由水流驱动的潜水式发电设备制造技术

技术编号:5445949 阅读:183 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种用于从水流中获得电能的发电设备,包括:具有水轮机(1)的旋转单元(20);直接被驱动的发电机(9),其具有同轴布置的发电机转子(6.1)和发电机定子(6.2);吊舱壳体(15),其具有形成圆柱形内孔的壳体部件(10),发电机定子(6.2)布置在该壳体部件中;作为旋转单元(20)部件的支承件(3),该支承件同轴且径向地布置在内孔(16)之内并且承载了发电机转子(6.1);内孔(16)中用于运转支承件(3)的轴承结构,该轴承结构具有轴承组件(5.1,5.2),这些组件径向在内安装在内孔(16)上或径向在外安装在支承件(3)上和/或设计在内孔(16)的或支承件(3)的壁区域上;其中,在支承件(3)和内孔(16)之间的中间区域被注满并且支承件(3)包括上浮容积(22),该容积在潜水状态中产生浮力,该浮力至少部分地补偿旋转单元(20)的重力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由水流驱动的潜水式发电设备,特别是用于从流动水或海流、优 选地从潮汐流中获得电能。
技术介绍
与提坝结构无关地设计的、潜水式的发电设备由水流的、特别是海流的动能来驱 动,该发电设备显示出用于充分利用再生能源的巨大潜能。此外,基于流动介质的高密度而 已经充分利用了大约为2至2. 5m/s的较低的流动速度以便经济性地获得能量。这种流动 比率或者是可作为潮汐流存在或者是充分利用了另外的海流,其特别是在海峡处能够达到 经济上可利用的速度。这种流动可以驱动流体发电站,其具有与风力发电设备类似的构造,也就是说应 用具有转子叶片的涡轮盘来作为水轮机。当然也可以考虑另外的水轮机方案,例如是立式 涡轮机或者管状涡轮机。此外也可以在活水中应用这些合适的独立式的、潜水式的发电设 备,在这些发电设备中由于环境保护或航运的规定而不能设立具有在其中安装的水轮机的 拦河坝。当独立式的、潜水式的发电设备运行时,一个主要困难在于,其维护费用很高。为 了实施维护措施,水轮机和发电机必须抬高至水平面之上。由于受到天气条件和波浪起伏 的制约,浮动的起重系统对于这个任务来说是有缺点的,以至于潜水式的发电设备经常设 计为可浮动的单元,而其在水底具有下锚装置。这种可浮动的单元可以这样设计,即对于 维护情况来说可以上浮至水表面。根据一个可替换的设计方案,潜水式的发电设备包括承 载_和支承结构,特别是柱形装置,该承载和支承结构位于海底并且典型地包括发电机和 水轮机的结构单元固定在其上。如果这种承载_和支承结构一直延续至水平面处,那么可 以为了维护的目的而将发电设备垂直地移动至该结构上。为此可以分配给该承载-和支承 结构一个举升装置。除了结构性的高投入的设计方案之外,对于这种结构来说不利的是,即 在水平面之上并且狭窄地在其下方布置的结构可能对于船运形成危险的障碍物。前述的维护问题导致了将潜水式的发电设备构造得尽可能免维护的需求。因此可 能很值得期待的是,使得在驱动系中应用于驱动发电机的构件的数量减少。当然,海洋中 的典型的缓慢的流动速度导致了水轮机的低旋转速度,其中由于驱动中的介质的高密度, 承受了高力矩。对于发电机的高效的运行来说需要高得多的旋转转速,从而典型地在水轮 机和被驱动的发电机之间被中间接入了用于提高转速的驱动装置。为此示范性地参阅US 2006 055 174 A。应用中间驱动装置然而如前述地在发生故障情况时是不利的。此外驱动装置要 求了高的结构性的投入以及应用润滑介质,这对于当前的应用情况从环保角度来说是不利 的。相应地在大多数情况下对于在轴承之前的驱动轴设置了在吊舱壳体上的轴密封件。这 种轴密封件并不完全是免维护的并且可能不能完全遏止外界水流反复的进入发电设备的 内部里,以至于在吊舱壳体中必需设有舱底水泵与油分离器相连接。具有直接驱动的发电机的、无传动装置的潜水式的发电设备可以由WO 07017629 Al得出。由此得出反向旋转的转子对用于从周围流体中接收动能,其中第一转子抗扭地与 发电机定子连接并且第二转子抗扭地与发电机转子连接。当然,对于在WO 07017629 Al中 提出的解决方案来说也存在问题,即借助于轴密封件来密封住发电设备的内部。由EP 1 741 926 A2提出了一种可替换的途径。公开了一种发电机的应用,该发 电机包括毂环形式的发电机转子,在其中容纳有大量永磁体。发电机转子设计为外转子并 且借助于静压的轴承在气隙的两侧上支撑在吊舱壳体上。该轴承设计为组合式的V形状的 径向-和轴向轴承。毂环除了发电机转子的构件之外还承载了径向向外指向的发电设备的螺旋桨形 状的水轮机叶片。在EP 1 741 926 A2中提出的解决方案基于径向上大体积的发电机而导 致了足够高的发电机旋转速度。这种方案的缺点然而在于用于形成外转子的毂环的抗扭曲 的结构的必需的投入。在此需要重视的是,即传递到毂环上的水轮机叶片的铰接点上的力 不允许导致这种扭曲,即气隙中的空隙间距变化过大。此外存在这种必要性,即静压的轴承 的轴承套,邻接于毂环足够抗扭曲地来设计。在实际的变换中因此一个毂环是必需的,其特 别相关的在其径向延伸方向设计成大尺寸的并且进而阻隔流体。然而,水轮机叶片的可能 的长度延伸从固定地预定的发电设备总直径出发而减小。可替换地,发电机的直径可以减 小,然而这就发电机的旋转速度而言是不利的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于,提出这种类型的发电设备,其特征在于长的维护间隔、少的构 件数量以及结构简单的构造。该目的通过独立权利要求所述的特征来实现。优选的设计方案来自于从属权利要 求。为了实现该目的,专利技术人从一种发电机出发,该发电机被直接驱动。优选地为多极 数的发电机、特别是多极数的、环形发电机形式的同步发电机。由于直接驱动,在水轮机和 发电机转子之间存在抗扭的连接,而该水轮机优选地具有螺旋桨形状的结构。发电机定子 布置在发电设备的不旋转的部件内部并且从而布置在吊舱壳体(Gondelgehauses )的 内部。发电机转子设计为内部转子并且由支承件来承载,该支承件至少间接地与水轮机 一起旋转并且相应地成为旋转单元的一部分。支承件布置在吊舱壳体中的内孔中并且借助 于在该内孔中的轴承结构运转。轴承结构的轴承优选为水润滑的并且由静力的、不对称的 表面压力在很大程度上去除负荷(entlastet),这是因为根据本专利技术为支承件分配有上浮 容积。相应地,在吊舱壳体中,在支承件和内孔的内壁之间的中间区域有水流过。在最简单 的情况下,外界水可以进入到该中间区域中。对于一种设计方案设有在水轮机侧的沉淀物 密封或者将过滤过的外界水输送给该中间区域。在这里优选地产生了从中间区域向外携带 沉淀物的、朝向于外界区域的流出部分。当然也可以考虑这样的一种轴承结构,其能够在没 有额外保护措施的情况下被外界水流过。对于支承件的第一个设计方案来说,将支承件至少在部分区域中设计为空心圆柱 体,从而在支承件中通过至少一个流体密封封闭住的、空心的内部区域来产生上浮容积。可替换地,空腔可以具有泡沫或者填充更低密度的材料。此外可以考虑的是,将支承件至少部 分地由密度低于周围介质的材料制成。此外,被分配给支承件的上浮容积可以通过单独的 上浮体来实现,这些上浮体至少间接地与支承件抗扭地连接。这种支承件优选地基本上不 承担承载功能。对于这种情况,支承件不必封闭住容积区域并且可以至少在这些区域中设 计为支柱框架(Strebewerk)。特别优选地,通过支承件的以及与该支承件连接的、旋转的构件的设计方案来制 造出发电设备的一种部件,其浮力使轴承结构去除负荷。基于这种措施而可以应用坚固的、 水润滑的轴承。优选为水润滑的滑动轴承,其不需要特殊的封装。此外可以在吊舱壳体中, 在支承件的径向外部的壁的圆柱形部段中或在内孔的径向内部的壁的圆柱形部段中设计 有这种轴承的滑动面。通过支承件的上浮作用,结合轴承表面的大面积的结构类型,可以快速经过用于 滑动轴承的混合摩擦区域。同时,起动特性(Anlaufverhalten)得以改进。可替换地,轴承 结构可以 包括具有损耗润滑的轴承,由此轴承结构可以包括滚动轴承。对于这种情况,轴承 被水在周围冲刷,其中水由于损耗润滑而基本上不进入到轴承中。此外,通本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于从水流中获得电能的发电设备,包括:1.1具有水轮机(1)的旋转单元(20);1.2直接被驱动的发电机(9),所述发电机具有同轴布置的发电机转子(6.1)和发电机定子(6.2);1.3吊舱壳体(15),所述吊舱壳体具有形成圆柱形内孔的壳体部件(10),所述发电机定子(6.2)布置在所述壳体部件中;1.4作为所述旋转单元(20)的部件的支承件(3),所述支承件同轴且径向地布置在内孔(16)之内并且承载了所述发电机转子(6.1);1.5所述内孔(16)中用于运转所述支承件(3)的轴承结构,所述轴承结构具有轴承组件(5.1,5.2),所述轴承组件径向在内安装在所述内孔(16)上或径向在外安装在所述支承件(3)上和/或设计在所述内孔(16)的或所述支承件(3)的壁区域上;1.6其中,在所述支承件(3)和所述内孔(16)之间的中间区域被注满并且所述支承件(3)包括上浮容积(22),所述上浮容积在潜水状态中产生浮力,所述浮力至少部分地补偿所述旋转单元(20)的重力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2007-12-17 102007061185.6一种用于从水流中获得电能的发电设备,包括1.1具有水轮机(1)的旋转单元(20);1.2直接被驱动的发电机(9),所述发电机具有同轴布置的发电机转子(6.1)和发电机定子(6.2);1.3吊舱壳体(15),所述吊舱壳体具有形成圆柱形内孔的壳体部件(10),所述发电机定子(6.2)布置在所述壳体部件中;1.4作为所述旋转单元(20)的部件的支承件(3),所述支承件同轴且径向地布置在内孔(16)之内并且承载了所述发电机转子(6.1);1.5所述内孔(16)中用于运转所述支承件(3)的轴承结构,所述轴承结构具有轴承组件(5.1,5.2),所述轴承组件径向在内安装在所述内孔(16)上或径向在外安装在所述支承件(3)上和/或设计在所述内孔(16)的或所述支承件(3)的壁区域上;1.6其中,在所述支承件(3)和所述内孔(16)之间的中间区域被注满并且所述支承件(3)包括上浮容积(22),所述上浮容积在潜水状态中产生浮力,所述浮力至少部分地补偿所述旋转单元(20)的重力。2.根据权利要求1所述的发电设备,其特征在于,所述支承件(3)在所述潜水状态中这 样有助于所述旋转单元(20)的所述浮力,即从所述旋转单元(20)的所述浮力和所述重力 中产生的倾斜力矩限定地给所述轴承结构预加应力。3.根据前述权利要求中任一项所述的发电设备,其特征在于,所述支承件(3)包括至 少一个流体密封地闭合的、空心圆柱形的部段。4.根据前述权利要求中任一项所述的发电设备,其特征在于,所述支承件(3)至少在 一个分部段中充满一种材料,所述材料的密度小于周围水的密度;或所述支承件(3)至少 部分地由所述这种材料制成。5.根据前述权利要求中任一项所述的发电设备,其特征在于,所述支承件(3)包括上 浮体作为上浮容积(22),所述上浮体基本上不承受支承力和/或所述支承件(3)由单独的 上浮体(22. 1,...

【专利技术属性】
技术研发人员:本杰明霍尔斯坦诺曼佩纳
申请(专利权)人:沃依特专利有限责任公司
类型:发明
国别省市:DE[德国]

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