CN106870249B - 用于潮汐流/洋流/河流电力设施的水下水流涡轮机的轴承组件与密封件的组合件 - Google Patents

用于潮汐流/洋流/河流电力设施的水下水流涡轮机的轴承组件与密封件的组合件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水下电力设施的水下水流涡轮机(1)，特别是潮汐流/洋流/河流电力设施的水下水流涡轮机(1)，该水下水流涡轮机(1)具有发电机舱(2)，发电机舱(2)内布置有用于产生电流的发电机；和驱动单元(8)，其具有能够由水驱动的至少一个转子叶片(12)，其中驱动单元(8)被连接至轴(6)使得驱动单元(8)和轴(6)一起旋转；轴(6)从驱动单元(8)延伸到发电机舱(2)中并且被构造成驱动该发电机，其特征在于，发电机舱(2)与驱动单元(8)之间布置有能够更换的轴承组件与密封件组合件(20)。

Description

用于潮汐流/洋流/河流电力设施的水下水流涡轮机的轴承组 件与密封件的组合件
技术领域
本发明涉及用于潮汐流/洋流电力设施（power plant）的水下水流涡轮机（underwater current turbine）的轴承组件与密封件的组合件，以及具有该轴承组件与密封件的组合件的水下水流涡轮机。
背景技术
水下水流涡轮机被用在潮汐流或洋流系统中，以便从海洋能中提取电。这样的涡轮机还可以类似地用在河流中。这样的水下水流涡轮机被浮动安装或直接安装在海床上/河床上且与风力涡轮机具有极大的相似性，但是它们仍然处在发展阶段。这样的水下水流涡轮机通常具有大的尺寸且被安装在难以到达的区域。然而，还未获得将会降低这类电力设施成本的标准设计。此外，水下水流涡轮机可能对密封件有高的需求以便实现具有相连的发电机舱的水下水流涡轮机。因而，正如描述在DE 10 2014 204 593中的，传统的水下涡轮机具有下述构建方法：其中驱动发电机的轴被套管包围，进而转子叶片被套管支撑以使进入的水最少。此处，外部转子套管被支撑抵靠发电机舱的外表面，外表面在主轴上朝转子延伸且被单独支撑。
然而，对于现有技术中已知的这些水下水流涡轮机来说，不利地是，需要多个独立的轴承以便支撑外部转子套管和转子轴两者。此外，所提出的轴承遭受高的负荷且还必须耐受进入的盐水，这极大地缩短了轴承的服役寿命。此外，不利地是，更换轴承只可能一个一个地进行且要完全拆卸整个水下水流涡轮机，这是非常耗时且成本密集的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供具有长的服役寿命且组装和维护简单的一种水下电力设施的水下水流涡轮机，特别是潮汐流/洋流/河流电力设施的水下水流涡轮机。
在下文中提出水下电力设施的水下水流涡轮机，特别是潮汐流/洋流/河流电力设施的水下水流涡轮机，其具有发电机舱，发电机舱内布置有用于发电的发电机。这样的水下水流涡轮机被用在潮汐流或洋流系统中，以便从海洋能提取电力。这样的涡轮机还可以被类似地用在河流中。水下流涡轮机被浮动或直接安装在海床/河床上且与风力涡轮机具有极大的相似性，其中风力涡轮机具有塔、具有发电机的舱以及转子。水下流涡轮机通常具有大的尺寸且位于难以到达的区域。
下文中描述的水下水流涡轮机还包括具有至少一个能够由水驱动的转子叶片的驱动单元，其中驱动单元被连接至轴，使得驱动单元与轴一起旋转；轴从驱动单元延伸到发电机舱中且被设置成驱动发电机。为了提供特别简单的组装和快速维护的水下水流涡轮机，在发电机舱与驱动单元之间还布置有可更换的轴承组件与密封件组合件。除了用在潮汐电力设施外，所述的涡轮机还可以被用在能够驱动转子叶片的所有其他水流中。
此处，可更换的轴承组件与密封件组合件尤其起到支撑轴且相对于涡轮机周围的水密封发电机舱的作用。基于此目的，轴承组件与密封件组合件优选地至少包括一个支撑轴的第一轴承组件和一个相对于轴密封轴承组件与密封件组合件的第一密封件组件。
根据一个有优势的示例性实施方案，轴承组件与密封件组合件被密封地安装于水下水流涡轮机，尤其是水下水流涡轮机的发电机舱。除了提供轴与轴承组件与密封件组合件之间的密封的密封件组件外，水下水流涡轮机的轴承组件与密封件组合件与发电机舱的壳体之间的密封安装起到防止水从发电机舱与轴承组件与密封件组合件之间的界面处进入的作用。
根据另外的有优势的示例性实施方案，轴承组件与密封件组合件可拆卸地安装于水下水流涡轮机，尤其是水下水流涡轮机的发电机舱。因此，能够在需要时提供可容易且快速更换的组合件单元。同时，可以经由轴承组件与密封件组合件快速实现水下水流涡轮机的安装，使得即使在困难的安装条件下，例如在恶劣天气条件下在海面上安装时，涡轮机也可以被快速且容易地组装或服役。
此外，如果轴承组件与密封件组合件包括安装于水下水流涡轮机（尤其是安装于水下水流涡轮机的发电机舱）的组合件壳体，那么这将是优选的。除了轴承和密封件组件之外，此组合件壳体还可以包括其他元件，诸如，例如用于确定振动或温度的传感器或还用于测定组合件壳体内部的密封度（tightness）的湿度传感器。使用湿度传感器，一方面，密封件组件的状态可以被监测，而另一方面，可以检测到过度的湿度值。同时，如果组合件壳体还包括排水系统，那么这将是有优势的，使用该排水系统能够将已经进入组合件壳体的水从水下水流涡轮机排出。此处，排水系统可以与例如湿度传感器配合，使得即使在水透过或密封效果变差的情况下，也能够防止水进入发电机舱。
正如另外优选的示例性实施方案显示的，轴承组件与密封件组合件本身可以被构建在发电机舱的前面，然而，还可以的是，轴承组件与密封件组合件被布置在发电机舱的内部。此处，轴承组件与密封件组合件在发电机舱外部的设计提供了下述优势：轴承组件与密封件组合件非常容易安装和更换。相比之下，如果轴承组件与密封件组合件被布置在发电机舱的内部，那么一方面可以具有缩短的构造，另一方面，流动作用于轴承组件与密封件组合件的力可以被更好地转移。此外，内部布置具有下述优势：减小了暴露于海水的受侵袭表面，使得水下流涡轮机的服役寿命可以总体上被增加。
为了将轴承组件与密封件组合件安装于水下水流涡轮机，尤其是发电机舱，组合件壳体有利地包括至少一个径向延伸的安装凸缘，优选地安装凸缘可以被螺接于发电机舱。根据是否设计成构建在前面还是构建在内部，还可以设置若干个这样的径向安装凸缘。
根据另外的有优势的示例性实施方案，轴承组件与密封件组合件的组合件壳体还包括基本上沿轴向延伸的外表面，至少一个轴承组件被布置在该外表面的径向内侧。至少一个密封件组件还可以被布置在该外表面上（还优选地布置在轴承组件的轴向外侧）。由此，轴承组件的轴承可以被密封件组件保护免受水的影响。
根据另外的有优势的示例性实施方案，轴承组件与密封件组合件包括不止一个轴承组件，而是包括优选沿径向和/或沿轴向支撑轴的两个轴承组件。此外，由此可以省略在发电机壳体内的轴承组件。由此能够将被设置成承担整个轴支撑且作为组合件组成部件的轴承组件与密封件组合件容易且快速地安装于水下水流涡轮机。
此外，如果轴承组件与密封件组合件包括不止一个密封件组件，而是包括布置在轴承组件的轴向（axially）外侧的两个密封件组件，那么这将是有优势的。利用这些密封件组件，一方面轴承组件与密封件组合件被保护免受进入的水的影响，且同时利用第二密封件组件防止了可能进入组合件壳体中的水进入发电机舱。由此即使在第一密封系统出现故障的情况下也能够确保发电机的电部件免受进入的水的侵袭。
此处，密封件组件或多个密封件组件通常包括现有技术充分已知的多个相配合的密封件。
根据另外的有优势的示例性实施方案，发电机还包括转子和定子，其中定子被设置成使得定子与发电机舱一起旋转且转子被设置成使得转子与轴一起旋转。水下水流涡轮机也可以通过此易于制造和维护的直接驱动来提供。
本发明另外的方面涉及一种能够更换的轴承组件与密封件组合件，其用于如前所述的水下电力设施的水下水流涡轮机，特别是潮汐流/洋流/河流电力设施的水下水流涡轮机。本文中，轴承组件与密封件组合件优选包括携带至少一个轴承组件和至少一个密封件组件且可安装于水下水流涡轮机（特别是安装于水下水流涡轮机的发电机舱）的组合件壳体。
此外，如果轴承组件与密封件组合件包括组合件壳体，该组合件壳体被构造为插座形主体并且包括至少一个径向延伸的安装凸缘，借助该安装凸缘能够进行到水下水流涡轮机的发电机舱上的安装，那么这将是有优势的。
此外，插座形的主体可以具有外表面，至少一个轴承组件布置在该外表面的径向内侧，和/或至少一个密封件组件被布置在该外表面上。此处，如果密封件组件布置在轴承组件的轴向外侧，那么这将是特别有优势的。
根据另外的示例性实施方案，轴承组件与密封件组合件分别包括在轴向上彼此间隔开的两个轴承组件和/或两个密封件组件，其中轴承组件布置在密封件组件的轴向内侧。
此外，用于轴承组件或密封件的和/或轴承组件与密封件组合件的状态的传感器可以被设置在轴承组件与密封件组合件上，尤其是设置在组合件壳体上。特别地，组合件壳体可以包括测量组合件壳体的内部、轴承组件和密封件的运行状态的振动传感器、温度传感器和/或湿度传感器。
此处，如果排水系统还被设置在轴承组件与密封件组合件上，那么这将是特别有优势的，排水系统被设置成去除已经从轴承组件与密封件组合件进入轴承组件与密封件组合件中的水。
另外的优势和有益的设计将被界定在说明书、权利要求或附图中。此处，尤其是说明书和附图中规定的特征的组合仅仅是示例性的，从而特征还可以单独地或以其他方式组合地存在。
在下文中，将参考附图中描绘的示例性实施方案来更详细地描述本发明。本文中，示例性实施方案和示例性的实施方案中显示的组合仅仅是示例性的且并不意在界定本发明的范围。本发明的范围仅由在审的权利要求界定。
附图说明
图1显示了水下水流涡轮机的第一优选的示例性实施方案；以及
图2 显示了水下水流涡轮机的第二优选的示例性实施方案。
在下文中，相同的或功能上等同的元件由相同的附图标记表示。
附图标记列表
1 水下水流涡轮机
2 发电机舱
4 发电机舱的内部
6 轴
8 驱动单元
10 转子叶片托架
12 转子叶片
14 安装部件
20 轴承组件与密封件组合件
21 组合件壳体
22 轴向外表面
24 径向安装凸缘
26 密封件
28 安装部件
30 轴承组件
32 密封件组件
34 密封件托架
36 密封系统
38 接触座
40 夹持环
42 组合件壳体内部
具体实施方式
图1和2示意性地显示了从具有发电机舱 2的水下水流涡轮机1的一部分截取的横截面视图，其内部4容纳有发电机 (未描绘)，发电机按照已知的方式使用转子和定子发电。这样的水下水流涡轮机被用在潮汐流或洋流系统中，以便从海洋能提取电。这样的涡轮机也可以类似地被用在河流中。水下水流涡轮机被浮动地或直接安装在海床/河床上且与风力涡轮机具有极大的相似性。为了驱动发电机，发电机转子经由轴6被连接至驱动单元8。驱动单元8进而包括转子叶片托架10，转子叶片12安装于转子叶片托架10。转子叶片托架10又经由安装部件14连接到轴6，使得转子叶片托架10与轴6一起旋转。
在水下水流涡轮机中，驱动单元8通常经由例如由潮汐流、河流或洋流引起的水流来驱动。这同时意味着尽管驱动单元8被暴露于水，但是发电机舱2的内部4必须相对于周围的水被密封，以便使其内的发电机的转子和定子工作。
为了提供驱动单元8与发电机舱2之间的此密封，附图中显示的水下水流涡轮机1进一步包括具有组合件壳体（module housing）21的轴承组件与密封件组合件(bearing-assembly-and-seal module )20。如图1所示，轴承组件与密封件组合件20可以被置于发电机舱2的前面，即位于发电机舱2与驱动单元8之间；然而，还可能的是，正如图2描绘的，轴承组件与密封件组合件20被置于发电机舱2的内部。
在所显示的示例性实施方案中，轴承组件与密封件组合件20的组合件壳体21本身被设置成实质上插座（socket）的形状且包括朝轴6实质上沿轴向延伸的外表面22。此外，在图1描绘的外置方案的情形中，轴承组件与密封件组合件20包括径向延伸的安装凸缘24，而在内置方案的情形中，轴承组件与密封件组合件20包括两个径向延伸的安装凸缘24-1和24-2，轴承组件与密封件组合件20能够借助安装凸缘24-1和24-2安装于发电机舱2。为此目的，将密封件26插入在发电机舱2与安装凸缘24之间，随后将发电机舱和安装凸缘24经由同样密封的安装部件(特别是螺钉28)彼此螺接。此处，如图1描绘的，螺钉28可以从外部穿入（accessible），然而，正如描绘在图2中的，螺钉28还可以从内部穿入。如上所述，除了示意性描绘的密封件26以外，还可以在螺钉28的区域内的发电机舱2与安装凸缘24之间设置另外的密封元件，该另外的密封元件防止水进入发电机舱2的内部4。图2所描绘的实施方案中的安装部件28-1、28-2的可穿入性例如经由能够在发电机舱2内获得的检修孔来提供。
轴承组件与密封件组合件20优选在其轴向外表面22上还携带有至少一个（但在示出的情况下为两个）提供了轴6的轴向支撑和径向支撑的轴承组件30-1和30-2。通常用于径向支撑和/或轴向支撑轴的轴承组件对本领域技术人员是已知的。本文中，轴承组件与密封件组合件的所有轴承组件可以是同等支撑的。
此外，至少一个（但在示出的情况下为两个）密封件组件32-1、32-2被设置在轴承组件与密封件组合件20上，该密封件组件32-1、32-2优选地布置在轴承组件30的轴向外侧。这些密封件组件32确保水下水流涡轮机1周围的沿着轴6的水不能够进入组合件壳体21的内部42且不能够进一步进入发电机舱2的内部4。此处，密封件组件32包括例如托架34、密封系统36以及接触金属板或接触座38。密封件组件的这些组成部件仅仅是示意性描绘。因而，密封系统36通常包括现有技术已知的多个不同设计的密封件。
为了确保密封件组件32和轴承组件30两者的轴向位置，夹持环40可以进一步被设置，夹持环40被直接布置在轴承组件30上或在密封件组件32上（参见40-2）。
用于支撑轴的轴承组件30或用于密封轴的密封件组件32是现有技术充分已知的。然而，不同于现有技术的是，轴承组件30和密封件组件32被安装于轴承组件与密封件组合件20的组合件壳体21且可与轴承组件与密封件组合件20一起作为完整的组件套而获得。因此，可以以快速且简单的方式更换水下水流涡轮机1上的轴承组件或密封件组件。此外，轴承组件与密封件组合件20可以携带已经预负载的轴承组件30，使得除了在操作场所以外不需要发生预负载。此外，这样的轴承组件与密封件组合件20可以被提供为可以作为完整的更换部件被交付到消费者的单元组成部件。尤其对于图2中描述的布置来说（在图2中轴承组件与密封件组合件被布置在发电机舱2的内部），还能够通过现有的维护开口从发电机舱2的内部4直接进行维护工作。
此外，有利的是，除了密封件32和轴承组件30以外，轴承组件与密封件组合件20可以包括用于确定轴承组件和/或密封件组件内部的物理状态（例如温度或振动之类的物理状态）的传感器（未描绘），借助这些传感器可以直接监测轴承状态。此外，一个或多个湿度传感器可以被设置在轴承组件与密封件组合件上，湿度传感器测量密封件组件32的磨损或轴承组件与密封件组合件20内大致的液体和湿气程度。此处，如果湿度传感器同时与去除可能从轴承组件与密封件组合件20的内部42透过的水的排水系统相配合，那么将是特别优选的。这些额外的传感器还可以作为标准组件套被直接安装于轴承组件与密封件组合件20并且与轴承组件与密封件组合件20一起作为完整的组件套而被交付。根据特定的条件，密封件组件32或轴承组件30可以被改动以迎合特定的情形。因而，例如，同一个轴承组件与密封件组合件壳体20可以携带有不同的轴承组件或密封件。这同时意味着对不同需求个性化是可行的，没有问题的。因而，例如其他密封系统32可以被用于使用在淡水中，而不是使用在盐水中。此外，密封系统可以根据预期的压力被设计。因而，可以的是，例如使用具有低的预期压力的唇密封系统，但是也可以使用具有高压力的机械密封系统。
总体上对于上述轴承组件与密封件组合件来说，能够提供水下水流涡轮机的可容易更换的组成部件，该组成部件同时提供了将发电机连接至驱动单元的轴的支撑和密封。此组合件可以建立同时兼具轴的最佳密封和支撑的容易且快速的安装或维护，使得即使是难以到达的位置，都可以毫无问题地在此位置处实施水下水流涡轮机的安装和/或维护。对于维护工作，仅需将发电机舱连同驱动单元引到水面上，随后在水面上通过在发电机舱与轴承组件与密封件组合件的界面（interface）处将轴承组件与密封件组合件与驱动轴一起分开来实现发电机舱与驱动单元的分离。随后可以无问题地将整个组合件从轴移除。

Claims (15)

1.一种水下电力设施的水下水流涡轮机（1），所述水下水流涡轮机（1）具有：发电机舱（2），所述发电机舱（2）内布置有用于产生电流的发电机；和，驱动单元（8），所述驱动单元（8）具有能够由水驱动的至少一个转子叶片（12），所述驱动单元（8）连接至轴（6），使得所述驱动单元（8）和所述轴（6）一起旋转；所述轴（6）从所述驱动单元（8）延伸到所述发电机舱（2）中并被构造成驱动所述发电机，其特征在于，在所述发电机舱（2）与所述驱动单元（8）之间布置有能够更换的轴承组件与密封件的组合件（20），
所述轴承组件与密封件的组合件（20）包括支撑所述轴（6）的轴承组件（30），相对于所述轴（6）密封所述轴承组件与密封件的组合件（20）的密封件组件（32）和组合件壳体（21），所述组合件壳体（21）被安装在水下水流涡轮机上；并且所述轴承组件（30）和密封件组件（32）被安装在所述轴承组件与密封件的组合件（20）的组合件壳体（21）上，并且能够以作为完整的组件套的轴承组件与密封件的组合件（20）而获得，以使得所述轴承组件与密封件的组合件（20）被提供作为完整的待用于更换的更换部件。
2.如权利要求1所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述水下电力设施是潮汐流电力设施、洋流电力设施或河流电力设施。
3.如权利要求1所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述轴承组件与密封件的组合件（20）密封地安装于所述水下水流涡轮机（1）。
4.如权利要求1所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述轴承组件与密封件的组合件（20）密封地安装于所述水下水流涡轮机（1）的所述发电机舱（2）。
5.如权利要求1所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述轴承组件与密封件的组合件（20）可拆卸地安装于所述水下水流涡轮机（1）。
6.如权利要求1所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述轴承组件与密封件的组合件（20）可拆卸地安装于所述水下水流涡轮机（1）的所述发电机舱（2）。
7.如权利要求1所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述组合件壳体（21）安装于所述水下水流涡轮机（1）的所述发电机舱（2）。
8.如权利要求1-7中任一项所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述组合件壳体（21）包括至少一个径向延伸的安装凸缘（24），所述轴承组件与密封件的组合件（20）能够利用所述安装凸缘（24）安装于所述水下水流涡轮机（1）的所述发电机舱（2）。
9.如权利要求1-7中任一项所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述组合件壳体（21）包括实质上沿轴向延伸的外表面（22），至少一个轴承组件（30）布置在所述外表面（22）的径向内侧，和/或，至少一个密封件组件（32）布置在所述外表面（22）上。
10.如权利要求9所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述至少一个密封件组件（32）在所述轴承组件（30）的轴向外侧被布置在所述外表面（22）上。
11.如权利要求1-7中任一项所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述组合件壳体（21）内还设置有排水装置，所述排水装置检测和/或排出渗透到所述组合件壳体（21）中的水。
12.如权利要求1-7中任一项所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述轴承组件与密封件的组合件（20）包括在轴向上彼此间隔开的两个轴承组件（30-1、30-2）和两个密封件组件（32-1、32-2），其中所述轴承组件布置在所述密封件组件（32-1、32-2）的轴向内侧。
13.如前述权利要求1-7中任一项所述的水下水流涡轮机（1），其特征在于，所述发电机包括转子和定子，其中所述定子被构造成与所述发电机舱（2）一起旋转且所述转子被构造成与所述轴（6）一起旋转。
14.一种能够更换的轴承组件与密封件的组合件（20），其用于如前述权利要求中任一项所述的水下电力设施的水下水流涡轮机（1）。
15.如权利要求14所述的能够更换的轴承组件与密封件的组合件（20），其特征在于，所述水下电力设施是潮汐电力设施。
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