利索能及
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专利号: 2022109971053
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种运动阻力矩自平衡式潮流能水轮机的转速调节方法,其特征在于,潮流能水轮机包括水轮机本体(30)、安装水轮机本体的固定框架(4)、调节固定框架(4)深度的深度调节装置、调节水轮机本体叶轮转速的转速调节装置,所述深度调节装置包括对称设置于固定框架上下两端的上移动平台(1)和下移动平台(3)、调节上移动平台和下移动平台靠近或远离固定框架(4)的深度驱动装置,所述上移动平台(1)为固定框架(4)提供浮力;所述下移动平台(3)为固定框架(4)提供重力;所述转速调节装置包括调阻电机(50)、调阻丝杆(55)和设置于调阻丝杆(55)上的调阻螺母(57),所述调阻电机(50)带动调阻丝杆(55)转动,调阻丝杆(55)转动带动调阻螺母(57)移动,调阻螺母(57)在调阻丝杆上移动改变接入水轮机本体的电阻,从而改变水轮机本体叶轮的转速;

所述深度驱动装置包括剪叉机构、与剪叉机构活动端固定连接的齿条、与齿条啮合的齿轮,所述上移动平台和固定框架上端面之间、下移动平台和固定框架下端面之间均设置剪叉机构,齿轮转动带动齿条移动,齿条移动带动剪叉机构活动端移动,从而带动上移动平台和下移动平台靠近或远离固定框架(4);

潮流能水轮机的转速调节方法包括以下步骤:

步骤1:检测潮流实际运动速度V实际;

步骤2:根据叶轮能量利用率与叶尖速比之间的关系 得到叶轮最高能

量利用率时的最佳叶尖速比λ;其中,Tr为水轮机本体所获得的水动力矩,r为水轮机叶轮半径;

步骤3:根据得到的最佳叶尖速比得到水轮机本体的目标转速n目标;

步骤4:根据水轮机本体转速与接入水轮机本体的电阻之间的关系,控制转速调节装置调节调阻螺母,改变接入水轮机本体的电阻,从而改变水轮机本体的转速,使水轮机本体的转速达到目标转速;

步骤5:实时检测潮流实际运动速度,根据检测的潮流实际运动速度实时对水轮机本体转速进行调节。

2.根据权利要求1所述的潮流能水轮机的转速调节方法,其特征在于,所述深度驱动装置包括驱动电机(26)、传动轴(32),所述传动轴(32)竖直穿过固定框架(4),且传动轴(32)两端分别与固定框架上下端面的两个齿轮固定连接,所述驱动电机(26)输出端固定设置驱动齿轮,驱动齿轮与固定框架上下端面两个齿轮的其中一个啮合,通过传动轴(32)使得一个驱动电机(26)驱动两个剪叉机构工作。

3.根据权利要求1所述的潮流能水轮机的转速调节方法,其特征在于,所述固定框架(4)上下端面均设置燕尾槽,所述齿条在燕尾槽内滑动,齿条一端通过连杆与剪叉机构活动端连接。

4.根据权利要求1所述的潮流能水轮机的转速调节方法,其特征在于,所述水轮机本体(30)外套设导流罩(29),导流罩(29)与固定框架(4)固定连接,水轮机本体(30)设置于固定框架(4)中心。

5.根据权利要求1所述的潮流能水轮机的转速调节方法,其特征在于,所述固定框架(4)四角分别设置调速舱(5)、电子舱(6)、左电力舱(9)、右电力舱(10),所述调速舱(5)内设置转速调节装置,所述电子舱(6)内设置水轮机的控制系统,用于实时调节水轮机姿态、转速;所述左电力舱(9)和右电力舱(10)用于电力的存储和供给。

6.根据权利要求1所述的潮流能水轮机的转速调节方法,其特征在于,所述固定框架(4)两侧分别设置沿竖直方向延伸的滑轨立柱,且滑轨立柱位于水轮机本体迎水面的两侧,所述固定框架(4)两侧固定设置有滑轮(74),滑轮沿滑轨立柱滑动。

7.根据权利要求6所述的转速调节方法,其特征在于,所述步骤4中具体包括:

步骤41:根据水轮机机械传输特性有:

Tm=CMφI

其中,Jr为水轮机本体传动系统折合到水轮机主轴的惯量,wr为水轮机主轴转动角速度,Tr为水轮机本体所获得的水动力矩,Tm为电磁转矩,TD为阻尼力矩,r为水轮机叶轮半径,CM为转矩常数,φ为磁通,I为回路中电流,E为感应电势,Ra为调阻装置接入电阻的阻值,CE为电势常数,Cn为阻尼系数;

得到水轮机本体转速与接入水轮机本体的电阻之间的关系:

通过检测的潮流实际运动速度V实际与最佳叶尖速比λ表示目标转速n目标则有:

步骤42:计算调阻螺母目标位移l目标:

则有:

其中,l总为调节电阻总长度,R总为调节电阻总阻值;

步骤43:控制调阻电机驱动调阻丝杠转动控制调阻螺母位移,再通过位移传感器监测调阻螺母位移数据,根据调阻螺母位移数据再控制调阻电机,形成闭环控制,最终使得调阻螺母位移为l目标。