安裝在水道內的水力發電機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種適于安裝在水道內的具有半潛式轉子的水力發電機。半潛式轉子 意指只有一部分轉子的葉片是浸沒在水道內。
[0002] 更具體地說，本發明涉及一種適于安裝在低水流速度的河流內的水力發電機。
【背景技術】
[0003] 眾所周知，水力發電機是一種將流體的動能轉換成電能的機械，通常是通過由轉 子驅動的交流發電機來實現，該轉子再通過作用于轉子本身的流體而轉動。此外，公知的是 轉移到機械的動能與質量成比例，并且與由轉子攔截的流體的速度的平方成比例。因此，顯 而易見的是，如果水道的流體具有緩慢的流速，則機械可獲得的動能會明顯減小。為了克服 這個缺點，需要操縱動能的其它上述參數，即轉子攔截的流體質量。
[0004] 第一種增加這種參數的方法包括將轉子完全地浸沒，優選地將發電機固定在河床 上。這種方法確保了有較大的轉子表面與流體接觸，但是在設計、安裝和保養上是非常復 雜。事實上，機械的一些需要工作的部分總是被浸沒，即在不利的環境中。此外，為了確保 帶已浸沒的轉子的發電機是可用的，必須將該機械安裝在河流的某個位置，尤其是安裝在 河床上，在該位置，轉子能夠完全浸沒在安全的環境中。另外，這種機械在很大程度上干擾 水道。由于這種機械昂貴且適應性不佳，因此它們不能用于低流速的水道。
[0005] 為了克服這些缺點，已知的是制造一些適于安裝在水道內的水力發電機，其中，轉 子的葉片被設計成半潛式，即僅有部分浸沒在水中。在這種情況下，通常將發電機的結構固 定到水道本身的一個或兩個岸堤上。
[0006] 因此，如果轉子不能被完全浸沒，為了增加由發電機的轉子攔截的流體質量，必須 增加機械的尺寸，尤其是設計成用于攔截流體流動的葉片的尺寸。對于本領域的技術人員 來說顯而易見的是，尺寸的增加會導致在水道內，具體地說在相對于水道本身的橫向方向 上，有龐大的發電機主體。另外，具有大尺寸的半潛式轉子的機械還會涉及發電機的高噪 音。最后，尺寸的增加導致機械的價格昂貴，并且難以安裝、管理和保養。
[0007] 應當注意的是，更詳細地說，使用具有半潛式葉片設計的以及具有相當大尺寸的 轉子，涉及轉子相對于流體的主流動方向的角度誤差更低，這也會導致水力發電機的效率 較低和高噪音。
【發明內容】
[0008] 本發明的一個目的是提供一種具有半潛式轉子的水力發電機，其允許在主體相對 小的情況下產生高功率。
[0009] 本發明的另一個目的是提供一種具有半潛式轉子的水力發電機，其操作時噪音 低。
[0010] 本發明進一步目的是提供一種具有半潛式轉子的水力發電機，其能夠用于流體的 流動速度低的水道中。
[0011] 本發明的這些和其它目的通過提供根據權利要求1所述的水力發電機來實現。優 選的方面在從屬權利要求中陳列。
[0012] 根據本發明的一種適于安裝在水道內具有半潛式轉子的水力發電機包括固定平 臺、用于將流體的動能轉換成電能的轉子裝置，所述水力發電機還包括用于調節所述轉子 裝置的位置的調節裝置。用于調節位置的所述調節裝置約束于所述固定平臺，并且使所述 轉子裝置相對于所述固定平臺移動至少一個自由度，以相對于所述水道內的水體的主流動 方向至少改變轉子的軸線的方向。
[0013] 由于這種方案，能夠當轉子裝置與流體接觸時簡單地且有效地改變轉子裝置的入 射角，從而根據發電機的多種可能的操作情況下優化機械的效率。即使在尺寸受到限制的 情況下，具有較高效率的水力發電機仍能夠從水道得到高功率。
[0014] 因此，本發明使機械的制造和管理成本得到控制，因此即使將機械安裝在水的流 動速度較低的河流中也變得有利。
[0015] 所述調節裝置提供了受控的運動。能夠采用閉環控制，即是通過檢測操作數據和 作用于所述調節裝置上，從而將所述轉子裝置設置在它們的效率最高的位置，這將在詳細 的敘述中作更好的說明。然而，甚至能夠執行開環控制，根據該開環控制，所述調節裝置能 夠以受控的方式被驅動，從而將所述轉子裝置設置在被認為是效率最高的位置。
[0016] 此外，通過限制轉子的尺寸，再有利地限制了水力發電機的噪音。
[0017] 根據本發明的一個方面，所述轉子裝置能夠設有至少一個葉片，所述葉片具有沿 著所述轉子的軸線以大體上螺旋形延伸的輪廓。
[0018] 根據本發明的另一個方面，所述固定平臺可包括用于將所述固定平臺穩定地錨定 到地面的錨定裝置。
[0019] 根據本發明的另一個方面，所述葉片的至少一部分由大體上柔性的材料制成。這 方面使本發明的轉子具有更大的使用靈活性，這將在下文作更好的說明。
[0020] 根據本發明的又一個方面，所述至少一個自由度可包括所述固平臺與所述轉子裝 置的轉子之間的距離。
[0021] 根據本發明的另一個方面，所述至少一個自由度可包括調節浸沒在所述流體中的 所述轉子裝置的轉子部分的體積與沒有浸沒在所述流體中的轉子部分的體積之比值。
[0022] 根據本發明的另一個方面，所述水力發電機可包括調節裝置，用于調節所述固定 平臺相對于地面的高度和/或傾斜度。
[0023] 本發明還敘述了一種通過水力發電機將水道的水的動能轉換成電能的方法，其 中，所述水力發電機設有用于將流體的動能轉換成電能的轉子裝置，通過相應的用于調節 位置的調節裝置使所述轉子裝置相對于固定平臺移動至少一個自由度，所述用于調節位置 的調節裝置約束于所述固定平臺。具體地說，所述方法包括以下步驟：
[0024] a)穩定地安裝所述固定平臺；
[0025] b)以受控的方式調節水力發電機的轉子裝置的位置，以至少使所述轉子裝置的轉 子軸線相對于水流方向定向，并且將所述轉子裝置設置成半浸沒于水道的流體中。
[0026] 根據本發明的另一個方面，所述調節所述轉子裝置的位置的步驟可包括調節所述 轉子與所述固定平臺之間的距離。
[0027] 根據本發明的另一個方面，所述調節所述轉子裝置的位置的步驟可包括調節浸沒 在流體中的轉子部分的體積與沒有浸沒在流體中的轉子部分的體積之比值。
[0028] 根據本發明的另一個方面，上述方法可包括調節所述固定平臺相對于地面的高度 和/或傾斜度。
[0029] 根據本發明的又一個方面，上述方法可包括相對于水的主流動方向調節所述固定 平臺的位置。
【附圖說明】
[0030] 本發明的進一步特征和優點將通過以下的敘述并結合附圖而變得更加顯而易見， 以下敘述僅以說明為目的而并非對本發明作限制，其中：
[0031] 圖1是根據本發明的水力發電機的實施例的示意前視圖；
[0032] 圖2是圖1所示的發電機的示意平面圖；
[0033] 圖3是根據本發明的水力發電機的替代實施例的示意前視圖；
[0034] 圖4是圖3所示的水力發電機的示意平面圖；
[0035] 圖5是圖3所示的水力發電機的轉子葉片進入水中的示意圖；
[0036] 圖6是根據本發明水力發電機的又一個實施例的示意前視圖；
[0037] 圖7是根據本發明的又一個實施例的示意平面圖。
【具體實施方式】
[0038] 參照圖1和圖2,水力發電機1 (在下文稱為發電機1)由用于將發電機1約束于地 面11的固定平臺2、以及用于轉換水道10的流體10A(在下文稱為水10A)的動能的轉子裝 置3組成。平臺2的結構適于將機器穩定地錨定到地面，以及與此同時支承轉子裝置3并 且抵消作用在轉子裝置3它們本身上的力。
[0039] 在附圖所示的實施例中，該結構由一組梁元件2A、2B和2C組成，甚至，明確的是， 有可能是不同的結構形狀。發電機1包括用于調節轉子裝置3的位置且約束于固定平臺2 的調節裝置4、5、6。調節裝置4、5、6為轉子裝置3提供至少一個自由度。具體地說，調節裝 置4、5、6允許改變至少轉子裝置3的軸線A相對于水IOA的主流動方向