CN103925140B - 直叶式竖轴水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供直叶式竖轴水轮机，主轴为空心轴，主轴安装在机体上，主轴上固接高速级小齿轮、输出齿轮和转盘箱，输出齿轮与发电机齿轮配合把转矩传给发电机，高速级小齿轮与变速箱体内的齿轮配合，变速箱体为二级变速，换向涡轮与变速箱体固接，蜗杆由伺服电机控制，变速箱体输出轴为中间轴，中间轴穿过主轴与传动齿轮固接，转盘箱内的传动齿轮与多个均布叶片齿轮配合，叶片轴穿过转盘箱与叶片齿轮和叶片固接，叶片支撑架与转盘箱固接起支撑作用，转盘箱旋转一周叶片绕叶片轴旋转半周。本发明在低流速的情况下也能工作，改善了能量利用率，同时采用内部换向涡轮来改变迎流方向，当水流方向发生改变时，水轮机也能正常工作。

Description

直叶式竖轴水轮机

技术领域

本发明涉及的是一种发电装置，具体地说是水力发电装置。

背景技术

目前，潮汐能水轮机主要分为竖直轴水轮机和水平轴水轮机。竖直轴水轮机按其叶片形状可分为直叶片式、螺旋叶片式及外加导流罩式，按驱动力来源又可分为升力型水轮机和阻力型水轮机，按叶片攻角的可调性可分为固定攻角式和可变攻角式，固定攻角式水轮机结构简单制造方便，但能量利用率不高，可变攻角式水轮机能量利用率相对较高。传统的竖直轴水轮机主要靠升力来提供驱动力，因此能力利用率很低，且起转流速要求也高，水平轴水轮机对水的流速又有一定要求且需要复杂的换向装置来改变整个水轮机的迎流方向。

意大利的Ponte di ArchimedeS.P.A(PDA)公司制造的“Kobold”直叶式竖轴水轮机于2005年在墨西哥建成了漂浮式发电站，并成功接入电网，但因水轮机叶片不可改变攻角，且只利用了升力来提供动力，因此效率比较低只有0.23左右。

发明内容

本发明的目的在于提供能够一定程度上提高转换效率的直叶式竖轴水轮机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明直叶式竖轴水轮机，其特征是：包括机体、转盘箱、变速箱体、中间轴、叶片、蜗轮蜗杆机构，叶片通过叶片轴安装在叶片支撑架上，叶片支撑架与转盘箱固连并与机体通过第一轴承相连，转盘箱里设置传动齿轮、叶片齿轮，传动齿轮与叶片齿轮相啮合，叶片齿轮安装在叶片轴上，叶片轴与转盘箱通过第二轴承相连，转盘箱上安装主轴，主轴的端部伸入至变速箱体，中间轴套装于主轴内，中间轴一端安装传动齿轮，中间轴另一端通过第三轴承与变速箱体相连，变速箱体里安装低速级大齿轮、低速级小齿轮、高速级大齿轮、高速级小齿轮，低速级小齿轮与高速级大齿轮均安装在减速齿轮轴上，减速齿轮轴的两端与变速箱体分别通过第四-第五轴承相连，低速级大齿轮安装在中间轴上，高速级小齿轮安装在主轴上，低速级大齿轮与低速级小齿轮相啮合，高速级大齿轮与高速级小齿轮相啮合，主轴上安装输出齿轮，输出齿轮与发电机齿轮相啮合，发电机齿轮通过发电机轴连接发电机，蜗轮蜗杆机构包括换向蜗轮和蜗杆，蜗杆与换向蜗轮相配合，换向蜗轮安装在变速箱体轴上，变速箱体轴与变速箱体相连，驱动蜗杆从而使变速箱体转动，中间轴与主轴产生不同的转角，进而改变叶片的攻角。

本发明还可以包括：

1、所述的叶片以及与叶片相配合的叶片齿轮至少均有四个，沿转盘箱均匀布置。

2、叶片横截面为菱形、长方形或椭圆形。

本发明的优势在于：本发明提供了一种新的改变攻角方式，使升力与阻力同时作为驱动力，在低流速的情况下也能工作，改善了能量利用率，同时采用内部换向涡轮来改变迎流方向，当水流方向发生改变时，水轮机也能正常工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的转盘箱内部结构示意图；

图3为本发明的叶片横截面形状示意图。

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1～3，本发明包括换向涡轮14、变速箱体16、主轴7、中间轴21、输出齿轮8、发电机齿轮19、传动齿轮6、转盘箱22、叶片齿轮5、叶片轴4、叶片3、机体1和发电机17等。叶片轴4与叶片3、叶片齿轮5固连，主轴7为空心轴，主轴7与转盘箱22、中间轴21、高速级小齿轮20固连，中间轴21穿过主轴7与传动齿轮6、低速级大齿轮12固连，变速箱体16与换向涡轮14固连，传动齿轮6与叶片齿轮5在转盘箱22内配合，换向涡轮14、变速箱体16、输出齿轮8、发电机齿轮19等在机体内部，叶片3可绕叶片轴4旋转，主轴7用轴承固定在机体1上，中间轴21可在主轴7中间旋转，变速箱体16可绕变速箱体轴15旋转，变速箱体轴15、主轴7、中间轴21共线，输出齿轮8与发电机齿轮19配合，蜗杆13用伺服电机控制，叶片3为直叶片，叶片3截面为中心对称型，如菱形、矩形、椭圆形。

叶片3可绕主轴7旋转同时也可绕叶片轴4旋转，当主轴7旋转一周时叶片3绕叶片轴4旋转半周，叶片3旋转方向与主轴7旋转方向相同，叶片3顺流时主要靠阻力来提供动力，叶片横流时主要靠升力来提供动力，换向涡轮14可改变叶片整体的迎流方向，主轴7上的输出齿轮8与发电机齿轮19配合把扭矩传递给发电机17发电。

直叶式竖轴水轮机包括机体1、叶片支撑架2、叶片3、叶片轴4、叶片齿轮5、传动齿轮6、主轴7、输出齿轮8、高速级大齿轮9、低速级小齿轮10、减速齿轮轴11、低速级大齿轮12、蜗杆13、换向涡轮14、变速箱体轴15、变速箱体16、发电机17、发电机轴18、发电机齿轮19、高速级小齿轮20、中间轴21、转盘箱22。机体分为两个部分，上部分为箱体状，下部分为支架状，机体内部安装换向涡轮14、变速箱体16、主轴7、中间轴21、输出齿轮8、发电机齿轮19等。机体外部有叶片3、转盘箱22、叶片支撑架2等。

当叶片3受水流的冲击时转盘箱22转动，与转盘箱22固连的主轴7把动力传递给发电机17发电，同时主轴7由变速箱体16的变速带动传动齿轮6转动，与传动齿轮6配合的叶片齿轮5使叶片攻角相应的变化，通过机械的方式巧妙的改变了叶片的攻角，使叶片受到的阻力与升力都成为驱动力，提升了水轮机的效率。

主轴7为空心轴，中间轴21穿过主轴7，主轴7与中间轴21一端深入变速箱体16内另一端延伸至机体1外部，转盘箱22与主轴7固连，转盘箱22内部安装叶片齿轮5、叶片轴4、传动齿轮6、中间轴21，叶片轴4伸出转盘箱22与叶片3固连，叶片支撑架2与叶片3和机体1轴承连接与转盘箱22固连，叶片3在机体1外部，水流可从任意方向流向叶片3。

换向涡轮14与变速箱体16固连与机体1轴承连接，在换向涡轮14的带动下变速箱体16可绕变速箱体轴15旋转，主轴7与中间轴21深入变速箱体16内与变速箱体用轴承连接，变速箱体16为同轴式二级变速器。

输出齿轮8在变速箱体16与转盘箱22之间，且在机体1内部并与主轴7固连，输出齿轮8与发电机齿轮19配合把扭矩传递给发电机17从而发电。

发电机17固连在机体1上，发电机轴18与发电机齿轮19固连，发电机轴18的一端轴承连接与机体1上。

转盘箱22与主轴7固连，中间轴21穿过主轴7与转盘箱22内部用轴承连接，传动齿轮6与中间轴21固连与均布的多个3个以上叶片齿轮5配合，叶片轴4与转盘箱22轴承连接，叶片3可绕叶片轴4旋转，转盘箱22可绕主轴7旋转。

变速箱体轴15、中间轴21、主轴7与转盘箱22均同轴并置于机体1中央，所有叶片3均在一个圆环内并等间距均匀布置。

新型直叶式竖轴水轮机，包括机体1、叶片支撑架2、叶片3、叶片轴4、叶片齿轮5、传动齿轮6、主轴7、输出齿轮8、高速级大齿轮9、低速级小齿轮10、减速齿轮轴11、低速级大齿轮12、蜗杆13、换向涡轮14、变速箱体轴15、变速箱体16、发电机17、发电机轴18、发电机齿轮19、高速级小齿轮20、中间轴21、转盘箱22，主轴7为空心轴，主轴安装在机体1上，主轴上固接高速级小齿轮20、输出齿轮8和转盘箱22，输出齿轮8与发电机齿轮19配合把转矩传给发电机，高速级小齿轮20与变速箱体内的齿轮配合，变速箱体为二级变速，换向涡轮14与变速箱体16固接，蜗杆13由伺服电机控制，变速箱体输出轴为中间轴21，中间轴穿过主轴7与传动齿轮6固接，转盘箱内的传动齿轮6与多个均布叶片齿轮5配合，叶片轴4穿过转盘箱与叶片齿轮5和叶片3固接，叶片支撑架2与转盘箱22固接起支撑作用，转盘箱旋转一周叶片绕叶片轴旋转半周，转盘与叶片旋转方向相同。

叶片轴4与叶片齿轮5、叶片3固接，叶片3可绕叶片轴4旋转。

叶片3横截面呈中心对称形状，如菱形、长方形、椭圆形等。

中间轴21穿过主轴7与传动齿轮6固接，传动齿轮6与四个以上均布的叶片齿轮5配合传动。

传动齿轮6与叶片齿轮5在转盘箱22内，转盘箱22与主轴7固接。

变速箱体16与换向涡轮14固接，变速箱体16的输入轴为主轴7，输出轴为中间轴21。

换向涡轮14可改变叶片3迎流方向，当叶片顺流时叶片迎流面积最大阻力最大，当叶片逆流时迎流面积最小阻力最小。

主轴7上固接输出齿轮8，输出齿轮8与发电机齿轮19配合发电。

发电机17固接在机体1上，发电机轴18与发电机齿轮19固接联动。

Claims (3)

1.直叶式竖轴水轮机，其特征是：包括机体、转盘箱、变速箱体、中间轴、叶片、蜗轮蜗杆机构，叶片通过叶片轴安装在叶片支撑架上，叶片支撑架与转盘箱固连并与机体通过第一轴承相连，转盘箱里设置传动齿轮、叶片齿轮，传动齿轮与叶片齿轮相啮合，叶片齿轮安装在叶片轴上，叶片轴与转盘箱通过第二轴承相连，转盘箱上安装主轴，主轴的端部伸入至变速箱体，中间轴套装于主轴内，中间轴一端安装传动齿轮，中间轴另一端通过第三轴承与变速箱体相连，变速箱体里安装低速级大齿轮、低速级小齿轮、高速级大齿轮、高速级小齿轮，低速级小齿轮与高速级大齿轮均安装在减速齿轮轴上，减速齿轮轴的两端与变速箱体分别通过第四、第五轴承相连，低速级大齿轮安装在中间轴上，高速级小齿轮安装在主轴上，低速级大齿轮与低速级小齿轮相啮合，高速级大齿轮与高速级小齿轮相啮合，主轴上安装输出齿轮，输出齿轮与发电机齿轮相啮合，发电机齿轮通过发电机轴连接发电机，蜗轮蜗杆机构包括换向蜗轮和蜗杆，蜗杆与换向蜗轮相配合，换向蜗轮安装在变速箱体轴上，变速箱体轴与变速箱体相连，驱动蜗杆从而使变速箱体转动，中间轴与主轴产生不同的转角，进而改变叶片的攻角。

2.根据权利要求1所述的直叶式竖轴水轮机，其特征是：所述的叶片以及与叶片相配合的叶片齿轮至少均有四个，沿转盘箱均匀布置。

3.根据权利要求1或2所述的直叶式竖轴水轮机，其特征是：叶片横截面为菱形、长方形或椭圆形。