專利名稱：一種潮流發(fā)電機組的變槳轂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及潮流發(fā)電裝置，尤其是涉及一種潮流發(fā)電機組的變槳轂。
技術(shù)背景水平軸式潮流發(fā)電機組是一種利用潮流流動所包含的動能帶動槳葉旋轉(zhuǎn)從而發(fā)電的設(shè)備，其在國際范圍內(nèi)的研究興起于21世紀(jì)初。該設(shè)備的工作原理和 傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機組相似。但是，其工作環(huán)境要比后者惡劣很多。通常潮流發(fā) 電機組安裝在具有來回流動特性的水道中，比如入?？诨蛘邇蓚€島嶼之間航道。 由于海水的密度是空氣的800倍左右，所以相同功率等級的潮流發(fā)電機組的尺 寸要比風(fēng)力發(fā)電機組小很多。目前，在風(fēng)力發(fā)電機組中變槳距技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但其在水平軸 潮流發(fā)電機組中的應(yīng)用很少有報道。對于相同的功率等級，其兩者之間的區(qū)別 在于潮流發(fā)電機組的槳轂尺寸小，而變槳距作用所需的驅(qū)動力更大，故槳轂中 的變槳距裝置所占體積更大。另外，潮流發(fā)電機組的槳轂完全浸沒在水下，變 槳距裝置的引入給機組的密封帶來了很大困難。為了機組能在潮流換向的時候 繼續(xù)工作，還要求其變槳距裝置能使槳葉轉(zhuǎn)動180度以上，而風(fēng)力發(fā)電機組由 于有偏航裝置，槳葉通常只要求在0 90度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。常用的變槳距裝置可以分為兩大類。 一類是用液壓缸通過連桿帶動槳葉轉(zhuǎn) 動的液壓驅(qū)動方式，該方式可以看作是一個曲柄滑塊機構(gòu)。液壓缸具有驅(qū)動力 大的優(yōu)點，但是由于曲柄滑塊機構(gòu)存在死點，故這種方式不適合用在要求變槳 角度超過180度的場合。另一類是用電機通過齒輪帶動槳葉轉(zhuǎn)動的電氣驅(qū)動方 式。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，易于施加各種控制，但是電機的驅(qū)動力較 小，故裝置所占的體積較大。除了這兩類變槳距裝置外，還有各種各樣的結(jié)合 了機械傳動機構(gòu)的變槳距裝置。這些裝置沒有考慮到密封、驅(qū)動力及變槳角度 等問題，不適合應(yīng)用在水平軸式潮流發(fā)電機組中。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種潮流發(fā)電機組的變槳轂。適合于水平軸潮流發(fā) 電機組用的變槳轂，從而實現(xiàn)潮流發(fā)電機組的功率控制和自動對流。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是液壓缸安裝在輪轂主體的正前方，液壓缸缸筒的軸線與潮流方向平行，活塞推桿的左端和液壓缸活塞連接，支承活塞推桿前端的推桿前支承固定安裝在 液壓缸缸筒內(nèi)；位于輪轂主體內(nèi)的活塞推桿上的三角形推盤的每個側(cè)面分別安 裝與活塞推桿平行的齒條，三個齒輪軸一端的齒輪分別和各自的齒條嚙合，齒 輪軸的另一端和各自的槳葉固定連接，活塞帶動活塞推桿軸向移動時，能使槳 葉和齒輪軸一同繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動；活塞推桿上固定安裝導(dǎo)向平鍵，其后端 依靠固定連接在主軸法蘭上的推桿后支承來支承，導(dǎo)向平鍵與推桿后支承上的 鍵槽活動配合，主軸法蘭的法蘭盤和輪轂主體連接，主軸法蘭的軸孔與主軸的 -端固定連接，主軸依靠安裝在機組機艙內(nèi)的主軸軸承支承；套在主軸另一端 上的進油座其法蘭部分和機艙固定連接，進油座軸孔內(nèi)安裝密封圈，傳感器端 蓋和進油座固定連接，傳感器端蓋的軸孔固定連接位移傳感器，位移傳感器磁 環(huán)固定安裝在活塞推桿的端面上。
液壓油源經(jīng)進油座上的通油口，經(jīng)主軸上的環(huán)形配油槽、徑向通油孔和軸 向通油孔，經(jīng)推桿后支承上的通油孔，經(jīng)主軸法蘭上的通油孔，經(jīng)輪轂主體的 壁內(nèi)油孔和液壓缸的壁內(nèi)油孔與液壓缸的左右腔連通，形成液壓回路。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是
1. 變槳液壓缸作為槳轂的一部分，前置于槳轂主體，節(jié)省了槳轂的內(nèi)部空間， 簡化了槳轂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其尺寸短而粗，能提供較大的變槳驅(qū)動力和提高系統(tǒng) 的液壓固有頻率，具有較好的控制性能。
2. 齒輪齒條作為變槳系統(tǒng)的傳動機構(gòu)，使變槳角度大于180度，變槳機構(gòu)簡 單可靠，適合雙向潮流能利用。
3. 用零件的內(nèi)部及壁面作為液壓缸的通油管路，避免了槳轂轉(zhuǎn)動時的管路纏 繞問題。
4. 具有較好的密封性，適合惡劣的潮流環(huán)境。


圖l是本發(fā)明的剖視裝配圖。 圖2是圖1的A—A向剖視圖。 圖3是圖1的D向局部視圖。 圖4是圖1的B—B向剖視圖。 圖5是圖1的C一C向剖視圖。 圖6是圖3的E—E向旋轉(zhuǎn)剖視圖。 圖7是圖6的F向局部視圖。 圖8是液壓缸的驅(qū)動原理圖。圖中l(wèi).槳葉，2.槳轂主體，3.液壓缸，4.液壓缸缸筒，5.液壓缸前端蓋，6. 活塞，7.活塞推桿，8.推桿前支承，9.齒條，IO.齒輪軸，ll.槳葉回轉(zhuǎn)軸承，12. 齒輪軸回轉(zhuǎn)軸承，13.彈性擋圈，14.螺栓托板，15.導(dǎo)向平鍵，16.推桿后支承， 17.主軸法蘭，18.主軸，19.位移傳感器磁環(huán)，20.位移傳感器，2L進油座，22.傳 感器端蓋，23.機艙，24.主軸軸承，25.0型密封圈，26.密封圈，27.液壓缸左腔 通油孔，28.液壓缸右腔通油孔，29.電液比例方向閥，30.控制系統(tǒng)
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明的液壓缸3作為整個槳轂外殼的一部分，通過螺釘安 裝在輪轂主體2的正前方，液壓缸缸筒4的軸線與潮流方向平行。活塞推桿7 的左端和液壓缸活塞6螺紋連接，支承活塞推桿7前端的推桿前支承8固定安 裝在液壓缸缸筒4內(nèi)，推桿前支承8和活塞推桿7之間安裝有U型密封圈，防 止液壓缸的油液外泄。
如圖1、圖2所示，位于輪轂主體2內(nèi)的活塞推桿7上的三角形推盤的每個 側(cè)面分別通過螺釘安裝與活塞推桿7平行的齒條9，三個齒輪軸10 —端的齒輪 分別和各自的齒條9嚙合，齒輪軸10的另一端通過螺栓和各自的槳葉1固定連 接，輪轂主體2周向均勻分布的三個凸臺，其內(nèi)外側(cè)分別安裝齒輪軸回轉(zhuǎn)軸承 12和槳葉回轉(zhuǎn)軸承11，使得槳葉1和齒輪軸10可一同繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動。 當(dāng)液壓缸的活塞6帶動活塞推桿7軸向移動時，通過齒條齒輪嚙合帶動槳葉1 繞自身軸線轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)槳葉節(jié)距角的改變。槳葉1的回轉(zhuǎn)角度取決于活塞推桿7 的移動距離。齒輪軸10的軸段部分為一空心結(jié)構(gòu)，用來減小回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量。 齒輪軸10上固定連接螺栓托板14， 一方面防止槳轂外面的海水通過槳葉螺栓孔 進入槳轂內(nèi)部，另一方面方便齒輪軸和槳葉的裝配。齒輪軸10上靠近槳葉側(cè)安 裝彈性擋圈13，其作用也是方便齒輪軸的裝配。槳葉l的根部安裝O型密封圈 25，防止海水的滲入。當(dāng)槳轂工作時，輪轂主體2內(nèi)需充入潤滑油液以潤滑齒 輪齒條，油液高度需超過其中心線。
如圖1、圖4所示，活塞推桿7上固定安裝導(dǎo)向平鍵15，其后端依靠固定 連接在主軸法蘭17上的推桿后支承16來支承，導(dǎo)向平鍵15與推桿后支承16 上的鍵槽活動配合，起到軸向?qū)蚝椭芟蚨ㄎ蛔饔谩Ｖ鬏S法蘭17的法蘭盤通過 螺釘和輪轂主體2連接，主軸法蘭17的軸孔通過平鍵和過盈配合與主軸18的 一端固定連接。主軸18依靠安裝在機組機艙23內(nèi)的主軸軸承24支承。當(dāng)槳葉 在潮流的沖擊下受力從而帶動槳轂轉(zhuǎn)動時，槳轂主體2帶動液壓缸3、活塞推桿7、主軸18等零件一同繞中心軸轉(zhuǎn)動，主軸將轉(zhuǎn)動時的機械能傳遞給機艙內(nèi)的 能量轉(zhuǎn)換元件，如發(fā)電機或液壓泵。
如圖1、圖5所示，套在主軸18另一端上的進油座21其法蘭部分和機艙 23固定連接，進油座21軸孔內(nèi)安裝3個密封圈26，用來阻止液壓缸油腔中的 油液外泄。傳感器端蓋22通過螺釘和進油座21固定連接，傳感器端蓋22的軸 孔通過螺紋固定連接磁致伸縮式位移傳感器20，位移傳感器磁環(huán)19固定安裝在 活塞推桿7的端面上?；钊茥U7的右端沿其中心線開有一深孔，主軸18沿其 中心線開有一通孔，當(dāng)活塞推桿7帶著傳感器磁環(huán)19在主軸通孔中軸向移動時， 傳感器的測桿可伸入活塞推桿7的深孔內(nèi)，位移傳感器測量活塞推桿的位移， 經(jīng)過換算可獲得槳葉的當(dāng)前節(jié)距角。
如圖6、圖3、圖1所示，本發(fā)明的液壓缸3的油路采用配油機構(gòu)加零件內(nèi) 壁孔的管路方式。進油座21上開有兩個通油孔，在主軸18上與此對應(yīng)分別開 有兩個環(huán)形的配油槽。液壓油液從進油座21的上通油孔進入，依次經(jīng)主軸18 上的環(huán)形配油槽、徑向通油孔和軸向通油孔，經(jīng)推桿后支承16上的軸向和徑向 通油孔，經(jīng)主軸法蘭17上的軸向和徑向通油孔，經(jīng)輪轂主體2的壁內(nèi)通油孔， 經(jīng)液壓缸缸筒4及端蓋5的壁內(nèi)通油孔進入液壓缸3的左腔。液壓缸3的右腔 依次經(jīng)缸筒4和輪轂主體2的壁內(nèi)通油孔，經(jīng)主軸法蘭17和推桿后支承16的 軸向和徑向通油孔，經(jīng)主軸18的軸向和徑向通油孔及環(huán)形配油槽與進油座21 的F通油孔連通。液壓缸的左右腔通油油路分別如圖中的27、 28所示。另外， 圖2、圖4、圖5、圖7中都示有不同零件中的通油孔。在通油油路中，由于加 工導(dǎo)致的多余的通油孔部分，其上都攻有內(nèi)螺紋，在液壓缸通油前須用堵塊將 其堵住，以防止油液外泄。
如圖1所示，除了槳葉1的根部安裝有O型密封圈25夕卜，變槳轂的其他一 些結(jié)合面，比如液壓缸端蓋和缸筒，缸筒和輪轂主體，輪轂主體和主軸法蘭等 結(jié)合面處都安裝有優(yōu)質(zhì)的O型密封圈，以防止海水進入變槳轂。
將變槳轂裝配成一個部件，和機艙、液壓系統(tǒng)、控制設(shè)備等組成一臺水平 軸式的潮流發(fā)電機組。進油座21的上下通油孔分別和液壓系統(tǒng)中的電液比例方 向閥29的A、 B 口連接，將位移傳感器20的輸出信號接入控制系統(tǒng)30，如圖8 所示。這樣，變槳轂中的液壓缸3、位移傳感器20、液壓系統(tǒng)中的電液比例方 向閥29加上控制系統(tǒng)30組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，改變電液比例方向閥29的閥芯位 移，就可改變液壓缸活塞推桿7的軸向位置，從而改變槳葉的節(jié)距角。
將配有本變槳轂的潮流發(fā)電機組安裝在具有往返流動特性的水道中，選擇合適的水深，保證退潮時整個變槳轂仍然完全浸沒在水中。當(dāng)潮流速度達到啟 動流速時，槳轂的節(jié)距角調(diào)節(jié)到最小值附近，槳轂在潮流的沖擊下轉(zhuǎn)動，通過 主軸傳遞能量至發(fā)電機發(fā)電。當(dāng)流速超過額定流速時，調(diào)節(jié)槳轂節(jié)距角從而進 行機組的功率控制，以實現(xiàn)機組的輸出功率穩(wěn)定。當(dāng)潮流換向時，槳轂節(jié)距角
跟著轉(zhuǎn)動180度，實現(xiàn)機組的雙向流運行。
上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本 發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落 入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種潮流發(fā)電機組的變槳轂，其特征在于液壓缸(3)安裝在輪轂主體(2)的正前方，液壓缸缸筒(4)的軸線與潮流方向平行，活塞推桿(7)的左端和液壓缸活塞(6)連接，支承活塞推桿(7)前端的推桿前支承(8)固定安裝在液壓缸缸筒(4)內(nèi)；位于輪轂主體(2)內(nèi)的活塞推桿(7)上的三角形推盤的每個側(cè)面分別安裝與活塞推桿平行的齒條(9)，三個齒輪軸(10)一端的齒輪分別和各自的齒條(9)嚙合，齒輪軸(10)的另一端和各自的槳葉(1)固定連接，活塞(6)帶動活塞推桿(7)軸向移動時，能使槳葉(1)和齒輪軸(10)一同繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動；活塞推桿(7)上固定安裝導(dǎo)向平鍵(15)，其后端依靠固定連接在主軸法蘭(17)上的推桿后支承(16)來支承，導(dǎo)向平鍵(15)與推桿后支承(16)上的鍵槽活動配合，主軸法蘭(17)的法蘭盤和輪轂主體(2)連接，主軸法蘭(17)的軸孔與主軸(18)的一端固定連接，主軸(18)依靠安裝在機組機艙(23)內(nèi)的主軸軸承(24)支承；套在主軸(18)另一端上的進油座(21)其法蘭部分和機艙(23)固定連接，進油座(21)軸孔內(nèi)安裝密封圈(26)，傳感器端蓋(22)和進油座(21)固定連接，傳感器端蓋(22)的軸孔固定連接位移傳感器(20)，位移傳感器磁環(huán)(19)固定安裝在活塞推桿(7)的端面上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種潮流發(fā)電機組的變槳轂，其特征在于液壓油源經(jīng)進油座(21)上的通油口，經(jīng)主軸(18)上的環(huán)形配油槽、徑向通油孔和軸向 通油孔，經(jīng)推桿后支承(16)上的通油孔，經(jīng)主軸法蘭(17)上的通油孔，經(jīng)輪轂主 體(2)的壁內(nèi)油孔和液壓缸(3)的壁內(nèi)油孔與液壓缸(3)的左右腔連通，形成液壓回 路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種潮流發(fā)電機組的變槳轂。液壓缸安裝在槳轂的正前方，活塞推桿上安裝三根與其平行的齒條，三個齒輪軸一端和齒條嚙合，另一端和槳葉固定連接，活塞推桿軸向移動時，槳葉繞自身軸線轉(zhuǎn)動，主軸法蘭和輪轂主體連接，其軸孔與傳遞機械能的主軸固定連接，進油座與機艙固定連接，傳感器端蓋固定連接位移傳感器，后者測量活塞推桿的位移從而獲得槳葉節(jié)距角。油源經(jīng)進油座上的通油口、主軸上的配油槽及內(nèi)通油孔、推桿后支承和主軸法蘭上的通油孔、輪轂主體和液壓缸的壁內(nèi)通油孔與液壓缸的左右腔連通，形成液壓回路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，槳轂體積小，變槳驅(qū)動力大，控制性能好，變槳角度可超過180度，適合應(yīng)用于雙向潮流能利用的潮流發(fā)電機組中。
文檔編號F03B3/14GK101520016SQ200910097060
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者劉宏偉, 偉 李, 林勇剛, 舜 馬 申請人:浙江大學(xué)