安裝在水道內(nèi)的水力發(fā)電機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適于安裝在水道內(nèi)的具有半潛式轉(zhuǎn)子的水力發(fā)電機。半潛式轉(zhuǎn)子 意指只有一部分轉(zhuǎn)子的葉片是浸沒在水道內(nèi)。
[0002] 更具體地說，本發(fā)明涉及一種適于安裝在低水流速度的河流內(nèi)的水力發(fā)電機。
【背景技術】
[0003] 眾所周知，水力發(fā)電機是一種將流體的動能轉(zhuǎn)換成電能的機械，通常是通過由轉(zhuǎn) 子驅(qū)動的交流發(fā)電機來實現(xiàn)，該轉(zhuǎn)子再通過作用于轉(zhuǎn)子本身的流體而轉(zhuǎn)動。此外，公知的是 轉(zhuǎn)移到機械的動能與質(zhì)量成比例，并且與由轉(zhuǎn)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(shù)，即轉(zhuǎn)子攔截的流體質(zhì)量。
[0004] 第一種增加這種參數(shù)的方法包括將轉(zhuǎn)子完全地浸沒，優(yōu)選地將發(fā)電機固定在河床 上。這種方法確保了有較大的轉(zhuǎn)子表面與流體接觸，但是在設計、安裝和保養(yǎng)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(huán)境中。此外，為了確保 帶已浸沒的轉(zhuǎn)子的發(fā)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(zhuǎn)子能夠完全浸沒在安全的環(huán)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(nèi)的水力發(fā)電機，其中，轉(zhuǎn) 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(fā)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(zhuǎn)子不能被完全浸沒，為了增加由發(fā)電機的轉(zhuǎn)子攔截的流體質(zhì)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(nèi)，具體地說在相對于水道本身的橫向方向 上，有龐大的發(fā)電機主體。另外，具有大尺寸的半潛式轉(zhuǎn)子的機械還會涉及發(fā)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(yǎng)。
[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(zhuǎn)子，涉及轉(zhuǎn)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(fā)電機的效率 較低和高噪音。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的一個目的是提供一種具有半潛式轉(zhuǎn)子的水力發(fā)電機，其允許在主體相對 小的情況下產(chǎn)生高功率。
[0009] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有半潛式轉(zhuǎn)子的水力發(fā)電機，其操作時噪音 低。
[0010] 本發(fā)明進一步目的是提供一種具有半潛式轉(zhuǎn)子的水力發(fā)電機，其能夠用于流體的 流動速度低的水道中。
[0011] 本發(fā)明的這些和其它目的通過提供根據(jù)權利要求1所述的水力發(fā)電機來實現(xiàn)。優(yōu) 選的方面在從屬權利要求中陳列。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一種適于安裝在水道內(nèi)具有半潛式轉(zhuǎn)子的水力發(fā)電機包括固定平 臺、用于將流體的動能轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)子裝置，所述水力發(fā)電機還包括用于調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子 裝置的位置的調(diào)節(jié)裝置。用于調(diào)節(jié)位置的所述調(diào)節(jié)裝置約束于所述固定平臺，并且使所述 轉(zhuǎn)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(nèi)的水體的主流動 方向至少改變轉(zhuǎn)子的軸線的方向。
[0013] 由于這種方案，能夠當轉(zhuǎn)子裝置與流體接觸時簡單地且有效地改變轉(zhuǎn)子裝置的入 射角，從而根據(jù)發(fā)電機的多種可能的操作情況下優(yōu)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(fā)電機仍能夠從水道得到高功率。
[0014] 因此，本發(fā)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(diào)節(jié)裝置提供了受控的運動。能夠采用閉環(huán)控制，即是通過檢測操作數(shù)據(jù)和 作用于所述調(diào)節(jié)裝置上，從而將所述轉(zhuǎn)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(zhí)行開環(huán)控制，根據(jù)該開環(huán)控制，所述調(diào)節(jié)裝置能 夠以受控的方式被驅(qū)動，從而將所述轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的尺寸，再有利地限制了水力發(fā)電機的噪音。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述轉(zhuǎn)子裝置能夠設有至少一個葉片，所述葉片具有沿 著所述轉(zhuǎn)子的軸線以大體上螺旋形延伸的輪廓。
[0018] 根據(jù)本發(fā)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(wěn)定地錨定 到地面的錨定裝置。
[0019] 根據(jù)本發(fā)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(fā)明的轉(zhuǎn)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(jù)本發(fā)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(zhuǎn)子裝 置的轉(zhuǎn)子之間的距離。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述至少一個自由度可包括調(diào)節(jié)浸沒在所述流體中的 所述轉(zhuǎn)子裝置的轉(zhuǎn)子部分的體積與沒有浸沒在所述流體中的轉(zhuǎn)子部分的體積之比值。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述水力發(fā)電機可包括調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)所述固定 平臺相對于地面的高度和/或傾斜度。
[0023] 本發(fā)明還敘述了一種通過水力發(fā)電機將水道的水的動能轉(zhuǎn)換成電能的方法，其 中，所述水力發(fā)電機設有用于將流體的動能轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)子裝置，通過相應的用于調(diào)節(jié) 位置的調(diào)節(jié)裝置使所述轉(zhuǎn)子裝置相對于固定平臺移動至少一個自由度，所述用于調(diào)節(jié)位置 的調(diào)節(jié)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(wěn)定地安裝所述固定平臺；
[0025] b)以受控的方式調(diào)節(jié)水力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子裝置的位置，以至少使所述轉(zhuǎn)子裝置的轉(zhuǎn) 子軸線相對于水流方向定向，并且將所述轉(zhuǎn)子裝置設置成半浸沒于水道的流體中。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子裝置的位置的步驟可包括調(diào)節(jié)所述 轉(zhuǎn)子與所述固定平臺之間的距離。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子裝置的位置的步驟可包括調(diào)節(jié)浸沒 在流體中的轉(zhuǎn)子部分的體積與沒有浸沒在流體中的轉(zhuǎn)子部分的體積之比值。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，上述方法可包括調(diào)節(jié)所述固定平臺相對于地面的高度 和/或傾斜度。
[0029] 根據(jù)本發(fā)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(diào)節(jié)所述固定 平臺的位置。
【附圖說明】
[0030] 本發(fā)明的進一步特征和優(yōu)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(fā)明作限制，其中：
[0031] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的水力發(fā)電機的實施例的示意前視圖；
[0032] 圖2是圖1所示的發(fā)電機的示意平面圖；
[0033] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的水力發(fā)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(fā)電機的示意平面圖；
[0035] 圖5是圖3所示的水力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子葉片進入水中的示意圖；
[0036] 圖6是根據(jù)本發(fā)明水力發(fā)電機的又一個實施例的示意前視圖；
[0037] 圖7是根據(jù)本發(fā)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(fā)電機1 (在下文稱為發(fā)電機1)由用于將發(fā)電機1約束于地 面11的固定平臺2、以及用于轉(zhuǎn)換水道10的流體10A(在下文稱為水10A)的動能的轉(zhuǎn)子裝 置3組成。平臺2的結構適于將機器穩(wěn)定地錨定到地面，以及與此同時支承轉(zhuǎn)子裝置3并 且抵消作用在轉(zhuǎn)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(fā)電機1包括用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子裝置3的位置且約束于固定平臺2 的調(diào)節(jié)裝置4、5、6。調(diào)節(jié)裝置4、5、6為轉(zhuǎn)子裝置3提供至少一個自由度。具體地說，調(diào)節(jié)裝 置4、5、6允許改變至少轉(zhuǎn)子裝置3的軸線A相對于水IOA的主流動方向