CN105428949A - 一种用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，属于等离子体流动控制技术领域。本装置组成包括螺旋桨桨毂、同步转动滑环、2个碳刷支架。2个碳刷支架上的碳刷分别连接激励电源高压输出端、接地端，每个碳刷支架均设置绝缘套筒，使碳刷与外部实验平台绝缘，同时碳刷沿套筒轴向滑动可调。同步转动滑环设置2个电极环，分别为高压电极环、接地电极环，每个电极环两侧均设置绝缘垫片，内侧设置绝缘内环与之装配。电极环采用高压导线与桨叶等离子体激励器连接，通过在绝缘内环上设置开槽，每个电极环均可接通2根导线。本装置结构紧凑，零件加工简单，拆卸装配方便，可靠性高，动平衡性好，维修方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压输送滑环装置，特别涉及一种用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环桨毂集成装置，应用于螺旋桨等离子体流动控制实验平台，属于等离子体流动控制技术领域。
背景技术
目前，表面介质阻挡放电(SurfaceDielectricBarrierDischarge-SDBD)是等离子体流动控制技术的重要研究方向，主要集中在二维流动领域，现有研究成果表明该技术可有效抑制翼型、钝体以及锥体壁面的气动分离，起到增升减阻的效果，同时已经具备所需的实验设备，建立了完善的实验条件。但目前螺旋桨三维流场的SDBD等离子体流动控制研究还处于数值仿真阶段，桨叶及SDBD激励器示意图如图1所示，需要搭建螺旋桨测试平台进一步开展实验研究。由于SDBD激励器铺设在桨叶表面随螺旋桨一同转动，同时激励电源因体积、质量较大只能放置于地面，输出电压峰峰值最大可达15kV，因此搭建实验平台的难点是如何解决桨叶表面SDBD激励器的高压输电问题。
解决上述问题可以采用滑环装置，目前现有滑环作为独立元器件主要面向工业应用，广泛应用于安防、风力发电、工厂自动化、仪表等机电设备上，种类丰富，用途针对性强。在输送高压电方面，现有的高压滑环转子电极的输出端多为刚性的螺栓或金属板，位于滑环一侧的端面上，很难与螺旋桨桨毂装配固定。同时，高压滑环上的电极半径比绝缘层要大，两电极相对凸出部分形成空气电容，在接通高频高压电时，容易击穿空气产生电弧。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，可有效、可靠地用于连接外部激励电源和桨叶表面的SDBD激励器，能够为螺旋桨SDBD激励器稳定输送高频高压电，且所述高压输送滑环装置结构紧凑、零件加工简单、拆卸装配方便。
本发明的目的通过以下技术方案实现的：
一种用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，包括：
螺旋桨桨毂，安装在螺旋桨动力轴上，所述螺旋桨桨毂包括桨毂前端盖和桨毂后端盖；其中，
所述桨毂前端盖和桨毂后端盖分别包括端面和装配面，在所述桨毂前端盖和桨毂后端盖装配面的连接处上下两端分别设有桨叶装配槽，所述桨毂后端盖的端面上设有导线孔和螺栓孔，所述桨毂前端盖和桨毂后端盖的装配面上分别设有导线槽，在所述螺旋桨桨毂的两侧形成高压导线输出孔，通过所述高压导线输出孔将所述螺旋桨桨毂内的高压导线引出；
同步转动滑环，内六角螺栓B依次穿过后绝缘垫片、绝缘内环A、中绝缘垫片、绝缘内环B以及前绝缘垫片的螺栓孔，与所述桨毂后端盖的螺栓孔装配，以固定所述同步转动滑环，所述绝缘内环A外侧连接正电极环，所述绝缘内环B外侧连接负电极环；其中，
所述绝缘内环A沿径向内侧设有开槽A，所述绝缘内环B沿径向内侧设有开槽B，在所述开槽A处通过十字圆头螺栓头部引出两根正极高压电线，所述十字圆头螺栓底部接触所述正电极环，在所述开槽B处通过十字圆头螺栓头部引出两根负极高压电线，所述十字圆头螺栓底部接触所述负电极环；
2个碳刷支架，分别通过三角肋板座固定在外部实验平台上；所述碳刷支架分别通过涡卷弹簧固定有碳刷，其中一个碳刷与所述正电极环接触，另一个碳刷与所述负电极环接触；与正电极环接触的碳刷连接激励电源高压端，与负电极环接触的碳刷连接激励电源接地端。
进一步的，所述螺旋桨桨毂的桨毂前端盖和桨毂后端盖通过内六角螺栓A装配固定。
进一步的，所述碳刷支架通过内六角螺栓C固定在三角肋板座上，所述内六角螺栓C安装在绝缘套筒内，与所述碳刷绝缘。
进一步的，所述桨毂后端盖上的导线孔、导线槽、螺栓孔均为中心对称分布，不会影响影响动平衡性能。
进一步的，所述高压导线和螺旋桨桨毂的高压导线输出孔为过盈配合，无需再设置固定件，便可有效固定高压导线，防止螺旋桨桨毂转动时高压导线发生窜动。
进一步的，所述绝缘内环和正电极环、负电极环的厚度相同，且所述正电极环、负电极环的内径均与所述绝缘内环的外径尺寸相同，所述绝缘内环分别安装在正电极环、负电极环的内侧。
进一步的，所述前绝缘垫片、中绝缘垫片、后绝缘垫片的外径分别大于所述正电极环、负电极环的外径，且所述中绝缘垫片中部内侧沿圆柱面开有开槽C，所述开槽C底部形成的圆的直径大于所述正电极环或负电极环的外径。
进一步的，所述开槽A和开槽B沿中心轴线相对。
进一步的，所述正电极环、负电极环采用金属材料。
进一步的，所述前绝缘垫片、中绝缘垫片、后绝缘垫片采用聚四氟乙烯材料。
进一步的，所述绝缘内环、绝缘套筒采用高频绝缘陶瓷材料。
本发明的有益效果为：
本发明中，同步转动滑环的绝缘垫片、电极环以及绝缘内环的几何尺寸和装配关系，使得2个电极环在左右两侧和内侧均为绝缘介质，前绝缘垫片、中绝缘垫片、后绝缘垫片外径大于电极环外径，同时中绝缘垫片中部内侧沿圆柱面设有开槽C，两电极环空气联通行程较大，很难击穿空气产生电弧放电，增强了输送高频高压电的可靠性。开槽C底部形成的圆直径大于电极环直径，在不影响绝缘垫片抗击穿性能的前提下，增大了爬电距离，可有效防止装置在潮湿或灰尘条件下爬电造成的击穿现象。
同步转动滑环的2个电极环在外径一定条件下，可以采用较大外径的绝缘内环，以减小电极环厚度，可有效降低电极环之间、电极环与桨毂之间分布电容引起的静电耦合干扰。
同步转动滑环在绝缘内环内侧设置开槽并固定十字圆头螺栓，在十字圆头螺栓固定滑环内侧高压导线的同时，充分利用了十字圆头螺栓的导电特性，将电极环与高压导线接通，同时利用十字圆头螺栓底部对电极环的挤压力，可有效固定电极环，防止电极环相对于绝缘内环打滑。
同步转动滑环零件结构简单、易于加工，同时拆卸装配方便，零件尺寸可成系列化，根据不同高压电参数，可选择不同尺寸的零件组合装配。
碳刷支架在固定螺栓上设置绝缘套筒，可有效绝缘碳刷与三角肋板座，同时碳刷位置可沿绝缘套筒轴向滑动可调。
附图说明
图1为螺旋桨浆叶及SDBD激励器的结构示意图；
图2为本发明所述用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置的立体结构示意图；
图3为本发明所述用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置的正视图；
图4为本发明所述用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置的侧视图；
图5为本发明所述用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置的装配结构示意图；
图6为本发明所述用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置的绝缘内环A结构示意图；
图7为本发明所述用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置的桨毂后端盖结构示意图；
其中，1-SDBD激励器，2-桨叶，3-桨叶固定槽，4-高压导线输出孔，5-开槽A，6-螺纹孔，7-导线槽，8-导线孔，11-螺旋桨桨毂，120-桨毂前端盖，130-桨毂后端盖，140-内六角螺栓A，21-同步转动滑环，211-前绝缘垫片，212-中绝缘垫片，213-后绝缘垫片，221-负电极环，222-正电极环，230-绝缘内环A，231-十字圆头螺栓，240-内六角螺栓B，250-绝缘内环B，31-碳刷支架，320-绝缘套筒，321-内六角螺栓C，330-三角肋板座，340-涡卷弹簧，341-碳刷。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，包括：
螺旋桨桨毂11，安装在螺旋桨动力轴上，所述螺旋桨桨毂11包括桨毂前端盖120和桨毂后端盖130，所述螺旋桨桨毂11的桨毂前端盖120和桨毂后端盖130通过4个内六角螺栓A140装配固定。所述桨毂前端盖120和桨毂后端盖130分别包括端面和装配面，在所述桨毂前端盖120和桨毂后端盖130装配面的连接处上下两端分别设有桨叶装配槽，所述桨毂后端盖130的端面上设有4个导线孔8和8个螺栓孔，所述桨毂前端盖120和桨毂后端盖130的装配面上分别设有导线槽7，在所述螺旋桨桨毂11的两侧形成高压导线输出孔4，通过所述高压导线输出孔4将所述螺旋桨桨毂11内的高压导线引出。所述桨毂后端盖130上的导线孔8、导线槽7、螺栓孔、高压导线输出孔均为中心对称分布，不会影响影响动平衡性能。所述高压导线和螺旋桨桨毂11的高压导线输出孔为过盈配合，无需再设置固定件，便可有效固定高压导线，防止螺旋桨桨毂转动时高压导线发生窜动。
同步转动滑环21，后绝缘垫片213、绝缘内环A230、中绝缘垫片212、绝缘内环B213以及前绝缘垫片211沿轴向在相同位置设置有4个通透的螺栓孔，4个内六角螺栓B240依次穿过后绝缘垫片213、绝缘内环A230、中绝缘垫片212、绝缘内环B213以及前绝缘垫片211的螺栓孔，与所述桨毂后端盖130的螺栓孔装配，以固定所述同步转动滑环21，所述绝缘内环A230外侧连接正电极环222，所述绝缘内环B213外侧连接负电极环221；所述绝缘内环A230沿径向内侧设有开槽A，所述绝缘内环B213沿径向内侧设有开槽B，所述开槽A、开槽B处分别设有螺纹孔，且所述螺纹孔分别穿透所述绝缘内环A230、绝缘内环B213；在所述开槽A处的螺纹孔6通过十字圆头螺栓231头部引出两根正极高压电线，所述十字圆头螺栓231底部接触所述正电极环222，在所述开槽B处的螺纹孔通过十字圆头螺栓231头部引出两根负极高压电线，所述十字圆头螺栓231底部接触所述负电极环221。在十字圆头螺栓固定绝缘内环内侧高压导线的同时，充分利用了十字圆头螺栓的导电特性，将电极环与高压导线接通，同时利用十字圆头螺栓底部对电极环的挤压力，可有效固定电极环，防止电极环相对于绝缘内环打滑。
所述绝缘内环230和正电极环222、负电极环221的厚度相同，且所述正电极环222、负电极环221的内径均与所述绝缘内环230的外径尺寸相同，所述绝缘内环230分别安装在正电极环222、负电极环221的内侧。
所述前绝缘垫片211、中绝缘垫片212、后绝缘垫片213的外径分别大于所述正电极环222、负电极环221的外径，且所述中绝缘垫片212中部内侧沿圆柱面设有开槽C，所述开槽C底部形成的圆的直径大于所述正电极环222或负电极环221的外径。
所述开槽A和开槽B沿中心轴线相对。
2个碳刷支架31，分别通过三角肋板座330固定在外部平台上；所述碳刷支架31通过内六角螺栓C321固定在三角肋板座330上，所述碳刷支架31分别通过涡卷弹簧340固定有碳刷341，其中一个碳刷与所述正电极环222接触，另一个碳刷与所述负电极环221接触；与正电极环222接触的碳刷连接激励电源高压端，与负电极环221接触的碳刷连接激励电源接地端。所述内六角螺栓C321安装在绝缘套筒320内，与所述碳刷341绝缘，使得所述碳刷341与外部实验平台绝缘，同时碳刷沿绝缘套筒320轴向滑动可调。
所述正电极环222、负电极环221采用导电率高、不易氧化生锈的金属材料，如铜。
所述前绝缘垫片211、中绝缘垫片212、后绝缘垫片213采用绝缘性良好的高分子材料，如聚四氟乙烯材料。
所述绝缘内环230、绝缘套筒320采用绝缘性良好、具有一定强度的材料，可采用高频绝缘陶瓷材料，如高铝瓷、滑石瓷。
本发明所提供的于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，解决了螺旋桨SDBD激励器供电问题，同时该装置具有结构紧凑、可靠性高、维护方便。且所述装置零件可成系列进行装配，根据不同高压电大小，可采用不同直径、厚度的绝缘垫片、电极环以及绝缘内环组合安装。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，包括：
螺旋桨桨毂(11)，安装在螺旋桨动力轴上，所述螺旋桨桨毂(11)包括桨毂前端盖(120)和桨毂后端盖(130)；其中，
所述桨毂前端盖(120)和桨毂后端盖(130)分别包括端面和装配面，在所述桨毂前端盖(120)和桨毂后端盖(130)装配面的连接处上下两端分别设有桨叶装配槽，所述桨毂后端盖(130)的端面上设有导线孔(8)和螺栓孔，所述桨毂前端盖(120)和桨毂后端盖(130)的装配面上分别设有导线槽(7)，在所述螺旋桨桨毂(11)的两侧形成高压导线输出孔(4)，通过所述高压导线输出孔(4)将所述螺旋桨桨毂(11)内的高压导线引出；
同步转动滑环(21)，内六角螺栓B(240)依次穿过后绝缘垫片(213)、绝缘内环A(230)、中绝缘垫片(212)、绝缘内环B(250)以及前绝缘垫片(211)的螺栓孔，与所述桨毂后端盖(130)的螺栓孔装配，以固定所述同步转动滑环(21)，所述绝缘内环A(230)外侧连接正电极环(222)，所述绝缘内环B(250)外侧连接负电极环(221)；其中，
所述绝缘内环A(230)沿径向内侧设有开槽A，所述绝缘内环B(250)沿径向内侧设有开槽B，在所述开槽A处通过十字圆头螺栓(231)头部引出两根正极高压电线，所述十字圆头螺栓(231)底部接触所述正电极环(222)，在所述开槽B处通过十字圆头螺栓(231)头部引出两根负极高压电线，所述十字圆头螺栓(231)底部接触所述负电极环(221)；
2个碳刷支架(31)，分别通过三角肋板座(330)固定在实验平台上；所述碳刷支架(31)上分别设有碳刷(341)，其中一个碳刷与所述正电极环(222)接触，另一个碳刷与所述负电极环(221)接触；与正电极环(222)接触的碳刷连接激励电源高压端，与负电极环(221)接触的碳刷连接激励电源接地端。
2.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述螺旋桨桨毂(11)的桨毂前端盖(120)和桨毂后端盖(130)通过内六角螺栓A(140)装配固定。
3.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述碳刷支架(31)通过内六角螺栓C(321)固定在三角肋板座(330)上，所述内六角螺栓C(321)安装在绝缘套筒(320)内，与所述碳刷(341)绝缘。
4.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述桨毂后端盖(130)上的导线孔、导线槽、螺栓孔均为中心对称分布。
5.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述高压导线和螺旋桨桨毂(11)的高压导线输出孔为过盈配合。
6.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述绝缘内环(230)和正电极环(222)、负电极环(221)的厚度相同，且所述正电极环(222)、负电极环(221)的内径均与所述绝缘内环(230)的外径尺寸相同，所述绝缘内环(230)分别安装在正电极环(222)、负电极环(221)的内侧。
7.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述前绝缘垫片(211)、中绝缘垫片(212)、后绝缘垫片(213)的外径分别大于所述正电极环(222)、负电极环(221)的外径，且所述中绝缘垫片(212)中部内侧沿圆柱面开有开槽C，所述开槽C底部形成的圆的直径大于所述正电极环(222)或负电极环(221)的外径。
8.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述开槽A和开槽B沿中心轴线相对。
9.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述前绝缘垫片(211)、中绝缘垫片(212)、后绝缘垫片(213)采用聚四氟乙烯材料。
10.根据权利要求1所述的用于螺旋桨等离子体流动控制的高压输送滑环装置，其特征在于，所述绝缘内环(230)、绝缘套筒(320)采用高频绝缘陶瓷材料。
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