CN102084121A - 用于控制涡轮机叶片间距的装置 - Google Patents

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Abstract

用于控制涡轮机叶片间距的装置，包括用于连接到涡轮机叶片并可旋转地连接到支撑元件(28)的涡轮机叶片心轴(14)。促动器(32)连接到心轴(14)并通过促动元件(38)连接到支撑元件(28)。促动器(32)操作为使心轴(14)绕心轴纵向轴线旋转，从而实现涡轮机间距调整。优选地，支撑元件(28)包括带齿弧(28)，通过齿轮连接到间距调整驱动单元(18)。本发明提供辅助的，和/或紧急的间距调整装置，适于例如快速涡轮机变桨。

Description

用于控制涡轮机叶片间距的装置
技术领域
本发明涉及可变间距类型的涡轮机系统，并且具体地涉及用于控制涡轮机叶片间距的装置。更具体地说，本发明涉及潮流涡轮机，具体地，涉及用于选择性地调整潮流涡轮机叶片间距的系统。
背景技术
可变间距涡轮机叶片系统通常包括安装到旋转毂上的多个涡轮机叶片，该旋转毂连接到驱动轴。各个涡轮机叶片从毂沿着叶片的纵向轴线径向向外延伸。为了允许调整间距，各叶片以能够绕其纵向轴线枢转运动的方式安装到毂上。该毂通常在其内部包围了腔，在该腔中设置了间距改变促动系统，该间距改变促动系统可操作地连接到涡轮机叶片。该促动系统用于选择性地改变叶片的间距，从而改变对叶片的旋转的流体阻力，从而控制轴的旋转速度。
在用于从水中的流(例如，潮流)产生电能的功率设备的可变间距涡轮机系统的情况下，涡轮机由水流旋转，该旋转通过毂和驱动轴传递到设备的发电机。通过使叶片绕其纵向轴线枢转而调整涡轮机叶片间距，从而使得水流涡轮机能够在变化的水流条件下以最大效率工作，以及辅助涡轮机的起动，并且，通过叶片的变桨来防止涡轮机在高的水流速度情况下的超速操作。
用于从水流产生能量的设备有时与发电机放置在一起，该发电机没入具有强力水流的水中，诸如潮流中，其中水流的方向以特定的时间间隔反向，与潮汐和水流同相。用于该类型设备的可变间距涡轮机系统有时装配有间距调整系统，其允许各独立的涡轮机叶片绕其纵向轴线180°的旋转。时常需要对涡轮机叶片进行变桨。这是为了防止超速，或者与设备停机有关。
发明内容
本发明的目的是提供以快速、可预测及可靠的方式来执行涡轮机叶片变桨操作的装置。
本发明提供了一种装置，其提供了用于控制涡轮机叶片间距的装置，其特征在于，包括：用于连接到涡轮机叶片的涡轮机叶片心轴，所述心轴具有与涡轮机叶片的纵向轴线对齐的纵向轴线，并且可旋转地连接到支撑元件；连接到心轴并且通过促动元件连接到支撑元件的促动器；以及可在缩回状态和伸展状态之间操作的促动器，其中，所述促动器的操作造成心轴绕心轴纵向轴线旋转。
促动元件优选地在缩回状态和伸展状态之间操作，由此所述促动器的操作造成心轴绕心轴纵向轴线旋转。在优选实施例中，心轴包括用于连接到促动器的连接元件。
优选地，连接元件包括用于连接到促动器的第一枢转连接器件，支撑元件包括用于连接到促动器的第二枢转连接器件。
在优选实施例中，支撑元件包括带齿弧，其通过齿轮和伞齿轮连接到间距调整驱动单元。
在优选实施例中，促动器包括液压操作的促动器，或螺线管促动器，和/或包括一个或多个力储备件(explosive charge)或弹簧的促动器。另外，在一个优选实施例中，促动器适于独立于间距调整齿轮操作。促动器还可适于与间距调整齿轮共同操作。
本发明的装置特别适用于没入水体中的发电机中，该发电机用于从流过所述没入的发电机的流而发电。
附图说明
从以下以非限制性示例的方式给出的优选实施例的形式的描述并结合附图，本发明的这些及其它特性将变得清楚，附图中：
图1是涡轮机舱的截面正视图，示出了本发明的优选实施例；
图2是原理概略图，示出了本发明的优选实施例；
图3是本发明的优选实施例的透视图；
图4是本发明的优选实施例的某些构件处于第一位置的透视图；
图5是图4所示的构件处于第二位置的透视图。
具体实施方式
图1示出了本发明的优选实施例，其结合在舱或壳体10中。驱动轴12的一端连接到涡轮机毂11，另一端连接到发电机(未示出)，以便从水流(诸如潮流等)来发电。在示出的实施例中，涡轮机毂包括两个涡轮机叶片心轴14，涡轮机叶片(未示出)通常附接到各心轴14的相应的自由端8。为了清楚地示出，在图中未示出涡轮机叶片，但本领域技术人员将懂得涡轮机叶片附接到各心轴14的自由端8，使得心轴的纵向轴线与涡轮机叶片的纵向轴线对齐。在所述实施例中，各心轴14被相应的外径向轴承9和内轴承7支撑。内轴承7可以是组合的止推和径向轴承。在所述实施例中，这些轴承是水润滑的。
图1还示出了间距调整驱动单元18，其以传统的方式(液压操作或电力操作)来驱动涡轮机间距调整齿轮16。图3更详细地示出了间距调整齿轮16。
图3示出了连接到伞齿轮的间距调整轴杆20(连接到间距调整驱动单元18，图3中未示出)，伞齿轮包括小齿轮传动件22和用于各涡轮机心轴14(图3中仅示出了一部分)的冠状轮24。各冠状轮24连接到相应的齿轮26，各齿轮26具有相应的带齿的环状弧段28上的齿接合对应齿29，弧段28以下称为带齿弧28。本领域技术人员将理解，带齿弧28可包括完整的环形盘，而不偏离本发明的范围。在示出的实施例中，带齿弧28包括部分盘形的结构，沿其圆周具有齿29，以及由内部分隔区33分开的两个带孔的侧壁。
图3还示出了各涡轮机叶片心轴14如何可旋转地连接到其相应的带齿弧28。涡轮机叶片心轴14可在带齿弧28内的适当地构造的支撑区域31内绕其纵向轴线旋转。心轴内端15以本领域已知的方式连接到上述内轴承7并由内轴承7支撑，没有示出也不在本文中论述。
连接元件36附接到心轴14，在示出的实施例中，连接元件36显示为在支撑区域31附近固定到心轴14的元件，位于带齿弧的两个壁的部分之间。连接元件36可以通过螺钉或类似的紧固件附接到心轴14，或者其可与心轴14一体地形成。促动器32可枢转地连接到连接元件36并因此连接到心轴14。将在下面更详细叙述的促动器32包括促动器杆38(在图3中以缩回的状态示出)，在其自由端，促动器杆38通过枢转连接件34连接到带齿弧28。
心轴的旋转位置，以及因此涡轮机间距，可以通过可控制地促动间距调整驱动单元18，从而旋转调整轴杆20来调整。调整轴杆的旋转运动通过伞齿轮22，24传递到独立的齿轮26和相应的带齿弧28。因为带齿弧28通过促动器32(及其连接件34，35，36)而连接到心轴14，因此带齿弧的旋转运动直接传递到心轴14。因此，通过促动器32及其连接件(34，35，36)在带齿弧和心轴之间建立的紧固连接，在该操作中，带齿弧28和心轴14实际上是一个单个的元件。
带齿弧28的弧长决定了各心轴14能够绕其纵向轴线旋转的范围，因此决定了涡轮机叶片间距调整范围。因此，在示出的实施例中，带齿弧28的弧长允许大于180°的旋转。该特征在应对例如可能在潮流中出现的反向流时是有用的。
当设备在操作中并且涡轮机受到高推力负荷时调整涡轮机叶片间距要求带齿弧28上的齿29由高强度材料制成。这在图3，4和5中示出，其中，带齿弧28的两端的弧形区域30包括高强度材料，诸如双相钢或类似物。
在示出的实施例中，促动器32包括促动器杆38，该杆38可以在缩回状态(见图4)和伸展状态(见图5)之间操作。促动器32可以是液压操作的，其中，促动器杆38由本领域已知的方式调节液压压力来伸展和缩回。在替代性实施例中，促动器32可以是螺线管促动器，其中，促动器杆38的伸展和缩回通过电脉冲来实现。为了清楚示出以及因为这些特征在本领域中已知，图中省略了液压管线和控制管线。
促动器32因此作为额外的间距调整装置，因为心轴14(以及因此附接到心轴的涡轮机叶片)通过促动器32的操作可以绕心轴的纵向轴线旋转。通过促动器32进行的间距调整可以独立于以上关于驱动单元18、伞齿轮22，24和带齿弧28所述的间距调整而执行。促动器32因此作为辅助的间距调整装置。
在示出的实施例中，通过促动器32所能实现的间距调整范围由尺寸参数(诸如促动器杆38的行程长度)、涡轮机叶片心轴中心和促动器连接点35之间的距离、以及涡轮机叶片心轴中心和带齿弧连接点34之间的距离来限制，在图2中，以上参数分别表示为“S”，“a”和“b”。
促动器32因此可以作为在例如带齿弧28被图3所示的伞齿轮布置锁定在位置上时对涡轮机间距进行细调节的器件。因此，两种间距调整器件(即，旋转的带齿的齿轮28和促动器32)可以独立于彼此地操作，但这两种间距调整器件也可以共同操作。
在装置的操作的一个模式中，如上所述及如图3所示，可以通过驱动单元18、伞齿轮22，24和带齿弧28来调整间距。在该配置中，促动器32固定在缩回状态，即，促动器杆38缩回到促动器壳体内，并且如上所述，间距调整轴杆20的旋转通过固定的促动器32直接传递到心轴14。在某些情况下，期望或需要执行间距调整，以便例如使涡轮机叶片变桨，以基本上去除涡轮机上的推力负荷。例如，对于潮流功率设备而言，当水流速度超过允许的设计参数和/或间距调整齿轮16或相关的构件出现故障时，这种情况可能发生，在这种情况下，对于快速间距调整有额外的需求。这种间距调整因此可以通过激励促动器32来实现，通过伸展促动器杆38，使得涡轮机叶片心轴14绕其纵向轴线充分地旋转。
图4示出了处于缩回状态的促动器32和促动器杆38，而图5示出了处于伸展状态的促动器杆38。由于对促动器32的激励而造成的心轴绕其纵向轴线的旋转(以及因此涡轮机叶片间距调整)在图4和图5中由参考字符“A”指示。
通过对促动器适当地设计尺寸，包括图2中示出的参数，这种对促动器的激励将会使涡轮机叶片变桨。促动器可以进一步构成为使得促动器杆38快速地展开。因此，促动器可包括力储备件和/或弹簧，如单个的促动器件或与上述液压或电促动器件结合。因此，促动器32可作为变桨装置，以及作为紧急变桨装置。因此，促动器32提供安全装置，实现间距调整齿轮16的后备功能。
尽管参考包括两个涡轮机叶片心轴14的实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解，本发明适用于涡轮机叶片心轴的其它数量和布置。

Claims (11)

1.用于控制涡轮机叶片间距的装置，其特征在于，包括：
用于连接到所述涡轮机叶片的涡轮机叶片心轴(14)，所述心轴(14)具有与所述涡轮机叶片纵向轴线对齐的纵向轴线，并旋转地连接到支撑元件(28)；
连接到所述心轴(14)并通过促动元件(38)连接到所述支撑元件(28)的促动器(32)；和
操作为使所述心轴(14)绕心轴纵向轴线旋转的促动器(32)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述促动元件(38)可在缩回状态和伸展状态之间操作，从而，所述促动器(32)的操作造成所述心轴(14)绕心轴纵向轴线旋转。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述心轴(14)包括用于连接到所述促动器(32)的连接元件(36)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述连接元件(36)包括用于连接到所述促动器(32)的第一枢转连接器件(35)。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述支撑元件(28)包括用于连接到所述促动器(32)的第二枢转连接器件(34)。
6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述支撑元件(28)包括带齿弧(28)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述带齿弧(28)通过齿轮(26)和伞齿轮(22，24)连接到间距调整驱动单元(18)。
8.如以上权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述促动器(32)包括液压操作的促动器，或螺线管促动器，和/或包括一个或多个力储备件或弹簧的促动器。
9.如权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述促动器(32)适于独立于所述间距调整齿轮(16)操作。
10.如权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述促动器(32)适于与所述间距调整齿轮(16)共同操作。
11.如权利要求1-10中任一项所述的装置的用途，所述装置用于没入水体中的发电机，用于从流过所述没入的发电机的流来发电。
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