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1、10申请公布号CN101939535A43申请公布日20110105CN101939535ACN101939535A21申请号200980104076622申请日2009020508002074620080205EPF03B11/06200601F03B13/08200601F03B13/2620060171申请人欧鹏海德洛集团有限公司地址爱尔兰都柏林72发明人詹姆斯艾夫斯保罗顿纳74专利代理机构北京康信知识产权代理有限责任公司11240代理人余刚吴孟秋54发明名称具有漂浮转子的水电涡轮机57摘要本发明涉及一种水电涡轮机，其包括定子以及容纳在定子内以进行旋转的无轴转子，定子限定其中保持有转子的。
2、开口或沟道，并且，该沟道的尺寸形成为允许转子进行轴向旋转以及沿着开口的周向的位移，从而，在运转过程中，转子相对于定子呈现基本为内摆线的运动。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010080486PCT申请的申请数据PCT/EP2009/0007932009020587PCT申请的公布数据WO2009/098057EN2009081351INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页CN101939538A1/1页21一种水电涡轮机，包括定子和无轴转子，所述定子限定其中容纳有所述转子以进行旋转的开口；其特征在于，所述开口的形状和尺寸形成为允许所。
3、述转子进行围绕所述转子的中心轴线的旋转以及在与所述转子旋转的方向相反的方向上沿着所述开口的周向的位移。2根据权利要求1所述的水电涡轮机，其中，所述开口的形状和尺寸形成为允许所述转子进行基本为内摆线的运动。3根据前述权利要求中任一项所述的水电涡轮机，包括基于轮缘的发电机，所述发电机包括位于所述定子上的一批线圈以及位于所述转子上的对应的一批磁体。4根据前述权利要求中任一项所述的水电涡轮机，包括将所述转子支撑在所述定子内的一组轴承，所述轴承包括位于所述定子和所述转子中的一者或另一者上的一批轴承单元以及位于所述定子和所述转子中的另一者上的对应轴颈。5根据权利要求4所述的水电涡轮机，其中，所述轴承单元设。
4、计为在使用过程中经受磨损。6根据权利要求4或5所述的水电涡轮机，其中，相邻的轴承单元之间设置有间隙。7根据权利要求4至6中任一项所述的水电涡轮机，包括至少一个传感器，所述传感器嵌在对应的至少一个轴承单元中并适于发出所述轴承单元的预定磨损等级的信号。8根据权利要求4至7中任一项所述的水电涡轮机，其中，这组轴承定位成使得其在所述涡轮机的运转过程中暴露于地表水。9根据前述权利要求中任一项所述的水电涡轮机，其中，所述转子至少部分地由有浮力的材料制成。10根据前述权利要求中任一项所述的水电涡轮机，其中，所述定子包括环形沟道，所述环形沟道限定所述开口并将所述转子保持于其中以进行旋转。11根据前述权利要求中。
5、任一项所述的水电涡轮机，其中，所述转子包括敞开式中心。12根据前述权利要求中任一项所述的水电涡轮机，其中，所述转子和所述定子适于允许所述转子进行双向旋转。权利要求书CN101939535ACN101939538A1/5页3具有漂浮转子的水电涡轮机技术领域0001本发明涉及一种水电涡轮机，具有定子和无轴转子，容纳转子以使其在定子内旋转并允许其在定子内进行基本为内摆线HYPOCYCLOIDAL的运动。背景技术0002本发明总的来说涉及通过利用水的流动来发电的涡轮机领域，更具体地涉及这样的装置其中，水的潮汐流动导致具有设置在大环形壳体内的环形外轮缘的大叶轮型转子的旋转。0003虽然大多数涡轮机被构造。
6、为具有叶片或转子安装于其上的中心旋转轴，但是也已知制造敞开中心式OPENCENTERED涡轮机，也叫做装有轮缘的涡轮机。具有敞开中心式转子其中，内外环孔或环形轮缘之间安装有叶片，并且其中，能量通过外轮缘传递至保持转子的环形壳体的涡轮机在低压头情形中即，在较慢的水流中会尤其成功。0004开中心式、装有轮缘的涡轮机的实例可在以下专利中看到1997年1月14日公布的美国专利NO5,592,816并于2003年12月2日以RE38,336再次公布、2003年11月18日公布的美国专利NO6,648,589、2004年5月4日公布的美国专利NO6,729,840、以及2005年2月10日公开的美国专利申。
7、请公开US2005/0031442序列号NO10/633,865。在低压头潮汐流情形中使用的水电涡轮机的实例可在以下专利中看到属于HEUSS等人的美国专利NO4,421,990、属于VAUTHIER的美国专利NO6,168,373和NO6,406,251、属于SUSMAN等人的英国专利申请NOGB2,408,294、以及属于DAVIS等人的世界知识产权组织国际公开WO03/025385。0005液体动力的涡轮机被看作是利用矿物燃料或原子能的发电站的环保替代物。当利用水来大规模发电而能够为大工业中心、城镇、城市等供电时，必须提供大量的涡轮机，并且涡轮机必须在可行的前提下尽可能得大，以使每个涡轮机。
8、产生的电力的量最大化。这些涡轮机的转子叶片的长度为数米，对于一些实验性设计，叶片的长度超过50米。0006当转子叶片的长度增加时，存在结构和制造的挑战，这在较小的涡轮机或发电机中不会碰到。对于装有轴的涡轮机，难于提供既牢固又轻的长叶片。在一种解决方案中，装有轴的涡轮机的叶片设置有外环形轮缘，该外环形轮缘装在环形壳体内，从而通过轴和轮缘为叶片提供支撑。可替代地，没有中心轴的装有轮缘的涡轮机通过为叶片的内外端提供环形支撑来为此问题提供解决方案，外支撑轮缘保持在具有环形沟槽或沟道的壳体内。在典型的发电装置中，沿着环形支撑轮缘间隔有大量的磁体，并且，沿着定子壳体中的接收沟道间隔有大量的线圈。通过转子磁。
9、场系统建立的磁场横穿将转子与定子隔开的间隙。转子的旋转导致与线圈的磁链MAGNETICFLUXLINKAGE变化，在线圈中感生电磁力。0007因为转子的环形外轮缘接收在定子壳体中的沟道内，所以由液体运载的碎片可捕获在沟道内。碎片的任何显著堆积都将干扰转子的旋转，并可导致损坏。碎片的堆积在低压头情形中例如，对于潮汐流发电机可能是最难以解决的，因为碎片更容易从相对缓慢移动的水沉淀到壳体沟道中。说明书CN101939535ACN101939538A2/5页40008本发明的一个目的是为具有设置在转子叶片上的环形外轮缘的涡轮机提供改进的结构，外轮缘保持在设置于定子中的沟道内，从而减小涡轮机的轴承上的启。
10、动摩擦，并且使得在使用过程中轴承被清洗且冷却，以提供改进的性能。发明内容0009因此，本发明提供了一种水电涡轮机，包括定子和无轴转子，定子限定其中容纳有转子以进行旋转的开口；其特征在于，开口的形状和尺寸形成为允许转子进行围绕转子的中心轴线的旋转以及在与转子旋转的方向相反的方向上沿着开口的周向的移动。0010优选地，开口的形状和尺寸形成为允许转子进行基本为内摆线的运动。0011优选地，涡轮机包括基于轮缘的发电机，该发电机包括位于定子上的一批ANARRAYOF线圈和位于转子上的对应的一批磁体。0012优选地，涡轮机包括将转子支撑在定子内的一组轴承，这些轴承包括位于定子和转子中的一者或另一者上的一批。
11、轴承单元以及位于定子和转子中的另一者上的对应轴颈。0013优选地，轴承单元设计为在使用过程中经受磨损。0014优选地，相邻的轴承单元之间设置有间隙。0015优选地，涡轮机包括至少一个传感器，该传感器嵌在对应的至少一个轴承单元中并适于发出轴承单元的预定磨损等级的信号。0016优选地，这组轴承定位成使得其在涡轮机的运转过程中暴露于地表水。0017优选地，转子至少部分地由有浮力的材料制成。0018优选地，定子包括环形沟道，该环形沟道限定开口并将转子保持于其中以进行旋转。0019优选地，转子包括敞开式OPEN中心。0020优选地，转子和定子适于允许转子进行双向旋转。0021如文中所使用的，术语“轴向旋。
12、转”旨在表示本体例如，水电涡轮机的转子围绕本体的纵向轴线的旋转。0022如文中所使用的，术语“位移”旨在表示本体例如，水电涡轮机的转子沿着路径例如，弯曲的或圆形路径的移动或位移。0023如文中所使用的，术语“内摆线的”旨在表示一个旋转本体在基本为圆形的开口内的运动，该开口的直径大于旋转本体的外径，从而允许旋转本体围绕其自己的中心轴线旋转，而同时在开口的周向周围移动。附图说明0024图1示出了根据本发明的优选实施方式的水电涡轮机的透视图；0025图2示出了图1的涡轮机的定子形成部分的透视图；0026图3示出了图1的涡轮机的转子形成部分的透视图；0027图4示出了图1的涡轮机的截面侧视图；0028。
13、图5示出了图4的截面侧视图，涡轮机的转子相对于图4的转子处于前面的位置。说明书CN101939535ACN101939538A3/5页5具体实施方式0029现在参照附图，示出了根据本发明的优选实施方式的、且整体用10表示的水电涡轮机，该水电涡轮机适于依靠其部件在使用过程中的新运动来提供改进的运转。涡轮机10包括定子12和转子14，该定子在使用中例如固定至海底，该转子被限制为在定子12内旋转，如下文中将详细描述的。0030如图3所示，转子14包括基本为圆形的内轮缘16，限定敞开式中心；基本为圆形的外轮缘18；以及一批叶片20，固定在内轮缘16与外轮缘18之间。然而，从以下对涡轮机10的运转的描述。
14、应理解，叶片20的构造和/或数量、以及内轮缘16的提供对于本发明的运转来说不是必要的，并且可进行修改，但仍保持本发明的功能。0031参照图2，在所示优选实施方式中，定子12限定基本为环形的沟道22形式的开口，在使用中，转子14的外轮缘18位于该沟道内，如图1所示。沟道22的宽度的尺寸形成为将外轮缘18接收于其中，同时防止转子14响应于潮汐流在其中进行不想要的前/后移动，沟道22优选地设置有机械轴承和/或磁轴承未示出，以将转子14保持在轴向方向上。虽然未示出，但是涡轮机10设置有基于轮缘的发电机未示出，该发电机包括作为必要部件的设置在外轮缘18和沟道22中的一者或另一者上的一批线圈未示出、以及设。
15、置在外轮缘18和沟道22中的另一者上的对应的一批磁体。在使用中，当转子14响应于通过其的潮汐流而旋转时，上述磁体和线圈相对于彼此移动，从而以已知的方式在每个线圈中产生电流。0032现在参照图4，为了减小转子14与定子12之间在径向方向上的摩擦，沟道22以及例如由不锈钢等制成的、且环绕外轮缘18的轴颈未示出中以一批轴承单元未示出的形式设置有一组轴承。轴承单元可能是传统轴承座、辊子或任何其它适当的功能等效物的形式。还应理解，各个轴承单元可通过在连续的周向轴承周围间隔一定距离地加工出凹槽而形成，以有效地限定各个轴承单元或轴承座。由外轮缘18位于其中的沟道22限定的开口的形状和尺寸形成为使得轴承单元位。
16、于其中，以允许转子14在沟道22内进行非同心的旋转，如下文中详细描述的。0033由于沟道22相对于转子14的过大直径，外轮缘18或更具体地，轴颈在任一时刻仅接触一小弧段的轴承单元，因此，剩下的轴承单元暴露于流过涡轮机10的地表水。在启动时，由于转子14的静态重量STATICWEIGHT，轴颈将接触定子12上的最下方的轴承单元。然而，如果转子14是有浮力的，那么这就可能不是这样。例如，如果转子14不止是具有中性浮力的，那么，当静止时其将与定子12上的最上方的轴承单元接触，并将对定子12施加向上的推力。然而，不管转子14的浮力如何，当潮汐开始流过转子14时，转子都将开始围绕其中心轴线旋转。然而，当。
17、转子14关于其轴线旋转时，结果，其将在与转子14旋转的方向相反的方向上逐渐围绕沟道22移动。因此，例如，如果潮流是这样以使得转子14在如由图4中的箭头A所指出的顺时针方向上关于其轴线旋转，那么，轴颈与轴承单元之间的接触将导致转子14围绕沟道22的周向在逆时针方向上移动或拉动其自身。参照图5，能够看到，相对于图4所示的起始位置，转子14已将其自身拉动到围绕沟道22的周向的路线的大约四分之一的位置。虽然轴颈与轴承单元之间将具有显著的滑动，但是转子14的组合运动最紧密地接近内摆线运动，并且，下文中叫做“基本为内摆线的运动”。为了允许这种基本为内摆线的运动，应理解，虽然由内轮缘16限定的敞开式中心不是。
18、必要的，但是并非必须将转子14安装在中心轴上，因为这将转子14限制为围绕轴的旋转，并将不允许转子14围说明书CN101939535ACN101939538A4/5页6绕沟道22的周向移动。0034应理解，当潮汐反向时，转子14现在将在相反的方向上关于其轴线旋转，结果，将围绕沟道22的周向同样在相反的方向上移动或拉动其自身。在潮汐改变方向且结果转子关于其轴线稍微旋转或不旋转的过程中，转子14可能朝着沟道22的底部再次向下移动，如图4所示。0035转子14的基本为内摆线的运动在涡轮机10的运转过程中产生大量优点。由于转子14在任一时刻仅接触少量的轴承单元，所以剩下的轴承单元暴露于通过涡轮机10的水。
19、的潮汐流，从而允许这些轴承单元既通过流动的水冷却又冲掉可能堆积在轴承单元上或其间的任何碎片等。当转子14围绕沟道22移动时，每个轴承单元将相继暴露于地表水，从而允许依次对所有轴承单元的冷却和清洗。另外，大直径沟道22内的转子14的构造导致转子14与沟道22之间的间隙，该间隙朝着转子14与轴承单元之间的接触区域向下逐渐变小。结果，在轴颈与轴承单元之间标记为B的空间中，相对于转子14的旋转方向位于其间的接触点的正上游，沟道22中的水在朝着轴颈与轴承单元之间的接触区域驱动并进入该接触区域时将压缩。空间B中的水的这种增压将在轴承单元与轴颈之间且于接触位置产生流体动力效应，从而减小转子14与定子12之间。
20、的摩擦。为了促进该流体动力效应，每个轴承垫的接触面的轮廓可构造为或以其他方式修改为使该流体动力效应最大化。0036通过提供由沟道22限定的相对于转子14的过大开口，为了允许上述基本为内摆线的运动，使得涡轮机10能够抵抗热膨胀/收缩和由于由此受到的潮汐力而产生的挠曲或变形。在任意给定的运转地点，涡轮机10可能受到温差，这将导致定子12和转子14的热膨胀/收缩。另外，由潮汐流施加在涡轮机10上的很大的力将导致涡轮机10尤其是转子14的一些挠曲或变形。沟道22相对于转子14的过大尺寸将允许涡轮机10的热膨胀/收缩和变形，而不会导致定子12内的转子14的束缚或制动/减慢。0037如上所述，涡轮机10设。
21、置有基于轮缘的发电机未示出，该发电机具有设置在外轮缘18和沟道22中的一者或另一者上的多个线圈和对应的多个磁体。当转子14旋转时，线圈与磁体之间的相对运动导致发电。磁体未示出的磁场贯穿转子14与定子12之间的水口，以切入线圈并在其中感生电流。当水口在定子14和沟道22的周向周围的尺寸改变时，切入相应线圈的磁场的强度也将改变。水口越大，切入线圈的磁场强度越小，因此，那些线圈中感生的电流越小。因此，当转子14围绕沟道22的周向移动时，由设置在涡轮机10周围的各个线圈产生的电流将变化。因此，优选地，对来自每个线圈的电流在组合之前进行整流，因为以这种方式组合直流电远不及变化的交流电的组合难以解决。因此。
22、，在涡轮机10的最优选实施方式中，每个线圈未示出均设置有用于对其中感生的电流进行整流的装置，优选地，为邻近每个线圈设置的专用整流器的形式。0038由于每个轴承单元在使用过程中均被持续地冷却和清洗，所以其将受到更少的磨损。然而，轴承单元将仍然受到一些磨损。涡轮机10的运转仍然能承受这种磨损，这将仅导致转子14围绕沟道22移动所沿路径的周向的略微增加，而将不会导致与将传统的同心旋转的转子限制在传统的一组轴承内的情况一样的松动或不恰当装配的转子14。涡轮机10可仍然设置有以预定深度嵌在一个或多个轴承单元内的一个或多个磨损传感器未示出。这样，一旦轴承单元向下磨损至传感器未示出，那么可产生将指示轴承单元已经磨损至需要维修或更换的程度的信号。说明书CN101939535ACN101939538A5/5页70039因此，应理解，允许转子14进行基本为内摆线的运动的涡轮机10的设计，提供了超出传统设备的大量显著优点，尤其是轴承的冷却和清洗。说明书CN101939535ACN101939538A1/4页8图1说明书附图CN101939535ACN101939538A2/4页9图2说明书附图CN101939535ACN101939538A3/4页10图3说明书附图CN101939535ACN101939538A4/4页11图4图5说明书附图CN101939535A。