CN106884758A - 一种根据转速改变水轮机转动惯量的装置 - Google Patents

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Abstract

一种根据转速改变水轮机转动惯量的装置，属于流体机械领域，包括垂直轴水轮机和水平轴水轮机两类，通过在装置中设置加速装置，增加启动转动扭矩，进而增大启动转动加速度。垂直轴水轮机中的悬臂轴为空心结构，三个悬臂轴的一端通过轮毂A固定在主轴A上，相邻悬臂轴之间的角度为120度；三个悬臂轴的另一端分别与叶片A连接。水平轴水轮机中的叶片B为空心结构，三个叶片B的一端通过轮毂B固定在主轴B上，相邻的叶片B之间的角度为120度。本发明装置结构简单，易于制作，能起到明显的加速效果；并且当水轮机转速很高时，改变转速装置不影响水轮机工作。

Description

一种根据转速改变水轮机转动惯量的装置
技术领域
本发明属于流体机械领域，涉及到一种潮流能发电装置，具体是涉及到一种根据转速改变水轮机转动惯量的装置。
背景技术
能源是社会发展和经济增长的基本动力，是人类赖以生存的基础。当今社会主要依赖于传统的化石能源，而随着经济的增长和人口的增加，能源消耗大幅增加，化石能源日益耗尽。并且，过多使用化石能源地球的环境也越来越恶化。而海洋能源被认为是最后的资源宝库，开发利用潮流能越来越成为趋势。
潮流能水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械。由于水轮机初始状态不同，并且存在摩擦、水流阻力等外界影响，使水轮机启动速度相对缓慢，因此改善水轮机启动速度至关重要。本发明为了减少水轮机的启动时间，提出根据转速改变水轮机转动惯量的装置。
发明内容
针对现有技术中水轮机启动时间较长的问题，本发明提供一种根据转速改变水轮机转动惯量的装置，该装置通过转速改变水轮机的转动惯量，从而增大水轮机启动扭矩，减少水轮机的启动时间。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种根据转速改变水轮机转动惯量的装置，包括垂直轴水轮机和水平轴水轮机两类。通过在装置中设置加速装置，增加启动转动扭矩，进而增大启动转动加速度。
所述的垂直轴水轮机包括主轴A1、轮毂A2、悬臂轴3、叶片A4、加速装置。通过在垂直轴水轮机中设置加速装置，增加启动转动扭矩，增大启动转动加速度。
所述的悬臂轴3为空心结构，三个悬臂轴3的一端通过轮毂A2固定在主轴A1上，相邻悬臂轴3之间的角度为120度；三个悬臂轴3的另一端分别与叶片A4连接。
所述的加速装置设置于悬臂轴3中，包括两种：一种是依靠离心力被动加速的弹簧和小球8；另一种是主动人为控制加速的丝杠装置9。
当所述的加速装置为弹簧和小球8时，弹簧一端与主轴A1上的轮毂A2连接，弹簧另一端与小球连接，在外力作用下，小球能够压缩或拉伸弹簧，在悬臂轴3中做往复运动；水轮机在海水或潮流作用下开始旋转，由于离心力作用，小球在悬臂轴中往复运动，增大水轮机启动转动扭矩，缩短水轮机启动时间。
当所述的加速装置为丝杠装置9时，丝杠装置9一端与主轴A1上的轮毂A2连接，另一端水平固定在悬臂轴3中；水轮机在海水或潮流作用下开始旋转，启动丝杠装置9开关，丝杠装置9中的钢球能够在螺杆13上回旋运动，而钢球运动的速度，可以改变垂直轴水轮机的速度，增大转动扭矩。
所述的丝杠装置9结构如图4(b)，丝杠装置包括电机10、外部结构11、钢球12，螺杆13；所述的电机10位于丝杠装置9的一端，通过遥控开关，让电机齿轮旋转，从而带动螺杆13运动，让钢球12在螺杆13上做直线运动，改变开关上的调速器，可以控制电机加减速运动；丝杠装置9的另一端与主轴A1上的轮毂A2连接。所述的钢球12套在螺杆13上；所述的螺杆13固定在外部结构11上。
所述的水平轴水轮机包括主轴B5，轮毂B6，空心叶片B7和加速装置。
所述的空心叶片B7为空心结构，三个空心叶片B7的一端通过轮毂B6固定在主轴B5上，相邻的空心叶片B7之间的角度为120度。
所述的加速装置包括两种：一种是依靠离心力被动加速的弹簧和小球8；另一种是主动人为控制加速的丝杠装置9。水平轴的加速装置结构与垂直轴水轮机相同，安装在叶片B7的内部。
采用上述技术方案，水轮机放置于海里或者河流当中，水轮机在海水或潮流的作用下开始旋转。而水轮机的启动时间长短主要与转动加速度的大小有关。水轮机的的转动是一定的。根据(α为转动加速度，M为转动扭矩，J为转动惯量)。为了增大启动转动加速度，有两种方案，第一种方案是需要减小J转动惯量，而水轮机J转动惯量与水轮机的叶片位置有关，以及与叶片质量相对于转轴的分布情况有关，这样则需要改变悬臂轴的长短或者改变叶片的大小，增加了成本，因此不可取。第二种方案是增加启动转动扭矩，这样启动转动加速度就能增大。
本发明的有益效果：首先改变转速装置易于制作，结构简单，能起到明显的加速效果。并且当水轮机转速很高时，改变转速装置不影响水轮机工作。
附图说明 图命名
图1为一种根据转速改变垂直轴水轮机转动惯量的装置的结构图；
图2为一种根据转速改变水平轴水轮机转动惯量的装置的结构图；
图3(a)为垂直轴水轮机俯视图；图3(b)为水平轴水轮机主视图；
图4(a)为弹簧和小球结构图；图4(b)为丝杠装置结构图；
图5为改变转速的局部图；
图中：1主轴A；2轮毂A；3悬臂轴；4叶片A；5主轴B；6轮毂B；7空心叶片B；8弹簧和弹簧振子；9丝杠装置；10电机，11外部结构，12钢球；13螺杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一下说明。
装置包括垂直轴水轮机和水平轴水轮机两类，通过在装置中设置加速装置，增加水轮机启动转动扭矩，进而增大水轮机启动转动加速度。
垂直轴水轮机包括主轴A1、轮毂A2、悬臂轴3、叶片A4、加速装置；所述的悬臂轴3为空心结构，三个悬臂轴3的一端通过轮毂A2固定在主轴A1上，相邻悬臂轴3之间的角度为120度；三个悬臂轴3的另一端分别与叶片A4连接；所述的加速装置位于悬臂轴3中。
水平轴水轮机包括主轴B5，轮毂B6，空心叶片B7和加速装置。所述的空心叶片B7为空心结构，三个空心叶片B7通过轮毂B6固定在主轴B5上，相邻的叶片B7之间的角度为120度。所述的加速装置位于空心叶片B7中。
垂直轴水轮机和水平轴水轮机的加速装置包括两种：一种是依靠离心力被动加速的弹簧和小球8；另一种是主动人为控制加速的丝杠装置9。
当所述的加速装置为弹簧和小球8时，垂直轴水轮机中弹簧一端与主轴A1上的轮毂A2连接，弹簧另一端与小球连接；水平轴水轮机中弹簧一端与主轴B5上的轮毂B6连接，弹簧另一端与小球连接。在外力作用下，小球能够压缩或拉伸弹簧，在悬臂轴3或三个空心叶片B7中做往复运动；
当所述的加速装置为丝杠装置9时，垂直轴水轮机中丝杠装置9与主轴A1上的轮毂A2连接，并固定在悬臂轴3上；水平轴水轮机中丝杠装置9与主轴B5上的轮毂B6连接，并固定在三个空心叶片B7上；水轮机在海水或潮流作用下开始旋转，启动丝杠装置9开关，丝杠装置9中的钢球能够在螺杆13上回旋运动，钢球运动带动改变垂直轴水轮机的速度，增加水轮机启动转动扭矩。

Claims (2)

1.一种根据转速改变水轮机转动惯量的装置，其特征在于，所述的装置包括垂直轴水轮机和水平轴水轮机两类，通过在装置中设置加速装置，增加水轮机启动转动扭矩，进而增大水轮机启动转动加速度；
所述的垂直轴水轮机包括主轴A(1)、轮毂A(2)、悬臂轴(3)、叶片A(4)、加速装置；所述的悬臂轴(3)为空心结构，三个悬臂轴(3)的一端通过轮毂A(2)固定在主轴A(1)上，相邻悬臂轴(3)之间的角度为120度；三个悬臂轴(3)的另一端分别与叶片A(4)连接；所述的加速装置位于悬臂轴(3)中；
所述的水平轴水轮机包括主轴B(5)、轮毂B(6)、空心叶片B(7)和加速装置；所述的空心叶片B(7)为空心结构，三个空心叶片B(7)通过轮毂B(6)固定在主轴B(5)上，相邻的空心叶片B(7)之间的角度为120度；所述的加速装置位于空心叶片B(7)中；
所述的垂直轴水轮机和水平轴水轮机的加速装置包括两种：一种是依靠离心力被动加速的弹簧和小球(8)；另一种是主动人为控制加速的丝杠装置(9)；
当所述的加速装置为弹簧和小球8时，垂直轴水轮机中弹簧一端与主轴A(1)上的轮毂A(2)连接，弹簧另一端与小球连接；水平轴水轮机中弹簧一端与主轴B(5)上的轮毂B(6)连接，弹簧另一端与小球连接；在外力作用下，小球能够压缩或拉伸弹簧，在悬臂轴(3)或三个空心叶片B(7)中做往复运动；
当所述的加速装置为丝杠装置(9)时，垂直轴水轮机中丝杠装置(9)与主轴A(1)上的轮毂A(2)连接，并固定在悬臂轴3上；水平轴水轮机中丝杠装置(9)与主轴B(5)上的轮毂B(6)连接，并固定在三个空心叶片B(7)上。
2.一种根据转速改变水轮机转动惯量的装置，其特征在于，所述的丝杠装置(9)包括电机(10)、外部结构(11)、钢球(12)，螺杆(13)；所述的电机(10)位于丝杠装置(9)的一端，丝杠装置(9)的另一端与主轴A(1)上的轮毂A(2)连接；所述的钢球(12)套在螺杆(13)上；所述的螺杆(13)固定在外部结构(11)上；通过遥控开关，电机(10)齿轮旋转，带动螺杆(13)运动，钢球(12)在螺杆(13)上做直线运动；改变遥控开关上的调速器，控制电机(10)加减速运动。
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