全文摘要
本实用新型涉及潮流能水轮机技术领域，特别是指一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，包括固定支撑板、叶片、上叶片支架、下叶片支架，所述固定支撑板是固定不动的，所述固定支撑板上方依次设有下叶片支架、叶片和上叶片支架，所述下叶片支架和上叶片支架的基体均为一个圆盘，圆盘中心开孔，圆盘四周均匀分布着三个分支杆，所述下叶片支架和上叶片支架的圆盘中心通过主轴固定相连，三个所述分支杆上下分别对齐，并分别连有叶片。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型解决了主动式变偏角机构需要额外消耗电能、且整体机构偏向复、长期运行可靠性低和被动式机构无法准确调节叶片偏角规律、能量利用率提高不显著的问题。
主设计要求
1.一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，其特征在于：包括固定支撑板（1）、叶片（2）、上叶片支架（3）、下叶片支架（4），所述固定支撑板（1）是固定不动的，所述固定支撑板（1）上方依次设有下叶片支架（4）、叶片（2）和上叶片支架（3），所述下叶片支架（4）和上叶片支架（3）的基体均为一个圆盘，圆盘中心开孔，圆盘四周均匀分布有三个分支杆，所述下叶片支架（4）和上叶片支架（3）的圆盘中心通过主轴（5）固定相连，三个所述分支杆上下分别对齐，并分别连有叶片（2），所述叶片（2）端面上设有上下贯通的第一通孔（7）和第二通孔（8），所述第一通孔（7）中穿设有叶片支架轴，所述叶片支架轴上下端固定连接上叶片支架（3）和下叶片支架（4），所述下叶片支架（4）下端面圆盘上设有三个圆柱凸台，所述圆柱凸台上分别设有行星齿轮（11），中心处设有固定中心齿轮（12），所述中心齿轮（12）与行星齿轮（11）相互啮合，所述下叶片支架（4）的三个分支杆上均开设有直槽口，所述叶片（2）的第二通孔（8）中穿设有调浆轴，所述调浆轴的下端与定长连杆（10）相连，所述定长连杆（10）另一端与调节连杆（13）的第三通孔（18）相连，且相连处铰接有滑块（6），所述滑块（6）设于下叶片支架（4）分支杆上的直槽口内，所述调节连杆（13）的另一端与偏心距螺纹调节杆（14）相连，所述偏心距螺纹调节杆（14）通过托架（9）与行星齿轮（11）相连。
设计方案
1.一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，其特征在于：包括固定支撑板（1）、叶片（2）、上叶片支架（3）、下叶片支架（4），所述固定支撑板（1）是固定不动的，所述固定支撑板（1）上方依次设有下叶片支架（4）、叶片（2）和上叶片支架（3），所述下叶片支架（4）和上叶片支架（3）的基体均为一个圆盘，圆盘中心开孔，圆盘四周均匀分布有三个分支杆，所述下叶片支架（4）和上叶片支架（3）的圆盘中心通过主轴（5）固定相连，三个所述分支杆上下分别对齐，并分别连有叶片（2），所述叶片（2）端面上设有上下贯通的第一通孔（7）和第二通孔（8），所述第一通孔（7）中穿设有叶片支架轴，所述叶片支架轴上下端固定连接上叶片支架（3）和下叶片支架（4），
所述下叶片支架（4）下端面圆盘上设有三个圆柱凸台，所述圆柱凸台上分别设有行星齿轮（11），中心处设有固定中心齿轮（12），所述中心齿轮（12）与行星齿轮（11）相互啮合，所述下叶片支架（4）的三个分支杆上均开设有直槽口，所述叶片（2）的第二通孔（8）中穿设有调浆轴，所述调浆轴的下端与定长连杆（10）相连，所述定长连杆（10）另一端与调节连杆（13）的第三通孔（18）相连，且相连处铰接有滑块（6），所述滑块（6）设于下叶片支架（4）分支杆上的直槽口内，所述调节连杆（13）的另一端与偏心距螺纹调节杆（14）相连，所述偏心距螺纹调节杆（14）通过托架（9）与行星齿轮（11）相连。
2.根据权利要求1所述的一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，其特征在于：所述调节连杆（13）包括基体杆（15）、螺纹连接件（16）、滑杆（17），所述基体杆（15）一端开有第三通孔（18），所述基体杆（15）在其上端面上开有矩形槽和直槽口，所述滑杆（17）一端开有铰接孔，其端面上有开通的直槽口，所述滑杆（17）的宽度与基体杆（15）上矩形槽的宽度相同，所述滑杆（17）放置在基体杆（15）的矩形槽中并在此槽中沿直线滑动，并通过螺纹连接件（16）进行紧固。
3.根据权利要求2所述的一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，其特征在于：所述偏心距螺纹调节杆（14）包括偏心轮套（20）、调距螺杆（21）、锁紧螺母（22）和偏心调节滑块（19），所述偏心轮套（20）外圆面与行星齿轮（11）的内孔通过矩形限位键进行限位，所述偏心轮套（20）一侧设有带矩形槽的支架，所述矩形槽中设有偏心调节滑块（19），所述偏心调节滑块（19）上方的圆形凸台与调节连杆（13）上的滑杆（17）相连，所述偏心调节滑块（19）中穿设有调距螺杆（21），所述调距螺杆（21）上套设有锁紧螺母（22），所述调距螺杆（21）与偏心轮套（20）相连。
4.根据权利要求1所述的一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，其特征在于：三个所述行星齿轮（11）直径相同，绕所述主轴（5）公转，又绕自己的轴心线自转。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及潮流能水轮机技术领域，特别是指一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构。
背景技术
海洋潮流能作为一种储量巨大的可再生能源，近些年来引起各国专家学者的关注。与此同时，各国政府也加大对潮流电站及其关键技术的研发力度。而潮流能水轮机作为一种将海洋潮流能转换为电能的中间装置，其转换效率的高低无疑成为衡量轮机工作性能的重要指标。目前，竖轴潮流水轮机有两种结构形式，即固定偏角潮流能水轮机和变偏角潮流能水轮机。前者由于无法根据来流方向调节叶片受力，从而导致能量转换效率普遍偏低。因此，近些年来人们纷纷将目光投向叶片偏角可变的潮流能水轮机。而根据叶片偏角调节方式的不同，又将变偏角潮流能水轮机的叶片控制机构分为主动式和被动式。
主动式变偏角机构需要提供额外的动力来实现叶片变桨。虽然可以实现精确地角度范围的调节，但是一方面需要额外消耗电能，另一方面其结构过于复杂，不仅增加了制造和使用成本，而且随着调浆机构复杂度的提高，使用的寿命和可靠性又会相应降低。主动式变偏角机构一般可分为直接驱动式和机械结构调整式。直接驱动式变偏角机构是通过电机或液压系统直接驱动叶片转动，实现叶片变桨。这种变偏角机构对电机或液压系统的要求比较高；机械结构调整式变偏角机构通过机械结构实现对叶片偏角的控制，其结构比较复杂，对加工、装配精度要求较高，并且由于受到具体机械结构的限制，对偏角规律的控制具有一定的局限性。
被动式变偏角机构主要通过限制叶片旋转范围来实现变桨。被动式结构的特点是偏角变化不可控，即仅仅通过限位装置或阻尼装置限定了角度偏转的范围 ，不能准确控制叶片偏角变化的规律，这样在潮流流速较快时，叶片的无规律偏转既对整个机构产生冲击从而降低机构使用寿命，又不能保证叶片的瞬时姿态总是处于最佳受力位置。常见的被动式变偏角机构有摆动挡块式，弹簧控制式和连杆控制式。摆动挡块式变偏角机构通过螺栓来限制叶片的摆动范围，在水流作用下，叶片会在限制的范围内自由摆动。弹簧控制式变偏角机构依靠水流的冲击实现叶片的偏转，利用一组弹簧机构来提供恢复力矩，控制叶片偏转的幅度。连杆控制式变偏角机构参照了摆线推进器的叶片调距原理，是一种可做周转运动的多杆机构。
实用新型内容
本实用新型公开了一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，解决了主动式变偏角机构需要额外消耗电能、且整体机构偏向复、长期运行可靠性低和被动式机构无法准确调节叶片偏角规律、能量利用率提高不显著的问题。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，包括固定支撑板、叶片、上叶片支架、下叶片支架，所述固定支撑板是固定不动的，所述固定支撑板上方依次设有下叶片支架、叶片和上叶片支架，所述下叶片支架和上叶片支架的基体均为一个圆盘，圆盘中心开孔，圆盘四周均匀分布着三个分支杆，所述下叶片支架和上叶片支架的圆盘中心通过主轴固定相连，三个所述分支杆上下分别对齐，并分别连有叶片，所述叶片端面上设有上下贯通的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔中穿设有叶片支架轴，所述叶片支架轴上下端固定连接上叶片支架和下叶片支架，
所述下叶片支架下端面圆盘上设有三个圆柱凸台，所述圆柱凸台上分别设有行星齿轮，中心处设有固定中心齿轮，所述中心齿轮与行星齿轮相互啮合，所述下叶片支架的三个分支杆上均开设有直槽口，所述叶片的第二通孔中穿设有调浆轴，所述调浆轴的下端与定长连杆相连，所述定长连杆另一端与调节连杆的第三通孔相连，且相连处铰接有滑块，所述滑块设于下叶片支架分支杆上的直槽口内，所述调节连杆的另一端与偏心距螺纹调节杆相连，所述偏心距螺纹调节杆通过托架与行星齿轮相连。
进一步的，所述调节连杆包括基体杆、螺纹连接件、滑杆，所述基体杆一端开有第三通孔，所述基体杆在其上端面上开有矩形槽和直槽口，所述滑杆一端开有铰接孔，其端面上有开通的直槽口，所述滑杆的宽度与基体杆上矩形槽的宽度相同，所述滑杆放置在基体杆的矩形槽中并在此槽中沿直线滑动，并通过螺纹连接件进行紧固。
进一步的，所述偏心距螺纹调节杆包括偏心轮套、调距螺杆、锁紧螺母和偏心调节滑块，所述偏心轮套外圆面与行星齿轮的内孔通过矩形限位键进行限位，所述偏心轮套一侧设有带矩形槽的支架，所述矩形槽中设有偏心调节滑块，所述偏心调节滑块上方的圆形凸台与调节连杆上的滑杆相连，所述偏心调节滑块中穿设有调距螺杆，所述调距螺杆上套设有锁紧螺母，所述调距螺杆与偏心轮套相连。
进一步的，三个所述行星齿轮直径相同，绕所述主轴公转，又绕自己的轴心线自转。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型在结构设计上，采用类行星轮机构和连杆滑块机构，使叶片可以借助潮流的推力，在绕主轴公转的同时又会在一定角度范围内自转，这种结构设计组成较为简单，因而降低了制造和维护成本，结构上的简单性又使整体机构的运行可靠性有所提高；
2、本实用新型在功能要求上，不采用传统被动式叶片控制机构的限位装置和阻尼装置，而是通过连杆将叶片与行星轮连接起来，所以叶片偏转总是按照近似正弦规律动作。而对于叶片偏角的调节，则根据给定的最小偏角和最大偏角的值，来反推出连杆的长度，即只需将特定连杆调节到适宜的长度，叶片偏角便可以在预期范围内有规律的偏转，且各连杆相互独立，当要求三个叶片偏转的规律相同时，可以将三个叶片对应的连杆调节为相同长度，而当要求偏转规律不同时，又可以通过分别调节连杆的长度来实现。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型下叶片支架的仰视图；
图3是本实用新型调节连杆的结构示意图；
图4是本实用新型偏心距螺纹调节杆的结构示意图；
图5是本实用新型的物理模型示意图。
图中：1、固定支撑板；2、叶片；3、上叶片支架；4、下叶片支架；5、主轴；6、滑块；7、第一通孔；8、第二通孔；9、托架；10、定长连杆；11、行星齿轮；12、固定中心齿轮；13、调节连杆；14、偏心距螺纹调节杆；15、基体杆；16、螺纹连接件；17、滑杆；18、第三通孔；19、偏心调节滑块；20、偏心轮套；21、调距螺杆；22、锁紧螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明：
一种偏角可控式潮流能水轮机变角机构，包括固定支撑板1、叶片2、上叶片支架3、下叶片支架4，所述固定支撑板1是固定不动的，所述固定支撑板1上方依次设有下叶片支架4、叶片2和上叶片支架3，所述下叶片支架4和上叶片支架3的基体均为一个圆盘，圆盘中心开孔，圆盘四周均匀分布着三个分支杆，所述下叶片支架4和上叶片支架3的圆盘中心通过主轴5固定相连，三个所述分支杆上下分别对齐，并分别连有叶片2，所述叶片2端面上设有上下贯通的第一通孔7和第二通孔8，所述第一通孔7中穿设有叶片支架轴，所述叶片支架轴上下端固定连接上叶片支架3和下叶片支架4，
所述下叶片支架4下端面圆盘上设有三个圆柱凸台，所述圆柱凸台上分别设有行星齿轮11，中心处设有固定中心齿轮12，所述中心齿轮12与行星齿轮11相互啮合，所述下叶片支架4的三个分支杆上均开设有直槽口，所述叶片2的第二通孔8中穿设有调浆轴，所述调浆轴的下端与定长连杆10相连，所述定长连杆10另一端与调节连杆13的第三通孔18相连，且相连处铰接有滑块6，所述滑块6设于下叶片支架4分支杆上的直槽口内，所述调节连杆13的另一端与偏心距螺纹调节杆14相连，所述偏心距螺纹调节杆14通过托架9与行星齿轮11相连。
所述调节连杆13包括基体杆15、螺纹连接件16、滑杆17，所述基体杆15一端开有第三通孔18，所述基体杆15在其上端面上开有矩形槽和直槽口，所述滑杆17一端开有铰接孔，其端面上有开通的直槽口，所述滑杆17的宽度与基体杆15上矩形槽的宽度相同，所述滑杆17放置在基体杆15的矩形槽中并在此槽中沿直线滑动，并通过螺纹连接件16进行紧固。
所述偏心距螺纹调节杆14包括偏心轮套20、调距螺杆21、锁紧螺母22和偏心调节滑块19，所述偏心轮套20外圆面与行星齿轮11的内孔通过矩形限位键进行限位，所述偏心轮套20一侧设有带矩形槽的支架，所述矩形槽中设有偏心调节滑块19，所述偏心调节滑块19上方的圆形凸台与调节连杆13上的滑杆17相连，所述偏心调节滑块19中穿设有调距螺杆21，所述调距螺杆21上套设有锁紧螺母22，所述调距螺杆21与偏心轮套20相连。
三个所述行星齿轮11直径相同，绕所述主轴5公转，又绕自己的轴心线自转。
具体工作原理：在本装置工作过程中，三个叶片的表面在水流的推动下，带动上、下叶片支架产生转动，上、下叶片支架又带动主轴转动，从而产生发电行为。在叶片支架转动的同时，安装在下叶片支架上的三个行星齿轮也在绕主轴公转。而三个行星齿轮均与安装在固定支撑板上的固定中心齿轮相啮合，而由于固定中心齿轮总是处于静止状态，所以三个行星齿轮在绕主轴公转的同时，又在绕自己的轴心线自转。行星齿轮的自转带动了偏心距螺纹调节杆的转动，从而使调节连杆与偏心距螺纹调节杆的铰接点绕行星齿轮的轮心做圆周偏心运动，由此拉动调节连杆的另一端铰接处在下叶片支架的分支杆的矩形槽内做往复直线运动，且上述调节连杆的另一端又与定长连杆的一端铰接，即定长连杆的一端也在矩形槽中做直线往复运动。定长连杆的另一端通过调浆轴与叶片上端面的第二个孔相连，定长连杆一端的滑动拉动叶片绕叶片支架轴做一定角度范围内的偏转，叶片偏角的极限位置和偏角范围通过调节偏心距螺纹调节杆和调节连杆的长度来共同实现。
偏心距螺纹调节杆的长度调节原理为：偏心轮套上方的孔为光孔，偏心调节滑块下方的孔为螺纹孔，且此两孔的中心线共线，调距螺杆安装在这两个孔内。当调距螺杆相对于偏心轮套的轴向位置固定不动而仅绕自己的轴线做转动时，通过螺纹传动会使偏心调节滑块在偏心轮套的矩形槽内做直线运动。所以，当需要增大偏心轮套相对于偏心调节滑块之间的距离时则顺时针转动螺杆，反之则逆时针转动。偏心调节滑块在调距螺杆位置的固定既可以通过螺纹的自锁又引入了锁紧螺母来固定。调距螺杆相对于偏心轮套的轴向位置的确定通过调距螺杆光杆部分的台阶面和锁紧螺母来实现。
调节连杆的长度调节原理：调节连杆中的滑杆的截面为矩形，与基体杆中的矩形槽相配，并可以在矩形槽内滑动，其位置的确定通过螺纹连接件来实现固定。
为清楚的表达本装置的叶片偏角的调节控制原理，从物理模型中抽象出数学模型，如图5所示，在叶片支架公转过程中，O点与O＇的位置始终固定，B点可以沿着OO＇做直线移动，O＇Ｃ与BC的长度可以调节，OA与AB的长度不可调节。当C点运动到上极限位置C＇时，B点也运动到上极限位置B＇，叶片偏角Φ达到最大偏角Φ＇；当C点运动到下极限位置C＇＇时，B点也运动到下极限位置B＇＇，叶片偏角Φ达到最小偏角Φ＇＇。所以，当给定叶片偏角的范围，即最小偏角Φ＇＇和最大偏角Φ＇，则根据最小偏角Φ＇＇、OA＇＇、A＇＇B＇＇的值，应用三角形定理推算出OB＇＇的值，从而算出O＇B＇＇的值，而O＇B＇＇＝B＇＇C＇＇－C＇＇O＇；根据最大偏角Φ＇、OA＇、A＇B＇的值，应用三角形定理推算出OB＇的值，从而算出O＇B＇的值，而O＇B＇=B＇C＇+C＇O＇；最后根据方程一和方程二解出O＇C和BC的值，即为偏心距螺纹调节杆和调节连杆两个杆所要调定的长度。当要求三个叶片的偏角规律一致时，则将三个叶片所分别对应的偏心距螺纹调节杆和调节连杆的长度调为相同；当要求三个叶片的偏角规律不一致时，则可以分别调节三个叶片所分别对应的偏心距螺纹调节杆和调节连杆的长度。这样保证了叶片偏转总是有规律的，可调节的，可以控制的。
以上所述仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920052463.0
申请日:2019-01-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:84(南京)
授权编号:CN209671130U
授权时间:20191122
主分类号:F03B 13/14
专利分类号:F03B13/14;F03B13/26;F03B3/14;F03B11/00
范畴分类:28C;
申请人:南京工业大学
第一申请人:南京工业大学
申请人地址:210000 江苏省南京市新模范马路5号
发明人:卢传民;何津;李博竑;刘悦
第一发明人:卢传民
当前权利人:南京工业大学
代理人:李静
代理机构:11548
代理机构编号:北京华仲龙腾专利代理事务所(普通合伙) 11548
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计