一种尾翼自偏航式半转叶轮水轮机的制作方法

技术领域：

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种尾翼自偏航式半转水轮机。

背景技术：
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能源是当今人类生存和发展必须解决的紧迫问题，加强绿色无污染的新型能源发展是全球人类的迫切需求，海洋能作为绿色无污染的新型能源之一，其是可再生且储量丰富的清洁能源。水轮机是可以将把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，因而可以将海洋能转化为我们所需要电能，然而对于现在的很多水轮机，为保证在水流流向改变时还可以保持高效的发电，通常采用的是电机或液压驱动水轮机对准来流方向，这对于小型化水轮机电量的消耗是巨大的，同时为检测水流流向的改变又需要传感器等测量系统，其在水中的运行可靠性将很难保证。而采用水滴型尾翼自偏航机构，无需传感器等检测装置降低成本的同时减少了主动偏航的电力消耗，而流线型尾翼结构更加适用于水中。

技术实现要素：
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本发明针对现有水轮机存在的技术问题，提供一种尾翼自偏航式半转叶轮水轮机，采用尾翼在水流流向改变时，作用与尾翼上的力，带动水轮机偏转实现正对水流方向，具有减少电量消耗、制造成本低、适用水域广泛、发电效率高的特点。

本发明所提供的一种尾翼自偏航式半转叶轮水轮机，所述水轮机包括输出轴1、轴承2、左短连接轴3a、右短连接轴3b、圆盘顶座4、左长连接轴5a、右长连接轴5b、上换向节6、上连接轴7、水滴型尾翼8、右立柱9、下连接轴10、下换向节11、圆盘底座12、连接轴13、下转臂14、左矩形叶片15、右矩形叶片16、左立柱17、上转臂18、齿轮组19、连接板20及内螺栓组23。

所述输出轴1穿过所述圆盘顶座4、连接板20和定轮19c与所述上转臂18固连，所述的圆盘顶座4和所述连接板20都安装有轴承座用于所述输出轴1的安装和定位；所述轴承2的内圈通过所述内螺栓组23与所述圆盘顶座4固连，所述轴承2的外圈与固定式水中平台21通过外螺栓组22固连。

所述水滴型尾翼8上端与所述上连接轴7的一端固连，所述上连接轴7的另一端通过所述上换向节6的中间通孔与所述上换向节6固连，所述上换向节6左右两端通孔通过左长连接轴5a和右长连接轴5b与所述圆盘顶座4固连，所述左长连接轴5a与所述右长连接轴5b左右对称设置；所述水滴型尾翼8下端与所述下连接轴10的一端固连，所述下连接轴10的另一端通过所述下换向节11的中间通孔与所述下换向节11固连，所述下换向节11与所述圆盘底座12通过螺栓固连，所述上连接轴7和所述下连接轴10轴线平行且共面。

所述圆盘底座12通过所述右立柱9和左立柱17与圆盘顶座4固连，构成水轮机整体的外框架，所述圆盘底座12和所述圆盘顶座4平行。

所述连接轴13与所述下转臂14固连，所述连接轴13通过轴承与所述圆盘底座12相连；所述转臂14左右俩边的孔中加装轴承用于连接所述左矩形叶片15和所述右矩形叶片16，所述下转臂14中间的孔中开有键槽用于与所述连接轴13连接。

所述左矩形叶片15与所述下转臂14和所述上转臂18通过轴承连接，保证所述左矩形叶片15能够自转的同时带动所述转臂18公转，所述左矩形叶片15通过叶片轴的顶端与左齿轮19a固连。

所述右矩形叶片16与所述下转臂14和所述上转臂18通过轴承连接，保证所述右矩形叶片16能够自转的同时带动所述上转臂18公转，所述右矩形叶片16通过叶片轴的顶端与右齿轮19e固连，所述右矩形叶片16和所述左矩形叶片15相位差为90°。

所述上转臂18中间的孔为螺纹孔用于与所述输出轴1固连，所述上转臂18中左右对称的四个孔分别安装轴承，所述上转臂18中左右最外侧的孔通过轴承与所述左矩形叶片15和所述右矩形叶片16相连，所述上转臂18中左右内部的孔与左惰轮19b和右惰轮19d的旋转轴相连；

所述齿轮组19包括左齿轮19a、左惰轮19b、定轮19c、右惰轮19d及右齿轮19e，所述左齿轮19a和所述右齿轮19e齿数相同，所述左惰轮19b和右惰轮19d齿数相同，所述定轮19c和所述左齿轮19a的齿数比为1:2，所述定轮19c与所述连接板20固连。

所述连接板20下端与所述定轮19c固连，所述连接板20通过所述左短连接轴3a和所述右短连接轴3b与所述圆盘顶座4固连，并共同构成了外框架的一部分，所述左短连接轴3a和所述右短连接轴3b对称设置。

所述圆盘顶座4中间区域根据轴承2的内孔数量及位置进行打孔，所述圆盘顶座4的圆形凸台区域中左孔4.3a和右孔4.3b用于与左短连接轴3a和右短连接轴3b相连，所述圆盘顶座4的圆形凸台区域中其余的孔通过内螺栓组23与轴承2内圈相连，所述圆盘顶座4左右的第一螺纹孔4.17和第二螺纹孔4.9分别用于与左立柱17和右立柱9相连，所述圆盘顶座4后端的第一通孔4.5a与第二通孔4.5b用于与长连接轴5a和长连接轴5b相连；

所述齿轮组19中定轮19c设计为中空结构；目的是使输出轴1穿过定轮19c与上转臂18固连。

所述的水滴型尾翼8为对称型尾翼，所述水滴型尾翼8分别有立柱8a、前连接板8b、后连接板8c构成，所述前连接板8b和后连接板8c的一端分别与所述立柱8a固连，所述前连接8b的另一端和所述后连接板8c的另一端固连，所述前连接板8b和所述后连接板8c的长度相同且为l，l与所述立柱8a半径r满足r/l＝tanθ的关系，保证前连接板8b的连接方向在立柱8a的切线方向，后连接板8c的连接方向在立柱8a的切线方向。当水流的方向和水滴型尾翼8之间存在偏角时，作用在水滴型尾翼8左右两端的压力差不等，因而会产生一个使水轮机偏转的力矩，带动水轮机的外框架旋转，由于外框架上的定轮19c与水轮机左矩形叶片15端部的左齿轮19a和右矩形叶片16端部的右齿轮19e分别通过左惰轮19b和右惰轮19d相啮合，此时定轮19c的旋转带动相啮合的矩形叶片发生偏转，使水轮机正对流向，半转叶轮水轮机正对来流的定义是：在矩形叶片运动的规律中，存在左矩形叶片15与下转臂14共线而右矩形叶片16与下转臂14垂直的位置叫做初始位置，当水流流向与矩形叶片运动规律中初始位置的下转臂14垂直时定义为半转叶轮水轮机正对来流。当水流方向与尾翼方向一致时，作用在水滴型尾翼8的压力差相等，从而在偏航正对水流方向之后，不在产生偏航力矩。

本发明具有以下技术优点：

1、本水轮机采用水滴型尾翼自偏航，减少电量的消耗，实现水轮机在水流方向发生改变时，水轮机可以正对水流方向，减小水流偏角对水轮机获能效率的影响。

2、本水轮机叶片自转采用的是齿轮传动机构，确保叶片与输出轴的传动比为2:1，使得半转叶轮水轮机能够结合升力型水轮机和阻力型水轮机的优势。

3、本尾翼自偏航式半转叶轮水轮机适用水域广，启动流速低，获能效率高，制造成本低等特点。

附图说明：

图1是本发明尾翼自偏航式半转叶轮水轮机的结构示意图；

图2是本发明中水轮机德纵向剖面结构示意图；

图3是本发明中圆盘顶座的俯视结构示意图；

图4是本发明中外框架的纵向剖面结构示意图；

图5是本发明中尾翼偏航机构的横向剖面结构示意图；

图6是本发明中水滴型尾翼的俯视结构示意图。

图中：1：输出轴；2：轴承；3a：左短连接轴；3b：右短连接轴；4：圆盘顶座；4.3a：左孔；4.3b：右孔；4.17：第一螺纹孔；4.9：第二螺纹孔；4.5a：第一通孔；4.5b：第二通孔；5a：左长连接轴；5b：右长连接轴；6：上换向节；7：上连接轴承；8：水滴型尾翼；8a:立柱；8b：前连接板；8c后连接板；9：右立柱；10：下连接轴；11：下换向节；12：圆盘底座；13：连接轴；14：下转臂；15：左矩形叶片；16：右矩形叶片；17：左立柱；18：上转臂；19：齿轮组；19a：左齿轮；19b：左惰轮；19c：定轮；19d：右惰轮；19e：右齿轮；20：连接板；21：固定式水中平台；22：外螺栓组；23：内螺栓组。

具体实施方式：

本发明提供一种尾翼自偏航式半转叶轮水轮机，该水轮机包括输出轴1、轴承2、左短连接轴3a、右短连接轴3b、圆盘顶座4、左长连接轴5a、右长连接轴5b、上换向节6、上连接轴7、水滴型尾翼8、右立柱9、下连接轴10、下换向节11、圆盘底座12、连接轴13、下转臂14、左矩形叶片15、右矩形叶片16、左立柱17、上转臂18、齿轮组19、连接板20、内螺栓组23。

图2是本发明半转叶轮水轮机的纵向剖面图，左矩形叶片15的叶片轴下端与深沟球轴内圈过盈配合，深沟球外圈与下转臂14过渡配合，左矩形叶片15上端通过深沟球轴承与上转臂18配合，左矩形叶片15的叶片轴顶端通过键与左齿轮19a连接，左齿轮19a一端采用螺母定位，一端采用轴肩定位确保左齿轮19a的轴向定位。右矩形叶片16的叶片轴下端与深沟球轴内圈过盈配合，深沟球外圈与下转臂14过渡配合，右矩形叶片16上端通过深沟球轴承与上转臂18配合，右矩形叶片16的叶片轴顶端通过键与右齿轮19e连接，右齿轮19e一端采用螺母定位一端采用轴肩定位确保右齿轮19e的轴向定位，右矩形叶片16和左矩形叶片15互相垂直布置。下转臂14与连接轴13通过键连接，下转臂14一端采用螺母定位，一端采用轴肩定位确保下转臂14的轴向定位，连接轴13尾端与角接触球轴承内圈过盈配合，角接触球轴承外圈与圆盘底座12过渡配合。连接板20中间区域安装有轴承座，轴承座与连接板20通过螺钉连接，输出轴1和连接板20上的轴承座内圈过盈配合，输出轴1下端穿过定轮19c与上转臂18通过螺纹固连，上转臂18在输出轴1上两端分别采用螺母和轴肩定位，其中定轮19c与连接板20通过螺钉连接。左惰轮19b的轴向定位一端是螺母，一端是轴肩，左惰轮19b的连接轴下端与深沟球内圈过盈配合，深沟球外圈与上转臂18过渡配合。右惰轮19d的连接方式与左惰轮19b相同。

图3是圆盘顶座俯视图，圆盘顶座4中间区域根据所述轴承2的内孔数量及位置进行打孔，所述圆盘顶座4的圆形凸台区域中左孔4.3a和右孔4.3b用于与左短连接轴3a和右短连接轴3b相连，所述圆盘顶座4的圆形凸台区域中其余的孔通过内螺栓组23与轴承2内圈相连，所述圆盘顶座4第一螺纹孔4.17和第二螺纹孔4.9分别用于与左立柱17和右立柱9相连，所述圆盘顶座4后端的第一通孔4.5a与第二通孔4.5b用于与左长连接轴5a和右长连接轴5b相连；

图4和图5分别是外框架纵向剖面图和尾翼偏航机构横向剖面图，上连接轴7一端依靠轴肩和螺母与水滴型尾翼8的立柱8a固连，上连接轴7的另一端穿过上换向节6中间的通孔，上换向节6的一端依靠上偏航轴7的轴肩定位一端依靠螺母夹紧，从而实现上偏航轴7与上换向节6的固连，左长连接轴5a和右长连接轴5b下端通过轴肩和螺母与换向节6固定，左长连接轴5a和右长连接轴5b上端通过轴肩和螺母与圆盘顶座4固定。下连接轴10一端依靠轴肩和螺母与水滴型尾翼8的立柱8a固连，下连接轴10的另一端穿过下换向节11中间的通孔依靠轴肩和螺母与下换向节11固连，下换向节11通过螺栓与圆盘底座12固连。圆盘底座12通过右立柱9和左立柱17与圆盘顶座4固连。左短连接轴3a和右连接轴3b一端穿过连接板20依靠轴肩和螺母与连接板20固连，左短连接轴3a和右连接轴3b的另一端分别穿过圆盘顶座4的第一通孔4.3a和第二通孔4.3b依靠轴肩和螺母与圆盘顶座4固连。轴承2内圈通过螺栓组23圆盘顶座4固连，固定式水中平台21通过螺栓组22与轴承2外圈固连。

图6是水滴型尾翼俯视结构图，前连接板8b和后连接板8c首段通过螺钉与立柱8a固连，前连接板8b和后连接板8c尾端都有沉头孔并用铰制孔用螺栓相连。