[發明專利]一種海流能發電機組的可變形槳葉機構

在審

• 申請號: 201810010322.2
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108397333A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 曹喆;劉宏偉;李偉;林勇剛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03B3/14
• 分類號: F03B3/14
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳;張瑜

一種海流能發電機組的可變形槳葉機構，包括漿葉，所述漿葉上鉸接有尾緣襟翼，所述尾緣襟翼與驅動其轉動的推桿鉸接連接，推桿與微位移放大器固定連接，微位移放大器內部固定安裝有疊堆壓電陶瓷，所述疊堆壓電陶瓷與輸出電壓給其的壓電控制器連接。本發明不同于傳統變槳機構通過改變槳距角來控制載荷，而是通過控制槳葉尾緣的尾緣襟翼偏轉，改變槳葉的水動力學特性而達到控制載荷的目的。

技術領域

本發明屬于海流能發電領域，具體涉及一種海流能發電機組的可變形槳葉機構。

背景技術

可再生能源來自風能、太陽能、生物能源、海洋能等，其中海洋能源豐富、環保、清潔的特性，贏得了各國研究者的青睞。地球的表面有71％被海洋覆蓋，孕育著巨大的海洋能源，海洋能源有儲量豐富的能量，其中可利用的能量大大超過了目前全球能量需求的總和，而且具有密度高、可預測等優點。

海流能發電機組的設計中，水輪機的設計格外重要，因為最終機組能產生多大功率的電力取決于水輪機能從海流中捕獲多少功率，良好的水動力特性能大幅度提高機組的能量捕獲率。傳統的水輪機槳葉是固定在輪轂之上的，安裝角不能改變，當來流速度提高時，槳葉會自動進行失速控制，水流在槳葉表面發生分離，槳葉的升力減小，阻力增大，從而降低槳葉轉動的轉矩，能量捕獲率也會降低，發電機不會過載。這種控制方法稱為定槳距控制，定槳距控制的缺點是失速時機組無法達到額定功率，水流的能量被浪費掉，機組的效率降低，同時槳葉龐大的體積使得基座承受的壓力很大。

變槳距控制的機組槳葉不固定在輪轂上，而是通過軸承與輪轂連接，能夠沿著自身的軸線偏轉，改變槳距角。位于槳葉的傳感器可以探測載荷的變化，當流速過高時，系統判斷需要主動降低載荷，于是向變槳執行機構傳遞一個信號，槳距角增加，攻角減小，降低水輪機的載荷，防止設備過載；當流速降低時，相應地減小槳距角，使得攻角維持在最佳值。變槳距能在變化的流速下維持穩定的功率輸出，具有理想的水動力特性。

經過多年的研究和積累，國內海流能發電技術取得了較大的進展，從小功率得到大功率，從定槳距設計到變槳距設計，技術水平不斷在提升。但是目前傳統的變槳機構仍較為復雜，液壓變槳機構的油路需要配油機構與輪轂后方連接，安裝精度要求較高，而且在復雜多變海洋環境下的可靠性還有待提升。

發明內容

本發明旨在提供一種海流能發電機組的可變形槳葉機構。該可變形槳葉機構利用壓電陶瓷的逆壓電效應，疊堆壓電陶瓷在施加一定量的外加電壓時，將會輸出相應的微位移，該微位移經過位移放大機構放大后，由推桿推動位于槳葉尾緣的襟翼偏轉一定的角度，從而改變槳葉的水動力學特性，以達到降載的目的。其結構緊湊、控制方式簡單、可靠性高，適合海流能發電機組的需求。

本發明采用的技術方案是：

一種海流能發電機組的可變形槳葉機構，包括漿葉，其特征在于：所述漿葉上鉸接有尾緣襟翼，所述尾緣襟翼與驅動其轉動的推桿鉸接連接，推桿與微位移放大器固定連接，微位移放大器內部固定安裝有疊堆壓電陶瓷，所述疊堆壓電陶瓷與輸出電壓給其的壓電控制器連接。本發明不同于傳統變槳機構通過改變槳距角來控制載荷，而是通過控制槳葉尾緣的尾緣襟翼偏轉，改變槳葉的水動力學特性而達到控制載荷的目的。

進一步，所述漿葉與尾緣襟翼的鉸接處設置有盤簧，以使尾緣襟翼偏轉角度快速回復。

進一步，所述尾緣襟翼嵌裝在漿葉內。

進一步，所述疊堆壓電陶瓷、微位移放大器及推桿均位于槳葉的內部。本發明能將整個機構限制在輪轂乃至槳葉結構之內，有助于提高機組的可靠性和穩定性。

進一步，所述微位移放大器由柔性梁和柔性鉸鏈構成的彈簧鋼一體結構。

進一步，所述漿葉上安裝有至少一個的尾緣襟翼，每個尾緣襟翼上均鉸接有推桿。

進一步，所述推桿上可依次固連有至少一個的微位移放大器，每個微位移放大器內均固定安裝有疊堆壓電陶瓷。