CN105201730A - 垂直轴水流发电机的自动变桨机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直轴水流发电机的自动变桨机构，垂直轴水流发电机包括主轴，主轴上转动安装有旋转筒，旋转筒的外侧壁固定有若干支撑杆，各支撑杆上转动安装有叶片，自动变桨机构包括：滑动套筒，一端铰接在支撑杆的侧壁上，另一端具有一通孔；限速杆，一端铰接在叶片上，另一端穿过通孔，伸入滑动套筒内，限速杆伸入滑动套筒的一端具有第一限位块；第一预压缩弹簧，外套在限速杆上，两端分别与第一限位块和滑动套筒抵靠。本发明当叶片转速超过临界值时，第一预压缩弹簧被进一步压缩，限速杆被从滑动套筒拉出，起到伸长的作用，从而使叶片与支撑杆的角度降低叶片驱动力、增加叶片运动阻力从而达到减速效果。

Description

垂直轴水流发电机的自动变桨机构

技术领域

本发明涉及水力发电机领域，具体涉及垂直轴水流发电机的自动变桨机构。

背景技术

水流发电机(简称水机)，是将水的势能转换为电能的机械设备。海洋、江河等的水流动，蕴含着巨大的能量，并且其流动时间的年时数较高。普通海域的海水流速，多在0.5～2m/s，其能量密度相当于4.7m/s～18.7m/s的风能，将其有效利用后，年可利用发电时间将远大于风电。

垂直轴水力发电机因其无噪音、启动流速低、无需对水流方向等优点，正受到越来越多的关注。垂直轴水流发电机水轮的转速，随着流速的增加而增大，因此在发生风暴潮时易造成“飞车”，即在离心力作用下，水轮发生破坏。

现有技术多采用机械刹车(手动或自动)的方式，主要有两种形式，一种是当转速超过安全转速时，由控制器自动启动机械刹车刹住水轮转动，这种形式的缺点是刹车片磨损大，需要经常维护(维护不及时仍有飞车隐患)，并且结构及控制成本大；另一种是在风暴潮来临前手动起用机械刹车，这实际上也是增大了维护成本。机械刹车的另一个缺点是，大流速时因机械刹车而不再能利用。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种垂直轴水流发电机的自动变桨机构。解决了现有技术采用刹车片刹车时，刹车片磨损大，需要经常维护的问题；以及采用手动刹车时，刹车后水流发电机不再工作的问题。

本发明采取的技术方案如下：

一种垂直轴水流发电机的自动变桨机构，所述垂直轴水流发电机包括主轴，主轴上转动安装有旋转筒，旋转筒的外侧壁固定有若干支撑杆，各支撑杆上转动安装有叶片，自动变桨机构包括：

滑动套筒，一端铰接在所述支撑杆的侧壁上，另一端具有一通孔；

限速杆，一端铰接在所述叶片上，另一端穿过通孔，伸入滑动套筒内，且与所述滑动套筒滑动配合，所述限速杆伸入滑动套筒的一端具有第一限位块；

第一预压缩弹簧，外套在所述限速杆上，两端分别与第一限位块和滑动套筒抵靠。

采用三角形铰接结构固定原始安装角，叶片转动时，由第一预压缩弹簧提供相应的离心力，当叶片转速超过临界值时，第一预压缩弹簧被进一步压缩，限速杆被从滑动套筒拉出，起到伸长的作用，从而使叶片与支撑杆的角度(即安装角，影响叶片旋转过程中的攻角)，降低叶片驱动力、增加叶片运动阻力从而达到减速效果。本申请不是通过机械刹车来使风轮停止转动，而是通过在高流速时自动改变叶片的安装角，通过降低叶片驱动扭矩、增加运动水阻，来达到限速的目的。在高流速时仍能继续发电，无需停机，在临界速度一下时，叶片的原始安装角始终不变，只在大于需临界速度时，自动变桨机构才作动，一旦转速降到临界速度以下，即自动复位。

进一步的，所述限速杆位于滑动套筒外侧的部分具有第二限位块，所述第二限位块用于与滑动套筒配合，防止限速杆进一步伸入所述滑动套筒内。

通过设置第二限位块能够保证第一预压缩弹簧的预压缩量，保证叶片的原始安装角。

进一步的，所述叶片具有两个连接片；所述支撑杆和限速杆的端部与对应的连接片铰接配合。

进一步的，包括固定在支撑杆侧壁上的凸起部，所述滑动套筒与所述凸起部铰接配合。

进一步的，所述凸起部与支撑杆一体成型或者焊接固定。

本申请还公开了另一种垂直轴水流发电机的自动变桨机构，所述垂直轴水流发电机包括主轴，主轴上转动安装有旋转筒，旋转筒的外侧壁固定有若干支撑杆，各支撑杆上转动安装有叶片，自动变桨机构包括：

两个固定环，间隔固定在所述支撑杆的侧壁上，且邻近叶片的为第一固定环，远离叶片的为第二固定环；

滑块，套设在所述支撑杆上，且位于两个固定环之间，所述滑块与所述支撑杆滑动配合；

第二预压缩弹簧，外套在所述支撑杆上，且两端分别与第一固定环和滑块抵靠；

滑动套筒，一端铰接在所述滑块上，另一端具有一通孔；

限速杆，一端铰接在所述叶片上，另一端穿过通孔，伸入滑动套筒内，且与所述滑动套筒滑动配合，所述限速杆伸入滑动套筒的一端具有第一限位块；

第一压缩弹簧，外套在所述限速杆上，两端分别与第一限位块和滑动套筒抵靠。

采用三角形铰接结构固定原始安装角，叶片转动时，由第一预压缩弹簧提供相应的离心力，当叶片转速超过临界值时，第一预压缩弹簧被进一步压缩，限速杆被从滑动套筒拉出，起到伸长的作用，从而使叶片与支撑杆的角度(即安装角，影响叶片旋转过程中的攻角)，降低叶片驱动力、增加叶片运动阻力从而达到减速效果。第一预压缩弹簧的压缩量有限，引起的安装角变化角度可能不足，本申请通过设置位于第一固定环和第二固定化之间滑块以及第二预压缩弹簧，使得在大离心力的作用下，滑块会向第一固定环移动，从而带动滑动套筒移动，实际上起到增加限速杆拉长量的作用，从而更大程度地改变叶片与支撑杆的相对角度，限速效果更加好。

本申请不是通过机械刹车来使风轮停止转动，而是通过在高流速时自动改变叶片的安装角，通过降低叶片驱动扭矩、增加运动水阻，来达到限速的目的。在高流速时仍能继续发电，无需停机，在临界速度一下时，叶片的原始安装角始终不变，只在大于需临界速度时，自动变桨机构才作动，一旦转速降到临界速度以下，即自动复位。采用双重滑移来保证有足够的角度变化量，只要安装角变化足够大，即使在暴风潮时，转速虽会比需开始限速的转速有所增加，但可限制在某一设定的极限转速以下；本申请无需人为或程序控制，完全机械自动。

进一步的，所述限速杆位于滑动套筒外侧的部分具有第二限位块，所述第二限位块用于与滑动套筒配合，防止限速杆进一步伸入所述滑动套筒内。

通过设置第二限位块能够保证第一预压缩弹簧的预压缩量，保证叶片的原始安装角。

进一步的，所述叶片具有两个连接片；所述支撑杆和限速杆的端部与对应的连接片铰接配合。

本发明的有益效果是：当叶片转速超过临界值时，第一预压缩弹簧被进一步压缩，限速杆被从滑动套筒拉出，起到伸长的作用，从而使叶片与支撑杆的角度(即安装角，影响叶片旋转过程中的攻角)，降低叶片驱动力、增加叶片运动阻力从而达到减速效果。本申请不是通过机械刹车来使风轮停止转动，而是通过在高流速时自动改变叶片的安装角，通过降低叶片驱动扭矩、增加运动水阻，来达到限速的目的。在高流速时仍能继续发电，无需停机，且在临界速度一下时，叶片的原始安装角始终不变，只在大于需临界速度时，自动变桨机构才作动，一旦转速降到临界速度以下，即自动复位。

附图说明：

图1是本发明垂直轴水流发电机的自动变桨机构第一个实施例的结构示意图；

图2是本发明垂直轴水流发电机的自动变桨机构第二个实施例的结构示意图。

图中各附图标记为：

1、支撑杆，2、连接片，3、叶片，4、限速杆，5、凸起部，6、第二限位块，7、通孔，8、第一预压缩弹簧，9、第一限位块，10、滑动套筒，11、第二固定环，12、滑块，13、第二预压缩弹簧，14、第一固定环。

具体实施方式：

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

实施例1

如图1所示，一种垂直轴水流发电机的自动变桨机构，垂直轴水流发电机包括主轴，主轴上转动安装有旋转筒(图中未画出)，旋转筒的外侧壁固定有若干支撑杆1，各支撑杆上转动安装有叶片3，叶片的长度方向和主轴的轴线方向平行，自动变桨机构包括：

滑动套筒10，一端铰接在支撑杆1的侧壁上，另一端具有一通孔7；

限速杆4，一端铰接在叶片3上，另一端穿过通孔7，伸入滑动套筒10内，且与滑动套筒滑动配合，限速杆伸入滑动套筒的一端具有第一限位块9；

第一预压缩弹簧8，外套在限速杆4上，两端分别与第一限位块9和滑动套筒10抵靠。

本实施例中，限速杆4位于滑动套筒外侧的部分具有第二限位块6，第二限位块用于与滑动套筒配合，防止限速杆进一步伸入滑动套筒内。通过设置第二限位块能够保证第一预压缩弹簧的预压缩量，保证叶片的原始安装角。

本实施例中，叶片3具有两个连接片2；支撑杆1和限速杆4的端部与对应的连接片铰接配合。根据需要，为了灵活转动连接片交接处可采用止推轴承。

本实施例中，包括固定在支撑杆侧壁上的凸起部5，滑动套筒10与凸起部铰接配合。实际运用时，凸起部与支撑杆一体成型或者焊接固定。

本实施例采用三角形铰接结构固定原始安装角，叶片转动时，由第一预压缩弹簧提供相应的离心力，当叶片转速超过临界值时，第一预压缩弹簧被进一步压缩，限速杆被从滑动套筒拉出，起到伸长的作用，从而使叶片与支撑杆的角度(即安装角，影响叶片旋转过程中的攻角)，降低叶片驱动力、增加叶片运动阻力从而达到减速效果。本申请不是通过机械刹车来使风轮停止转动，而是通过在高流速时自动改变叶片的安装角，通过降低叶片驱动扭矩、增加运动水阻，来达到限速的目的。在高流速时仍能继续发电，无需停机，在临界速度一下时，叶片的原始安装角始终不变，只在大于需临界速度时，自动变桨机构才作动，一旦转速降到临界速度以下，即自动复位。

实施例2

如图2所示，一种垂直轴水流发电机的自动变桨机构，垂直轴水流发电机包括主轴，主轴上转动安装有旋转筒(图中未画出)，旋转筒的外侧壁固定有若干支撑杆1，各支撑杆上转动安装有叶片3，叶片的长度方向和主轴的轴线方向平行，自动变桨机构包括：

两个固定环，间隔固定在支撑杆1的侧壁上，且邻近叶片3的为第一固定环14，远离叶片的为第二固定环11；

滑块12，套设在支撑杆1上，且位于两个固定环之间，滑块12与支撑杆1滑动配合；

第二预压缩弹簧13，外套在支撑杆1上，且两端分别与第一固定环14和滑块12抵靠；

滑动套筒10，一端铰接在滑块12上，另一端具有一通孔7；

限速杆4，一端铰接在叶片3上，另一端穿过通孔7，伸入滑动套筒10内，且与滑动套筒10滑动配合，限速杆伸入滑动套筒的一端具有第一限位块9；

第一压缩弹簧8，外套在限速杆4上，两端分别与第一限位块9和滑动套筒10抵靠。

本实施例中，限速杆4位于滑动套筒外侧的部分具有第二限位块6，第二限位块用于与滑动套筒配合，防止限速杆进一步伸入滑动套筒内。通过设置第二限位块能够保证第一预压缩弹簧的预压缩量，保证叶片的原始安装角。

本实施例中，叶片3具有两个连接片2；支撑杆1和限速杆4的端部与对应的连接片铰接配合。根据需要，为了灵活转动连接片交接处可采用止推轴承。

本实施例采用三角形铰接结构固定原始安装角，叶片转动时，由第一预压缩弹簧提供相应的离心力，当叶片转速超过临界值时，第一预压缩弹簧被进一步压缩，限速杆被从滑动套筒拉出，起到伸长的作用，从而使叶片与支撑杆的角度(即安装角，影响叶片旋转过程中的攻角)，降低叶片驱动力、增加叶片运动阻力从而达到减速效果。第一预压缩弹簧的压缩量有限，引起的安装角变化角度可能不足，本申请通过设置位于第一固定环和第二固定化之间滑块以及第二预压缩弹簧，使得在大离心力的作用下，滑块会向第一固定环移动，从而带动滑动套筒移动，实际上起到增加限速杆拉长量的作用，从而更大程度地改变叶片与支撑杆的相对角度，限速效果更加好。

本申请不是通过机械刹车来使风轮停止转动，而是通过在高流速时自动改变叶片的安装角，通过降低叶片驱动扭矩、增加运动水阻，来达到限速的目的。在高流速时仍能继续发电，无需停机，在临界速度一下时，叶片的原始安装角始终不变，只在大于需临界速度时，自动变桨机构才作动，一旦转速降到临界速度以下，即自动复位。采用双重滑移来保证有足够的角度变化量，只要安装角变化足够大，即使在暴风潮时，转速虽会比需开始限速的转速有所增加，但可限制在某一设定的极限转速以下；本申请无需人为或程序控制，完全机械自动。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种垂直轴水流发电机的自动变桨机构，所述垂直轴水流发电机包括主轴，主轴上转动安装有旋转筒，旋转筒的外侧壁固定有若干支撑杆，各支撑杆上转动安装有叶片，其特征在于，自动变桨机构包括：

滑动套筒，一端铰接在所述支撑杆的侧壁上，另一端具有一通孔；

限速杆，一端铰接在所述叶片上，另一端穿过通孔，伸入滑动套筒内，且与所述滑动套筒滑动配合，所述限速杆伸入滑动套筒的一端具有第一限位块；

第一预压缩弹簧，外套在所述限速杆上，两端分别与第一限位块和滑动套筒抵靠。

2.如权利要求1所述的垂直轴水流发电机的自动变桨机构，其特征在于，所述限速杆位于滑动套筒外侧的部分具有第二限位块，所述第二限位块用于与滑动套筒配合，防止限速杆进一步伸入所述滑动套筒内。

3.如权利要求1所述的垂直轴水流发电机的自动变桨机构，其特征在于，所述叶片具有两个连接片；所述支撑杆和限速杆的端部与对应的连接片铰接配合。

4.如权利要求1所述的垂直轴水流发电机的自动变桨机构，其特征在于，包括固定在支撑杆侧壁上的凸起部，所述滑动套筒与所述凸起部铰接配合。

5.如权利要求4所述的垂直轴水流发电机的自动变桨机构，其特征在于，所述凸起部与支撑杆一体成型或者焊接固定。

6.一种垂直轴水流发电机的自动变桨机构，所述垂直轴水流发电机包括主轴，主轴上转动安装有旋转筒，旋转筒的外侧壁固定有若干支撑杆，各支撑杆上转动安装有叶片，其特征在于，自动变桨机构包括：

两个固定环，间隔固定在所述支撑杆的侧壁上，且邻近叶片的为第一固定环，远离叶片的为第二固定环；

滑块，套设在所述支撑杆上，且位于两个固定环之间，所述滑块与所述支撑杆滑动配合；

第二预压缩弹簧，外套在所述支撑杆上，且两端分别与第一固定环和滑块抵靠；

滑动套筒，一端铰接在所述滑块上，另一端具有一通孔；

限速杆，一端铰接在所述叶片上，另一端穿过通孔，伸入滑动套筒内，且与所述滑动套筒滑动配合，所述限速杆伸入滑动套筒的一端具有第一限位块；

第一压缩弹簧，外套在所述限速杆上，两端分别与第一限位块和滑动套筒抵靠。

7.如权利要求6所述的垂直轴水流发电机的自动变桨机构，其特征在于，所述限速杆位于滑动套筒外侧的部分具有第二限位块，所述第二限位块用于与滑动套筒配合，防止限速杆进一步伸入所述滑动套筒内。

8.如权利要求6所述的垂直轴水流发电机的自动变桨机构，其特征在于，所述叶片具有两个连接片；所述支撑杆和限速杆的端部与对应的连接片铰接配合。