CN102748189A - 一种升阻结合型竖直轴水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种升阻结合型竖直轴水轮机，包括发电机定子、转子、凸轮、叶片凸轮连杆机构、轮毂，叶片凸轮连杆机构包括叶片、凸轮连接杆、钢丝绳、旋转弹簧机构、压轮，叶片安装在轮毂上，叶片的旋转轴安装短杆，短杆连接钢丝绳和凸轮连接杆，钢丝绳连接旋转弹簧机构，旋转弹簧机构固定在轮毂里，凸轮连接杆连接安装在凸轮上的压轮，压轮在凸轮的内曲面上移动，轮毂连接转子，凸轮安装在凸轮连接架上，凸轮连接架固定在定子上。本发明在旋转一周的过程中左边叶片的升力与右边叶片的阻力的合力产生对水轮机旋转轴的力矩大大提高了能量捕获效率，同时整个水轮机采用充油式润滑与密封方式很好的解决了水轮机密封与润滑问题。

Description

一种升阻结合型竖直轴水轮机

技术领域

本发明涉及的是一种水轮机。

背景技术

潮流能水轮机主要有竖直轴和水平轴两类，也可根据叶片攻角的可调性分为固定攻角式和可变攻角式，也可以根据叶片对于主轴转矩产生的方式分为阻力型和升力型。升力型的竖轴水轮机如不采用叶片调整机构对于主轴的转矩很小，采用叶片调整机构的水轮机结构很复杂。阻力型水轮机一般采用阻力型叶片对水流产生的阻力产生对主轴转矩，一般不用使用叶片调整机构。目前的阻力型叶片一般采用直板式叶片或是凹叶片型式，如申请号为201110092941.9的“一种阻力型水轮机”采用的就是一种凹叶片型阻力型叶片，申请号为88203955.5的“竖直轴半阻力型风力机”采用升阻结合形式，调整机构使用滑环调整，叶片轴采用横向布置。申请号为200920272107.6的“垂直轴自调桨叶角阻力型船舶推进器”采用螺旋槽操控盘调整叶片偏角的阻力型推进器。

发明内容

本发明的目的在于提供结构简单、能量捕获率高的一种升阻结合型竖直轴水轮机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种升阻结合型竖直轴水轮机，包括发电机定子、转子，其特征是：还包括凸轮、叶片凸轮连杆机构、轮毂，叶片凸轮连杆机构包括叶片、凸轮连接杆、钢丝绳、旋转弹簧机构、压轮，叶片安装在轮毂上，叶片的旋转轴安装短杆，短杆连接钢丝绳和凸轮连接杆，钢丝绳连接旋转弹簧机构，旋转弹簧机构固定在轮毂里，凸轮连接杆连接安装在凸轮上的压轮，压轮在凸轮的内曲面上移动，轮毂连接转子，凸轮安装在凸轮连接架上，凸轮连接架固定在定子上。

本发明还可以包括：

1、所述的叶片凸轮连杆机构包括三个叶片、第一连接杆、第二连接杆，第一连接杆连接第一叶片和第二叶片的短杆，第二连接杆连接第二叶片和第三叶片的短杆，第一叶片的短杆连接钢丝绳，第三叶片的短杆连接凸轮连接杆。

2、所述的叶片凸轮连杆机构有四组，相邻叶片凸轮连杆机构夹角90度，一侧叶片凸轮连杆机构的叶片处于升力状态时，对面叶片凸轮连杆机构的叶片的弦线在同一直线上，轮毂里充入润滑油，润滑油没过凸轮和叶片凸轮连杆机构。

3、在叶片的旋转轴与凸轮中心连线上设置限位柱。

本发明的优势在于：本发明结构简单，能量捕获率高，受力良好，用旋转弹簧机构实现复位，有效的克服了处于死点位置时叶片调整机构受力不好难于实现复位的缺点。在潮流方向稳定的情况下水轮机在旋转一周的过程中左边叶片的升力与右边叶片的阻力的合力产生对水轮机旋转轴的力矩大大提高了能量捕获效率，同时整个水轮机采用充油式润滑与密封方式很好的解决了水轮机密封与润滑问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的A—A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，本发明采用多组叶片并装在同一个水轮机的轮毂9上，通过调节机构调整叶片16在水轮机轮毂9旋转一周过程中的叶片轴的旋转规律，进而达到在水轮机旋转过程中一边的水轮机叶片处于升力状态另一边的叶片处于弦线在同一直线上形成对水流的阻力板，升力与阻力的合力产生对水轮机主轴的转矩。叶片16的复位采用螺旋弹簧带动软钢丝拉回的方式进行复位。水轮机采用整体模块安装于浮船上的布局形式。密封润滑采用充油形式。

本发明的技术方案如下：

升阻结合型竖直轴水轮机技术方案是采用凸轮6与连杆12相配合实现对于叶片16规律的调整。各叶片16通过一个与叶片轴相固连的杆与一个两端带有铰链的杆相连，两个这样的杆将三个叶片铰接在一起，实现三个叶片16的同时相同位置的传动。另有一个与第一个叶片伸出的杆相铰接，另一端通过压轮11与凸轮6的曲线面相配合。在杆组的另一端通过一个与回转弹簧7相连接的钢丝绳15实现现整个机构的复位。当水轮机转动时凸轮6通过连接杆10与外壳相固定，各杆压轮11沿凸轮6内曲面滚动与其相连的各杆的相对位置会发生相对变化实现叶片轴的转角的变化规律的调整。整个杆组及回转弹簧7与钢丝绳15采用完全浸与润滑油8的润滑方式，这样的润滑方式同时具有充油密封的作用。轮毂9与发电机的外转子2相连，内定子1与上罩壳相固定，上罩壳与用于与浮船相连的支撑架5相固定，这样在轮毂9转动时就会使内外转子间产生相对运动。

本发明升阻结合型竖直轴水轮机技术方案如图1所示，是一种采用凸轮机构与柔性刚丝绳进行复位的方式相结合控制叶片攻角变化，它包括一个与上罩壳相连的的电机定子1、一个发电机转子2、一个主推力轴承3、若干上罩壳固定螺栓4、一个支撑架5、一个凸轮6、四个旋转弹簧机构7、润滑油8、一个轮毂9、一个凸轮连接架10、五个压轮11、四个凸轮连接杆12、四个连接杆13、四个连接杆14、四根钢丝绳15、十二个叶片叶片16。发电机的定子1与上罩壳相固连，上罩壳通过上罩壳固定螺栓4与支撑架5相连。发电机的转子2与轮毂9相固连，轮毂9由一个主推力轴承3吊装于支撑架5上。一个与定子1相连的凸轮连接架10将凸轮6固定于指定位置，凸轮连接杆12的压轮11与凸轮6的内曲面相接触实现沿其上滚动。连接杆13、连接杆14用铰链与和与叶片16的旋转轴相固连的杆铰链端相连，杆组的另一端与钢丝绳15相连，钢丝绳15与旋转弹簧机构7相连，弹簧的复位力使机构复位。由于叶片要回转90°可能超过死点，因此采用限位柱17使其最大位置不会超过死点。

工作时，水轮机一个支撑架5与浮船相固定，叶片16完全浸入水中，水流如图2所示方向流过水轮机叶片16时，左边叶片处于升力状态，右边叶片处于阻力状态。两边的叶片合力矩产生对于中心旋转轴的力矩。水轮机旋转过程中压轮11沿凸轮6的内曲面滚动拉动整个调整杆组相对位置的变化，实现对于叶片16轴旋转角度的控制，杆组的极限位置通过限位柱17实现限制，防止杆组机构转过死点无法复位。整个机构的复位通过与旋转弹簧机构7相连的钢丝绳15拉动。当合理优化凸轮6的内曲面的形状后就可以实现叶片16如图2所示在水轮机左边时处于升力状态，在水轮机右边时处于阻力状态。叶片16产生的合力矩通过其所装的轮毂9传递给电机转子2使其相对定子1旋转运动，产生电能。

Claims (5)

1.一种升阻结合型竖直轴水轮机，包括发电机定子、转子，其特征是：还包括凸轮、叶片凸轮连杆机构、轮毂，叶片凸轮连杆机构包括叶片、凸轮连接杆、钢丝绳、旋转弹簧机构、压轮，叶片安装在轮毂上，叶片的旋转轴安装短杆，短杆连接钢丝绳和凸轮连接杆，钢丝绳连接旋转弹簧机构，旋转弹簧机构固定在轮毂里，凸轮连接杆连接安装在凸轮上的压轮，压轮在凸轮的内曲面上移动，轮毂连接转子，凸轮安装在凸轮连接架上，凸轮连接架固定在定子上。

2.根据权利要求1所述的一种升阻结合型竖直轴水轮机，其特征是：所述的叶片凸轮连杆机构包括三个叶片、第一连接杆、第二连接杆，第一连接杆连接第一叶片和第二叶片的短杆，第二连接杆连接第二叶片和第三叶片的短杆，第一叶片的短杆连接钢丝绳，第三叶片的短杆连接凸轮连接杆。

3.根据权利要求1或2所述的一种升阻结合型竖直轴水轮机，其特征是：所述的叶片凸轮连杆机构有四组，相邻叶片凸轮连杆机构夹角90度，一侧叶片凸轮连杆机构的叶片处于升力状态时，对面叶片凸轮连杆机构的叶片的弦线在同一直线上，轮毂里充入润滑油，润滑油没过凸轮和叶片凸轮连杆机构。

4.根据权利要求1或2所述的一种升阻结合型竖直轴水轮机，其特征是：在叶片的旋转轴与凸轮中心连线上设置限位柱。

5.根据权利要求3所述的一种升阻结合型竖直轴水轮机，其特征是：在叶片的旋转轴与凸轮中心连线上设置限位柱。

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