CN104005908A - 一种叶片与中心轴夹角可调的叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种叶片与中心轴夹角可调的叶轮，包括叶轮骰、叶片，以及一个由与叶片数量相同的支撑杆、轴套管和弹簧等组成的支撑装置。在支撑杆与叶片保持同步转动的同时，如果流体流速超出设计的额定指标并发生变化，则流体力和弹簧力的作用将会失衡，使得轴套管在中心轴上自行滑动，实现同时改变叶轮上各叶片与中心轴间的夹角，这样即改变了流体对叶轮作用的横截面积，同时也改变了流体力在叶轮上的着力点到转动轴的距离，使得叶轮转矩基本保持稳定。适用风力发电和水力发电等领域，极大改善了叶轮的工作稳定性，使发电达到自动稳频、稳压目的，以及增强设备抵抗自然灾害的能力，延长设备使用寿命。

Description

一种叶片与中心轴夹角可调的叶轮
技术领域
本发明涉及叶轮，具体是一种叶片与中心轴夹角可调的叶轮。
背景技术
此前，在公开的资料中，对于可调叶片的叶轮中主要为各叶片在流体力（风力、水力）作用下各自绕叶片根部一转轴转动，以达到改变叶片质点切面与中心轴法面间的夹角，这样虽然能在外力变化情况下起到稳定叶轮扭矩的作用，但由于其叶轮机整体运动空间不变，即外力在叶片上的着力点到转轴间的距离保持不变，因而稳定叶轮扭矩的作用效果较为有限，抵抗台风等自然灾害的能力仍较弱。
发明内容
本发明的目的是将其设计成为一个叶片与中心轴夹角可调的叶轮，使得同时改变流体力（风力、水力）作用叶轮的横截面积大小和流体力在叶轮上的着力点到转动轴的距离（力臂／位失），以提高稳定叶轮转矩的作用效果，避免和减轻流体流速剧烈变化时对叶轮所造成的破坏。
实现本发明的技术方案是：叶片与中心轴夹角可调的叶轮，除叶轮骰、叶片外，还包含一个由与叶片数量相同的支撑杆和一个可在中心轴上滑动的轴承、轴承套和弹簧等组成的支撑装置。每个叶片根部与叶轮骰间进行活动连接，叶片根部稍外凸出位置与一条支撑杆的一端进行活动连接；各支撑杆的另一端与轴承套活动连接；轴承可以在中心轴上滑动，弹簧硬靠并作用轴承。
所述支撑装置可以设置在叶轮的前面，也可以设置在叶轮的后面，具体设计方案不同，所选用的弹簧类型及支撑杆所起到的作用不相同。如果弹簧设置在滑动轴承的后面，则要采用压簧，相反则要采用拉簧；而支撑杆位于叶轮的前面，则主要起到对叶片的拉扶作用，相反则主要起到对叶片的支撑作用。
本发明主要技术特征是：叶片与中心轴夹角可调的叶轮形同一个伞架一样，支撑杆与叶片保持同步转动的同时，如果流体流速超出设计的额定指标并发生变化，则流体力和弹簧力的作用将会失衡，使得支撑装置中各支撑杆连接轴承套的一端随轴承套在中心轴上自行滑动，实现同时改变叶轮上各叶片与中心轴间的夹角，这样即改变了流体对叶轮作用的横截面积，同时也改变了流体力在叶轮上的着力点到转动轴的距离（力臂／位失），而使叶轮转矩保持基本稳定。
所述轴承和轴承套，可以直接用一个可在中心轴上滑动的轴套管代替，各支撑杆的另一端与轴套管活动连接，如果流体流速超出设计的额定指标并发生变化，同样使得支撑装置中各支撑杆连接轴套管的一端随轴套管在中心轴上自行滑动，以同时改变和调节叶片与中心轴夹角，尤其适合叶轮与中心轴同步转动的情况。
本发明叶片与中心轴夹角可调的叶轮适用于所有流体力做功的场合，如风力发电和水力发电等，尤其适合风速和水流速度变化较大的情况，利用叶片与中心轴夹角可调的叶轮进行风力发电和水力发电，将极大改善自然风力和水力发电设备的工作稳定性，达到自动稳频、稳压目的，以及增强发电设备抵抗自然灾害的能力，延长设备使用寿命。
附图说明
附图1为一种单叶轮型实施例的结构原理示意图。
附图2为一种双叶轮型实施例的结构原理示意图。
图中：1. 叶片，2. 叶轮骰，3. 支撑杆，4. 轴承套，5. 轴承，6、9. 弹簧，7. 弹簧座，8. 端固件，10. “T”形轴套管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
实施例1：参照附图1，具体为一种单叶轮型叶片与中心轴夹角可调的叶轮的结构原理示意图，主要包括若干叶片（1）、一个叶轮骰（2）、与叶片相同数量的支撑杆（3）、一个轴承套（4）、一个轴承（5）、一个弹簧（6）和一个弹簧座（7）等。
附图1中，实现本发明的技术方案是：每个叶片（1）根部与叶轮骰（2）间进行活动连接，叶片根部稍外凸出处又与一条支撑杆（3）的一端进行活动连接；各支撑杆的另一端与轴承套（4）活动连接；轴承（5）可以在中心轴上滑动，弹簧（6）位于轴承与弹簧座（7）之间，紧靠并作用轴承。
本实施例1主要技术特征是：支撑杆与叶片保持同步转动的同时，如果流体流速超出设计的额定指标并发生变化，则流体力和弹簧力的作用将会失衡，使得支撑装置中各支撑杆连接轴承套的一端随轴承套在中心轴上自行滑动，实现同时改变叶轮上各叶片与中心轴间的夹角，这样即改变了流体对叶轮作用的横截面，同时也改变了流体力在叶轮上的着力点到转动轴的距离（力臂／位失），而使叶轮转矩保持基本稳定。
本实施例1中，弹簧类型为压簧，而支撑杆则主要起到对叶片的支撑作用。
本实施例1中，弹簧座（7）如果设计为可前后移动的弹簧座，则本实施例涉及的叶片与中心轴夹角可调的叶轮还具有可调节叶轮传输功率和可收放的特点，适用轻便可携带的小型风力发电设备和小型水力发电设备。
本实施例1单叶轮型叶片与中心轴夹角可调的叶轮可以应用到所有流体力做功的场合，如风力发电和水力发电等，尤其适合风速和水流速度变化较大的情况。利用叶片与中心轴夹角可调的叶轮，将极大改善自然风力和水力发电设备的工作稳定性，以及增强发电设备抵抗自然灾害的能力，延长设备使用寿命。
实施例2：参照附图2，具体为一种双叶轮型叶片与中心轴夹角可调的叶轮的结构原理示意图，包含两个叶轮的叶片（1）、叶轮骰（2），以及一个联动的支撑装置，主要由与叶片相同数量的支撑杆（3）、一个轴承套（4）、一个轴承（5）、二个弹簧（6、9）、一个“T”形轴套管（10）和“T”形轴套管上一个端固件（8）等构成。
附图2中，实现本实施例2的技术方案与实施例1基本相同，主要区别在于调节两个叶轮上叶片与中心轴夹角是由一个联动的支撑装置来实现的，该支撑装置位于两叶轮之间，中心部位为中心轴上一个可滑动的“T”形轴套管（10），弹簧（6）为公共作用的弹簧，位于“T”形轴套管与第二叶轮骰之间，“T”形轴套管上有一个弹簧（9），弹簧（9）前端为轴承（5），轴承（5）的前端为端固件（8），以限定轴承在“T”形轴套管上滑动，第一叶轮的支撑杆一端与轴承套（4）活动连接，第二叶轮的支撑杆一端与“T”形轴套管凸出的一端活动连接。
本实施例2除与实施例1有基本相同的技术特征外，两个叶轮上的叶片还具有同时调节受控的特点，但由于弹簧（9）的作用，使得前端叶轮上的叶片向后倾的幅度会额外增大。如果弹簧（9）更换为非伸缩件，即为轴承（5）直接固定在“T”形轴套管的前端，则前后两个叶轮上的叶片会完全同步调节控制。
本实施例2中，两个叶轮各自独立转动，实际应用时，一般需要与一个混合动力合成装置连接，以实现合二为一的目的。
实施例2中，弹簧（6、9）均为压簧，而前后两组支撑杆分别起到对前后叶轮上叶片的支撑和拉扶作用。
本实施例2双叶轮型叶片与中心轴夹角可调的叶轮的应用范围及特点与实施例1相同，但双叶轮型叶片与中心轴夹角可调的叶轮，会更加高效利用风能和水力能。

Claims (5)

1.叶片与中心轴夹角可调的叶轮，主要包括叶片（1）、叶轮骰（2），以及一个由与叶片数量相同的支撑杆（3）和一个轴承（5）、轴承套（4）、弹簧（6）和弹簧座（7）等组成的支撑装置，每个叶片根部与叶轮骰间进行活动连接，叶片根部稍外凸出处又与一条支撑杆的一端进行活动连接，各支撑杆的另一端与轴承套活动连接，弹簧硬靠并作用轴承，主要特征是：叶片与中心轴夹角可调的叶轮形同一个伞架一样，支撑杆与叶片保持同步转动的同时，如果流体流速超出设计的额定指标并发生变化，则流体力和弹簧力的作用将会失衡，使得轴承在中心轴上滑动，以同时改变叶轮上各叶片与中心轴间的夹角，改变流体对叶轮作用的横截面积和流体力在叶轮上的着力点到转动轴的距离，使叶轮转矩保持基本稳定。
2.根据权利要求1所述的叶片与中心轴夹角可调的叶轮涉及的轴承（5）和轴承套（4），可以直接用一个可在轴上滑动的轴套管来代替，各支撑杆的另一端与轴套管活动连接，如果流体流速超出设计的额定指标并发生变化，同样使得支撑装置中各支撑杆连接中心轴套管的一端随轴套管在中心轴上自行滑动，以同时改变和调节叶片与中心轴夹角。
3.根据权利要求1所述的叶片与中心轴夹角可调的叶轮涉及的弹簧座（7），可以将其设为可前后移动的弹簧座，使得本发明涉及的叶片与中心轴夹角可调的叶轮，同时还具有可调节叶轮传输功率和与伞一样可收放的特点。
4.根据权利要求1所述的叶片与中心轴夹角可调的叶轮涉及为二个独立转动的叶轮时，除相应的叶轮骰（2）、叶片（1）外，还包含一个位于两叶轮之间的联动支撑装置，该联动支撑装置主要由与叶片相同数量的支撑杆（3）、一个轴承套（4）、一个轴承（5）、二个弹簧（6、9）、一个“T”形轴套管（10）和轴套管上一个端固件（8）等构成；其中可滑动的“T”形轴套管（10）位于中心部位，弹簧（6）位于“T”形轴套管与第二叶轮骰之间，“T”形轴套管上有一个弹簧（9），弹簧（9）前端为轴承（5），轴承（5）的前端为轴套管上的端固件（8），第一叶轮的支撑杆一端与轴承套（4）活动连接，第二叶轮的支撑杆一端与“T”形轴套管的凸出端活动连接；主要特征是：支撑杆与直接相连叶片保持同步转动的同时，如果流体流速超出设计的额定指标并发生变化，则流体力和弹簧力的作用将会失衡，使得轴承（5）在轴套管（10）上滑动和轴套管（10）在中心轴上滑动，以同时改变两个叶轮上各叶片与中心轴间的夹角，弹簧（9）的作用使得前端叶轮上的叶片向后倾的幅度会额外增大。
5.根据权利要求4所述的双叶轮型的叶片与中心轴夹角可调的叶轮涉及的位于轴套管（10）上的弹簧（9），可以用非伸缩件代替，即为轴承（5）直接固定在轴套管（10）前端部位，其特征在于前后两个叶轮上的叶片与中心轴的夹角会完全受公共弹簧（6）作用，并实现完全同步调节控制。
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