潮汐流發(fā)電的制造方法
【專利摘要】一種用于從水平的水流例如潮汐流或河水流產生電能的發(fā)電設備（10），包括在支撐結構（12）上的固定輪轂（32）以及布置成圍繞輪轂（32）圍繞基本上垂直軸線旋轉的動力輪（34）。動力輪（34）設置有轉子翼片（36）。在輪轂（32）上提供一個或多個發(fā)電機（30），來產生電能輸出。護罩（60）旋轉地安裝在輪轂（32）上且布置成覆蓋動力輪（34）的轉子翼片（36）中的至少一些。方向控制器（74）基于水流的方向而保持護罩處于相對于輪轂（32）的預定旋轉位置中。輪轂（32）和動力輪（34）可以具有受控的浮力，使得它們可被定位于最強流動或水流中。
【專利說明】潮汐流發(fā)電機
發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于從基本上水平的水流，例如潮汐流或河水流產生電能的發(fā)電設備。
[0002]發(fā)明背景
[0003]潮汐流發(fā)電機通常使用圍繞水平軸旋轉的翼片或葉片。GB2348250A描述了一種潮汝流發(fā)電機，其包括安裝在河床或海床上的支撐柱。該發(fā)電機包括渦輪單元，該渦輪單元具有圍繞水平軸旋轉的葉片。該渦輪單元可以通過保持在柱內部的圓柱罐沿所述柱向上和向下移動。通過使用壓縮空氣來移動水,水可從罐中排出，從而通過浮力來舉升罐至罐突出超過水面的位置。渦輪單元固定至罐，使得當罐處于其舉升位置時，渦輪單元至少部分地處于水面之上。支撐柱具有縱向狹槽，來允許固定至保持在所述柱內部的罐的渦輪單元隨著罐升起和下落。通過提供縱向狹槽，支撐柱被削弱。渦輪單元僅可面對一個方向，使得，僅當潮汐流平行于渦輪單元的旋轉軸時，發(fā)電機可以產生最大動力。
[0004]已知的是提供一種潮汐流發(fā)電機，其具有圍繞垂直軸旋轉的翼片。W02008/050149A1公開了一種潮汐流發(fā)電機，其包括系泊浮筒，該系泊浮筒具有延伸經過其的水平管道。渦輪在垂直軸上安裝在該管道中，并且管道中的垂直變流器翼片偏轉水流至渦輪翼片上。渦輪可以僅位于恰低于水面的水平。筒被系在固定位置中并且可以僅當潮汐流平行于管道縱軸時產生最大動力。
[0005]現(xiàn)有技術的潮汐流發(fā)電機的進一步問題是，它們在特定的潮汐流速下最佳地工作。旋轉發(fā)電機設計成在特定旋轉速度下提供其最大效率。在潮汐動力發(fā)電機設備中的水渦輪旋轉地連接至發(fā)電機，使得隨著潮汐流速增加，水渦輪的水流速度增加，并且發(fā)電機的旋轉速度增加。在高于或低于設計潮汐速的潮汐流速，發(fā)電機并不在其最大效率下操作。
[0006]本發(fā)明的一個目的是克服一個或多個上述問題。

【發(fā)明內容】

[0007]依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于將來自基本上水平的水流的動能轉化成電能的發(fā)電設備，該設備包括:
[0008]旋轉固定的輪轂；
[0009]動力輪，其布置成圍繞輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉，并且設置有轉子翼片，轉子翼片適于當動力輪承受基本上水平的水流時引起動力輪的旋轉；
[0010]護罩，其旋轉地安裝在輪轂上且布置成覆蓋動力輪的轉子翼片中的至少一些；
[0011]方向控制器，其適于根據(jù)基本上水平的水流的方向而保持護罩處于相對于輪轂的預定旋轉位置中；以及
[0012]至少一個發(fā)電機，其設置在輪轂上，并且適于產生從動力輪相對于輪轂的旋轉獲得的電能輸出。
[0013]該輪轂并不限于任何特定的形狀或構造，并且可以包括固定或可移動結構的任何部分或多個部分，動力輪布置成圍繞其旋轉。護罩可被旋轉地直接安裝至動力輪或輪轂，使得護罩被直接或間接地旋轉地安裝至輪轂。
[0014]動力輪可通過旋轉軸承而被旋轉地安裝至輪轂。護罩可通過旋轉軸承而被旋轉地安裝至輪轂或動力輪。動力輪和護罩每個可具有受控的浮力，例如浮力室，其可被部分地淹沒來控制浮力，從而最小化經過旋轉軸承傳送的垂直負載。
[0015]護罩可延伸經過至少180°，并且在任何時刻基本上覆蓋動力輪的轉子翼片中的至少一半。在實踐中，最佳的覆蓋范圍可由測試而確定，并且可以大于或小于180°且多于或少于一半翼片。
[0016]護罩可以基本上覆蓋轉子翼片中的在與基本上水平的水流方向相反的方向中移動的至少一些轉子翼片。
[0017]護罩可以是連續(xù)的。護罩可以包括多個垂直延伸的孔或狹槽。孔或狹槽可以相鄰于在與基本上水平的水流的方向相反的方向中移動的轉子翼片。護罩可被成型為產生相鄰于多個垂直延伸的孔或狹槽中的至少一些的減壓區(qū)域。
[0018]護罩可以包括多個護罩翼片，其適于轉向水流遠離垂直軸線。護罩翼片可適于產生相鄰于轉子翼片中的在與基本上水平的水流的方向相反的方向中移動的至少一些轉子翼片的低壓區(qū)域，例如通過在護罩翼片的尾部邊緣促使?jié)櫺l(fā)散(vortex shedding)。
[0019]方向控制器可以包括連接至護罩且遠離護罩徑向延伸的方向翼片。方向翼片可以包括調節(jié)裝置(trimming device)，調節(jié)裝置適于調節(jié)護罩的旋轉位置。調節(jié)裝置可包括位于方向翼片的尾部 邊緣的可樞轉凸緣，例如調整片(trim tab)或伺服片(servo tab)。調節(jié)裝置可以是可樞轉地調整的。調節(jié)裝置的調整可被手動或自動控制，例如通過液壓壓頭。
[0020]方向控制器可以包括在與方向翼片基本上直徑上相對的位置中徑向連接至護罩的流分離器，該流分離器成型為將至少一部分基本上水平的水流轉向到動力輪的轉子翼片上。流分離器可以包括入口管道。該管道可以包括文丘里喉管。入口管道可以包括可樞轉地調整的入口引導翼片，其適于增加基本上水平的水流到動力輪的轉子翼片上的速度。入口引導翼片的調整可被手動或自動控制，例如通過液壓壓頭。
[0021]方向控制器可被固定至護罩。方向控制器可以與護罩集成。
[0022]流分離器可被成型為將至少一部分基本上水平的水流轉向到護罩的護罩翼片上。護罩翼片可被設置在護罩的從流分離器延伸至護罩上的相對于垂直軸線距流分離器成近似90°的中間點的那部分上。換句話說，從垂直軸線至流分離器的徑向線相對于從垂直軸線到中間點的徑向線形成了近似90°的角度。
[0023]依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種使用發(fā)電設備從水體中的基本上水平的水流發(fā)電的方法，發(fā)電設備包括動力輪，動力輪布置成圍繞旋轉地固定至支撐結構的輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉，動力輪具有多個轉子翼片，該方法包括以下步驟:
[0024]提供護罩，護罩旋轉地安裝在輪轂上且布置成覆蓋動力輪的轉子翼片中的至少一ith.--，
[0025]將輪轂固定在基本上水平的水流中的操作位置中；
[0026]對齊護罩與基本上水平的水流，使得在發(fā)電設備的第一側上的轉子翼片不被護罩覆蓋且承受來自基本上水平的水流的水動力，并且使得在發(fā)電設備的第二側上的轉子翼片至少部分地由護罩覆蓋，從而至少部分地保護轉子翼片免于來自基本上水平的水流的水動力；以及[0027]由動力輪的旋轉驅動設置在輪轂上的一個或多個發(fā)電機。
[0028]對齊護罩的步驟可通過在護罩上提供方向控制器而執(zhí)行，方向控制器適于基于基本上水平的水流的方向而保持護罩處于相對于輪轂的預定旋轉位置中。
[0029]方向控制器可以包括連接至護罩且遠離護罩徑向延伸的方向翼片，并且對齊護罩的步驟可以包括允許護罩采用平衡位置，使得方向翼片基本上與基本上水平的水流對齊。
[0030]對齊護罩的步驟可以包括調節(jié)護罩旋轉位置的另外的步驟，例如通過調整位于方向翼片的尾部邊緣的可樞轉凸緣的位置，可樞轉凸緣例如調整片或伺服片。調整可以是手動的或自動的。
[0031]該方法可以包括另外的步驟:在發(fā)電設備處分離基本上水平的水流，以便將至少一部分基本上水平的水流轉向到動力輪的在發(fā)電設備的第一側上的轉子翼片上，并且將至少一部分基本上水平的水流轉向經過在發(fā)電設備的第二側上的護罩。
[0032]分離步驟可通過在與方向翼片基本上直徑上相對的位置中徑向連接至護罩的流分離器執(zhí)行。流分離器可以將至少一部分基本上水平的水流經過入口管道轉向到動力輪的在發(fā)電設備的第一側上的轉子翼片上。該管道可以包括文丘里喉管。該方法可以包括控制可樞轉地調整的入口引導翼片以增加基本上水平的水流到動力輪的在發(fā)電設備的第一側上的轉子翼片上的速度的步驟。
[0033]該方法可以包括提供相鄰于在與基本上水平的水流的方向相反的方向中移動的轉子翼片的多個垂直延伸的孔或狹槽并且產生相鄰于多個垂直延伸的孔或狹槽中的至少一些的減壓區(qū)域的步驟。
[0034]該方法可以包括提供多個護罩翼片且產生相鄰于在與基本上水平的水流的方向相反的方向中移動的至少一些轉子翼片的低壓區(qū)域的步驟，例如通過在護罩翼片的尾部邊緣促使渦旋發(fā)散。
[0035]本發(fā)明的第三和第四方面涉及一種有浮力可潛水的垂直軸潮汐流發(fā)電機。本發(fā)明的第三或第四方面的任何或全部特征可以與本發(fā)明的第一或第二方面的特征結合。
[0036]依照本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于將來自基本上水平的水流的動能轉化至電能的發(fā)電設備，該設備包括:
[0037]支撐結構；
[0038]旋轉地固定至支撐結構的輪轂；
[0039]輪轂水平控制器，其適于控制輪轂在支撐結構上的水平；
[0040]動力輪，其布置成圍繞輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉，并且設置有轉子翼片，轉子翼片適于當動力輪承受基本上水平的水流時引起動力輪的旋轉；以及
[0041]一個或多個發(fā)電機，其設置在輪轂上，并且適于產生來源于動力輪相對于輪轂的旋轉的電能輸出。
[0042]輪轂可以包括孔，支撐結構延伸經過該孔。
[0043]支撐結構可以是基本上垂直的支撐柱。支撐結構可被固定至在基本上水平的水流下方的床。支撐結構可以包括止動件，止動件適于防止輪轂移動低于操作位置。
[0044]支撐結構可以包括一個或多個引導裝置，其與輪轂上的一個或多個鍵裝置(keymeans)接合，以防止支撐結構和輪轂的相對旋轉。引導裝置可以是公或母引導裝置，例如垂直延伸的花鍵或通道。鍵裝置可以是適于與引導裝置接合的母或公鍵裝置，例如垂直延伸的通道或夾頭。
[0045]輪轂水平控制器可以包括設置在輪轂上的一個或多個可浸的壓艙室。
[0046]每個發(fā)電機可設置在發(fā)電機室中，發(fā)電機室具有在所述發(fā)電機室的頂部中的開口以及可密封地覆蓋所述開口的可移除蓋子。每個發(fā)電機可舉升通過所述開口，例如用于維修目的，或用于移除或替換。
[0047]該設備可以包括設置在支撐結構上的起重機。該起重機可適于舉升每個發(fā)電機或設備的其它部件。
[0048]該設備可以包括設置在輪轂上的多個液壓泵，每個液壓泵適于泵送液壓流體來驅動一個或多個發(fā)電機。
[0049]每個液壓泵可設置在泵室中，泵室具有在所述泵室的頂部中的開口以及可密封地覆蓋所述開口的可移除蓋子。每個液壓泵可舉升通過所述開口，例如用于維修目的，或用于移除或替換。在一種布置中，每個泵室可被布置在發(fā)電機室下方，并且每個液壓泵可舉升經過發(fā)電機室的開口。在另一種布置中，每個泵室可被布置成側向地相鄰于發(fā)電機室。
[0050]替代地，該設備可以包括設置在輪轂上的多個傳動裝置，每個傳動裝置適于從動力輪傳送驅動力來驅動一個或多個發(fā)電機。
[0051]發(fā)電設備可以包括多個輪轂，每個被旋轉地固定至支撐柱，并且每個具有關聯(lián)的動力輪，該關聯(lián)的動力輪布置成圍繞輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉，且設置有轉子翼片，轉子翼片適于當動力輪承受基本上水平的水流時引起動力輪的旋轉，以驅動設置在輪轂上的一個或多個發(fā)電機。
[0052]依照本發(fā)明的第四方面，提供了一種使用發(fā)電設備從水體中的基本上水平的水流發(fā)電的方法，發(fā)電設備包括動力輪，動力輪布置成圍繞旋轉地固定至支撐結構的輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉，該方法包括以下步驟:
[0053]將輪轂在支撐結構上在垂直方向中移動至在基本上水平的水流中的操作位置；
[0054]通過來自基本上水平的水流的作用于設置在動力輪上的轉子翼片上的水動力來驅動動力輪圍繞輪轂旋轉；以及
[0055]由動力輪的旋轉驅動設置在輪轂上的一個或多個發(fā)電機。
[0056]在垂直方向中移動輪轂的步驟可以包括通過引導水進入設置在輪轂上的一個或多個可浸的壓艙室來下降輪轂?？赏ㄟ^泵送水或通過打開一個或多個開口以允許水基于流體靜壓力和/或重力進入一個或多個可浸的壓艙室來引入水。
[0057]輪轂可被布置以包圍支撐結構。
[0058]該方法可以包括步驟:選擇在基本上水平的水流中的最佳水平，并且將輪轂在支撐結構上在垂直方向中移動至最佳水平處的操作位置。
[0059]支撐結構可以包括基本上垂直的支撐柱。支撐結構可以包括止動件，并且在支撐結構上在垂直方向中移動輪轂的步驟可以包括移動輪轂直到當輪轂處于預定操作位置處時，輪轂與止動件接合。
[0060]支撐結構可以包括一個或多個引導裝置，其與輪轂上的一個或多個鍵裝置接合，來防止支撐結構和輪轂的相對旋轉。引導裝置可以是公或母引導裝置，例如垂直延伸的花鍵或通道。鍵裝置可以是適于與引導裝置接合的母或公鍵裝置，例如垂直延伸的通道或夾頭。[0061]該方法可以包括在支撐結構上在垂直方向中舉升輪轂至維修位置從而使得能夠在發(fā)電設備上執(zhí)行維修工作的步驟。維修位置可以是其中至少一部分發(fā)電設備在水體表面上方的位置。
[0062]移動輪轂至操作位置的步驟可以包括淹沒設置在輪轂上的一個或多個可浸的壓艙室。
[0063]舉升輪轂至維修位置的步驟可以包括從設置在輪轂上的一個或多個可浸的壓艙室排出水。可通過泵送水或通過使用來自壓縮機的空氣排出水而排出水。
[0064]該方法可以包括在輪轂處于維修位置時從關聯(lián)的發(fā)電機室舉升一個或多個發(fā)電機的步驟。該發(fā)電機可被舉升用于維修目的，或用于移除或替換。
[0065]從關聯(lián)的發(fā)電機室舉升一個或多個發(fā)電機的步驟可使用設置在支撐結構上的起重機執(zhí)行。
[0066]發(fā)電設備可以包括設置在輪轂上的多個液壓泵，每個液壓泵適于泵送液壓流體來驅動一個或多個發(fā)電機，并且所述方法可以包括在輪轂處于維修位置時從關聯(lián)的泵室舉升一個或多個液壓泵的步驟。該液壓泵可被舉升用于維修目的，或用于移除或替換。
[0067]本發(fā)明的第五方面和第六方面涉及一種具有多個可切換發(fā)電單元的潮汐流發(fā)電機。本發(fā)明的第五方面或第六方面的任何或全部特征可以與本發(fā)明的第一方面、第二方面、第三方面或第四方面的特征結合。
[0068]依照本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于將來自基本上水平的水流的動能轉化成電能的發(fā)電設備，該設備包括:
[0069]旋轉固定的輪轂；
[0070]動力輪，其布置成圍繞輪轂旋轉，并且設置有翼片，翼片適于當動力輪承受基本上水平的水流時引起動力輪的旋轉；
[0071]設置在輪轂上的多個發(fā)電機，每個發(fā)電機具有由動力輪的旋轉驅動的關聯(lián)的驅動裝置；以及
[0072]發(fā)電機控制裝置，其適于選擇性地在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每個。
[0073]發(fā)電機控制裝置可以包括電控制器，電控制器適于選擇性地接通和斷開所述多個發(fā)電機中的每個，例如通過切斷發(fā)電機的電磁場。
[0074]發(fā)電機控制裝置可以包括傳感器，用于探測指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度的速度參數(shù)。
[0075]發(fā)電機控制裝置可以包括切換裝置，切換裝置適于響應于探測到的速度參數(shù)而在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每個。發(fā)電機控制裝置可適于當探測到的速度參數(shù)指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度增加時將更多的發(fā)電機切換至起動狀態(tài)。發(fā)電機控制裝置可適于當探測到的速度參數(shù)指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度已經達到預定的上觸發(fā)值時將發(fā)電機切換至起動狀態(tài)。發(fā)電機控制裝置可適于當探測到的速度參數(shù)指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度已經達到預定的下觸發(fā)值時將發(fā)電機切換至未起動狀態(tài)。
[0076]在一個實施方式中，每個驅動裝置可以包括:
[0077]主驅動器，例如小齒輪，其由動力輪驅動；[0078]驅動軸，其用于驅動關聯(lián)的發(fā)電機；以及
[0079]傳動裝置，其連接在小齒輪和驅動軸之間。
[0080]該連接可以是直接或間接的。
[0081]該設備可以包括主傳動裝置，主傳動裝置包括固定至動力輪的環(huán)形齒輪，且適于驅動每個主驅動器。環(huán)形齒輪可被制造為一個部件或可由多個分段部分組裝而成。
[0082]每個驅動裝置可包括離合器，以選擇性地接合或分離發(fā)電機與驅動軸。
[0083]在另一個實施方式中，每個驅動裝置可以包括:
[0084]液壓泵，其設置在輪轂上，該液壓泵適于泵送液壓流體；
[0085]主傳動裝置，其連接在動力輪和液壓泵之間；
[0086]液壓馬達，其與發(fā)電機關聯(lián)；以及
[0087]液壓控制裝置，其適于引導液壓流體到液壓馬達的流動。
[0088]主傳動裝置可以包括多個小齒輪和固定至動力輪的環(huán)形齒輪，每個小齒輪由驅動軸連接至所述液壓泵中的一個。
[0089]液壓控制裝置可以包括傳感器，用于探測指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度的速度參數(shù)。
[0090]液壓控制裝置可以包括閥切換裝置，閥切換裝置適于響應于探測到的速度參數(shù)而引導所述液壓流體至所述液壓馬達中的一個或多個的流動。液壓控制裝置可適于當探測到的速度參數(shù)指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度增加時，選擇性地引導所述液壓流體至更多的液壓馬達的流動。液壓控制裝置可適于當探測到的速度參數(shù)指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度降低時，選擇性地引導所述液壓流體至較少的液壓馬達的流動。
[0091]液壓控制裝置可以包括閥切換裝置，閥切換裝置適于響應于預定的液壓流體流動情況，例如由馬達或泵中的故障或泄漏引起的壓力增加或降低，引導或防止所述液壓流體至一個或多個所述液壓馬達的流動。閥切換裝置可以包括與每個液壓馬達關聯(lián)的液壓閥。閥切換裝置可以包括微處理器以控制閥切換裝置，或壓力控制閥或負反饋控制閥。閥切換裝置可以包括與每個液壓閥關聯(lián)的電控制器，電控制器適于依照來自微處理器的控制信號來打開或關閉關聯(lián)的液壓閥。
[0092]依照本發(fā)明的第六方面，提供了一種使用發(fā)電設備從水體中的基本上水平的水流發(fā)電的方法，發(fā)電設備包括動力輪，動力輪布置成圍繞旋轉地固定至支撐結構的輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉，該方法包括步驟:
[0093]通過來自基本上水平的水流的作用于設置在動力輪上的轉子翼片上的水動力來驅動動力輪圍繞輪轂旋轉；
[0094]由動力輪的旋轉驅動多個驅動裝置以泵送加壓的液壓流體，每個驅動裝置與輪轂上的多個發(fā)電機中的一個關聯(lián)；
[0095]選擇性地在其中發(fā)電機被關聯(lián)的驅動裝置驅動而產生電能的起動狀態(tài)和其中發(fā)電機不產生電能的未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每個；以及
[0096]從多個發(fā)電機產生電能。
[0097]驅動多個驅動裝置的步驟可以包括:
[0098]由動力輪的旋轉驅動多個泵以泵送加壓的液壓流體；以及
[0099]選擇性地將加壓的液壓流體引導至多個液壓馬達中的一個或多個，每個液壓馬達與輪轂上的多個發(fā)電機中的一個關聯(lián)。
[0100]驅動多個泵的步驟可以包括:從固定至動力輪的環(huán)形齒輪驅動多個小齒輪，每個小齒輪通過驅動軸連接至所述液壓泵中的一個。
[0101]該方法可以包括探測指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度的旋轉速度參數(shù)的步驟。
[0102]該方法可以包括探測指示基本上水平的水流的速度的流動速度參數(shù)的步驟。
[0103]選擇性地在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每一個的步驟可以包括:基于探測到的旋轉速度參數(shù)和探測到的流動速度參數(shù)中的一個或二者，選擇被切換至起動狀態(tài)的發(fā)電機的數(shù)量。
[0104]選擇性地在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每一個的步驟可以包括:當探測到的速度參數(shù)指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度的增加或基本上水平的水流的速度的增加時，選擇更多的發(fā)電機被切換至起動狀態(tài)。
[0105]選擇性地在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每一個的步驟可以包括:當探測到的速度參數(shù)指示動力輪和輪轂的相對旋轉速度的減少或基本上水平的水流的速度的減少時，選擇較少的發(fā)電機被切換至起動狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0106]在本說明書中，術語“潮汐流發(fā)電機”意味著用于將來自基本上水平的水流的動能轉化成電能的發(fā)電設備，并且在其范圍中包括用于用在海洋、河口或河流中的設備。術語“海床”在其范圍內包括位于水體之下的任何床，包括河口床或河床。
[0107]現(xiàn)在將參考附圖僅以示例的方式描述本發(fā)明，其中:
[0108]圖1是依照本發(fā)明的潮汐流發(fā)電機的視圖；
[0109]圖2是圖1的潮汐流發(fā)電機的反面視圖；
[0110]圖3是圖1的潮汐流發(fā)電機的動力輪、輪轂和護罩的放大視圖；
[0111]圖4是圖3的動力輪、輪轂和護罩從相對側的放大視圖；
[0112]圖5是依照本發(fā)明的另一個潮汐流發(fā)電機的視圖，具有兩個動力輪，并且示出了至海床的替代連接；
[0113]圖6是依照本發(fā)明的另一個潮汐流發(fā)電機的經過輪轂和動力輪的部分截面圖；
[0114]圖7示出了依照本發(fā)明的另一個潮汐流發(fā)電機的輪轂的倉；
[0115]圖8示出了安裝至圖7的倉的液壓泵；
[0116]圖9是依照本發(fā)明的另一個潮汐流發(fā)電機的經過輪轂和動力輪的部分截面圖；
[0117]圖10是依照本發(fā)明的另一個潮汐流發(fā)電機的經過輪轂的部分截面圖；
[0118]圖11是示出了依照本發(fā)明的潮汐流發(fā)電機的多個發(fā)電機基于時間的操作的示意圖；
[0119]圖12是依照本發(fā)明的潮汐流發(fā)電機的護罩的另一個實施方式的示意性平面視圖；
[0120]圖13是依照本發(fā)明的潮汐流發(fā)電機的護罩的進一步實施方式的示意性平面視圖；以及
[0121]圖14從側面示出了圖13的護罩。
[0122]發(fā)明詳述[0123]有浮力可潛水的垂直軸潮汐流發(fā)電機如下操作。
[0124]參見圖1和2，示出了一種用于將來自基本上水平的水流的動能轉化成電能的發(fā)電設備10，通常稱為潮汐流發(fā)電機。該設備包括基本上垂直的支撐結構12，其支撐在海床14上。在示出的示例中，支撐結構是通過任何合適方式固定至海床的柱，例如在圖5中示出的三腳架結構16。三腳架結構16可通過接合在三個樁套18中的三個樁而被錨固至海床。然而，可以使用任何合適的結構，例如格子結構或多個柱或樁。此外，可以使用任何合適的在海床上支撐結構的裝置，例如，重力結構，或通過將支撐結構的柱或多個柱直接驅動進入海床的直接支撐件。
[0125]柱從海床垂直延伸到高水平面上方的水平。在柱12的頂部上是在船舶結構中熟知種類的通道平臺20。支撐平臺可以包括進入設備來允許通過船進入并且其可以包括直升機降落臺來允許通過直升機進入。在示出的示例中，在通道平臺20上提供起重機22，用于使舉升部件到達發(fā)電機單元30以及從發(fā)電機單元30離開，如將在下文描述的。
[0126]發(fā)電機單元30包括輪轂32以及動力輪34，輪轂32旋轉地固定至支撐柱12，動力輪34布置成圍繞輪轂32圍繞基本上垂直的軸線旋轉。動力輪34設置有轉子翼片36，其在頂環(huán)40、中間環(huán)42和底環(huán)44之間垂直延伸，其中每個都從外圓柱46徑向地伸出。翼片36成型為最大化來自流動經過發(fā)電機單元30的水的水平流的能量至動力輪34的傳遞，因而驅動動力輪34。輪轂32包括液壓制動器(未示出)，其可以將動力輪34鎖定至輪轂32，來防止在維修和舉升或下落期間的旋轉。
[0127]動力輪可通過多種不同方式連接至輪轂。在圖6的示例中，動力輪34由向內突起的凸緣102支撐，向內突起的凸緣102抵靠在滾子軸承104上用于在輪轂32上旋轉。動力輪可以包括在外圓柱46的內部的多個浮力隔室106。凸緣102的內邊緣上是環(huán)形齒輪108，其具有徑向向內突起的齒輪齒，以通過小齒輪112驅動多個液壓泵110，如將在下文描述的。
[0128]圖6示出了經過輪轂32的徑向截面。輪轂32大體上具有圓環(huán)形狀，并且圍繞柱12延伸。其通過與沿著支撐住12縱向延伸的相應通道52接合的轉矩鍵50防止了圍繞柱的旋轉。如果需要，柱12可以具有多于一個通道52，例如等距地圍繞柱的周界布置的四個通道52。輪轂32則可以具有四個轉矩鍵50，每個轉矩鍵接合一個通道52。替代地，柱12上的通道52可由花鍵(未示出)代替，其接合在輪轂32上的轉矩槽(未示出)中。輪轂32通過壓艙以受控方式沿柱12向上和向下自由移動。一個或多個止動件54設置在柱12上，以防止輪轂經過止動件54下方。典型地，止動件可以是包圍柱12的固定環(huán)，或通道52中的多個擋塊，其位于最大潮汐流的合適水平處，使得發(fā)電機單元32可被降低以在其操作位置中抵靠在止動件34上。典型地，操作位置是當設備被安裝在可航行的潮水中時，在發(fā)電機單元30的頂部上方允許至少IOm間隙的深度，以允許具有小于IOm氣流的船經過發(fā)電機單元30。
[0129]輪轂32包括多個獨立室。其可以以在場外或在現(xiàn)場安裝在一起的多個獨立片段裝配。典型地，每個室僅延伸圍繞圓周的一部分路徑，例如45°?？商峁较蜓由斓膬炔扛舭鍋矸指粝噜彽氖摇?br> [0130]室可用作不同的目的。泵室120容納液壓泵110。發(fā)電機室122容納液壓馬達124和交流發(fā)電機126。機械室128容納液壓和電控制裝置和/或壓縮空氣罐。壓艙室130是用于控制發(fā)電機單元30的舉升和下降的可水淹的室。圖6中所示的各室的布置僅是示例的方式，并且各室的相對位置、形狀和尺寸可改變來適合發(fā)電機單元30的特定需求。
[0131]發(fā)電設備包括輪轂水平控制器(未示出)，來控制輪轂32在支撐柱12上的水平。典型地，輪轂水平控制器是微處理器控制的單元，其能夠處理來自傳感器和/或來自操作器產生的指令的信息，并且能夠控制管理輪轂32在支撐柱12或其它支撐結構上的定位的電力和/或液壓和/或氣動裝置。當壓艙室未被水淹時，輪轂32是有浮力的，并且在維修位置中輪轂32浮在水面上。當在維修位置中時，動力輪34被鎖定，例如通過液壓控制的鎖定銷，來防止其相對于輪轂32的旋轉。輪轂水平控制器控制壓艙室130的壓艙，來降低和升起柱12上的輪轂32。為了降低輪轂32，輪轂水平控制器控制端口的打開來允許水進入壓艙室130。輪轂水平控制器可通過來自岸上或船上的無線電鏈路而被遠程控制。當壓艙室是滿的時，輪轂32在重力作用下而降低，直到其到達止動件54，止動件54定位成使得發(fā)電機單元32處于最佳工作位置。為了升起輪轂32，輪轂水平控制器控制壓縮機，其泵送空氣進入壓艙室130來移除水。當壓艙室足夠空時，輪轂32基于其自身浮力而上升直到其到達其浮在維修位置中的表面。可以使用任何合適的壓艙系統(tǒng)，包括水泵壓艙系統(tǒng)。
[0132]輪轂32包括設置在輪轂上并且適于產生來源于動力輪34相對于輪轂32的旋轉的電能輸出的一個或多個發(fā)電機。在不出的不例中，具有八個以交流發(fā)電機126形式的發(fā)電機，每個設置在一個獨立的發(fā)電機室122中。每個交流發(fā)電機126由液壓馬達124驅動，液壓馬達124也位于發(fā)電機室122中，并且其本身由泵送的液壓流體驅動。泵送的液壓流體由八個液壓泵110產生，每個液壓泵由動力輪34的齒輪環(huán)108驅動。每個液壓泵110設置在獨立的泵室120中。
[0133]在下文中更詳細描述的液壓控制器控制由八個液壓泵110產生的泵送的液壓流體至所需數(shù)量的液壓馬達124的流動，其在一個示例中可以是一和八之間的任何數(shù)字，取決于潮汐流的速度。
[0134]在一個實施方式中，在圖7中所示，每個發(fā)電機室122及其關聯(lián)的泵室120—起形成了水密倉140。發(fā)電機室122通過可移除的水密隔板142與泵室120分開。發(fā)電機室122在其頂部具有開口 144?？梢瞥w子146覆蓋且密封開口。如果需要移除交流發(fā)電機126和/或液壓馬達124，例如用于替換或維修，輪轂可在支撐柱12上在垂直方向上被舉升至維修位置，在維修位置中，輪轂32的上表面在水面上方。蓋子146隨后可被移除，例如通過站在輪轂32上的操作者，并且交流發(fā)電機126和/或液壓馬達124可被分離，例如通過從相鄰的通道室或機械室128進入發(fā)電機室122的操作者，其可以具有它自己的從輪轂32頂面的檢修孔通道，并且其可通過水密進入通道148而被連接至發(fā)電機室122。起重機22隨后可被用于將交流發(fā)電機126和/或液壓馬達124從發(fā)電機室122經過開口 144舉升至可以執(zhí)行維修的通道平臺120。替代地，起重機22可以將交流發(fā)電機126和/或液壓馬達124舉升到支撐船(未示出)用于運輸至陸地。
[0135]由于發(fā)電設備10包括多個發(fā)電機126，其可以在甚至移除了一個發(fā)電機126的情況下繼續(xù)操作且產生電力。
[0136]如果需要移除液壓泵110用以替換或維修，則交流發(fā)電機126和液壓馬達124被首先移除，如上文所述的。隔板142隨后由發(fā)電機室122中的操作者移除。液壓泵從驅動軸150分離，驅動軸150將齒輪152連接至泵且驅動液壓泵110。到驅動軸150的連接可以通過簡單的花鍵驅動器158，使得泵可被輕易舉升遠離驅動軸150。在圖7和8的實施方式中，齒輪152和齒輪環(huán)108不在水密室中，并因此，在泵110和泵室120的底板156之間有外部水壓密封墊圈154。為了從泵室120移除泵110，操作者必須移除將泵110固定至泵室120的底板156的固定螺栓。在這一示例中，這必須由潛水員完成，但是由于輪轂已經被舉升至維修位置，所需的潛水相對較淺且簡單。
[0137]—旦泵110已經從泵室120分離，起重機22可被用于將泵110從泵室120和發(fā)電機室122經過開口 144舉升至可執(zhí)行維修的通道平臺120。替代地，起重機22可以將泵110舉升到支撐船(未示出)用于運輸至陸地。
[0138]在另一個實施方式中,在圖9中所75,每個發(fā)電機室122和發(fā)電機126位于其關聯(lián)泵110的向內部。發(fā)電機室122形成了水密倉140且在其頂部具有開口 144?？梢瞥w子146覆蓋且密封開口，如圖3所示。如果需要移除交流發(fā)電機126，例如用于替換或維修，輪轂可在支撐柱12上在垂直方向上被舉升至維修位置，在維修位置中，輪轂32的上表面在水上方。蓋子146隨后可被移除，例如通過站在輪轂32上的操作者，并且交流發(fā)電機126和/或液壓馬達124可被分離，例如通過從相鄰的通道室或機械室128進入發(fā)電機室122的操作者，其可以具有它自己的從輪轂32頂面的檢修孔通道170，并且其可通過水密進入通道148而被連接至發(fā)電機室122。起重機22隨后可被用于從發(fā)電機室122經過開口 144而舉升交流發(fā)電機126和/或液壓馬達124，如上文所述。
[0139]在圖9的實施方式中，泵110位于輪轂32的上側，因此容易接近用以維修目的。小齒輪112連接至泵110的軸，并且接合動力輪34的環(huán)形齒輪108?？梢蕴峁┛蓸修D小齒輪蓋子174，如圖3和4所示。在圖1至5的實施方式中，環(huán)形齒輪108位于動力輪34的中間環(huán)42處，使得轉子翼片在環(huán)形齒輪108之上和之下延伸。然而，環(huán)形齒輪108可位于動力輪34上的任何合適水平。圖1至5也示出了安裝在輪轂32上方的假甲板172，來防止碎片直接收集在輪轂32上。輪轂可以包括側壁(在圖3中未示出)，封閉假甲板172和輪轂32上側之間的間隙。
[0140]在另一個實施方式中，在圖10中所示，液壓泵110和液壓馬達124被省略和由直接傳動裝置替代，其每個將來自動力輪34的驅動力傳送到驅動軸200并因而傳送至交流發(fā)電機或發(fā)電機126。在圖10的示例中，驅動軸200由小齒輪112 (未示出)直接驅動，小齒輪112與動力輪34的環(huán)形齒輪108接合。然而，可以使用任何合適的傳動裝置布置，例如多個小齒輪和齒輪。發(fā)電機126處于水密倉140中。驅動軸200暴露至水，因而密封布置是需要的。在圖10的示例中，驅動軸200延伸經過在倉140正下方的壓力室206的底部凸緣204中的密封套筒202?？諝夤?08將壓力室206中的壓力保持在大于壓力室206下方的水壓的壓力。內部壓力作用在驅動軸的肩部210上，以起動面密封件212，并且支持由“O”型環(huán)214圍繞驅動軸提供的密封。發(fā)電機軸216延伸經過倉140和壓力室206之間的第二密封件218。花鍵連接件220連接發(fā)電機軸216和驅動軸200。發(fā)電機126可被舉升用以維修，如下文所述。
[0141]具有護罩和方向控制的垂直軸潮汐流發(fā)電機的操作如下。
[0142]護罩60旋轉地安裝在輪轂32上。護罩60通過軸承62、64、66支撐在輪轂32上，使得護罩60獨立于輪轂32自由旋轉，輪轂32通過旋轉地將其固定至柱12的轉矩鍵50而被防止旋轉。轉矩鍵50可被設置為輪轂32上的突起部，以與支撐結構12上的通道接合，或者轉矩鍵50可被設置為支撐結構12上的縱向延伸肋或凸緣，以與設置在輪轂32上的凹槽接合。
[0143]護罩60包括液壓制動器(未示出)，其可以將護罩鎖定至輪轂32，以防止在維修和舉升或升高期間的旋轉。
[0144]護罩60在第一側上打開并且具有側壁68，側壁68在第二側上封閉動力輪34的翼片36。側壁68包括上凸緣和下凸緣70、72，上凸緣和下凸緣70、72在第二側上分別封閉翼片36的頂部和底部。側壁68的作用是在動力輪34的一側上遮蔽翼片36，以便最大化經過動力輪34的平衡力的輸出，因而最大化來自動力輪的動力輸出。
[0145]護罩60包括翼片74,其在護罩的一端徑向向外延伸。翼片74用作方向控制器，以與風向標相同的方式，并且轉向護罩60，使得翼片74經常指向水流方向。
[0146]護罩60包括處于在直徑上與翼片74相對的位置的流分離器76。流分離器76成型為將水流轉向到在發(fā)電機單元30的一側上的動力輪的暴露的轉子翼片上，同時將在發(fā)電機單元30的另一側上的水流轉向經過側壁68，遠離封閉的轉子翼片。因此，僅有暴露的轉子翼片承受水流，因而引起動力輪34的旋轉。
[0147]流分離器76的變化形式在圖12中示出。流分離器包括入口管道250，入口管道250包括文丘里管通路252，文丘里管通路252加速潮汐流且將潮汐流引導到轉子翼片36上。入口管管可以包括可樞轉地可調整的入口引導翼片(未示出)，其適于增加水流到動力輪34的轉子翼片36上的速率。入口引導翼片的調整可被手動或自動控制，例如通過液壓壓頭。
[0148]方向控制器74基于水流的方向，保持護罩60處于相對于輪轂32的預定旋轉位置中。圖12示出了以可樞轉凸緣254的形式的可選的調節(jié)裝置，其位置可被控制來調整護罩的旋轉位置。調節(jié)裝置位于方向翼片74的尾部邊緣，并且可由伺服片控制系統(tǒng)控制，其響應于動態(tài)壓力傳感器(未示出)來最優(yōu)化動態(tài)壓力和水抵抗轉子翼片36的流動。
[0149]在實踐中，護罩在170°至230°之間的角度上覆蓋翼片，使得有暴露的轉子翼片36在130°至190°之間延伸的角度。然而，這些角度可以基于護罩60、流分離器76、方向翼片74的形狀而改變，并且將被選擇來適合特定的潮汐條件。
[0150]護罩側壁68可以是連續(xù)的，或者它可以包括多個垂直延伸的孔或狹槽78，如在圖4中所示。護罩側壁68還可以包括多個護罩翼片80，其適于轉向水流遠離垂直軸，并且防止水隨著它們在與水流方向相反的方向中旋轉和運行而沖擊在轉子翼片36上。護罩翼片80用作渦旋發(fā)生器，使得經過護罩60 —側的水在每個護罩翼片80的尾部邊緣產生渦旋256，因而局部地降低壓力且降低由護罩60內部的回轉轉子翼片36經歷的阻力。狹槽78允許由回轉轉子翼片36承載的水溢出且加入經過護罩60的水流，再次局部地降低壓力且降低由護罩60內部的回轉轉子翼片36經歷的阻力。
[0151]護罩翼片80設置在護罩側壁68的上游部上，即從流分離器76延伸至護罩側壁68上的中間點的部分，相對于垂直軸與流分離器成近似90°。
[0152]在實踐中，護罩60將其自身與水流對齊。如果流動方向改變，例如隨潮汐改變，護罩60將再次將其自身與變化的水流對齊，無論流動改變?yōu)槭裁捶较?。潮水可以經歷除了兩個相反方向之外的方向上的流動，并且本發(fā)明的設備能夠將其自身與這種流動對齊，以確保從流動中獲取最大動力。護罩有效地“獵取”到最大的流動矢量量，并且產生用于任何潮汐情形的最大動力。
[0153]圖13和14示出了修改的護罩60，其中，流分離器76是中空的并因而是有浮力的。流分離器76在外壁中設置有流動和/或壓力傳感器258，并且具有帶輪廓的鼻形部分260。翼片74也構造有中空室來提供浮力。翼片74包括整流罩262，其是可移動的來對動力輪34的轉子翼片36提供可變的間隙。在這一實施方式中，翼片74包括經過其中的文丘里管道264，來改進圍繞動力輪34的流動。在圖14中，為清楚起見，整流罩262和面板被省略，使得翼片74的結構框架268可被看到。翼片74包括浮力室274以及一個或多個起動機械空間。護罩60包括中空頂部和底部面板270、272，其安裝在動力輪上方和下方。頂部面板270包括多個服務進入端口 170。整個護罩60在固定軸承(未示出)上圍繞動力輪34旋轉，獨立于動力輪旋轉。固定軸承由支撐結構12或輪轂32支撐。提供浮力來實現(xiàn)在軸承上的最小重力傳送。
[0154]主動方向控制系統(tǒng)使用壓力傳感器258來感測來自潮汐流的動態(tài)壓力。其也監(jiān)測轉子速度和速度中的任何改變，來最佳化沖擊進入潮汐流的護罩角度。整流罩262、護罩翼片80和調節(jié)裝置254全部提供控制表面，其可通過液壓裝置例如活塞來調整和移動，液壓裝置由安裝在護罩中的液壓泵驅動。液壓泵可被獨立供能，或可通過動力輪34它本身供能。泵還可以為任何電力裝置供能，例如傳感器或防污系統(tǒng)。
[0155]具有多個可切換發(fā)電單元的潮汐流發(fā)電機的操作如下。
[0156]本發(fā)明的設備能夠通過使由發(fā)電機126提供的負載適應潮汐流速而在任何給定的潮汐流速下提供最大效率。在圖6至9的示例中，其包括液壓泵110和液壓馬達124來驅動發(fā)電機126，當潮汐流速最大時，液壓流體被泵送至全部八個液壓馬達124來操作全部八個發(fā)電機126。當然，設置在設備上的發(fā)電機126的數(shù)量可被改變。當潮汐流速降低時，液壓控制器(未示出)選擇降低數(shù)量的液壓馬達124，并且僅泵送液壓流體至降低數(shù)量的液壓馬達124，其隨后驅動降低數(shù)量的發(fā)電機126。替代地，發(fā)電機的控制可通過離合器或其它在向每個發(fā)電機126的傳動路徑中的傳動分離裝置而實現(xiàn)，使得從液壓馬達124向發(fā)電機126的驅動被分離，并且液壓流體繼續(xù)流動經過與分離的發(fā)電機126關聯(lián)的液壓馬達124，但是基本上沒有流動阻力。
[0157]控制操作發(fā)電機126的數(shù)量的方法在下文參考液壓控制器來描述，但是當使用機械或電子機械控制來控制多個離合器以分離向每個發(fā)電機126的驅動的時候，控制方法是相似的。本發(fā)明并不限于液壓控制器，并且可以使用控制發(fā)電機126的任何裝置來在它們作用為抵抗動力輪34的旋轉的負載的操作狀態(tài)和它們不作用為抵抗動力輪34的旋轉的負載的未操作狀態(tài)之間切換它們。離合器可以是任何類型的，例如機械、電子機械或電磁式的。
[0158]隨著動力輪34通過潮汐流而旋轉，環(huán)形齒輪108驅動小齒輪112，小齒輪112中的每個驅動液壓泵Iio的驅動軸150。液壓泵110泵送加壓的液壓流體至共用的加壓流體供應線。
[0159]傳感器(未示出)探測指示動力輪34和輪轂32的相對旋轉速度的速度參數(shù)。例如，該相對旋轉速度可由光學傳感器測量，其測量在動力輪34上的兩個參考標記相對于輪轂32上的固定點經過之間的過去時間。
[0160]在一個實施方式中，提供液壓控制裝置來控制加壓液壓流體在共用加壓流體供應線中的分配，并且響應于探測的速度參數(shù)來引導加壓液壓流體向一個或多個液壓馬達124的流動。液壓控制裝置可以包括閥切換裝置，來獨立地打開和關閉至每個液壓馬達的液壓流體路徑。例如，當探測的速度參數(shù)指示動力輪34和輪轂32的相對旋轉速度增加、或該相對旋轉速度大于預定最大速度時，液壓控制裝置可以選擇地引導液壓流體向較多的液壓馬達124的流動。當探測的速度參數(shù)指示動力輪34和輪轂32的相對旋轉速度減少、或該相對旋轉速度低于預定最小速度時，液壓控制裝置可以選擇地引導液壓流體向較少的液壓馬達124的流動。結果是，如果相對旋轉速度增加，通過較多的馬達124和發(fā)電機126的連接帶來更多的負載，因而帶來相對旋轉速度下降回到最佳速度范圍。相似地，如果相對旋轉速度降低，通過更少的馬達124和發(fā)電機126的連接帶來較小的負載，因而帶來相對旋轉速度上升回到最佳速度范圍。
[0161]在一個實施方式中，閥切換裝置包括與每個液壓馬達124關聯(lián)的液壓閥。閥切換裝置可以包括微處理器，來控制閥切換裝置。閥切換裝置可以包括與每個液壓閥關聯(lián)的電控制器，電控制器適于依照來自微處理器的控制信號來打開或關閉關聯(lián)的液壓閥。
[0162]圖11示出了在潮水中發(fā)電機126如何基于時間在操作狀態(tài)和未操作狀態(tài)之間切換。線300示出了基于從低水位、經過高水位且回到低水位的潮汐循環(huán)的潮汐水平。線302示出了操作發(fā)電機126的數(shù)量。在低水位LW，水流在其最小處，且僅有一個發(fā)電機在操作。隨著潮汐流速與潮汐流逐漸增加而成正比地增加，更多的發(fā)電機126被接入且變得操作，當水流為在低水位LW和高水位HW之間的點Pl處的其最大值時達到最大8個操作發(fā)電機126被接入。隨著水流下降直到其再次到達相應于最高水位HW的點P2處的最小值，發(fā)電機126被逐一斷開而成為未操作的，并且僅有一個發(fā)電機操作。隨著水流再次增加，更多的發(fā)電機126被接入且變得操作，當水流到達在高水位HW和低水位LW之間的點P3處的另一頂點時，達到最大8個操作發(fā)電機126被接入。
[0163]通過隨著潮汐流的增加而增加操作發(fā)電機的數(shù)量，動力輪上的負載增加，并且動力輪以相對恒定的速度旋轉，而無論任何潮汐水流。例如，在點P4，五個發(fā)電機126操作。隨著潮汐水流從點P4增加至點P5，電力負載是恒定的，但是作用在轉子翼片上的力增加，因而導致動力輪34更快旋轉。傳感器(未示出)探測到轉子輪速已經增加并且在點P6處接入第六個發(fā)電機126，其立即增加電力負載，因而將轉子輪速降低至近似于其在點P4處的轉子輪速。
[0164]理想的發(fā)電機曲線304在圖11中示出并且表示隨著時間的發(fā)電機動力輸出。
[0165]為了增加發(fā)電設備的能力，可以在相同的支撐結構上提供兩個或多個發(fā)電單元30，如圖5中所示。發(fā)電設備可以包括多個輪轂32，每個被旋轉地固定至支撐柱12，并且每個具有關聯(lián)的動力輪34，其布置用于圍繞基本上垂直的軸圍繞輪轂32旋轉，且設置有轉子翼片36，轉子翼片36適于當動力輪34承受基本上水平的水流時引起動力輪34的旋轉，以驅動一個或多個設置在輪轂32上的發(fā)電機136。
[0166]本發(fā)明提供了在任何深度的水中構造潮汐流發(fā)電機的有效方式。發(fā)電機單元30可以在水中的任何選擇水平處操作，這是由于其可被容易地舉升至表面以進行維修。操作深度并不被在發(fā)電機單元30在操作中時進入發(fā)電機單元30的需求限制。發(fā)電機單元30可被定位在最高水流流速的水平處。
[0167]支撐結構12并不需要在內部的移動部件，所以可被簡單和有效地構造。支撐結構12并不需要用于進入結構內部的縱向狹槽，所以其可被經濟地制造，這是由于其并不由縱向狹槽的提供而削弱。
[0168]發(fā)電機單元30圍繞垂直軸自由旋轉，使得其將始終以最大潮汐流的方向定向其自身。這意味著，設備可被安裝在具有改變的潮汐水流的區(qū)域中，并且無論什么潮汐流方向該設備都將產生最大動力。
[0169]發(fā)電機單元30可易于維修，并且并不需要昂貴的潛水操作來接近有用部件，例如液壓泵110、液壓馬達124和發(fā)電機126。在發(fā)電機單元30被提升至其漂浮的維修位置時，常規(guī)維修操作、例如清理轉子翼片36可被執(zhí)行，在該維修位置中，每個轉子翼片36的上部在水面之上，并且可從水面船只清理，同時每個轉子翼片36的下部恰低于水面，并且可通過從水面船只到達或通過淺層潛水操作而清理。轉子翼片36可以合并主動防污裝置，來最小化對于手動和/或機械清理轉子翼片36的需求。轉子翼片36可被獨立替換，使得在轉子翼片破壞或過度磨損的情形中，在發(fā)電機單元30被舉升至其漂浮的維修位置時，任何轉子翼片36可被替換。
[0170]如果使用合適的支撐結構，該設備可被用在任何深度的水中，從IOm至IOOm或更多。在深水中，框架結構可被用在海床上，具有從框架結構延伸至表面的柱。支撐結構可包括重力基底底座，并且完整結構，包括重力基底底座，可被漂浮至所需位置并且通過將底座浸沒至海床上而安裝，因而提供完全預啟用的發(fā)電單元的迅速安裝。
[0171]該設備可通過使輪上的負載適應流速、通過改變操作發(fā)電機的數(shù)量而在一定范圍的潮汐流速內有效地操作，從而無論潮汐流速如何，輪都以最佳速度旋轉。由于輪以基本上恒定的最佳速度旋轉，所以每個操作發(fā)電機當起動時都以基本上恒定的最佳速度操作。
[0172]該設備是有效的，因為其平衡了移動部件的慣性效應。典型地，其可以使用大約6m高度的獨立發(fā)電機單元在4節(jié)水流中產生高達I至3MW。
[0173]該設備是環(huán)境友好的，因為轉子葉片36不比潮汐水流更快運行，所以不存在對船舶壽命的威脅。
[0174]由于該設備沒有部件比潮汐更快移動，因此沒有尾渦，所以最小化了對設備下游的潮汐流的擾動，并且另外的設備可相對更近地定位，而不危及任一設備的效率。因此，本發(fā)明的設備允許每單位面積比其它發(fā)電系統(tǒng)更大密度的動力發(fā)電能力。此外，沒有尾渦意味著沒有沖刷，所以該設備不會導致對海床的環(huán)境破壞。
[0175]該設備并不需要用于安裝的重型舉升船，這是由于其漂浮且可被漂浮并且被拖至安裝位置。該設備可在岸上被組裝。該設備可以通過對發(fā)電機輸出施加電能以驅動該驅動輪而在岸上測試。該設備可作為完整組件而漂浮出，具有安裝在支撐結構12上的動力輪34和輪轂32，隨后，當其處于安裝位置處時，該設備可下沉且固定至海床。支撐結構12可包括能潛水的重力基底。
[0176]其僅對船運產生最小的干擾。典型地，輪轂32和動力輪34在操作中在最低水位下方至少5m處，使得支撐船可在它們上方自由經過，僅有支撐結構伸出海面上方。
【權利要求】
1.一種用于將來自基本上水平的水流的動能轉化成電能的發(fā)電設備，所述設備包括: 旋轉固定的輪轂； 動力輪，其布置成圍繞所述輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉，并且設置有轉子翼片，所述轉子翼片適于當所述動力輪承受基本上水平的水流時引起所述動力輪的旋轉； 護罩，其旋轉地安裝在所述輪轂上且布置成覆蓋所述動力輪的所述轉子翼片中的至少——勝.--， 方向控制器，其適于根據(jù)基本上水平的水流的方向而保持所述護罩處于相對于所述輪轂的預定旋轉位置中；以及 至少一個發(fā)電機，其設置在所述輪轂上，并且適于產生從所述動力輪相對于所述輪轂的旋轉獲得的電能輸出。
2.如權利要求1所述的發(fā)電設備，其中，所述動力輪和所述護罩各自具有受控的浮力。
3.如權利要求1或2所述的發(fā)電設備，其中，所述護罩延伸經過至少180°，并且在任何時刻基本上覆蓋所述動力輪的所述轉子翼片中的至少一半。
4.如權利要求1至3中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述護罩基本上覆蓋所述轉子翼片中的在與基本上水平的水流的方向相反的方向上進行移動的至少一些。
5.如權利要求1至4中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述護罩包括相鄰于在與基本上水平的水流的方向相反的方向上進行移動的轉子翼片的多個垂直延伸的孔。
6.如權利要求1至5中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述護罩包括適于轉向水流遠離所述垂直的軸線的多個護罩翼片。
7.如權利要求6所述的發(fā)電設備，其中，所述護罩翼片適于產生相鄰于所述轉子翼片中的在與基本上水平的水流的方向相反的方向上進行移動的至少一些的低壓區(qū)域。
8.如權利要求1至7中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述方向控制器包括連接至所述護罩且遠離所述護罩徑向延伸的方向翼片。
9.如權利要求8所述的發(fā)電設備，其中，所述方向翼片包括調節(jié)裝置，所述調節(jié)裝置適于調節(jié)所述護罩的旋轉位置。
10.如權利要求8至9中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述方向控制器包括在與所述方向翼片基本上直徑上相對的位置中徑向地連接至所述護罩的流分離器，所述流分離器成型為將至少一部分基本上水平的水流轉向到所述動力輪的所述轉子翼片上。
11.如權利要求1至10中任一項所述的發(fā)電設備，還包括: 支撐結構，所述輪轂旋轉地固定至所述支撐結構；以及 輪轂水平控制器，其適于控制所述輪轂在所述支撐結構上的水平。
12.如權利要求11所述的發(fā)電設備，其中，所述支撐結構包括基本上垂直的支撐柱。
13.如權利要求11至12中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述支撐結構包括一個或多個引導裝置，所述一個或多個引導裝置與所述輪轂上的一個或多個鍵裝置接合，以防止所述支撐結構和所述輪轂的相對旋轉。
14.如權利要求11至13中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述輪轂水平控制器包括設置在所述輪轂上的一個或多個可浸的壓艙室。
15.如權利要求1至14中任一項所述的發(fā)電設備,其中，每個發(fā)電機設置在發(fā)電機室中，所述發(fā)電機室具有在所述發(fā)電機室的頂部中的開口以及可密封地覆蓋所述開口的可移除蓋子。
16.如從屬于權利要求11時的權利要求15所述的發(fā)電設備，還包括起重機，所述起重機設置在所述支撐結構上并且適于舉升所述發(fā)電機中的任一個。
17.如權利要求1至16中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述設備包括設置在所述輪轂上的多個液壓泵，每個液壓泵適于泵送液壓流體以驅動所述發(fā)電機中的一個或多個。
18.如權利要求17所述的發(fā)電設備，其中，每個液壓泵設置在泵室中，所述泵室在所述泵室的頂部中具有開口，每個液壓泵是可提升穿過所述開口的。
19.如權利要求1至18中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述設備包括設置在所述輪轂上的多個傳動裝置，每個傳動裝置適于傳送來自所述動力輪的驅動力以驅動一個或多個發(fā)電機。
20.如權利要求1至19中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述發(fā)電設備包括基本上垂直的支撐柱和多個輪轂，每個輪轂被旋轉地固定至所述支撐柱，并且每個輪轂具有關聯(lián)的動力輪，所述關聯(lián)的動力輪布置成圍繞所述輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉且設置有轉子翼片，所述轉子翼片適于當所述動力輪承受基本上水平的水流時引起所述動力輪的旋轉，以驅動設置在所述輪轂上的一個或多個發(fā)電機。
21.如權利要求1至20中任一項所述的發(fā)電設備，所述設備還包括: 多個發(fā)電機，其設置在所述輪轂上且適于產生從所述動力輪相對于所述輪轂的旋轉獲得的電力輸出，每個發(fā)電機具有由所述動力輪的旋轉驅動的關聯(lián)的驅動裝置；以及 發(fā)電機控制裝置，其適于選擇性地在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每個。
22.如權利要求21所述的發(fā)電設備，其中，所述發(fā)電機控制裝置包括電控制器，所述電控制器適于選擇性地接通和斷開所述多個發(fā)電機中的每個。
23.如權利要求21或22所述的發(fā)電設備，其中，所述發(fā)電機控制裝置包括傳感器，用于探測指示所述動力輪和所述輪轂的相對旋轉速度的速度參數(shù)。
24.如權利要求21至23中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述發(fā)電機控制裝置包括切換裝置，所述切換裝置適于響應于探測到的速度參數(shù)而在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每個。
25.如權利要求24所述的發(fā)電設備，其中，所述發(fā)電機控制裝置適于當探測到的速度參數(shù)指示所述動力輪和所述輪轂的相對旋轉速度增加時，將更多的發(fā)電機切換至起動狀態(tài)。
26.如權利要求24至25中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述發(fā)電機控制裝置適于當探測到的速度參數(shù)指示所述動力輪和所述輪轂的相對旋轉速度已經達到預定的上觸發(fā)值時，將發(fā)電機切換至起動狀態(tài)。
27.如權利要求24至26中任一項所述的發(fā)電設備，其中，所述發(fā)電機控制裝置適于當探測到的速度參數(shù)指示所述動力輪和所述輪轂的相對旋轉速度已經達到預定的下觸發(fā)值時，將發(fā)電機切換至未起動狀態(tài)。
28.如權利要求21至27中任一項所述的發(fā)電設備，其中，每個驅動裝置包括: 主驅動器，其由所述動力輪驅動； 驅動軸，其用于驅動關聯(lián)的發(fā)電機；以及傳動裝置，其連接在所述主驅動器和所述驅動軸之間。
29.如權利要求27所述的發(fā)電設備，其中，所述設備包括主傳動裝置，所述主傳動裝置包括固定至所述動力輪的環(huán)形齒輪，且適于驅動每個所述主驅動器。
30.如權利要求28或29所述的發(fā)電設備，其中，每個驅動裝置包括離合器，以選擇性地從所述驅動軸接合或分離所述發(fā)電機。
31.如權利要求21至27中任一項所述的發(fā)電設備，其中，每個驅動裝置包括: 液壓泵，其設置在所述輪轂上，所述液壓泵適于泵送液壓流體； 主傳動裝置，其連接在所述動力輪和所述液壓泵之間； 液壓馬達，其與所述發(fā)電機關聯(lián)；以及 液壓控制裝置，其適于引導液壓流體到所述液壓馬達的流動。
32.如權利要求31所述的發(fā)電設備，其中，所述主傳動裝置包括多個小齒輪和固定至所述動力輪的環(huán)形齒輪，每個小齒輪由驅動軸連接至所述液壓泵中的一個。
33.如權利要求31或32所述的發(fā)電設備，其中，所述液壓控制裝置包括傳感器，用于探測指示所述動力輪和所述輪轂的相對旋轉速度的速度參數(shù)。
34.如權利要求33所述的發(fā)電設備，其中，所述液壓控制裝置包括閥切換裝置，所述閥切換裝置適于響應于探測到的速度參數(shù)而引導所述液壓流體至所述液壓馬達中的一個或多個的流動。
35.一種使用發(fā)電設備從水體中的基本上水平的水流發(fā)電的方法，所述發(fā)電設備包括動力輪，所述動力輪布置成圍繞旋轉地固定至支撐結構的輪轂圍繞基本上垂直的軸線旋轉，所述動力輪具有多個轉子翼片，所述方法包括以下步驟: 提供護罩，所述護罩旋轉地安裝在所述輪轂上且布置成覆蓋所述動力輪的所述轉子翼片中的至少一些； 將所述輪轂固定在基本上水平的水流中的操作位置中； 對齊所述護罩與基本上水平的水流，使得在所述發(fā)電設備的第一側上的所述轉子翼片不被所述護罩覆蓋且承受來自基本上水平的水流的水動力，并且使得在所述發(fā)電設備的第二側上的所述轉子翼片至少部分地由所述護罩覆蓋，從而至少部分地保護所述轉子翼片免于來自基本上水平的水流的水動力； 通過來自基本上水平的水流的作用于設置在所述動力輪上的所述轉子翼片上的水動力來驅動所述動力輪圍繞所述輪轂旋轉；以及 由所述動力輪的旋轉驅動設置在所述輪轂上的一個或多個發(fā)電機。
36.如權利要求35所述的方法，其中，對齊所述護罩的步驟通過在所述護罩上提供方向控制器而執(zhí)行，所述方向控制器適于根據(jù)基本上水平的水流的方向來保持所述護罩處于相對于所述輪轂的預定旋轉位置中。
37.如權利要求35或36所述的方法，其中，所述方向控制器包括連接至所述護罩且遠離所述護罩徑向地延伸的方向翼片，并且對齊所述護罩的步驟包括允許所述護罩采用平衡位置，使得所述方向翼片基本上與基本上水平的水流對齊。
38.如權利要求35至37中任一項所述的方法，其中，對齊所述護罩的步驟包括調節(jié)所述護罩的旋轉位置的另外的步驟，例如通過調整在所述方向翼片的尾部邊緣處的可樞轉凸緣的位置，所述可樞轉凸緣例如調整片或伺服片。
39.如權利要求35至38中任一項所述的方法，包括另外的步驟:在所述發(fā)電設備處分離基本上水平的水流，以便將至少一部分基本上水平的水流轉向到所述動力輪的在所述發(fā)電設備的所述第一側上的所述轉子翼片上并且將至少一部分基本上水平的水流轉向經過在所述發(fā)電設備的所述第二側上的所述護罩。
40.如權利要求39所述的方法，其中，分離步驟通過在與所述方向翼片基本上直徑上相對的位置中徑向連接至所述護罩的流分離器執(zhí)行。
41.如權利要求35至40中任一項所述的方法，包括提供相鄰于在與基本上水平的水流的方向相反的方向中進行移動的轉子翼片的多個垂直延伸的孔并且產生相鄰于所述多個垂直延伸的孔中的至少一些的減壓區(qū)域的步驟。
42.如權利要求35至41中任一項所述的方法，包括提供多個護罩翼片且產生相鄰于所述轉子翼片中的在與基本上水平的水流的方向相反的方向中進行移動的至少一些的低壓區(qū)域的步驟。
43.如權利要求35至42中任一項所述的方法，包括另外的步驟: 將所述輪轂在所述支撐結構上在垂直方向中移動到在基本上水平的水流中的操作位置。
44.如權利要求43所述的方法，還包括步驟:選擇在基本上水平的水流中的最佳水平，并且將所述輪轂在所述支撐結構上在垂直方向中移動至在所述水平處的操作位置。
45.如權利要求43至44中任一項所述的方法，其中，將所述輪轂移動至操作位置的步驟包括淹沒設置在所述輪轂上的一個或多個可浸的壓艙室。
46.如權利要求43至45中任一項所述的方法，還包括將所述輪轂在所述支撐結構上在垂直方向中舉升至維修位置的步驟，在所述維修位置中，所述發(fā)電設備的至少部分在水體表面上方。
47.如權利要求46所述的方法，其中，將所述輪轂舉升至維修位置的步驟包括從設置在所述輪轂上的一個或多個可浸的壓艙室排出水。
48.如權利要求35至42中任一項所述的方法，包括以下步驟: 由所述動力輪的旋轉驅動多個驅動裝置以泵送加壓的液壓流體，每個驅動裝置與所述輪轂上的多個發(fā)電機中的一個關聯(lián)； 選擇性地在其中所述發(fā)電機被關聯(lián)的驅動裝置驅動以產生電能的起動狀態(tài)和其中所述發(fā)電機不產生電能的未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每個；以及 從所述多個發(fā)電機產生電能。
49.如權利要求48所述的方法，其中，驅動多個驅動裝置的步驟包括: 由所述動力輪的旋轉驅動多個泵以泵送加壓的液壓流體；以及 將加壓的液壓流體選擇性地引導至多個液壓馬達中的一個或多個，每個液壓馬達與所述輪轂上的多個發(fā)電機中的一個關聯(lián)。
50.如權利要求49所述的方法，其中，驅動多個泵的步驟包括:從固定至所述動力輪的環(huán)形齒輪驅動多個 小齒輪，每個小齒輪通過驅動軸連接至所述液壓泵中的一個。
51.如權利要求48至50中任一項所述的方法，其中，所述方法包括探測指示所述動力輪和所述輪轂的相對旋轉速度的旋轉速度參數(shù)的步驟。
52.如權利要求51所述的方法，其中，所述方法包括探測指示基本上水平的水流的速度的流動速度參數(shù)的步驟。
53.如權利要求52所述的方法，其中，選擇性地在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每一個的方法包括:基于探測到的旋轉速度參數(shù)和探測到的流動速度參數(shù)中的一個或二者，選擇被切換至所述起動狀態(tài)的發(fā)電機的數(shù)量。
54.如權利要求51至53中任一項所述的方法，其中，選擇性地在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每一個的步驟包括:當探測到的速度參數(shù)中的一個或多個指示出所述動力輪和所述輪轂的相對旋轉速度的增加或基本上水平的水流的速度的增加時，選擇更多的發(fā)電機以被切換至所述起動狀態(tài)。
55.如權利要求51至54中任一項所述的方法，其中，選擇性地在起動狀態(tài)和未起動狀態(tài)之間切換所述多個發(fā)電機中的每一個的步驟包括:當探測到的速度參數(shù)指示出所述動力輪和所述輪轂的相對旋轉速度的減少或基本上水平的水流的速度的減少時，選擇較少的發(fā)電機以被切換至所述起動狀態(tài)。
56.如權利要求35至55中任一項所述的方法，其中，所述發(fā)電設備是依照權利要求1至34中任一項所 述的發(fā)電設備。
【文檔編號】F03B17/06GK103998770SQ201280050094
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年9月19日 優(yōu)先權日:2011年10月11日
【發(fā)明者】羅伯特·羅斯 申請人:利奈爾可再生能源有限公司