[發明專利]程序控制伺服驅動葉片流體動能轉換裝置

無效

• 申請號: 200710072691.6
• 申請日: 2007-08-23
• 公開（公告）號: CN101225790A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 張亮;廖康平;李鳳來;楊勇;盛其虎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F03B15/06
• 分類號: F03B15/06;F03D7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種發電裝置，具體地說是一種立軸水力/風力發電裝置。

(二)背景技術

能量利用率是衡量風力機和海洋潮流水輪機葉輪流體動力性能的重要參數之一，也是研究和設計中追求的重要指標。現有的立軸水流(風力)發電裝置葉輪一般為固定葉片式葉輪結構或動葉片連桿機構形式，在流體動能的作用下推動葉輪轉動，并通過傳動機構帶動發電機發電，適合于海洋潮流能、河流水流動能及風能利用。但是，現有立軸發電裝置由于機構形式的限制，葉片繞葉輪主軸作圓周運動的同時，不能繞自身軸運動或者不能主動控制葉片運動規律，使其在各位置角處均適應來流速度而獲得最佳的流體動力攻角，從而導致裝置的能量利用率普遍較低、不能自啟動或自停機。程序控制伺服驅動葉片流體動能轉換裝置的葉片運動規律是在大量流體動力性能模型實驗和理論計算的基礎上，通過優化后獲得的，并將通過程序控制伺服電機驅動方式，獲得葉片在不同位置角處對應不同流速和不同載荷的最佳水動力攻角，使裝置獲得最佳能量輸出。

國內外立軸可變角水輪機相關專利主要有以下幾種：一是轉子上的每個葉片繞自身軸的運動由機械連桿、凸輪或彈簧機構控制，例如專利申請號為96208614.2以及03239061.0的專利申請文件中記載的技術方案等。轉子轉動過程中，葉片受到的水動力和機構控制力平衡而使葉片角度調整；二是轉子上的每個葉片固連質量塊，例如專利申請號為03827053.6的專利申請文件中記載的技術方案等。轉子轉動過程中，葉片受到的水動力和質量塊慣性力平衡而使葉片角度調整。上述實現方式結構上較為簡單，能夠被動適應水流速度改變角度調整量，缺點是無法做到在不同來流環境下葉片對轉子主軸提供最大的驅動力矩，水動力效率偏低。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種可將水流(風力)動能轉化為機械能帶動發電機發電，能適應不同水流速度(風速)及方向變化，及時改變葉片攻角，獲得最大能量輸出的程序控制伺服驅動葉片流體動能轉換裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

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驅動轉輪11，轉輪11通過轉輪立軸10連接增速器8，增速器8帶動發電機6，增速器8上連接有轉輪編碼器7，轉輪編碼器7輸入主控制器22，轉輪11內設置有伺服電機4，伺服電機4上帶有伺服電機編碼器5，伺服電機4和伺服電機編碼器5從控制器21相連，伺服電機4通過減速器3與葉片軸2相連，轉輪立軸10和發電機6安裝在支撐載體30上。

本發明還可以包括這樣一些結構特征：

每個葉片1配備有獨立的伺服電機4、伺服電機編碼器5，主控制器22上連接的從控制器21的數量大于等于葉片的數量。

為了克服現有立軸輪式水力(風力)發電裝置存在的缺點，本發明提供了一種高能量利用率的流水發電裝置。在大量的模型實驗的基礎上，通過理論計算，進行水動力性能優化，確定了不同工況下葉片的運動規律。通過程序控制的伺服驅動葉片的運動，可將水流(風力)動能轉化為機械能，帶動發電機發電。它能適應不同水流速度(風速)及方向變化，及時改變葉片攻角，獲得最大能量輸出。并能根據負載的變化，提供最合適的能量輸出。提供人們生產生活需要的清潔的可再生能源。

本發明的控制系統采用主從式多機控制方式，主控制器負責系統的調度、計算及現場狀態的獲取，從控制器控制各個伺服電動機的運動。轉輪底部圓周上均布一定數量的葉片，轉輪上部主軸與輸出軸相聯結，輸出軸通過增速齒輪聯接發電機。葉片采用伺服電機減速器直接驅動方案。

本發明的主要特點體現在：葉片攻角不固定，能夠根據水流速度(風速)大小和方向的變化以及理論計算的控制規律實時調整；每個葉片攻角獨立控制，可適應多葉片布置；控制系統采用計算機控制技術；葉片攻角還可以受負載變化控制，及時調整。

本發明的有益效果主要體現在：可以方便地將海洋潮流、河流(風力)動能高效轉換為電能輸出。與現有立軸水輪(風力)機組相比能量利用率高，葉輪的迎流面積相同時能夠發出更大功率，還有根據需要方便地實現機組的啟動、停止和功率調節的優點。特別適宜于兆瓦級大型立軸機組葉片控制與功率調節，適宜于自然環境中流速變化范圍大，載荷調配困難的地點。尤其是在國家電網覆蓋不到，解決沿海島嶼及偏遠地區居民的生產生活用電方面，可發揮積極作用。由于能量利用率的提高，克服了以往結構形式能量利用率低的缺點，必將推動潮流能、水(風)能發電的商業應用。

(四)附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；