CN102352810A - 一种叶片随位变角的叶轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶片随位变角的叶轮机，是一种用于流体能量吸收及转换装置。其特征是将叶轮中的叶片与叶片支架通过回转副进行连接，当叶轮在流体的作用下回转时，通过传动系统系统使各叶片联动，同时使叶片轴与机架上固定的传动控制轮联接，利用叶轮与机架的相对运动，通过传动系统控制叶片在一周不同位置时与流体流动方向的夹角均处于合理状态，以使大部分叶片处于产生正向驱动力矩的有效工作区，实现叶片阻力区尽量减少，从而使叶轮产生更大的输出力矩。本发明具有结构简单，吸收流体能量的效率高，对叶片截面形状要求低等突出优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于流体能量吸收及转换装置，特别涉及一种叶片随位变角的叶轮机，尤其适用于在利用风能、水道或海洋中的流体动力发电装置中的叶轮。
背景技术
用于风能、海流发电的叶轮中的叶片通常与其驱动的回转轴固定在一起，为了实现在定向流体中产生对输出轴连续、稳定的驱动力矩，需要将叶片的截面制成特殊形状，通过流体对叶片的升力作用，带动叶片进行回转。这类结构存在的问题一是叶片的截面形状加工较复杂，二是由于存在阻力区，流体的作用效果相对较差，尤其在低速度时启动困难，对流体能量吸收的效率较低。
发明内容
本发明的思路是将叶轮中的叶片与叶片支架间通过回转副进行连接，并通过传动系统系统使各叶片联动，传动系统可由链传动、齿轮传动、同步齿形带或连杆机构实现。传动系统控制每个叶片在一周不同位置时与流体流动方向的夹角均处于合理状态，以使大部分叶片处于产生正向驱动力矩的有效工作区，并使其效率最大化，而少量叶片位于不产生驱动力矩无效工作区或位于产生阻力矩的有害工作区时，则尽量减小其对输出轴的运动阻力。
本发明的技术方案如下：
该叶片随位变角的叶轮机包括用于固定的机架和收集流体动能实现回转的叶轮体。在机架上设有轴承座，并在轴承座的外部设有传动控制轮；叶轮体包括中心回转轴、叶片支架、叶片和传动机构；叶轮体的中心回转轴与机架上的轴承座间以回转副联接，叶片支架与中心回转轴固定联接，每个叶片上均固定有回转轴，叶片支架与多个叶片间也通过回转副联接，每个叶片轴的轴线均匀分布在与叶轮体的中心回转轴同心的圆周上；叶轮体上的传动机构用于实现机架上的传动控制轮与叶轮体上的叶片间的传动，传动机构中有协同轮、协同联接件、受控轮和控制联接件，其构成为：在每个叶片轴的一端固定有一个协同轮，该协同轮用于实现各叶片间的协同运动，各叶片的协同轮传动参数均相同，通过协同联接件将各协同轮全部联接起来，实现各叶片的同步同向回转；在其中一个或多个叶片轴上固定有受控轮，通过控制联接件在受控轮与机架上的传动控制轮之间实现传动联接。传动机构的结构可以单独采用链传动、齿轮传动、同步齿形带传动或连杆机构实现，也可由这些传动的组合来实现，当所选传动方案不同时，传动机构中的各构件结构会有相应的变化。
现仅以链传动为例说明传动机构的设置，其他传动机构装置与此类似。当传动机构单独采用链传动实现时，机架上的传动控制轮为一个链轮，在每个叶片轴的一端固定一个为链轮结构的协同轮，该协同轮用于实现各叶片间的协同运动，各叶片的协同轮传动参数均相同，通过结构为链条的协同联接件将各协同轮全部联接起来，实现各叶片的同步同向回转；同时在其中一个叶片轴上再固定一个受控轮，这里同样是链轮，用以实现与机架上传动控制轮的运动联接，通过结构为链条的控制联接件将作为受控轮的链轮与机架上作为传动控制轮的链轮联接起来，即可实现一种单独以链传动为基础构成的传动机构。为了实现较好的使用效果，受控轮的齿数与传动控制轮的齿数之比选择为1∶1或2∶1或1∶2。
该叶片随位变角叶轮机，机架上的传动控制轮可以为盘状结构，该盘状结构有外缘柱面或端面环槽，盘状结构的外缘柱面或端面环槽的中心轴与叶轮体上的中心回转轴的轴线不重合，叶片轴的端部固定的协同轮或受控轮为曲柄，协同联接件或控制联接件为连杆，协同联接件或控制联接件的一端通过回转副与作为协同轮或受控轮的曲柄构成回转副，而另一端与机架上的作为传动控制轮的盘状结构的外缘柱面或端面环槽构成滑动副联接。
本发明公开了一种叶片随位变角的叶轮机，将叶轮中的叶片与叶片支架通过回转副进行连接，当叶轮在流体的作用下回转时，通过传动系统系统使各叶片联动，同时使叶片轴与机架上固定的传动控制轮联接，利用叶轮与机架的相对运动，通过传动系统控制叶片在一周不同位置时与流体流动方向的夹角均处于合理状态，以使大部分叶片处于产生正向驱动力矩的有效工作区，实现叶片阻力区尽量减少，从而使叶轮产生更大的输出力矩。本发明具有结构简单，吸收流体能量的效率高，对叶片截面形状要求低等突出优点。
附图说明
图1是以链传动或同步齿形带传动构成传动机构时的叶轮机结构示意图。
图2是以链传动或同步齿形带传动构成的传动系统的结构示意图。
图3是以链传动或同步齿形带传动构成传动系统的叶轮机衍生结构示意图。
图4是以链传动或同步齿形带传动构成传动系统的叶轮机衍生结构示意图。
图5是以齿轮传动构成传动系统的叶轮机结构示意图。
图6是以连杆机构构成传动系统的叶轮机结构示意图。
图中：100机架；110轴承座；120传动控制轮；200叶轮体；
210中心回转轴；220叶片支架；230叶片；231叶片轴；240传动机构；
241协同轮；242协同联接件；243受控轮；244控制联接件；导向轮245。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1：单独以链传动或同步齿形带传动构成传动系统的叶轮机
如附图1或附图2所示，在机架100上设有轴承座110，在轴承座110的外部同心地设有传动控制轮120，传动控制轮采用一个单排链轮；叶轮体200主要由中心回转轴210、叶片支架220、叶片230和传动机构240构成；叶轮体200的中心回转轴210与机架200上的轴承座110间以回转副联接，叶片支架220与中心回转轴210固定联接，每个叶片230上均固定有叶片轴231，叶片支架220与多个叶片230间也通过回转副联接；传动机构240由链传动实现；每个叶片轴231的一端固定有为链轮结构的协同轮241，各叶片轴231上的协同轮241的齿数均相同，用一根链条作为协同联接件242，从外侧将各协同轮241联接起来，在一个叶片轴231的一端再安装上一个为链轮的受控轮243，通过一根链条作为控制联接件244将受控轮243与传动控制轮120联接起来，并使受控轮的齿数与传动控制轮的齿数之比选择为1∶1或2∶1或1∶2。
在上述结构中，其余结构相同，只需将机架中的传动控制轮120的结构由链轮改为同步齿形带轮，将传动机构240中的协同轮241和受控轮243的结构也由链轮改为同步齿形带轮，同时将协同联接件242和控制联接件244由链条改为同步齿形带，即可实现相同的功能，其结构关系同样如附图1、附图2所示。
实施例2：单独以链传动或同步齿形带传动构成传动系统的叶轮机
如附图3所示，在机架100上设有轴承座110，在轴承座110的外部同心地设有传动控制轮120，传动控制轮采用一个多排链轮；叶轮体200主要由中心回转轴210、叶片支架220、叶片230和传动机构240构成；叶轮体200的中心回转轴210与机架200上的轴承座110间以回转副联接，叶片支架220与中心回转轴210固定联接；每个叶片230上均固定有叶片轴231，叶片支架220与每个叶片230间也通过回转副联接；传动机构240由链传动实现；每个叶片轴231的一端固定有为链轮结构的协同轮241，各叶片轴231上的协同轮241的齿数均相同，该链轮同时也作为受控轮243，通过一根链条作为控制联接件244，将相邻的两个受控轮243与传动控制轮120的一排链轮联接起来，并使所有受控轮243均与传动控制轮120联接起来，并使受控轮的齿数与传动控制轮的齿数之比选择为1∶1或2∶1或1∶2。由于所有受控轮243与传动控制轮120的联接关系均相同，所以控制联接件244也起到了协同联接件242的作用，还应当说明的是，本实施例中，每个控制联接件244或协同联接件242所联接的受控轮243或协同轮241的个数并不局限于两个，也可以是一个或多个。
在上述结构中，其余结构相同，只需将机架中的传动控制轮120的结构由多排链轮改为加长的同步齿形带轮，将传动机构240中的协同轮241或受控轮243的结构也由链轮改为同步齿形带轮，同时将协同联接件242或控制联接件244由链条改为同步齿形带，即可实现相同的功能，其结构关系如附图3所示。
实施例3：单独以链传动或同步齿形带传动构成传动系统的叶轮机
如附图4所示，在机架100上设有轴承座110，在轴承座110的外部同心地设有传动控制轮120，传动控制轮120采用一个单排链轮；叶轮体200主要由中心回转轴210、叶片支架220、叶片230和传动机构240构成；叶轮体200的中心回转轴210与机架200上的轴承座110间以回转副联接，叶片支架220与中心回转轴210固定联接；每个叶片230上均固定有叶片轴231，叶片支架220与每个叶片230间也通过回转副联接；传动机构240由链传动实现；每个叶片轴231的一端固定有一个为链轮结构的协同轮241，各叶片轴231上的协同轮241的齿数均相同，同时该链轮也是受控轮243，通过一根链条作为协同联接件242，同时也作为控制联接件244，将每一个协同轮241或相邻的两个或多个协同轮241经过导向轮245与作为传动控制轮120的链轮联接起来，并同时使所有协同轮241均与传动控制轮120联接起来，并使受控轮的齿数与传动控制轮的齿数之比选择为1∶1或2∶1或1∶2。
在上述结构中，其余结构相同，只需将机架中的传动控制轮120的结构由链轮改为同步齿形带轮，将传动机构240中的协同轮241或受控轮243的结构也由链轮改为同步齿形带轮，同时将协同联接件242或控制联接件244由链条改为同步齿形带，即可实现相同的功能，其结构关系同样如附图4所示。
实施例4：单独以齿轮传动构成的传动系统基本结构及衍生结构
如附图5所示，在机架100上设有轴承座110，在轴承座110的外部同心地设有传动控制轮120，传动控制轮120采用齿轮结构；叶轮体200主要由中心回转轴210、叶片支架220、叶片230和传动机构240构成；叶轮体200的中心回转轴210与机架200上的轴承座110间以回转副联接，叶片支架220与中心回转轴210固定联接；每个叶片230上均固定有叶片轴231，叶片支架220与每个叶片230间也通过回转副联接；传动机构240由齿轮传动实现；每个叶片230的回转轴231的一端固定有一个为齿轮结构的协同轮241，各协同轮241齿数均相同，协同轮241同时也作为受控轮243使用，叶片支架220上还设有若干个可回转的齿轮作为协同联接件242，同时也作为控制联接件244使用，作为协同联接件242或控制联接件244使用的齿轮将每一个受控轮243或每相邻的两个或多个受控轮243与作为传动控制轮120的齿轮联接起来，并同时使所有受控轮243均与传动控制轮120联接起来，并使受控轮的齿数与传动控制轮的齿数之比选择为1∶1或2∶1或1∶2。
需要指出的是作为协同联接件242或控制联接件244使用的齿轮可以是一个、也可以是数个齿轮串联起来构成，当叶片数目较多时，到相邻的两叶片的传动齿轮也可有相互借用，甚至所有叶片可共用一个环形齿轮来实现同步传动，另外上述各齿轮可以是圆柱齿轮，也可以采用非圆齿轮。
实施例5：以连杆机构构成的传动系统的基本结构
如附图6所示，在机架100上设有轴承座110，在轴承座110的外部设有传动控制轮120，传动控制轮120采用偏心盘结构，偏心盘的外缘为柱面，或者偏心盘的端面设有沟槽；叶轮体200主要由中心回转轴210、叶片支架220、叶片230和传动机构240构成；叶轮体200的中心回转轴210与机架200上的轴承座110间以回转副联接，叶片支架220与中心回转轴210固定联接；每个叶片230上均固定有回转轴231，叶片支架220与每个叶片230间也通过回转副联接；传动机构240由连杆机构实现；每个叶片230的回转轴231的一端固定有一个为曲柄结构的受控轮243，各受控轮243的曲柄偏心距均相同，通过一个连杆作为控制联接件244，控制联接件244的一端与作为受控轮243的曲柄通过回转副相联，同时控制联接件244的另一端与传动控制轮120的偏心盘结构的外缘柱面或端面沟槽构成滑动联接，实现利用连杆机构对叶片位置角度控制的传动方案。
Claims (8)
1.一种叶片随位变角的叶轮机，包括用于固定的机架和收集流体动能实现回转的叶轮体，其特征在于，叶轮体包括中心回转轴、叶片支架、叶片和传动机构；叶轮体的中心回转轴与机架上的轴承座间以回转副联接，叶片支架与中心回转轴固定联接，每个叶片上均固定有回转轴，叶片支架与多个叶片间也通过回转副联接，每个叶片轴的轴线均匀分布在与叶轮体的中心回转轴同心的圆周上；叶轮体上的传动机构用于实现机架上的传动控制轮与叶轮体上的叶片间的传动，传动机构的结构单独采用链传动、齿轮传动、同步齿形带传动或连杆机构实现，或由这些传动的组合来实现；
传动机构中有协同轮、协同联接件、受控轮和控制联接件，其构成为：在每个叶片轴的一端固定有一个协同轮，该协同轮用于实现各叶片间的协同运动，各叶片的协同轮传动参数均相同，通过协同联接件将各协同轮全部联接起来，实现各叶片的同步同向回转；在其中一个或多个叶片轴上固定有受控轮，通过控制联接件在受控轮与机架上的传动控制轮之间实现传动联接。
2.根据权利要求1所述的一种叶片随位变角的叶轮机，其特征在于，机架上的传动控制轮为链轮，传动控制轮的轴线与叶轮体上的中心回转轴的轴线重合，各叶片轴上固定的协同轮或受控轮为链轮，协同联接件或控制联接件为链条。
3.根据权利要求2所述的一种叶片随位变角的叶轮机，其特征在于，受控轮的齿数与传动控制轮的齿数之比选择为1∶1或2∶1或1∶2。
4.根据权利要求1所述的一种叶片随位变角的叶轮机，其特征在于机架上的传动控制轮为同步齿形带轮，传动控制轮的轴线与叶轮体上的中心回转轴的轴线重合，各叶片轴上固定的协同轮或受控轮为同步齿形带轮，协同联接件或控制联接件为同步齿形带。
5.根据权利要求4所述的一种叶片随位变角的叶轮机，其特征在于，受控轮的齿数与传动控制轮的齿数之比选择为1∶1或2∶1或1∶2。
6.根据权利要求1所述的一种叶片随位变角的叶轮机，其特征在于机架上的传动控制轮为齿轮，传动控制轮的轴线与叶轮体上的中心回转轴的轴线重合，各叶片轴上固定的协同轮或受控轮为齿轮，协同联接件或控制联接件为圆柱齿轮或非圆齿轮。
7.根据权利要求6所述的一种叶片随位变角的叶轮机，其特征在于，受控轮的齿数与传动控制轮的齿数之比选择为1∶1或2∶1或1∶2。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种叶片随位变角的叶轮机，其特征在于，机架上的传动控制轮为盘状结构，该盘状结构有外缘柱面或端面环槽，盘状结构的外缘柱面或端面环槽的中心轴与叶轮体上的中心回转轴的轴线不重合，叶片轴的端部固定的协同轮或受控轮为曲柄，协同联接件或控制联接件为连杆，协同联接件或控制联接件的一端通过回转副与作为协同轮或受控轮的曲柄构成回转副，而另一端与机架上的作为传动控制轮的盘状结构的外缘柱面或端面环槽构成滑动副联接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120215 |