直葉式豎軸水輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供直葉式豎軸水輪機(jī)，主軸為空心軸，主軸安裝在機(jī)體上，主軸上固接高速級(jí)小齒輪、輸出齒輪和轉(zhuǎn)盤(pán)箱，輸出齒輪與發(fā)電機(jī)齒輪配合把轉(zhuǎn)矩傳給發(fā)電機(jī)，高速級(jí)小齒輪與變速箱體內(nèi)的齒輪配合，變速箱體為二級(jí)變速，換向渦輪與變速箱體固接，蝸桿由伺服電機(jī)控制，變速箱體輸出軸為中間軸，中間軸穿過(guò)主軸與傳動(dòng)齒輪固接，轉(zhuǎn)盤(pán)箱內(nèi)的傳動(dòng)齒輪與多個(gè)均布葉片齒輪配合，葉片軸穿過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)箱與葉片齒輪和葉片固接，葉片支撐架與轉(zhuǎn)盤(pán)箱固接起支撐作用，轉(zhuǎn)盤(pán)箱旋轉(zhuǎn)一周葉片繞葉片軸旋轉(zhuǎn)半周。本發(fā)明在低流速的情況下也能工作，改善了能量利用率，同時(shí)采用內(nèi)部換向渦輪來(lái)改變迎流方向，當(dāng)水流方向發(fā)生改變時(shí)，水輪機(jī)也能正常工作。
【專利說(shuō)明】直葉式豎軸水輪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及的是一種發(fā)電裝置，具體地說(shuō)是水力發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，潮汐能水輪機(jī)主要分為豎直軸水輪機(jī)和水平軸水輪機(jī)。豎直軸水輪機(jī)按其葉片形狀可分為直葉片式、螺旋葉片式及外加導(dǎo)流罩式，按驅(qū)動(dòng)力來(lái)源又可分為升力型水輪機(jī)和阻力型水輪機(jī)，按葉片攻角的可調(diào)性可分為固定攻角式和可變攻角式，固定攻角式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便，但能量利用率不高，可變攻角式水輪機(jī)能量利用率相對(duì)較高。傳統(tǒng)的豎直軸水輪機(jī)主要靠升力來(lái)提供驅(qū)動(dòng)力，因此能力利用率很低，且起轉(zhuǎn)流速要求也高，水平軸水輪機(jī)對(duì)水的流速又有一定要求且需要復(fù)雜的換向裝置來(lái)改變整個(gè)水輪機(jī)的迎流方向。
[0003]意大利的Ponte di ArchimedeS.P.A (PDA)公司制造的“Kobold”直葉式豎軸水輪機(jī)于2005年在墨西哥建成了漂浮式發(fā)電站，并成功接入電網(wǎng)，但因水輪機(jī)葉片不可改變攻角，且只利用了升力來(lái)提供動(dòng)力，因此效率比較低只有0.23左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供能夠一定程度上提高轉(zhuǎn)換效率的直葉式豎軸水輪機(jī)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明直葉式豎軸水輪機(jī)，其特征是:包括機(jī)體、轉(zhuǎn)盤(pán)箱、變速箱體、中間軸、葉片、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，葉片通過(guò)葉片軸安裝在葉片支撐架上，葉片支撐架與轉(zhuǎn)盤(pán)箱固連并與機(jī)體通過(guò)第一軸承相連，轉(zhuǎn)盤(pán)箱里設(shè)置傳動(dòng)齒輪、葉片齒輪，傳動(dòng)齒輪與葉片齒輪相嚙合，葉片齒輪安裝在葉片軸上，葉片軸與轉(zhuǎn)盤(pán)箱通過(guò)第二軸承相連，轉(zhuǎn)盤(pán)箱上安裝主軸，主軸的端部伸入至變速箱體，中間軸套裝于主軸內(nèi)，中間軸一端安裝傳動(dòng)齒輪，中間軸另一端通過(guò)第三軸承與變速箱體相連，變速箱體里安裝低速級(jí)大齒輪、低速級(jí)小齒輪、高速級(jí)大齒輪、高速級(jí)小齒輪，低速級(jí)小齒輪與高速級(jí)大齒輪均安裝在減速齒輪軸上，減速齒輪軸的兩端與變速箱體分別通過(guò)第四-第五軸承相連，低速級(jí)大齒輪安裝在中間軸上，高速級(jí)小齒輪安裝在主軸上，低速級(jí)大齒輪與低速級(jí)小齒輪相嚙合，高速級(jí)大齒輪與高速級(jí)小齒輪相嚙合，主軸上安裝輸出齒輪，輸出齒輪與發(fā)電機(jī)齒輪相哨合，發(fā)電機(jī)齒輪通過(guò)發(fā)電機(jī)軸連接發(fā)電機(jī)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)包括換向蝸輪和蝸桿，蝸桿與換向蝸輪相配合，換向蝸輪安裝在變速箱體軸上，變速箱體軸與變速箱體相連，驅(qū)動(dòng)蝸桿從而使變速箱體轉(zhuǎn)動(dòng)，中間軸與主軸產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而改變?nèi)~片的攻角。
[0007]本發(fā)明還可以包括:
[0008]1、所述的葉片以及與葉片相配合的葉片齒輪至少均有四個(gè)，沿轉(zhuǎn)盤(pán)箱均勻布置。
[0009]2、葉片橫截面為菱形、長(zhǎng)方形和/或橢圓形。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:本發(fā)明提供了一種新的改變攻角方式，使升力與阻力同時(shí)作為驅(qū)動(dòng)力，在低流速的情況下也能工作，改善了能量利用率，同時(shí)采用內(nèi)部換向渦輪來(lái)改變迎流方向，當(dāng)水流方向發(fā)生改變時(shí)，水輪機(jī)也能正常工作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤(pán)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明的葉片橫截面形狀示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0015]結(jié)合圖1?3，本發(fā)明包括換向渦輪14、變速箱體16、主軸7、中間軸21、輸出齒輪8、發(fā)電機(jī)齒輪19、傳動(dòng)齒輪6、轉(zhuǎn)盤(pán)箱22、葉片齒輪5、葉片軸4、葉片3、機(jī)體I和發(fā)電機(jī)17等。葉片軸4與葉片3、葉片齒輪5固連，主軸7為空心軸，主軸7與轉(zhuǎn)盤(pán)箱22、中間軸21、高速級(jí)小齒輪20固連，中間軸21穿過(guò)主軸7與傳動(dòng)齒輪6、低速級(jí)大齒輪12固連，變速箱體16與換向渦輪14固連，傳動(dòng)齒輪6與葉片齒輪5在轉(zhuǎn)盤(pán)箱22內(nèi)配合，換向渦輪14、變速箱體16、輸出齒輪8、發(fā)電機(jī)齒輪19等在機(jī)體內(nèi)部，葉片3可繞葉片軸4旋轉(zhuǎn)，主軸7用軸承固定在機(jī)體I上，中間軸21可在主軸7中間旋轉(zhuǎn)，變速箱體16可繞換向渦輪軸15旋轉(zhuǎn)，變速渦輪軸15、主軸7、中間軸21共線，輸出齒輪8與發(fā)電機(jī)齒輪19配合，蝸桿13用伺服電機(jī)控制，葉片3為直葉片，葉片3截面為中心對(duì)稱型，如菱形、矩形、橢圓形。
[0016]葉片3可繞主軸7旋轉(zhuǎn)同時(shí)也可繞葉片軸4旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸7旋轉(zhuǎn)一周時(shí)葉片3繞葉片軸4旋轉(zhuǎn)半周，葉片3旋轉(zhuǎn)方向與主軸7旋轉(zhuǎn)方向相同，葉片3順流時(shí)主要靠阻力來(lái)提供動(dòng)力，葉片橫流時(shí)主要靠升力來(lái)提供動(dòng)力，換向渦輪14可改變?nèi)~片整體的迎流方向，主軸7上的輸出齒輪8與發(fā)電機(jī)齒輪19配合把扭矩傳遞給發(fā)電機(jī)17發(fā)電。
[0017]直葉式豎軸水輪機(jī)包括機(jī)體1、葉片支撐架2、葉片3、葉片軸4、葉片齒輪5、傳動(dòng)齒輪6、主軸7、輸出齒輪8、高速級(jí)大齒輪9、低速級(jí)小齒輪10、減速齒輪軸11、低速級(jí)大齒輪
12、蝸桿13、換向渦輪14、變速箱體軸15、變速箱體16、發(fā)電機(jī)17、發(fā)電機(jī)軸18、發(fā)電機(jī)齒輪19、高速級(jí)小齒輪20、中間軸21、轉(zhuǎn)盤(pán)箱22。機(jī)體分為兩個(gè)部分，上部分為箱體狀，下部分為支架狀，機(jī)體內(nèi)部安裝換向渦輪14、變速箱體16、主軸7、中間軸21、輸出齒輪8、發(fā)電機(jī)齒輪19等。機(jī)體外部有葉片3、轉(zhuǎn)盤(pán)箱22、葉片支撐架2等。
[0018]當(dāng)葉片3受水流的沖擊時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)箱22轉(zhuǎn)動(dòng)，與轉(zhuǎn)盤(pán)箱22固連的主軸7把動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)17發(fā)電，同時(shí)主軸7由變速箱體16的變速帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，與傳動(dòng)齒輪8配合的葉片齒輪5使葉片攻角相應(yīng)的變化，通過(guò)機(jī)械的方式巧妙的改變了葉片的攻角，使葉片受到的阻力與升力都成為驅(qū)動(dòng)力，提升了水輪機(jī)的效率。
[0019]主軸7為空心軸，中間軸21穿過(guò)主軸7，主軸7與中間軸21 —端深入變速箱體16內(nèi)另一端延伸至機(jī)體I外部，轉(zhuǎn)盤(pán)箱22與主軸7固連，轉(zhuǎn)盤(pán)箱22內(nèi)部安裝葉片齒輪5、葉片軸4、傳動(dòng)齒輪6、中間軸21，葉片軸4伸出轉(zhuǎn)盤(pán)箱22與葉片3固連，葉片支撐架2與葉片3和機(jī)體I軸承連接與轉(zhuǎn)盤(pán)箱22固連,葉片3在機(jī)體I外部，水流可從任意方向流向葉片3。
[0020]換向渦輪14與變速箱體16固連與機(jī)體I軸承連接，在換向渦輪14的帶動(dòng)下變速箱體16可繞變速箱體軸15旋轉(zhuǎn)，主軸7與中間軸21深入變速箱體16內(nèi)與變速箱體用軸承連接，變速箱體16為同軸式二級(jí)變速器。[0021]輸出齒輪8在變速箱體16與轉(zhuǎn)盤(pán)箱22之間，且在機(jī)體I內(nèi)部并與主軸7固連，輸出齒輪8與發(fā)電機(jī)齒輪19配合把扭矩傳遞給發(fā)電機(jī)17從而發(fā)電。
[0022]發(fā)電機(jī)17固連在機(jī)體I上，發(fā)電機(jī)軸18與發(fā)電機(jī)齒輪19固連,發(fā)電機(jī)軸18的一端軸承連接與機(jī)體I上。
[0023]轉(zhuǎn)盤(pán)箱22與主軸7固連，中間軸21穿過(guò)主軸7與轉(zhuǎn)盤(pán)箱22內(nèi)部用軸承連接，傳動(dòng)齒輪6與中間軸21固連與均布的多個(gè)3個(gè)以上葉片齒輪5配合，葉片軸4與轉(zhuǎn)盤(pán)箱22軸承連接，葉片3可繞葉片軸4旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)箱22可繞主軸7旋轉(zhuǎn)。
[0024]變速箱體軸15、中間軸21、主軸7與轉(zhuǎn)盤(pán)箱22均同軸并置于機(jī)體I中央，所有葉片3均在一個(gè)圓環(huán)內(nèi)并等間距均勻布置。
[0025]新型直葉式豎軸水輪機(jī)，包括機(jī)體1、葉片支撐架2、葉片3、葉片軸4、葉片齒輪5、傳動(dòng)齒輪6、主軸7、輸出齒輪8、高速級(jí)大齒輪9、低速級(jí)小齒輪10、減速齒輪軸11、低速級(jí)大齒輪12、蝸桿13、換向渦輪14、變速箱體軸15、變速箱體16、發(fā)電機(jī)17、發(fā)電機(jī)軸18、發(fā)電機(jī)齒輪19、高速級(jí)小齒輪20、中間軸21、轉(zhuǎn)盤(pán)箱22，主軸7為空心軸，主軸安裝在機(jī)體I上，主軸上固接高速級(jí)小齒輪20、輸出齒輪8和轉(zhuǎn)盤(pán)箱22，輸出齒輪8與發(fā)電機(jī)齒輪19配合把轉(zhuǎn)矩傳給發(fā)電機(jī)，高速級(jí)小齒輪20與變速箱體內(nèi)的齒輪配合，變速箱體為二級(jí)變速，換向渦輪14與變速箱體16固接，蝸桿13由伺服電機(jī)控制，變速箱體輸出軸為中間軸21，中間軸穿過(guò)主軸7與傳動(dòng)齒輪6固接，轉(zhuǎn)盤(pán)箱內(nèi)的傳動(dòng)齒輪6與多個(gè)均布葉片齒輪5配合，葉片軸4穿過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)箱與葉片齒輪5和葉片3固接，葉片支撐架2與轉(zhuǎn)盤(pán)箱22固接起支撐作用，轉(zhuǎn)盤(pán)箱旋轉(zhuǎn)一周葉片繞葉片軸旋轉(zhuǎn)半周，轉(zhuǎn)盤(pán)與葉片旋轉(zhuǎn)方向相同。
[0026]葉片軸4與葉片齒輪5、葉片3固接，葉片3可繞葉片軸4旋轉(zhuǎn)。
[0027]葉片3橫截面呈中心對(duì)稱形狀，如菱形、長(zhǎng)方形、橢圓形等。
[0028]中間軸21穿過(guò)主軸7與傳動(dòng)齒輪6固接，傳動(dòng)齒輪6與四個(gè)以上均布的葉片齒輪5配合傳動(dòng)。
[0029]傳動(dòng)齒輪6與葉片齒輪5在轉(zhuǎn)盤(pán)箱22內(nèi)，轉(zhuǎn)盤(pán)箱22與主軸7固接。
[0030]變速箱體16與換向渦輪14固接，變速箱體16的輸入軸為主軸7，輸出軸為中間軸21。
[0031]換向渦輪14可改變?nèi)~片3迎流方向，當(dāng)葉片順流時(shí)葉片迎流面積最大阻力最大，當(dāng)葉片逆流時(shí)迎流面積最小阻力最小。
[0032]主軸7上固接輸出齒輪8,輸出齒輪8與發(fā)電機(jī)齒輪19配合發(fā)電。
[0033]發(fā)電機(jī)17固接在機(jī)體I上，發(fā)電機(jī)軸18與發(fā)電機(jī)齒輪19固接聯(lián)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.直葉式豎軸水輪機(jī)，其特征是:包括機(jī)體、轉(zhuǎn)盤(pán)箱、變速箱體、中間軸、葉片、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，葉片通過(guò)葉片軸安裝在葉片支撐架上，葉片支撐架與轉(zhuǎn)盤(pán)箱固連并與機(jī)體通過(guò)第一軸承相連，轉(zhuǎn)盤(pán)箱里設(shè)置傳動(dòng)齒輪、葉片齒輪，傳動(dòng)齒輪與葉片齒輪相嚙合，葉片齒輪安裝在葉片軸上，葉片軸與轉(zhuǎn)盤(pán)箱通過(guò)第二軸承相連，轉(zhuǎn)盤(pán)箱上安裝主軸，主軸的端部伸入至變速箱體，中間軸套裝于主軸內(nèi)，中間軸一端安裝傳動(dòng)齒輪，中間軸另一端通過(guò)第三軸承與變速箱體相連，變速箱體里安裝低速級(jí)大齒輪、低速級(jí)小齒輪、高速級(jí)大齒輪、高速級(jí)小齒輪，低速級(jí)小齒輪與高速級(jí)大齒輪均安裝在減速齒輪軸上，減速齒輪軸的兩端與變速箱體分別通過(guò)第四-第五軸承相連，低速級(jí)大齒輪安裝在中間軸上，高速級(jí)小齒輪安裝在主軸上，低速級(jí)大齒輪與低速級(jí)小齒輪相嚙合，高速級(jí)大齒輪與高速級(jí)小齒輪相嚙合，主軸上安裝輸出齒輪，輸出齒輪與發(fā)電機(jī)齒輪相哨合，發(fā)電機(jī)齒輪通過(guò)發(fā)電機(jī)軸連接發(fā)電機(jī)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)包括換向蝸輪和蝸桿，蝸桿與換向蝸輪相配合，換向蝸輪安裝在變速箱體軸上，變速箱體軸與變速箱體相連，驅(qū)動(dòng)蝸桿從而使變速箱體轉(zhuǎn)動(dòng)，中間軸與主軸產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而改變?nèi)~片的攻角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直葉式豎軸水輪機(jī)，其特征是:所述的葉片以及與葉片相配合的葉片齒輪至少均有四個(gè)，沿轉(zhuǎn)盤(pán)箱均勻布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直葉式豎軸水輪機(jī)，其特征是:葉片橫截面為菱形、長(zhǎng)方形和/或橢圓形。
【文檔編號(hào)】F03B13/00GK103925140SQ201410102628
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】祝海濤, 金文學(xué), 張璐瑤 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)