CN102251902A - 变桨距水轮机及潮流发电装置 - Google Patents

变桨距水轮机及潮流发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种变桨距水轮机及潮流发电装置。变桨距水轮机，包括外罩、轮毂、叶片和机舱，外罩固设在轮毂上，轮毂与机舱的发电机传动连接，还包括：桨距调节装置，桨距调节装置包括电机和第一锥齿轮，第一锥齿轮与电机传动连接，电机固定在轮毂上；叶片的下端部设置有叶柄轴，叶柄轴通过轴套设置在轮毂上，叶柄轴上设置有第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合。通过桨距调节装置驱动叶片旋转，当潮流流速较低时，调整叶片偏角使变桨距水轮机能够起转；当变桨距水轮机起转达到一定的转速后，再调整叶片偏角，使变桨距水轮机的能量转换效率达到最大；当潮流反向时，桨距调节装置驱动叶片转动180°，使变桨距水轮机反转发电。

Description

变桨距水轮机及潮流发电装置
技术领域
本发明涉及机械设备，尤其涉及一种变桨距水轮机及潮流发电装置。
背景技术
海洋潮流作为一种清洁、可再生能源对环境的影响甚微，且资源丰富，目前世界各国对潮流能发电技术的研究和投入力度均在加大。潮流发电装置是常用的一种利用海洋潮流能发电的设备，潮流发电装置通常由水轮机进行发电，海洋潮流驱动水轮机中的叶片带动轮毂转动，转动中的轮毂带动机舱中的发电机转动实现发电。然而当海洋潮流流动的速度偏低时，就会造成潮流发电装置中的水轮机不容易起转，甚至不能发电；当海洋潮流流动的速度发生变化时，水轮机发电功率不稳，并且不能始终在较高获能效率条件下进行发电；当海洋潮流流动方向发生180°变化时，在不改变水轮机方向的情况下，轮毂叶片的角度不能满足高效发电的要求。因此，现有技术中的潮流发电装置容易受环境影响导致发电效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种变桨距水轮机及潮流发电装置，解决现有技术中的潮流发电装置容易受环境影响导致发电效率较低的缺陷，通过变桨距水轮机提高潮流发电装置的发电效率。
本发明提供的技术方案是，一种变桨距水轮机，包括外罩、轮毂、叶片和机舱，所述外罩固设在所述轮毂上，所述轮毂与所述机舱的发电机传动连接，还包括：桨距调节装置，所述桨距调节装置包括电机和第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述电机传动连接，所述电机固定在所述轮毂上；所述叶片的下端部设置有叶柄轴，所述叶柄轴通过轴套设置在所述轮毂上，所述叶柄轴上设置有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。
本发明提供的变桨距水轮机，通过桨距调节装置可以调整叶片相对于轮毂转动，使叶片能够转动到适当的角度充分利用海洋潮流的能力进行发电，减少因海洋潮流流动的速度偏低方向多变而造成变桨距水轮机转速低甚至不发电现象的发生，通过变桨距水轮机提高了潮流发电装置的发电效率。桨距调节装置可以驱动叶片旋转，根据潮流流速和流向调整叶片相对于轮毂的角度。当潮流流速较低时，调整叶片偏角使水轮机能够起转。当变桨距水轮机起转达到一定的转速后，再调整叶片偏角，使变桨距水轮机的能量转换效率达到最大，提高潮流发电装置的效率。当潮流反向时，桨距调节装置驱动叶片转动180°，在变桨距水轮机不换向的情况下，变桨距水轮机反转发电。总之，变桨距水轮机容易实现低速起转，还可以实现最大功率的捕获，并适合双向潮流进行发电。
如上所述的变桨距水轮机，所述桨距调节装置还包括减速器和安装套筒，所述减速器固设在所述安装套筒中，所述第一锥齿轮与所述减速器的输出轴连接，所述电机与所述减速器的输入轴连接，所述安装套筒固设在所述轮毂的端面上。
如上所述的变桨距水轮机，所述电机为直流伺服电机。
如上所述的变桨距水轮机，所述桨距调节装置位于所述外罩和所述轮毂之间。
如上所述的变桨距水轮机，还包括主轴，所述主轴的一端固设在所述轮毂上，所述主轴的另一端***到所述机舱中并与所述机舱的发电机传动连接；所述主轴沿轴线方向开设有通孔，所述电机的电源线穿过所述通孔。
如上所述的变桨距水轮机，还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在所述第二锥齿轮上，所述霍尔传感器的导线穿过所述通孔。
如上所述的变桨距水轮机，所述主轴的另一端还设置有导电滑环，所述霍尔传感器的导线和所述电机的电源线与所述导电滑环电连接。
本发明提供的技术方案是，一种潮流发电装置，包括如上所述的变桨距水轮机。
本发明提供的变桨距水轮机，通过桨距调节装置可以调整叶片相对于轮毂转动，使叶片能够转动到适当的角度充分利用海洋潮流的能力进行发电，减少因海洋潮流流动的速度偏低方向多变而造成变桨距水轮机转速低甚至不发电现象的发生，通过变桨距水轮机提高了潮流发电装置的发电效率。桨距调节装置可以驱动叶片旋转，根据潮流流速和流向调整叶片相对于轮毂的角度。当潮流流速较低时，调整叶片偏角使水轮机能够起转。当变桨距水轮机起转达到一定的转速后，再调整叶片偏角，使变桨距水轮机的能量转换效率达到最大，提高潮流发电装置的效率。当潮流反向时，桨距调节装置驱动叶片转动180°，在变桨距水轮机不换向的情况下，变桨距水轮机反转发电。总之，变桨距水轮机容易实现低速起转，还可以实现最大功率的捕获，并适合双向潮流进行发电。 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明变桨距水轮机实施例的结构示意图；
图2为图1中A区域的局部放大示意图；
图3为图1中B区域的局部放大示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明变桨距水轮机实施例的结构示意图，图2为图1中A区域的局部放大示意图，图3为图1中B区域的局部放大示意图。如图1-图3所示，本实施例变桨距水轮机，包括外罩1、轮毂2、叶片3和机舱4，外罩1固设在轮毂2上，轮毂2与机舱1的发电机（未图示）传动连接，本实施例变桨距水轮机还包括：桨距调节装置，桨距调节装置包括电机5和第一锥齿轮6，第一锥齿轮6与电机5传动连接，电机5固定在轮毂2上；叶片3的下端部设置有叶柄轴31，叶柄轴31通过轴套32设置在轮毂2上，叶柄轴31上设置有第二锥齿轮33，第一锥齿轮6与第二锥齿轮33啮合。
具体而言，本实施例变桨距水轮机中的叶片3能够相对于轮毂2转动，通过将叶片3转动到适当的角度，可以确保叶片3利用海洋潮流带动轮毂2转动，从而使装配有本实施例变桨距水轮机的潮流发电装置能够连续发电。叶片3上的叶柄轴31通过轴套32设置在轮毂2的圆周方向上，其中，可以在轮毂2的圆周方向上均匀设置多个叶片3，例如：两个叶片3、三个叶片3或六个叶片3。当需要调节叶片3的角度时，电机5驱动第一锥齿轮6转动，从而使与第一锥齿轮6啮合的第二锥齿轮33转动，通过第二锥齿轮33带动叶片3转动到适当的角度范围。桨距调节装置可以驱动叶片3旋转，根据潮流流速和流向调整叶片3相对于轮毂2的角度。当潮流流速较低时，调整叶片3偏角使本实施例变桨距水轮机能够起转。当本实施例变桨距水轮机起转达到一定的转速后，再调整叶片3偏角，使本实施例变桨距水轮机的能量转换效率达到最大，提高潮流发电装置的效率。当潮流反向时，桨距调节装置驱动叶片3转动180°，在本实施例变桨距水轮机不换向的情况下，本实施例变桨距水轮机反转发电。总之，本实施例变桨距水轮机容易实现低速起转，还可以实现最大功率的捕获，并适合双向潮流进行发电。
进一步的，本实施例中的桨距调节装置可以还包括减速器7和安装套筒71，减速器7固设在安装套筒71中，第一锥齿轮6与减速器7的输出轴（未图示）连接，电机5与减速器7的输入轴（未图示）连接，安装套筒71固设在轮毂2的端面上。具体的，电机5输出的动力通过减速器7传给第一锥齿轮6，可以实现输出较大的转矩以同时驱动多个叶片3同步转动。另外，本实施例中的电机5可以为直流伺服电机，通过直流伺服电机自身所带的编码器精确控制叶片3转动的方向和大小，从而能够准确的控制叶片3转动的角度。
更进一步的，为了使本实施例变桨距水轮机的结构更加紧凑、体积更小，本实施例中的桨距调节装置可以位于外罩1和轮毂2之间。具体的，电机5与减速器7在外罩1和轮毂2之间，而第一锥齿轮6可以设置在轮毂2中与第二锥齿轮33啮合，充分利用了外罩1和轮毂2形成的空间，使本实施例变桨距水轮机的结构更加紧凑、体积更小。
另外，本实施例变桨距水轮机除叶柄轴31与轴套32以及主轴8与机舱4可以采用动密封处理之外，其他部位可以采用静密封处理。
本实施例变桨距水轮机，通过桨距调节装置可以调整叶片相对于轮毂转动，使叶片能够转动到适当的角度充分利用海洋潮流的能力进行发电，减少因海洋潮流流动的速度偏低方向多变而造成变桨距水轮机转速低甚至不发电现象的发生，通过变桨距水轮机提高了潮流发电装置的发电效率。桨距调节装置可以驱动叶片旋转，根据潮流流速和流向调整叶片相对于轮毂的角度。当潮流流速较低时，调整叶片偏角使水轮机能够起转。当变桨距水轮机起转达到一定的转速后，再调整叶片偏角，使变桨距水轮机的能量转换效率达到最大，提高潮流发电装置的效率。当潮流反向时，桨距调节装置驱动叶片转动180°，在变桨距水轮机不换向的情况下，变桨距水轮机反转发电。总之，变桨距水轮机容易实现低速起转，还可以实现最大功率的捕获，并适合双向潮流进行发电。
基于上述技术方案，可选的，本实施例变桨距水轮机可以还包括主轴8，主轴8的一端固设在轮毂2上，主轴8的另一端***到机舱4中并与机舱4的发电机传动连接；主轴8沿轴线方向开设有通孔81，电机5的电源线穿过通孔81。
具体而言，为了方便外部的控制设备控制本实施例变桨距水轮机中的电机5运行，电机5的电源线通过通孔81与外部的控制设备连接。进一步的，为了更加准确有效的控制叶片3转动的角度，本实施例变桨距水轮机可以还包括霍尔传感器34，霍尔传感器34设置在第二锥齿轮33上，霍尔传感器34的导线穿过通孔81。外部的控制设备根据霍尔传感器34检测到的信息进行叶片角度零位校准。电机5为直流伺服电机，通过直流伺服电机自带的编码器保证叶片3转动的角度准确。更进一步的，为了方便电机5与霍尔传感器34与外部控制设备连接，本实施例中的主轴8的另一端还设置有导电滑环9，霍尔传感器34的导线和电机5的电源线与导电滑环9电连接。
本发明还提供一种潮流发电装置，包括变桨距水轮机，本实施例中的变桨距水轮机可以采用本发明变桨距水轮机实施例中的变桨距水轮机，其具体结构可以参见本发明变桨距水轮机实施例以及图1-图3的记载，在此不再赘述。
本实施例变桨距水轮机，通过桨距调节装置可以调整叶片相对于轮毂转动，使叶片能够转动到适当的角度充分利用海洋潮流的能力进行发电，减少因海洋潮流流动的速度偏低方向多变而造成变桨距水轮机转速低甚至不发电现象的发生，通过变桨距水轮机提高了潮流发电装置的发电效率。桨距调节装置可以驱动叶片旋转，根据潮流流速和流向调整叶片相对于轮毂的角度。当潮流流速较低时，调整叶片偏角使水轮机能够起转。当变桨距水轮机起转达到一定的转速后，再调整叶片偏角，使变桨距水轮机的能量转换效率达到最大，提高潮流发电装置的效率。当潮流反向时，桨距调节装置驱动叶片转动180°，在变桨距水轮机不换向的情况下，变桨距水轮机反转发电。总之，变桨距水轮机容易实现低速起转，还可以实现最大功率的捕获，并适合双向潮流进行发电。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种变桨距水轮机，包括外罩、轮毂、叶片和机舱，所述外罩固设在所述轮毂上，所述轮毂与所述机舱的发电机传动连接，其特征在于，还包括：桨距调节装置，所述桨距调节装置包括电机和第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述电机传动连接，所述电机固定在所述轮毂上；所述叶片的下端部设置有叶柄轴，所述叶柄轴通过轴套设置在所述轮毂上，所述叶柄轴上设置有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的变桨距水轮机，其特征在于，所述桨距调节装置还包括减速器和安装套筒，所述减速器固设在所述安装套筒中，所述第一锥齿轮与所述减速器的输出轴连接，所述电机与所述减速器的输入轴连接，所述安装套筒固设在所述轮毂的端面上。
3.根据权利要求1所述的变桨距水轮机，其特征在于，所述电机为直流伺服电机。
4.根据权利要求1所述的变桨距水轮机，其特征在于，所述桨距调节装置位于所述外罩和所述轮毂之间。
5.根据权利要求1-4任一所述的变桨距水轮机，其特征在于，还包括主轴，所述主轴的一端固设在所述轮毂上，所述主轴的另一端***到所述机舱中并与所述机舱的发电机传动连接；所述主轴沿轴线方向开设有通孔，所述电机的电源线穿过所述通孔。
6.根据权利要求5所述的变桨距水轮机，其特征在于，还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在所述第二锥齿轮上，所述霍尔传感器的导线穿过所述通孔。
7.根据权利要求6所述的变桨距水轮机，其特征在于，所述主轴的另一端还设置有导电滑环，所述霍尔传感器的导线和所述电机的电源线与所述导电滑环电连接。
8.一种潮流发电装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的变桨距水轮机。
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