專利名稱：雙向潮汐流式水電渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及從流體流動(dòng)(空氣或水)產(chǎn)生電力的渦專侖才幾或 發(fā)電設(shè)備的領(lǐng)域，更具體地涉及這樣的設(shè)備，其中流體流動(dòng)引起螺 旋槳型轉(zhuǎn)子或葉輪型轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)傳遞至發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生 電力。進(jìn)而更具體地，本發(fā)明涉及這樣的設(shè)備，其中轉(zhuǎn)子是能夠響 應(yīng)于在漲潮和退潮中遇到的水流方向而沿兩個(gè)方向的<壬一個(gè)方向》走
壽爭(zhēng)的中央開(kāi)口式(open center ) 4爭(zhēng)子。
背景技術(shù)：
用水電渦輪機(jī)或風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生電力是公知的。流體流動(dòng)可1起 螺旋槳型轉(zhuǎn)子或葉片的旋轉(zhuǎn)。對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)，設(shè)備位于具有穩(wěn)定 氣流的區(qū)i或中，并且典型地，設(shè)備旋轉(zhuǎn)以在最佳方向中定向,人而獲 取風(fēng)能。對(duì)于水電渦輪機(jī)，設(shè)備通常放置在快速流動(dòng)的水流中，典 型地作為水壩結(jié)構(gòu)的一部分。這種水流條件;故稱為高水頭(high head )條件。
盡管大多數(shù)渦輪機(jī)被構(gòu)造為具有中心旋轉(zhuǎn)軸(該中心旋轉(zhuǎn)軸由 油潤(rùn)滑軸承固定在適當(dāng)位置處，且其上安裝有葉片或轉(zhuǎn)輪 (mnner ) )， ^f旦已經(jīng)發(fā)現(xiàn)中央開(kāi)口式渦4侖才幾構(gòu)造可具有裝有中心軸 的渦輪才幾所不具備的好處。具有中央開(kāi)口式轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)在4氐水頭 條件下(即較慢的水流中)是成功的，在這種渦輪機(jī)中，葉片安裝 在內(nèi)環(huán)形圈與外環(huán)形圈之間，或者安裝在內(nèi)環(huán)形輪緣與外環(huán)形輪緣 之間，并且能量通過(guò)外輪緣傳遞。這歸結(jié)為幾個(gè)原因，包括將中心軸和集中式葉片部分去除減少了阻力；由于重量減小了，所以可 以制造更大直徑的轉(zhuǎn)子，從而增大接觸低水頭流的表面面積。在水 電應(yīng)用中的中央開(kāi)口式渦輪機(jī)的另 一個(gè)好處是，由于通過(guò)渦輪機(jī)中 心部分的水流沒(méi)有一皮葉片阻擋，所以魚(yú)可以穿過(guò)。這種中央開(kāi)口式 渦輪機(jī)的實(shí)例可以在1997年1月14日7>布的美國(guó)專利No. 5，592,816 (該專利于2003年12月2日再公布為RE 38，336 )、 2003 年ll月18日公布的美國(guó)專利No. 6,648,589、 2004年5月4日7>布 的美國(guó)專利No. 6，729，840、以及2005年2月10日7>布的美國(guó)專利 申請(qǐng)公開(kāi)US2005/0031442 (序列號(hào)10/633,865 )中看到。
因?yàn)檫@些渦輪機(jī)中的流體流動(dòng)是單向的，所以施加至葉片和轉(zhuǎn) 子的力也是單向的。因此，由于流動(dòng)將4又在一個(gè)方向上施加壓力， 到目前為止只需要解決轉(zhuǎn)子的順流側(cè)或順風(fēng)側(cè)(此處，外輪緣由殼 體保持)的摩擦問(wèn)題。在中央開(kāi)口式渦輪機(jī)中，外輪緣的后緣必須 由殼體支撐，而外輪緣的前緣不經(jīng)受順流或順風(fēng)的壓力。
經(jīng)受雙向流體流動(dòng)的渦4侖才幾的實(shí)例可以在Heuss等的美國(guó)專利 No. 4,421,990、 Vauthier的美國(guó)專矛J No. 6,168,373、 Vauthier的美國(guó) 專利No. 6,406,251、 Susman等的英國(guó)專利No. 2,408,294以及Davis 等的WIPO國(guó)際公開(kāi)WO 03/025385中看到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在雙向水流中可操作的、不需要 渦輪機(jī)的實(shí)體(physical)反轉(zhuǎn)的水電渦輪機(jī)或發(fā)電設(shè)備，其中雙向 流動(dòng)包括在一個(gè)方向上經(jīng)過(guò)一定時(shí)間周期的流動(dòng)和在相反方向上經(jīng) 過(guò)一段相繼的時(shí)間周期的反向流動(dòng)。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供能 夠在雙向潮沙流應(yīng)用中產(chǎn)生電力的渦輪機(jī)。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是 提供這樣的渦輪機(jī)，其中轉(zhuǎn)子能在軸向方向上移動(dòng)，尤其是當(dāng)水潤(rùn) 滑的軸向軸承磨損時(shí)能夠在軸向方向上移動(dòng)，以使得能大幅度地延輪機(jī)的運(yùn)行周期。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提 供這樣的渦輪機(jī)，其中轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)的軸向移動(dòng)允許落在轉(zhuǎn)子與殼 體之間的碎片可以被帶走。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供這樣的渦輪 機(jī)，其中轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)的軸向移動(dòng)導(dǎo)致需要更小的力以啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明是一種乂人由潮汐流或其4也雙向逆動(dòng)(reversing)水流梯: 作的渦l侖機(jī)來(lái)產(chǎn)生電力的設(shè)備，其中雙向水流包括在第 一方向上經(jīng) 過(guò)第一時(shí)間周期的流動(dòng)，例如漲潮，繼之以在相反方向上經(jīng)過(guò)一革殳 后續(xù)時(shí)間周期的流動(dòng)，例如退潮，此循環(huán)持續(xù)進(jìn)行。這種水流典型 地是低水頭條件，因?yàn)樗骰蛩囊苿?dòng)不是快速流動(dòng)或集中在一起 的。
本方法包括將中央開(kāi)口式水電渦輪機(jī)或發(fā)電設(shè)備放置在潮汐流 中，從而雙向潮沙流用兩個(gè)方向的4壬一個(gè)方向上的水流來(lái)使渦輪4幾 運(yùn)4亍并產(chǎn)生電力，而不需要將渦4侖才幾的朝向反4爭(zhēng)過(guò)來(lái)。渦4侖才幾包4舌 一個(gè)轉(zhuǎn)子或旋轉(zhuǎn)組件，該轉(zhuǎn)子或旋轉(zhuǎn)組件由安裝在固定殼體內(nèi)的至 少一組旋轉(zhuǎn)葉片或類似的螺旋槳型或葉輪型結(jié)構(gòu)限定，葉片優(yōu)選地 設(shè)置在內(nèi)環(huán)形輪緣與外環(huán)形輪緣之間，從而限定出相對(duì)大的不包含 結(jié)構(gòu)的開(kāi)放中心。水流使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并且這種能量會(huì)傳遞至一個(gè)或多 個(gè)發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電力，或者將轉(zhuǎn)子和殼體本身構(gòu)造成作為發(fā)電4幾來(lái) 使用，其中例如，沿著外專侖^彖的周界(perimeter)方欠置^茲體，而沿 著環(huán)繞外輪緣的殼體的周界放置線圈。
為了處理相反方向上的水流，必須提供軸承或減摩 (anti-friction)裝置，以在流入方向和流出方向上減小外輪緣與殼 體的環(huán)形保持法蘭之間的接觸和摩擦。在優(yōu)選的實(shí)施例中，使用軸 頸，且優(yōu)選地使用水潤(rùn)滑的水下軸承板，以將外輪緣的邊緣與殼體 的保持法蘭之間的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦減到最小。在最優(yōu)選的實(shí)施例中，限制 軸向方向上的移動(dòng)的這些軸承板和/或軸頸具有增加的厚度，從而當(dāng)這些軸7 義/軸頸磨損時(shí)，轉(zhuǎn)子能響應(yīng)于水流的方向而在軸向方向上移 動(dòng)，因而設(shè)備在一段延長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)也能保持運(yùn)行。


圖1是從軸向透視角度看的水電渦輪機(jī)的視圖。
圖2是從垂直于軸向方向看的水電渦輪機(jī)的視圖。
圖3是優(yōu)選實(shí)施例的局部橫截面視圖，示出了構(gòu)成減摩裝置的 軸頸和7jc下軸7 a反。
圖4是類似于圖3示出的實(shí)施例的替代實(shí)施例，其中減摩裝置 包括排斥磁體。
圖5是類似于圖3示出的實(shí)施例的替代實(shí)施例，其中減摩裝置 包括將轉(zhuǎn)動(dòng)能量傳遞至發(fā)電機(jī)的主動(dòng)輪。
圖6是更優(yōu)選的實(shí)施例的局部橫截面視圖，其中限制在軸向方 向上的移動(dòng)的軸承具有增加的厚度。
圖7是類似于圖6的局部橫截面視圖，但是示出了磨損條件下 的軸岸義和在水流方向上移動(dòng)了的轉(zhuǎn)子。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，現(xiàn)在將針對(duì)最佳方式和優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地描述本發(fā) 明。在最一般的意義上，本發(fā)明是用于產(chǎn)生電力的設(shè)備，主要指水 電渦4侖才幾或發(fā)電i殳備，本"i殳備乂人^f氐水頭雙向水流或逆動(dòng)水流(尤其 且主要是由潮汐流引起的雙向水流，即高潮條件與低潮條件之間的 水的周期性移動(dòng))產(chǎn)生電力。如圖1和圖2總體上示出，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是包括大體上 環(huán)形的殼體21的中央開(kāi)口式水電渦輪機(jī)IO。示出的殼體21的構(gòu)造 并不是限制性的，如果除了允許轉(zhuǎn)子31圍繞旋轉(zhuǎn)軸線在兩個(gè)方向上 旋轉(zhuǎn)，以及允許將轉(zhuǎn)動(dòng)能量傳遞至機(jī)械驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)裝置42或?qū)嶋H 參與電力的產(chǎn)生(例如通過(guò)磁體51和線圏52的組合)之外，殼體 21連同其他目的一起實(shí)現(xiàn)了將旋轉(zhuǎn)組件或轉(zhuǎn)子31同心地保持在其 內(nèi)部，與此同時(shí)允許轉(zhuǎn)子31的有限的軸向位移，則也可能采用其他』 的構(gòu)造。殼體21包括第一保持法蘭22和第二保持法蘭23,這兩個(gè) 保持法蘭各自設(shè)置在內(nèi)邊界(periphery )表面24的任一側(cè)上，并且 它們共同配合以限定出一個(gè)限制裝置或保持裝置，將這兩個(gè)保持法 蘭的尺寸確定成允許轉(zhuǎn)子31在沿軸向的兩個(gè)方向的〗壬一個(gè)方向上 進(jìn)行有限的軸向移動(dòng)，優(yōu)選地，這種法蘭22和23實(shí)質(zhì)上是環(huán)形的， 并且每個(gè)法蘭均提供面向轉(zhuǎn)子31的側(cè)面的大體上平面的內(nèi)表面。可 替代地，保持法蘭22和23不需要是連續(xù)部件。
法蘭22與23之間的最小距離由外輪緣33的軸向尺寸決定， 同時(shí)考慮任何存在的減摩裝置，例如設(shè)置在轉(zhuǎn)子31和殼體21上的 軸頸71或軸承72,從而轉(zhuǎn)子外壽侖緣33可容納于殼體21的通道內(nèi)。 在圖3至圖5示出的實(shí)施例中，保持法蘭22與23之間的內(nèi)部距離 (該距離限定轉(zhuǎn)子31在軸向方向上的最大移動(dòng)距離M又稍微超過(guò)環(huán) 形外4侖纟彖33在軸向方向上的尺寸，/人而允i午凈爭(zhēng)子31的軸向移動(dòng)， 4旦是此移動(dòng)仍相對(duì)i也受到限制。相反i也，在圖6和圖7示出的實(shí)施 例中，法蘭22與23之間的在軸向方向上的距離比容納環(huán)形外輪緣 33所需要的最小距離大很多，從而允許轉(zhuǎn)子31在軸向方向上進(jìn)行 更大的移動(dòng)。
旋轉(zhuǎn)組件或轉(zhuǎn)子31包括一個(gè)內(nèi)環(huán)形輪緣部件32和一個(gè)外環(huán)形 輪緣部件33。多個(gè)轉(zhuǎn)輪或葉片部件34在內(nèi)輪緣32與外輪緣33之 間延伸，這些葉片34以7>知的方式形成角度或4丑曲，乂人而在沿軸向的兩個(gè)潮汐流方向99的任一個(gè)方向上的流體運(yùn)動(dòng)均引起轉(zhuǎn)子31的 旋轉(zhuǎn)。這些葉片34的具體凄t量、構(gòu)造和材料組成可以改變，但是伊C 選地，盡量將葉片34構(gòu)造成輕型的，而不過(guò)分犧牲結(jié)構(gòu)的完整性。
內(nèi)輪緣32限定了相對(duì)大的開(kāi)放中心35,該開(kāi)放中心在低水頭 條件下增加了水電渦4侖機(jī)10的效率，由于對(duì)轉(zhuǎn)子31的支撐繞著外 輪緣33的邊界分散，而不是集中在中心軸處。這使得能夠?qū)んw 21和轉(zhuǎn)子31構(gòu)造為具有比可能用軸安裝的轉(zhuǎn)子更大的直徑，從而 允許葉片部件34的總表面面積的急劇增加，這使得水電渦輪機(jī)10 能夠在低水頭條件下運(yùn)行良好。
在圖3示出的優(yōu)選實(shí)施例中，殼體21和轉(zhuǎn)子31共同確定了用 于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)。這可以通過(guò)圍繞外輪緣33的外邊界放置多個(gè) 磁體51并且圍繞殼體21的內(nèi)邊界表面24放置多個(gè)線圈52來(lái)實(shí)現(xiàn)， 從而殼體21實(shí)際上變成了發(fā)電機(jī)的定子。轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)使磁體51 才黃穿線圈52， /人而以7>知的方式產(chǎn)生電力。
除了由水本身提供的潤(rùn)滑之外，提供減摩裝置以將轉(zhuǎn)子31與殼 體21之間的摩擦阻力降到最小也是很重要的。在優(yōu)選的實(shí)施例中， 這通過(guò)結(jié)合4吏用一些軸頸部件71和一些軸岸義72來(lái)實(shí)王見(jiàn)，例如圖3 所示的水潤(rùn)滑的水下軸承板。通過(guò)將一些軸承定位在轉(zhuǎn)子的外輪緣 上，則軸承表面增加，并且因此軸7K上每平方英寸的壓力減小至水 潤(rùn)滑軸承可以使用的程度。
如所示的，這些軸頸71安裝在外4侖桑彖33的流入邊纟彖和流出邊 緣處，并且這些水下軸承板72安裝在殼體21和保持法蘭22及23 的內(nèi)邊界上，1"旦是軸頸和軸7 a反的安裝位置可以反過(guò)來(lái)。應(yīng)該理解 的是，術(shù)語(yǔ)"流入"和"流出"在本申請(qǐng)中是相對(duì)的術(shù)語(yǔ)，它們?nèi)?決于穿過(guò)渦4&才幾10的水流的方向，該方向?qū)嵸|(zhì)上是雙向的。顯而易 見(jiàn)地，同樣的相對(duì)性也將適用于諸如"上游"和"下游"等術(shù)語(yǔ)。軸向軸頸71a對(duì)應(yīng)于軸向軸^ 義或止推軸承72a，并且它們一起控制 轉(zhuǎn)子31在軸向方向上的移動(dòng)。徑向軸頸71b和徑向軸岸義72b共同 控制轉(zhuǎn)子在徑向方向上的移動(dòng)。軸頸71由相對(duì)^f氐摩^^的材料組成， 例如不銹鋼或類似材料，并且水下軸承板72類似地也由相對(duì)低摩標(biāo)_ 的材料組成，諸如聚合物，例如，特氟綸、陶瓷或類似物。這些部 件，以及設(shè)備中的所有部件，都必須抵抗鹽水和其他環(huán)境損害，因 為本發(fā)明的使用將典型地將這些部件暴露至這樣的環(huán)境中，尤其是 典型地包括鹽水或含鹽的水的潮沙流。這些軸頸71和水下軸7f^反 72共同減小了徑向方向和兩個(gè)軸向方向上的摩"l察和阻力，從而最小 程度地阻礙轉(zhuǎn)子31相對(duì)于殼體21的旋轉(zhuǎn)。
由于允i午壽爭(zhēng)子31響應(yīng)于潮汐;危在4壬一方向上的偏i移，渦4侖才幾 10的上游側(cè)上的減摩裝置在軸向方向上不接觸，因此對(duì)于潮汐在那 個(gè)方向上流動(dòng)的周期，在渦輪機(jī)的工作過(guò)程中該減摩裝置將不會(huì)遭 到磨損。 一旦潮汐反向，轉(zhuǎn)子31將朝著之前是殼體21的上游側(cè)軸 向地位移，從而渦輪機(jī)10的新的上游側(cè)上的減摩裝置將不會(huì)^皮接 觸，因此將不會(huì)遭到磨損。這種布置確保了在任意給定時(shí)間，僅有 渦輪機(jī)10的一側(cè)上的減摩裝置會(huì)遭到磨損，從而減少了減摩裝置的 整體磨損。
在更優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖6和圖7所示，限制轉(zhuǎn)子31在軸向 方向上運(yùn)動(dòng)的軸向軸承82a最初具有增加的厚度，從而使第一保持 法蘭22與第二保持法蘭23之間的內(nèi)部距離比在軸向方向上保持轉(zhuǎn) 子31所需的最小距離大得多。這就構(gòu)造出了在軸向方向上延伸的短 的圓柱形軌道80， /人而允許轉(zhuǎn)子31以與活塞在汽缸中移動(dòng)相同的 方式在此4九道80內(nèi)軸向i也移動(dòng)。當(dāng)潮沙流99在第一方向上產(chǎn)生時(shí)， 轉(zhuǎn)子31沿水流的方向移動(dòng)，從而下游側(cè)上的低摩擦軸向軸承或止推 軸承82a與軸向軸頸81a —塊限制轉(zhuǎn)子31在那個(gè)方向上的移動(dòng)。當(dāng) 潮汐流99反轉(zhuǎn)到第二方向時(shí)，轉(zhuǎn)子31移動(dòng)至相對(duì)側(cè)，從而相對(duì)側(cè)(現(xiàn)在是下游側(cè))上的低摩擦軸承82a限制轉(zhuǎn)子31在第二方向上的 移動(dòng)。因?yàn)檗D(zhuǎn)子31是中央開(kāi)口式類型的，所以轉(zhuǎn)子31相對(duì)于殼體 21的這種移動(dòng)能夠更容易地發(fā)生，從而所有的保持力都在外輪緣33 上產(chǎn)生，這與其中轉(zhuǎn)子安裝在中心軸或輪軸上的渦輪機(jī)類型相反， 盡管可以理解這種軸向移動(dòng)可以在基于軸的渦輪^幾上實(shí)現(xiàn)。隨著時(shí) 間的過(guò)去，特大型的軸承82a由于摩擦效應(yīng)而磨損。圖7示出了已 使用了延長(zhǎng)的時(shí)間周期的渦輪4幾10，其中軸向軸承82a已嚴(yán)重磨損。 隨著在附圖中^^人左至右的方向上產(chǎn)生的潮汐流99，轉(zhuǎn)子31移動(dòng)至 右側(cè)。當(dāng)潮沙流99反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)時(shí)，如虛線所示，轉(zhuǎn)子31移動(dòng)至左側(cè)。 因?yàn)?尋殼體21和軸向軸夂"R 82a的尺寸確定成允"i午轉(zhuǎn)子31在軸向方 向上移動(dòng)，并且因?yàn)檩S向軸承82a具有增加的厚度以使得軸承82a 的使用壽命延長(zhǎng)，因此所需的維護(hù)與維修(根據(jù)需要更換軸承82a) 之間的時(shí)間大幅度延長(zhǎng)了 。因此軸承82a被i殳計(jì)為甚至在軸向方向 上嚴(yán)重磨損后仍能有效地工作。特別地，優(yōu)選的是，即使軸承82a 在軸向方向上已經(jīng)磨損至其原始厚度的100%-10%范圍內(nèi)，更優(yōu)選 地是100% - 30%范圍內(nèi)，以及最優(yōu)選地是100% - 50%范圍內(nèi)時(shí)，渦 輪機(jī)10仍能工作。為了適應(yīng)轉(zhuǎn)子31的往復(fù)軸向移動(dòng)，優(yōu)選地，提 供相對(duì)于軸向軸頸81b在軸向方向上延長(zhǎng)的或特大型的徑向軸謬義 82b。不茲體51和線圏52的組合也纟皮構(gòu)造為適應(yīng)軸向移動(dòng)而不會(huì)帶 來(lái)明顯的生產(chǎn)損失。轉(zhuǎn)子31相對(duì)于殼體21的軸向移動(dòng)的附加特征 是，落在轉(zhuǎn)子31與殼體21之間的碎片能通過(guò)潮流更容易地從設(shè)備 中沖出，因?yàn)樯嫌畏ㄌm22或23與環(huán)形外4侖^彖33的邊全彖之間的間隙 的擴(kuò)張?jiān)试S該間隙內(nèi)的水流流動(dòng)增加。另一個(gè)有利特征是，從固定 位置啟動(dòng)轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)所需要的能量更少，因?yàn)樾D(zhuǎn)會(huì)在下游減摩 裝置與外輪緣33之間接觸之前開(kāi)始。
可^辦代地，如圖4所示，減摩裝置可以包括多組排斥》茲體61。 這些排斥磁體61成對(duì)地安裝在外輪緣33上、殼體21的內(nèi)邊界表面 24上、以及保持法蘭22和23上，其中給定組內(nèi)的相異磁極面向彼此，從而排斥磁力阻止外輪緣33與殼體21以及保持法蘭22和23 之間的4妾觸。在又一個(gè)替代實(shí)施例中，如圖5所示，可以使用枳4成 裝置作為減摩裝置，例如滾筒或其他S走轉(zhuǎn)軸承。在示出的實(shí)施例中， 減摩裝置包括由軸43連接至發(fā)電機(jī)裝置42的主動(dòng)輪41，轉(zhuǎn)子31 的旋轉(zhuǎn)直接傳遞至發(fā)電機(jī)裝置42以產(chǎn)生電力。此最后的實(shí)施例是最 不理想的，因?yàn)閷㈦y以適當(dāng)?shù)孛芊膺@些部件以防雄卩隨著時(shí)間產(chǎn)生的 污祐禾口老<匕。
為了從潮汐流產(chǎn)生電力，將一個(gè)或多個(gè)水電渦輪機(jī)10浸沒(méi)或放 在受到潮汐作用的水體中，優(yōu)選地在地表水中，從而在漲潮或潮汐 進(jìn)入的過(guò)程中，水將在一個(gè)方向上流動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)子31，進(jìn)一步在退潮 或潮汐流出的過(guò)程中，水將在相反的方向上流動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)子31。當(dāng)漲 潮時(shí)，轉(zhuǎn)子31沿第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)并如上所述產(chǎn)生電力。當(dāng)退潮時(shí)，水 流反轉(zhuǎn)并且轉(zhuǎn)子31沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再次產(chǎn)生電力。由于這種中央 開(kāi)口式構(gòu)造、相對(duì)大的葉片表面區(qū)域以及轉(zhuǎn)子31相對(duì)于殼體21及 保持法蘭22和23的支撐力的散布，因此轉(zhuǎn)子31可在低水頭條件下 旋轉(zhuǎn)，/人而4吏潮汐流足以產(chǎn)生電力。
應(yīng)該理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，前述的特定元件 的等同物或替代物是顯而易見(jiàn)的，并且因此本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍和限 定在隨后的權(quán)利要求中提出。
權(quán)利要求
1. 一種渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)用于從沿第一水流方向和相反的第二水流方向的雙向水流中產(chǎn)生電力而無(wú)需反轉(zhuǎn)所述渦輪機(jī)相對(duì)于水流方向的位置，所述渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子，包括從外輪緣延伸的葉片，所述轉(zhuǎn)子能夠沿第一旋轉(zhuǎn)方向和第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)；殼體，包括將所述轉(zhuǎn)子保持在軸向方向和徑向方向上的保持裝置，在使用中，所述殼體允許所述轉(zhuǎn)子響應(yīng)于所述雙向水流在沿軸向的兩個(gè)方向中的任一個(gè)方向上移動(dòng)；減摩裝置，用以在使用中減小所述殼體與所述轉(zhuǎn)子之間的摩擦阻力；以及產(chǎn)生電力的裝置，其由于所述轉(zhuǎn)子在所述第一旋轉(zhuǎn)方向或所述第二旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其中，確定所述殼體的形狀和 尺寸，以使得所述外輪緣和保持裝置在使用中不會(huì)在所述外輪 纟彖的上游側(cè)上;f皮此軸向4妄觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)，其中，確定所述殼體的形 狀和尺寸，以4吏得在^f吏用中允許所述轉(zhuǎn)子在所述l侖緣的下游側(cè) 與所述保持裝置之間相接觸之前從固定位置開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述保持裝 置包括第 一保持法蘭和第二保持法蘭。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述減摩裝 置在使用中減小所述保持裝置與所述外輪緣之間的阻力。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，即使所述保持裝置在軸向方向上有摩擦磨損，所述保持裝置仍適合于有效地工作。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，當(dāng)所述保持 裝置在軸向方向上的厚度磨損為所述保持裝置原始厚度的100 %- 10%之間，更優(yōu)選地在原始厚度的100% - 30%之間，并且 最優(yōu)選地在原始厚度的100% - 50%之間時(shí)，所述保持裝置仍 適合于有效地工作。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述減摩裝 置包括軸頸和水下軸承板，其中，所述轉(zhuǎn)子在軸向方向上的移 動(dòng)量隨著所述減摩裝置由于摩擦影響而造成的厚度減小而增 力口。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機(jī)，其中，所述軸頸由不銹鋼構(gòu)成， 并且所述水下軸承板由低摩擦聚合物構(gòu)成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的渦輪機(jī)，其中，所述軸頸設(shè)置在所 述外輪緣上，而所述水下軸承板設(shè)置在所述第一保持法蘭和所 述第二保持法蘭上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的渦l侖機(jī)，所述殼體進(jìn)一 步包括內(nèi)邊界表面，其中，所述水下軸承才反還設(shè)置在所述內(nèi)邊 界表面上。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，所述殼體進(jìn)一步包 括內(nèi)邊界表面，其中，所述產(chǎn)生電力的裝置包括設(shè)置在所述外 輪緣中的磁體和設(shè)置在所述內(nèi)邊界表面中的線圏。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子包 括限定了中央開(kāi)口的內(nèi)輪緣，所述葉片位于所述內(nèi)輪緣與所述 外庫(kù)侖緣之間。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述減摩裝 置包括水潤(rùn)滑的水下軸承板。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于從潮汐流的力產(chǎn)生電力的水電渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)具有帶開(kāi)放中心的轉(zhuǎn)子，從而葉片(34)安裝在內(nèi)輪緣(32)與外輪緣(33)之間，其中提供保持部件(22，23)和減摩部件(71，72)以限制轉(zhuǎn)子相對(duì)于殼體(21)在沿軸向的兩個(gè)方向中的任一個(gè)方向上的移動(dòng)，從而沿兩個(gè)方向中任一個(gè)方向的水流(99)使渦輪機(jī)運(yùn)行，但是其中，保持部件(22，23)和減摩部件(71，72)允許轉(zhuǎn)子響應(yīng)于水流沿兩個(gè)軸向方向的任一個(gè)方向移動(dòng)。限制轉(zhuǎn)子在軸向方向上的運(yùn)動(dòng)的減摩部件優(yōu)選地具有增加的厚度，從而當(dāng)減摩部件磨損時(shí)，轉(zhuǎn)子能夠相對(duì)于殼體在軸向方向上移動(dòng)。
文檔編號(hào)F03B13/10GK101535632SQ200780026527
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者赫伯特·威廉斯 申請(qǐng)人:歐鵬海德洛集團(tuán)有限公司