專利名稱：由水流驅(qū)動的潛水式發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由水流驅(qū)動的潛水式發(fā)電設(shè)備，特別是用于從流動水或海流、優(yōu) 選地從潮汐流中獲得電能。
背景技術(shù)：
與提壩結(jié)構(gòu)無關(guān)地設(shè)計的、潛水式的發(fā)電設(shè)備由水流的、特別是海流的動能來驅(qū) 動，該發(fā)電設(shè)備顯示出用于充分利用再生能源的巨大潛能。此外，基于流動介質(zhì)的高密度而 已經(jīng)充分利用了大約為2至2. 5m/s的較低的流動速度以便經(jīng)濟性地獲得能量。這種流動 比率或者是可作為潮汐流存在或者是充分利用了另外的海流，其特別是在海峽處能夠達到 經(jīng)濟上可利用的速度。這種流動可以驅(qū)動流體發(fā)電站，其具有與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備類似的構(gòu)造，也就是說應(yīng) 用具有轉(zhuǎn)子葉片的渦輪盤來作為水輪機。當(dāng)然也可以考慮另外的水輪機方案，例如是立式 渦輪機或者管狀渦輪機。此外也可以在活水中應(yīng)用這些合適的獨立式的、潛水式的發(fā)電設(shè) 備，在這些發(fā)電設(shè)備中由于環(huán)境保護或航運的規(guī)定而不能設(shè)立具有在其中安裝的水輪機的 攔河壩。當(dāng)獨立式的、潛水式的發(fā)電設(shè)備運行時，一個主要困難在于，其維護費用很高。為 了實施維護措施，水輪機和發(fā)電機必須抬高至水平面之上。由于受到天氣條件和波浪起伏 的制約，浮動的起重系統(tǒng)對于這個任務(wù)來說是有缺點的，以至于潛水式的發(fā)電設(shè)備經(jīng)常設(shè) 計為可浮動的單元，而其在水底具有下錨裝置。這種可浮動的單元可以這樣設(shè)計，即對于 維護情況來說可以上浮至水表面。根據(jù)一個可替換的設(shè)計方案，潛水式的發(fā)電設(shè)備包括承 載_和支承結(jié)構(gòu)，特別是柱形裝置，該承載和支承結(jié)構(gòu)位于海底并且典型地包括發(fā)電機和 水輪機的結(jié)構(gòu)單元固定在其上。如果這種承載_和支承結(jié)構(gòu)一直延續(xù)至水平面處，那么可 以為了維護的目的而將發(fā)電設(shè)備垂直地移動至該結(jié)構(gòu)上。為此可以分配給該承載-和支承 結(jié)構(gòu)一個舉升裝置。除了結(jié)構(gòu)性的高投入的設(shè)計方案之外，對于這種結(jié)構(gòu)來說不利的是，即 在水平面之上并且狹窄地在其下方布置的結(jié)構(gòu)可能對于船運形成危險的障礙物。前述的維護問題導(dǎo)致了將潛水式的發(fā)電設(shè)備構(gòu)造得盡可能免維護的需求。因此可 能很值得期待的是，使得在驅(qū)動系中應(yīng)用于驅(qū)動發(fā)電機的構(gòu)件的數(shù)量減少。當(dāng)然，海洋中 的典型的緩慢的流動速度導(dǎo)致了水輪機的低旋轉(zhuǎn)速度，其中由于驅(qū)動中的介質(zhì)的高密度， 承受了高力矩。對于發(fā)電機的高效的運行來說需要高得多的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，從而典型地在水輪 機和被驅(qū)動的發(fā)電機之間被中間接入了用于提高轉(zhuǎn)速的驅(qū)動裝置。為此示范性地參閱US 2006 055 174 A。應(yīng)用中間驅(qū)動裝置然而如前述地在發(fā)生故障情況時是不利的。此外驅(qū)動裝置要 求了高的結(jié)構(gòu)性的投入以及應(yīng)用潤滑介質(zhì)，這對于當(dāng)前的應(yīng)用情況從環(huán)保角度來說是不利 的。相應(yīng)地在大多數(shù)情況下對于在軸承之前的驅(qū)動軸設(shè)置了在吊艙殼體上的軸密封件。這 種軸密封件并不完全是免維護的并且可能不能完全遏止外界水流反復(fù)的進入發(fā)電設(shè)備的 內(nèi)部里，以至于在吊艙殼體中必需設(shè)有艙底水泵與油分離器相連接。
具有直接驅(qū)動的發(fā)電機的、無傳動裝置的潛水式的發(fā)電設(shè)備可以由WO 07017629 Al得出。由此得出反向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子對用于從周圍流體中接收動能，其中第一轉(zhuǎn)子抗扭地與 發(fā)電機定子連接并且第二轉(zhuǎn)子抗扭地與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接。當(dāng)然，對于在WO 07017629 Al中 提出的解決方案來說也存在問題，即借助于軸密封件來密封住發(fā)電設(shè)備的內(nèi)部。由EP 1 741 926 A2提出了一種可替換的途徑。公開了一種發(fā)電機的應(yīng)用，該發(fā) 電機包括轂環(huán)形式的發(fā)電機轉(zhuǎn)子，在其中容納有大量永磁體。發(fā)電機轉(zhuǎn)子設(shè)計為外轉(zhuǎn)子并 且借助于靜壓的軸承在氣隙的兩側(cè)上支撐在吊艙殼體上。該軸承設(shè)計為組合式的V形狀的 徑向-和軸向軸承。轂環(huán)除了發(fā)電機轉(zhuǎn)子的構(gòu)件之外還承載了徑向向外指向的發(fā)電設(shè)備的螺旋槳形 狀的水輪機葉片。在EP 1 741 926 A2中提出的解決方案基于徑向上大體積的發(fā)電機而導(dǎo) 致了足夠高的發(fā)電機旋轉(zhuǎn)速度。這種方案的缺點然而在于用于形成外轉(zhuǎn)子的轂環(huán)的抗扭曲 的結(jié)構(gòu)的必需的投入。在此需要重視的是，即傳遞到轂環(huán)上的水輪機葉片的鉸接點上的力 不允許導(dǎo)致這種扭曲，即氣隙中的空隙間距變化過大。此外存在這種必要性，即靜壓的軸承 的軸承套，鄰接于轂環(huán)足夠抗扭曲地來設(shè)計。在實際的變換中因此一個轂環(huán)是必需的，其特 別相關(guān)的在其徑向延伸方向設(shè)計成大尺寸的并且進而阻隔流體。然而，水輪機葉片的可能 的長度延伸從固定地預(yù)定的發(fā)電設(shè)備總直徑出發(fā)而減小。可替換地，發(fā)電機的直徑可以減 小，然而這就發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度而言是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出這種類型的發(fā)電設(shè)備，其特征在于長的維護間隔、少的構(gòu) 件數(shù)量以及結(jié)構(gòu)簡單的構(gòu)造。該目的通過獨立權(quán)利要求所述的特征來實現(xiàn)。優(yōu)選的設(shè)計方案來自于從屬權(quán)利要 求。為了實現(xiàn)該目的，發(fā)明人從一種發(fā)電機出發(fā)，該發(fā)電機被直接驅(qū)動。優(yōu)選地為多極 數(shù)的發(fā)電機、特別是多極數(shù)的、環(huán)形發(fā)電機形式的同步發(fā)電機。由于直接驅(qū)動，在水輪機和 發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間存在抗扭的連接，而該水輪機優(yōu)選地具有螺旋槳形狀的結(jié)構(gòu)。發(fā)電機定子 布置在發(fā)電設(shè)備的不旋轉(zhuǎn)的部件內(nèi)部并且從而布置在吊艙殼體(Gondelgehauses )的 內(nèi)部。發(fā)電機轉(zhuǎn)子設(shè)計為內(nèi)部轉(zhuǎn)子并且由支承件來承載，該支承件至少間接地與水輪機 一起旋轉(zhuǎn)并且相應(yīng)地成為旋轉(zhuǎn)單元的一部分。支承件布置在吊艙殼體中的內(nèi)孔中并且借助 于在該內(nèi)孔中的軸承結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)。軸承結(jié)構(gòu)的軸承優(yōu)選為水潤滑的并且由靜力的、不對稱的 表面壓力在很大程度上去除負荷(entlastet)，這是因為根據(jù)本發(fā)明為支承件分配有上浮 容積。相應(yīng)地，在吊艙殼體中，在支承件和內(nèi)孔的內(nèi)壁之間的中間區(qū)域有水流過。在最簡單 的情況下，外界水可以進入到該中間區(qū)域中。對于一種設(shè)計方案設(shè)有在水輪機側(cè)的沉淀物 密封或者將過濾過的外界水輸送給該中間區(qū)域。在這里優(yōu)選地產(chǎn)生了從中間區(qū)域向外攜帶 沉淀物的、朝向于外界區(qū)域的流出部分。當(dāng)然也可以考慮這樣的一種軸承結(jié)構(gòu)，其能夠在沒 有額外保護措施的情況下被外界水流過。對于支承件的第一個設(shè)計方案來說，將支承件至少在部分區(qū)域中設(shè)計為空心圓柱 體，從而在支承件中通過至少一個流體密封封閉住的、空心的內(nèi)部區(qū)域來產(chǎn)生上浮容積?？商鎿Q地，空腔可以具有泡沫或者填充更低密度的材料。此外可以考慮的是，將支承件至少部 分地由密度低于周圍介質(zhì)的材料制成。此外，被分配給支承件的上浮容積可以通過單獨的 上浮體來實現(xiàn)，這些上浮體至少間接地與支承件抗扭地連接。這種支承件優(yōu)選地基本上不 承擔(dān)承載功能。對于這種情況，支承件不必封閉住容積區(qū)域并且可以至少在這些區(qū)域中設(shè) 計為支柱框架(Strebewerk)。特別優(yōu)選地，通過支承件的以及與該支承件連接的、旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件的設(shè)計方案來制 造出發(fā)電設(shè)備的一種部件，其浮力使軸承結(jié)構(gòu)去除負荷。基于這種措施而可以應(yīng)用堅固的、 水潤滑的軸承。優(yōu)選為水潤滑的滑動軸承，其不需要特殊的封裝。此外可以在吊艙殼體中， 在支承件的徑向外部的壁的圓柱形部段中或在內(nèi)孔的徑向內(nèi)部的壁的圓柱形部段中設(shè)計 有這種軸承的滑動面。通過支承件的上浮作用，結(jié)合軸承表面的大面積的結(jié)構(gòu)類型，可以快速經(jīng)過用于 滑動軸承的混合摩擦區(qū)域。同時，起動特性(Anlaufverhalten)得以改進?？商鎿Q地，軸承 結(jié)構(gòu)可以 包括具有損耗潤滑的軸承，由此軸承結(jié)構(gòu)可以包括滾動軸承。對于這種情況，軸承 被水在周圍沖刷，其中水由于損耗潤滑而基本上不進入到軸承中。此外，通過支承件的浮力的和/或重力的調(diào)節(jié)不僅對合力的絕對值產(chǎn)生影響，而 且還附加地為整個的旋轉(zhuǎn)單元調(diào)節(jié)了相對于重心的浮力的作用點。由此可以適宜地在發(fā)電 設(shè)備的軸承中，特別是在軸承結(jié)構(gòu)中的支承件上的靜力的預(yù)應(yīng)力(Vorspannkrafte )進 行調(diào)節(jié)，該預(yù)應(yīng)力降低了軸承間隙以及進而降低了當(dāng)旋轉(zhuǎn)時振動的傾向。對于旋轉(zhuǎn)單元的 這種保持平衡的方法來說，另外的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的、特別是水輪機和旋轉(zhuǎn)外罩的浮力和重力被 加以考慮或者說相關(guān)于支承件進行調(diào)節(jié)。由浮力分量和重力分量產(chǎn)生的力平衡和/或作用在支承件上的力矩產(chǎn)生所期望 的影響通過根據(jù)本發(fā)明所選擇的發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，其為具有支承件的旋轉(zhuǎn)單元相比 于外轉(zhuǎn)子的轂環(huán)(Nabenring)分配有明顯更大的上浮容積。在吊艙殼體中的內(nèi)孔可以通過殼體部件來實現(xiàn)，該殼體部件例如設(shè)計為襯套形的 或空心圓柱形的。發(fā)電機定子安裝在形成內(nèi)孔的殼體部件的內(nèi)部并且鄰接于內(nèi)孔的徑向內(nèi) 壁的圓柱形的分部段。由于在發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子之間的氣隙中的水流引導(dǎo)，發(fā)電機 的電構(gòu)件的密封是必需的。為此可以實施在發(fā)電機定子中的定子繞組和板疊的電絕緣。這 通過澆注和/或噴漆和/或縫隙式管結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。優(yōu)選的是具有至少分段地為圓柱形的、徑向外壁的支承件的一種設(shè)計方案。在最 簡單的情況下應(yīng)用了空心圓柱體，也可將多個空心圓柱體軸向相互放置。如果支承件沿其 軸向的延伸部而具有基本上保持不變的半徑，那么就產(chǎn)生了一種特別簡單的結(jié)構(gòu)。軸承結(jié) 構(gòu)隨后優(yōu)選地處于一很大的半徑范圍上，該半徑范圍大約相當(dāng)于發(fā)電機的氣隙直徑。根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，承載了發(fā)電機轉(zhuǎn)子的支承件的區(qū)域和承載了軸承結(jié) 構(gòu)的區(qū)域處于不同的半徑范圍上。在此，支承件可以包括空心圓柱體，在該空心圓柱體上放 置有用于支撐徑向大尺寸構(gòu)造的構(gòu)件的環(huán)形或法蘭形的部段。當(dāng)應(yīng)用單獨的上浮體時則產(chǎn) 生了高度的設(shè)計自由度。其例如可以圍繞承擔(dān)了自身的支承功能的、圓柱形的結(jié)構(gòu)在支承 體上布置。用于使在吊艙殼體的內(nèi)孔中的支承件運轉(zhuǎn)的軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)選地是一種徑向軸承結(jié) 構(gòu)，從而為了接收推力而設(shè)有額外的軸向軸承，該軸承根據(jù)第一個設(shè)計方案設(shè)計為在端面朝向于在內(nèi)孔內(nèi)部的支承件。內(nèi)孔隨后擁有了襯套的形狀。根據(jù)一個可替換的、優(yōu)選的設(shè) 計方案，在指向于外側(cè)的端面上并且進而在內(nèi)孔的外邊緣上布置有單獨的軸向軸承?？商?換地，在旋轉(zhuǎn)的支承件上的軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計為組合的徑向軸承和軸向軸承并且采用了例如錐 形的或V形的構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，盤形件在指向于外界的第一軸向端部上連接至支承 件，該盤形件的徑向延伸距離大于支承件的徑向延伸距離。盤形件位于吊艙殼體中的內(nèi)孔 的外部。沿盤形件的外周邊，布置了水輪機的水輪機葉片。此外，在超過支承體的徑向延伸 距離突出的、盤形件的指向于吊艙殼體的端面上安裝有用于軸向軸承結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。相應(yīng)的 對置構(gòu)件在該區(qū)域中設(shè)在吊艙殼體的相對部件上。通過這種措施可以在水輪機的力傳遞點 的軸向附近處接收基本上為軸向的推力。所述的軸向軸承結(jié)構(gòu)又優(yōu)選地包括水潤滑的滑動 軸承。此外可以又在朝向于外側(cè)的區(qū)域處設(shè)有用于擋住沉淀物的裝置。對于具有軸向連接至支承件的盤形件的構(gòu)造來說，得出了用于傳遞由水輪機葉片 所施加的力的高的結(jié)構(gòu)強度。這基于這種情況，即盤形件的全部的徑向延伸距離可以設(shè)計 為大尺寸構(gòu)建的，而不會顯著地阻隔住流體。同時，具有高變形危險的區(qū)域，特別是水輪機 葉片在盤形件上的力傳遞點，足夠地與軸承間隔開，從而使其在設(shè)備運行時僅遭受很小的 變形。根據(jù)本發(fā)明的另一個設(shè)計方案，旋轉(zhuǎn)的支承件設(shè)計為雙壁式的空心圓柱體，這允 許了從支承件的塔側(cè)的端面向渦輪側(cè)的端面穿過，例如是用于實現(xiàn)水輪機葉片的傾斜度 (Pitch)調(diào)節(jié)。此外可以在相應(yīng)的封閉的結(jié)構(gòu)形式中或通過分配單獨的上浮體來為盤形件 分配自身的上浮容積。


下面參照實施例聯(lián)系附圖詳細說明本發(fā)明。在這些附圖中詳細示出了 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的旋轉(zhuǎn)單元的透視圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的縱截面圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的縱截面圖，用于雙向入流。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的、具有單獨的上浮體的發(fā)電設(shè)備的另一個設(shè)計方案。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的旋轉(zhuǎn)單元20的透視圖，其多方面地被外界水 接觸。根據(jù)所示出的設(shè)計方案所述水輪機1包括螺旋槳形設(shè)計的水輪機葉片2. 1，2. 2,2. 3。 水輪機葉片2. 1，2. 2，2. 3對于所示出的優(yōu)選的設(shè)計方案鉸接在盤形件4上，其中這種連接 可以設(shè)計成抗扭的或具有葉片角度調(diào)節(jié)機構(gòu)。在盤形件4上軸向連接有支承件3。在支承件3上，為了在固定的吊艙殼體(未在 圖1中示出)的內(nèi)孔的內(nèi)部中進行運轉(zhuǎn)(Ablauf)，設(shè)有軸承結(jié)構(gòu)。當(dāng)前示出了滑動軸承構(gòu) 件形式的第一徑向軸承5. 1和第二徑向軸承5. 2的各自的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，其中滑動面被結(jié)合到 支承件的壁的區(qū)域中。此外，發(fā)電機轉(zhuǎn)子6.1由支承件3所承載。根據(jù)一個優(yōu)選的設(shè)計方案，支承件4具有這樣一個直徑，即該支承件的徑向在外 的壁承載了發(fā)電機的發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1和軸承結(jié)構(gòu)的軸承構(gòu)件。軸承結(jié)構(gòu)直接支撐在內(nèi)孔中
7的壁部段上的對置構(gòu)件上，所述內(nèi)孔的內(nèi)半徑基本上一直導(dǎo)向在發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1和發(fā)電機 定子6. 2之間的發(fā)電機9的氣隙。支承件可以由單個的、軸向彼此連接的圓柱體區(qū)段構(gòu)成。優(yōu)選地，支承件包括部分 區(qū)域，其具有圓柱形的、徑向在外的壁表面。在此可以考慮的是，即該部分區(qū)域在其徑向的 延伸部中彼此偏離。優(yōu)選地應(yīng)用這種圓柱形的部分區(qū)域以用于承載被分配給支承件的軸承 結(jié)構(gòu)的構(gòu)件以及用于支撐發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1。
圖1中所示出的、抗扭地彼此連接的旋轉(zhuǎn)單元的構(gòu)件在發(fā)電設(shè)備運行期間位于水 中。因此，發(fā)電機轉(zhuǎn)子6.1設(shè)計為濕轉(zhuǎn)子。相應(yīng)地，由支承件3所承載的軸承結(jié)構(gòu)5.1，5. 2 設(shè)計為水潤滑的軸承。此外根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計方案可以考慮的是，對于該設(shè)計方案來說，設(shè)計有密封唇 以用于保護軸承以免過多沉淀物進入。當(dāng)然這些密封唇不應(yīng)完全地阻止外界水，以便輸送 周圍介質(zhì)作為軸承結(jié)構(gòu)的潤滑劑。可替換地，外界水、優(yōu)選地在流過過濾器系統(tǒng)之后，可以 被從發(fā)電設(shè)備的固定不動的部分輸送給軸承結(jié)構(gòu)。大體積制成的支承件3的優(yōu)點在于，即由此可以產(chǎn)生有效的浮力，該浮力至少部 分地并且優(yōu)選地完全地補償了旋轉(zhuǎn)單元20的重力。這使得徑向軸承中的表面壓力最小化， 從而可以使用前述的、優(yōu)選為水潤滑的軸承。此外，對于這種軸承類型，由于均勻的表面負 載，在起動時快速地在軸承中進行了混合摩擦階段。這特別地，對于在驅(qū)動的水流中的低流 動速度來說，改進了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的自起動性能以及其旋轉(zhuǎn)狀況。在圖1中示出了旋轉(zhuǎn)外罩7作為旋轉(zhuǎn)單元的額外的部件。旋轉(zhuǎn)外罩同樣也可以使 用作為上浮體。當(dāng)然首先通過支承件3來實現(xiàn)，該支承件軸向面對于旋轉(zhuǎn)外罩7并且與水輪 機1相比來定位，從而相對于旋轉(zhuǎn)單元的重心有利地調(diào)節(jié)浮力的作用壓力。這里理解為，即 對傾斜力矩施加影響，該傾斜力矩由浮力和重心的力作用點的間距產(chǎn)生。在此要注意的是， 即根據(jù)本發(fā)明的一個有利的設(shè)計方案，調(diào)節(jié)了一個固定的傾斜力矩，其用于，給軸承結(jié)構(gòu)和 特別是其徑向軸承構(gòu)件限定地預(yù)加應(yīng)力，以便避免在旋轉(zhuǎn)期間的軸承振動。圖2示出了截面圖，其沿著穿過根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的一個設(shè)計方案的縱向軸 線8。在此，示出了處于安裝狀態(tài)中的前述的旋轉(zhuǎn)單元20，該單元包括水輪機1、盤形件4和 支承件3以及旋轉(zhuǎn)外罩7，也就是說支承件3被導(dǎo)入在形成了圓柱形的內(nèi)孔16的殼體部件 10的內(nèi)部中并且利用軸承結(jié)構(gòu)支撐在圓柱形的內(nèi)孔16的徑向在內(nèi)的壁，該軸承結(jié)構(gòu)對于 當(dāng)前的設(shè)計方案來說具有第一徑向軸承5. 1和第二徑向軸承5. 2。在吊艙殼體15中的圓柱形的內(nèi)孔16的內(nèi)壁和支承件3之間的中間區(qū)域有水流 過。因此也在發(fā)電機的發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1和發(fā)電機定子6. 2之間的氣隙13中引導(dǎo)外界水。此 夕卜，第一徑向軸承5. 1和第二徑向軸承5. 2設(shè)計為水潤滑的軸承。另外的、用于支撐軸向力的軸承構(gòu)件根據(jù)當(dāng)前的實施例在端面相對于圓柱形的內(nèi) 孔16安裝在吊艙殼體15和盤形件4之間?？煽吹降谝惠S向軸承5. 3。第二軸向軸承5. 4 設(shè)在支承件3的指向于承載結(jié)構(gòu)13的軸向的端部上。為此簡略繪出了第二軸向軸承5. 4， 其承接了指向外的軸向力。對于示出的迎風(fēng)面轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(Luvlauferanordunung)來說 重要的是，作用在旋轉(zhuǎn)單元20上的、在吊艙殼體15的方向上的軸向壓力，從而使第二軸向 軸承5. 4僅僅用作為防止在錯誤的流動方向的情況下滑出的安全軸承。此外根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的設(shè)計方案可以考慮背風(fēng)面轉(zhuǎn)子(Leemufer)，或者水輪機1可雙向地進流，并且，用于塔轉(zhuǎn)動的裝置不是必需的。相應(yīng)地，軸向軸承構(gòu)件匹配 于在運行時出現(xiàn)的軸向力。用于可從兩個方向進流的水輪機的一個可能的設(shè)計方案在圖3 中簡略繪出，其中相互一致的構(gòu)件應(yīng)用了相同的標(biāo)號。示出了第二軸向軸承5. 5，其在吊艙 殼體側(cè)面放置在環(huán)形的凹槽19中并且具有對應(yīng)于第一軸向軸承5. 3的伸展部。支承件3 通過徑向向外卡在凹槽19中的凸緣21，支撐在第二軸向軸承5. 5上。此外，第一軸向軸承 5. 3和第二軸向軸承5. 5軸向地接近于水輪機布置，以便使支承件3的變形保持盡可能小。根據(jù)圖2和3中示出的本發(fā)明的設(shè)計方案，水輪機1的水輪機葉片2. 1,2. 2鉸接 在盤形件4上，該盤形件抗扭地連接于支承件3并且其在支承件3的端面之一上與該支承 件抗扭地連接。盤形件4相對于其徑向延伸部優(yōu)選地突出于支承件3之上，從而在吊艙殼 體15中的圓柱形的內(nèi)孔的進入側(cè)上產(chǎn)生面對于吊艙殼體15布置的凸緣。在此可以有利地 安置第一軸向軸承5. 3，其為迎風(fēng)面轉(zhuǎn)子承接了水輪機1的推力。盤形件4的特征在于其很大的徑向安裝尺寸且具有高的結(jié)構(gòu)剛性。此外優(yōu)選地這 樣來設(shè)計盤形件4，即通過水輪機葉片2. 1,2. 2產(chǎn)生的變形不對承載了軸承結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的 區(qū)域造成顯著的影響。此外 ，盤形件4和支承件3可以被加固，或者具有有利于結(jié)構(gòu)剛性的 泡沫體(AusschSumung )。這并未在圖2中詳細地示出。具有流過外界水的氣隙13的發(fā)電機9包括由支承件3承載的發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1和 在殼體部件10中安置的發(fā)電機定子6. 2來作為重要的構(gòu)件。對應(yīng)于濕轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計，發(fā) 電機轉(zhuǎn)子6. 1和發(fā)電機定子6. 2是電絕緣的。為此考慮使用漆或澆注材料形式的電絕緣。 可替換地可以應(yīng)用縫隙式管，其例如由非磁性的鋼、大約是奧氏體鋼制成。根據(jù)另外的實施 方式，借助于彈性體材料設(shè)計有縫隙式管并且與外界水域隔絕封閉住例如發(fā)電機定子6. 2 的定子繞組和板疊。相應(yīng)的密封措施可以設(shè)計用于發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1，只要其設(shè)計成他勵的并 且承載了勵磁繞組?？商鎿Q地或附帶地，應(yīng)用了永磁體用于優(yōu)選的設(shè)計方案。通過根據(jù)本發(fā)明選擇的發(fā)電機9的布置，得出了徑向向外指向的發(fā)電機定子6. 2 的和設(shè)計為濕轉(zhuǎn)子的發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1的高效的冷卻。發(fā)電機冷卻可以利用額外的措施，例 如是在發(fā)電機9的區(qū)域中吊艙殼體15外側(cè)上的冷卻筋條，而得到改進。此外，為發(fā)電機定 子6. 2和發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1應(yīng)用導(dǎo)熱管或冷卻通道也是可以考慮的，通過它們例如引導(dǎo)外界 水。如圖2中簡略繪出地，優(yōu)選為，將發(fā)電機9相對于支承件3不對稱地布置并且朝向 于支承機構(gòu)的區(qū)域移動。不對稱的布置在當(dāng)前理解為，即發(fā)電機9在其在支承件上的軸向 位置方面布置成偏心的。在此，在中心延伸的、用于支承件3的對稱平面通過圖1中的交線 S-S標(biāo)明。發(fā)電機9的不對稱的布置用于將難于制造的發(fā)電機移向支承結(jié)構(gòu)12。此外可能的是，將支承件3軸向地這樣縱向制造地設(shè)計，即通過支承結(jié)構(gòu)12和吊 艙殼體15形成的迎風(fēng)面轉(zhuǎn)子的塔伸長部在水輪機1的區(qū)域中減少。相應(yīng)地適用于在背風(fēng) 面轉(zhuǎn)子中的塔陰影效果。同時可以，如之前所示地，質(zhì)量重心的和浮力的驅(qū)動點的位置通過 支承件3的以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的重量分布的構(gòu)造，有利地應(yīng)用于對軸承預(yù)應(yīng)力施加影響。另一個設(shè)計方案在圖4中簡略示出，對于其來說，與前述的實施例不同的是，單獨 的上浮體22. 1和22. 2被應(yīng)用。它們環(huán)形包圍住支承體的圓柱形的部段3. 1并且不承受軸 承結(jié)構(gòu)的和發(fā)電機轉(zhuǎn)子的力。在此由于環(huán)形結(jié)構(gòu)而不強制性必需要使單獨的上浮體22. 1， 22. 2與旋轉(zhuǎn)單元一起運動。因此也可以為了相對運動而將所期望的浮力在周向方向上傳遞在圓柱形的部段3. 1和單獨的上浮體22. 1，22.2之間。單獨的上浮體22. 1，22.2可以設(shè)計 為空心體或者由可浮動的材料制成。此外對于圖4中示出的變動方案來說，支承體3由多個單個區(qū)段構(gòu)成，它們基于單 獨的上浮體22. 1,22.2而不必強制性地形成密封的空腔，并且進而可以簡單地彼此連接。 在此，支承件3除了圓柱形的部段3. 1之外還包括從其出發(fā)徑向延伸的、環(huán)形的部段3. 4以 用于支撐發(fā)電機轉(zhuǎn)子6. 1。此外在軸向上的兩側(cè)，第一錐形部段3. 2和第二錐形部段3. 3連 接到圓柱形的部段3. 1上。在其上安置了 V形的組合的軸向軸承和徑向軸承5. 6，5. 7，它們 支撐在吊艙殼體15中的內(nèi)孔16的內(nèi)壁上的對置構(gòu)件上。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備可以具有額外的可選的構(gòu)件。示范性地在此在圖2中示出 了在端面?zhèn)劝惭b在支承件3上的制動器14。此外可以考慮將支承件3設(shè)計為雙壁式空心圓 柱體，其允許了，在軸接近的區(qū)域中機械地實行用于水輪機葉片2. 1,2. 2的斜度調(diào)節(jié)，這些 水輪機葉片由吊艙殼體15的固定的部分來操作。可替換地，斜度調(diào)節(jié)可以設(shè)有無接觸的能 量傳遞裝置，其例如感應(yīng)式地工作。此外，可以在支承件3的端面上的結(jié)構(gòu)空間中設(shè)有轉(zhuǎn)速 表和/或探測系統(tǒng)用于確定極輪位置。本發(fā)明的另外的設(shè)計方案在專業(yè)技術(shù)任意的領(lǐng)域中 可以考慮并且通過權(quán)利要求所保護的范圍來限定。標(biāo)號清單
1水輪機
2. 12. 22.3水輪機葉片
3支承件
3. 1圓柱形的部段
3. 23. 3錐形的部段
3. 4環(huán)形的部段
4盤形件
5. 1第一徑向軸承
5. 2第二徑向軸承
5. 3第一軸向軸承
5. 4,5. 5第二軸向軸承
6. 1發(fā)電機轉(zhuǎn)子
6. 2發(fā)電機定子
7旋轉(zhuǎn)外罩
8縱向軸線
9發(fā)電機
10形成內(nèi)孔的殼體部件
11固定的外罩
12承載結(jié)構(gòu)
13氣隙
14制動器
15吊艙殼體
16內(nèi)孔
17徑向內(nèi)壁18徑向外壁19環(huán)形凹槽20旋轉(zhuǎn)單元21凸緣22上浮容積22. 122. 2 單獨的上浮體
權(quán)利要求
一種用于從水流中獲得電能的發(fā)電設(shè)備，包括1.1具有水輪機(1)的旋轉(zhuǎn)單元(20)；1.2直接被驅(qū)動的發(fā)電機(9)，所述發(fā)電機具有同軸布置的發(fā)電機轉(zhuǎn)子(6.1)和發(fā)電機定子(6.2)；1.3吊艙殼體(15)，所述吊艙殼體具有形成圓柱形內(nèi)孔的殼體部件(10)，所述發(fā)電機定子(6.2)布置在所述殼體部件中；1.4作為所述旋轉(zhuǎn)單元(20)的部件的支承件(3)，所述支承件同軸且徑向地布置在內(nèi)孔(16)之內(nèi)并且承載了所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子(6.1)；1.5所述內(nèi)孔(16)中用于運轉(zhuǎn)所述支承件(3)的軸承結(jié)構(gòu)，所述軸承結(jié)構(gòu)具有軸承組件(5.1，5.2)，所述軸承組件徑向在內(nèi)安裝在所述內(nèi)孔(16)上或徑向在外安裝在所述支承件(3)上和/或設(shè)計在所述內(nèi)孔(16)的或所述支承件(3)的壁區(qū)域上；1.6其中，在所述支承件(3)和所述內(nèi)孔(16)之間的中間區(qū)域被注滿并且所述支承件(3)包括上浮容積(22)，所述上浮容積在潛水狀態(tài)中產(chǎn)生浮力，所述浮力至少部分地補償所述旋轉(zhuǎn)單元(20)的重力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述支承件(3)在所述潛水狀態(tài)中這 樣有助于所述旋轉(zhuǎn)單元(20)的所述浮力，即從所述旋轉(zhuǎn)單元(20)的所述浮力和所述重力 中產(chǎn)生的傾斜力矩限定地給所述軸承結(jié)構(gòu)預(yù)加應(yīng)力。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述支承件(3)包括至 少一個流體密封地閉合的、空心圓柱形的部段。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述支承件(3)至少在 一個分部段中充滿一種材料，所述材料的密度小于周圍水的密度；或所述支承件(3)至少 部分地由所述這種材料制成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述支承件(3)包括上 浮體作為上浮容積(22)，所述上浮體基本上不承受支承力和/或所述支承件(3)由單獨的 上浮體(22. 1,22. 2)抬起。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電機(9)在所述 吊艙殼體中相對于所述圓柱形內(nèi)孔(16) (15)的縱向延伸部不對稱地布置并且朝向支承結(jié) 構(gòu)(12)移動。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，形成所述圓柱形內(nèi)孔 (16)的所述殼體部件(10)設(shè)計為空心圓柱體或為襯套形式。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，形成所述圓柱形內(nèi)孔 (16)的所述殼體部件(10)設(shè)計為多個彼此連接的環(huán)形件，其中所述電動機定子容納在所 述環(huán)形件之一中。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述水輪機(1)包括盤 形件(4)，多個水輪機葉片(2. 1,2.2,2. 3)固定在所述盤形件上，其中所述盤形件(4)與所 述支承件(3)抗扭地連接并且徑向在所述支承件上突出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述盤形件(4)借助于水潤滑的第 一軸向軸承(5.3)支撐形成所述圓柱形內(nèi)孔(16)的所述殼體部件(10)的端面。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電機定子(6.2)和/或所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子(6. 1)水密封地封裝。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，應(yīng)用縫隙式管結(jié)構(gòu)和/或電絕緣體 以封裝所述發(fā)電機定子(6. 2)和/或所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子(6. 1)，所述電絕緣體由防腐蝕的、非 磁性的材料和特別優(yōu)選地由防腐蝕的、非鐵磁性的材料制成。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子(6.1) 包括永磁體和/或用于外部激勵的結(jié)構(gòu)，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子無接觸地由所述發(fā)電設(shè)備的抗扭 部分來輸送勵磁功率。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述支承件(3)在沿縱 向軸線(8)的軸向方向上具有通路，在所述通路中提供了機械的調(diào)節(jié)機構(gòu)以用于所述水輪 機(1)的所述水輪機葉片(2.1，2. 2，2. 3)的角度調(diào)節(jié)(斜度)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從水流中獲得電能的發(fā)電設(shè)備，包括具有水輪機(1)的旋轉(zhuǎn)單元(20)；直接被驅(qū)動的發(fā)電機(9)，其具有同軸布置的發(fā)電機轉(zhuǎn)子(6.1)和發(fā)電機定子(6.2)；吊艙殼體(15)，其具有形成圓柱形內(nèi)孔的殼體部件(10)，發(fā)電機定子(6.2)布置在該殼體部件中；作為旋轉(zhuǎn)單元(20)部件的支承件(3)，該支承件同軸且徑向地布置在內(nèi)孔(16)之內(nèi)并且承載了發(fā)電機轉(zhuǎn)子(6.1)；內(nèi)孔(16)中用于運轉(zhuǎn)支承件(3)的軸承結(jié)構(gòu)，該軸承結(jié)構(gòu)具有軸承組件(5.1，5.2)，這些組件徑向在內(nèi)安裝在內(nèi)孔(16)上或徑向在外安裝在支承件(3)上和/或設(shè)計在內(nèi)孔(16)的或支承件(3)的壁區(qū)域上；其中，在支承件(3)和內(nèi)孔(16)之間的中間區(qū)域被注滿并且支承件(3)包括上浮容積(22)，該容積在潛水狀態(tài)中產(chǎn)生浮力，該浮力至少部分地補償旋轉(zhuǎn)單元(20)的重力。
文檔編號F03B17/06GK101874157SQ200880117789
公開日2010年10月27日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者本杰明·霍爾斯坦, 諾曼·佩納 申請人:沃依特專利有限責(zé)任公司