中的电液比例方向阀29的A、B口连接，将位移传感器20的输出信号接入控制系统30，如图8所示。这样，变桨毂中的液压缸3、位移传感器20、液压系统中的电液比例方向阀29加上控制系统30组成一个闭环系统，改变电液比例方向阀29的阀芯位移，就可改变液压缸活塞推杆7的轴向位置，从而改变桨叶的节距角。

将配有本变桨毂的潮流发电机组安装在具有往返流动特性的水道中，选择合适的水深，保证退潮时整个变桨毂仍然完全浸没在水中。当潮流速度达到启动流速时，桨毂的节距角调节到最小值附近，桨毂在潮流的冲击下转动，通过主轴传递能量至发电机发电。当流速超过额定流速时，调节桨毂节距角从而进行机组的功率控制，以实现机组的输出功率稳定。当潮流换向时，桨毂节距角跟着转动180度，实现机组的双向流运行。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1、一种潮流发电机组的变桨毂，其特征在于：液压缸(3)安装在轮毂主体(2)的正前方，液压缸缸筒(4)的轴线与潮流方向平行，活塞推杆(7)的左端和液压缸活塞(6)连接，支承活塞推杆(7)前端的推杆前支承(8)固定安装在液压缸缸筒(4)内；位于轮毂主体(2)内的活塞推杆(7)上的三角形推盘的每个侧面分别安装与活塞推杆平行的齿条(9)，三个齿轮轴(10)一端的齿轮分别和各自的齿条(9)啮合，齿轮轴(10)的另一端和各自的桨叶(1)固定连接，活塞(6)带动活塞推杆(7)轴向移动时，能使桨叶(1)和齿轮轴(10)一同绕自身中心轴线转动；活塞推杆(7)上固定安装导向平键(15)，其后端依靠固定连接在主轴法兰(17)上的推杆后支承(16)来支承，导向平键(15)与推杆后支承(16)上的键槽活动配合，主轴法兰(17)的法兰盘和轮毂主体(2)连接，主轴法兰(17)的轴孔与主轴(18)的一端固定连接，主轴(18)依靠安装在机组机舱(23)内的主轴轴承(24)支承；套在主轴(18)另一端上的进油座(21)其法兰部分和机舱(23)固定连接，进油座(21)轴孔内安装密封圈(26)，传感器端盖(22)和进油座(21)固定连接，传感器端盖(22)的轴孔固定连接位移传感器(20)，位移传感器磁环(19)固定安装在活塞推杆(7)的端面上。

2、根据权利要求1所述的一种潮流发电机组的变桨毂，其特征在于：液压油源经进油座(21)上的通油口，经主轴(18)上的环形配油槽、径向通油孔和轴向通油孔，经推杆后支承(16)上的通油孔，经主轴法兰(17)上的通油孔，经轮毂主体(2)的壁内油孔和液压缸(3)的壁内油孔与液压缸(3)的左右腔连通，形成液压回路。

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