CN104595090A - 一种水平轴潮流能水轮机叶轮 - Google Patents

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Abstract

一种水平轴潮流能水轮机叶轮，属于海洋能可再生能源开发领域。该水轮机叶轮的叶片连接座与轮毂之间的夹角a为6-8度角，叶片连接座采用槽形结构，轮毂中间采用中空结构，叶片采用中空流线型结构，在叶片的叶根处固定连接一个叶片连接块，叶片连接块与采用槽形结构的叶片连接座相配合，并采用轮毂定位销把叶片连接块固定在叶片连接座的槽形结构中。旋转控制机构设置在中空的轮毂和叶片中，并设有轴承支撑结构。控制器根据叶轮转速控制伺服电机依次经驱动轴、驱动轴齿轮、从动轴齿轮和从动轴控制附翼的开合。该水轮机叶轮改善了水平轴潮流能水轮机的整体性能，提升了潮流能捕获能力，是一种叶片形式合理、效率高、运行安全稳定可靠的水轮机叶轮。

Description

一种水平轴潮流能水轮机叶轮
技术领域
本发明涉及一种水平轴潮流能水轮机叶轮，属于海洋能可再生能源开发领域。用于提高大功率水平轴潮流能水轮机的获能效率，自启动性能以及优化的水轮机叶片安装方式。
背景技术
国际能源局势日趋紧张，新能源的开发与利用已经成为人们必然的选择。近年来，潮流能作为一种清洁、可再生能源，其开发利用备受关注。目前潮流能获能装置分为水平轴潮流能水轮机和竖直轴潮流能水轮机两大类，水平轴潮流能水轮机以其效率高、运行平稳得到广泛应用。我国多为半日潮即每天涨落两次且流速偏低，由于水轮机自启动能力不理想，需要启动流速过高，致使水轮机每天大部分时间将不能工作，极大的降低了潮流能捕获量，损失大量能源；水平轴潮流能水轮机捕获潮流能主要依靠叶片阻水产生扭矩，水轮机叶片是由各个截面上的翼型根据一定安装角组合而成，现在采用的叶根形式导致叶根部分翼型基本不做功，对水平轴潮流能水轮机的获能效率造成不良影响；现在水轮机采用的法兰盘安装形式安装过程复杂，不能准确保证叶片安装角，且常有腐蚀的情况发生。
发明内容
为克服现有水平轴潮流水轮机的弱点，本发明提供一种水平轴潮流能水轮机叶轮，以改善水平轴潮流能水轮机的整体性能，提升潮流能捕获能力的一种叶片形式合理、效率高、运行安全稳定可靠的水轮机叶轮。
本发明采用的技术方案是：一种水平轴潮流能水轮机叶轮，它包括一个轮毂和周向均匀设置在轮毂上的几个叶片，它还包括设置在叶片上的附翼和驱动附翼转动的旋转控制机构，所述轮毂的周边设有与叶片数相对应的叶片连接座，所述叶片连接座与轮毂之间的夹角a为6-8度角，叶片连接座采用槽形结构，轮毂中间采用中空结构，叶片采用中空流线型结构，在叶片的叶根处固定连接一个叶片连接块，叶片连接块与采用槽形结构的叶片连接座相配合，并采用轮毂定位销把叶片连接块固定在叶片连接座的槽形结构中；所述旋转控制机构设置在中空的轮毂和叶片中，并设有轴承支撑结构，位于轮毂中空结构中的伺服电机经联轴器连接驱动轴，固定在驱动轴端部的驱动轴齿轮与固定在从动轴端部的从动轴齿轮相啮合，从动轴与位于叶片表面的附翼固定连接；由蓄电池供电的伺服电机依次经驱动轴、驱动轴齿轮、从动轴齿轮和从动轴控制附翼的开合，在转速传感器测得的转速高于预设的叶轮转速时，控制器控制伺服电机使附翼位于闭合状态，在转速传感器测得的转速低于预设的叶轮转速时，控制器控制伺服电机使附翼位于打开状态。
所述轮毂采用三角形结构，在轮毂的三边各设置一个叶片。
所述转速传感器设置在本体内的转速传感器固定支架上，与固定在主轴上的测速齿轮位置相配合。
上述技术方案提出了叶片与附翼的解决方式，该装置通过测速齿轮测量主轴转速，当主轴转速低于预设工作转速时则判定处于启动状态，通过传感器将信号传递给位于轮毂罩内的控制器，控制器控制固定于固定垫板的伺服电机，伺服电机驱动驱动轴转动，通过齿轮传动使附翼张开一定角度，使得叶片获得更大阻水面积，提高对潮流能能量的利用率，使得在低速，非迎流等条件下也能顺利启动。而当主轴转速高于预设值时，判定为工作状态，将通过相同机制控制附翼收回，保证水轮机正常、稳定运行。
按照该技术方案，当水平轴潮流能水轮机在水里时，在来流条件不好，水轮机低转速的情况下，叶片附翼展开增大阻水面积，产生更大力矩，有效利用海水能量，使水轮机能够在较低来流状态下启动或维持运行，当来流条件理想，水轮机运行转速较高时收回附翼，减小叶片阻力，使潮流能水轮机稳定运行，该技术方案较变桨运行等方案具有更高的稳定性，以及更强的可操作性，十分适宜水平轴潮流能水轮机使用，可以使水平轴潮流能水轮机具有在较恶劣情况下的运行能力。
本发明的有益效果是：这种水平轴潮流能水轮机叶轮包括轮毂、叶片、附翼和驱动附翼转动的旋转控制机构，叶片连接座与轮毂之间的夹角a为6-8度角，叶片连接座采用槽形结构，轮毂中间采用中空结构，叶片采用中空流线型结构，在叶片的叶根处固定连接一个叶片连接块，叶片连接块与采用槽形结构的叶片连接座相配合，并采用采用轮毂定位销把叶片连接块固定在叶片连接座的槽形结构中。旋转控制机构设置在中空的轮毂和叶片中，并设有轴承支撑结构。控制器根据叶轮转速控制伺服电机依次经驱动轴、驱动轴齿轮、从动轴齿轮和从动轴控制附翼的开合。该水轮机叶轮改善了水平轴潮流能水轮机的整体性能，提升了潮流能捕获能力，是一种叶片形式合理、效率高、运行安全稳定可靠的水轮机叶轮。
附图说明
图1是一种水平轴潮流能水轮机叶轮的结构图。
图2是一种水平轴潮流能水轮机叶轮的叶片剖视图。
图3是叶片俯视图及叶根安装形式示意图。
图4是水轮机自启动时叶片状态图。
图5是轮毂俯视图。
图6是叶片主视图。
图7是图6中的叶片左视图。
图8是图6中的A-A剖视图。
图9是图6中的B-B剖视图。
图10是图6中的C-C剖视图。
图11是图6中的D-D剖视图。
图12是水平轴潮流能水轮机示意图。
图中：1、叶片，1a、叶片连接块，1b、叶根，2、叶片连接座，3、轮毂，4、驱动轴垫片，5、驱动轴固定螺母，6、驱动轴，7、轮毂定位销，8、控制器，9、蓄电池，10、轴承基座，11、附翼，12、从动轴，13、从动轴齿轮，14、从动轴固定螺母，15、从动轴垫片，16、驱动轴齿轮，17、联轴器，18、固定垫板，19、伺服电机，20、固定销，21、驱动轴轴承基座，22、驱动轴孔，23、叶根定位销孔，24、轮毂罩，25、主轴联轴器，26、测速齿轮，27、主轴，28、转速传感器固定支架，29、固定螺栓，30、转速传感器，31、本体。
具体实施方式
图1、2、3、4、5示出了一种水平轴潮流能水轮机叶轮的结构图。图中，水平轴潮流能水轮机叶轮包括一个采用三角形结构的轮毂3、周向均匀设置在轮毂3上的三个叶片1、在叶片1上的附翼11和驱动附翼11转动的旋转控制机构。轮毂3的周边设有三个叶片连接座2，叶片连接座2与轮毂3之间的夹角a为7度角（如图3、4、5所示），叶片连接座2采用槽形结构，轮毂3中间采用中空结构，叶片1采用中空流线型结构，在叶片1的叶根1b处固定连接一个叶片连接块1a，叶片连接块1a与采用槽形结构的叶片连接座2相配合，并采用两个轮毂定位销7把叶片连接块1a固定在叶片连接座2的槽形结构中。旋转控制机构设置在中空的轮毂3和叶片1中，并设有三个轴承基座10和一个驱动轴轴承基座21，位于轮毂3中空结构中的伺服电机19经联轴器17连接驱动轴6，固定在驱动轴6端部的驱动轴齿轮16与固定在从动轴12端部的从动轴齿轮13相啮合，从动轴12与位于叶片1表面的附翼11固定连接。由蓄电池9供电的伺服电机19依次经驱动轴6、驱动轴齿轮16、从动轴齿轮13和从动轴12控制附翼11的开合，在转速传感器30测得的转速高于预设的叶轮转速时，控制器8控制伺服电机19使附翼11位于闭合状态，在转速传感器30测得的转速低于预设的叶轮转速时，控制器8控制伺服电机19使附翼11位于打开状态。
图6、7、8、9、10、11示出了水轮机叶片的结构图。叶片1采用中空流线型结构，在叶片1的叶根1b处固定连接一个叶片连接块1a，叶片连接块1a上设有两个叶根定位销孔23，A-A剖视图、B-B剖视图、C-C剖视图和D-D剖视图给出了叶片1在不同位置的截面形状。
图12示出了水平轴潮流能水轮机示意图。转速传感器30设置在本体31内的转速传感器固定支架28上，与固定在主轴27上的测速齿轮26位置相配合。
上述的技术方案与现有技术比较：
一、水平轴潮流能水轮机叶片叶根常见形式为叶根直接过渡成圆柱或椭圆结构，该结构使得叶根部分有较大的径向长度处于无翼型、不做功状态，大大降低了水平轴潮流能水轮机的做功效果。为解决该问题，设计叶根采用圆台与叶片过渡连接的方式，较传统方式增加了叶片的可工作长度，并且这种过渡形式可以在具有一定做功能力的同时提高叶根的强度。
二、水平轴潮流能水轮机常见是用螺丝、法兰盘的固定形式，这种形式安装困难且存在螺丝锈蚀影响水平轴潮流能水轮机的运行安全。针对这一问题，采用T型等叶根形式安装水轮机，叶根基座的形式借鉴于汽轮机的叶根形式，该结构由轮毂定位销孔、固定销将叶片以准确的安装角度，有效固定，可以有效保证水轮机的运行安全并且不存在锈蚀等不良因素，且安装简单，便于后期维护。

Claims (3)

1.一种水平轴潮流能水轮机叶轮，它包括一个轮毂（3）和周向均匀设置在轮毂（3）上的几个叶片（1），其特征是：它还包括设置在叶片（1）上的附翼（11）和驱动附翼（11）转动的旋转控制机构，所述轮毂（3）的周边设有与叶片数相对应的叶片连接座（2），所述叶片连接座（2）与轮毂（3）之间的夹角a为6-8度角，叶片连接座（2）采用槽形结构，轮毂（3）中间采用中空结构，叶片（1）采用中空流线型结构，在叶片（1）的叶根（1b）处固定连接一个叶片连接块（1a），叶片连接块（1a）与采用槽形结构的叶片连接座（2）相配合，并采用轮毂定位销（7）把叶片连接块（1a）固定在叶片连接座（2）的槽形结构中；所述旋转控制机构设置在中空的轮毂（3）和叶片（1）中，并设有轴承支撑结构，位于轮毂（3）中空结构中的伺服电机（19）经联轴器（17）连接驱动轴（6），固定在驱动轴（6）端部的驱动轴齿轮（16）与固定在从动轴（12）端部的从动轴齿轮（13）相啮合，从动轴（12）与位于叶片（1）表面的附翼（11）固定连接；由蓄电池（9）供电的伺服电机（19）依次经驱动轴（6）、驱动轴齿轮（16）、从动轴齿轮（13）和从动轴（12）控制附翼（11）的开合，在转速传感器（30）测得的转速高于预设的叶轮转速时，控制器（8）控制伺服电机（19）使附翼（11）位于闭合状态，在转速传感器（30）测得的转速低于预设的叶轮转速时，控制器（8）控制伺服电机（19）使附翼（11）位于打开状态。
2.根据权利要求1所述的一种水平轴潮流能水轮机叶轮，其特征是：所述轮毂（3）采用三角形结构，在轮毂（3）的三边各设置一个叶片（1）。
3.根据权利要求1所述的一种水平轴潮流能水轮机叶轮，其特征是：所述转速传感器（30）设置在本体（31）内的转速传感器固定支架（28）上，与固定在主轴（27）上的测速齿轮（26）位置相配合。
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CN116480513A (zh) * 2023-05-17 2023-07-25 中国长江三峡集团有限公司 一种叶片及潮流能发电机

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