CN106246439A - 用于使转子单元的叶片反向的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明大体上涉及潮汐发电站的转子单元，并且更具体地涉及用于使转子单元的叶片反向的装置。根据本发明的装置相对于涉及铰接机构的已知解决方案更轻且更有效，因为其基于包括作用于待反向的叶片上的往复线性齿条的辅助伺服马达。

Description

用于使转子单元的叶片反向的装置
技术领域
本发明大体上涉及潮汐发电站的转子单元，并且更具体地涉及用于使转子单元的叶片反向的装置。
背景技术
如公知的那样，潮汐发电站布置成将潮汐能转换成电力。为此，在潮汐泻湖的情况下，涡轮壳体可布置在海与泻湖池之间。涡轮壳体可包括球状转子单元，其包括适配在其上的多个叶片，叶片由水流移动。球状转子与旋转轴整体结合，旋转轴与发电机协作。
取决于潮位，当海的水位(也称为"压头")相对于泻湖的水位升高时，水可开始流过涡轮以产生能量。类似地，在海的水位开始下降时，潮汐压头可通过保持水回到泻湖中直到形成足够的压头来产生。因此，过程可反向，且水沿相反方向通过涡轮从泻湖流至海。以此方式，最大限度增加生成的电力，因为这关于两个方向的水流发生。
然而，适配至球状单元的叶片通常具有相对于水流的固定方向。此布置的结果通常确保了在转子以直接模式操作时(这是在水从泻湖流至海时)的可接受的效率，可是在以反向模式操作时经历显著的效率下降，因为在两个操作模式中保持了相同的叶片倾斜，或至少叶片呈现出优化用于相反方向上的流的轮廓。
由于在控制机构的死点周围发生的高摩擦，故安装在转子单元中的已知机构通常允许大体上限于小于40度且在任何情况下远小于180度的值的旋转角度。叶片的完全反向将对应于大于180度的旋转角度，例如，大约220度。
美国专利公告第2951380号中描述了解决前述技术问题的尝试，现在将对其进行描述。
参看图1和图2a到图2f中所示的序列，控制机构大体上包括主伺服马达12，其包括活塞11，活塞11通过杆10控制叶片的位置。十字头8连接到杆10。各个叶片包括由轴承支承的轴颈3，且杠杆部件(lever)6键合到轴承之间的轴颈。连杆7在一端处铰接到杠杆部件6，且在另一端铰接到十字头8。此曲柄机构具有死点，且出于此原因，控制机构包括辅助伺服马达。特别而言，后者包括装固至杠杆部件6、位于杠杆部件6的相同侧上且与曲柄的轴向平面对称的齿段13。此外，额外的曲柄14装固至齿段15，且在安装于毂上的销16上旋转。连杆17铰接在曲柄14的端部处，且由辅助伺服马达18驱动。如图2a-图2f的序列中清楚指出那样，齿段13和15仅在主伺服马达12在其死点位置(图2b-2e)中驱动杠杆部件6时相互作用。然后，辅助机构被驱动，使得齿段15与段13啮合，且经过死点。就两个机构的协作而言，实现了大于180度的角度的叶片的完全反向。
然而，公开的机构具有技术缺点。实际上，辅助机构基于为齿段15的转动装置，以便允许杠杆部件6的进一步旋转且因此经过死区。出于此原因，包括作用于连杆17上的伺服马达18的辅助伺服马达必须包括铰接到其上的曲柄14。
将认识到的是，机构中的此枢轴不可避免地涉及两个移动的元件的存在，即，铰接杆17和曲柄14，啮合装置设在曲柄14上，这使得机构较重且可引起联接杆-曲柄的对接处的磨损。此外，毂必须设计成还支承用作曲柄14的枢轴的销16和用作伺服马达22的枢轴的销20，因为它们均固定到其上。
发明内容
本发明的目的在于通过提供大致根据独立权利要求1限定的用于使转子单元的叶片反向的装置来解决前述技术问题。
本发明的另一个目的在于提供如大致在从属权利要求10中限定的转子单元。
根据本发明的一个方面，该目的通过用于使转子单元的叶片反向的装置达到，该装置包括：环形杠杆部件，其固定到叶片的耳轴部分且可旋转地安装在转子单元上；包括活塞的主伺服马达，活塞适于沿转子单元的轴往复且联接到环形杠杆部件，使得引起叶片的初步旋转直到活塞达到死区位置；布置成引起叶片的进一步旋转的辅助伺服马达；其中辅助伺服马达包括往复线性齿条，其构造成在活塞处于或邻近所述死区位置时与设在环形杠杆部件上的齿段协作。
根据本发明的优选实施例，线性齿条包括具有固定在其端部处的齿条元件的杆。
根据本发明的优选方面，辅助伺服马达包括伺服马达本体，其接纳(host)整体结合至线性齿条的往复活塞。
根据本发明的优选方面，线性齿条借助于伺服马达本体上的第一枢轴铰接。作为备选，线性齿条可悬臂地安装在伺服马达本体上。
根据本发明的优选方面，伺服马达本体借助于第二枢轴铰接在转子单元的内壁上。作为备选，伺服马达本体可装固到转子单元的内壁。
根据本发明的优选方面，辅助伺服马达通过油操作。 
根据本发明的优选方面，环形杠杆部件包括相对于环形杠杆部件的旋转轴线偏心的销，销被接纳在形成于所述活塞中的凹槽中。
根据本发明的优选方面，该装置还包括围绕销且在凹槽内布置的螺帽。
根据本发明的优选方面，主伺服马达通过油操作。
附图说明
本发明的目的、优点和其它特征将在阅读仅出于示例性目的参照附图给出的其优选实施例的以下非限制性描述时变得更清楚，通过附图，相似的参考标号可用于表示相似的元件，且在附图中：
图1示出了根据现有技术的用于使叶片反向的控制机构；
图2a-图2f示出了操作期间的图1的控制机构的各种构造的序列；
图3示出了根据本发明的包括多个叶片的转子单元的透视图； 
图4和图5绘出了图3的转子单元的截面视图和平面剖视图，示出了根据本发明的用于使叶片反向的装置；
图6-图11示出了用于在操作期间使叶片反向的装置的各种构造的序列；
现在将参照以上附图来描述示例性优选实施例。
具体实施方式
参看图3，示出了大体上以参考标号3表示的转子单元。转子单元3位于潮汐发电站内，潮汐发电站可定位在海与泻湖池(布置未示出)之间。转子单元3包括毂本体33，多个叶片2适配到毂本体33。各个叶片2包括安装在毂本体33上的翼型件20，且其通过水流移动，这可以以直接模式发生，即沿箭头A指出的那样从泻湖到海，以及以反向模式发生，即，沿由箭头B指出的那样从海到泻湖。水流产生毂本体33围绕轴线R的旋转，其传递至轴(不可见)，轴继而连接到发电机(未示出)以用于产生电力。
以下描述针对用于使围绕垂直于毂本体33布置的旋转轴线S的叶片2反向的装置。将认识到的是，根据本发明的装置将对于转子单元3的各个叶片2提供。
现在参看随后的图4，示出了沿包含轴线旋转轴线R和S两者的平面的转子单元3的截面视图。翼型件20借助于叶片的耳轴部分21可旋转地连接到毂本体33，耳轴部分21装固到环形杠杆部件4，且可围绕转子单元3上的轴线S旋转。环形杠杆部件4联接到主伺服马达，主伺服马达包括适于沿转子单元3的轴31往复的活塞51。联接件布置成使得活塞51沿轴31的位置确定叶片相对于旋转轴线S的角位置，这将在优选实施例的以下详细描述中清楚。
优选地，主伺服马达为油型的，且活塞51沿指出的方向C或D的移位通过由专用压力流体给送系统(未示出)控制形成于室513和514内的压差而发生。更具体而言，当由室513中的压力产生的推力超过由室514的压力产生的推力时，活塞沿方向D移动，且反之亦然。
优选地，在该非限制性示例性实施例中，环形杠杆部件4和活塞51借助于销42联接，销42整体结合至环形杠杆部件4且相对于轴线S偏心，轴线S为杠杆部件的旋转轴线。销42被接纳到形成到活塞51中的凹槽511中。
根据本发明的装置还包括辅助伺服马达6，其将参照接下来的图5较好理解，图5在截面视图中示出沿垂直于轴线S的平面的转子单元3。更具体而言，辅助伺服马达6包括往复线性齿条61，其包括借助于布置在杆611的端部613处的第一枢轴铰接至杆611的齿条元件612。作为备选，齿条元件612还可固定至杆611。在该示例性且非限制性实施例中，辅助伺服马达6为油型的，且包括伺服马达本体62，其接纳整体结合至线性齿条61的往复活塞621。线性齿条61优选地悬臂地安装在伺服马达本体62上，其借助于第二枢轴铰接到内壁32。作为备选，伺服马达62可装固到毂本体33的内壁32。
仍参看图5，齿条元件612构造成与设在环形杠杆部件4上的齿段41协作，以引起叶片除由主伺服马达形成的旋转之外的进一步旋转。
参看图6-图11的随后序列，将详细描述用于使叶片反向的装置的操作模式。
图6-图11在右侧示出了根据本发明的对于反向期间的叶片的后续角度位置而言用于使叶片2反向的装置的简图。在左侧，示出了之前的图4和图5中所述的两个对应的截面视图中的转子单元内的装置。
参看图6，示出了沿方向A定向的水流的直接模式中的转子单元的正常作用。叶片2具有相对于水流的桨距，使得通过允许转子的轴围绕轴线R的旋转来最大限度增加能量的转换。如清楚可见的那样，在此构造中，环形杠杆部件4的齿段41和辅助伺服马达6的齿条元件612并未啮合。当水流使方向反向时，叶片2必须反向，以便制造反向的水流用于能量转换过程，具有与直接流相同的效率。如上文所述，主伺服马达(大体上在图6-图11的序列中以参考标号5指出)通过使接纳在形成于活塞51中的凹槽511中的偏心销42移位来确定杠杆部件4且因此叶片2的角位置。更具体而言，当销42具有圆形区段且凹槽具有方形区段时，螺帽512围绕销42布置且在凹槽511内。
图7示出了当转子单元停止时的过渡期间叶片2的反向的初始步骤。活塞51借助于室513中形成的超压相对于室514朝方向D移动。结果，销42由凹槽511拖动，且因此引起杠杆部件4实现围绕轴线S的初步旋转。
参看图8，示出了活塞51，其大致到达其通路的端部，且因此其处于死区位置或大致在死区位置附近。在此构造中，辅助伺服马达6布置成使得齿条元件612开始与齿段41接合。这里，活塞621由伺服马达6驱动来使齿条61线性地滑动，以借助于齿段41与齿条元件612之间的联接来引起杠杆部件4进一步旋转且穿过死区位置。
图9示出了其中齿段41和齿条元件612的杠杆部件4啮合的终点位置。
参看图10，已经经过死区后，伺服马达5可通过使活塞51沿相反方向C移动再次开始作用于杠杆部件4上，这次形成了室514相对室513的超压。这确定了杠杆部件4的旋转，直到实现反向模式的最终桨距，如最后的图11中所示，其中水流反向且其现在沿箭头B定向。
将从图11中绘出的反向模式认识到，有可能通过使上文所述的装置的所有操作反向而返回到图6中所示的直接模式的叶片的桨距。
尽管仅结合了有限数目的实施例详细描述了本发明，但应当理解的是，本发明不限于这样公开的实施例。相反，本发明可改变以结合迄今未描述的但与本发明的精神和范围相当的任何数目的变型、改型、置换或等同布置。此外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但将理解的是，本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应看作由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1. 用于使转子单元(3)的叶片(2)反向的装置(1)，所述装置(1)包括：
－环形杠杆部件(4)，其固定到所述叶片(2)的耳轴部分(21)且可旋转地安装在所述转子单元(3)上；
－包括活塞(51)的主伺服马达(5)，所述活塞(51)适于沿所述转子单元(3)的轴(31)往复且联接到所述环形杠杆部件(4)，使得引起所述叶片(2)的初步旋转直到所述活塞(51)达到死区位置；
－布置成引起所述叶片(2)的进一步旋转的辅助伺服马达(6)；
所述装置(1)的特征在于，所述辅助伺服马达(6)包括往复的线性齿条(61)，其构造成在所述活塞(51)处于或接近所述死区位置时与设在所述环形杠杆部件(4)上的齿段(41)协作。
2. 根据前述权利要求所述的装置(1)，其特征在于，所述线性齿条(61)包括具有在其端部(613)处铰接的齿条元件(612)的杆(611)。
3. 根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述辅助伺服马达(6)包括伺服马达本体(62)，其接纳整体结合至所述线性齿条(61)的往复活塞(621)。
4. 根据前述权利要求所述的装置(1)，其特征在于，所述线性齿条(61)悬臂地安装在所述伺服马达本体(62)上。
5. 根据权利要求3或4所述的装置(1)，其特征在于，所述伺服马达本体(62)铰接到所述转子单元(3)的内壁(32)。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述辅助伺服马达(6)为油操作的。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述环形杠杆部件(4)包括相对于所述环形杠杆部件(4)的旋转轴线偏心的销(42)，所述销(41)接纳在形成于所述活塞(51)中的凹槽(511)中。
8. 根据前述权利要求所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)还包括围绕所述销(41)布置且在所述凹槽(511)内的螺帽(512)。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述主伺服马达(5)为油操作的。
10. 包括可旋转地安装在其上的至少一个叶片(2)的转子单元(3)，其特征在于，所述转子单元还包括根据前述权利要求中任一项所述的用于使所述叶片(2)反向的装置(1)。
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