全向變槳垂直軸輪機的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及一種全向變槳垂直軸輪機的直翼葉片控制裝置。
技術背景:
[0002]當前水平軸輪機廣泛應用于船舶、飛機、水電、風電等諸多領域。垂直軸輪機1921年由德國人申請第一個專利，至今已近百年，卻始終沒有成為該領域的主要產品，但自身卻有極強的可操作性，尤其是變槳式垂直軸輪機，可以在發動機不變速的條件下產生任意方向的推力，制約這一技術發展的瓶頸是復雜的變槳機構，德國J.M.Voith公司生產的VSP垂直軸擺線推進器采用的是六桿曲柄連桿的變槳機構，其最大螺距比為0.788 π，最大偏心率為0.788，是目前唯一的成熟產品，由于結構復雜造價極高，雖有優良的性能，但是60年來也只有在歐洲應用于拖船、獵潛艦、掃雷艇、海上平臺等各種特殊船舶，美國軍方研制的擺線式推進器采用的是凸輪連桿變槳機構，在偏心距過大時轉軸容易卡死，而被淘汰，韓國Hwang等人設計的四桿機構，由于效率低而未獲得推廣。最近我國公示的申請號為201410136099.8的專利，技術中所述的叉形引導桿端部沿相交叉的兩圈導軌平穩滑動，其實這很難做到，即使做到了，由于兩圈導軌的尺寸比動輪盤略大，叉形引導桿的端部的滑動速度比垂直翼的運動速度快，致使導軌和叉形引導桿端部劇烈磨損，導致該裝置的壽命不會太長。
【發明內容】
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[0003]本發明的目的在于提供一種簡單的由擺臂、丁字形連桿和軌道控制式全向垂直軸輪機。本發明采用如下技術方案:
[0004]一種全向變槳垂直軸輪機主要部件包括:控制軸、控制盤、控制軌道、盒式轉盤、空心轉軸、安裝軸孔、徑向軌道、安裝軸、直翼葉片、擺臂、擺軸、丁字形連桿、滑軸、密封蓋、控制軸孔、安裝軸孔等。其技術方案是:控制軸上固定有較小控制盤，控制盤上設有控制軌道，盒式轉盤中心有空心轉軸，邊緣均勻分布若干個安裝軸孔，中部設有相同數量的徑向軌道；安裝軸的兩端或一端固定有直翼葉片，安裝軸的中段固定有擺臂，擺臂的另一端裝有擺軸；丁字形連桿的一端有一段固定的滑軸，丁字形連桿的另一端與擺軸相連；密封蓋的中心設有控制軸孔，邊緣均勻分布若干個安裝軸孔。控制軸穿過空心轉軸，若干個直翼葉片的安裝軸安裝在對應安裝軸孔上，滑軸的兩端分別嵌入徑向軌道和控制軌道中，密封蓋蓋在盒式轉盤上，安裝軸孔與直翼葉片的安裝軸同軸，將控制盤、控制軌道、徑向軌道、安裝軸、擺臂、丁字形連桿夾在中間，密封蓋邊緣的螺絲桿將密封蓋和盒式轉盤固連為一整體。
[0005]本發明與現有技術相比有如下優點:
[0006]1.采用的丁字形連桿和軌道控制式變槳機構比六桿曲柄連桿的變槳機構要簡單很多，可靠性和對槳葉擺動控制的精度更高，壽命更長。
[0007]2.制造成本比六桿曲柄連桿的變槳機構低很多。
[0008]3.平均螺距比大于0.83 31，平均偏心率大于0.83，遠遠超過0.788的國際先進水平，效率高于水平軸輪機。
[0009]4.質量輕，直徑大，不但可做水下推進器，飛機推進器，若用于風電和水電取代水平軸輪機其制造成本和運營成本會大大降低。
[0010]本發明若作為水下推進器使用時，扭轉控制軸確定推進方向，轉動空心轉軸，盒式轉盤帶動直翼葉片旋轉，滑軸的一端沿控制軌道滑動，驅動滑軸的另一端沿徑向軌道做往復性運動，通過丁字形連桿和擺軸驅動擺臂擺動，帶動直翼葉片擺動，這樣直翼葉片在繞空心軸公轉的同時還繞自身的安裝軸擺動，通過設計控制軌道的形狀能精確控制直翼葉片旋轉到不同的位置時有不同的擺角，在保證裝置平穩運轉的條件下，使這個擺角等于或接近于在流場中的最佳攻角，達到提高推進效率之目的。若要改變推進方向，只需轉動控制軸一相應的角度，實現全向推進或船舶的無舵推進。
[0011]本發明若作為飛機推進器和風電輪機使用時，因為不需要高標準密封，為了減小重量可將盒式轉盤變為柱形輪架，用支架取代密封蓋，這樣可以將輪機做得很大重量很輕，適應風力發電的要求，當風速過大或過小時可以旋轉控制軸可使輪機勻速旋轉，發出穩定的電力；作為飛機的推進器使用時，因為本發明可以輕松實現360度轉向，所以實現飛機的垂直起降、懸停或沿任意方向運動都不是問題，大大提高了飛機的機動性。
[0012]本發明還可以用于洋流發電、河流發電等水電項目，不用建壩造堤。
【附圖說明】
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[0013]圖1為本發明的三維示意圖
[0014]圖2為本發明去掉密封蓋后，盒式轉盤內部零件結構三維示意圖
[0015]圖3為本發明盒式轉盤和丁字形連桿的三維示意圖
[0016]圖4為本發明直翼葉片的三維示意圖
[0017]圖5為本發明控制軸和控制盤三維示意圖；圖6密封蓋的三維示意圖【具體實施方式】:
[0018]下面結合附圖詳述本發明:
[0019]一種全向變槳垂直軸輪機參見附圖1至附圖6，圖中:控制軸1、控制盤2、控制軌道3、盒式轉盤4、空心轉軸5、安裝軸孔6、徑向軌道7、安裝軸8、直翼葉片9、擺臂10、擺軸11、丁字形連桿12、滑軸13、密封蓋14、控制軸孔15、安裝軸孔16，螺絲桿17，本發明的技術特征是:控制軸I上固定有較小控制盤2，控制盤2上設有控制軌道3，盒式轉盤4中心有空心轉軸5，邊緣均勻分布若干個安裝軸孔6，中部設有相同數量的徑向軌道7 ;安裝軸8的一端或兩端固定有直翼葉片9，安裝軸8的中段固定有擺臂10，擺臂10的另一端裝有擺軸11 ；丁字形連桿12的一端有一段固定的滑軸13，另一端與擺軸11相連；密封蓋14的中心設有控制軸孔15，邊緣均勻分布若干個安裝軸孔16，控制軸I穿過空心轉軸5，若干個直翼葉片9通過安裝軸8，安裝在對應安裝軸孔6上，丁字形連桿12的滑軸13兩端分別嵌入徑向軌道7和控制軌道3中，密封蓋14蓋在盒式轉盤4上，安裝軸孔6、安裝軸孔15與安裝軸8同軸，并將控制盤2、控制軌道3、徑向軌道7、安裝軸8、擺臂10和丁字形連桿12夾在中間，密封蓋14邊緣的一圈螺絲桿17將密封蓋14和盒式轉盤4固定為一整體。
[0020]實施例1
[0021]本發明若作為水下推進器使用時，可扭轉控制軸I來確定推進方向，驅動空心轉軸5旋轉，盒式轉盤4帶動直翼葉片9旋轉，滑軸13的一端沿控制軌道3滑動，驅動滑軸13的另一端，沿徑向軌道7做往復性運動，通過丁字形連桿12和擺軸11驅動擺臂10擺動，帶動直翼葉片9擺動，這樣直翼葉片9在繞空心軸5公轉的同時還繞自身的安裝軸8擺動，通過設計控制軌道3的形狀和大小，精確控制直翼葉片9旋轉到不同的位置時有不同的擺角，使這個擺角除在O度和180度外的任何其它位置都等于或接近該處流場中的最佳攻角，達到了提高推進效率的目的。若要改變推進方向，只需轉動控制軸I 一相應的角度，輕松實現船舶的無舵推進。
[0022]實施例2
[0023]本發明若作為飛機推進器和風電的輪機使用時，因為不需要高標準密封，為了減小重量可將盒式轉盤4變為柱形輪架，取消密封蓋14，用支架代替這樣可以將全向變槳式垂直軸輪機做得很大、重量很輕、完全能適應飛機推進器和風力發電的要求，當風速過大或過小時可以旋轉控制軸I使輪機勻速旋轉，發出穩定的電力；作為飛機的推進器使用時，因為本發明可以輕松實現360度轉向，所以實現飛機的垂直起降、倒行、懸停或沿任意方向運動都不是問題，大大提高了飛機的機動性。
[0024]實施例3
[0025]本發明還可以用于洋流發電、河流發電等水電項目，不用建壩造堤。
[0026]本發明不僅限于上述列舉，其結構特征只要包括諸如控制軸、控制盤、卵形軌道、盒式轉盤、空心轉軸、安裝軸孔、徑向軌道、直翼葉片、安裝軸、擺臂、擺軸、丁字形連桿、滑軸、密封蓋，等具體結構特征或者是能實現所述技術方案的等同技術特征，均視為在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種全向變槳垂直軸輪機主要部件包括:控制軸、控制盤、控制軌道、盒式轉盤、徑向軌道、直翼葉片、安裝軸、擺臂、擺軸、丁字形連桿、滑軸等。直翼葉片均勻安裝在盒式轉盤的邊緣，技術特征是:扭轉控制軸確定推進方向，轉動空心轉軸，盒式轉盤帶動直翼葉片旋轉，滑軸的一端沿控制軌道滑動，滑軸的另一端沿徑向軌道做往復性運動，通過丁字形連桿和擺軸驅動擺臂擺動，帶動直翼葉片擺動，這樣直翼葉片在繞空心軸公轉的同時還繞自身的安裝軸擺動，通過設計控制軌道的大小和形狀，控制直翼葉片旋轉到不同的位置時有不同的擺角，使這個擺角等于或接近該處流場的最佳攻角。
2.根據權利要求1所述，控制軸上固定有較小控制盤，控制盤上設有控制軌道。
3.根據權利要求1所述,盒式轉盤中心有空心轉軸,控制軸插入空心轉軸之中,邊緣均勻分布若干個安裝軸孔，中部設有相同數量的徑向軌道。
4.根據權利要求1所述，控制軌道為一圈形凹槽，形狀類似鳥卵或人體腎臟。
5.根據權利要求1所述:徑向軌道是一筆直凹槽與盒式轉盤半徑重合，延長線與安裝軸軸心相交。
6.根據權利要求1所述:安裝軸兩端或一端固定有直翼葉片，安裝軸上固定有擺臂，擺臂的另一端裝有擺軸，擺臂與直翼葉片的玄線平行，安裝軸和擺軸上均裝有軸承。
7.根據權利要求1所述:丁字形連桿的一端有一段固定的滑軸，另一端與直翼葉片的擺軸相連，滑軸兩端均安有軸承或轉輪。
【專利摘要】本發明涉及一種全向變槳垂直軸輪機，本發明的技術特征是：直翼葉片均勻安裝在盒式轉盤的邊緣、扭轉控制軸確定推進方向，轉動空心轉軸，盒式轉盤帶動直翼葉片旋轉，滑軸的一端沿控制軌道滑動，滑軸的另一端沿徑向軌道做往復性運動，帶動直翼葉片擺動，通過設計控制軌道的大小和形狀，精確控制直翼葉片旋轉到不同位置的擺角，使這個擺角等于或接近于該處流場的最佳攻角，本輪機的平均螺距比≥0.83π，因此可取代螺旋槳，遠遠超過德國J.M.Voith公司0.788π的國際先進水平，由于轉速更慢，所以可輕松實現靜音推進和立體推進，又因結構簡單可輕松實現大型化制造，是船舶、潛艇、飛機、水電、風電等裝置所需輪機的又一重要選擇對象。
【IPC分類】F03D7-06, F03D3-06
【公開號】CN104533718
【申請號】CN201410693584
【發明人】鄭坤宇, 鄭志剛, 孔祥霞
【申請人】鄭坤宇
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月15日