CN102720623A

CN102720623A - 一种竖轴伸缩叶片水轮机

Info

Publication number: CN102720623A
Application number: CN2012102361965A
Authority: CN
Inventors: 刘少刚; 郑大勇
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明的目的在于提供一种竖轴伸缩叶片水轮机，包括发电机定子、转子、叶片齿轮齿条机构、中心支撑柱、转矩输出架、叶片支撑架，叶片齿轮齿条机构包括叶片、齿轮、齿条、齿轮轴、第一调整杆、第二调整杆，叶片支撑架通过上下两个端面的旋转副与中心支撑柱相连，转矩输出架一端连接叶片支撑架、另一端连接转子，叶片上安装齿条，齿轮轴安装在叶片支撑架上，齿轮安装在齿轮轴上，齿轮与齿条啮合，叶片安装在叶片支撑架里并通过齿轮与齿条的相对移动从而进行伸缩运动，中心支撑柱上端伸出立轴，第一调整杆与第二调整杆相连，第一调整杆还连接齿轮轴，第二调整杆还连接立轴。本发明结构相对简单，不存在高副，受力情况良好。

Description

一种竖轴伸缩叶片水轮机

技术领域

本发明涉及的是一种水轮机。

背景技术

目前，潮流能水轮机主要有竖直轴和水平轴两类，竖直轴形式可根据叶片攻角的可调性分为固定攻角式和可变攻角式。潮流能水轮机也可根据转矩产生的原理分为升力型和阻力型。目前，阻力型水轮机多见于横轴式，通常采用一半在水中，一半裸露于空气中，利用下部叶片对水流冲击阻力和上部空气阻力间的力量差产生转矩。

发明内容

本发明的目的在于提供采用径向伸缩叶片的方式实现对于水流能量的捕获的一种竖轴伸缩叶片水轮机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种竖轴伸缩叶片水轮机，包括发电机定子、转子，其特征是：还包括叶片齿轮齿条机构、中心支撑柱、转矩输出架、叶片支撑架，叶片齿轮齿条机构包括叶片、齿轮、齿条、齿轮轴、第一调整杆、第二调整杆，叶片支撑架通过上下两个端面的旋转副与中心支撑柱相连，转矩输出架一端连接叶片支撑架、另一端连接转子，叶片上安装齿条，齿轮轴安装在叶片支撑架上，齿轮安装在齿轮轴上，齿轮与齿条啮合，叶片安装在叶片支撑架里并通过齿轮与齿条的相对移动从而进行伸缩运动，中心支撑柱上端伸出立轴，第一调整杆与第二调整杆相连，第一调整杆还连接齿轮轴，第二调整杆还连接立轴。

本发明还可以包括：

1、所述的叶片齿轮齿条机构有四个，相邻叶片夹角为90度，位于迎流方向上一侧叶片伸出、另一侧的叶片收回，调整杆的旋转中心与中心支撑柱存在偏心距离。

2、还包括固定支撑架，转子安装在固定支撑架里，转矩输出架与固定支撑架之间通过上部推力轴承实现轴向定位。

本发明的优势在于：本发明结构相对简单，不存在高副，受力情况良好，可通过调整中心支撑柱伸出一个偏离水轮机旋转轴的立轴的偏出空间位置适应不同方向的来流，对水流的流速要求低。适用于水深较浅的江河及浅海。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的B—B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明的目的是公开一种竖轴伸缩叶片水轮机。它采用杆组与齿轮相配合实现叶片8沿径向的可伸缩运动，使整个水轮机在运行进程中只有一边的叶片8迎流伸出，与其相对应边的叶片8完全收回。这样迎流叶片8对于水流的阻力通过支撑架产生对于中心旋转轴10的扭矩，再通转矩输出轴4将转矩输出到发电机实现发电目的。整机采用一个圆柱形支撑架5，四周开有四个长条形叶片伸缩孔，内部通过杆组与齿轮相配合实现在洋流方向上一侧的叶片完全缩回对水流不产生阻力，另一侧完全伸出产生阻力，通过两边对水流的阻力差产生转矩。再通过与支撑架5相连的转矩输出架4带动发电机转子1与和外面固定架相连的定子12产生相对运动达到发电目的。

本发明的技术方案如下：

竖轴伸缩叶片水轮机技术方案是通过一套杆组与齿轮联合装置调整在水轮机旋转发电过程中安装于支撑架5四周的四个阻力型叶片8的径向伸出长度，达到调整叶片8对于水流阻力的目的，使其在迎流方向上一侧叶片完全伸出，另一侧的叶片完全收回，通过两侧的阻力差产生转矩。它包括一个中心支撑柱10、一个叶片支撑架5、若干个叶片8及与其个数相对应的杆组和齿轮机构6、一个外部固定支撑2、一个与发电机转子1相连的转矩输出架4、一个与外部固定支撑相连的发电机定子12。由于调整用杆组11的旋转中心与水轮机的旋转中心有一个偏心距离，这样在水轮机旋转过程中杆组中的两个杆的相对位置会发生变化并带动与其相连的齿轮转动，齿轮通过叶片8上的齿条带动叶片8沿其径向做伸缩运动。叶片8安装于四周开有矩形孔的支撑架5上，支撑架5通过转动副与中心立柱10相连，下部通过推力轴承9进行轴向支撑。转矩输出架4与叶片支撑架5相固连，上部与外部固定支撑间通过推力轴承支撑，这样可以分担一些下部的推力轴承9的支撑力。发电机的定子12通过一个外壳与外部固定支撑架2相固连，转子与转矩输出架相固连。

本发明竖轴伸缩叶片水轮机技术方案如图1所示，是一种采用杆组带动齿轮齿条机构调整叶片伸缩的结构形式，它包括一个发电机转子1、一个外部固定支撑架2、一个上部推力轴承3、一个转矩输出架4、一个叶片支撑架5、四套齿轮齿条机构6、四套齿轮轴7、四个叶片8、一个底部推力轴承9、一个中心支撑柱10、一套调整用杆组11、一个发电机定子12、四个调整杆13、四个调整杆14。四周带有四个矩形开口的叶片支撑架5通过两个旋转副实现与中心支撑柱10相连，下部通过底部推力轴承9实现轴向支撑。中心支撑柱10伸出一个偏离水轮机旋转轴的立轴与调整用杆组11相连，如图2所示，当水轮机旋转时由于调整杆13与调整杆14间空间位置的变化会带动与调整杆13相固连的齿轮轴7的转动，通过齿轮齿条机构6带动叶片8的伸缩运动，实现迎流面上的左右压力差，产生水轮机的中心转矩使叶片支撑架5旋转。转矩输出架4与同时与叶片支撑架5及电机转子1相固连将旋转传递到电机转子1。发电机定子12外部固定支撑架2相固连，实现相对于电机转子1的相对运动进行发电。为了减轻底部推力轴承9的压力，转矩输出架4与固定支撑架2之间通过上部推力轴承3实现轴向定位，可以通过一个轴向位置微调整机构实现上部推力轴承3的压力调整，进而达到对于底部推力轴承9的压力的调整。

工作时，水轮机的支撑架2全部浸入水中，旋转过程中通过叶片8的伸缩运动实现左右对于水的阻力的不同，产生对于中心旋转轴的转矩。通过改变调整杆13、调整杆14以及中心支撑柱10伸出一个偏离水轮机旋转轴的立轴的偏离距离，就可以调整叶片在水轮机旋转一周时不同位置伸出的长度，进而达到对水流能量利用率的调整，通过理论计算合理选取以上三个参数就可以达到对于水流能量利用率的最佳。

Claims

1.一种竖轴伸缩叶片水轮机，包括发电机定子、转子，其特征是：还包括叶片齿轮齿条机构、中心支撑柱、转矩输出架、叶片支撑架，叶片齿轮齿条机构包括叶片、齿轮、齿条、齿轮轴、第一调整杆、第二调整杆，叶片支撑架通过上下两个端面的旋转副与中心支撑柱相连，转矩输出架一端连接叶片支撑架、另一端连接转子，叶片上安装齿条，齿轮轴安装在叶片支撑架上，齿轮安装在齿轮轴上，齿轮与齿条啮合，叶片安装在叶片支撑架里并通过齿轮与齿条的相对移动从而进行伸缩运动，中心支撑柱上端伸出立轴，第一调整杆与第二调整杆相连，第一调整杆还连接齿轮轴，第二调整杆还连接立轴。

2.根据权利要求1所述的一种竖轴伸缩叶片水轮机，其特征是：所述的叶片齿轮齿条机构有四个，相邻叶片夹角为90度，位于迎流方向上一侧叶片伸出、另一侧的叶片收回，调整杆的旋转中心与中心支撑柱存在偏心距离。

3.根据权利要求1或2所述的一种竖轴伸缩叶片水轮机，其特征是：还包括固定支撑架，转子安装在固定支撑架里，转矩输出架与固定支撑架之间通过上部推力轴承实现轴向定位。