CN108678884A - 一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于流体机械领域，公开了一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，包括从动锥齿轮、主动锥齿轮、锁紧装置、轴和智能控制装置，主动锥齿轮、从动锥齿轮和叶片依次配合安装，叶片轴端伸到轮毂内，与从动锥齿轮连接；从动锥齿轮与主动锥齿轮外啮合传动；锁紧装置由与轴相连的圆盘体和止动锥组成，轴的底端开孔，轴通过孔与智能控制装置连接。本发明安装在叶轮轮毂里，作为叶片调节设备，满足了不同流量下不同叶片转角的需要，通过齿轮传动可以实现叶片全角度微调，且人工调节很省力，本发明设计合理，调节方便，密封性好，结构简单，安装维修方便，运行平稳，平衡能力好等优点；并且，调节叶片角度只需要一人操作即可完成，节省人力物力。

Description

一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构
技术领域
本发明属于流体机械领域，特别涉及一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构。
背景技术
目前，国内外的水泵或者水轮机从以前的定流量已经发展到可调节流量的形式,伴随着流体机械领域的发展，调节水泵、水轮机叶片的调节机构也孕育而生。
现阶段，潮汐电站上应用最多的是贯流式水轮机，贯流式水轮机的工作轮又分为转桨式和定桨式，转轮叶片安放角的改变可以在较大范围内适应水头和流量的变化，并能保持较高的效率。在潮汐电站日常管理、运行中，应充分利用水轮机叶片可调的特点，根据不同的运行条件，灵活调整叶片安放角，实现优化运行。
现有技术中叶片调节有机械式调节和液压式调节两种，随着时代的发展，自动化和数字化的发展日新月异，数字式控制方式为自动化的实现起到了基础作用。各行各业都朝着数字化的方向发展，但其成果还相对不成熟。机械式调节因运行中存在抬轴、调节器轴承发热乃至烧损等问题，工作不够可靠；液压式调节通常需要配套外供油设备，不仅投入高，维护管理工作量大，而且因工作时，***外供渗漏不可避免，对环境有一定的污染。
现有技术中专利公开号为CN102367778A的斜流式水泵水轮机叶片大角度动桨调节装置，该调节机构为一空间斜交杆系，操作杆和操作架向上运动一段距离，下球铰同步上移该距离，则它的球心位置可定，上球铰球心位置可定，因上球铰长度已知,拐臂绕叶片轴线转动的半径已知，则拐臂旋转角度可定，这样,操作杆向上运动，转变为叶片的逆时针转动。操作杆和操作架向下，叶片顺时针转动，这样，操作杆的上下运动转变为叶片绕自身轴线的正反向转动，实现叶片的大角度动调，该发明结构简单，使水轮机输入功率和泵输出功率的调节范围大大扩展，但其叶片调节角度仅限于正负50°之间，无法满足潮汐电站用流量变化较大工况下调节叶片转角的需求；现有技术中公开号为CN104879270A的一种高油压控制水轮机桨叶电液调节方法水轮机桨叶调节执行器，该发明采用高油压控制***，根据水电站水文资料及机组参数建立的一种选择桨叶角度计算方法的模糊数学模型。即随水头和流量变化通过高油压控制桨叶调节电液执行器调节转轮桨叶至计算角度，获得较高水能转化效率,实现高油压控制桨叶角度快调式水轮发电机组年发电量最大的目标。但其***依赖于数学模型和电站常年数据，实施起来有一定的难度，而且运行采用的一系列设备、耗能以及控制***都需要昂贵的代价，不符合我国大力倡导的节能减排。
发明内容
针对目前世界上应用较多的机械调节叶片转角容易出现诸多问题的现状以及考虑到能耗等方面，本发明提供了一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构。本发明安装在叶轮轮毂里，作为叶片调节设备，满足了不同流量下不同叶片转角的需要，通过智能装置扭动轴旋转，带动齿轮传动即可实现叶片全角度微调，且人工调节很省力，本发明设计合理，调节方便，密封性好，结构简单，安装维修方便，运行平稳，平衡能力好等优点；并且，调节叶片角度只需要一人操作即可完成，节省人力物力。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，包括从动锥齿轮、主动锥齿轮、锁紧装置、轴和智能控制装置；
所述叶片、从动锥齿轮和主动锥齿轮配合安装，叶片轴端伸到轮毂内，与从动锥齿轮同轴连接，从动锥齿轮通过轮毂与叶片轴固定安装；从动锥齿轮与主动锥齿轮外啮合传动，主动锥齿轮固定安装在轴上；所述锁紧装置安装主动锥齿轮下方，所述锁紧装置由圆盘体和止动锥组成，其中，圆盘体安装在轴上，止动锥位于圆盘体一侧，并通过螺纹孔安装在轮毂上，止动锥的止动端接触圆盘体；轴的底端开孔，轴通过所述孔与智能控制装置连接；
所述智能控制装置包括水流速度传感器、无线模块、控制***和微型电机，调节叶片角度时，先将止动锥旋出到最大，启动智能控制装置，水流速度传感器测出水流速度，通过无线模块将数据传输给控制***，根据控制***设定的水流速度与出力之间的关系对进行叶片微调定位，控制***控制微型电机带动轴旋转，然后带动与轴相连的主动锥齿轮旋转，继而带动与之啮合的从动锥齿轮的旋转，从而驱动叶片左右旋转；若叶片未达到预定角度，再通过远程控制进行二次微调，直到叶片角度达到预定角度，将止动锥旋紧，调节完毕。
所述从动锥齿轮的齿轮数为Z1，主动锥齿轮的齿轮数为Z2，齿轮传动比Z1/Z2为2～3。
所述叶片数范围在3～5个，叶片能够正反两方向旋转，叶片角度调节范围为360°。
所述锁紧装置上，圆盘体外圈加工成圆台孔的形式，圆台孔的数量为30～40个。
所述止动锥的止动端加工成圆台形状，外端加工成六角螺母形式。
所述止动锥止动端圆台端面直径比圆盘体孔底端直径大4～6mm，止动锥旋紧后卡住圆盘体后，止动锥止动端圆台端面与圆盘体孔间隙为2～4mm；止动锥完全松开后，止动锥止动端圆台端面与圆盘体表面距离大于10mm。
所述轴通过轴承一和轴承二固定。
轴底端的孔为内六角孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过轮毂内齿轮传动的形式来改变叶轮叶片的转角，使得叶片得以实现周向360°无死角调节，满足了电站不同流量工况下的需求；
2.本发明使用的传动齿轮为市面上常用的斜锥齿轮，其重合度高、结构紧凑、传动平稳，运转时的噪声和振动较小；从动锥齿轮与主动锥齿轮的齿轮传动比设置为2～3，这样就实现微调叶片转角的效果；
3.本发明中的锁紧装置采用的是止动锥与特殊加工的圆盘体组成，当需要调节叶片的时候，将止动锥从圆盘体旋出，然后自动加远程控制调节叶片，调节完毕后，再将止动锥旋进圆盘体即可。锁紧装置与传统的锁紧装置不同的是，不需要拧开轮毂结构再锁紧轴，只需通过外部六角螺母即可实现锁轴功能。
4.本发明中通过在轴的底端加工成内六角孔的形式实现与智能控制装置的连接，该智能装置通过头部的水流速度传感器、控制***和电机部分实现智能调节轴端速度和方向。
5.本发明安装在叶轮轮毂里，作为叶片调节设备，满足了不同流量下不同叶片转角的需要，通过齿轮传动可以实现叶片全角度微调，且人工调节很省力，本发明设计合理，调节方便，密封性好，结构简单，安装维修方便，运行平稳，平衡能力好等优点；并且，调节叶片角度只需要一人操作即可完成，节省人力物力。
附图说明
图1是本发明一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构的主剖视图；
图2是本发明一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构的锁紧机构俯视图；
图3是本发明一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构的锁紧机构圆台体的主视图；
图中，1.从动锥齿轮；2.主动锥齿轮；3.锁紧装置；4.轴；5.轴承一；6.内六角孔；7.智能控制装置；8.叶片；9.轴承二；10.轮毂；11.泄水锥；12.圆盘体；13.止动锥。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1所示为本发明所述依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构的一种实施方式，所述依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，包括从动锥齿轮1、主动锥齿轮2、锁紧装置3、轴4、轴承5、内六角孔6和智能控制装置7，所述主动锥齿轮2、从动锥齿轮1和叶片8依次配合安装，叶片8轴端伸到轮毂10内，与从动锥齿轮1同轴连接；从动锥齿轮1通过轮毂10与叶片8轴固定安装；从动锥齿轮1与主动锥齿轮2外啮合传动，主动锥齿轮2固定安装在轴4上；所述锁紧装置3安装主动锥齿轮2下方，所述锁紧装置3由与轴4相连的圆盘体12和止动锥13组成，止动锥13位于圆盘体12一侧，并通过螺纹孔安装在轮毂10上，止动锥13的止动端接触圆盘体12；所诉轴4通过轴承一5和轴承二9固定，轴4的底端加工成内六角孔6，轴4通过内六角孔与智能控制装置7连接。
所述智能控制装置7包括水流速度传感器、无线模块、控制***和微型电机，调节叶片角度时，先将止动锥13旋出到最大，启动智能控制装置7，水流速度传感器测出水流速度，通过无线模块将数据传输给控制***，根据控制***设定的水流速度与出力之间的关系对进行叶片微调定位，控制***控制微型电机带动轴4旋转，然后带动与轴4相连的主动锥齿轮2旋转，继而带动与之啮合的从动锥齿轮1的旋转，从而驱动叶片8左右旋转；若叶片未达到预定角度，再通过远程控制进行二次微调，直到叶片角度达到预定角度，将止动锥13旋紧，调节完毕。
优选地，所述从动锥齿轮1与主动锥齿轮2的齿轮传动比Z1/Z2范围在2～3，采用齿数少的主动锥齿轮2带动齿数较多的从动锥齿轮1，达到了减速的效果，目的是为了实现微调叶片的功能。
优选地，所述叶片数范围在3～5个，叶片可正反两方向旋转，叶片角度调节范围为360°。
优选地，所述锁紧装置3上，圆盘体12外圈加工成圆台孔的形式，圆台孔的数量为30～40个。
优选地，所述止动锥13止动端加工成圆台形状，外端加工成六角螺母形式。
优选地，所述止动锥13止动端圆台端面直径比圆盘体12孔底端直径大4～6mm，止动锥13旋紧后卡住圆盘体12后，止动锥13止动端圆台端面与圆盘体12孔间隙为2～4mm。
优选地，所述止动锥13完全松开后，止动锥13止动端圆台端面与圆盘体12表面距离大于10mm。
本发明工作原理：
根据电站的需要调节叶片角度时，先将止动锥13旋出到最大，启动智能控制装置7，水流速度传感器测出水流速度，通过无线模块将数据传输给控制***，根据控制***设定的水流速度与出力之间的关系对进行叶片微调定位，控制***控制微型电机带动轴4旋转，然后带动与轴4相连的主动锥齿轮2旋转，继而带动与之啮合的从动锥齿轮1的旋转，从而驱动叶片8左右旋转；若叶片未达到预定角度，再通过远程控制进行二次微调，直到叶片角度达到预定角度，将止动锥13旋紧，调节完毕。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，其特征在于，包括从动锥齿轮(1)、主动锥齿轮(2)、锁紧装置(3)、轴(4)和智能控制装置(7)；
所述叶片(8)、从动锥齿轮(1)和主动锥齿轮(2)配合安装，叶片(8)轴端伸到轮毂(10)内，与从动锥齿轮(1)同轴连接，从动锥齿轮(1)通过轮毂(10)与叶片(8)轴固定安装；从动锥齿轮(1)与主动锥齿轮(2)外啮合传动，主动锥齿轮(2)固定安装在轴(4)上；所述锁紧装置(3)安装主动锥齿轮(2)下方，所述锁紧装置(3)由圆盘体(12)和止动锥(13)组成，其中，圆盘体(12)安装在轴(4)上，止动锥(13)位于圆盘体(12)一侧，并通过螺纹孔安装在轮毂(10)上，止动锥(13)的止动端接触圆盘体(12)；轴(4)的底端开孔，轴(4)通过所述孔与智能控制装置(7)连接；
所述智能控制装置(7)包括水流速度传感器、无线模块、控制***和微型电机，调节叶片角度时，先将止动锥(13)旋出到最大，启动智能控制装置(7)，水流速度传感器测出水流速度，通过无线模块将数据传输给控制***，根据控制***设定的水流速度与出力之间的关系对进行叶片微调定位，控制***控制微型电机带动轴(4)旋转，然后带动与轴(4)相连的主动锥齿轮(2)旋转，继而带动与之啮合的从动锥齿轮(1)的旋转，从而驱动叶片(8)左右旋转；若叶片未达到预定角度，再通过远程控制进行二次微调，直到叶片角度达到预定角度，将止动锥(13)旋紧，调节完毕。
2.如权利要求1所述的一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，其特征在于，所述从动锥齿轮(1)的齿轮数为Z1，主动锥齿轮(2)的齿轮数为Z2，齿轮传动比Z1/Z2为2～3。
3.如权利要求1所述的一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，其特征在于，所述叶片(8)数范围在3～5个，叶片能够正反两方向旋转，叶片角度调节范围为360°。
4.如权利要求1所述的一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，其特征在于，所述锁紧装置(3)上，圆盘体(12)外圈加工成圆台孔的形式，圆台孔的数量为30～40个。
5.如权利要求1所述的一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，其特征在于，所述止动锥(13)的止动端加工成圆台形状，外端加工成六角螺母形式。
6.如权利要求5所述的一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，其特征在于，所述止动锥(13)止动端圆台端面直径比圆盘体(12)孔底端直径大4～6mm，止动锥(13)旋紧后卡住圆盘体(12)后，止动锥(13)止动端圆台端面与圆盘体(12)孔间隙为2～4mm；止动锥(13)完全松开后，止动锥(13)止动端圆台端面与圆盘体(12)表面距离大于10mm。
7.如权利要求1所述的一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，其特征在于，所述轴(4)通过轴承一(5)和轴承二(9)固定。
8.如权利要求1所述的一种依靠齿轮传动潮汐电站用叶片调节机构，其特征在于，轴(4)底端的孔为内六角孔(6)。
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