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      程序控制伺服驅(qū)動(dòng)葉片流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置的制作方法

      文檔序號(hào):5249459閱讀:433來源:國知局
      專利名稱:程序控制伺服驅(qū)動(dòng)葉片流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及的是一種發(fā)電裝置,具體地說是一種立軸水力/風(fēng)力發(fā)電裝置。(二) 背景技術(shù)能量利用率是衡量風(fēng)力機(jī)和海洋潮流水輪機(jī)葉輪流體動(dòng)力性能的重要參數(shù) 之一,也是研究和設(shè)計(jì)中追求的重要指標(biāo)?,F(xiàn)有的立軸水流(風(fēng)力)發(fā)電裝置葉 輪一般為固定葉片式葉輪結(jié)構(gòu)或動(dòng)葉片連桿機(jī)構(gòu)形式,在流體動(dòng)能的作用下推動(dòng) 葉輪轉(zhuǎn)動(dòng),并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,適合于海洋潮流能、河流水流動(dòng)能 及風(fēng)能利用。但是,現(xiàn)有立軸發(fā)電裝置由于機(jī)構(gòu)形式的限制,葉片繞葉輪主軸作 圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí),不能繞自身軸運(yùn)動(dòng)或者不能主動(dòng)控制葉片運(yùn)動(dòng)規(guī)律,使其在各 位置角處均適應(yīng)來流速度而獲得最佳的流體動(dòng)力攻角,從而導(dǎo)致裝置的能量利用 率普遍較低、不能自啟動(dòng)或自停機(jī)。程序控制伺服驅(qū)動(dòng)葉片流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置的 葉片運(yùn)動(dòng)規(guī)律是在大量流體動(dòng)力性能模型實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化后 獲得的,并將通過程序控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式,獲得葉片在不同位置角處對(duì)應(yīng)不 同流速和不同載荷的最佳水動(dòng)力攻角,使裝置獲得最佳能量輸出。國內(nèi)外立軸可變角水輪機(jī)相關(guān)專利主要有以下幾種一是轉(zhuǎn)子上的每個(gè)葉片 繞自身軸的運(yùn)動(dòng)由機(jī)械連桿、凸輪或彈簧機(jī)構(gòu)控制,例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?96208614.2以及03 2 39061.0的專利申請(qǐng)文件中記載的技術(shù)方案等。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過 程中,葉片受到的水動(dòng)力和機(jī)構(gòu)控制力平衡而使葉片角度調(diào)整;二是轉(zhuǎn)子上的每 個(gè)葉片固連質(zhì)量塊,例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?3827053.6的專利申請(qǐng)文件中記載的技 術(shù)方案等。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,葉片受到的水動(dòng)力和質(zhì)量塊慣性力平衡而使葉片角 度調(diào)整。上述實(shí)現(xiàn)方式結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單,能夠被動(dòng)適應(yīng)水流速度改變角度調(diào)整量, 缺點(diǎn)是無法做到在不同來流環(huán)境下葉片對(duì)轉(zhuǎn)子主軸提供最大的驅(qū)動(dòng)力矩,水動(dòng)力 效率偏低。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可將水流(風(fēng)力)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,能適應(yīng)不同水流速度(風(fēng)速)及方向變化,及時(shí)改變?nèi)~片攻角,獲得最大 能量輸出的程序控制伺服驅(qū)動(dòng)葉片流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的傳感器23連接主控制器22,主控制器22與從控制器21相連,葉片1驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)輪ll,轉(zhuǎn)輪11通過轉(zhuǎn)輪立軸10連接增速器8,增速器8帶動(dòng)發(fā)電機(jī)6,增速 器8上連接有轉(zhuǎn)輪編碼器7,轉(zhuǎn)輪編碼器7輸入主控制器22,轉(zhuǎn)輪ll內(nèi)設(shè)置有 伺服電機(jī)4,伺服電機(jī)4上帶有伺服電機(jī)編碼器5,伺服電機(jī)4和伺服電機(jī)編碼 器5從控制器21相連,伺服電機(jī)4通過減速器3與葉片軸2相連,轉(zhuǎn)輪立軸IO 和發(fā)電機(jī)6安裝在支撐載體30上。本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征每個(gè)葉片1配備有獨(dú)立的伺服電機(jī)4、伺服電機(jī)編碼器5,主控制器22上連 接的從控制器21的數(shù)量大于等于葉片的數(shù)量。為了克服現(xiàn)有立軸輪式水力(風(fēng)力)發(fā)電裝置存在的缺點(diǎn),本發(fā)明提供了一 種高能量利用率的流水發(fā)電裝置。在大量的模型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過理論計(jì)算, 進(jìn)行水動(dòng)力性能優(yōu)化,確定了不同工況下葉片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過程序控制的伺服 驅(qū)動(dòng)葉片的運(yùn)動(dòng),可將水流(風(fēng)力)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。它能 適應(yīng)不同水流速度(風(fēng)速)及方向變化,及時(shí)改變?nèi)~片攻角,獲得最大能量輸出。 并能根據(jù)負(fù)載的變化,提供最合適的能量輸出。提供人們生產(chǎn)生活需要的清潔的 可再生能源。本發(fā)明的控制系統(tǒng)采用主從式多機(jī)控制方式,主控制器負(fù)責(zé)系統(tǒng)的調(diào)度、計(jì) 算及現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的獲取,從控制器控制各個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)輪底部圓周上均 布一定數(shù)量的葉片,轉(zhuǎn)輪上部主軸與輸出軸相聯(lián)結(jié),輸出軸通過增速齒輪聯(lián)接發(fā) 電機(jī)。葉片采用伺服電機(jī)減速器直接驅(qū)動(dòng)方案。本發(fā)明的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在葉片攻角不固定,能夠根據(jù)水流速度(風(fēng)速)大小和方向的變化以及理論計(jì)算的控制規(guī)律實(shí)時(shí)調(diào)整;每個(gè)葉片攻角獨(dú)立控制,可 適應(yīng)多葉片布置;控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù);葉片攻角還可以受負(fù)載變化控 制,及時(shí)調(diào)整。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在可以方便地將海洋潮流、河流(風(fēng)力)動(dòng)能 高效轉(zhuǎn)換為電能輸出。與現(xiàn)有立軸水輪(風(fēng)力)機(jī)組相比能量利用率高,葉輪的迎流面積相同時(shí)能夠發(fā)出更大功率,還有根據(jù)需要方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)組的啟動(dòng)、停止 和功率調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。特別適宜于兆瓦級(jí)大型立軸機(jī)組葉片控制與功率調(diào)節(jié),適宜于自然環(huán)境中流速變化范圍大,載荷調(diào)配困難的地點(diǎn)。尤其是在國家電網(wǎng)覆蓋不 到,解決沿海島嶼及偏遠(yuǎn)地區(qū)居民的生產(chǎn)生活用電方面,可發(fā)揮積極作用。由于 能量利用率的提高,克服了以往結(jié)構(gòu)形式能量利用率低的缺點(diǎn),必將推動(dòng)潮流能、 水(風(fēng))能發(fā)電的商業(yè)應(yīng)用。(四)


      圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2是本發(fā)明的正視圖;圖3是本發(fā)明的五個(gè)葉片布置圖(俯視)。
      具體實(shí)施方式
      下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1-圖3,主控制器22通過傳感器23實(shí)時(shí)檢測(cè)水流(風(fēng))速度大小和 方向的變化及負(fù)載變化,根據(jù)這些現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)計(jì)算出每個(gè)葉片1的最合適攻角,并 將角度指令發(fā)送給從控制器21,使葉片1轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的角度。葉片1在流體動(dòng)力 的作用下驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪11轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)輪11的轉(zhuǎn)動(dòng)通過轉(zhuǎn)輪立軸10傳到增速器8,帶 動(dòng)發(fā)電機(jī)6發(fā)電。當(dāng)水流速度(風(fēng)速)增大或減小時(shí),主控制器22按照理論計(jì) 算的最優(yōu)解計(jì)算出每個(gè)葉片1的角度變化,以獲得最大的能量。當(dāng)負(fù)載減小或增 大時(shí),主控制器22可按照負(fù)載的需求,實(shí)時(shí)調(diào)整各葉片l攻角,使負(fù)載和驅(qū)動(dòng) 能力平衡。轉(zhuǎn)輪編碼器7用來測(cè)量轉(zhuǎn)輪11轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,伺服電機(jī)編碼器5用來 測(cè)量每個(gè)葉片1的轉(zhuǎn)角。伺服電機(jī)4帶動(dòng)減速器3驅(qū)動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。
      權(quán)利要求
      1、程序控制伺服驅(qū)動(dòng)葉片流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置,其特征是傳感器(23)連接主控制器(22),主控制器(22)與從控制器(21)相連,葉片(1)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪(11),轉(zhuǎn)輪(11)通過轉(zhuǎn)輪立軸(10)連接增速器(8),增速器(8)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(6),增速器(8)上連接有轉(zhuǎn)輪編碼器(7),轉(zhuǎn)輪編碼器(7)輸入主控制器(22),轉(zhuǎn)輪(11)內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)(4),伺服電機(jī)(4)上帶有伺服電機(jī)編碼器(5),伺服電機(jī)(4)和伺服電機(jī)編碼器(5)與從控制器(21)相連,伺服電機(jī)(4)通過減速器(3)與葉片軸(2)相連,轉(zhuǎn)輪立軸(10)和發(fā)電機(jī)(6)安裝在支撐載體(30)上。
      2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的程序控制伺服驅(qū)動(dòng)葉片流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置,其特 征是每個(gè)葉片(1)配備有獨(dú)立的伺服電機(jī)(4)、伺服電機(jī)編碼器(5),主控 制器(22)上連接的從控制器(21)的數(shù)量大于等于葉片的數(shù)量。
      全文摘要
      本發(fā)明提供的是一種程序控制伺服驅(qū)動(dòng)葉片流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置。傳感器23連接主控制器22,主控制器22與從控制器21相連,葉片1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪11,轉(zhuǎn)輪11通過轉(zhuǎn)輪立軸10連接增速器8,增速器8帶動(dòng)發(fā)電機(jī)6,增速器8上連接有轉(zhuǎn)輪編碼器7,轉(zhuǎn)輪編碼器7輸入主控制器22,轉(zhuǎn)輪11內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)4,伺服電機(jī)4上帶有伺服電機(jī)編碼器5,伺服電機(jī)4和伺服電機(jī)編碼器5、從控制器21相連,伺服電機(jī)4通過減速器3與葉片軸2相連,轉(zhuǎn)輪立軸10和發(fā)電機(jī)6安裝在支撐載體30上。本發(fā)明可將水流(風(fēng)力)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,能適應(yīng)不同水流速度(風(fēng)速)及方向變化,及時(shí)改變?nèi)~片攻角,獲得最大能量輸出。
      文檔編號(hào)F03B15/06GK101225790SQ20071007269
      公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月23日
      發(fā)明者廖康平, 亮 張, 李鳳來, 勇 楊, 盛其虎 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)
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