CN104481790A - 一种直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机，包括整流罩、轮毂、均匀设置在轮毂上的叶片、发电机和塔架，叶片根部的底端与内齿式轴承的内圈固定连接，内齿式轴承的外圈与轮毂固定连接，内齿式轴承的下端固连底盘，底盘下端安装变桨电机，变桨电机的下端设置变桨电机编码器，变桨电机的输出轴穿过底盘上设置的安装孔，且输出轴上套装小齿轮，小齿轮与所述内齿式轴承的内圈齿啮合，叶片的根部的中间位置设置叶片编码器，叶片编码器和变桨电机编码器通过导线与控制电路连接。本发明结构紧凑、体积小，并且可利用每个电机独立控制每个叶片偏角的变桨距结构设计可以及时、准确的对复杂水流方向做出相应改变。

Description

一种直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机

技术领域

本发明涉及一种潮流能发电水轮机，尤其涉及一种直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机。

背景技术

潮流能发电水轮机是一种利用海水流动所产生的动能带动机组的叶轮(包括叶片和轮毂)旋转而发出电能的设备。潮流能发电水轮机在各个国家的研究兴起于21世纪初，该设备的工作原理和传统风力发电机组的工作原理十分类似。由于海水的平均密度是空气的800倍左右，所以两种机组在相同功率等级的条件下，潮流能发电水轮机组的整体尺寸要比风力发电机组的整体尺寸小很多。

通常潮流能发电水轮机组安装在具有往复流动特性的水道中，比如河道的入海口或者是两个岛屿直接的航道。现有潮流能水轮机的基本由叶轮、增速装置、发电机和底座等部分组成。首先是变桨距问题。叶轮利用叶片接受水流冲刷而产生动能，由于水流的方向可变性，需要设计变桨机构调节叶片偏角使叶片处于最佳获能位置。公开号CN201110165738.X提出一种用伺服电机通过锥齿轮的啮合传动直接带动每个叶片转动的同步变桨驱动。这种方式结构简单，可靠性高，易于实施各种控制，在复杂的潮流能变化环境中，变桨装置对于驱动力和变桨角度等要求都很高，这种形式的变桨使得叶片桨距角变换的不精确，而且锥齿轮和叶片锥齿轮的间隙不易调节。公开号CN201410018223.0中提出一种应用于风机的独立变桨距系统和驱动装置，利用三个变桨电机驱动三个叶片，实现对每个叶片的单独偏角控制，这种变桨方式很适适合运用于复杂潮流环境中的水轮机叶片的桨距角控制，但是由于独立设计三个变桨结构造成叶轮轮毂体积巨大，重量增加，机组固定时的悬臂刚度变弱。其次传统的潮流能水轮机的组成形式造成机组体积庞大，主轴过长，强度不高；由于水轮机工作于水下，其各部分之间的密封难度也很大。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种叶片能独立转动、体积小的直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机。

本发明的目的是这样实现的：包括整流罩、与整流罩固定连接的轮毂、均匀设置在轮毂上的叶片、通过法兰盘与轮毂固定连接的发电机和与发电机固定连接的塔架，还包括内齿式轴承，所述叶片根部的底端与内齿式轴承的内圈固定连接，内齿式轴承的外圈与轮毂固定连接，内齿式轴承的下端固连底盘，底盘下端安装变桨电机，变桨电机的下端设置变桨电机编码器，变桨电机的输出轴穿过底盘上设置的安装孔，且输出轴上套装小齿轮，小齿轮与所述内齿式轴承的内圈齿啮合，所述叶片的根部的中间位置设置叶片编码器，叶片编码器和变桨电机编码器通过导线与控制电路连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述发电机包括发电机箱体、主轴、套装在主轴上的转子和安装在发电机箱体上的定子，所述通过法兰盘与轮毂固定连接的发电机是指主轴通过法兰盘与轮毂固定连接，所述主轴的中心设置通孔，主轴的端部设置导电滑环，导电滑环的端部设置主轴编码器，主轴编码器通过导线与控制电路相连，所述叶片编码器和变桨电机编码器通过导线与控制电路连接是指叶片编码器和变桨电机编码器的导线穿过所述通孔和导电滑环与控制电路连接，主轴的端部还套装刹车盘

2.所述叶片的个数是2-4个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种应用于水轮机组的叶片进行独立转动、互不影响的控制方式，每个变桨电机控制每个叶片的桨距角，而利用每个电机独立控制每个叶片偏角的变桨距结构设计可以及时、准确的对复杂水流方向做出相应改变，同时，将变桨驱动的外啮合传动设计为内啮合传动，减小水轮机轮毂体积，从而在实现潮流能发电水轮机组的功率控制和自动对流的同时尽量减小轮毂体积，增加机组整体刚度。同时直驱式发电机的设计简化了潮流能发电水轮机组的组成，舍去增速装置，减小主轴长度和机组体积，提高整台机组的稳定性、可靠性和使用寿命。本发明机组的结构紧凑、易于安装、调试，易于在海水施工，在吊装和维护方面的成本较低降低机组制造和施工成本，是今后潮流能发电水轮机组的主要发展趋势。而且本发明的同步发电机箱的设计省去增速装置，简化水轮机总体机械结构，减轻重量，提高了主轴强度，便于机组维修。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的叶轮部分的结构图；

图3是本发明的发电机部分的结构图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2和图3，本发明包括叶轮A、发电机B和塔架C，具体的说是包括整流罩1、与整流罩1固定连接的轮毂3、均匀设置在轮毂3上的叶片4、通过法兰盘11与轮毂3固定连接的发电机B和与发电机B固定连接的塔架C，还包括内齿式轴承6，所述叶片4根部的底端与内齿式轴承6的内圈固定连接，内齿式轴承6的外圈与轮毂3固定连接，内齿式轴承6的下端固连底盘9，底盘9下端安装变桨电机8，变桨电机8的下端设置变桨电机编码器22，变桨电机8的输出轴穿过底盘9上设置的安装孔，且输出轴上套装小齿轮7，小齿轮7与所述内齿式轴承6的内圈齿啮合，这样通过变桨电机8输出轴上的小齿轮7与内齿式轴承6的内齿圈内啮合传动，可以实现叶片4与轮毂3的相对转动，进而完成对叶片4角度的独立调节，所述叶片4的根部的中间位置设置叶片编码器10，用来测量叶片4转动的角度；叶片编码器10和变桨电机编码器22通过导线与控制电路连接。所述叶片4的个数是2-4个，均匀设置在轮毂上即可。所述发电机B包括发电机箱体17、主轴15、套装在主轴15上的转子23和安装在发电机箱体17上的定子16，所述通过法兰盘11与轮毂3固定连接的发电机B是指主轴15通过法兰盘11与轮毂3固定连接，所述主轴15的中心设置通孔，主要用来走线，主轴15的端部设置导电滑环20，导电滑环20的端部设置主轴编码器21，主轴编码器21通过导线与控制电路相连，所述叶片编码器10和变桨电机编码器22通过导线与控制电路连接是指叶片编码器10和变桨电机编码器22的导线穿过所述通孔和导电滑环20与控制电路连接，主轴15的端部还套装刹车盘18，当在工作过程中，出现意外情况，可以先把叶片4调到顺桨状态，降低叶轮A转速，然后在通过刹车盘18，使叶轮A停止转动。同时在主轴15端面处，通过连接轴19和联轴器连接着主轴编码器21，用了测量主轴18的转速。

叶片4的转动通过轮毂3与发电机B的主轴15固定连接传递到发电机B的转子23部位，转动产生电能。本发明设计为独立变桨机构，利用单独的变桨电机8控制每个叶片4的桨距角，这样就可以在每一个叶片4根部用联轴器连接一个叶片编码器10，用来测量叶片4转动的角度，反馈给控制电路的控制器进行进一步调整。整流罩1的材料一般选用轻材质材料，它罩在前端盖2外面，减少潮流流体阻力。

本发明在工作过程中，通过变桨电机8的转动，来达到控制叶片4桨距角的变化，使每个叶片4可以绕自身中心轴线转动，达到对叶片7进行独立变桨的效果。叶片4的回转角度取决于变桨电机8的旋转角度，在每个叶片4根部，用联轴器把叶片4根部与叶片编码器10连接，来测量叶片4的变桨角度。同时变桨电机8自身的编码器29和叶片4根部的叶片编码器10又起着互相检验的作用，当任意一个编码器失效，可用另一个编码器来控制叶片4的桨距角，同时也传达了一个报警信号，提示维修人员及时检修。

在轮毂3端面开有深槽，装有叶片动密封5，其作用是防止海水在叶片4转动过程中，渗入到叶轮A内部，在发电机箱体17靠近法兰盘11的端部设置有主轴机械动密封12，而其它一些结合面，都安装有优质的O型密封圈，以防止海水进入轮毂3内。

选择合适的水深后，将本发明的直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机安装在具有往返流动特性的水道中，当潮流速度达到启动速度时，叶片4的节距角调节到最小值附近，叶片4构成的叶轮在潮流的冲击下转动，通过主轴15带动同步发电机B发电。当流速超过额定流速时，调节叶片4的节距角从而控制机组的输出功率，以保证机组能有稳定的功率输出。当潮流换向时，叶片4的节距角跟着转动180度，实现机组的双向流运行。

Claims (3)

1.一种直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机，其特征在于：包括整流罩、与整流罩固定连接的轮毂、均匀设置在轮毂上的叶片、通过法兰盘与轮毂固定连接的发电机和与发电机固定连接的塔架，还包括内齿式轴承，所述叶片根部的底端与内齿式轴承的内圈固定连接，内齿式轴承的外圈与轮毂固定连接，内齿式轴承的下端固连底盘，底盘下端安装变桨电机，变桨电机的下端设置变桨电机编码器，变桨电机的输出轴穿过底盘上设置的安装孔，且输出轴上套装小齿轮，小齿轮与所述内齿式轴承的内圈齿啮合，所述叶片的根部的中间位置设置叶片编码器，叶片编码器和变桨电机编码器通过导线与控制电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机，其特征在于：所述发电机包括发电机箱体、主轴、套装在主轴上的转子和安装在发电机箱体上的定子，所述通过法兰盘与轮毂固定连接的发电机是指主轴通过法兰盘与轮毂固定连接，所述主轴的中心设置通孔，主轴的端部设置导电滑环，导电滑环的端部设置主轴编码器，主轴编码器通过导线与控制电路相连，所述叶片编码器和变桨电机编码器通过导线与控制电路连接是指叶片编码器和变桨电机编码器的导线穿过所述通孔和导电滑环与控制电路连接，主轴的端部还套装刹车盘。

3.根据权利要求1或2所述的一种直驱式独立变桨距潮流能发电水轮机，其特征在于：所述叶片的个数是2-4个。