CN102597492A - 水下发电机 - Google Patents

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Abstract

提供一种连接器(17)以将水下发电机的发电单元安装到基座组件上。连接器(17)包括：下连接器部(72)，其具有向上凸出的茎干部(62)并且具有圆锥状的外形；上连接器部(70)，其具有向内和向上延伸的凹部(60)。至少一个大致圆柱形的销(61)沿径向向内延伸到凹部(60)内，并且茎干部(62)中形成有至少一个槽(64)。槽(64)构造成允许销(61)随着茎干部(62)被轴向插入凹部(60)内而沿槽(64)行进。

Description

水下发电机
技术领域
本发明通常涉及由诸如洋流以及潮汐或河道水流等水流产生电力的水下发电机，以及用于部署水下发电机的方法和装置。
背景技术
已知的水下发电机利用洋流和潮汐流的能量来驱动涡轮叶片旋转，而涡轮叶片的旋转又驱动了发电机来产生电力。
用于以合适的洋流和潮汐流来操作水下发电机的最佳位置经常低于对部署水下发电机而言最佳的环境。
许多位置存在使水下发电机难以精确部署的强水流。由于发电机时常需要维护，所以典型地需要将主发电单元升到水面之上以进行维护操作。因此，发电单元必须与任何基座组件断开连接，并且之后一旦维护操作完成必须再次连接。
当从漂浮的驳船和水下的水流进行部署时，经常因凹凸不平的水底地形和波动而难以将发电单元精确地部署到基座组件上。
发明内容
本发明的目的是基本上克服或者至少改善一个或者更多的以上缺陷，或者提供有用的替代。
在第一方案中，本发明提供一种适于将水下发电机的发电单元安装到基座组件的连接器，该连接器包括：
下连接器部，适于固定到该基座组件，该下连接器部具有从基座到顶端向上凸出的并且具有圆锥状外形的茎干部(stem)；
上连接器部，适于固定到该发电单元，该上连接器部具有向内和向上延伸的凹部；
至少一个大致圆柱形的销，沿径向向内延伸到该凹部内；以及
至少一个在该茎干部中形成的槽，该槽构造成允许销随着该茎干部被轴向插入该槽内而沿该槽行进。
在优选实施例中，该连接器包括多个销以及对应的多个槽。
优选地，每个槽从上部开口延伸到端座部；且其中，当该上连接器部下降到该下连接器部上时，所述销适于安置在该端座部中。
在第二方案中，本发明提供一种适于将水下发电机的发电单元安装到基座组件的连接器，该连接器包括：
下连接器部，适于固定到该基座组件，该下连接器部具有从基座到顶端向上凸出的并且具有圆锥状外形的茎干部；
上连接器部，适于固定到该发电单元，该上连接器部具有向内和向上延伸的具有下缘部的凹部；
向上凸出的凸缘环，设置成邻近该茎干部的基座，该凸缘环具有上边缘；以及
向下垂的裙环，设置在该下缘部，该裙环具有下边缘；
其中，该上边缘和下边缘适于彼此接合，并且当该上连接器部下降到该下连接器部上时，阻止该上连接器部的轴向旋转。
优选地，该上边缘和该下边缘具有互补的波浪状的外形，由此阻止该上连接器部的轴向旋转。更优选地，该上边缘和该下边缘形成有多个齿部。
在优选实施例中，该茎干部设置有多个沿径向向外凸出的花键，并且该凹部设置有对应的沿径向向内凸出的花键；其中，该茎干部的所述花键适于与该凹部的所述花键接合，以阻止该上连接器部的轴向旋转。
优选地，该茎干部设置有至少一个支承表面；其中，当该上连接器部下降到该下连接器部上时，该凹部的支承表面支承在该茎干部的支承表面上。
在优选实施例中，该连接器还包括检修连接器(services connector)，检修连接器适于在该下连接器部和该上连接器部之间连接检修电缆，该检修连接器包括：
第一检修台(services table)，其具有一个或多个电缆连接器；以及
第二检修台，其具有一个或多个对应的电缆连接器；
其中，至少一个所述检修台是转盘，其适于在所述检修台被压靠到一起以联结(join)所述对应的电缆连接器之前，相对于该另一个检修台旋转以允许所述对应的电缆连接器对准。
优选地，至少一个所述检修台设置有定位销，并且该另一个检修台设置有定位孔，所述定位孔被设置为当所述检修台压靠到一起时容置所述定位销。
该检修连接器设置在该连接器的内部，或者替代性地，该检修连接器设置在该连接器的外部。
优选地，所述定位销和定位孔不对称地设置在所述转盘上，以确保所述转盘仅能够以单个取向被连接。
在第三方案中，本发明提供一种水下发电机，其包括：
基座组件；
发电单元，其适于安装到该基座组件上；以及
根据前述权利要求中任一项的连接器。
在第四方案中，本发明提供一种用于对准塔架上的水下发电机的发电单元的系统，该系统包括：
至少两个附接到拉紧装置的对准缆绳；
塔架，其具有至少两个缆绳引导部，所述引导部适于束缚各自的对准缆绳的横向移动；以及
发电单元，其具有至少两个用于附接各自的对准缆绳的附接点；
其中，每个对准缆绳从该拉紧装置穿过一个缆绳引导部并且附接到一个附接点，使得通过该拉紧装置施加在所述引导缆绳中的张力将该发电单元拉成与该塔架轴向地且转动地对准。
在第五方案中，本发明提供一种用于轴向地对准塔架上的水下发电机的发电单元的系统，该系统包括：
至少两个对准缆绳，每个缆绳在一端附接到锚而在另一端附接到拉紧装置；
对准工具，其适于随着其下降到该塔架上而过盈配合在该发电单元的顶部上，该对准工具具有一对横向延伸的臂部，每个臂部具有孔；
其中，所述锚位于该塔架的基座，并且每个对准缆绳从一个锚穿过一个孔而到达该拉紧装置，使得通过该拉紧装置施加在所述对准缆绳中的张力将该发电单元拉成与该塔架轴向地且转动地对准。
附图说明
现在将参考附图，以特定示例的方式描述本发明的优选实施例，附图中：
图1示出在部署期间的水下发电机；
图2示出在部署之后的水下发电机；
图3示出水下发电机的第一连接器部；
图4示出水下发电机的第二连接器部；
图5示出第二连接器部的替代性实施例；
图6是图5的第二连接器部的剖视图；
图7示出第一连接器部的替代性实施例；
图8是图7的第一连接器部的剖视图；
图9A到图9D示出水下发电机的检修连接器的连接的多个阶段；
图10是用于将发电单元和基座组件对准的对准系统的侧视图；以及
图11是用于水下发电机的对准工具的剖视图。
具体实施方式
图1示出在发电单元10的部署期间的水下发电机；发电单元10用于安装在包括基座14和塔架16的基座组件12上。可替代地，塔架16可直接安装在海床中。图2示出在发电单元10部署在基座组件12上之后的水下发电机。
基座14包括凹部15，凹部15用于接纳例如像混凝土或废石(弃土，spoil)之类的固体和流体物质以增加稳定性。支撑塔架16包括一对上引导部18和一对下引导部19，这些引导部在部署期间引导对准缆绳20。对准缆绳20在部署期间帮助对准连接器17，该连接器17包括第一上连接器部70和第二下连接器部72。
发电单元10包括叶片24；这些叶片安装在转子26上，转子26允许叶片24响应流动的水流而旋转。转子26安装到容置有发电机的机舱22。发电单元10还包括凸起部29，凸起部29用于经由部署缆绳来升高或降低发电单元10。对准缆绳20的附接点32设置在上连接器部70上，附接点32用于通过对准缆绳20与上引导部18来进行对准。
如图3和图4所示，连接器17包括上连接器部70和下连接器部72；上连接器部和下连接器部被设计为连结(couple)到一起，并且通过重力和过盈配合而被保持就位。
上连接器部70包括向内且向上延伸的凹部60和沿径向向内凸出的圆柱形的销61。下连接器部72包括茎干部62，其从基座67向上凸出到顶端69并且具有大致圆锥状的外形。茎干部62中形成有一系列圆锥状的槽64。
当上连接器部70在下连接器部72上沿轴向下降从而连结连接器17时，凹部60内的向内凸出的圆柱形的销61被容纳在茎干部62的槽64中并且沿着茎干部62的槽64行进。当连接器17连结到一起时，通过处于槽64中的销61的阻挡来阻止旋转。
每个槽64从上部开口延伸到端座部65，并且当上连接器部70下降到下连接器72上时，销61安置在端座部65中。
图5到图8示出了连接器的替代性实施例。该连接器包括上连接器部270和下连接器部272；上连接器部和下连接器部被设计为连结到一起，与上述实施例相似。图5和图6示出下连接器部272，而图7和图8示出上连接器270。
下连接器部272包括茎干部262，茎干部262向上凸出并且具有从基座274向顶端276不连续地变窄的圆锥状的外形。基座274和顶端276之间设置有上支承表面275和下支承表面277。茎干部262的外表面设置有一系列的花键264，这些花键围绕茎干部262沿圆周间隔开。向上凸出的凸缘环278被螺栓连接至邻近基座274的茎干部262，并且包括竖直的环部；该竖直的环部与茎干部262的基座274向外间隔开，并且具有波浪状的上边缘280。
上连接器部270包括凹部260，凹部260向内并且向上延伸到上连接器部270的本体内。凹部260具有从下缘部282进入上连接器部270内的不连续地逐渐变窄的圆锥状的外形。缘部282和凹部260的内端部之间设置有上支承表面285和下支承表面287。凹部260的内表面设置有一系列沿径向向内凸出的花键261，这些花键围绕凹部260沿圆周间隔开。缘部282包括裙环286；裙环286从上连接器部270向下垂并具有波浪状的下边缘288，该下边缘288与凸缘环278的波浪状的上边缘280互补。
下连接器部272典型地被螺栓连接至呈竖直状态的塔架的顶部，同时上连接器部270典型地被螺栓连接至水下发电机的发电单元的下端。随着上连接器部270下降到下连接器部272上，上连接器部与下连接器部因圆锥状的外形而沿径向对准。随着连接器部270、272紧靠在一起，裙环286的波浪状的下边缘288与互补的凸缘环278的上边缘280啮合(mesh)。随着凸缘环278和裙环286啮合在一起，上连接器部270的支承表面285、287接合并支撑在下连接器部272的支承表面275、277上。上边缘280和下边缘288有效地形成有互补的齿部，这些齿部适于啮合在一起。啮合的上边缘280和下边缘288互相接合并且阻止上连接器部270的轴向旋转。此外，上连接器部270的向内凸出的花键261通过接合下连接器部272的向外凸出的花键264而阻止轴向旋转。
通过这种方式，重力和扭转力通过连接器来传递，而不需要将两个部分270、272夹持或者栓锁在一起。上连接器部270仅通过重力和阻挡力而被保持在下连接器部272上。
由于重力将发电单元10保持就位，所以将发电单元10保持在基座组件12上不需要锁定装置、夹具或者其他紧固装置。这允许简单地通过提升发电单元10(这样的提升使上连接器部70从下连接器部72上脱离)来升起发电单元10以进行维护。
在一些实施例中，上连接器部70包括机械限制部以强化重力连接，同时仍然允许通过简单地提升发电单元10来使上连接器部70从下连接器部72上脱离。这为偶然的冲击负载提供了额外的安全因素。
如图9A到图9D所示，连接器17还包括检修连接器80，检修连接器80用于在上连接器部70和下连接器部72之间连接诸如电力线和光纤线路之类的检修电缆。检修连接器80包括：第一转盘壳体82，其具有第一转盘93，该第一转盘93具有凸形电缆连接器83；第二转盘壳体84，其具有第二转盘95，该第二转盘95具有对应于凸形电缆连接器83的凹形电缆连接器85。第一转盘壳体82和第二转盘壳体84在部署期间通过将两个转盘壳体82、84压靠到一起而被连接，这通常在上连接器部70和下连接器部72连结到一起之后进行。还设有定位销86和对应的定位孔87以确保正确的对准；并且通过不对称地偏置定位销86和对应的定位孔87，而仅允许转盘壳体82、84以单个取向被连接。
转盘93、95相对于彼此可旋转以允许定位销86与定位孔87对准，从而在转盘壳体82、84压靠到一起之前，典型地利用液压驱动器将凸形电缆连接器83和凹形电缆连器85对准。这使得凸形电缆连接器83和凹形电缆连接器85连接到一起，并且在上连接器部70和下连接器部72之间提供检修连接。
检修连接器80可设置在连接器17的内部或者替代性地设置在连接器17的外部。
返回图1和图2，在部署期间，首先通过缆绳将基座组件12下降到海底。对准缆绳20在部署期间穿过下引导部19和上引导部18而延伸。可将废石或者其他物质设置在基座14的凹部15中以增加稳定性。可替代地，塔架16可直接安装在海底中。塔架16一般与附接到塔架16的顶部的下连接器部72一起竖直安装。
随后，在凸起部29处将部署缆绳30附接到发电单元10，并且将已经延伸穿过下引导部19和上引导部18的对准缆绳20的末端附接到上连接器部70的附接点32。对准缆绳20的另一端附接到拉紧绞车(take-up winch)，拉紧绞车可以设置在部署驳船或者另一个平台上或者基座14或海底上。
通过放出部署缆绳30来使发电单元10下降。在对准缆绳20附接到附接点32并且穿过上引导部18和下引导部19而延伸的情况下，利用绞车来拉紧对准缆绳20，对准缆绳20将发电单元10引向基座组件12。
在发电单元10在基座组件12上对准的情况下，上连接器部70被下降到下连接器部72上，使得茎干部62容置于凹部60中。上连接器部70的凹部60中的销61容置在下连接器部72的茎干部62上的对应的槽64中，并且沿着对应的槽64行进。发电单元10一直下降，直到销61安置在槽64的端座部65中为止。当完全连结时，上连接器部70与下连接器部72以约2米的长度重叠。
缆绳的张力、缆绳的布设长度和速度全部通过设置在靠近绞车的传感器来监控。通信网络将这些数据传送至控制系统；该控制系统控制发电单元10的部署，使发电单元10从图1所示的待命位置移动到图2所示的部署位置。
连接器17可设置有反向的连接器部，使得茎干部位于上部而凹部位于下部。然而，上述的设置是优选的，这是因为当从上部发生脱离时，如果凹部位于下部，则凹部将易于被淤泥和海洋生物阻塞。
可在塔架16中或者在上连接器部70中设置有独立的旋转装置，以使发电单元10在主要的水流中旋转以进行对准。
借助由销61和对应的槽64的数量来决定的多个对准部中的任一个，可使上连接器部70与下连接器部72对准。使用不同对的附接点32，可通过多个对准部中的任一个来降低发电单元10。位于上连接器部70和发电单元10之间的可旋转凸缘连接部76也允许发电单元10相对于上连接器部70的选择性取向。这些特征用来使发电单元10与主要的水流正确地对准。
叶片24可设置在一个或两个转子组中并且可以是双向的或者单向的。在后面的一个转子组的情况下，期望的是旋转装置提供对水流的有效利用。
一旦实现全部的部署，部署缆绳30即与发电单元10分离。附接到拉紧绞车的对准缆绳20的末端被分离，并被重新附接到锚75或者系泊锚(mooring block)。可附接某种链条以供吸收运动。
如图9A到图9D所示，随后利用水力来接合检修连接器80的转盘壳体82、84。为了确保相同的检修部联结到相同的检修部，定位销86必须正确地与定位孔87对准，以便允许转盘壳体82、84联结。为确保检修连接器80的精确的对准和完整性，可使用摄像机以及其他记录仪器。
第二转盘壳体84包括带有倒角的呈方形截面的空间。第一转盘壳体82包括设置在间隔开的角部的柱件以便阻止在第一转盘壳体82和第二转盘壳体84之间发生旋转。
对准促进器(alignment facilitator)被示出为位于第一和第二转盘壳体82、84上，用以促进对准，而且这些促进器呈倒角或者导入部的形式。
图10和图11示出一种替代性的用于引导连接器部70、72的方法，该方法与起到导引装置的作用的辅助对准缆绳102一起使用。锚100在相关的引导缆绳102的末端处下降，这些引导缆绳102由水面船只保持控制，提供提升/下降功能的装置优选为相同的装置。基座14设置有多种孔；这些孔用于容置锚100，以允许对发电单元10的机舱22进行不同的对准。
机舱22上设置有对准工具110；对准工具110与机舱22适当地过盈配合，并通过重力而被保持就位。对准工具110具有一对横向延伸的臂部105，并且以合适的对准方式设置在机舱22上。对准缆绳102贯穿位于每个横向延伸的臂部105的末端的引导孔112延伸。引导孔112具有大至足以接纳引导缆绳102、但又小于锚100的直径。一旦机舱22在塔架16上就位，锚100就从基座14被释放并被绞车拉起。锚100不能穿过引导孔112，因此对准工具110通过锚100而被捕获而且被提升脱离机舱22并返回水面。施加到对准工具110的臂部105的提升力也使机舱22上的对准工具110的适当的重力配合释放。
虽然本发明已经参考特定的示例进行描述，但本领域技术人员应认识到，本发明可通过多种其他形式具体实施。

Claims (16)

1.一种适于将水下发电机的发电单元安装到基座组件的连接器，所述连接器包括：
下连接器部，适于固定到所述基座组件，所述下连接器部具有从基座到顶端向上凸出的茎干部并且具有圆锥状的外形；
上连接器部，适于固定到所述发电单元，所述上连接器部具有向内和向上延伸的凹部；
至少一个大致圆柱形的销，沿径向向内延伸到所述凹部内；以及
至少一个在所述茎干部中形成的槽，所述槽构造成允许所述销随着所述茎干部被轴向插入所述槽内而沿所述槽行进。
2.如权利要求1所述的连接器，包括多个所述销以及对应的多个所述槽。
3.如前述任一项权利要求所述的连接器，其中，每个槽从上部开口延伸到端座部；并且其中，当所述上连接器部下降到所述下连接器部上时，所述销适于安置在所述端座部中。
4.一种适于将水下发电机的发电单元安装到基座组件的连接器，所述连接器包括：
下连接器部，适于固定到所述基座组件，所述下连接器部具有从基座到顶端向上凸出的茎干部并且具有圆锥状的外形；
上连接器部，适于固定到所述发电单元，所述上连接器部具有向内和向上延伸的具有下缘部的凹部；
向上凸出的凸缘环，设置成邻近所述茎干部的基座，所述凸缘环具有上边缘；以及
向下垂的裙环，设置在所述下缘部，所述裙环具有下边缘；
其中，所述上边缘和所述下边缘适于彼此接合，并且当所述上连接器部下降到所述下连接器部上时，阻止所述上连接器部的轴向旋转。
5.如权利要求4所述的连接器，其中，所述上边缘和所述下边缘具有互补的波浪状的外形，由此阻止所述上连接器部的轴向旋转。
6.如权利要求5所述的连接器，其中，所述上边缘和所述下边缘形成有多个齿部。
7.如前述任一项权利要求所述的连接器，其中，所述茎干部设置有多个沿径向向外凸出的花键，并且所述凹部设置有对应的沿径向向内凸出的花键；其中，所述茎干部的所述花键适于与所述凹部的所述花键接合，以阻止所述上连接器部的轴向旋转。
8.如前述任一项权利要求所述的连接器，其中，所述茎干部设置有至少一个支承表面，而且所述凹部设置有对应的支承表面；其中，当所述上连接器部下降到所述下连接器部上时，所述凹部的支承表面支承在所述茎干部的支承表面上。
9.如前述任一项权利要求所述的连接器，还包括：检修连接器，适于在所述下连接器部和所述上连接器部之间连接检修电缆，所述检修连接器包括：
第一检修台，具有一个或多个电缆连接器；以及
第二检修台，具有一个或多个对应的电缆连接器；
其中，至少一个所述检修台是转盘，适于在所述检修台被压靠到一起以联结所述对应的电缆连接器之前，相对于所述另一个检修台旋转以允许所述对应的电缆连接器对准。
10.如权利要求9所述的连接器，其中，至少一个所述检修台设置有定位销，并且所述另一个检修台设置有定位孔，所述定位孔被设置为当所述检修台压靠到一起时容置所述定位销。
11.如权利要求9或10所述的连接器，其中，所述检修连接器设置在所述连接器的内部。
12.如权利要求9或10所述的连接器，其中，所述检修连接器设置在所述连接器的外部。
13.如权利要求10所述的连接器，其中，所述定位销和所述定位孔不对称地设置在所述转盘上，以确保所述转盘能够以单个取向被连接。
14.一种水下发电机，包括：
基座组件；
发电单元，适安装到所述基座组件上；以及
根据前述权利要求中任一项所述的连接器。
15.一种用于对准塔架上的水下发电机的发电单元的系统，所述系统包括：
至少两个附接到拉紧装置的对准缆绳；
塔架，具有至少两个缆绳引导部，所述缆绳引导部适于束缚各自的对准缆绳的横向移动；以及
发电单元，具有至少两个用于附接各自的对准缆绳的附接点；
其中，每个对准缆绳从所述拉紧装置穿过一个所述缆绳引导部并且附接到一个所述附接点，使得通过所述拉紧装置施加在所述引导缆绳中的张力将所述发电单元拉成与所述塔架轴向地且转动地对准。
16.一种用于轴向地对准塔架上的水下发电机的发电单元的系统，所述系统包括：
至少两个对准缆绳，每个缆绳在一端附接到锚而在另一端附接到拉紧装置；
对准工具，适于随着其被下降到所述塔架上而过盈配合在所述发电单元的顶部上，所述对准工具具有一对横向延伸的臂部，每个臂部具有孔；
其中，所述锚位于所述塔架的基座，并且每个对准缆绳从一个所述锚穿过一个所述孔而到达所述拉紧装置，使得通过所述拉紧装置施加在所述对准缆绳中的张力将所述发电单元拉成与所述塔架轴向地且转动地对准。
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