CN103352788A

CN103352788A - 一种竖直轴潮流水轮机自启动装置

Info

Publication number: CN103352788A
Application number: CN2013103131490A
Authority: CN
Inventors: 宿晓辉; 曹耀; 赵广; 刘艳; 张慧颖
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-10-16

Abstract

一种竖直轴潮流水轮机自启动装置，用于增加启动时的启动扭矩和低速旋转时的旋转扭矩的一种装置。这种竖直轴潮流水轮机自启动装置的自启动叶片至少一端通过水轮机飞轮机构与主轴连接，水轮机飞轮机构包括内套、外套和一个棘轮结构，内套固定在主轴上，外套通过支撑臂固定连接安装自启动叶片的安装圆盘，棘轮结构设置在内套与外套之间。自启动叶片在竖直轴水轮机低速运行时，可以与升力型叶片一起为水轮机提供力矩使水轮机以更快的速度旋转；当水轮机转速很高时，自启动叶片系统利用水轮机飞轮机构的特性，将自启动叶片与水轮机主轴脱开，自启动装置的自启动叶片不会成为阻碍竖直轴水轮机加速运行的阻力。

Description

一种竖直轴潮流水轮机自启动装置

技术领域

本发明涉及一种竖直轴潮流水轮机自启动装置，用于增加启动时的启动扭矩和低速旋转时的旋转扭矩的一种装置。

背景技术

随着矿物能源的日益枯竭和环境问题的日益严重，新能源的开发与利用成了人们的必然选择。近年来潮流能发电被许多国家重视，我国潮流能资源非常丰富，开发利用潮流能能够改善我国的能源结构。目前的潮流能水轮机主要分为两大类：水平轴潮流水轮机和竖直轴潮流水轮机。竖直轴潮流能水轮机的旋转轴与来流方向垂直，它的最大优点是当水流方向发生变化时，水轮机的工作不受任何影响，转子的转向始终不变，不需要额外的偏航对流机构。然而竖直轴潮流能水轮机的主要缺点是自启动受到初始状态时方位角位置的限制。因此改善竖直轴潮流水轮机的自启动性能对于水轮机应用至关重要。

发明内容

本发明应解决竖直轴潮流水轮机的自启动问题。由于叶片的位置不同启动力矩也不同，同时水轮机机构也存在摩擦阻力，以上两个原因使得竖直轴水轮机的自启动存在困难。为了解决竖直轴水轮机自启动问题，提出了竖直轴水轮机自启动装置。

本发明解决技术问题采用的方案如下：一种竖直轴潮流水轮机自启动装置，它包括主轴和叶片，它还包括自启动叶片，所述叶片的两端经支撑臂与固定在主轴上的轮盘连接，所述自启动叶片至少一端通过水轮机飞轮机构与主轴连接；所述水轮机飞轮机构包括内套、外套和一个棘轮结构，内套固定在主轴上，外套通过支撑臂固定连接安装自启动叶片的安装圆盘，所述棘轮结构设置在内套与外套之间。

所述自启动叶片两端通过水轮机飞轮机构与主轴连接。

所述棘轮结构包括棘轮、千斤和千斤弹簧，水轮机飞轮机构的两侧分别设有丝档和平档，外套与丝档和平档之间的周向均设有钢球，丝档采用螺栓固定在内套上。

所述安装圆盘上设有5-8个自启动叶片，每个自启动叶片配有一个固定在安装圆盘上的自启动叶片挡块。

采用上述技术方案，竖直轴潮流水轮机在海水潮流的作用下，竖直轴潮流水轮机开始旋转，将海水的动能转换成水轮机的旋转机械能，旋转机械能通过主轴输出进行发电或海水淡化等。由于启动时竖直轴潮流水轮机的升力型叶片产生的力矩不足以提供水轮机的启动旋转力矩，因此水轮机自启动装置通过水轮机主轴上安装自启动叶片以提高竖直轴水轮机自启动的旋转力矩。自启动叶片运行时，在水轮机上游盘面上的自启动叶片合拢，以减少运行时的阻力，与此同时水轮机下游盘面上的自启动叶片张开，产生力矩。当海水流过竖直轴潮流水轮机时，自启动叶片利用海水的动能来提高水轮机的启动力矩，使得水轮机更加容易启动。当竖直轴潮流水轮机启动之后，竖直轴水轮机低速旋转时，自启动叶片和升力型叶片一起提供力矩使水轮机以更快的速度旋转。竖直轴水轮机旋转的速度越来越快，竖直轴潮流水轮机达到一定的转速后自启动叶片旋转的最大转速小于这一转速，自启动叶片已经成为竖直轴潮流水轮机以更快速度运行的阻力。为了消除或减少自启动叶片带来的阻力，自启动叶片与竖直轴水轮机的主轴由水轮机飞轮机构相连接，利用水轮机飞轮机构的特性，自启动装置的自启动叶片不会成为阻碍竖直轴水轮机加速运行的阻力。当水轮机的旋转速度降到自启动叶片旋转的最大转速之下时，水轮机的自启动叶片产生的力矩又将成为推动水轮机旋转的动力，使水轮机产生的力矩更加大，转速也进一步提高。

本发明的有益效果：这种竖直轴潮流水轮机自启动装置的自启动叶片至少一端通过水轮机飞轮机构与主轴连接，水轮机飞轮机构包括内套、外套和一个棘轮结构，内套固定在主轴上，外套通过支撑臂固定连接安装自启动叶片的安装圆盘，棘轮结构设置在内套与外套之间。自启动叶片在竖直轴水轮机低速运行时，可以与升力型叶片一起为水轮机提供力矩使水轮机以更快的速度旋转；当水轮机转速很高时，自启动叶片系统利用水轮机飞轮的特性，将自启动叶片与水轮机主轴脱开，自启动装置的自启动叶片不会成为阻碍竖直轴水轮机加速运行的阻力。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为一种竖直轴潮流水轮机自启动装置的结构图。

图2为图1中A-A剖视图。

图3为竖直轴潮流水轮机的叶轮结构图。

图4为图1中Ⅰ放大图。

图5为竖直轴潮流水轮机自启动装置飞轮结构图。

图中：1、叶片与支撑臂连接螺栓，2、轮盘与支撑臂连接螺栓，3、安装圆盘，4、叶片，5、外套，6、垫片，7、螺母，8、轮盘，9、轮盘螺母，10、主轴，11、自启动叶片挡块，12、支撑臂，13、自启动叶片，14、联轴器，15、支撑臂，16、连接片，17、钢球，18、丝档，19、螺栓，20、内套，21、平档，22、千斤，23、千斤弹簧，24、棘轮。

具体实施方式：

图1、2、3、4、5示出了一种竖直轴潮流水轮机自启动装置的结构图。图中，竖直轴潮流水轮机自启动装置包括主轴10、叶片4和自启动叶片13，叶片4的两端经支撑臂12与固定在主轴10上的轮盘8连接，自启动叶片13两端通过水轮机飞轮机构与主轴10连接。水轮机飞轮机构包括内套20、外套5和一个棘轮结构，棘轮结构包括棘轮24、千斤22和千斤弹簧23，水轮机飞轮机构的两侧分别设有丝档18和平档21，外套5与丝档18和平档21之间的周向均设有钢球17，丝档18采用螺栓19固定在内套20上。内套20固定在主轴10上，外套5通过支撑臂15固定连接安装自启动叶片13的安装圆盘3，棘轮结构设置在内套20与外套5之间。安装圆盘3上设有6个自启动叶片13，每个自启动叶片13配有一个固定在安装圆盘3上的自启动叶片挡块11。

竖直轴潮流水轮机自启动装置是一种综合利用升力型叶片和阻力型叶片的装置。当潮流流过竖直轴水轮机时，由主轴10传递来至于叶片4和自启动叶片13的力矩，主轴10和叶片4之间由轮盘8和支撑臂12连接，叶片4与支撑臂12之间由叶片与支撑臂连接螺栓1连接，轮盘与支撑臂之间由轮盘与支撑臂连接螺栓2连接；主轴10与自启动叶片13是通过水轮机飞轮机构进行连接，自启动叶片13安装在安装圆盘3上，安装圆盘3通过自启动装置支撑臂15固定在水轮机飞轮机构上。竖直轴潮流水轮机的输出端连接联轴器14。水轮机飞轮机构是由多个零部件组装而成的，水轮机飞轮机构由内套20与主轴连接，水轮机飞轮机构外侧为外套5，在外套5和内套20之间是一个棘轮结构，棘轮结构包括千斤22和千斤弹簧23。水轮机飞轮机构两侧分别是丝档18和平档21，外套5与丝档18和平档21之间由钢球17隔离开，形成滚动摩擦，在丝档18与内套20之间由螺栓19进行加固。外套5与安装圆盘3之间由自启动装置支撑臂15连接，主轴10上的自启动飞轮机构上下两个为对称安装。安装圆盘3上安装6个自启动叶片13，每个自启动叶片13都对应有一个自启动叶片挡块11，此挡块的作用是防止自启动叶片13张开的角度太大，另一方面，在叶片合拢后自启动叶片挡块11防止叶片之间相互贴紧，因为叶片之间没有缝隙会影响叶片的张开。在主轴上各个部件径向需要固定，水轮机飞轮机构由主轴上的台阶和固定螺母7进行固定，水轮机飞轮机构与固定螺母7之间有一个垫片6；轮盘8由主轴上的台阶和固定轮盘螺母9进行固定。

所述水轮机飞轮机构的工作原理如下：当水轮机转速小于自启动叶片13旋转的最大转速，自启动叶片13带动棘轮24转动，这时棘轮内齿和千斤22相含，棘轮24的转动力通过千斤22传到内套20，内套20带动主轴10，自启动叶片13和升力型叶片4一起提供力矩使水轮机以更快的速度旋转。当水轮机转速大于自启动叶片13旋转的最大转速时，自启动叶片13和外套5都不随水轮机高转速一起旋转，主轴10仍然带动内套20和千斤22向前转动，这时与棘轮内齿产生相对滑动，由此将千斤22压缩到内套20的槽口内，千斤22又压缩了千斤弹簧23。当千斤22顶端滑到棘轮24内齿的顶端时，千斤弹簧23被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤22被千斤弹簧23推到齿根上，发出“嗒嗒”的声响。

Claims

1.一种竖直轴潮流水轮机自启动装置，它包括主轴（10）和叶片（4），其特征是：它还包括自启动叶片（13），所述叶片（4）的两端经支撑臂（12）与固定在主轴（10）上的轮盘（8）连接，所述自启动叶片（13）至少一端通过水轮机飞轮机构与主轴（10）连接；所述水轮机飞轮机构包括内套（20）、外套（5）和一个棘轮结构，内套（20）固定在主轴（10）上，外套（5）通过支撑臂（15）固定连接安装自启动叶片（13）的安装圆盘（3），所述棘轮结构设置在内套（20）与外套（5）之间。

2.根据权利要求1所述的竖直轴潮流水轮机自启动装置，其特点是：所述自启动叶片（13）两端通过水轮机飞轮机构与主轴（10）连接。

3.根据权利要求1所述的竖直轴潮流水轮机自启动装置，其特点是：所述棘轮结构包括棘轮（24）、千斤（22）和千斤弹簧（23），水轮机飞轮机构的两侧分别设有丝档（18）和平档（21），外套（5）与丝档（18）和平档（21）之间的周向均设有钢球（17），丝档（18）采用螺栓（19）固定在内套（20）上。

4.根据权利要求1所述的竖直轴潮流水轮机自启动装置，其特点是：所述安装圆盘（3）上设有5-8个自启动叶片（13），每个自启动叶片（13）配有一个固定在安装圆盘（3）上的自启动叶片挡块（11）。