通用螺旋桨、操作方法和最佳用途技术

本发明专利技术涉及一种新型的通用螺旋桨(1)，其与普通螺旋桨(1)的区别在于，在每个转子叶片(30)上设置有齿轮(52)，该齿轮(52)直接地可操作地连接到正时齿轮(50)的基准齿轮(51)。该正时齿轮(50)可操作地连接到轮毂齿轮(12)，其中，该轮毂齿轮(12)被配置成感测并处理轮毂(10)的旋转运动的角速度ω

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通用螺旋桨、操作方法和最佳用途


[0001]本专利技术涉及一种新型的通用螺旋桨，包括可旋转地安装在轴上的轮毂，其中，在该轮毂上，有两个彼此相对设置的转子叶片或者相对于彼此以星形构造设置的至少三个转子叶片，其中，在该轮毂上，每个转子叶片在其纵向轴线的端部处，相对于轴的中心轴线成角度α处被设置成，使得每个转子叶片的纵向轴线在旋过360
°
时描绘出正圆锥的外周表面，并且其中该轮毂包括正时齿轮，该正时齿轮使得转子叶片能够绕其纵向轴线旋转。
[0002]本专利技术还涉及一种用于操作这种通用螺旋桨的方法，以及涉及有利的用途。

技术介绍

[0003]螺旋桨(来自拉丁语propellere
‘
to propel
’
)是发动机的机器部件，发动机具有通常围绕轴径向布置(呈星形)的叶片(以下称为转子叶片)。
[0004]在流体动力学或空气动力学中，螺旋桨用于在流体中产生运动；或者用流动的流体来驱动螺旋桨。流体中的运动的典型应用是用作船舶用螺旋推进器的螺旋桨。在飞行器的场景中，螺旋桨有时被称为空气螺旋桨；在直升机的场景中，推进力主要由上升运动控制，在这种情况下使用术语旋翼(rotor)。由流动流体驱动的螺旋桨的典型应用是风力发电设备或水力发电设备，它们根据相同的原理运作，除了相反地，它们从气流或水流中提取动力，而不是产生动力用于推进或提升(A)。以这种方式使用的螺旋桨也被称为推进器。
[0005]用于风力发电设备的最早的螺旋桨可以追溯到11世纪，已经有将近1000年的历史了。即使在当前具有水平轴的风力发电设备(HAWT)中，风能的阻力分量(W)也损失了，只有升力分量(A)用于从气流中产生能量。特别是，为了增加功率，转子直径变得越来越大，因为根据圆形公式，转子叶片长度加倍会使转子面积增加四倍。直到20世纪90年代末，最新安装的设备的直径通常小于50米；大约2003年以后，通常在60到90米之间。到2018年，平均转子直径已经增加到118米，并且平均轮毂高度已经增加到132米。这种发展的缺点是由阵风或暴风引起的风力发电设备损坏事件的增加。
[0006]与HAWT风力发电设备相比，所谓的萨伏纽斯(Savonius)转子或竖直轴风力发电设备(VAWT)的设计突出得多，但仅使用阻力分量(W)，因此浪费了所有的升力分量(A)。
[0007]在运行中，许多VAWT设备遇到的问题是，只能在特定风速(即所谓的启动速度或切入速度)以上经济高效地运行。在风速低于启动速度时，VAWT设备进入空闲状态，控制电子设备和致动器(例如用于转子叶片俯仰)仍然必须被供电，使得该设备成为电力消耗者。为了解决这个问题，从EP 1626176 A2中已知一种类似于Savonius转子的风力发电设备，在其竖直设置的转子叶片上设置太阳能转换器，用于将太阳能转换成不同于太阳能的能量形式，优选转换成电能。由太阳能转换器产生的能量能够有利地在低风速下供应给设备，从而使得所描述的设备能够独立于电网运行，甚至在低于启动速度时也是如此。
[0008]在VAWT设备的场景中，启动速度问题的一种可替代的可能的解决方案是确保转子叶片相对于风流或流体尽可能最佳地对准。为此目的，在WO2017/187229A1中公开了一种VAWT设备，该设备包括多个转子叶片，一方面，这些转子叶片相对于主竖直旋转轴线成30
°‑
60
°
，并且另一方面，这些转子叶片具有特殊的空气动力学轮廓，该轮廓旨在产生所谓的“二次诱导流”，这有利地增加了所描述的设备的空气动力学效率。在这种情况下，转子叶片本身刚性连接到此处描述的VAWT设备的轮毂上。相比之下，从US4355956A中已知一种VAWT设备，其同样具有与竖直方向成角度的转子叶片，但是其特征不在于特殊的轮廓，而是在于它们的材料组成。所描述的转子叶片由柔性材料制成，因此在一定程度上是自调整的，即响应于风压和它们自身的恢复力，它们能够在一定程度上独立地改变它们的方向。这里，转子叶片也刚性连接到所描述的VAWT设备的轮毂上。
[0009]此外，从US2011/0076144A1和WO2014/188289A1中已知的是涡轮机或螺旋桨装置，其分别提供了其转子叶片相对于风流或流体的机械对准。最后，CN 105863957 A和GB 2495745A公开了一种VAWT设备，该设备具有相对于竖直旋转轴线成角度的转子叶片，其中转子叶片的迎角也可以在一定程度上与风流机械地对准。CN 105863957 A提供了独立的驱动装置，例如特别是电动机或气动驱动装置，用于改变转子叶片的迎角。最后，GB 2495745 A为此目的提供了一种行星齿轮，该行星齿轮被构造成，在轮毂连同设置在其上的转子叶片一起旋转360
°
的过程中，在每种情况下使转子叶片自身相对于轮毂围绕转子叶片的纵向轴线旋转180
°
。然而，所提供的齿轮构造将连接到转子叶片的齿轮与中心固定齿轮(太阳齿轮)的尺寸比约束为2比1，这迅速导致非常大的齿轮膨胀，并且因此不利地，这导致当转子叶片的数量增加时临界轮毂尺寸。在某些情况下，在现有技术的齿轮设计中，即使轮毂上只有三个转子叶片的布置也会有问题。

技术实现思路

[0010]从这一点出发，本专利技术基于提供一种螺旋桨的目的，该螺旋桨是对现有技术的改进，特别是比传统螺旋桨更紧凑，同时允许设置尽可能多的转子叶片，优选地使用升力分量(A)和阻力分量(W)，并且特别优选地，适用于同时用于通过风力或水力产生能量以及作为船舶或飞行器的驱动装置的通用用途。
[0011]该目的通过具有权利要求1的特征的通用螺旋桨来实现。从属权利要求提供了进一步有利的改进和发展，这些改进和发展可以单独应用或彼此组合应用。
[0012]根据本专利技术的通用螺旋桨与普通螺旋桨的区别在于，在每个转子叶片上设置有齿轮，该齿轮直接可操作地连接到正时齿轮的基准齿轮，该正时齿轮可操作地连接到轮毂齿轮，其中，该轮毂齿轮被配置成感测并处理轮毂的旋转运动的角速度ω
n
，并且该基准齿轮和该正时齿轮的转子叶片的齿轮通过以下方式被设计成，使得该基准齿轮的角速度ω
r
与该轮毂的旋转运动的角速度ω
n
之比如下：ω
r
/ω
n
＝1
±
(1/2)*(S
rot
/S
r
)，其中S
rot
＝转子叶片的齿轮的尺寸，S
r
＝基准齿轮的尺寸。
[0013]特别是在这种情况下，齿轮的半径、直径和/或齿数可以用作确定相应齿轮尺寸的参数。
[0014]此外，在本专利技术的上下文中，术语“齿轮”应理解为不仅包括具有各种形状和材料的可见实现的齿的传统齿轮，还包括所谓的“摩擦齿轮”，即彼此接触的非滑动齿轮，其可以由例如橡胶制成，并且能够通过摩擦接合彼此驱动。
[0015]由于基准齿轮和正时齿轮的转子叶片的齿轮是根据上面给出的公式设计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通用螺旋桨(1)，包括可旋转地安装在轴(20)上的轮毂(10)，其中，在所述轮毂(10)上，设有两个转子叶片(30)，所述两个转子叶片(30)彼此相对设置；或者设有至少三个转子叶片(30)，所述至少三个转子叶片(30)相对于彼此以星形构造设置，其中，在所述轮毂(10)上，每个转子叶片(30)在转子叶片(30)的纵向轴线(31)的端部、在相对于所述轴(20)的中心轴线(21)成角度α处被设置成：使得每个转子叶片(30)的所述纵向轴线(31)在旋过360
°
时描绘出正圆锥(70)的外周表面(71)，并且其中，所述轮毂(10)包括正时齿轮(50)，所述正时齿轮(50)使得所述转子叶片(30)能够围绕所述转子叶片(30)的所述纵向轴线(31)旋转；其特征在于，在每个转子叶片(30)上设置有齿轮(52)，所述齿轮(52)直接地可操作地连接到所述正时齿轮(50)的基准齿轮(51)；所述正时齿轮(50)可操作地连接到轮毂齿轮(12)，其中，所述轮毂齿轮(12)被配置成感测并处理所述轮毂(10)的旋转运动的角速度ω
n
；并且所述基准齿轮(51)和所述转子叶片(30)的所述正时齿轮(50)的所述齿轮(52)被设计成，使得所述基准齿轮(51)的角速度ω
r
与所述轮毂(10)的所述旋转运动的角速度ω
n
之比如下:ω
r
/ω
n
＝1
±
(1/2)*(S
rot
/S
r
)，其中，S
rot
＝所述转子叶片(30)的所述齿轮(52)的尺寸，以及S
r
＝所述基准齿轮(51)的尺寸。2.根据权利要求1所述的通用螺旋桨(1)，其特征在于，所述基准齿轮(51)设置在所述正时齿轮(50)的中心，并且被所述转子叶片(30)的所述齿轮(52)包围，并且所述基准齿轮(51)和所述转子叶片的所述齿轮(52)被设计成，使得所述基准齿轮(51)的角速度ω
r
与所述轮毂(10)的所述旋转运动的角速度ω
n
之比如下:ω
r
/ω
n
＝1+(1/2)*(S
rot
/S
r
)，其中，S
rot
＝所述转子叶片(30)的所述齿轮(52)的尺寸，以及S
r
＝所述基准齿轮(51)的尺寸。3.根据权利要求1所述的通用螺旋桨(1)，其特征在于，所述基准齿轮(51)，优选地实现为行星齿轮、环形齿轮或冠状齿轮，设置在所述正时齿轮(50)的中心的外侧，并且进而围绕所述转子叶片(30)的所述齿轮(52)，并且所述基准齿轮(51)和所述转子叶片(30)的所述齿轮(52)被设计成，使得所述基准齿轮(51)的角速度ω
r
与所述轮毂(10)的所述旋转运动的角速度ω
n
之比如下:ω
r
/ω
n
＝1
‑
(1/2)*(S
rot
/S
r
)，其中，S
rot
＝所述转子叶片(30)的所述齿轮(52)的尺寸，S
r
＝所述基准齿轮(51)的尺寸。4.根据权利要求1至3中任一项所述的通用螺旋桨...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：S，
类型：发明
国别省市：