CN102392775B - 一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构。该变桨距机构包括一组驱动机构和若干组执行机构，所述执行机构位于轮毂内部，所述驱动机构包括动力机构、联轴器、第一齿轮轴和第一齿轮，变桨距机构的执行机构为由第二齿轮、第二齿轮轴、蜗杆和蜗轮组成的传动机构。动力机构固定在叶轮的主轴内部，动力机构的输出轴穿过轮毂壁伸入轮毂内部；动力机构依次带动第一齿轮轴、第一齿轮、第二齿轮、第二齿轮轴、蜗杆和蜗轮动作，实现叶片的变桨距动作。本发明采用将驱动机构的动力机构安装在主轴内部的结构形式，可以节省轮毂内部空间；由于蜗轮蜗杆的自锁特性，可以防止叶片在水流作用下发生顺桨，不需要额外的限位装置。

Description

一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构

技术领域

本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构。

背景技术

传统化石能源相对短缺及环境污染，使开发利用可再生能源日益受到重视。海流能是一种储量丰富的可再生能源，海流能具有能量密度大、可预测性强等优点，水平轴海流能发电装置是通过捕获海水流动时的动能来发电的一种装置。变桨距机构是水平轴海流能发电装置的关键技术，变桨距机构主要具备如下功能：首先，通过变桨距机构实现对叶片的节距角的调节，调节范围可以为180度，从而保证叶片可以在双向水流中正常工作；其次，当海水流速超过额定流速或叶片的捕获功率大于额定功率时，通过变桨距使叶片偏离最佳工作点，从而将叶片的捕获功率稳定在额定功率附近。

由于国际上对水平轴海流能发电装置的研究最近十年才起步，所以对变桨距机构的研究还比较少。从目前的新能源开发利用装备已有的变桨距机构报道来看，变桨距机构可概括为以下几类：1、电动变桨距机构：每只叶片都由一台电动机和一台减速齿轮箱组成的变桨距机构调节叶片的节距角的大小，这种变桨距结构比较适合独立变桨，但需要较大的轮毂内部空间，且变桨距机构由于重量增加而引起的对主轴的载荷也比较大，这种结构不适用于中小型水平轴海流能发电装置；2、连杆机构：风力发电装置的液压统一变桨距机构常采用这种结构，但这种结构只能实现小于90度的变桨距动作；3、齿轮齿条机构：这种机构的变桨距执行机构相对简单，但其驱动装置(如液压缸)不容易安装，而且在变桨距过程中还要考虑叶片如何限位的问题，以防止叶片在水流的作用下顺桨(顺桨即叶片的桨距角变化而使得叶片升力减小)。

水平轴海流能发电装置的变桨距机构相对风力发电装置的变桨距机构来说，具有如下特征：1、由于海水密度大，同等功率下的水平轴海流能发电装置的叶轮直径比较小，以至于海流能发电装置的轮毂空间相对风力发电装置的轮毂空间来说比较狭小；2、由海水流动作用到水平轴海流能发电装置的叶片的变桨力矩大；3、水平轴海流能发电装置的变桨距机构需要能够实现叶片的180度回转。为使水平轴海流能发电装置的叶轮(叶片和轮毂统称叶轮)有效捕获海流动能，就要保证尽量小的轮毂迎流截面积。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，该变桨距机构将驱动机构安装在主轴内部，可以节省轮毂内部空间；同时，该变桨距机构采用了蜗轮蜗杆形式，由于蜗轮蜗杆的自锁特性，可以防止叶片在水流作用下发生顺桨，不需要额外的限位装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，所述变桨距机构的执行机构位于轮毂内部，所述变桨距机构包括一组驱动机构和两组执行机构，所述驱动机构包括动力机构、联轴器、第一齿轮轴和第一齿轮，每组所述执行机构为由第二齿轮、第二齿轮轴、蜗杆和蜗轮组成的传动机构。

所述动力机构固定在轮毂的主轴内部，所述动力机构的输出轴的轴向中心线与所述主轴的轴向中心线重合，所述动力机构的输出轴穿过轮毂壁伸入轮毂内部。所述动力机构的输出轴通过联轴器与第一齿轮轴相连接，所述第一齿轮固定在第一齿轮轴上，所述第一齿轮与固定在第二齿轮轴上的第二齿轮相啮合。所述蜗杆固定在第二齿轮轴上，所述蜗轮固定在叶片的根部上，所述蜗杆与所述蜗轮相啮合。每组所述执行机构的第二齿轮均与所述第一齿轮相啮合，每组所述执行机构的第二齿轮轴的轴向中心线均与所述第一齿轮轴的轴向中心线平行。

进一步的，所述驱动机构的动力机构为液压马达，所述液压马达通过设置在主轴和轮毂壁中的液压油路与外部动力源相连接。

进一步的，所述变桨距机构可以为包括一组驱动机构和至少三组执行机构，所述执行机构的组数与水平轴海流能发电装置的叶片的个数相同，每组所述执行机构的第二齿轮均与所述第一齿轮相啮合，每组所述执行机构的第二齿轮轴的轴向中心线均与所述第一齿轮轴的轴向中心线平行。

进一步的，所述第一齿轮轴的一端固定在所述联轴器上，所述第一齿轮轴的另一端由第一轴承支撑；所述第二齿轮轴的两端分别由第二轴承和第三轴承支撑，所述第二轴承固定在轮毂上，第三轴承固定在端盖上。

进一步的，所述第一齿轮轴与所述第一齿轮为一体式结构，所述第二齿轮轴与所述蜗杆为一体式结构。

进一步的，所述轮毂与叶片的根部之间设有密封件和第四轴承。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述的一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，将变桨距机构的动力机构安装在主轴内部，可以节省轮毂内部空间。

2、本发明所述的一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，采用齿轮传动及蜗轮蜗杆传动的方式，实现变桨距动作只需要较小的驱动力矩。

3、本发明所述的一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，采用蜗轮蜗杆传动方式，由于蜗轮蜗杆具有自锁特性，可以保证叶片在水流的作用下不会顺桨，所以不需要额外的限位机构，从而简化了系统结构，并节约了成本。

4、本发明所述的一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，可以实现叶片的节距角的180度调节，使得叶片可以在双向海流中都可以运行。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构实施例的主视剖面图；

图2为图1中A-A方向剖视图。

具体实施方式

参照附图1和2。一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，包括驱动机构和执行机构。在附图1和2所示的实施例中，所述一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构包括一组驱动机构和三组执行机构，每组所述执行机构都与一个叶片7相对应。其中，每个叶片都有一组对应的所述执行机构对其执行变桨距动作，每组执行机构都由所述驱动机构进行驱动。

所述变桨距机构的驱动机构包括动力机构、联轴器3、第一齿轮轴41和第一齿轮51，所述动力机构为液压马达8。所述变桨距机构的执行机构位于轮毂1内部，所述变桨距机构的执行机构为由第二齿轮52、第二齿轮轴42、蜗杆61和蜗轮62组成的传动机构。

轮毂1的主轴2通过法兰21与轮毂1固定在一起，所述液压马达8安装在轮毂1的主轴2内部，所述液压马达8通过设置在主轴2和轮毂1壁中的液压油路81与外部动力源相连接。所述液压马达8的输出轴的轴向中心线与所述主轴2的轴向中心线重合，所述液压马达8的输出轴穿过轮毂1壁伸入轮毂1内部。由于液压马达8安装在主轴2的内部，可以节约轮毂1的内部空间。

所述液压马达8的输出轴通过联轴器3与第一齿轮轴41相连接，所述第一齿轮轴41与所述第一齿轮51为一体式结构，所述第一齿轮51与固定在第二齿轮轴42上的第二齿轮52相啮合。所述第二齿轮轴42与所述蜗杆61为一体式结构，所述蜗轮62固定在叶片7的根部上，所述蜗杆61与所述蜗轮62相啮合。所述第一齿轮轴41的轴向中心线与所述第二齿轮轴42的轴向中心线平行。

所述第一齿轮轴41的一端固定在所述联轴器3上，所述第一齿轮轴41的另一端由第一轴承91支撑。所述第二齿轮轴42的两端分别由第二轴承92和第三轴承93支撑，所述第二轴承92固定在轮毂1上，第三轴承93固定在端盖11上。

本发明实施例中，每组所述执行机构的第二齿轮52均与所述第一齿轮51相啮合，第一齿轮51可以同时带动三组执行机构的第二齿轮同时转动。每组所述执行机构的第二齿轮轴42的轴向中心线均与所述第一齿轮轴41的轴向中心线平行。

所述轮毂1壁与叶片7的根部之间设有密封件12和两个第四轴承94，所述密封件12起密封的作用，防止海水进入轮毂1内，所述第四轴承94起支撑叶片的作用。

本发明实施例的工作原理为：所述液压马达8在外部动力源的带动下转动，所述液压马达8的输出轴输出动力带动第一齿轮轴41及第一齿轮51转动，使得三组执行机构的三个第二齿轮52同时转动，并带动第二齿轮轴42及蜗杆61转动，同时每组执行机构的蜗杆61最终带动相应的蜗轮62旋转，从而实现三个叶片7的变桨距动作，使得叶片的节距角可以实现180度调节。

本发明采用齿轮传动及蜗轮蜗杆传动的方式实现变桨距动作，该方式适用于各种功率等级的海流能发电装置。由于蜗轮蜗杆具有自锁特性，当液压马达8停止动作之后，与蜗轮62固定连接的叶片7在水流的作用下不会发生顺桨，所以叶片7不需要额外的节距角限位装置。同时，采用蜗轮蜗杆传动形式，实现变桨距动作只需要较小的驱动力矩。

Claims (2)

1.一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，包括驱动机构和执行机构，所述变桨距机构的执行机构位于轮毂（1）内部，其特征在于：所述变桨距机构包括一组驱动机构和至少两组执行机构，所述执行机构的组数与水平轴海流能发电装置的叶片的个数相同，所述驱动机构包括动力机构、联轴器（3）、第一齿轮轴（41）和第一齿轮（51），每组所述执行机构为由第二齿轮（52）、第二齿轮轴（42）、蜗杆（61）和蜗轮（62）组成的传动机构；

所述动力机构固定在轮毂的主轴（2）内部，所述动力机构的输出轴的轴向中心线与所述主轴（2）的轴向中心线重合，所述动力机构的输出轴穿过轮毂（1）壁伸入轮毂（1）内部；所述动力机构的输出轴通过联轴器（3）与第一齿轮轴（41）相连接，所述第一齿轮（51）固定在第一齿轮轴（41）上，所述第一齿轮（51）与固定在第二齿轮轴（42）上的第二齿轮（52）相啮合；所述蜗杆（61）固定在第二齿轮轴（42）上，所述蜗轮（62）固定在叶片（7）的根部上，所述蜗杆（61）与所述蜗轮（62）相啮合；

每组所述执行机构的第二齿轮（52）均与所述第一齿轮（51）相啮合，每组所述执行机构的第二齿轮轴（42）的轴向中心线均与所述第一齿轮轴（41）的轴向中心线平行；

所述驱动机构的动力机构为液压马达（8），所述液压马达（8）通过设置在主轴（2）和轮毂(1)壁中的液压油路（81）与外部动力源相连接；

所述第一齿轮轴（41）的一端固定在所述联轴器（3）上，所述第一齿轮轴（41）的另一端由第一轴承（91）支撑；所述第二齿轮轴（42）的两端分别由第二轴承（92）和第三轴承（93）支撑，所述第二轴承（92）固定在轮毂（1）上，第三轴承(93)固定在端盖(11)上；

所述轮毂（1）与叶片（7）的根部之间设有密封件（12）和第四轴承（94）。

2.按照权利要求1所述的一种水平轴海流能发电装置的变桨距机构，其特征在于：所述第一齿轮轴（41）与所述第一齿轮（51）为一体式结构，所述第二齿轮轴（42）与所述蜗杆（61）为一体式结构。

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