用於使轉子單元的葉片反向的裝置的製作方法

2023-05-14 17:23:57

本發明大體上涉及潮汐發電站的轉子單元，並且更具體地涉及用於使轉子單元的葉片反向的裝置。

背景技術：

如公知的那樣，潮汐發電站布置成將潮汐能轉換成電力。為此，在潮汐瀉湖的情況下，渦輪殼體可布置在海與瀉湖池之間。渦輪殼體可包括球狀轉子單元，其包括適配在其上的多個葉片，葉片由水流移動。球狀轉子與旋轉軸整體結合，旋轉軸與發電機協作。

取決於潮位，當海的水位(也稱為"壓頭")相對於瀉湖的水位升高時，水可開始流過渦輪以產生能量。類似地，在海的水位開始下降時，潮汐壓頭可通過保持水回到瀉湖中直到形成足夠的壓頭來產生。因此，過程可反向，且水沿相反方向通過渦輪從瀉湖流至海。以此方式，最大限度增加生成的電力，因為這關於兩個方向的水流發生。

然而，適配至球狀單元的葉片通常具有相對於水流的固定方向。此布置的結果通常確保了在轉子以直接模式操作時(這是在水從瀉湖流至海時)的可接受的效率，可是在以反向模式操作時經歷顯著的效率下降，因為在兩個操作模式中保持了相同的葉片傾斜，或至少葉片呈現出優化用於相反方向上的流的輪廓。

由於在控制機構的死點周圍發生的高摩擦，故安裝在轉子單元中的已知機構通常允許大體上限於小於40度且在任何情況下遠小於180度的值的旋轉角度。葉片的完全反向將對應於大於180度的旋轉角度，例如，大約220度。

美國專利公告第2951380號中描述了解決前述技術問題的嘗試，現在將對其進行描述。

參看圖1和圖2a到圖2f中所示的序列，控制機構大體上包括主伺服馬達12，其包括活塞11，活塞11通過杆10控制葉片的位置。十字頭8連接到杆10。各個葉片包括由軸承支承的軸頸3，且槓桿部件(lever)6鍵合到軸承之間的軸頸。連杆7在一端處鉸接到槓桿部件6，且在另一端鉸接到十字頭8。此曲柄機構具有死點，且出於此原因，控制機構包括輔助伺服馬達。特別而言，後者包括裝固至槓桿部件6、位於槓桿部件6的相同側上且與曲柄的軸向平面對稱的齒段13。此外，額外的曲柄14裝固至齒段15，且在安裝於轂上的銷16上旋轉。連杆17鉸接在曲柄14的端部處，且由輔助伺服馬達18驅動。如圖2a-圖2f的序列中清楚指出那樣，齒段13和15僅在主伺服馬達12在其死點位置(圖2b-2e)中驅動槓桿部件6時相互作用。然後，輔助機構被驅動，使得齒段15與段13嚙合，且經過死點。就兩個機構的協作而言，實現了大於180度的角度的葉片的完全反向。

然而，公開的機構具有技術缺點。實際上，輔助機構基於為齒段15的轉動裝置，以便允許槓桿部件6的進一步旋轉且因此經過死區。出於此原因，包括作用於連杆17上的伺服馬達18的輔助伺服馬達必須包括鉸接到其上的曲柄14。

將認識到的是，機構中的此樞軸不可避免地涉及兩個移動的元件的存在，即，鉸接杆17和曲柄14，嚙合裝置設在曲柄14上，這使得機構較重且可引起聯接杆-曲柄的對接處的磨損。此外，轂必須設計成還支承用作曲柄14的樞軸的銷16和用作伺服馬達22的樞軸的銷20，因為它們均固定到其上。

技術實現要素：

本發明的目的在於通過提供大致根據獨立權利要求1限定的用於使轉子單元的葉片反向的裝置來解決前述技術問題。

本發明的另一個目的在於提供如大致在從屬權利要求10中限定的轉子單元。

根據本發明的一個方面，該目的通過用於使轉子單元的葉片反向的裝置達到，該裝置包括：環形槓桿部件，其固定到葉片的耳軸部分且可旋轉地安裝在轉子單元上；包括活塞的主伺服馬達，活塞適於沿轉子單元的軸往復且聯接到環形槓桿部件，使得引起葉片的初步旋轉直到活塞達到死區位置；布置成引起葉片的進一步旋轉的輔助伺服馬達；其中輔助伺服馬達包括往複線性齒條，其構造成在活塞處於或鄰近所述死區位置時與設在環形槓桿部件上的齒段協作。

根據本發明的優選實施例，線性齒條包括具有固定在其端部處的齒條元件的杆。

根據本發明的優選方面，輔助伺服馬達包括伺服馬達本體，其接納(host)整體結合至線性齒條的往復活塞。

根據本發明的優選方面，線性齒條藉助於伺服馬達本體上的第一樞軸鉸接。作為備選，線性齒條可懸臂地安裝在伺服馬達本體上。

根據本發明的優選方面，伺服馬達本體藉助於第二樞軸鉸接在轉子單元的內壁上。作為備選，伺服馬達本體可裝固到轉子單元的內壁。

根據本發明的優選方面，輔助伺服馬達通過油操作。 

根據本發明的優選方面，環形槓桿部件包括相對於環形槓桿部件的旋轉軸線偏心的銷，銷被接納在形成於所述活塞中的凹槽中。

根據本發明的優選方面，該裝置還包括圍繞銷且在凹槽內布置的螺帽。

根據本發明的優選方面，主伺服馬達通過油操作。

附圖說明

本發明的目的、優點和其它特徵將在閱讀僅出於示例性目的參照附圖給出的其優選實施例的以下非限制性描述時變得更清楚，通過附圖，相似的參考標號可用於表示相似的元件，且在附圖中：

圖1示出了根據現有技術的用於使葉片反向的控制機構；

圖2a-圖2f示出了操作期間的圖1的控制機構的各種構造的序列；

圖3示出了根據本發明的包括多個葉片的轉子單元的透視圖； 

圖4和圖5繪出了圖3的轉子單元的截面視圖和平面剖視圖，示出了根據本發明的用於使葉片反向的裝置；

圖6-圖11示出了用於在操作期間使葉片反向的裝置的各種構造的序列；

現在將參照以上附圖來描述示例性優選實施例。

具體實施方式

參看圖3，示出了大體上以參考標號3表示的轉子單元。轉子單元3位於潮汐發電站內，潮汐發電站可定位在海與瀉湖池(布置未示出)之間。轉子單元3包括轂本體33，多個葉片2適配到轂本體33。各個葉片2包括安裝在轂本體33上的翼型件20，且其通過水流移動，這可以以直接模式發生，即沿箭頭A指出的那樣從瀉湖到海，以及以反向模式發生，即，沿由箭頭B指出的那樣從海到瀉湖。水流產生轂本體33圍繞軸線R的旋轉，其傳遞至軸(不可見)，軸繼而連接到發電機(未示出)以用於產生電力。

以下描述針對用於使圍繞垂直於轂本體33布置的旋轉軸線S的葉片2反向的裝置。將認識到的是，根據本發明的裝置將對於轉子單元3的各個葉片2提供。

現在參看隨後的圖4，示出了沿包含軸線旋轉軸線R和S兩者的平面的轉子單元3的截面視圖。翼型件20藉助於葉片的耳軸部分21可旋轉地連接到轂本體33，耳軸部分21裝固到環形槓桿部件4，且可圍繞轉子單元3上的軸線S旋轉。環形槓桿部件4聯接到主伺服馬達，主伺服馬達包括適於沿轉子單元3的軸31往復的活塞51。聯接件布置成使得活塞51沿軸31的位置確定葉片相對於旋轉軸線S的角位置，這將在優選實施例的以下詳細描述中清楚。

優選地，主伺服馬達為油型的，且活塞51沿指出的方向C或D的移位通過由專用壓力流體給送系統(未示出)控制形成於室513和514內的壓差而發生。更具體而言，當由室513中的壓力產生的推力超過由室514的壓力產生的推力時，活塞沿方向D移動，且反之亦然。

優選地，在該非限制性示例性實施例中，環形槓桿部件4和活塞51藉助於銷42聯接，銷42整體結合至環形槓桿部件4且相對於軸線S偏心，軸線S為槓桿部件的旋轉軸線。銷42被接納到形成到活塞51中的凹槽511中。

根據本發明的裝置還包括輔助伺服馬達6，其將參照接下來的圖5較好理解，圖5在截面視圖中示出沿垂直於軸線S的平面的轉子單元3。更具體而言，輔助伺服馬達6包括往複線性齒條61，其包括藉助於布置在杆611的端部613處的第一樞軸鉸接至杆611的齒條元件612。作為備選，齒條元件612還可固定至杆611。在該示例性且非限制性實施例中，輔助伺服馬達6為油型的，且包括伺服馬達本體62，其接納整體結合至線性齒條61的往復活塞621。線性齒條61優選地懸臂地安裝在伺服馬達本體62上，其藉助於第二樞軸鉸接到內壁32。作為備選，伺服馬達62可裝固到轂本體33的內壁32。

仍參看圖5，齒條元件612構造成與設在環形槓桿部件4上的齒段41協作，以引起葉片除由主伺服馬達形成的旋轉之外的進一步旋轉。

參看圖6-圖11的隨後序列，將詳細描述用於使葉片反向的裝置的操作模式。

圖6-圖11在右側示出了根據本發明的對於反向期間的葉片的後續角度位置而言用於使葉片2反向的裝置的簡圖。在左側，示出了之前的圖4和圖5中所述的兩個對應的截面視圖中的轉子單元內的裝置。

參看圖6，示出了沿方向A定向的水流的直接模式中的轉子單元的正常作用。葉片2具有相對於水流的槳距，使得通過允許轉子的軸圍繞軸線R的旋轉來最大限度增加能量的轉換。如清楚可見的那樣，在此構造中，環形槓桿部件4的齒段41和輔助伺服馬達6的齒條元件612並未嚙合。當水流使方向反向時，葉片2必須反向，以便製造反向的水流用於能量轉換過程，具有與直接流相同的效率。如上文所述，主伺服馬達(大體上在圖6-圖11的序列中以參考標號5指出)通過使接納在形成於活塞51中的凹槽511中的偏心銷42移位來確定槓桿部件4且因此葉片2的角位置。更具體而言，當銷42具有圓形區段且凹槽具有方形區段時，螺帽512圍繞銷42布置且在凹槽511內。

圖7示出了當轉子單元停止時的過渡期間葉片2的反向的初始步驟。活塞51藉助於室513中形成的超壓相對於室514朝方向D移動。結果，銷42由凹槽511拖動，且因此引起槓桿部件4實現圍繞軸線S的初步旋轉。

參看圖8，示出了活塞51，其大致到達其通路的端部，且因此其處於死區位置或大致在死區位置附近。在此構造中，輔助伺服馬達6布置成使得齒條元件612開始與齒段41接合。這裡，活塞621由伺服馬達6驅動來使齒條61線性地滑動，以藉助於齒段41與齒條元件612之間的聯接來引起槓桿部件4進一步旋轉且穿過死區位置。

圖9示出了其中齒段41和齒條元件612的槓桿部件4嚙合的終點位置。

參看圖10，已經經過死區後，伺服馬達5可通過使活塞51沿相反方向C移動再次開始作用於槓桿部件4上，這次形成了室514相對室513的超壓。這確定了槓桿部件4的旋轉，直到實現反向模式的最終槳距，如最後的圖11中所示，其中水流反向且其現在沿箭頭B定向。

將從圖11中繪出的反向模式認識到，有可能通過使上文所述的裝置的所有操作反向而返回到圖6中所示的直接模式的葉片的槳距。

儘管僅結合了有限數目的實施例詳細描述了本發明，但應當理解的是，本發明不限於這樣公開的實施例。相反，本發明可改變以結合迄今未描述的但與本發明的精神和範圍相當的任何數目的變型、改型、置換或等同布置。此外，儘管已經描述了本發明的各種實施例，但將理解的是，本發明的方面可僅包括所述實施例中的一些。因此，本發明不應看作由前述描述限制，而是僅由所附權利要求的範圍限制。