水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台

本发明涉及一种水轮机水动力性能测试平台，特别是一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台。

背景技术：

1、我国拥有广阔的领海面积，相关海域中蕴藏着巨大的可利用的资源，其中以潮流能为代表的海洋可再生能源就是其中的一种。利用水道间的潮流反复运动产生的能量，可以进行发电活动，能为边远海岛提供生产和生活用电。潮流能开发利用已经成为当前船舶与海洋工程、流体力学学科重点研究的方向之一。在潮流能开发利用领域，水平轴潮流能水轮机是一种重要的能量转换装置，它具有启动性能好、获能效率高、转动稳定等优点而被广泛使用。在设计水平轴潮流能水轮机的过程中，模型试验是一个必不可少的环节，通过模型试验来获取该型水轮机的关键水动力性能参数，从而评价该型水轮机的性能，为设计提供参考和依据。

2、现有水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台（实验装置）存在明显的结构设计缺陷，具体而言就是：桨叶的中心轴与发电机的动力输入端之间相传动，一般采用多级增速器，影响传动效率，致使水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台（实验装置）的能量捕获总体效率较低。例如，专利号cn202010069991.4的已公告中国发明专利文献中所记载一种水平轴潮流能水轮机实验装置及其实验方法，以及，专利号cn201710055422.2的已公告中国发明专利文献中所记载一种水平轴潮流能水轮机实验装置及其实验方法。

3、另外，为了深入研究水轮机水动力性能，需要测量不同流速下，水轮机受水流力与能效率之间的关系，需要测试平台具备测量水轮机所受水流水平冲击力的功能。同时还需要开展不同流速下桨距角对不能性能的影响研究，需要测试平台具备桨距角可调的功能。

4、故此，申请人提出了本发明创造。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种能够大幅的提升桨叶与发电机的动力输入端之间的传动效率的水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台。

2、为了实现上述目的，本发明所设计的一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，包括测试支架，以及安装至测试支架上的发电机和桨叶组件，在桨叶组件中桨叶的外圈设有齿圈，且桨叶和齿圈相连接，在齿圈的外侧设有齿轮轴组件一，所述齿轮轴组件一的齿轮部和齿圈相互啮合，其轴部则与发电机的输入轴相互传动。

3、上述一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，其结构中采用桨叶外圈的齿圈上相啮合的齿轮轴组件，而齿轮轴组件又通过联轴器与发电机的输入轴直接联动，实现了齿圈和发电机的输入轴相传动，以替换现有技术中桨叶的中心轴与发电机的输入轴相传动的方式，考虑到齿圈与齿轮轴组件上齿轮部存在相对较大的直径比，进而大幅度提升了桨叶与发电机的动力输入端之间的传动效率，进而提升了水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台（实验装置）的能量捕获效率。

4、上述一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，其结构中所述齿轮轴组件一的轴部和发电机的输入轴之间的具体传动结构，优选择为包括：联轴器一、动态扭矩传感器和联轴器二；

5、其中，齿轮轴组件一的轴部通过联轴器一和动态扭矩传感器的输入端相互传动，动态扭矩传感器的输出端则通过联轴器二和发电机的输入轴相互传动，动态扭矩传感器安装至测试支架上。

6、上述优选技术方案中动态扭矩传感器能够测量发电机输入轴上的实时扭矩、转速及机械功率。

7、上述一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，其结构中所述桨叶组件的具体结构，优选择为包括：若干个桨叶、桨叶安装座、直线轴承一、端面轴承一、预紧弹簧、导流帽、法兰、压力传感器、端面轴承二和安装轴；

8、其中，所述安装轴设有台阶表面，端面轴承一、直线轴承一、端面轴承二、压力传感器和法兰依次衬套于安装轴的上台阶部分上，在端面轴承一的外侧通过螺纹旋接至安装轴的一侧端部上的导流帽在安装轴的轴方向上进行限位，所述导流帽的朝向端面轴承一的表面上设有凹槽以及自凹槽的底部向槽口方向延伸的导柱，预紧弹簧衬套至导柱上，预紧弹簧的一端顶接至凹槽的底部上，另一端则顶接至端面轴承一的表面上，并且预紧弹簧始终处于张紧的状态，所述法兰的朝向端面轴承二的表面上设有环形缺口，在压力传感器的外侧通过位于法兰的环形缺口内并嵌入至安装轴的台阶表面的轴用卡簧一在安装轴的轴方向上进行限位，法兰通过嵌入至安装轴的台阶表面上所形成的定位销槽内的销体在安装轴的圆周方向上进行限位，并通过抵接于安装轴的轴肩部在安装轴的轴方向上进行限位，法兰和压力传感器通过螺栓紧固件相互锁紧，安装轴的另一侧端部固定至测试支架上，桨叶安装座衬套至直线轴承一上，并且两者通过螺栓紧固件相互锁紧，若干个桨叶环形分布于桨叶安装座的外圈，并通过螺栓紧固件与桨叶安装座相连接。

9、上述优选技术方案中在安装轴的轴方向上预紧弹簧对相互固定的直线轴承一和桨叶安装座始终施加预紧作用力，以最大程度上避免“在测试过程中发生水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台的桨叶在桨叶安装轴的轴方向上发生位移”的情况，进而确保水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台的测试数据准确性。同时，其结构中的压力传感器能够准确地测量水平轴潮流能水轮机所受水流水平冲击力。

10、上述一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，其结构中所述桨叶组件中的每个桨叶均优选择通过螺栓紧固件与桨叶安装座以及齿圈相连接，并绕着螺栓紧固件的中心轴进行自转；

11、同时，上述桨叶组件的具体结构，还优选择包括：若干个桨距角调节装置，并与前述桨叶相逐一对应，以及联动相邻桨距角调节装置的软轴；每个桨距角调节装置均包括：伞形齿轮箱一、伞形齿轮副一、台阶轴套、深沟球轴承一、台阶芯轴、端面轴承三、直线轴承二、端面轴承四、端面轴承五、端面轴承六、伞形齿轮副二、齿轮轴组件二、深沟球轴承二、丝杠螺母机构、推力调心滚子轴承、伞形齿轮箱二和球头座；其中，伞形齿轮副一安装至伞形齿轮箱一内，伞形齿轮副一的从动伞形齿轮一和软轴相传动，伞形齿轮副二、齿轮轴组件二、深沟球轴承二、丝杠螺母机构和推力调心滚子轴承均位于伞形齿轮箱二内，齿轮轴组件二的轴部两端贯穿嵌设于伞形齿轮箱二上的深沟球轴承二，并通过嵌入至齿轮轴组件二的轴部表面的轴用卡簧二在轴方向上进行限位，齿轮轴组件二绕着轴部的中心线进行自转，丝杠螺母机构的螺母两端衬套至嵌设于伞形齿轮箱二上的推力调心滚子轴承，丝杠螺母机构中丝杆的端部形成球头部，齿轮轴组件二的齿轮部和丝杠螺母机构的螺母相啮合，伞形齿轮副二的从动伞形齿轮二衬套至齿轮轴组件二的轴部上，台阶轴套衬套至台阶芯轴上，台阶轴套上直径相对较小的台阶部一的端面通过衬套于台阶芯轴上的端面轴承五与台阶芯轴的一侧轴肩部相配合进行轴向限位，衬套于台阶芯轴上的深沟球轴承一嵌入台阶轴套上直径相对较大的台阶部二内，并通过嵌入至内台阶面的轴用卡簧三在轴方向上进行限位，伞形齿轮箱二表面形成向外延伸的轴套部，台阶芯轴和台阶轴套的一侧轴端共同穿入轴套部，且台阶轴套的台阶部一和伞形齿轮箱二的轴套部之间进行螺纹连接，台阶芯轴贯穿嵌设于伞形齿轮箱二上的端面轴承六，并通过另一侧轴肩部与端面轴承六相抵接进行轴向限位，台阶芯轴延伸进入至伞形齿轮箱二内，并衬套至伞形齿轮副二的主动伞形齿轮二内，台阶芯轴和台阶轴套的另一侧端部共同穿入伞形齿轮箱一内，并且台阶芯轴与主动伞形齿轮一相传动，直线轴承二衬套于伞形齿轮箱二的轴套部外，其一侧通过衬套于台阶轴套的台阶部一并嵌人直线轴承二的端面轴承三与伞形齿轮箱一的表面相抵接，另一侧则通过衬套于伞形齿轮箱二的轴套部的端面轴承四与伞形齿轮箱二的表面相抵接，伞形齿轮箱一和直线轴承二共同通过螺栓紧固件固定至齿圈上，球头座安装至其对应的桨叶上，并且丝杠螺母机构中丝杆的球头部铰接于球头座内；另外，至少一个桨距角调节装置的伞形齿轮副一中主动伞形齿轮一的轴部延伸至伞形齿轮箱一外，用于连接手拧螺母或者电机，以方便桨距角调节装置调节桨叶的桨距角。

12、上述优选技术方案中通过调节桨叶的桨距角，可以方便测试平台获取水平轴潮流能水轮机在不同桨距角情况下的水动力性能。

13、与现有技术相比较，本发明得到的一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，其具备以下的技术优点及特点：

14、1、本发明一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，其结构中桨叶与发电机的动力输入端之间的传动效率相对较大，进而提升了水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台（实验装置）的能量捕获效率。

15、2、本发明一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，其结构设计中最大程度上避免了“在测试过程中发生水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台的桨叶在桨叶安装轴的轴方向上发生位移”的情况，进而其测试数据的准确性相对较高。同时，其结构中的压力传感器能够准确地测量水平轴潮流能水轮机所受水流水平冲击力。

16、3、本发明一种水平轴潮流能水轮机水动力性能测试平台，其结构设计中桨叶的桨距角可调，可以方便测试平台获取水平轴潮流能水轮机在不同桨距角情况下的水动力性能。