CN101333997A - 一种用于水下发电厂的动力传动系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过水涡轮来驱动的发电厂，包括水涡轮、发电机、位于水涡轮和发电机之间的动力传动系。本发明的特征在于所述的动力传动系包括可控液力联轴节，所述的液力联轴节用于独自传输功率至发电机。

Description

一种用于水下发电厂的动力传动系
技术领域
本发明涉及一种酒瓶的关闭手段，特别涉及一种酒长期贮藏发酵使用的酒瓶螺旋帽。
背景技术
水下发电厂不受限于水坝建筑，自由地位于水流中。这种电厂特别用于洋流发电，尤其特别用于潮汐发电。水下发电厂的相关部件包括水涡轮和发电机，所述的发电机一般被整合到平底船上或被设置围绕着平底船。小船通常固定在一个支撑结构上，支撑结构或者固定在大洋地面上，或固定在漂浮单元上，漂浮单元通过尖端杆固定在适当位置。
流动条件下，大多数用于发电的水流中有波动产生。在周围流动中，这样的可利用的动能变化是尤其在洋流中出现的。例如，在潮流中，有一个包括逆向流的流速循环行进。而且，在不可忽视波动作用下，平均流速是成阶层的。这种变动的能量供给导致了由周围流速驱动的水涡轮有一个变动的旋转速度，在简单案例中，为了达到在水涡轮和发电机之间直接连接的高效率，以频率变化方式设计一个发电机是必要的。频率转换器部分是易受故障影响的机器有功部分，其典型用于网络连接和速度控制。
因此，如在DE 10 2004 058 258 A1提议的那样，安排一个具有直接网络连接的发电机的普通发电厂，在正常操作中，以频率常数方式旋转。为了连接频率常数发电机和变速水涡轮，引用的说明建议设置一个功率分配动力传动系，这样功率分配齿轮分开能量到两个能量分支，位于输出端上的两个能量分支通过水利部件形成连接，水利部件调整功率分配齿轮的齿数比，也调整为了实现发电机的频率锁定驱动的功率分配比。
用于普通水下发电厂的动力传动系的功率分配安排的不利方面是很高的建造复杂性和缺少逆转旋转方向的可能性。而且，如DE 10 2004 058 258A1公开的解决办法，当达到发电机厂标称动力最大值时，通过动力传动系本身，没有提供任何一种关闭的可能。为了该目的，改变涡轮的几何位置或其相对于水流的螺旋脚是必要的，这样来自于周围水流的能量吸收就收到了限制。以螺旋推进器的方式安排水流，螺旋脚的改变通常是为了此目的。由于电厂失败的设计，导致水涡轮花费高，需要大量的维护费用，故与这种方法有关的结构上和控制上的设计是不符合需要的。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一个普通的水下发电厂，其特征在于简单的牢固结构。为了此目的，发电机厂的动力传动系应当以这样一种方式安排，那就是即使在随时间改变的水流条件下，特别是循环水流和循环水流波动情况下，发电机的速率常数驱动和其直接连接到网络是可能的。而且，发电机厂能够引导从停顿到网络同步操作，而且当达到发电机厂标称动力最大值时，发电机厂没有几何位置的改变，或相对于周围水流水涡轮螺旋脚的改变就能促使关闭。
为了实现上述目的，发明者认识到，在水涡轮和发电机间插入可控制的用于传送能流的液力联轴节是必要的。液力联轴节包括至少一个主轮，它用作泵轮，和至少一个称为涡轮的副轮，完成力矩传送到副轮。液力联轴节不包括任何的引导轮，因此，工作媒介的环形流在液力联轴节的工作室内旋转，作为力矩平衡的结果，工作媒介的环形流传送反应力矩到副轮，副轮协调主轮应用的力矩。主轮通常比副轮有更高的速度，因为液力联轴节内一定的滑动对传送力矩是必要的。根据当前滑动，由液力联轴节传送的力矩能够被性能系数λ特征族决定。性能系数λ取决于用工作液填充液力联轴节的程度，结果，性能系数λ的控制实现了。
由水涡轮控制的液力联轴节驱动尤其以间接的方式发生，这意味着为了液力联轴节有效的运作，固定的齿轮齿数比迅速在位于水涡轮和可控制的液力联轴节间的动力传动系内提供。
根据首选实施例，可控制的液力联轴节提供一个直的叶片。这样就允许液力联轴节在双旋转方向的流通。这样同样使水涡轮在两个方向旋转是可能的。这样就为安排具有不跟进的水涡轮的发电机开放了可能，也为从不同方向的流入物，特别是从180°流通方向改变的潮流提取能量开放了可能。本例以这样一种方式安排水涡轮的几何位置是必要的，那就是来自不同方向的流入物是可能的。水涡轮的旋转方向仅在水流方向改变的作用下改变。
根据可选择的实施例，可控制的液力联轴节提供一个倾斜的安装叶片。与直的安装叶片比较，倾斜的安装叶片具有更高效率。而且，在动力传动系上的发电机短路力矩影响降低了。然而，在本例中，水涡轮仅能在一个旋转方向操作，因此，为了流入物方向的改变，因此必须提供发电厂一个随动装置。
锁定到电子网络的频率常数发电机的正常操作状态中，通过电子网络，将有一个发电机的充分的常数旋转速度支撑，因此，根据本发明，依靠电源到发电机，由动力传动系传送的力矩，液力联轴节的滑片将会改变。这样允许在力矩内补偿推动力，补偿推动力由水流流速内的波动产生，液力联轴节进一步增加系统固有的惯性。
通过在可控制的液力联轴节内调整工作媒介的填充度数，根据被水流吸收的力矩，在第一和第二侧面调整速度比是可能的。在预先设定好的周围电流的速度，通过水涡轮转动速度有目的的调整，调整功率输出是可能的。当达到正常发电厂功率最大值时，这将会通过参考首选的功率关闭操作方法被阐明。
随着能量输入的增大，水涡轮的速度移动到较高值。同时，通过可控制的液力联轴节传递到发电机的力矩增加了，直到达到发电厂预先设定好的限定值。预先设定好的限定值指定在正常功率最大值以下。根据本发明，从可控制的液力联轴节运走工作介质的一部分，来使发电厂减速，并且改变性能系数λ的特征族中的填充程度(the changed degree of filling in thefamily of characteristics for coefficient of performanceλ)，以完成速度和力矩的上升，以上意味着通过液力联轴节进行的力矩转移改变了对滑动的依赖。这将诱发第一侧面的一个更高的速度并导致功率系数的改变，这一改变的功率系数同水涡轮更快的转速所导致的效果相同。当水涡轮的转速增加到某一特定范围时，即达到减小的水涡轮功率系数范围，从周围水流流动中举起水涡轮的功率减小，并因此通过水涡轮实现所期望的关闭。
根据本发明的操作方法的一个实施方式，该方法中，从同步停止或网络连接来控制与发电厂启动相关的填充程度，来调节液力联轴节，从而实现对水涡轮转速和/或发电机的速度的影响。基于该目的，通过一个充分释放的液力联轴节，在水涡轮和可控液力联轴节之间的水涡轮和具有固定齿轮齿数壁的齿轮从初始的停顿或低速状态被加速。一旦这种情况发生，将可控或可调节的填充具有工作媒介的液力联轴节，从而使得沿液力联轴节第二侧面下游的组成物，特别是发电机，也能高速运转。发电机的转速通过以下方式开始，即通过调节可控液力联轴节的填充程度，在同步发电机的条件下，在水涡轮的侧面实现对超级同步电机的微控。异步发电机需要一个不同的控制策略。随后，发电机连接到网络上，当使用一个同步电机时，在一个充分小的相位偏离角条件下实现所述的连接。
附图简要说明
采用如附图所示的优选实施例，详细阐述本发明。附图描述了以下细节：
图1是普通的具有可控液力联轴节的动力传动系示意简图，其用来从水涡流到发电机传送能流。
图2显示了根据本发明的以速度或输出量图表为基础的操作方法，该方法用于在当达到标称动力最大值时关闭发电厂。
图3显示了和速度关联的水涡轮执行系数进程的示意简图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个发电厂的动力传动系1的一个简单示意图。采用数字标注2的水涡轮可以采用如示例所示的推进器的方式排列。水涡轮2直接驱动一个发电机3.它即可以是同步发电机也可以是异步发电机。调节电极(poles)的数量以选择发电机的转速，在一般操作中该转速是一个常量。以下仅以一个六电极机器(six-pole machine)为例。根据本发明，在动力传动系1中使用了一个可控液力联轴节4，该可控液力联轴节位于水涡轮2和发电机3之间，用于功率传送。通过调节可控液力联轴节4的工作空间中工作媒介的填充程度，来实现校准。用于设定填充程度的仪器可根据本领域技术普通技术人员的技术任选。例如，可采用汲水管(scooping pipes)或阀门。它们在图1中没有示出。采用一个开路/闭路控制单元6，以调节可控液力联轴节4的填充程度。根据一个优选实施例，采用一个相同的开路/闭路控制单元6，所述的开路/闭路单元6具有一个第一参数和一个第二参数，所述的第一参数表现了水涡轮2转速的特点，发电机的速度从所述的第二参数开始。
根据一个优选实施例，一个具有固定齿轮齿数比的齿轮5设在典型的慢速水涡轮2和连接器之间，以使可控液力联轴节4进行有效率的操作。在本发明实施例中，在80-100范围因数内，水涡轮的转数增加了。根据系统配置，为了使液力联轴节以更有效的方式运作，选择另一个比也是可能的，尤其是更大的比。
可控的液力联轴节4具有一个直的叶片。这就带来了优势-在两个方向的转动是可能的，以至于水涡轮2能够相应的在不同转动方向被驱动。在可选例子中，水涡轮2仅在一个方向转动(例如，当周围水流或水涡轮没有相应的方向改变，水流跟进了)，提供给可控的液力联轴节一个倾斜的叶片是可能的，这样会增加效率。
可控的液力联轴节4的使用允许衰减力矩冲动，衰减力矩冲动可由水涡轮2通过周围水流的波动吸收实现。同时，可控的液力联轴节有助于减弱发电机的振动。通过动力传动系1，或者从网络边，例如，通过网络闪变，能够刺激振动。
根据本发明，动力传动系1允许在常数频率条件下操作水涡轮的具有同步可变转速的发电机。
这可由滑片内的改变产生，进而由主轮和副轮的速度比改变产生，主轮和副轮的速度比改变是可控的液力联轴节4传送的力矩改变的结果。根据第一个实施例，这涉及到可控液力联轴节4，液力联轴节4在正常操作过程中被设定到一定的填充程度，并且，液力联轴节4遵循性能系数λ的特征族中一定的滑片扭矩比级数。使用可控的液力联轴节4的工作媒介，通过工作室填充程度的开路/闭路控制，能够造成不同λ特征间的转变。这在操作方法中尤其需要，因为在操作方法中有不同的操作情形。这将会在下面通过参考两个例子加以解释，根据本发明，这两个例子涉及同步化和发电厂的关闭。
基于发电厂具有一个静止的发电机3和动力传动系1内的放电的液力联轴节，所述的水涡轮和排列在主轮上、对着可控的液力联轴节4的进一步元件，例如，一个具有固定齿轮齿数比的齿轮5，它们用来加速。直到达到最小的速度(相对于发电机是超同步的)，才使用一个放电的液力联轴节4或使用低的部分填充。水涡轮2加速后，可控的液力联轴节4有一个规则的、或可控的填充，预先被一个开路/闭路控制单元6确定的填充程度引导规则的、或可控的填充，以发电机3的轴速被加速、直到获得一个旋转速度的方式，引导规则的或可控的填充。对于同步发电机，旋转速度近似对应于同步发生操作；对于不同步发电机，旋转速度对应于电网络频数。接着发电机被激活了，至于同步发电机，实现了激活前-激活后相位角偏差最小化。
为了有利的操作，现在讨论高负载输入到发电厂正常发电最大值预先确定的限度。为了这个目的，图2显示了和速度相关的水涡轮2的能量吸收级数。
由速度n1决定，功率增加了，直到预先决定的正常功率最大值Pmax，这时，关闭发电厂是必要的。根据本发明，没有改变水涡轮2或者它的相对水流的位置。替代的是，通过可控的液力联轴节4，使得关闭得到实现，根据本发明，液力联轴节4在动力传动系1内使用。为了这个目的，液力联轴节4部分放电，以便性能系数λ的特征族中有另外一个特征，替代扭矩滑片比。特征的跳跃导致了速度的增长。图2示范性地显示了速度n2，虚线表示的速度n1和正常功率最大值Pmax间的曲线级数，其中，速度n1和第一填充水平相关，还有速度n2。用其它的话说，这意味着所述的水涡轮2为了关闭发电厂，增加到较高的速度，水涡轮选择较高速度的方式是，因为能量吸收降低了，所以达到了水涡轮完成系数图表范围。这在图3显示。
再一次显示了图2(n1和n2)所示的示范性速度。可以看到，速度n1和较大速度n2相比，n1和较高的完成系数相关，这意味着，所述的水涡轮2被引导到旋转速度范围，在旋转速度范围内，水涡轮2能够以更少的有效方式从周围水流吸收动能。结果，根据本发明所描述的，输入到动力传动系1内的能量降低了。
对具有专业知识、技术熟练的人来说，更深的研发是可能的。根据本发明，在主流或/和对着副流的可控的液力联轴节4上，提供发电厂动力传动系1进一步的能量传送元件是尤其可能的。这些能量传送元件可以是具有固定齿轮齿数比的齿轮元件，或者是进一步的流体部件。在动力传动系内使用多于一个的液力联轴节4是可能的；根据能量范围或彼此平行排列，以不同方式操作相同的液力联轴节也是可能的。

Claims (12)

1、一种采用水涡轮驱动的发电厂，包含水涡轮(2)、发电机(3)和位于水涡轮(2)和发电机(3)之间的动力传动系(1)，其特征在于，所述的动力传动系(1)包含一个可控液力联轴节(4)，仅采用所述的可控液力联轴节(4)向发电机(3)传输功率。
2、如权利要求1所述的一种采用水涡轮驱动的发电厂，其特征在于，通过固定所述的液力联轴节(4)中工作媒介的填充程度来控制校准所述的可控液力联轴节(4)。
3、如权利要求1或2所述的一种采用水涡轮驱动的发电厂，其特征在于，在所述的水涡轮(2)和可控液力联轴节(4)之间设有一个具有固定齿轮齿数比的齿轮。
4、如权利要求1至3所述的一种采用水涡轮驱动的发电厂，其特征在于，所述的可控液力联轴节的副轮直接连接到发电机(3)的传动轴上。
5、如权利要求1至4所述的一种采用水涡轮驱动的发电厂，其特征在于，在通常操作中，在一个恒定速度条件下操作所述的发电机，所述的发电机被直接连接到一个电网。
6、如权利要求1至5所述的一种采用水涡轮驱动的发电厂，其特征在于，所述的可控液力联轴节(4)与一个开路/闭路控制单元(6)相互连接，所述的开路/闭路控制单元通过调整具有工作媒介的可控液力联轴节(4)的填充程度，来控制或校准水涡轮(2)的转速和/或发电机(3)的速度。
7、如权利要求1至6所述的一种采用水涡轮驱动的发电厂，其特征在于，所述的可控液力联轴节(4)具有一个直接安装叶片，在各旋转方向上通过周围水流的作用来驱动所述的水涡轮(2)。
8、如权利要求1至7所述的一种采用水涡轮驱动的发电厂，其特征在于，所述的可控液力联轴节(4)具有一个倾斜的安装叶片。
9、如权利要求1至8所述的一种采用水涡轮驱动的发电厂，其特征在于，设定所述的水涡轮(2)以跟随流入水流方向的改变。
10、一种操作发电厂的方法，其特征在于，所述的发电厂包括一个水涡轮(2)，所述的水涡轮(2)用于从一个周围环境中的水流中吸收动能，并间接推动一个发电机(3)，采用一个可控液力联轴节(4)以独自传输功率，所述的可控液力联轴节(4)位于水涡轮(2)和发电机(3)之间，所述的方法包括调整水涡轮(2)的转速和/或调整发电机(3)的速度，使用一个开路/闭路来控制具有工作媒介的可控液力联轴节的填充程度，从而实现对发电机(3)速度的调整。
11、如权利要求10所述的一种操作发电厂的方法，其特征在于，在所述的发电厂从停止状态开始的预备过程中，开始时采用一个部分可控的液力联轴节，来以一个预设速度启动所述的水涡轮(2)和位于第一侧面的动力传动系，在达到预设速度时，在第一侧面上具有一个部分填充的具有工作媒介的液力联轴节(4)，通过该部分填充的具有工作媒介的液力联轴节(4)，启动所述的发电机(3)，并通过对液力联轴节(4)的填充程度的控制带来同步转速，所述的液力联轴节(4)连接一个连接到电网上的发电机(3)。
12、如权利要求10所述的一种操作发电厂的方法，其特征在于，一旦达到发电厂的功率最大值时，减小具有工作媒介的可控液力联轴节的填充程度，并随着液力联轴节中滑动的增加，来增加水涡轮(2)的转速至一个减小功率系数的范围。
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