CN117178115A - 水下发电站 - Google Patents

Abstract

一种用于水下发电站(I)的涡轮机(2)包括转子(5)，转子(5)上具有叶片(11)，叶片(11)在每次旋转时会移入和移出滚筒，其中每个叶片(11)的两个端边缘滑动地布置在垂直于轴的旋转板上相应稳定的、线性的、径向凹槽(13)中。这样，叶片(11)的端部在滚筒(10)外暴露于水流中时就能得到支撑，其中多个永久磁体(24)附接到旋转横向凸缘(14B)，并且其中多个线圈(25)附接到支撑件(8)，线圈(25)与导线电连接，导线的布置是为了传导转子(5)旋转时通过感应产生的电流。

Description

水下发电站

技术领域

本发明涉及一种包括涡轮机的水下发电站，其转子具有可移动进出旋转滚筒的叶片。特别地，本发明涉及权利要求1序言所述的发电站。

背景技术

对于水下发电站来说，涡轮机的原理多种多样，其中一些使用轴上的转子，转子的方向与驱动涡轮机的水流方向相反。转子由叶片组成，叶片周期性地划出弧线，旋转一次，延出和收缩一次，以便在水流较大的区域有较大的面积，而与水流方向相反的部分面积较小。

荷兰专利申请NL 1040434公开了一种原理，其中转子包括圆柱形滚筒，滚筒上有多个径向狭槽，沿滚筒平行延伸，每个狭槽中容纳叶片，叶片滑动地安装在狭槽中，每旋转一圈，叶片就会被从径向推出狭槽外，然后再收缩到狭槽中，这样，滚筒外的叶片就主要集中在滚筒的一侧。这一原理虽然简单，但是需要非常坚硬的叶片，否则叶片会因水流而变形，导致叶片很难滑收缩到槽中。虽然硬质叶片坚固耐用，有利于保持长久的机械稳定性，但这种硬质叶片通常很重，生产和运输成本也相应较高，这就造成了以下缺点。

欧洲专利申请EP 1478847和等同地国际专利申请W003/029646公开了一种水下发电站，该发电站包括具有在水平轴上带有转子的涡轮机。转子由轴组成，轴上承载多个平整的双层薄片，该薄片作为封套从轴向外伸出。每个封套中都有一个叶片，叶片安装在薄片之间，可以移动，以便在转子每转一圈时从封套中径向推出，然后再收缩。在转子旋转期间，叶片会周期性地(每转一圈一次)被部分推出封套，以增加主流水所在转子一侧叶片的有效面积，然后再次收缩。与NL1040434的滚筒相比，EP 1478847的原理考虑到了叶片的可能挠曲性，由于柔性封套可调节到柔性叶片并允许叶片相对于封套进行适当的伸缩。虽然叶片和封套的柔性对于平稳的机械伸缩来说是一种优势，但是由于叶片会因水流而变形，因此会降低涡轮机的效率，并且意味着随着时间的推移，材料疲惫甚至断裂的风险会增加，这是不利的，也是不希望看到的。

欧洲专利申请EP 1079104公开了NL1040434和EP1478847这两种原理的组合，在滚筒上的径向槽中装有双层封套，封套中滑动装有叶片。在旋转期间，不仅叶片被推出封套，而且封套也被推出滚筒。这样做的好处是，每旋转一圈，封套的面积就会添加到叶片的面子上，从而提高转子的效率。然而，由于封套在容纳叶片时会在滚筒的槽中滑动，因此叶片和封套必须相对较薄，相应的弯曲度也较高，并且在运行时变形程度也相应较高。如前所述，变形是一个普遍问题，不仅会影响涡轮机的效率，还会影响长期稳定性。为了提高叶片的稳定性，EP 1079104的叶片在其前角与横向导轨中的滚轮相连，当滚轮沿着导轨的弧形结构移动时，也能确定叶片的伸缩。虽然滚轴增加了叶片最外角的稳定性，但这只是部分地解决由于水流作用力造成的不稳定性问题。由于悬挂装置仅位于最外侧角部，因此只能部分解决由于水流作用力导致的不稳定性问题。

因此，改善此类涡轮机的机械稳定性仍有潜力和普遍需求，特别是因为一方面，人们不希望涡轮机有较大的灵活性和变形，另一方面，沉重或昂贵的刚性材料也是不利因素。

发明内容

因此，本发明的目的是对这一项技术进行改进，特别地，提供一种具有带有叶片的转子系统，这种叶片可以用成本低、重量轻的材料制成，同时不影响必要的刚度和长期稳定性。下文及权利要求中描述，本发明通过水下发电站和涡轮机实现这一目的，并具有更多的优点。

根据本发明，水下发电站包括涡轮机，所述涡轮机包括一个底座和一个转子，所述转子由所述底坐旋转支撑，由流过所述涡轮机的水流驱动所述底座旋转；其中所述转子包括悬挂在轴上的滚筒，还包括多个叶片，每个叶片由后边缘、前边缘和两个端边缘(一个位于叶片的两端)限定，一个在叶片的任一端处；所述滚筒包括纵轴和用于所述叶片每一个狭槽，所述叶片都滑动地悬挂在所述狭槽中，并且在转子第一部分旋转期间滑入所述狭槽中，在第二部分旋转期间滑出所述狭槽中。所述滚筒设置在两个旋转凸缘并且固定到所述旋转凸缘之间，并固定在所述旋转凸缘上，以便一起旋转；所述旋转凸缘从所述滚筒径向向外延伸，所述涡轮机包括固定支撑件，与至少一个旋转凸缘邻近布置，多个永久磁体附接到至少一个所述旋转横向凸缘上，所述永久磁体沿着第一圆形路径分布，所述第一圆形路径对应于一个圆，该圆的中心与所述滚筒的纵轴重合，多个线圈附接到所述支撑件上，所述线圈沿着与所述第一圆形路径相同尺寸的第二圆形路径分布并对应于一个圆，该圆中心与所述滚筒的纵轴重合，所述线圈与导线电连接，所述导线用于传导转子旋转时感应产生的电流。

因此，在不通过转子延伸轴传递大扭矩的情况下，就可以获得感应电形式的能量。与现有技术中通过转子延伸轴传递大扭矩的水下发电站相比，该结构的机械强度可以降低。由此，可以在扩大结构的同时，将可靠而坚固的涡轮机付诸实践，使其能够承受运行中的外力。

在一个实施例中，多个永久磁体附接到两个旋转侧面凸缘，其中永久磁体沿着圆形路径分布，该圆周的中心与所述滚筒的纵轴重合，多个线圈附接到每个旋转横向凸缘邻近的支撑件上。因此涡轮机的发电能力可以达到最大。

在一个实施例中，永久磁体沿着圆形路径分布。因此，可以优化涡轮机的发电能力。

在一个实施例中，线圈沿着圆形路径分布。由此，可以优化涡轮机的发电能力。

在一个实施例中，永久磁体集成在由塑料制成的旋转横向凸缘中，所述永久磁体由塑料封闭。用塑料对永久磁体进行进行封闭，使得可以提供实用、坚固且可靠的涡轮机。

在一个实施例中，线圈集成在由塑料制成的支撑件中，所述线圈由塑料封闭。用塑料封闭(环绕)线圈使得能够提供实用、坚固且可靠的涡轮机。

在一个实施例中，永久磁体和线圈具有相同的横截面。

简而言之，用于水下发电站的涡轮机包括转子，所述转子具有叶片，叶片每转一圈都会在转子内移入或移出，每个叶片的两个端部滑动地排列在旋转板上相应的稳定、线性、径向凹槽中，旋转板的方向与轴垂直。这样，当叶片暴露在滚筒外的水流中时，叶片的两端就能得到支撑。

作为进一步的措施，叶片仅被部分地推出刚性滚筒狭槽，这样叶片首先受到滚筒中的狭槽支撑，防止一条长边的变形，其次受到叶片的两端处的径向凹槽支撑，防止叶片在两个相对端处的边缘变形。由于叶片的三个边缘都有稳定支撑，因此可以获得很高的刚度和稳定性，而叶片本省不需要很高的刚度。

更详细地说，水下发电站的涡轮机包括底座和转子，转子由底座旋转支撑并利用流经涡轮机的水流的力量驱动旋转。为了获得最高的运行效率，转轴设置在水流的侧边，可选择水平、倾斜或垂直于海床。

转子还包括多个叶片，每个叶片的纵向和横向较短，并由一个后边缘和前边缘构成纵向边缘，以及两个两个末端边缘构成横向边缘，其中一个端边缘位于叶片的两端。叶片通常呈长方形，边缘平直。

所述滚筒包括用于每个叶片的的一个狭槽，所述叶片滑动地悬挂在所述狭槽中，并在转子每次旋转的第一部分期间滑入所述狭槽，在第二部分期间滑出所述狭槽。

所述滚筒位于有两个旋转凸缘之间并固定在旋转凸缘上一起旋转。每个旋转凸缘从滚筒径向向外延伸并包括多个径向凹槽，其中每个径向凹槽仅与一个槽对齐，并从相应的槽径向向外延伸。每个叶片的端边缘滑动地悬挂在对应的一对平行的径向凹槽中，每个旋转凸缘上都有一个，用于支撑在两个旋转凸缘的凹槽中并通过两个旋转凸缘上的凹槽稳定，至少在径向向槽外部移动时是如此。

由于叶片的端部边缘悬挂在凹槽中，因此叶片可以稳定地抵抗来自水流扭转力，也可以稳定地抵御湍流的变形。与上述现有技术相比，这是一个很大的优点。

通常情况下，叶片的端边缘沿着整个末端边缘的长度悬置在凹槽内。

可选地，所述凹槽不仅设置在所述滚筒外侧的旋转凸缘上，且凹槽应延伸至滚筒内部，这样当叶片被拉入滚筒时也会悬浮在凹槽内。这样，凹槽而不是狭槽确定并稳定叶片向外和向内的运动。为了方便平稳地移动叶片，可以在叶片上安装滚轮，滚轮在槽的内表面滚动。或者，凹槽和/或叶片在叶片和凹槽之间的界面处使用低摩擦材料。

有利地，转子的结构可以只将叶片部分地移出槽，使得叶片的后边缘保持在滚筒的槽内部。这样，当叶片从槽中向外伸出时，滚筒会沿叶片后边缘稳定叶片，从而沿着其经度稳定叶片。

叶片的三个边缘都能稳定地悬挂在凹槽中，这样，即使叶片完全延伸出狭槽外，也能保持较高的机械稳定性，从而降低了叶片和悬挂系统的机械负载以及材料的长期疲劳。此外，叶片受水流影响的变形最小，从而最大限度地提高了转子效率。

在某些情况下，叶片进出槽的运动由液压或气动致动器完成。

然而，在以下实施例中实现了一种更简单的机制，即涡轮机包括两个相对于底座固定的端部凸缘，并且布置在滚筒的相对端部处。每个固定端凸缘包括一个固定的闭合弧形叶片引导件，围绕所述轴周向布置。

例如，叶片引导件是一个弯曲的凹槽、孔或轨道。

每个叶片的连接构件，例如滑块或滚轮可移动地连接到叶片引导件上，以便在转子旋转时沿着叶片引导件引导连接构件。叶片引导件的第一部分比第二部分中更靠近轴。工作时，在转子的旋转期间，连接构件在转子每转一圈时周期性地与对应的叶片一起朝向轮轴收缩，这使得叶片移动到滚筒的狭槽中，随后与相应的叶片一起远离轴，这导致叶片移出滚筒的狭槽，例如部分地移出狭槽。

叶片引导件在最靠近轴的位置，叶片引导件具有第一曲率半径，而在叶片引导件离轴最远的另一位置，叶片引导件具有第二曲率半径。与EP1478847中提到的现有技术系统相比，第一曲率半径小于第二曲率半径。因此，与EP 1478847的系统相比，叶片从伸出到收缩的转变更平滑、更柔和，对连接部件的符合更小，这与现有技术相比是有利的，因为其最大限度地降低了长期疲劳和断裂的风险。

为了保证机械稳定性，叶片引导件与轴的距离不超过最小距离D其中D的范围为沿叶片径向测量时叶片高度的5-50％，例如10-30％。与EP 1478847的系统(凹槽位于轴上)相比，在所描述的系统中的端部凸缘和凹槽的组合具有更高的机械稳定性和刚度，这反过来又降低了长期疲劳和断裂的风险。

有利地，连接构件的端边缘与叶片后边缘的距离为d，其中，d在D的50-96％的范围内。

可选地，当相应的叶片被最大限度地移出狭槽时，转子构造成用于将连接构件径向地移动到滚筒外的一个位置，而叶片的后边缘仍然保持在滚筒的狭槽中。这样做的好处是，在这种结构中，叶片的延伸得到了优化，同时还能保证后边缘悬挂在槽内的稳定性。

例如，连接构件是从端部边缘延伸到叶片引导件的凸起。也可以选择将凸起设置为滑块或由滚轮组成。

从上述参数中可以看出，涡轮机比现有技术更加坚固，这是通过简单的方法来实现的，不需要重型刚性材料也不需要高成本的轻质刚性材料。

为了使叶片能够在滚筒的槽中滑动，最好使用低摩擦材料，特别是低摩擦塑料，例如含氟聚合物，包括聚四氟乙烯(PTFE，也称为特氟隆)。低摩擦材料必须在水下条件下经久耐用。叶片材料可以是略微弯曲/柔韧，因为凹槽可以提供稳定性。柔韧性有利于减少水下动物与转子碰撞时造成的伤害。此类材料的其它实例包括热塑性聚合物，包括聚烯烃。

与WO03/029646不同的是，叶片不是成对地通过相互连接的杆件连接在一起的。特别地，没有这种相互连接的杆件可以减轻重量，并允许对叶片引导件进行更好的定制设计，因为每个叶片都可以独立于其它叶片进出，还允许使用不均匀数量的叶片。

附图说明

本发明将参考附图更详细地解释，其中

图1为水下发电站原理示意图；

图2为用于水下发电站涡轮机的透视图；

图3A示出了用于水下发电站涡轮机的正视图；

图3B示出了从涡轮机端视图的原理简图；

图3C示出了图3A中涡轮机的放大部分；

图3D示出了叶片引导件的一种可能设计；

图4是半透明端视图；

图5示出了水流通过涡轮机的原理；

图6示出了根据本发明用于水下发电站涡轮机的透视图；

图7示出了图6中所示涡轮机的横截面侧视图；

图8示出了图6和图7所示涡轮机的横截面侧视图；

图9示出了图6和图7所示涡轮机的旋转横向凸缘和相邻支撑件的一部分的特写剖视图。

附图标记：

1-发电站

2-涡轮机

5-发电机

4-传动轴

5-转子

6-轴

7-轴凸缘

8-支撑件

9-底座

10-滚筒

11-叶片

11A-叶片11的第一端

11B-叶片11的第二端

11C-叶片11向外指向的边缘

12-滚筒10中叶片11的槽位

13-旋转横向凸缘15的凹槽

14A-第一旋转横向凸缘

14B-第二旋转横向凸缘

15-固定端凸缘

16-叶片引导件

16A-叶片引导件16的第一部分

16B-叶片引导件16的第二部分

17-叶片11在叶片引导件16上的凸起

18-导流器

19A-在叶片11延伸高度处的水流

19B-向上偏转的底部水流

19C-通过涡轮机2的总水量

20-转子5的旋转方向

21-海床(scabcd)

22-第二引导部分16B中的圆形路径指示线

23-叶片11的纵向方向

24-永久磁体

25-线卷

26-电线

具体实施方式

图1示出了水下发电站1的原理。它包括由通过涡轮机2的水流驱动的涡轮机2。涡轮机2通过旋转传动轴4与发电机3相连，用于将旋转动量从涡轮机2传递到发电机3。在发电机3中，来自传动轴4的旋转能量被转化为电能，然后通过电缆将电流输送到电能使用的位置。重要的是，发电机3可以放置在不同的位置。在一个实施例中，发电机3安装在底座9上(见图2)。在一个优选实施例中，发电机3通过一个连接组件(未显示)与旋转传动轴4机械连接，该连接组件允许发电机3与旋转传动轴4连接和断开。这样，就可以在涡轮机2的转子旋转的同时维修或更换发电机3。水下发电站1包的主要优点是包括一个连接组件，在维修或更换水下发电站1时无需停止涡轮机2的转子。

图2是涡轮机2的透视图。如图1所示，涡轮机2包括支撑在轴6上的转子5，其轴凸缘7可与传动轴4连接。

轴6和转子5轴颈连接在底座9上的支撑件8中。例如，底座9安装在海床底部或安装在相对于海床升高的水下结构上。如果在海床上方一定距离处的水流较强和/或较快，后者可能很有用。另外，底座9可以安装在浮动结构上。通常情况下，涡轮机2相对于海床是静止的。对于涡轮机2的功能而言，更重要的是水流通过涡轮机2，这通常利用自然水流来实现。

轴6水平放置，转子5的轴是水平的。然而，方向并不一定是水平的，因为涡轮机可以在其他方向上运行。只要轴6与水流横向或基本横向，以实现最高效率。

转子5包括承载多个相同叶片11的滚筒10。每个叶片11均由后边缘(图4中的11D所示)界定。出于稳定的原因，后边缘始终位于滚筒10内部，前边缘11C指向远离轴6的径向方向，并且两个端边缘11A、11B位于叶片11的相对端。如图所示，后边缘11D、前边缘11C和两个端边缘11A、11B形成矩形，其纵向方向23与轴6平行。每个叶片11的长度L平行于轴6测量，高度H沿径向横向测量。

在图2中，示出了六个叶片11，但是该数量并不是限定的，因为叶片l1可以使用六个以上。通常情况下，叶片的数量是5-12个。

所述叶片11中都可径向移动地安装在旋转滚筒10中的狭槽12中，以便能够收缩到滚筒10的狭槽12中。在转子5旋转过程中，以及相应地在滚筒旋转期间，叶片11会周期性地重新收缩到滚筒10中，在转子5每转一圈的第一部分停留在滚筒中，而在滚筒10的另一部分则从伸出滚筒10以水流进入。这与介绍中提到的现有技术中转子的功能类似。当叶片11向外径向伸出时，水流作用在叶片11上，而在旋转的第一部分，叶片11位于滚筒10内部时，水流则不会作用在叶片11上。在图2中，旋转的第一部分位于轴6和底座9之间的区域。

请注意，叶片11并没有完全移出滚筒，移出的距离与其整个高度H相对应，但是有一小部分，(例如在H的2-15％的范围内，通常为2-10％)保持在滚筒10内部，以起到稳定作用。当叶片11的后边缘11D位于滚筒10内部时，在纵向方向23上稳定，防止水流使其变形。

在旋转过程中，轴6中心与叶片11前边缘11C之间的距离在滚筒的半径和最大半径之间变化，最大半径小于滚筒半径的两倍，因为叶片11的后边缘11D必须保持在滚筒10内。例如，如果滚筒10的半径与轴6的半径之差为X，X定义了轴6到滚筒10边缘的距离，则叶片11从滚筒中推出的距离小于X，这样后边缘11D仍在滚筒内。

此外，与现有技术不同的是，细长叶片11在其两端通过相对端的边缘11A、11B在径向凹槽13中滑动支撑而得到额外的稳定。作为转子5的一部分，径向凹槽13位于两个旋转凸缘14A、14B中，径向凹槽13限定了叶片11在径向方向上的移动。旋转凸缘14A、14B从滚筒10沿径向向外延伸。在示例转子5中，两个旋转凸缘14A、14B分别位于滚筒10的相对两端。当叶片11从滚筒10中的狭槽12移出时，每个边缘11A、11B在滚筒10外部的部分会被完全支撑在两个相对设置的相应径向凹槽13中，这使得叶片具有很高的稳定性，高于引言中描述的现有技术中系统的稳定性。

当叶片11仅部分推出刚性滚筒的狭槽12时，叶片受到滚筒狭槽12的支撑，因此不会沿边缘变形。此外，叶片11的相对两端的边缘11A、11B由径向凹槽13支撑，因此也防止了凹槽内该部分的变形。由于叶片11的三个边缘都有稳定支撑，因此在叶片11材料本身不需要很高硬度的情况下，也能获得很高的硬度和稳定性。

在某些实施例中，叶片11的位移是通过气动或液压传动装置实现的。不过，图3中描述了一种与转子5在水流推动下旋转有关的简单机械位移机构。

图3A显示了涡轮机2的侧视图，该视图横向于轴，并且水流的方向朝向应当以最高效率流动的方向上面对转子。图3A中显示了垂直截面图A-A(如图3B所示)，还显示了矩形部分B(如图3C所示)。

图3B显示了通过固定端凸缘15的横截面A-A。每个端凸缘15包括一个沿封闭圆周曲线的圆周叶片引导件16，叶片凸起17沿着该引导件移动。如图所示，一个单独的凸起17从叶片11的每个端部边缘11A、11B延伸出来。

叶片引导件16显示为一个圆周凹槽，凸起在凹槽内移动，例如用滑动或滚轮滚动。

参照图3B并结合图3C，叶片凸起17固定在叶片11上或与叶片11一体，并从叶片11的端边缘11A、11B延伸到叶片引导件16中。叶片凸起17从叶片11的相对两端延伸。位于滚筒10两端的两个叶片引导件16(一个位于滚筒10两端的固定端凸缘15中的任一个)是一致的，当转子5旋转时，叶片11的外围凸起17将自动沿着固定端凸缘15中的叶片引导件的曲线移动。叶片引导件16靠近轴6，位于固定端凸缘15靠近底座9的那部分。当转子5旋转时，叶片11的凸起17在转子5的每次旋转中都会周期性地向轴6拉动，当叶片11向底座9移动时，凸起17被拉向滚筒10；当叶片11远离底座9时，凸起17被沿径向推出滚筒10，方向远离轴6。

如图3B所示，为了保证叶片导向装置16在端部凸缘15中的机械稳定性，它与轴6之间的最小距离为D。间距D的范围为叶片11径向高度H的5-50％，可选范围为10-30％。

参照图3D，叶片引导件16的最接近底座9的第一引导部分16A遵循圆形曲线移动，这意味着当叶片11在第一引导部分16A中沿着该圆形曲线移动时，叶片11到轴6的距离是恒定的。当凸起17在转子2的旋转过程中穿过第一导向部分16A并继续沿着第二导向部分16B(即叶片引导件16与轴6的距离增加的部分)运动时，叶片11将移出滚筒10，然后在叶片11朝向底座9旋转的旋转过程中最终移回滚筒10。

在图3B的示例性实施例中，第一部分在旋转的角度A之上延伸，第二引导部分16B在剩余的角度B和C之上延伸。为简洁起见，指出A+B+C＝360度。B+C之和大于180度，通常大于240度。

叶片完全收缩滚筒内的第一引导部分16A延伸的角度为A，在图3D中示例为旋转90度，但也可能大于或小于该角度，不过通常在70-120度的角度范围内。在示例为135度的角度B上，叶片从底座上旋转并径向远离轴6，而在示例为135度的角度C上，叶片11被拉回轴6。为完整起见，A+B+C＝360度。

在所示实施例中，第二引导部分16B包括圆形部分，也就是位于带状水平线22上方的部分。这个圆形部分的跨度超过180度，意味着叶片11可以平稳地伸缩。相比之下，现有技术W003/029646和EP1478847中的引导路径不遵循圆形曲线而是在叶片大部分从轴伸出时呈锐角，导致从伸出到收缩的切换相对较快，因此远没有那么平滑。然而，如图3D所示，上部圆形部分位于水平线22的上方，由于叶片在滚筒10外侧的水中保持伸展的时间更长，因此路径更平滑，效率更高。与WO03/029646和EP 1478847进一步比较可以发现，叶片引导件16的最小曲率半径位于靠近轴6的第一引导部分16A，而在EP 1478847中(见EP1478847中的图3)，最小曲率半径位于圆周导轨中最靠近轴的部分。因此，在EP 1478847的系统中，叶片11从伸出到收缩的转变更加剧烈，对凸起17造成的负荷也比图3D所示的实施例更大。因此，与现有技术相比，图3D中的示例实施例更具优势。

图4是更详细地示出原理的半透明图。在滚筒10的旋转期间，当叶片11朝向底座9旋转时，会被拉入滚筒10中，且当叶片11靠近底座9时，会留在滚筒内。当叶片11远离底座9旋转时，会被推出滚筒10，且当叶片11远离底座9时，叶片留在滚筒10外，这是由于凸起17沿着叶片引导件16的曲线运动，如图3所示。可以看出，叶片11并没有完全被推出滚筒10，而只是部分被推出滚筒10，以至于后边缘11D仍留在槽12内。因此，在滚筒10旋转期间，后边缘11D始终稳定在槽12内。

如图所示，为了优化空间和效率，叶片11收缩到靠近轴6的位置，从而使滚筒10的直径最小，这对提高转子5的效率非常有利。然而，这要求凸起17不与后边缘11D齐平，而是与后边缘11D保持一定距离d，距离d大于零，但小于距离D(参见图3B)，以便叶片的后边缘11D在收缩时不会与轴6碰撞。例如，d在D的50％-95％之间，但有利的是，d只比D略小，例如在D的70-95％之间。这就意味着，如图4所示，当叶片11最大限度地远离轴6时，凸起17位于滚筒10的外周之外，而后边缘11D仍在滚筒10内并支撑在槽12中。

与现有技术不同的是，叶片11并没有像WO03/029646中那样用相互连接杆相互连接。特别地，避免使用这种相互连接的杆件可减轻重量，并能更好地定制设计叶片引导件，因为每个叶片都可以独立于其他叶片进出。

图5示出了实际的实施例，其中涡轮机2的底座9位于海床21上。导流器18将海床21的水流向上偏转至涡轮机2的上部，这样，不仅涡轮机2上部水平面的水流19A推动叶片11，而且偏转的底部水流19B也推动叶片11，从而增加了通过涡轮机2的水流19C，使转子5有效旋转20。

在所呈现的示例中，底座9和轴6是水平放置的，但这并不是必须的。轴6可以具有不同的定向，例如倾斜或垂直方向。在垂直方向上，两台涡轮机2的底座9可以背靠背放置，这样两台涡轮机就可以平行运行。可选地，可选地，多个涡轮机2相互延伸布置成一排涡轮机模块，其平行轴6相互延伸。任选地，这些轴相互连接，例如在轴凸缘7上连接，形成多轴布置，无数转子2相互延伸，并连接到单台发电机3上。另一种方案是将这种涡轮机模块堆叠起来，一个叠在另一个上面，横向留出平行空间。以模块形式提供涡轮机2可实现各种灵活的模块化配置。

图6展示了涡轮机2的一个实施例，其底座9位于海底。涡轮机2与图2所示的涡轮机基本相同。轴可以省略，因为在不使用能量的情况下也能获得能量。涡轮机2包括一个可旋转安装的转子5，转子5包括一个圆柱形滚筒10，转子5上有多个从滚筒10上伸出的叶片11，叶片11如图2和图4所示可滑动安装。

叶片11由图6中透明的设置在旋转横向凸缘14B上的轴延伸径向凹槽13引导。通过轴向延伸槽13可以控制叶片11的运动。

多个永久磁体24附接到旋转横向凸缘14B，永久磁体24沿圆形路径分布。圆形路径对应于一个圆，该圆得中心与滚筒10的纵轴重合。多个线圈25附接到支撑件8。线圈25沿着圆心与滚筒10纵轴重合的圆相对应的圆形路径分布。因此，在旋转横向凸缘14B旋转时，永久磁体24沿着线圈25所处的路径移动。根据法拉第定律，线圈中会产生感应电流。感应产生的电能可以被收集起来。

在一个优选实施例，永久磁体24和线圈25布置在涡轮机2的两侧。因此，多个永久磁体24附接到旋转横向凸缘14A上，并且永久磁体24沿着圆形路径分布，该圆周路径的中心与滚筒10的纵轴重合。多个线圈25附接到旋转凸缘14A附近的支撑件8上。

在一个实施例中，永久磁体24集成在旋转横向凸缘14B中。在一个实施例中，旋转横向凸缘14B由塑料制成，永久磁体24集成在塑料中。用塑料封闭永久磁体24可以是一个优点，因为塑料可以密封永久磁体24并防止进水。在一个实施例中，永久磁体是均匀分布的。

在一个实施例中，线圈25与支撑件8一体成型。在一个实施例中，支撑件8由塑料制成，线圈25与支撑件8一体成型。用塑料将线圈25包起来可能更有优势，因为塑料可以密封和保护线圈25防水。在一个实施方案中，线圈25是均匀分布的。

图7示出了图6所示的涡轮机2的横截面侧视图。可以看出，十二块永久磁体24集成在旋转横向凸缘14B中。可以看到，叶片11可滑动地布置在旋转横向凸缘14B上的轴延伸径向凹槽13中并由其引导。涡轮机2具有底座9。

图8示出了图6和图7所示涡轮机2的另一横截面侧视图。可以看出，十二块永久磁体24被集成在旋转横向凸缘14B中，类似数量的线圈25集成在支撑件8中。涡轮机2具有底座9。

图9示出了图6和图7所示涡轮机2的旋转横向凸缘14B和相邻支撑件8的部分特写剖面图。可以看出，永久磁体24集成在旋转横向凸缘14B中，线圈25集成在支撑件8中。旋转横向凸缘14B和相邻的支撑件8相互靠近设置。

在优选实施例中，永久磁体24被集成在由塑料制成的旋转横向凸缘14B中，其中永久磁体24由塑料封闭。在一个优选实施例中，线圈25集成在塑料制成的支撑件8中，线圈25被塑料封闭。可以看出，线圈25与电线26电连接到，由此，感应产生的电力可以通过电线26传导。

Claims (16)

1.一种水下发电站(1)，包括涡轮机(2)，所述涡轮机(2)包括底座(9)和转子(5)，所述转子(5)由所述底座(9)旋转支撑并由流过涡轮机(2)的水流旋转驱动，所述转子(5)包括悬挂在轴(6)上的滚筒(10)；所述转子(5)包括多个叶片(11)，每个叶片(11)由后边缘(11D)、前边缘(11C)和两个末端边缘(11A，11B)限定，一个位于叶片(11)的任一端；所述滚筒(10)包括纵轴和每个叶片(11)的一个狭槽(12)，每个叶片(11)滑动地悬挂在狭槽(12)中，并且被设置用于在转子(5)的第一部分旋转期间滑入所述狭槽(12)，在转子(5)的第二部分旋转期间离开所述狭槽(12)；所述滚筒被设置在两个旋转凸缘(14A、14B)之间，并固定到旋转凸缘(14A、14B)以便一起旋转；所述旋转凸缘(14A、14B)从滚筒(10)径向向外延伸，其特征在于，所述涡轮机(2)包括固定支撑件(8)，连接到至少一个旋转凸缘(14A、14B)，多个永久磁体(24)附接到至少一个旋转横向凸缘(14A、14B)上，所述永久磁体(24)沿着第一圆形路径分布，对应于具有与滚筒(10)的纵轴中心重合的圆的路径，多个线圈(25)连接到支撑件(8)，所述线圈(25)沿着与第一圆形路径相同尺寸的第二圆形路径分布，并且对应于一个圆，圆的中心与滚筒(10)的纵轴重合，所述线圈(25)与导线(26)电连接，以便在转子(5)旋转时通过感应产生电流。

2.根据权利要求1所述的水下发电站(1)，其特征在于，多个永久磁体(24)附接到旋转凸缘(14A，14B)，所述永久磁体(24)沿着与滚筒(10)的纵轴中心重合的对应圆形路径分布，多个线圈(25)附接到每个旋转横向凸缘14A、14B邻近的支撑件(8)上。

3.根据权利要求1或2任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，所述永久磁体(24)沿着圆形路径分布。

4.根据前述权利要求中任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，线圈(25)沿着圆形路径分布。

5.根据前述权利要求中任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，永久磁体(24)集成在由塑料制成的旋转横向凸缘14A、14B中，所述永久磁体(24)由塑料封闭。

6.根据前述权利要求中任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，线圈(8)集成在由塑料制成的支撑件(8)中，线圈(25)由塑料封闭。

7.根据前述权利要求中任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，永久磁体(24)和线圈(8)具有相同的横截面积。

8.根据前述权利要求中任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，两个横向凸缘(15)中每一个都包括多个径向凹槽(13)，仅与相应的狭槽(12)对准并且从狭槽(12)径向向外延伸；每个叶片(11)的端边缘(11A，11B)滑动悬挂在一对平行的径向凹槽(13)中，以支撑在凹槽(13)中，当狭槽(12)外侧径向移动时，并通过两个旋转凸缘(14A、14B)中的凹槽(13)保持稳定。

9.根据权利要求8所述的水下发电站(1)，其特征在于，转子(5)配置成将所述叶片(11)仅部分移出所述狭槽(12)，使得所述叶片(11)的后边缘(11D)保持在所述狭槽(12)内，以便当叶片从所述狭槽(12)向外延伸时，由滚筒(10)中的狭槽(12)保持稳定。

10.根据权利要求8或9任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，涡轮机(2)包括两个端部凸缘(15)固定到底座(9)在滚筒(10)的两端，所述端部凸缘(15)中的每一个包括闭合弯曲的叶片引导件(16)，所述叶片引导件(16)围绕轴(6)延伸，所述叶片(11)的连接构件(17)在转子(5)的旋转过程中可活动连接，以便使连接构件(17)沿叶片引导件(16)旋转，叶片引导件(16)的第一部分(16A)比叶片引导件(16)的第二部分(16B)更靠近叶片引导件(16)的轴(6)，转子(2)每次旋转期间周期性地将连接构件(17)与对应的叶片(11)一起朝向轴(6)收缩，用于将叶片(11)移动到滚筒(10)的狭槽(12)中，并且随后使连接构件(17)与对应的叶片(11)一起远离轴(6)移动，以用于将叶片(11)移出滚筒(10)的狭槽(12)。

11.根据权利要求10所述的水下发电站(1)，其特征在于，所述叶片引导件(16)在所述叶片引导件(16)最靠近所述轴(6)的第一位置处具有第一曲率半径，在所述叶片引导件(16)距离轴(6)最远的第二位置处具有第二曲率半径，其中，第一曲率半径小于第二曲率半径。

12.根据权利要求10或11任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，第一位置处的叶片引导件遵循70-120度角度(A)的圆形形状，第二位置处的叶片引导件遵循180度角度(B+C)的圆形形状。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，所述叶片引导件(16)不靠近所述轴(6)的最小距离D，当沿叶片(11)在径向上测量时，D是在叶片(11)高度H的10-50％的范围内。

14.根据权利要求13所述的水下发电站(1)，其特征在于，所述连接构件(17)设置在距叶片(11)的后边缘(11D)的距离d处，其中d在D的50-96％的范围内，并且转子(2)用于将连接构件(17)径向移动到滚筒(10)外部的位置，当叶片(11)最大移出狭槽(12)时，叶片(11)的后边缘(11D)保持在滚筒(10)的狭槽(12)中。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的水下发电站(1)，其特征在于，所述叶片引导件(16)设置为所述端部凸缘(15)中的凹槽或孔。

16.根据权利要求15所述的水下发电站(1)，其特征在于，所述连接构件(17)是从叶片(11)的端部边缘(11A、11B)延伸到叶片引导件(16)的凸起，其中凸起设置为用于在叶片导轨内部滑动。