[發明專利]一種海流能發電機組變槳裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202010601071.2
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111779609A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 顧亞京;張鵬鵬;劉宏偉;李偉;林勇剛;王超助
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F03B3/14
• 分類號: F03B3/14;F03B15/00;F15B15/14;F15B21/041
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種海流能發電機組變槳裝置及其控制方法。葉片根部和密封端蓋固定同軸連接，密封端蓋和葉片支撐軸外端固定連接，葉片支撐軸通過圓錐滾子軸承套裝在輪轂內，輪轂內部固定設有螺旋擺動液壓缸，葉片支撐軸內端與螺旋擺動液壓缸的輸出端同軸固定連接；螺旋擺動液壓缸的兩個液壓腔經液壓管和變槳控制油路連接，變槳控制油路經螺旋擺動液壓缸帶動葉片旋轉實現變槳距；輪轂外端面安裝有前端蓋。本發明在螺旋擺動液壓缸的兩級螺旋副放大作用下，以小工作行程輸出大旋轉角度，占用空間小且力矩大，傳動效率高；獨立變槳控制能夠消除三葉片運動帶來的不平衡載荷，避免機組的振動、載荷分布不均勻等問題，延長壽命。

技術領域

本發明屬于海流能發電領域，具體設計一種海流能發電機組的變槳裝置及其控制方法。

背景技術

海流能儲量豐富，而且具有密度高、可預測等優點。海流能發電是非常具有發展前景的一個領域。海流能轉換技術種類多樣，全球已有20多種不同結構形式的發電裝置，在開發利用形式，安裝布放方式，葉輪尺寸，轉換效率等方面各有優劣，目前還沒有公認的最優方案。經過近些年的發展，水平軸海流能發電裝置逐漸被證明是一種比較適合的海流能利用轉換裝置，占已有海流能項目的43％。

變槳距技術是海流能發電技術中的關鍵技術之一，在海流能發電的實際操作中，由于海流的速度時刻變化，需要時時調整葉片的槳距角來獲得最大的功率或者降低機組載荷。目前已有的海流能變槳方案，根據執行機構的不同可分為電氣變槳和液壓變槳；根據葉片動作形式不同又可以分為獨立變槳距和統一變槳距。常見的變槳機構有齒輪齒條機構，曲柄連桿機構，錐齒輪等機構，但是以上機構存在以下不足：體積較大、結構不緊湊、傳動效率較低。

對于三葉片海流能發電機組，由于流剪切作用導致旋轉葉輪面不同深度上的海流流速不相同，引起不平衡的俯仰力矩，以及旋轉過程中葉輪位置不對稱導致的偏航力矩，都會使機組受力不平衡，引起載荷分布不均勻與機械結構周期性振動，降低了機組的可靠性和使用壽命。

發明內容

本發明要解決的技術問題是傳統的海流能發電機組變槳機構體積較大、結構不緊湊、傳動效率較低。對于三葉片發電機組，海流流剪切和葉輪位置不對稱引起的不平衡俯仰力矩和偏航力矩的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供的技術方案如下：

一、一種海流能發電機組的獨立變槳機械結構：

獨立變槳機械結構包括主要由葉片、葉片法蘭、密封端蓋、葉片支撐軸和螺旋擺動液壓缸構成的一組獨立變槳機械結構，葉片根部通過葉片法蘭和密封端蓋外端固定同軸連接，密封端蓋內端和葉片支撐軸外端固定連接，葉片支撐軸通過圓錐滾子軸承套裝在輪轂內，輪轂內部固定設有螺旋擺動液壓缸，葉片支撐軸內端與螺旋擺動液壓缸的輸出端同軸固定連接；螺旋擺動液壓缸具有兩個液壓腔，兩個液壓腔分別經各自的液壓管和變槳控制油路連接，變槳控制油路經螺旋擺動液壓缸帶動葉片旋轉實現變槳距；輪轂外端面安裝有前端蓋，前端蓋內端面固定于底座。

所述螺旋擺動液壓缸依次包括缸體、液壓缸活塞和液壓缸輸出轉軸，液壓缸活塞套裝在缸體內，液壓缸輸出轉軸套裝在液壓缸活塞內，液壓缸輸出轉軸與所述葉片支撐軸未與密封端蓋連接的一端固定連接；缸體的兩端側壁分別開設有連通所述變槳控制油路的第一油口和第二油口，缸體一端的內壁設置有內螺紋，液壓缸活塞一端的外壁設有外螺紋，缸體的內螺紋和液壓缸活塞的外螺紋配合形成二級螺旋副；液壓缸活塞另一端的內壁設有內螺紋，液壓缸輸出轉軸中部設有外螺紋，液壓缸輸出轉軸的外螺紋和液壓缸活塞的內螺紋配合形成一級螺旋副；這樣使得液壓缸活塞的兩端分別與液壓缸輸出轉軸的兩端之間在缸體內部中形成第一油腔和第二油腔，第一油腔和第二油腔分別經第一油口和第二油口后和兩個液壓管連通。

液壓缸活塞在設有內螺紋的端部邊緣外側壁設有外凸緣，外凸緣和缸體內壁密封連接；液壓缸活塞在設有外螺紋的端部邊緣內側壁設有內凸緣，內凸緣和液壓缸輸出轉軸外壁密封連接；液壓缸輸出轉軸的兩端穿出液壓缸活塞后和缸體的兩端口之間密封套裝連接。