專利名稱：用于控制渦輪機(jī)葉片間距的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變間距類型的渦輪機(jī)系統(tǒng)，并且具體地涉及用于控制渦輪機(jī)葉片間 距的裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及潮流渦輪機(jī)，具體地，涉及用于選擇性地調(diào)整潮流渦輪 機(jī)葉片間距的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可變間距渦輪機(jī)葉片系統(tǒng)通常包括安裝到旋轉(zhuǎn)轂上的多個(gè)渦輪機(jī)葉片，該旋轉(zhuǎn)轂 連接到驅(qū)動軸。各個(gè)渦輪機(jī)葉片從轂沿著葉片的縱向軸線徑向向外延伸。為了允許調(diào)整間 距，各葉片以能夠繞其縱向軸線樞轉(zhuǎn)運(yùn)動的方式安裝到轂上。該轂通常在其內(nèi)部包圍了腔， 在該腔中設(shè)置了間距改變促動系統(tǒng)，該間距改變促動系統(tǒng)可操作地連接到渦輪機(jī)葉片。該 促動系統(tǒng)用于選擇性地改變?nèi)~片的間距，從而改變對葉片的旋轉(zhuǎn)的流體阻力，從而控制軸 的旋轉(zhuǎn)速度。在用于從水中的流(例如，潮流)產(chǎn)生電能的功率設(shè)備的可變間距渦輪機(jī)系統(tǒng)的 情況下，渦輪機(jī)由水流旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)通過轂和驅(qū)動軸傳遞到設(shè)備的發(fā)電機(jī)。通過使葉片繞其 縱向軸線樞轉(zhuǎn)而調(diào)整渦輪機(jī)葉片間距，從而使得水流渦輪機(jī)能夠在變化的水流條件下以最 大效率工作，以及輔助渦輪機(jī)的起動，并且，通過葉片的變槳來防止渦輪機(jī)在高的水流速度 情況下的超速操作。用于從水流產(chǎn)生能量的設(shè)備有時(shí)與發(fā)電機(jī)放置在一起，該發(fā)電機(jī)沒入具有強(qiáng)力水 流的水中，諸如潮流中，其中水流的方向以特定的時(shí)間間隔反向，與潮汐和水流同相。用于 該類型設(shè)備的可變間距渦輪機(jī)系統(tǒng)有時(shí)裝配有間距調(diào)整系統(tǒng)，其允許各獨(dú)立的渦輪機(jī)葉片 繞其縱向軸線180°的旋轉(zhuǎn)。時(shí)常需要對渦輪機(jī)葉片進(jìn)行變槳。這是為了防止超速，或者與 設(shè)備停機(jī)有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供以快速、可預(yù)測及可靠的方式來執(zhí)行渦輪機(jī)葉片變槳操作的
直ο本發(fā)明提供了一種裝置，其提供了用于控制渦輪機(jī)葉片間距的裝置，其特征在于， 包括用于連接到渦輪機(jī)葉片的渦輪機(jī)葉片心軸，所述心軸具有與渦輪機(jī)葉片的縱向軸線 對齊的縱向軸線，并且可旋轉(zhuǎn)地連接到支撐元件；連接到心軸并且通過促動元件連接到支 撐元件的促動器；以及可在縮回狀態(tài)和伸展?fàn)顟B(tài)之間操作的促動器，其中，所述促動器的操 作造成心軸繞心軸縱向軸線旋轉(zhuǎn)。促動元件優(yōu)選地在縮回狀態(tài)和伸展?fàn)顟B(tài)之間操作，由此所述促動器的操作造成心 軸繞心軸縱向軸線旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，心軸包括用于連接到促動器的連接元件。優(yōu)選地，連接元件包括用于連接到促動器的第一樞轉(zhuǎn)連接器件，支撐元件包括用 于連接到促動器的第二樞轉(zhuǎn)連接器件。在優(yōu)選實(shí)施例中，支撐元件包括帶齒弧，其通過齒輪和傘齒輪連接到間距調(diào)整驅(qū)動單元。在優(yōu)選實(shí)施例中，促動器包括液壓操作的促動器，或螺線管促動器，和/或包括一 個(gè)或多個(gè)力儲備件(explosive charge)或彈簧的促動器。另外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，促 動器適于獨(dú)立于間距調(diào)整齒輪操作。促動器還可適于與間距調(diào)整齒輪共同操作。本發(fā)明的裝置特別適用于沒入水體中的發(fā)電機(jī)中，該發(fā)電機(jī)用于從流過所述沒入 的發(fā)電機(jī)的流而發(fā)電。


從以下以非限制性示例的方式給出的優(yōu)選實(shí)施例的形式的描述并結(jié)合附圖，本發(fā) 明的這些及其它特性將變得清楚，附圖中圖1是渦輪機(jī)艙的截面正視圖，示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例；圖2是原理概略圖，示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例；圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的透視圖；圖4是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的某些構(gòu)件處于第一位置的透視圖；圖5是圖4所示的構(gòu)件處于第二位置的透視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其結(jié)合在艙或殼體10中。驅(qū)動軸12的一端連 接到渦輪機(jī)轂11，另一端連接到發(fā)電機(jī)(未示出)，以便從水流(諸如潮流等)來發(fā)電。在 示出的實(shí)施例中，渦輪機(jī)轂包括兩個(gè)渦輪機(jī)葉片心軸14，渦輪機(jī)葉片(未示出)通常附接到 各心軸14的相應(yīng)的自由端8。為了清楚地示出，在圖中未示出渦輪機(jī)葉片，但本領(lǐng)域技術(shù)人 員將懂得渦輪機(jī)葉片附接到各心軸14的自由端8，使得心軸的縱向軸線與渦輪機(jī)葉片的縱 向軸線對齊。在所述實(shí)施例中，各心軸14被相應(yīng)的外徑向軸承9和內(nèi)軸承7支撐。內(nèi)軸承 7可以是組合的止推和徑向軸承。在所述實(shí)施例中，這些軸承是水潤滑的。圖1還示出了間距調(diào)整驅(qū)動單元18，其以傳統(tǒng)的方式(液壓操作或電力操作)來 驅(qū)動渦輪機(jī)間距調(diào)整齒輪16。圖3更詳細(xì)地示出了間距調(diào)整齒輪16。圖3示出了連接到傘齒輪的間距調(diào)整軸桿20 (連接到間距調(diào)整驅(qū)動單元18，圖3 中未示出)，傘齒輪包括小齒輪傳動件22和用于各渦輪機(jī)心軸14(圖3中僅示出了一部分) 的冠狀輪M。各冠狀輪M連接到相應(yīng)的齒輪沈，各齒輪沈具有相應(yīng)的帶齒的環(huán)狀弧段觀 上的齒接合對應(yīng)齒四，弧段觀以下稱為帶齒弧觀。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，帶齒弧觀可 包括完整的環(huán)形盤，而不偏離本發(fā)明的范圍。在示出的實(shí)施例中，帶齒弧觀包括部分盤形 的結(jié)構(gòu)，沿其圓周具有齒29，以及由內(nèi)部分隔區(qū)33分開的兩個(gè)帶孔的側(cè)壁。圖3還示出了各渦輪機(jī)葉片心軸14如何可旋轉(zhuǎn)地連接到其相應(yīng)的帶齒弧28。渦 輪機(jī)葉片心軸14可在帶齒弧觀內(nèi)的適當(dāng)?shù)貥?gòu)造的支撐區(qū)域31內(nèi)繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。心 軸內(nèi)端15以本領(lǐng)域已知的方式連接到上述內(nèi)軸承7并由內(nèi)軸承7支撐，沒有示出也不在本 文中論述。連接元件36附接到心軸14，在示出的實(shí)施例中，連接元件36顯示為在支撐區(qū)域 31附近固定到心軸14的元件，位于帶齒弧的兩個(gè)壁的部分之間。連接元件36可以通過螺 釘或類似的緊固件附接到心軸14，或者其可與心軸14 一體地形成。促動器32可樞轉(zhuǎn)地連接到連接元件36并因此連接到心軸14。將在下面更詳細(xì)敘述的促動器32包括促動器桿 38(在圖3中以縮回的狀態(tài)示出)，在其自由端，促動器桿38通過樞轉(zhuǎn)連接件34連接到帶 齒弧觀。心軸的旋轉(zhuǎn)位置，以及因此渦輪機(jī)間距，可以通過可控制地促動間距調(diào)整驅(qū)動單 元18，從而旋轉(zhuǎn)調(diào)整軸桿20來調(diào)整。調(diào)整軸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過傘齒輪22，M傳遞到獨(dú)立 的齒輪沈和相應(yīng)的帶齒弧觀。因?yàn)閹X弧觀通過促動器32 (及其連接件34，35，36)而 連接到心軸14，因此帶齒弧的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動直接傳遞到心軸14。因此，通過促動器32及其連接 件(34，35，36)在帶齒弧和心軸之間建立的緊固連接，在該操作中，帶齒弧觀和心軸14實(shí) 際上是一個(gè)單個(gè)的元件。帶齒弧觀的弧長決定了各心軸14能夠繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)的范圍，因此決定了渦 輪機(jī)葉片間距調(diào)整范圍。因此，在示出的實(shí)施例中，帶齒弧觀的弧長允許大于180°的旋 轉(zhuǎn)。該特征在應(yīng)對例如可能在潮流中出現(xiàn)的反向流時(shí)是有用的。當(dāng)設(shè)備在操作中并且渦輪機(jī)受到高推力負(fù)荷時(shí)調(diào)整渦輪機(jī)葉片間距要求帶齒弧 觀上的齒四由高強(qiáng)度材料制成。這在圖3，4和5中示出，其中，帶齒弧觀的兩端的弧形區(qū) 域30包括高強(qiáng)度材料，諸如雙相鋼或類似物。在示出的實(shí)施例中，促動器32包括促動器桿38，該桿38可以在縮回狀態(tài)(見圖 4)和伸展?fàn)顟B(tài)(見圖5)之間操作。促動器32可以是液壓操作的，其中，促動器桿38由本 領(lǐng)域已知的方式調(diào)節(jié)液壓壓力來伸展和縮回。在替代性實(shí)施例中，促動器32可以是螺線管 促動器，其中，促動器桿38的伸展和縮回通過電脈沖來實(shí)現(xiàn)。為了清楚示出以及因?yàn)檫@些 特征在本領(lǐng)域中已知，圖中省略了液壓管線和控制管線。促動器32因此作為額外的間距調(diào)整裝置，因?yàn)樾妮S14 (以及因此附接到心軸的渦 輪機(jī)葉片)通過促動器32的操作可以繞心軸的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。通過促動器32進(jìn)行的間距 調(diào)整可以獨(dú)立于以上關(guān)于驅(qū)動單元18、傘齒輪22，24和帶齒弧28所述的間距調(diào)整而執(zhí)行。 促動器32因此作為輔助的間距調(diào)整裝置。在示出的實(shí)施例中，通過促動器32所能實(shí)現(xiàn)的間距調(diào)整范圍由尺寸參數(shù)(諸如促 動器桿38的行程長度)、渦輪機(jī)葉片心軸中心和促動器連接點(diǎn)35之間的距離、以及渦輪機(jī) 葉片心軸中心和帶齒弧連接點(diǎn)34之間的距離來限制，在圖2中，以上參數(shù)分別表示為“S”， “a” 和 “b，，。促動器32因此可以作為在例如帶齒弧28被圖3所示的傘齒輪布置鎖定在位置上 時(shí)對渦輪機(jī)間距進(jìn)行細(xì)調(diào)節(jié)的器件。因此，兩種間距調(diào)整器件(即，旋轉(zhuǎn)的帶齒的齒輪觀 和促動器32)可以獨(dú)立于彼此地操作，但這兩種間距調(diào)整器件也可以共同操作。在裝置的操作的一個(gè)模式中，如上所述及如圖3所示，可以通過驅(qū)動單元18、傘齒 輪22J4和帶齒弧28來調(diào)整間距。在該配置中，促動器32固定在縮回狀態(tài)，即，促動器桿 38縮回到促動器殼體內(nèi)，并且如上所述，間距調(diào)整軸桿20的旋轉(zhuǎn)通過固定的促動器32直接 傳遞到心軸14。在某些情況下，期望或需要執(zhí)行間距調(diào)整，以便例如使渦輪機(jī)葉片變槳，以 基本上去除渦輪機(jī)上的推力負(fù)荷。例如，對于潮流功率設(shè)備而言，當(dāng)水流速度超過允許的設(shè) 計(jì)參數(shù)和/或間距調(diào)整齒輪16或相關(guān)的構(gòu)件出現(xiàn)故障時(shí)，這種情況可能發(fā)生，在這種情況 下，對于快速間距調(diào)整有額外的需求。這種間距調(diào)整因此可以通過激勵促動器32來實(shí)現(xiàn)， 通過伸展促動器桿38，使得渦輪機(jī)葉片心軸14繞其縱向軸線充分地旋轉(zhuǎn)。
圖4示出了處于縮回狀態(tài)的促動器32和促動器桿38，而圖5示出了處于伸展?fàn)顟B(tài) 的促動器桿38。由于對促動器32的激勵而造成的心軸繞其縱向軸線的旋轉(zhuǎn)(以及因此渦 輪機(jī)葉片間距調(diào)整)在圖4和圖5中由參考字符“A”指示。通過對促動器適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)尺寸，包括圖2中示出的參數(shù)，這種對促動器的激勵將 會使渦輪機(jī)葉片變槳。促動器可以進(jìn)一步構(gòu)成為使得促動器桿38快速地展開。因此，促動 器可包括力儲備件和/或彈簧，如單個(gè)的促動器件或與上述液壓或電促動器件結(jié)合。因此， 促動器32可作為變槳裝置，以及作為緊急變槳裝置。因此，促動器32提供安全裝置，實(shí)現(xiàn) 間距調(diào)整齒輪16的后備功能。盡管參考包括兩個(gè)渦輪機(jī)葉片心軸14的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人 員將理解，本發(fā)明適用于渦輪機(jī)葉片心軸的其它數(shù)量和布置。
權(quán)利要求
1.用于控制渦輪機(jī)葉片間距的裝置，其特征在于，包括用于連接到所述渦輪機(jī)葉片的渦輪機(jī)葉片心軸(14)，所述心軸(14)具有與所述渦輪 機(jī)葉片縱向軸線對齊的縱向軸線，并旋轉(zhuǎn)地連接到支撐元件08)；連接到所述心軸(14)并通過促動元件(38)連接到所述支撐元件08)的促動器(32)；和操作為使所述心軸(14)繞心軸縱向軸線旋轉(zhuǎn)的促動器(32)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述促動元件(38)可在縮回狀態(tài)和伸展?fàn)?態(tài)之間操作，從而，所述促動器(32)的操作造成所述心軸(14)繞心軸縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述心軸(14)包括用于連接到所述促 動器(32)的連接元件(36)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述連接元件(36)包括用于連接到所述促 動器(3 的第一樞轉(zhuǎn)連接器件(35)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述支撐元件08)包括用于連 接到所述促動器(3 的第二樞轉(zhuǎn)連接器件(34)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述支撐元件08)包括帶齒弧 (28)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述帶齒弧08)通過齒輪06)和傘齒輪 (22,24)連接到間距調(diào)整驅(qū)動單元(18)。
8.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述促動器(32)包括液壓操作 的促動器，或螺線管促動器，和/或包括一個(gè)或多個(gè)力儲備件或彈簧的促動器。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述促動器(32)適于獨(dú)立于所 述間距調(diào)整齒輪(16)操作。
10.如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述促動器(32)適于與所述間 距調(diào)整齒輪(16)共同操作。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的裝置的用途，所述裝置用于沒入水體中的發(fā)電 機(jī)，用于從流過所述沒入的發(fā)電機(jī)的流來發(fā)電。
全文摘要
用于控制渦輪機(jī)葉片間距的裝置，包括用于連接到渦輪機(jī)葉片并可旋轉(zhuǎn)地連接到支撐元件(28)的渦輪機(jī)葉片心軸(14)。促動器(32)連接到心軸(14)并通過促動元件(38)連接到支撐元件(28)。促動器(32)操作為使心軸(14)繞心軸縱向軸線旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)渦輪機(jī)間距調(diào)整。優(yōu)選地，支撐元件(28)包括帶齒弧(28)，通過齒輪連接到間距調(diào)整驅(qū)動單元(18)。本發(fā)明提供輔助的，和/或緊急的間距調(diào)整裝置，適于例如快速渦輪機(jī)變槳。
文檔編號F03B3/14GK102084121SQ200980125697
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者S·D·亨里克森 申請人:海德拉潮汐能科技公司