用于控制螺旋槳裝置的渦輪機(jī)葉片的角位置的裝置的制造方法
【專利說明】用于控制螺旋槳裝置的渦輪機(jī)葉片的角位置的裝置
[0001]相關(guān)專利申請的交叉參考
[0002]本申請要求2013年6月5日提交的臨時專利申請?zhí)?1/831，183的優(yōu)先權(quán)，其以引用的方式整體并入本文中。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般來說涉及具備葉片的渦輪機(jī)和螺旋槳裝置，葉片在旋轉(zhuǎn)時能夠?qū)⒘鬟f至流體介質(zhì)和從流體介質(zhì)傳遞力。具體地說，本發(fā)明涉及能夠控制螺旋槳或渦輪機(jī)的葉片的角位置的裝置。
[0004]發(fā)明背景
[0005]螺旋槳裝置的葉片通常對稱地布置在中心旋轉(zhuǎn)軸周圍的軸上以允許葉片圍繞該線旋轉(zhuǎn)。取決于螺旋槳裝置的目的和設(shè)計，葉片通過穿過其中的流體(例如，氣體或液體)的流動和/或通過馬達(dá)或通過人工供電的機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。此處術(shù)語“渦輪機(jī)葉片”將用于指螺旋槳裝置的工作葉片，即，在暴露于流體流時將力傳遞至流體介質(zhì)和從流體介質(zhì)傳遞力的那些葉片。因此舉例來說，當(dāng)流體是空氣時且當(dāng)螺旋槳裝置是飛行器時，渦輪機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生使得能夠推進(jìn)飛行器的推力。
[0006]在空氣動力學(xué)中，渦輪機(jī)葉片的翼弦與流體流的方向之間的角位置或傾角稱作迎角。此角度的值對于使螺旋槳裝置恰當(dāng)和有效地起作用是重要的。
[0007]葉片傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)通常用于螺旋槳裝置中以用于設(shè)置預(yù)定迎角。借助此提供，可例如通過減少飛行器或船舶中已知的阻力來顯著地改進(jìn)螺旋槳裝置的效率。
[0008]已知本領(lǐng)域中有提供對葉片的角位置的自動控制以用于設(shè)置期望的傾角的各種嘗試。用于調(diào)整葉片的傾角的最著名的控制系統(tǒng)包括專用傳感器，傳感器被配置用于感測進(jìn)入的流體流的方向和強(qiáng)度，且向中央單元報告此數(shù)據(jù)，中央單元控制渦輪機(jī)葉片且相應(yīng)地調(diào)整其角位置。
[0009]在一個或多個渦輪機(jī)總成用于推進(jìn)運載工具的推進(jìn)裝置(諸如飛行器或船舶)中，水力控制機(jī)構(gòu)用于通過改變螺旋槳葉片的迎角來增大或減小推力。
[0010]在諸如飛行器和風(fēng)力渦輪機(jī)等許多系統(tǒng)中，通過強(qiáng)制地使葉片樞轉(zhuǎn)來實現(xiàn)葉片的角位置的調(diào)整，其中每個葉片可在其對應(yīng)的樞轉(zhuǎn)軸桿上旋轉(zhuǎn)。
[0011]下文列出具備對葉片角位置的強(qiáng)制控制的螺旋槳裝置的一些實例。
[0012]W02007012487中描述了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括具備可調(diào)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子和允許使用槳距裝置來調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片的中央控制裝置。
[0013]CN101629553中公開了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其包括多個轉(zhuǎn)子葉片、葉片傾角驅(qū)動器、轉(zhuǎn)子軸、發(fā)電機(jī)和控制單元，該控制單元用于控制發(fā)電設(shè)備的操作，具體地說用于在控制單元的控制下調(diào)整葉片傾角。
[0014]還已知被設(shè)計用于取決于施加至輔助質(zhì)量的向心力而自動地自調(diào)整葉片傾角的螺旋槳裝置。
[0015]US2012/0014794中公開了自設(shè)置和自供電的系統(tǒng)，其用于調(diào)整風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片傾角，使得其在擱置時具有高迎角以促進(jìn)早期啟動，移動至其理想設(shè)置角以用于正常運行且將葉片順槳以限制rpm并在暴風(fēng)雨條件下減少載荷。
[0016]AU-331695/84中描述了用于船舶中的載荷感測螺旋槳。葉片的傾角可自動調(diào)整，使得螺旋槳在多種操作條件下，例如在登上航行中的船舶和維持巡航速度時有效地執(zhí)行。
[0017]US 4693671中描述了可逆的自調(diào)整的螺旋槳裝置，其中提供連接在一起且樞轉(zhuǎn)地安裝在輪轂上的控制葉片和推力葉片。響應(yīng)于作用于裝置上的載荷的變化，控制葉片相對于輪轂軸以大體上恒定的角度自動地樞轉(zhuǎn)且這引起推力葉片的對應(yīng)樞轉(zhuǎn)。在此螺旋槳裝置中，推力葉片以一方式安裝在輪轂上，使得其在暴露于流體流時可在其軸桿上樞轉(zhuǎn)且相應(yīng)地其角位置可變化。此外，控制葉片樞轉(zhuǎn)地安裝在其軸桿上，而其軸桿可在輪轂中形成的橢圓楔形凹處內(nèi)移位。因此，推力葉片相對于輪轂軸以改變的傾角樞轉(zhuǎn)，而控制葉片以大體上恒定的角度樞轉(zhuǎn)。由于此設(shè)計，推力葉片的角位置不僅由控制葉片的角位置控制，而且明確地設(shè)置和位置推力葉片的期望的迎角是不可能的。
[0018]總地來說，可見除了設(shè)計對螺旋槳裝置的傾角控制的眾多嘗試之外，這個長期的問題仍需要恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。
發(fā)明概要
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于控制螺旋槳裝置的渦輪機(jī)葉片的角位置的裝置，其中渦輪機(jī)葉片可圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)且可圍繞其相應(yīng)樞轉(zhuǎn)軸樞轉(zhuǎn)地移位，該裝置包括:(a)—組控制葉片，其與渦輪機(jī)葉片連接且在螺旋槳裝置暴露于流體流時可圍繞其相應(yīng)樞轉(zhuǎn)軸樞轉(zhuǎn)地移位；以及(b)傳遞單元，其被配置用于將控制葉片的樞轉(zhuǎn)移位傳遞至渦輪機(jī)葉片，使得渦輪機(jī)葉片可通過控制葉片經(jīng)由傳遞單元相對于其樞轉(zhuǎn)軸樞轉(zhuǎn)，其中渦輪機(jī)葉片的樞轉(zhuǎn)與控制葉片的樞轉(zhuǎn)同時發(fā)生，其中控制葉片的布置使得渦輪機(jī)葉片的迎角由控制葉片自動設(shè)置和維持，而不管流體流的方向如何。
[0020]任選地，一組控制葉片包括至少兩個控制葉片，該控制葉片相對于旋轉(zhuǎn)軸對稱地且相對地安置。控制葉片可由上表面和下表面界定，其中控制葉片任選地相對于旋轉(zhuǎn)軸安置，使得一個控制葉片的上表面和相對控制葉片的下表面面向相同方向，而第二控制葉片的下表面和上表面面向相對方向。另外或或者，控制葉片相對于旋轉(zhuǎn)軸定位，使得控制葉片將樞轉(zhuǎn)直到因為流體流而形成的和施加至控制葉片的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)矩相互補償為止。
[0021]根據(jù)一些實施方案，裝置控制兩個渦輪機(jī)葉片，渦輪機(jī)葉片中的每個緊固至樞轉(zhuǎn)軸桿且相對于樞轉(zhuǎn)軸桿安置，使得渦輪機(jī)葉片的樞轉(zhuǎn)軸穿過渦輪機(jī)葉片的壓力中心，該布置使得通過控制葉片進(jìn)行的經(jīng)由傳遞單元設(shè)置的渦輪機(jī)葉片的角度安排保持不變，而不管流體流的方向如何。
[0022]任選地，渦輪機(jī)葉片可分離地緊固在其對應(yīng)的樞轉(zhuǎn)軸桿上，使得每個渦輪機(jī)葉片相對于其樞轉(zhuǎn)軸桿的位置可調(diào)整。
[0023]根據(jù)以上可能性或其組合中的任一個，渦輪機(jī)葉片中的每個相對于控制葉片的相對角位置可經(jīng)由調(diào)整構(gòu)件調(diào)整。
[0024]根據(jù)一些實施方案，渦輪機(jī)葉片的相對角位置的調(diào)整包括將渦輪機(jī)葉片設(shè)置于期望的迎角。對于許多空氣動力學(xué)或水力系統(tǒng)，迎角可以是6度。
[0025]任選地，渦輪機(jī)葉片和控制葉片可圍繞相同的旋轉(zhuǎn)軸在相同的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
[0026]另外或或者，渦輪機(jī)葉片和控制葉片可圍繞在不同平面內(nèi)(非共平面)的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，傳遞單元包括第一組齒輪、第二組齒輪和傳遞軸。根據(jù)一些實施方案，第一組齒輪包括:初級齒輪，其中每個剛性地緊固在相應(yīng)控制葉片的樞轉(zhuǎn)軸桿上;次級齒輪，其緊固在傳遞軸的一端，且第二組齒輪包括:初級齒輪，其剛性地緊固在傳遞軸的相對端，初級齒輪與次級齒輪嚙合，每個次級齒輪剛性地緊固在相應(yīng)渦輪機(jī)葉片的樞轉(zhuǎn)軸桿上，該布置使得控制葉片的樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致渦輪機(jī)葉片在相同方向上且以相同程度同時樞轉(zhuǎn)。
[0027]另外或或者，傳遞單元包括:初級齒輪，其中每個剛性地緊固在相應(yīng)控制葉片的樞轉(zhuǎn)軸桿上；中間齒輪，其與初級齒輪且與次級齒輪嚙合，每個次級齒輪剛性地緊固在相應(yīng)渦輪機(jī)葉片的樞轉(zhuǎn)軸桿上，該布置使得控制葉片的樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致渦輪機(jī)葉片在相同方向上且以相同程度同時樞轉(zhuǎn)。
[0028]根據(jù)一些實施方案，控制葉片被配置和設(shè)計尺寸以使得其小于渦輪機(jī)葉片。
[0029]任選地，用于控制渦輪機(jī)葉片的角位置的裝置包括渦輪機(jī)葉片的樞轉(zhuǎn)的限制器。在一些實施方案中，該裝置進(jìn)一步包括適于攜載控制葉片和渦輪機(jī)葉片的輪轂，其中限制器被配置為可釋放地緊固在輪轂的對接端上的桿。
[0030]任選地，螺旋槳裝置是選自由以下組成的組:風(fēng)力渦輪機(jī)、水力渦輪機(jī)、飛機(jī)、渦輪噴氣飛機(jī)、直升機(jī)、輪船、潛水艇、魚雷、摩托艇、飛艇、渦輪栗和渦輪壓縮機(jī)。
[0031]任選地，渦輪機(jī)葉片的樞轉(zhuǎn)在與控制葉片相同的方向上且以與其相同的樞轉(zhuǎn)角發(fā)生。
[0032]另外或可選擇地，渦輪機(jī)葉片中的每個的壓力中心(PC)位于其樞轉(zhuǎn)軸上，且控制葉片的壓力中心(PC)與其樞轉(zhuǎn)軸偏移。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提供一種用于響應(yīng)于施加在渦輪機(jī)葉片上的流體流而控制渦輪機(jī)葉片的角位置的螺旋槳裝置，螺旋槳裝置包括:(a) —組渦輪機(jī)葉片，其可圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)且可圍繞其相應(yīng)樞轉(zhuǎn)軸樞轉(zhuǎn)地移位；(b)—組控制葉片，其與渦輪機(jī)葉片連接且在螺旋槳裝置暴露于流體流時可圍繞相應(yīng)樞轉(zhuǎn)軸樞轉(zhuǎn)地移位；以及(c)傳遞單元，其被配置用于將控制葉片的樞轉(zhuǎn)移位傳遞至渦輪機(jī)葉片，使得渦輪機(jī)葉片可通過控制葉片經(jīng)由傳遞單元相對于其樞轉(zhuǎn)軸樞轉(zhuǎn)，而渦輪機(jī)葉片的樞轉(zhuǎn)與控制葉片的樞轉(zhuǎn)同時發(fā)生，其中控制葉片的布置使得渦輪機(jī)葉片的迎角由控制葉片自動設(shè)置和維持，而不管流體流的方向如何。
[0034]已僅僅簡短地概述了本發(fā)明。為了獲得對本發(fā)明以及其實施方案和優(yōu)點的較好理解，現(xiàn)在將參看附圖參考以下描述。
[0035]附圖簡述
[0036]圖1A至圖1B示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的渦輪機(jī)系統(tǒng)，其包括具有渦輪機(jī)葉片的渦輪機(jī)總成和具有控制葉片的槳距控制裝置:圖1A示出渦輪機(jī)系統(tǒng)的等距視圖；且圖1B示意性地示出渦輪機(jī)葉片的樞轉(zhuǎn)軸桿相對于葉片的壓力中心定位的方式。
[0037]圖2示出具有蓋的系統(tǒng)的等距視圖。
[0038]圖3不出系統(tǒng)的第一側(cè)視圖。
[0039]圖4示出系統(tǒng)的第二側(cè)視圖。
[0040]圖5A至圖5C示出在三個離散的角位置具有槳距控制裝置的控制葉片的系統(tǒng)的等距視圖:圖5A示出處于第一角位置的槳距控制裝置的控制葉片；圖5B示出處于第二角位置的槳距控制裝置的控制葉片;且圖5C示出處于第三角位置的槳距控制裝置的控制葉片。[0041 ]圖6A至圖6B示出系統(tǒng)的側(cè)視圖，其中二級葉片和渦輪機(jī)葉片暴露于或不暴露于來自各個方向的流體流:圖6A示出處于特定葉片位置的系統(tǒng)，在該葉片位置除了渦輪機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)引起的推力之外，沒有外部流體流攻擊葉片；圖6B示出處于葉片位置的系統(tǒng)，在該葉片位置前部風(fēng)力攻擊控制葉片且渦輪機(jī)葉片經(jīng)由中心主旋轉(zhuǎn)軸通過連接至其的引擎旋轉(zhuǎn)。
[0042]圖7A