CN102203409A - 能量产生单元以及维护能量产生单元的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能量产生单元、尤其是处于水底和/或悬浮在水中的能量产生单元，其由多个部件组成，其中这些部件包括入口外壳、涡轮机外壳、设置在涡轮机外壳中的驱动机组和后置的吸管。此外本发明还涉及一种用于维护这种能量产生单元的方法。

Description

能量产生单元以及维护能量产生单元的方法
技术领域
本发明涉及一种能量产生单元、尤其是处于水底或悬浮在水中的能量产生单元，还涉及一种维护能量产生单元的方法。
背景技术
由现有技术已知能量产生单元、尤其是水流涡轮机，它们例如安装在河流中不能航行的部位。
由WO 2005/078276 A1已知这种水流涡轮机，在从中已知的水流涡轮机中将具有刚性的或活动的叶片的、缓慢运动的、轴向加载的涡轮机叶轮悬挂在效率最佳的通流外壳中，它被侧面、上方和下方包围的箱形钢板壳包围，并且在入口侧由钢制流体蓖子保护。
由US 4,868 408同样已知一种水流涡轮机，它具有管状的形状，其中入口、涡轮和吸管部件由公共的外壳包围。
DE 10 2005 040 807 A1还提出一种轴向通流的、在自由流体中使用的水涡轮机，其涡轮机外壳这样构成，使外部流体的流动能量在水平设置的吸管出口上施加喷射作用，并由此施加吸力，由此可以附加地提高在涡轮机级中可利用的压力降，并由此提高涡轮机的效率。
但是上述水流涡轮机的问题是，对于可能的维护工作，由于连续的和一体的外壳，原则上必须将整个水流涡轮机作为整体取出来，然后在浮船或在陆地上修理。这当然是极其费事的，尤其在花费的时间方面、使用例如起重机等机械方面，以及在要使用的人员方面。原则上也极其费事的是，对这种水流涡轮机中进行搬运和维护工作。
发明内容
因此本发明的目的是，以有利的方式改进上述形式的能量产生单元，尤其如下进行改进，使这种能量产生单元可更高效地使用并且更容易地维护。
这个目的按照本发明通过具有权利要求1特征的能量产生单元得以实现。据此规定，一种能量产生单元、尤其是处于水底和/或悬浮在水中的能量产生单元由多个部件组成，其中这些部件包括入口外壳、涡轮机外壳、设置在涡轮机外壳中的驱动机组和后置的吸管，其中设有可拆卸的连接器件，利用它们可将这些部件连接起来。尤其有利地通过本发明能够不设置常见的、一体的能量产生单元主外壳或外壳。而是模块化地构造能量产生单元，其中例如为了维护、修理或更换只需取出各个部件并且从水中升起。在此这样构成驱动机组，即它具有涡轮机、发电机或动力机和/或工作机，必要时还具有能量传递器件或其接头。由此可以改善和缩短维护，因为尤其对于维护涡轮机不再需要上升整个能量产生单元，并且不再需要完全拆卸和分解过程，用于在涡轮机上进行可能的维护工作、尤其是常规维护工作。在此，能量产生单元的部件以理想的方式在数量、位置、取向和大小方面这样选择，使得最佳地承受在运行中产生的力和转矩。在此，有利地考虑涉及能量产生单元放置地点的各种边缘条件。模块化结构的结果是，降低运行成本并且总体上简化结构。由于可实现简单的维护，这些部件可产生新的设计可能性，因为通过其它评价可以计划相关的放置安全性和相关的维护周期。由此降低加工和研制成本。
此外可以设想，所述连接器件至少部分地由啮合连接和/或冲程连接构成。此外这种结构允许快速地更换，例如可能有缺陷的部件。
也能够使所述连接器件至少部分地由可遥控和/或可拆卸的止锁机构构成。由此得到的优点是，使能量产生单元沉降到其运行位置并且固定在那里，但是设置得仍然可拆卸。通过遥控方法，例如可以放弃使用潜入，因为可以解锁并由此拆卸例如待维护的部件。由此能够例如从小船上方便地从水中取出。在此遥控的止锁机构指的是可遥控的止锁或解锁致动器，但是也指的是例如通过孔杆可达到并可拆卸的止锁。
此外可以规定，设有一个或多个铰链，用于使能量产生单元的一个部件或多个部件偏转和/或用于使部件相互偏转。这种偏转性的优点是，例如入口外壳相对于涡轮机外壳偏转，用于使驱动机组的部件(例如能量产生单元的涡轮机)为了维护目的而取出。为此可以在涡轮机外壳内部设有导轨，利用它可以方便地导入或导出涡轮机。可以这样构成能量产生单元，即在能量产生单元上设有至少一个门和/或翻板，通过它们可以取出驱动机组或驱动机组的部件。与此相关有利的是，这种门或翻板安置在能量产生单元的顶面上。由此得到的优点是，所述驱动机组或驱动机组的部件例如从小船或船上容易地接触到、可以取出并且必要时可以更换或维护。
还可以设想，设有锚接器件，利用它们使部件至少部分地锚接在水底上。在此已经证实有利的是，尤其是其维护周期按照本发明长于其它部件的部件具有相应的锚接。由此得到的优点是，要维护的部件可以容易地从能量产生单元中取出来，而不要维护的部件例如可以保留在水中。这一点尤其适用于吸管，因为它是相对较大的部件，但是作为这种部件几乎无需维护。与此相关已经证实适宜的是，不直接锚接在水底，而是通过一定的安全距离在其上面实现。由此可以预防有害元素的进入。
有利的是，所述锚接器件包括可牵拉和/或可拆卸的悬挂装置或者构成为此。因此例如设有锚接在水底上的啮合部件，在其上面或中可以啮合或悬挂能量产生单元和/或能量产生单元的部件。
此外能够使所述锚接器件包括自定位和/或自锁的悬挂和/或耦联机构或者构成为此。这种悬挂和/或耦联机构例如可以由楔部件、定位钩或定位部件组成。通过自定位或自锁得到的优点是，可以保证可靠的锚接。
此外优选设有浮升器件，它们至少部分地安置在部件上和/或附属于它们。如果部件如吸管在维护其它部件期间例如要保留在河床中的时候，则是尤其有利的，。所述浮升器件的作用是，使这些部件不是下降到底部上，而是由于浮升保留靠近水面以下。
可以规定，使所述浮升器件至少部分地由罐构成。这个罐例如可以以水或压力空气充满，用于调节浮升高度。与此相关可以设想，使能量产生单元具有一个自身的或中央的控制器和/或调节器，它也控制或调节浮升高度，而且通过以压力空气或水充满罐来实现。
此外可以设想，至少吸管利用浮升器件独立悬浮地构成和/或独立锚接在水底上。在此可以规定，所述浮升器件例如具有分段的壁体结构，在其中安置浮升体。此外在此能够使吸管例如利用锚链直接独立地锚接在水底。由此得到的优点是，所述吸管可以完全与能量产生单元的其它部件断耦联，并且保留在当场，而不必采取其它措施。
此外可以规定，在入口外壳前设置拦截装置(尤其是篦状物)。这种篦状物的优点是，例如防止浮漂物从入口进入涡轮机，并由此防止损伤涡轮机。
此外可以有利地规定，设有引导器件，利用它们可以使相邻的部件导引到一起或相互分开。
此外优选，所述吸管由扁圆或椭圆的扩散器构成。因此与流体机械最佳的圆形出口相比，在出口面积相同的情况下，减小结构高度，由此也能够安装在低液面的水中。此外通过这个结构提高能量产生单元的支承稳定性。为了简单且成本有利地实现扩散器的这个形状，可使未拱曲的壁例如由钢板构成，而拱曲的壁由GFK管制成。在此旋紧板和管，其中顶板和底板可以利用支柱来实现稳定。
此外可以设想，在部件上至少部分地设有耳圈(Aufnehmer)和/或固定器件，用于提升各部件。这种耳圈例如可以由销轴、钩或焊接的孔板组成，在其上可以安置提升器件如绳索。这易于例如通过船用升降机托架来提升各部件。
本发明还涉及一种具有权利要求16特征的方法，用来维护能量产生单元。据此规定，为了维护能量产生单元、尤其是处于水底或悬浮在水中的能量产生单元，该单元由部件组成，其中所述部件包括入口外壳、涡轮机外壳、驱动机组，此驱动机组设置在涡轮机外壳中并具有后置的吸管，为了维护能量产生单元使吸管保留在水里，并且为了维护取出能量产生单元的至少一个要维护的部件。要维护的部件最好是驱动机组或驱动机组的部件如涡轮机。在此上下文中，维护这一概念指的是与能量产生单元运行相关的修理、检查、更换或类似的活动。
此外可规定，为了维护至少取出驱动机组。其余部件保留在水里。
优选的是，所述能量产生单元优选是按照权利要求1至15中任一项所述的能量产生单元。
附图说明
现在借助于在附图中详细示出的实施例描述其它细节和优点。附图中：
图1示出能量产生单元的立体图；
图2示出在图1中所示的能量产生单元的立体分解图；
图3示出能量产生单元的俯视图；
图4示出能量产生单元的侧视图；
图5示出涡轮机外壳与转子的立体细节图；
图6示出扩散器的立体图；
图7示出能量产生单元的另一实施例的立体图。
具体实施方式
图1示出能量产生单元10，它不仅可以竖立在水底而且可以悬浮地设置在水里。最好使这种能量产生单元10设置在水、尤其是不能航行的河流的流动范围中。在此例如可以设想，使能量产生单元10配备信号机构例如浮漂，用于表示航道。
在此模块化构成的能量产生单元具有多个部件20，30，40，50，它们本身可拆卸地利用连接器件相连。在此所述部件20，30，40，50具体地是指入口外壳20、涡轮机外壳30、后置的吸管50(它在此处所示的实施例中由扩散器50构成)以及前置于入口外壳20的、用于防止外来物体进入能量产生单元10的拦截装置70。
图2以分解图示出在图1中所示的能量产生单元。除了在图1中已经描述的部件以外，在图2中示出驱动机组40，它包括涡轮机42和发电机44。在此驱动机组40安置在涡轮机外壳30中，它位于入口外壳与扩散器50的组成部件之间。在此对扩散器50前置另一部件、即扩展环52，它直接连接在涡轮机外壳30上，并且将通导的水流引到扩散器中。
为了维护能量产生单元10，例如更换发电机，可以取下拦截装置70和入口外壳20。为此简单地设有要松开的连接器件，如螺栓连接或啮合连接或行程连接。备选地可以在入口外壳20与涡轮机外壳30之间设有铰链，由此只需解除止锁，并且翻开入口外壳30连同拦截装置，用于进入到驱动机组40中。
这些方法步骤可以由浮船、船或通过下潜容易地实现。但是通常可以省去沉重的吊车。如果例如只更换、修理或检查发电机的时候，其余的部件、即涡轮机外壳30、扩展环52、吸管50并且在铰链实施例的情况下也包括入口外壳20与拦截装置70保留在水里，并且不必上浮或提升。
图3和4以俯视图和侧视图再一次示出能量产生单元10。如同由图4清楚地看到的那样，所述能量产生单元10主要具有一致的结构高度，它也允许在浅水中使用这种能量产生单元10。
如图3所示，在端部部位中在横截面部位中基本扁圆构成的扩散器50从扩展环52的圆形横截面在扩展的条件下过渡到端部部位的扁圆性横截面形状。通过在扩散器50出口或端部部位上的扁圆横截面形状，与流体动力学自身有利的圆形横截面形状相比，保持了相同的出口面积，但是不超过例如入口外壳20的结构高度。此外通过这个形状带来改进的支承稳定性，因为扩散器50在这个扩展结构中不容易在流动的水中滚动。
图5示出涡轮机外壳30的细节，在涡轮机外壳中设置涡轮44。在此涡轮机外壳30具有两个耳圈80，在其上可以固定未详细示出的提升器件，用于将涡轮机外壳30例如为了维护或修理工作从水中提升出来。
图6以立体图示出扩散器50。在此扩散器50在其顶面和底面上在壁体更小拱曲的部位中具有由空腔构成的浮升器件60，在其中可以根据必需的浮升高度加入压缩空气。为了下降，同样能够使这个由浮升体构成的浮升器件60下潜。
在图7中示出另一可能的浮升器件60的解决方案。在此外部的罐62设置在扩散器50的顶面或底面上。为此在扩散器顶面上设有孔板90，在其上可以固定罐62。
此外在图7中示出前置的拦截装置70的备选实施例。这个拦截装置70在此由棱锥形设置的支柱72组成，它们固定在入口外壳20上并且能够防止外来物体如漂浮物的进入。此外与在图1至4中所示的实施例不同，在涡轮机外壳30与吸管50之间没有设置扩展环52。

Claims (18)

1.一种能量产生单元(10)、尤其是处于水底和/或悬浮在水中的能量产生单元(10)，其由多个部件(20，30，40，50)组成，其中这些部件包括入口外壳(20)、涡轮机外壳(30)、设置在涡轮机外壳(30)中的驱动机组(40)和后置的吸管(50)，其特征在于，设有可拆卸的连接器件，利用它们能够连接这些部件(20，30，40，50)。
2.如权利要求1所述的能量产生单元(10)，其特征在于，所述连接器件至少部分地作为啮合连接和/或行程连接构成。
3.如权利要求1或2所述的能量产生单元(10)，其特征在于，所述连接器件至少部分地作为可遥控和/或可拆卸的止锁机构构成。
4.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，设有一个或多个铰链，用于使能量产生单元(10)的一个部件或多个部件偏转，和/或用于使所述部件(20，30，40，50)相互偏转。
5.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，在能量产生单元(10)上设有至少一个门和/或翻板，通过它们可以取出驱动机组(40)或取出驱动机组(40，42，44)的部件。
6.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，设有锚接器件，利用它们使所述部件(20，30，40，50)至少部分地锚接在水底上。
7.如权利要求6所述的能量产生单元(10)，其特征在于，所述锚接器件包括可牵拉和/或可拆卸的悬挂装置或者构成为此。
8.如权利要求6或7所述的能量产生单元(10)，其特征在于，所述锚接器件包括自定位和/或自锁的悬挂和/或耦联机构或者构成为此。
9.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，设有浮升器件(60)，它们至少部分地安置在部件(20，30，40，50)上和/或附属于它们。
10.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，所述浮升器件(60)至少部分地构成为罐(62)。
11.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，至少吸管(50)利用浮升器件(60)独立悬浮地构成和/或独立锚接在水底上。
12.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，在入口外壳(20)前设置拦截装置(70)、尤其是篦状物(72)。
13.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，设有引导器件，利用它们可以使相邻的部件(20，30，40，50)导引到一起或相互分开。
14.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，所述吸管(50)作为扁圆或椭圆的扩散器(50)而构成。
15.如上述权利要求中任一项所述的能量产生单元(10)，其特征在于，在所述部件(20，30，40，50)上至少部分地设有耳圈(80)和/或固定器件(80)，用于提起各部件(20，30，40，50)。
16.一种用于维护能量产生单元(10)、尤其是处于水底或悬浮在水中的能量产生单元(10)的方法，该单元由部件(20，30，40，50)组成，其中所述部件(20，30，40，50)包括入口外壳(20)、涡轮机外壳(30)、设置在涡轮机外壳(30)中的驱动机组(40)和后置的吸管(50)，其中为了维护能量产生单元(10)使吸管(50)保留在水里，并且为了维护取出能量产生单元(10)的至少一个要维护的部件(20，30，40，50)。
17.如权利要求16所述的用于维护能量产生单元(10)的方法，其特征在于，为了维护至少取出驱动机组(40)。
18.如权利要求16或17所述的用于维护能量产生单元(10)的方法，其特征在于，按照权利要求1至15中任一项所述构成能量产生单元(10)。
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