一種升阻結合型豎直軸水輪機的製作方法
2023-07-01 13:19:51 1
專利名稱：一種升阻結合型豎直軸水輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種水輪機。
背景技術：
潮流能水輪機主要有豎直軸和水平軸兩類，也可根據葉片攻角的可調性分為固定攻角式和可變攻角式，也可以根據葉片對於主軸轉矩產生的方式分為阻力型和升力型。升力型的豎軸水輪機如不採用葉片調整機構對於主軸的轉矩很小，採用葉片調整機構的水輪機結構很複雜。阻力型水輪機一般採用阻力型葉片對水流產生的阻力產生對主軸轉矩，一 般不用使用葉片調整機構。目前的阻力型葉片一般採用直板式葉片或是凹葉片型式，如申請號為201110092941.9的「一種阻力型水輪機」採用的就是一種凹葉片型阻力型葉片，申請號為88203955. 5的「豎直軸半阻力型風力機」採用升阻結合形式，調整機構使用滑環調整，葉片軸採用橫向布置。申請號為200920272107. 6的「垂直軸自調槳葉角阻力型船舶推進器」採用螺旋槽操控盤調整葉片偏角的阻力型推進器。
發明內容
本發明的目的在於提供結構簡單、能量捕獲率高的一種升阻結合型豎直軸水輪機。本發明的目的是這樣實現的本發明一種升阻結合型豎直軸水輪機，包括發電機定子、轉子，其特徵是還包括凸輪、葉片凸輪連杆機構、輪轂，葉片凸輪連杆機構包括葉片、凸輪連接杆、鋼絲繩、旋轉彈簧機構、壓輪，葉片安裝在輪轂上，葉片的旋轉軸安裝短杆，短杆連接鋼絲繩和凸輪連接杆，鋼絲繩連接旋轉彈簧機構，旋轉彈簧機構固定在輪轂裡，凸輪連接杆連接安裝在凸輪上的壓輪，壓輪在凸輪的內曲面上移動，輪轂連接轉子，凸輪安裝在凸輪連接架上，凸輪連接架固定在定子上。本發明還可以包括I、所述的葉片凸輪連杆機構包括三個葉片、第一連接杆、第二連接杆，第一連接杆連接第一葉片和第二葉片的短杆，第二連接杆連接第二葉片和第三葉片的短杆，第一葉片的短杆連接鋼絲繩，第三葉片的短杆連接凸輪連接杆。2、所述的葉片凸輪連杆機構有四組，相鄰葉片凸輪連杆機構夾角90度，一側葉片凸輪連杆機構的葉片處於升力狀態時，對面葉片凸輪連杆機構的葉片的弦線在同一直線上，輪轂裡充入潤滑油，潤滑油沒過凸輪和葉片凸輪連杆機構。3、在葉片的旋轉軸與凸輪中心連線上設置限位柱。本發明的優勢在於本發明結構簡單，能量捕獲率高，受力良好，用旋轉彈簧機構實現復位，有效的克服了處於死點位置時葉片調整機構受力不好難於實現復位的缺點。在潮流方向穩定的情況下水輪機在旋轉一周的過程中左邊葉片的升力與右邊葉片的阻力的合力產生對水輪機旋轉軸的力矩大大提高了能量捕獲效率，同時整個水輪機採用充油式潤滑與密封方式很好的解決了水輪機密封與潤滑問題。
圖I為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的A— A剖視圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖I 2，本發明採用多組葉片並裝在同一個水輪機的輪轂9上，通過調節機構調整葉片16在水輪機輪轂9旋轉一周過程中的葉片軸的旋轉規律，進而達到在水輪機旋轉過程中一邊的水輪機葉片處於升力狀態另一邊的葉片處於弦線在同一直線上形成對水流的阻力板，升力與阻力的合力產生對水輪機主軸的轉矩。葉片16的復位採用螺旋彈簧帶動軟鋼絲拉回的方式進行復位。水輪機採用整體模塊安裝於浮船上的布局形式。密封潤滑米用充油形式。本發明的技術方案如下升阻結合型豎直軸水輪機技術方案是採用凸輪6與連杆12相配合實現對於葉片16規律的調整。各葉片16通過一個與葉片軸相固連的杆與一個兩端帶有鉸鏈的杆相連，兩個這樣的杆將三個葉片鉸接在一起，實現三個葉片16的同時相同位置的傳動。另有一個與第一個葉片伸出的杆相鉸接，另一端通過壓輪11與凸輪6的曲線面相配合。在杆組的另一端通過一個與迴轉彈簧7相連接的鋼絲繩15實現現整個機構的復位。當水輪機轉動時凸輪6通過連接杆10與外殼相固定，各杆壓輪11沿凸輪6內曲面滾動與其相連的各杆的相對位置會發生相對變化實現葉片軸的轉角的變化規律的調整。整個杆組及迴轉彈簧7與鋼絲繩15採用完全浸與潤滑油8的潤滑方式，這樣的潤滑方式同時具有充油密封的作用。輪轂9與發電機的外轉子2相連，內定子I與上罩殼相固定，上罩殼與用於與浮船相連的支撐架5相固定，這樣在輪轂9轉動時就會使內外轉子間產生相對運動。本發明升阻結合型豎直軸水輪機技術方案如圖I所示，是一種採用凸輪機構與柔性剛絲繩進行復位的方式相結合控制葉片攻角變化，它包括一個與上罩殼相連的的電機定子I、一個發電機轉子2、一個主推力軸承3、若干上罩殼固定螺栓4、一個支撐架5、一個凸輪6、四個旋轉彈簧機構7、潤滑油8、一個輪轂9、一個凸輪連接架10、五個壓輪11、四個凸輪連接杆12、四個連接杆13、四個連接杆14、四根鋼絲繩15、十二個葉片葉片16。發電機的定子I與上罩殼相固連，上罩殼通過上罩殼固定螺栓4與支撐架5相連。發電機的轉子2與輪轂9相固連，輪轂9由一個主推力軸承3吊裝於支撐架5上。一個與定子I相連的凸輪連接架10將凸輪6固定於指定位置，凸輪連接杆12的壓輪11與凸輪6的內曲面相接觸實現沿其上滾動。連接杆13、連接杆14用鉸鏈與和與葉片16的旋轉軸相固連的杆鉸鏈端相連，杆組的另一端與鋼絲繩15相連，鋼絲繩15與旋轉彈簧機構7相連，彈簧的復位力使機構復位。由於葉片要迴轉90°可能超過死點，因此採用限位柱17使其最大位置不會超過死點。工作時，水輪機一個支撐架5與浮船相固定，葉片16完全浸入水中，水流如圖2所示方向流過水輪機葉片16時，左邊葉片處於升力狀態，右邊葉片處於阻力狀態。兩邊的葉片合力矩產生對於中心旋轉軸的力矩。水輪機旋轉過程中壓輪11沿凸輪6的內曲面滾動拉動整個調整杆組相對位置的變化，實現對於葉片16軸旋轉角度的控制，杆組的極限位置通過限位柱17實現限制，防止杆組機構轉過死點無法復位。整個機構的復位通過與旋轉彈簧機構7相連的鋼絲繩15拉動。當合理優化凸輪6的內曲面的形狀後就可以實現葉片16如圖2所示在水輪機左邊時處於升力狀態，在水輪機右邊時處於阻力狀態。葉片16產生的 合力矩通過其所裝的輪轂9傳遞給電機轉子2使其相對定子I旋轉運動，產生電能。
權利要求
1.一種升阻結合型豎直軸水輪機，包括發電機定子、轉子，其特徵是還包括凸輪、葉片凸輪連杆機構、輪轂，葉片凸輪連杆機構包括葉片、凸輪連接杆、鋼絲繩、旋轉彈簧機構、壓輪，葉片安裝在輪轂上，葉片的旋轉軸安裝短杆，短杆連接鋼絲繩和凸輪連接杆，鋼絲繩連接旋轉彈簧機構，旋轉彈簧機構固定在輪轂裡，凸輪連接杆連接安裝在凸輪上的壓輪，壓輪在凸輪的內曲面上移動，輪轂連接轉子，凸輪安裝在凸輪連接架上，凸輪連接架固定在定子上。
2.根據權利要求I所述的一種升阻結合型豎直軸水 輪機，其特徵是所述的葉片凸輪連杆機構包括三個葉片、第一連接杆、第二連接杆，第一連接杆連接第一葉片和第二葉片的短杆，第二連接杆連接第二葉片和第三葉片的短杆，第一葉片的短杆連接鋼絲繩，第三葉片的短杆連接凸輪連接杆。
3.根據權利要求I或2所述的一種升阻結合型豎直軸水輪機，其特徵是所述的葉片凸輪連杆機構有四組，相鄰葉片凸輪連杆機構夾角90度，一側葉片凸輪連杆機構的葉片處於升力狀態時，對面葉片凸輪連杆機構的葉片的弦線在同一直線上，輪轂裡充入潤滑油，潤滑油沒過凸輪和葉片凸輪連杆機構。
4.根據權利要求I或2所述的一種升阻結合型豎直軸水輪機，其特徵是在葉片的旋轉軸與凸輪中心連線上設置限位柱。
5.根據權利要求3所述的一種升阻結合型豎直軸水輪機，其特徵是在葉片的旋轉軸與凸輪中心連線上設置限位柱。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種升阻結合型豎直軸水輪機，包括發電機定子、轉子、凸輪、葉片凸輪連杆機構、輪轂，葉片凸輪連杆機構包括葉片、凸輪連接杆、鋼絲繩、旋轉彈簧機構、壓輪，葉片安裝在輪轂上，葉片的旋轉軸安裝短杆，短杆連接鋼絲繩和凸輪連接杆，鋼絲繩連接旋轉彈簧機構，旋轉彈簧機構固定在輪轂裡，凸輪連接杆連接安裝在凸輪上的壓輪，壓輪在凸輪的內曲面上移動，輪轂連接轉子，凸輪安裝在凸輪連接架上，凸輪連接架固定在定子上。本發明在旋轉一周的過程中左邊葉片的升力與右邊葉片的阻力的合力產生對水輪機旋轉軸的力矩大大提高了能量捕獲效率，同時整個水輪機採用充油式潤滑與密封方式很好的解決了水輪機密封與潤滑問題。
文檔編號F03B3/00GK102748189SQ20121023620
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者劉少剛, 鄭大勇 申請人:哈爾濱工程大學