潮汐流发电的制造方法
【专利摘要】一种用于从水平的水流例如潮汐流或河水流产生电能的发电设备（10），包括在支撑结构（12）上的固定轮毂（32）以及布置成围绕轮毂（32）围绕基本上垂直轴线旋转的动力轮（34）。动力轮（34）设置有转子翼片（36）。在轮毂（32）上提供一个或多个发电机（30），来产生电能输出。护罩（60）旋转地安装在轮毂（32）上且布置成覆盖动力轮（34）的转子翼片（36）中的至少一些。方向控制器（74）基于水流的方向而保持护罩处于相对于轮毂（32）的预定旋转位置中。轮毂（32）和动力轮（34）可以具有受控的浮力，使得它们可被定位于最强流动或水流中。
【专利说明】潮汐流发电机
发明领域
[0001]本发明涉及一种用于从基本上水平的水流，例如潮汐流或河水流产生电能的发电设备。
[0002]发明背景
[0003]潮汐流发电机通常使用围绕水平轴旋转的翼片或叶片。GB2348250A描述了一种潮汝流发电机，其包括安装在河床或海床上的支撑柱。该发电机包括涡轮单元，该涡轮单元具有围绕水平轴旋转的叶片。该涡轮单元可以通过保持在柱内部的圆柱罐沿所述柱向上和向下移动。通过使用压缩空气来移动水,水可从罐中排出，从而通过浮力来举升罐至罐突出超过水面的位置。涡轮单元固定至罐，使得当罐处于其举升位置时，涡轮单元至少部分地处于水面之上。支撑柱具有纵向狭槽，来允许固定至保持在所述柱内部的罐的涡轮单元随着罐升起和下落。通过提供纵向狭槽，支撑柱被削弱。涡轮单元仅可面对一个方向，使得，仅当潮汐流平行于涡轮单元的旋转轴时，发电机可以产生最大动力。
[0004]已知的是提供一种潮汐流发电机，其具有围绕垂直轴旋转的翼片。W02008/050149A1公开了一种潮汐流发电机，其包括系泊浮筒，该系泊浮筒具有延伸经过其的水平管道。涡轮在垂直轴上安装在该管道中，并且管道中的垂直变流器翼片偏转水流至涡轮翼片上。涡轮可以仅位于恰低于水面的水平。筒被系在固定位置中并且可以仅当潮汐流平行于管道纵轴时产生最大动力。
[0005]现有技术的潮汐流发电机的进一步问题是，它们在特定的潮汐流速下最佳地工作。旋转发电机设计成在特定旋转速度下提供其最大效率。在潮汐动力发电机设备中的水涡轮旋转地连接至发电机，使得随着潮汐流速增加，水涡轮的水流速度增加，并且发电机的旋转速度增加。在高于或低于设计潮汐速的潮汐流速，发电机并不在其最大效率下操作。
[0006]本发明的一个目的是克服一个或多个上述问题。
【发明内容】
[0007]依照本发明的第一方面，提供了一种用于将来自基本上水平的水流的动能转化成电能的发电设备，该设备包括:
[0008]旋转固定的轮毂；
[0009]动力轮，其布置成围绕轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转，并且设置有转子翼片，转子翼片适于当动力轮承受基本上水平的水流时引起动力轮的旋转；
[0010]护罩，其旋转地安装在轮毂上且布置成覆盖动力轮的转子翼片中的至少一些；
[0011]方向控制器，其适于根据基本上水平的水流的方向而保持护罩处于相对于轮毂的预定旋转位置中；以及
[0012]至少一个发电机，其设置在轮毂上，并且适于产生从动力轮相对于轮毂的旋转获得的电能输出。
[0013]该轮毂并不限于任何特定的形状或构造，并且可以包括固定或可移动结构的任何部分或多个部分，动力轮布置成围绕其旋转。护罩可被旋转地直接安装至动力轮或轮毂，使得护罩被直接或间接地旋转地安装至轮毂。
[0014]动力轮可通过旋转轴承而被旋转地安装至轮毂。护罩可通过旋转轴承而被旋转地安装至轮毂或动力轮。动力轮和护罩每个可具有受控的浮力，例如浮力室，其可被部分地淹没来控制浮力，从而最小化经过旋转轴承传送的垂直负载。
[0015]护罩可延伸经过至少180°，并且在任何时刻基本上覆盖动力轮的转子翼片中的至少一半。在实践中，最佳的覆盖范围可由测试而确定，并且可以大于或小于180°且多于或少于一半翼片。
[0016]护罩可以基本上覆盖转子翼片中的在与基本上水平的水流方向相反的方向中移动的至少一些转子翼片。
[0017]护罩可以是连续的。护罩可以包括多个垂直延伸的孔或狭槽。孔或狭槽可以相邻于在与基本上水平的水流的方向相反的方向中移动的转子翼片。护罩可被成型为产生相邻于多个垂直延伸的孔或狭槽中的至少一些的减压区域。
[0018]护罩可以包括多个护罩翼片，其适于转向水流远离垂直轴线。护罩翼片可适于产生相邻于转子翼片中的在与基本上水平的水流的方向相反的方向中移动的至少一些转子翼片的低压区域，例如通过在护罩翼片的尾部边缘促使润旋发散(vortex shedding)。
[0019]方向控制器可以包括连接至护罩且远离护罩径向延伸的方向翼片。方向翼片可以包括调节装置(trimming device)，调节装置适于调节护罩的旋转位置。调节装置可包括位于方向翼片的尾部 边缘的可枢转凸缘，例如调整片(trim tab)或伺服片(servo tab)。调节装置可以是可枢转地调整的。调节装置的调整可被手动或自动控制，例如通过液压压头。
[0020]方向控制器可以包括在与方向翼片基本上直径上相对的位置中径向连接至护罩的流分离器，该流分离器成型为将至少一部分基本上水平的水流转向到动力轮的转子翼片上。流分离器可以包括入口管道。该管道可以包括文丘里喉管。入口管道可以包括可枢转地调整的入口引导翼片，其适于增加基本上水平的水流到动力轮的转子翼片上的速度。入口引导翼片的调整可被手动或自动控制，例如通过液压压头。
[0021]方向控制器可被固定至护罩。方向控制器可以与护罩集成。
[0022]流分离器可被成型为将至少一部分基本上水平的水流转向到护罩的护罩翼片上。护罩翼片可被设置在护罩的从流分离器延伸至护罩上的相对于垂直轴线距流分离器成近似90°的中间点的那部分上。换句话说，从垂直轴线至流分离器的径向线相对于从垂直轴线到中间点的径向线形成了近似90°的角度。
[0023]依照本发明的第二方面，提供了一种使用发电设备从水体中的基本上水平的水流发电的方法，发电设备包括动力轮，动力轮布置成围绕旋转地固定至支撑结构的轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转，动力轮具有多个转子翼片，该方法包括以下步骤:
[0024]提供护罩，护罩旋转地安装在轮毂上且布置成覆盖动力轮的转子翼片中的至少一ith.--，
[0025]将轮毂固定在基本上水平的水流中的操作位置中；
[0026]对齐护罩与基本上水平的水流，使得在发电设备的第一侧上的转子翼片不被护罩覆盖且承受来自基本上水平的水流的水动力，并且使得在发电设备的第二侧上的转子翼片至少部分地由护罩覆盖，从而至少部分地保护转子翼片免于来自基本上水平的水流的水动力；以及[0027]由动力轮的旋转驱动设置在轮毂上的一个或多个发电机。
[0028]对齐护罩的步骤可通过在护罩上提供方向控制器而执行，方向控制器适于基于基本上水平的水流的方向而保持护罩处于相对于轮毂的预定旋转位置中。
[0029]方向控制器可以包括连接至护罩且远离护罩径向延伸的方向翼片，并且对齐护罩的步骤可以包括允许护罩采用平衡位置，使得方向翼片基本上与基本上水平的水流对齐。
[0030]对齐护罩的步骤可以包括调节护罩旋转位置的另外的步骤，例如通过调整位于方向翼片的尾部边缘的可枢转凸缘的位置，可枢转凸缘例如调整片或伺服片。调整可以是手动的或自动的。
[0031]该方法可以包括另外的步骤:在发电设备处分离基本上水平的水流，以便将至少一部分基本上水平的水流转向到动力轮的在发电设备的第一侧上的转子翼片上，并且将至少一部分基本上水平的水流转向经过在发电设备的第二侧上的护罩。
[0032]分离步骤可通过在与方向翼片基本上直径上相对的位置中径向连接至护罩的流分离器执行。流分离器可以将至少一部分基本上水平的水流经过入口管道转向到动力轮的在发电设备的第一侧上的转子翼片上。该管道可以包括文丘里喉管。该方法可以包括控制可枢转地调整的入口引导翼片以增加基本上水平的水流到动力轮的在发电设备的第一侧上的转子翼片上的速度的步骤。
[0033]该方法可以包括提供相邻于在与基本上水平的水流的方向相反的方向中移动的转子翼片的多个垂直延伸的孔或狭槽并且产生相邻于多个垂直延伸的孔或狭槽中的至少一些的减压区域的步骤。
[0034]该方法可以包括提供多个护罩翼片且产生相邻于在与基本上水平的水流的方向相反的方向中移动的至少一些转子翼片的低压区域的步骤，例如通过在护罩翼片的尾部边缘促使涡旋发散。
[0035]本发明的第三和第四方面涉及一种有浮力可潜水的垂直轴潮汐流发电机。本发明的第三或第四方面的任何或全部特征可以与本发明的第一或第二方面的特征结合。
[0036]依照本发明的第三方面，提供了一种用于将来自基本上水平的水流的动能转化至电能的发电设备，该设备包括:
[0037]支撑结构；
[0038]旋转地固定至支撑结构的轮毂；
[0039]轮毂水平控制器，其适于控制轮毂在支撑结构上的水平；
[0040]动力轮，其布置成围绕轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转，并且设置有转子翼片，转子翼片适于当动力轮承受基本上水平的水流时引起动力轮的旋转；以及
[0041]一个或多个发电机，其设置在轮毂上，并且适于产生来源于动力轮相对于轮毂的旋转的电能输出。
[0042]轮毂可以包括孔，支撑结构延伸经过该孔。
[0043]支撑结构可以是基本上垂直的支撑柱。支撑结构可被固定至在基本上水平的水流下方的床。支撑结构可以包括止动件，止动件适于防止轮毂移动低于操作位置。
[0044]支撑结构可以包括一个或多个引导装置，其与轮毂上的一个或多个键装置(keymeans)接合，以防止支撑结构和轮毂的相对旋转。引导装置可以是公或母引导装置，例如垂直延伸的花键或通道。键装置可以是适于与引导装置接合的母或公键装置，例如垂直延伸的通道或夹头。
[0045]轮毂水平控制器可以包括设置在轮毂上的一个或多个可浸的压舱室。
[0046]每个发电机可设置在发电机室中，发电机室具有在所述发电机室的顶部中的开口以及可密封地覆盖所述开口的可移除盖子。每个发电机可举升通过所述开口，例如用于维修目的，或用于移除或替换。
[0047]该设备可以包括设置在支撑结构上的起重机。该起重机可适于举升每个发电机或设备的其它部件。
[0048]该设备可以包括设置在轮毂上的多个液压泵，每个液压泵适于泵送液压流体来驱动一个或多个发电机。
[0049]每个液压泵可设置在泵室中，泵室具有在所述泵室的顶部中的开口以及可密封地覆盖所述开口的可移除盖子。每个液压泵可举升通过所述开口，例如用于维修目的，或用于移除或替换。在一种布置中，每个泵室可被布置在发电机室下方，并且每个液压泵可举升经过发电机室的开口。在另一种布置中，每个泵室可被布置成侧向地相邻于发电机室。
[0050]替代地，该设备可以包括设置在轮毂上的多个传动装置，每个传动装置适于从动力轮传送驱动力来驱动一个或多个发电机。
[0051]发电设备可以包括多个轮毂，每个被旋转地固定至支撑柱，并且每个具有关联的动力轮，该关联的动力轮布置成围绕轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转，且设置有转子翼片，转子翼片适于当动力轮承受基本上水平的水流时引起动力轮的旋转，以驱动设置在轮毂上的一个或多个发电机。
[0052]依照本发明的第四方面，提供了一种使用发电设备从水体中的基本上水平的水流发电的方法，发电设备包括动力轮，动力轮布置成围绕旋转地固定至支撑结构的轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转，该方法包括以下步骤:
[0053]将轮毂在支撑结构上在垂直方向中移动至在基本上水平的水流中的操作位置；
[0054]通过来自基本上水平的水流的作用于设置在动力轮上的转子翼片上的水动力来驱动动力轮围绕轮毂旋转；以及
[0055]由动力轮的旋转驱动设置在轮毂上的一个或多个发电机。
[0056]在垂直方向中移动轮毂的步骤可以包括通过引导水进入设置在轮毂上的一个或多个可浸的压舱室来下降轮毂。可通过泵送水或通过打开一个或多个开口以允许水基于流体静压力和/或重力进入一个或多个可浸的压舱室来引入水。
[0057]轮毂可被布置以包围支撑结构。
[0058]该方法可以包括步骤:选择在基本上水平的水流中的最佳水平，并且将轮毂在支撑结构上在垂直方向中移动至最佳水平处的操作位置。
[0059]支撑结构可以包括基本上垂直的支撑柱。支撑结构可以包括止动件，并且在支撑结构上在垂直方向中移动轮毂的步骤可以包括移动轮毂直到当轮毂处于预定操作位置处时，轮毂与止动件接合。
[0060]支撑结构可以包括一个或多个引导装置，其与轮毂上的一个或多个键装置接合，来防止支撑结构和轮毂的相对旋转。引导装置可以是公或母引导装置，例如垂直延伸的花键或通道。键装置可以是适于与引导装置接合的母或公键装置，例如垂直延伸的通道或夹头。[0061]该方法可以包括在支撑结构上在垂直方向中举升轮毂至维修位置从而使得能够在发电设备上执行维修工作的步骤。维修位置可以是其中至少一部分发电设备在水体表面上方的位置。
[0062]移动轮毂至操作位置的步骤可以包括淹没设置在轮毂上的一个或多个可浸的压舱室。
[0063]举升轮毂至维修位置的步骤可以包括从设置在轮毂上的一个或多个可浸的压舱室排出水。可通过泵送水或通过使用来自压缩机的空气排出水而排出水。
[0064]该方法可以包括在轮毂处于维修位置时从关联的发电机室举升一个或多个发电机的步骤。该发电机可被举升用于维修目的，或用于移除或替换。
[0065]从关联的发电机室举升一个或多个发电机的步骤可使用设置在支撑结构上的起重机执行。
[0066]发电设备可以包括设置在轮毂上的多个液压泵，每个液压泵适于泵送液压流体来驱动一个或多个发电机，并且所述方法可以包括在轮毂处于维修位置时从关联的泵室举升一个或多个液压泵的步骤。该液压泵可被举升用于维修目的，或用于移除或替换。
[0067]本发明的第五方面和第六方面涉及一种具有多个可切换发电单元的潮汐流发电机。本发明的第五方面或第六方面的任何或全部特征可以与本发明的第一方面、第二方面、第三方面或第四方面的特征结合。
[0068]依照本发明的第五方面，提供了一种用于将来自基本上水平的水流的动能转化成电能的发电设备，该设备包括:
[0069]旋转固定的轮毂；
[0070]动力轮，其布置成围绕轮毂旋转，并且设置有翼片，翼片适于当动力轮承受基本上水平的水流时引起动力轮的旋转；
[0071]设置在轮毂上的多个发电机，每个发电机具有由动力轮的旋转驱动的关联的驱动装置；以及
[0072]发电机控制装置，其适于选择性地在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每个。
[0073]发电机控制装置可以包括电控制器，电控制器适于选择性地接通和断开所述多个发电机中的每个，例如通过切断发电机的电磁场。
[0074]发电机控制装置可以包括传感器，用于探测指示动力轮和轮毂的相对旋转速度的速度参数。
[0075]发电机控制装置可以包括切换装置，切换装置适于响应于探测到的速度参数而在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每个。发电机控制装置可适于当探测到的速度参数指示动力轮和轮毂的相对旋转速度增加时将更多的发电机切换至起动状态。发电机控制装置可适于当探测到的速度参数指示动力轮和轮毂的相对旋转速度已经达到预定的上触发值时将发电机切换至起动状态。发电机控制装置可适于当探测到的速度参数指示动力轮和轮毂的相对旋转速度已经达到预定的下触发值时将发电机切换至未起动状态。
[0076]在一个实施方式中，每个驱动装置可以包括:
[0077]主驱动器，例如小齿轮，其由动力轮驱动；[0078]驱动轴，其用于驱动关联的发电机；以及
[0079]传动装置，其连接在小齿轮和驱动轴之间。
[0080]该连接可以是直接或间接的。
[0081]该设备可以包括主传动装置，主传动装置包括固定至动力轮的环形齿轮，且适于驱动每个主驱动器。环形齿轮可被制造为一个部件或可由多个分段部分组装而成。
[0082]每个驱动装置可包括离合器，以选择性地接合或分离发电机与驱动轴。
[0083]在另一个实施方式中，每个驱动装置可以包括:
[0084]液压泵，其设置在轮毂上，该液压泵适于泵送液压流体；
[0085]主传动装置，其连接在动力轮和液压泵之间；
[0086]液压马达，其与发电机关联；以及
[0087]液压控制装置，其适于引导液压流体到液压马达的流动。
[0088]主传动装置可以包括多个小齿轮和固定至动力轮的环形齿轮，每个小齿轮由驱动轴连接至所述液压泵中的一个。
[0089]液压控制装置可以包括传感器，用于探测指示动力轮和轮毂的相对旋转速度的速度参数。
[0090]液压控制装置可以包括阀切换装置，阀切换装置适于响应于探测到的速度参数而引导所述液压流体至所述液压马达中的一个或多个的流动。液压控制装置可适于当探测到的速度参数指示动力轮和轮毂的相对旋转速度增加时，选择性地引导所述液压流体至更多的液压马达的流动。液压控制装置可适于当探测到的速度参数指示动力轮和轮毂的相对旋转速度降低时，选择性地引导所述液压流体至较少的液压马达的流动。
[0091]液压控制装置可以包括阀切换装置，阀切换装置适于响应于预定的液压流体流动情况，例如由马达或泵中的故障或泄漏引起的压力增加或降低，引导或防止所述液压流体至一个或多个所述液压马达的流动。阀切换装置可以包括与每个液压马达关联的液压阀。阀切换装置可以包括微处理器以控制阀切换装置，或压力控制阀或负反馈控制阀。阀切换装置可以包括与每个液压阀关联的电控制器，电控制器适于依照来自微处理器的控制信号来打开或关闭关联的液压阀。
[0092]依照本发明的第六方面，提供了一种使用发电设备从水体中的基本上水平的水流发电的方法，发电设备包括动力轮，动力轮布置成围绕旋转地固定至支撑结构的轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转，该方法包括步骤:
[0093]通过来自基本上水平的水流的作用于设置在动力轮上的转子翼片上的水动力来驱动动力轮围绕轮毂旋转；
[0094]由动力轮的旋转驱动多个驱动装置以泵送加压的液压流体，每个驱动装置与轮毂上的多个发电机中的一个关联；
[0095]选择性地在其中发电机被关联的驱动装置驱动而产生电能的起动状态和其中发电机不产生电能的未起动状态之间切换所述多个发电机中的每个；以及
[0096]从多个发电机产生电能。
[0097]驱动多个驱动装置的步骤可以包括:
[0098]由动力轮的旋转驱动多个泵以泵送加压的液压流体；以及
[0099]选择性地将加压的液压流体引导至多个液压马达中的一个或多个，每个液压马达与轮毂上的多个发电机中的一个关联。
[0100]驱动多个泵的步骤可以包括:从固定至动力轮的环形齿轮驱动多个小齿轮，每个小齿轮通过驱动轴连接至所述液压泵中的一个。
[0101]该方法可以包括探测指示动力轮和轮毂的相对旋转速度的旋转速度参数的步骤。
[0102]该方法可以包括探测指示基本上水平的水流的速度的流动速度参数的步骤。
[0103]选择性地在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每一个的步骤可以包括:基于探测到的旋转速度参数和探测到的流动速度参数中的一个或二者，选择被切换至起动状态的发电机的数量。
[0104]选择性地在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每一个的步骤可以包括:当探测到的速度参数指示动力轮和轮毂的相对旋转速度的增加或基本上水平的水流的速度的增加时，选择更多的发电机被切换至起动状态。
[0105]选择性地在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每一个的步骤可以包括:当探测到的速度参数指示动力轮和轮毂的相对旋转速度的减少或基本上水平的水流的速度的减少时，选择较少的发电机被切换至起动状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0106]在本说明书中，术语“潮汐流发电机”意味着用于将来自基本上水平的水流的动能转化成电能的发电设备，并且在其范围中包括用于用在海洋、河口或河流中的设备。术语“海床”在其范围内包括位于水体之下的任何床，包括河口床或河床。
[0107]现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明，其中:
[0108]图1是依照本发明的潮汐流发电机的视图；
[0109]图2是图1的潮汐流发电机的反面视图；
[0110]图3是图1的潮汐流发电机的动力轮、轮毂和护罩的放大视图；
[0111]图4是图3的动力轮、轮毂和护罩从相对侧的放大视图；
[0112]图5是依照本发明的另一个潮汐流发电机的视图，具有两个动力轮，并且示出了至海床的替代连接；
[0113]图6是依照本发明的另一个潮汐流发电机的经过轮毂和动力轮的部分截面图；
[0114]图7示出了依照本发明的另一个潮汐流发电机的轮毂的仓；
[0115]图8示出了安装至图7的仓的液压泵；
[0116]图9是依照本发明的另一个潮汐流发电机的经过轮毂和动力轮的部分截面图；
[0117]图10是依照本发明的另一个潮汐流发电机的经过轮毂的部分截面图；
[0118]图11是示出了依照本发明的潮汐流发电机的多个发电机基于时间的操作的示意图；
[0119]图12是依照本发明的潮汐流发电机的护罩的另一个实施方式的示意性平面视图；
[0120]图13是依照本发明的潮汐流发电机的护罩的进一步实施方式的示意性平面视图；以及
[0121]图14从侧面示出了图13的护罩。
[0122]发明详述[0123]有浮力可潜水的垂直轴潮汐流发电机如下操作。
[0124]参见图1和2，示出了一种用于将来自基本上水平的水流的动能转化成电能的发电设备10，通常称为潮汐流发电机。该设备包括基本上垂直的支撑结构12，其支撑在海床14上。在示出的示例中，支撑结构是通过任何合适方式固定至海床的柱，例如在图5中示出的三脚架结构16。三脚架结构16可通过接合在三个桩套18中的三个桩而被锚固至海床。然而，可以使用任何合适的结构，例如格子结构或多个柱或桩。此外，可以使用任何合适的在海床上支撑结构的装置，例如，重力结构，或通过将支撑结构的柱或多个柱直接驱动进入海床的直接支撑件。
[0125]柱从海床垂直延伸到高水平面上方的水平。在柱12的顶部上是在船舶结构中熟知种类的通道平台20。支撑平台可以包括进入设备来允许通过船进入并且其可以包括直升机降落台来允许通过直升机进入。在示出的示例中，在通道平台20上提供起重机22，用于使举升部件到达发电机单元30以及从发电机单元30离开，如将在下文描述的。
[0126]发电机单元30包括轮毂32以及动力轮34，轮毂32旋转地固定至支撑柱12，动力轮34布置成围绕轮毂32围绕基本上垂直的轴线旋转。动力轮34设置有转子翼片36，其在顶环40、中间环42和底环44之间垂直延伸，其中每个都从外圆柱46径向地伸出。翼片36成型为最大化来自流动经过发电机单元30的水的水平流的能量至动力轮34的传递，因而驱动动力轮34。轮毂32包括液压制动器(未示出)，其可以将动力轮34锁定至轮毂32，来防止在维修和举升或下落期间的旋转。
[0127]动力轮可通过多种不同方式连接至轮毂。在图6的示例中，动力轮34由向内突起的凸缘102支撑，向内突起的凸缘102抵靠在滚子轴承104上用于在轮毂32上旋转。动力轮可以包括在外圆柱46的内部的多个浮力隔室106。凸缘102的内边缘上是环形齿轮108，其具有径向向内突起的齿轮齿，以通过小齿轮112驱动多个液压泵110，如将在下文描述的。
[0128]图6示出了经过轮毂32的径向截面。轮毂32大体上具有圆环形状，并且围绕柱12延伸。其通过与沿着支撑住12纵向延伸的相应通道52接合的转矩键50防止了围绕柱的旋转。如果需要，柱12可以具有多于一个通道52，例如等距地围绕柱的周界布置的四个通道52。轮毂32则可以具有四个转矩键50，每个转矩键接合一个通道52。替代地，柱12上的通道52可由花键(未示出)代替，其接合在轮毂32上的转矩槽(未示出)中。轮毂32通过压舱以受控方式沿柱12向上和向下自由移动。一个或多个止动件54设置在柱12上，以防止轮毂经过止动件54下方。典型地，止动件可以是包围柱12的固定环，或通道52中的多个挡块，其位于最大潮汐流的合适水平处，使得发电机单元32可被降低以在其操作位置中抵靠在止动件34上。典型地，操作位置是当设备被安装在可航行的潮水中时，在发电机单元30的顶部上方允许至少IOm间隙的深度，以允许具有小于IOm气流的船经过发电机单元30。
[0129]轮毂32包括多个独立室。其可以以在场外或在现场安装在一起的多个独立片段装配。典型地，每个室仅延伸围绕圆周的一部分路径，例如45°。可提供径向延伸的内部隔板来分隔相邻的室。
[0130]室可用作不同的目的。泵室120容纳液压泵110。发电机室122容纳液压马达124和交流发电机126。机械室128容纳液压和电控制装置和/或压缩空气罐。压舱室130是用于控制发电机单元30的举升和下降的可水淹的室。图6中所示的各室的布置仅是示例的方式，并且各室的相对位置、形状和尺寸可改变来适合发电机单元30的特定需求。
[0131]发电设备包括轮毂水平控制器(未示出)，来控制轮毂32在支撑柱12上的水平。典型地，轮毂水平控制器是微处理器控制的单元，其能够处理来自传感器和/或来自操作器产生的指令的信息，并且能够控制管理轮毂32在支撑柱12或其它支撑结构上的定位的电力和/或液压和/或气动装置。当压舱室未被水淹时，轮毂32是有浮力的，并且在维修位置中轮毂32浮在水面上。当在维修位置中时，动力轮34被锁定，例如通过液压控制的锁定销，来防止其相对于轮毂32的旋转。轮毂水平控制器控制压舱室130的压舱，来降低和升起柱12上的轮毂32。为了降低轮毂32，轮毂水平控制器控制端口的打开来允许水进入压舱室130。轮毂水平控制器可通过来自岸上或船上的无线电链路而被远程控制。当压舱室是满的时，轮毂32在重力作用下而降低，直到其到达止动件54，止动件54定位成使得发电机单元32处于最佳工作位置。为了升起轮毂32，轮毂水平控制器控制压缩机，其泵送空气进入压舱室130来移除水。当压舱室足够空时，轮毂32基于其自身浮力而上升直到其到达其浮在维修位置中的表面。可以使用任何合适的压舱系统，包括水泵压舱系统。
[0132]轮毂32包括设置在轮毂上并且适于产生来源于动力轮34相对于轮毂32的旋转的电能输出的一个或多个发电机。在不出的不例中，具有八个以交流发电机126形式的发电机，每个设置在一个独立的发电机室122中。每个交流发电机126由液压马达124驱动，液压马达124也位于发电机室122中，并且其本身由泵送的液压流体驱动。泵送的液压流体由八个液压泵110产生，每个液压泵由动力轮34的齿轮环108驱动。每个液压泵110设置在独立的泵室120中。
[0133]在下文中更详细描述的液压控制器控制由八个液压泵110产生的泵送的液压流体至所需数量的液压马达124的流动，其在一个示例中可以是一和八之间的任何数字，取决于潮汐流的速度。
[0134]在一个实施方式中，在图7中所示，每个发电机室122及其关联的泵室120—起形成了水密仓140。发电机室122通过可移除的水密隔板142与泵室120分开。发电机室122在其顶部具有开口 144。可移除盖子146覆盖且密封开口。如果需要移除交流发电机126和/或液压马达124，例如用于替换或维修，轮毂可在支撑柱12上在垂直方向上被举升至维修位置，在维修位置中，轮毂32的上表面在水面上方。盖子146随后可被移除，例如通过站在轮毂32上的操作者，并且交流发电机126和/或液压马达124可被分离，例如通过从相邻的通道室或机械室128进入发电机室122的操作者，其可以具有它自己的从轮毂32顶面的检修孔通道，并且其可通过水密进入通道148而被连接至发电机室122。起重机22随后可被用于将交流发电机126和/或液压马达124从发电机室122经过开口 144举升至可以执行维修的通道平台120。替代地，起重机22可以将交流发电机126和/或液压马达124举升到支撑船(未示出)用于运输至陆地。
[0135]由于发电设备10包括多个发电机126，其可以在甚至移除了一个发电机126的情况下继续操作且产生电力。
[0136]如果需要移除液压泵110用以替换或维修，则交流发电机126和液压马达124被首先移除，如上文所述的。隔板142随后由发电机室122中的操作者移除。液压泵从驱动轴150分离，驱动轴150将齿轮152连接至泵且驱动液压泵110。到驱动轴150的连接可以通过简单的花键驱动器158，使得泵可被轻易举升远离驱动轴150。在图7和8的实施方式中，齿轮152和齿轮环108不在水密室中，并因此，在泵110和泵室120的底板156之间有外部水压密封垫圈154。为了从泵室120移除泵110，操作者必须移除将泵110固定至泵室120的底板156的固定螺栓。在这一示例中，这必须由潜水员完成，但是由于轮毂已经被举升至维修位置，所需的潜水相对较浅且简单。
[0137]—旦泵110已经从泵室120分离，起重机22可被用于将泵110从泵室120和发电机室122经过开口 144举升至可执行维修的通道平台120。替代地，起重机22可以将泵110举升到支撑船(未示出)用于运输至陆地。
[0138]在另一个实施方式中,在图9中所75,每个发电机室122和发电机126位于其关联泵110的向内部。发电机室122形成了水密仓140且在其顶部具有开口 144。可移除盖子146覆盖且密封开口，如图3所示。如果需要移除交流发电机126，例如用于替换或维修，轮毂可在支撑柱12上在垂直方向上被举升至维修位置，在维修位置中，轮毂32的上表面在水上方。盖子146随后可被移除，例如通过站在轮毂32上的操作者，并且交流发电机126和/或液压马达124可被分离，例如通过从相邻的通道室或机械室128进入发电机室122的操作者，其可以具有它自己的从轮毂32顶面的检修孔通道170，并且其可通过水密进入通道148而被连接至发电机室122。起重机22随后可被用于从发电机室122经过开口 144而举升交流发电机126和/或液压马达124，如上文所述。
[0139]在图9的实施方式中，泵110位于轮毂32的上侧，因此容易接近用以维修目的。小齿轮112连接至泵110的轴，并且接合动力轮34的环形齿轮108。可以提供可枢转小齿轮盖子174，如图3和4所示。在图1至5的实施方式中，环形齿轮108位于动力轮34的中间环42处，使得转子翼片在环形齿轮108之上和之下延伸。然而，环形齿轮108可位于动力轮34上的任何合适水平。图1至5也示出了安装在轮毂32上方的假甲板172，来防止碎片直接收集在轮毂32上。轮毂可以包括侧壁(在图3中未示出)，封闭假甲板172和轮毂32上侧之间的间隙。
[0140]在另一个实施方式中，在图10中所示，液压泵110和液压马达124被省略和由直接传动装置替代，其每个将来自动力轮34的驱动力传送到驱动轴200并因而传送至交流发电机或发电机126。在图10的示例中，驱动轴200由小齿轮112 (未示出)直接驱动，小齿轮112与动力轮34的环形齿轮108接合。然而，可以使用任何合适的传动装置布置，例如多个小齿轮和齿轮。发电机126处于水密仓140中。驱动轴200暴露至水，因而密封布置是需要的。在图10的示例中，驱动轴200延伸经过在仓140正下方的压力室206的底部凸缘204中的密封套筒202。空气供应部208将压力室206中的压力保持在大于压力室206下方的水压的压力。内部压力作用在驱动轴的肩部210上，以起动面密封件212，并且支持由“O”型环214围绕驱动轴提供的密封。发电机轴216延伸经过仓140和压力室206之间的第二密封件218。花键连接件220连接发电机轴216和驱动轴200。发电机126可被举升用以维修，如下文所述。
[0141]具有护罩和方向控制的垂直轴潮汐流发电机的操作如下。
[0142]护罩60旋转地安装在轮毂32上。护罩60通过轴承62、64、66支撑在轮毂32上，使得护罩60独立于轮毂32自由旋转，轮毂32通过旋转地将其固定至柱12的转矩键50而被防止旋转。转矩键50可被设置为轮毂32上的突起部，以与支撑结构12上的通道接合，或者转矩键50可被设置为支撑结构12上的纵向延伸肋或凸缘，以与设置在轮毂32上的凹槽接合。
[0143]护罩60包括液压制动器(未示出)，其可以将护罩锁定至轮毂32，以防止在维修和举升或升高期间的旋转。
[0144]护罩60在第一侧上打开并且具有侧壁68，侧壁68在第二侧上封闭动力轮34的翼片36。侧壁68包括上凸缘和下凸缘70、72，上凸缘和下凸缘70、72在第二侧上分别封闭翼片36的顶部和底部。侧壁68的作用是在动力轮34的一侧上遮蔽翼片36，以便最大化经过动力轮34的平衡力的输出，因而最大化来自动力轮的动力输出。
[0145]护罩60包括翼片74,其在护罩的一端径向向外延伸。翼片74用作方向控制器，以与风向标相同的方式，并且转向护罩60，使得翼片74经常指向水流方向。
[0146]护罩60包括处于在直径上与翼片74相对的位置的流分离器76。流分离器76成型为将水流转向到在发电机单元30的一侧上的动力轮的暴露的转子翼片上，同时将在发电机单元30的另一侧上的水流转向经过侧壁68，远离封闭的转子翼片。因此，仅有暴露的转子翼片承受水流，因而引起动力轮34的旋转。
[0147]流分离器76的变化形式在图12中示出。流分离器包括入口管道250，入口管道250包括文丘里管通路252，文丘里管通路252加速潮汐流且将潮汐流引导到转子翼片36上。入口管管可以包括可枢转地可调整的入口引导翼片(未示出)，其适于增加水流到动力轮34的转子翼片36上的速率。入口引导翼片的调整可被手动或自动控制，例如通过液压压头。
[0148]方向控制器74基于水流的方向，保持护罩60处于相对于轮毂32的预定旋转位置中。图12示出了以可枢转凸缘254的形式的可选的调节装置，其位置可被控制来调整护罩的旋转位置。调节装置位于方向翼片74的尾部边缘，并且可由伺服片控制系统控制，其响应于动态压力传感器(未示出)来最优化动态压力和水抵抗转子翼片36的流动。
[0149]在实践中，护罩在170°至230°之间的角度上覆盖翼片，使得有暴露的转子翼片36在130°至190°之间延伸的角度。然而，这些角度可以基于护罩60、流分离器76、方向翼片74的形状而改变，并且将被选择来适合特定的潮汐条件。
[0150]护罩侧壁68可以是连续的，或者它可以包括多个垂直延伸的孔或狭槽78，如在图4中所示。护罩侧壁68还可以包括多个护罩翼片80，其适于转向水流远离垂直轴，并且防止水随着它们在与水流方向相反的方向中旋转和运行而冲击在转子翼片36上。护罩翼片80用作涡旋发生器，使得经过护罩60 —侧的水在每个护罩翼片80的尾部边缘产生涡旋256，因而局部地降低压力且降低由护罩60内部的回转转子翼片36经历的阻力。狭槽78允许由回转转子翼片36承载的水溢出且加入经过护罩60的水流，再次局部地降低压力且降低由护罩60内部的回转转子翼片36经历的阻力。
[0151]护罩翼片80设置在护罩侧壁68的上游部上，即从流分离器76延伸至护罩侧壁68上的中间点的部分，相对于垂直轴与流分离器成近似90°。
[0152]在实践中，护罩60将其自身与水流对齐。如果流动方向改变，例如随潮汐改变，护罩60将再次将其自身与变化的水流对齐，无论流动改变为什么方向。潮水可以经历除了两个相反方向之外的方向上的流动，并且本发明的设备能够将其自身与这种流动对齐，以确保从流动中获取最大动力。护罩有效地“猎取”到最大的流动矢量量，并且产生用于任何潮汐情形的最大动力。
[0153]图13和14示出了修改的护罩60，其中，流分离器76是中空的并因而是有浮力的。流分离器76在外壁中设置有流动和/或压力传感器258，并且具有带轮廓的鼻形部分260。翼片74也构造有中空室来提供浮力。翼片74包括整流罩262，其是可移动的来对动力轮34的转子翼片36提供可变的间隙。在这一实施方式中，翼片74包括经过其中的文丘里管道264，来改进围绕动力轮34的流动。在图14中，为清楚起见，整流罩262和面板被省略，使得翼片74的结构框架268可被看到。翼片74包括浮力室274以及一个或多个起动机械空间。护罩60包括中空顶部和底部面板270、272，其安装在动力轮上方和下方。顶部面板270包括多个服务进入端口 170。整个护罩60在固定轴承(未示出)上围绕动力轮34旋转，独立于动力轮旋转。固定轴承由支撑结构12或轮毂32支撑。提供浮力来实现在轴承上的最小重力传送。
[0154]主动方向控制系统使用压力传感器258来感测来自潮汐流的动态压力。其也监测转子速度和速度中的任何改变，来最佳化冲击进入潮汐流的护罩角度。整流罩262、护罩翼片80和调节装置254全部提供控制表面，其可通过液压装置例如活塞来调整和移动，液压装置由安装在护罩中的液压泵驱动。液压泵可被独立供能，或可通过动力轮34它本身供能。泵还可以为任何电力装置供能，例如传感器或防污系统。
[0155]具有多个可切换发电单元的潮汐流发电机的操作如下。
[0156]本发明的设备能够通过使由发电机126提供的负载适应潮汐流速而在任何给定的潮汐流速下提供最大效率。在图6至9的示例中，其包括液压泵110和液压马达124来驱动发电机126，当潮汐流速最大时，液压流体被泵送至全部八个液压马达124来操作全部八个发电机126。当然，设置在设备上的发电机126的数量可被改变。当潮汐流速降低时，液压控制器(未示出)选择降低数量的液压马达124，并且仅泵送液压流体至降低数量的液压马达124，其随后驱动降低数量的发电机126。替代地，发电机的控制可通过离合器或其它在向每个发电机126的传动路径中的传动分离装置而实现，使得从液压马达124向发电机126的驱动被分离，并且液压流体继续流动经过与分离的发电机126关联的液压马达124，但是基本上没有流动阻力。
[0157]控制操作发电机126的数量的方法在下文参考液压控制器来描述，但是当使用机械或电子机械控制来控制多个离合器以分离向每个发电机126的驱动的时候，控制方法是相似的。本发明并不限于液压控制器，并且可以使用控制发电机126的任何装置来在它们作用为抵抗动力轮34的旋转的负载的操作状态和它们不作用为抵抗动力轮34的旋转的负载的未操作状态之间切换它们。离合器可以是任何类型的，例如机械、电子机械或电磁式的。
[0158]随着动力轮34通过潮汐流而旋转，环形齿轮108驱动小齿轮112，小齿轮112中的每个驱动液压泵Iio的驱动轴150。液压泵110泵送加压的液压流体至共用的加压流体供应线。
[0159]传感器(未示出)探测指示动力轮34和轮毂32的相对旋转速度的速度参数。例如，该相对旋转速度可由光学传感器测量，其测量在动力轮34上的两个参考标记相对于轮毂32上的固定点经过之间的过去时间。
[0160]在一个实施方式中，提供液压控制装置来控制加压液压流体在共用加压流体供应线中的分配，并且响应于探测的速度参数来引导加压液压流体向一个或多个液压马达124的流动。液压控制装置可以包括阀切换装置，来独立地打开和关闭至每个液压马达的液压流体路径。例如，当探测的速度参数指示动力轮34和轮毂32的相对旋转速度增加、或该相对旋转速度大于预定最大速度时，液压控制装置可以选择地引导液压流体向较多的液压马达124的流动。当探测的速度参数指示动力轮34和轮毂32的相对旋转速度减少、或该相对旋转速度低于预定最小速度时，液压控制装置可以选择地引导液压流体向较少的液压马达124的流动。结果是，如果相对旋转速度增加，通过较多的马达124和发电机126的连接带来更多的负载，因而带来相对旋转速度下降回到最佳速度范围。相似地，如果相对旋转速度降低，通过更少的马达124和发电机126的连接带来较小的负载，因而带来相对旋转速度上升回到最佳速度范围。
[0161]在一个实施方式中，阀切换装置包括与每个液压马达124关联的液压阀。阀切换装置可以包括微处理器，来控制阀切换装置。阀切换装置可以包括与每个液压阀关联的电控制器，电控制器适于依照来自微处理器的控制信号来打开或关闭关联的液压阀。
[0162]图11示出了在潮水中发电机126如何基于时间在操作状态和未操作状态之间切换。线300示出了基于从低水位、经过高水位且回到低水位的潮汐循环的潮汐水平。线302示出了操作发电机126的数量。在低水位LW，水流在其最小处，且仅有一个发电机在操作。随着潮汐流速与潮汐流逐渐增加而成正比地增加，更多的发电机126被接入且变得操作，当水流为在低水位LW和高水位HW之间的点Pl处的其最大值时达到最大8个操作发电机126被接入。随着水流下降直到其再次到达相应于最高水位HW的点P2处的最小值，发电机126被逐一断开而成为未操作的，并且仅有一个发电机操作。随着水流再次增加，更多的发电机126被接入且变得操作，当水流到达在高水位HW和低水位LW之间的点P3处的另一顶点时，达到最大8个操作发电机126被接入。
[0163]通过随着潮汐流的增加而增加操作发电机的数量，动力轮上的负载增加，并且动力轮以相对恒定的速度旋转，而无论任何潮汐水流。例如，在点P4，五个发电机126操作。随着潮汐水流从点P4增加至点P5，电力负载是恒定的，但是作用在转子翼片上的力增加，因而导致动力轮34更快旋转。传感器(未示出)探测到转子轮速已经增加并且在点P6处接入第六个发电机126，其立即增加电力负载，因而将转子轮速降低至近似于其在点P4处的转子轮速。
[0164]理想的发电机曲线304在图11中示出并且表示随着时间的发电机动力输出。
[0165]为了增加发电设备的能力，可以在相同的支撑结构上提供两个或多个发电单元30，如图5中所示。发电设备可以包括多个轮毂32，每个被旋转地固定至支撑柱12，并且每个具有关联的动力轮34，其布置用于围绕基本上垂直的轴围绕轮毂32旋转，且设置有转子翼片36，转子翼片36适于当动力轮34承受基本上水平的水流时引起动力轮34的旋转，以驱动一个或多个设置在轮毂32上的发电机136。
[0166]本发明提供了在任何深度的水中构造潮汐流发电机的有效方式。发电机单元30可以在水中的任何选择水平处操作，这是由于其可被容易地举升至表面以进行维修。操作深度并不被在发电机单元30在操作中时进入发电机单元30的需求限制。发电机单元30可被定位在最高水流流速的水平处。
[0167]支撑结构12并不需要在内部的移动部件，所以可被简单和有效地构造。支撑结构12并不需要用于进入结构内部的纵向狭槽，所以其可被经济地制造，这是由于其并不由纵向狭槽的提供而削弱。
[0168]发电机单元30围绕垂直轴自由旋转，使得其将始终以最大潮汐流的方向定向其自身。这意味着，设备可被安装在具有改变的潮汐水流的区域中，并且无论什么潮汐流方向该设备都将产生最大动力。
[0169]发电机单元30可易于维修，并且并不需要昂贵的潜水操作来接近有用部件，例如液压泵110、液压马达124和发电机126。在发电机单元30被提升至其漂浮的维修位置时，常规维修操作、例如清理转子翼片36可被执行，在该维修位置中，每个转子翼片36的上部在水面之上，并且可从水面船只清理，同时每个转子翼片36的下部恰低于水面，并且可通过从水面船只到达或通过浅层潜水操作而清理。转子翼片36可以合并主动防污装置，来最小化对于手动和/或机械清理转子翼片36的需求。转子翼片36可被独立替换，使得在转子翼片破坏或过度磨损的情形中，在发电机单元30被举升至其漂浮的维修位置时，任何转子翼片36可被替换。
[0170]如果使用合适的支撑结构，该设备可被用在任何深度的水中，从IOm至IOOm或更多。在深水中，框架结构可被用在海床上，具有从框架结构延伸至表面的柱。支撑结构可包括重力基底底座，并且完整结构，包括重力基底底座，可被漂浮至所需位置并且通过将底座浸没至海床上而安装，因而提供完全预启用的发电单元的迅速安装。
[0171]该设备可通过使轮上的负载适应流速、通过改变操作发电机的数量而在一定范围的潮汐流速内有效地操作，从而无论潮汐流速如何，轮都以最佳速度旋转。由于轮以基本上恒定的最佳速度旋转，所以每个操作发电机当起动时都以基本上恒定的最佳速度操作。
[0172]该设备是有效的，因为其平衡了移动部件的惯性效应。典型地，其可以使用大约6m高度的独立发电机单元在4节水流中产生高达I至3MW。
[0173]该设备是环境友好的，因为转子叶片36不比潮汐水流更快运行，所以不存在对船舶寿命的威胁。
[0174]由于该设备没有部件比潮汐更快移动，因此没有尾涡，所以最小化了对设备下游的潮汐流的扰动，并且另外的设备可相对更近地定位，而不危及任一设备的效率。因此，本发明的设备允许每单位面积比其它发电系统更大密度的动力发电能力。此外，没有尾涡意味着没有冲刷，所以该设备不会导致对海床的环境破坏。
[0175]该设备并不需要用于安装的重型举升船，这是由于其漂浮且可被漂浮并且被拖至安装位置。该设备可在岸上被组装。该设备可以通过对发电机输出施加电能以驱动该驱动轮而在岸上测试。该设备可作为完整组件而漂浮出，具有安装在支撑结构12上的动力轮34和轮毂32，随后，当其处于安装位置处时，该设备可下沉且固定至海床。支撑结构12可包括能潜水的重力基底。
[0176]其仅对船运产生最小的干扰。典型地，轮毂32和动力轮34在操作中在最低水位下方至少5m处，使得支撑船可在它们上方自由经过，仅有支撑结构伸出海面上方。
【权利要求】
1.一种用于将来自基本上水平的水流的动能转化成电能的发电设备，所述设备包括: 旋转固定的轮毂； 动力轮，其布置成围绕所述轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转，并且设置有转子翼片，所述转子翼片适于当所述动力轮承受基本上水平的水流时引起所述动力轮的旋转； 护罩，其旋转地安装在所述轮毂上且布置成覆盖所述动力轮的所述转子翼片中的至少——胜.--， 方向控制器，其适于根据基本上水平的水流的方向而保持所述护罩处于相对于所述轮毂的预定旋转位置中；以及 至少一个发电机，其设置在所述轮毂上，并且适于产生从所述动力轮相对于所述轮毂的旋转获得的电能输出。
2.如权利要求1所述的发电设备，其中，所述动力轮和所述护罩各自具有受控的浮力。
3.如权利要求1或2所述的发电设备，其中，所述护罩延伸经过至少180°，并且在任何时刻基本上覆盖所述动力轮的所述转子翼片中的至少一半。
4.如权利要求1至3中任一项所述的发电设备，其中，所述护罩基本上覆盖所述转子翼片中的在与基本上水平的水流的方向相反的方向上进行移动的至少一些。
5.如权利要求1至4中任一项所述的发电设备，其中，所述护罩包括相邻于在与基本上水平的水流的方向相反的方向上进行移动的转子翼片的多个垂直延伸的孔。
6.如权利要求1至5中任一项所述的发电设备，其中，所述护罩包括适于转向水流远离所述垂直的轴线的多个护罩翼片。
7.如权利要求6所述的发电设备，其中，所述护罩翼片适于产生相邻于所述转子翼片中的在与基本上水平的水流的方向相反的方向上进行移动的至少一些的低压区域。
8.如权利要求1至7中任一项所述的发电设备，其中，所述方向控制器包括连接至所述护罩且远离所述护罩径向延伸的方向翼片。
9.如权利要求8所述的发电设备，其中，所述方向翼片包括调节装置，所述调节装置适于调节所述护罩的旋转位置。
10.如权利要求8至9中任一项所述的发电设备，其中，所述方向控制器包括在与所述方向翼片基本上直径上相对的位置中径向地连接至所述护罩的流分离器，所述流分离器成型为将至少一部分基本上水平的水流转向到所述动力轮的所述转子翼片上。
11.如权利要求1至10中任一项所述的发电设备，还包括: 支撑结构，所述轮毂旋转地固定至所述支撑结构；以及 轮毂水平控制器，其适于控制所述轮毂在所述支撑结构上的水平。
12.如权利要求11所述的发电设备，其中，所述支撑结构包括基本上垂直的支撑柱。
13.如权利要求11至12中任一项所述的发电设备，其中，所述支撑结构包括一个或多个引导装置，所述一个或多个引导装置与所述轮毂上的一个或多个键装置接合，以防止所述支撑结构和所述轮毂的相对旋转。
14.如权利要求11至13中任一项所述的发电设备，其中，所述轮毂水平控制器包括设置在所述轮毂上的一个或多个可浸的压舱室。
15.如权利要求1至14中任一项所述的发电设备,其中，每个发电机设置在发电机室中，所述发电机室具有在所述发电机室的顶部中的开口以及可密封地覆盖所述开口的可移除盖子。
16.如从属于权利要求11时的权利要求15所述的发电设备，还包括起重机，所述起重机设置在所述支撑结构上并且适于举升所述发电机中的任一个。
17.如权利要求1至16中任一项所述的发电设备，其中，所述设备包括设置在所述轮毂上的多个液压泵，每个液压泵适于泵送液压流体以驱动所述发电机中的一个或多个。
18.如权利要求17所述的发电设备，其中，每个液压泵设置在泵室中，所述泵室在所述泵室的顶部中具有开口，每个液压泵是可提升穿过所述开口的。
19.如权利要求1至18中任一项所述的发电设备，其中，所述设备包括设置在所述轮毂上的多个传动装置，每个传动装置适于传送来自所述动力轮的驱动力以驱动一个或多个发电机。
20.如权利要求1至19中任一项所述的发电设备，其中，所述发电设备包括基本上垂直的支撑柱和多个轮毂，每个轮毂被旋转地固定至所述支撑柱，并且每个轮毂具有关联的动力轮，所述关联的动力轮布置成围绕所述轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转且设置有转子翼片，所述转子翼片适于当所述动力轮承受基本上水平的水流时引起所述动力轮的旋转，以驱动设置在所述轮毂上的一个或多个发电机。
21.如权利要求1至20中任一项所述的发电设备，所述设备还包括: 多个发电机，其设置在所述轮毂上且适于产生从所述动力轮相对于所述轮毂的旋转获得的电力输出，每个发电机具有由所述动力轮的旋转驱动的关联的驱动装置；以及 发电机控制装置，其适于选择性地在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每个。
22.如权利要求21所述的发电设备，其中，所述发电机控制装置包括电控制器，所述电控制器适于选择性地接通和断开所述多个发电机中的每个。
23.如权利要求21或22所述的发电设备，其中，所述发电机控制装置包括传感器，用于探测指示所述动力轮和所述轮毂的相对旋转速度的速度参数。
24.如权利要求21至23中任一项所述的发电设备，其中，所述发电机控制装置包括切换装置，所述切换装置适于响应于探测到的速度参数而在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每个。
25.如权利要求24所述的发电设备，其中，所述发电机控制装置适于当探测到的速度参数指示所述动力轮和所述轮毂的相对旋转速度增加时，将更多的发电机切换至起动状态。
26.如权利要求24至25中任一项所述的发电设备，其中，所述发电机控制装置适于当探测到的速度参数指示所述动力轮和所述轮毂的相对旋转速度已经达到预定的上触发值时，将发电机切换至起动状态。
27.如权利要求24至26中任一项所述的发电设备，其中，所述发电机控制装置适于当探测到的速度参数指示所述动力轮和所述轮毂的相对旋转速度已经达到预定的下触发值时，将发电机切换至未起动状态。
28.如权利要求21至27中任一项所述的发电设备，其中，每个驱动装置包括: 主驱动器，其由所述动力轮驱动； 驱动轴，其用于驱动关联的发电机；以及传动装置，其连接在所述主驱动器和所述驱动轴之间。
29.如权利要求27所述的发电设备，其中，所述设备包括主传动装置，所述主传动装置包括固定至所述动力轮的环形齿轮，且适于驱动每个所述主驱动器。
30.如权利要求28或29所述的发电设备，其中，每个驱动装置包括离合器，以选择性地从所述驱动轴接合或分离所述发电机。
31.如权利要求21至27中任一项所述的发电设备，其中，每个驱动装置包括: 液压泵，其设置在所述轮毂上，所述液压泵适于泵送液压流体； 主传动装置，其连接在所述动力轮和所述液压泵之间； 液压马达，其与所述发电机关联；以及 液压控制装置，其适于引导液压流体到所述液压马达的流动。
32.如权利要求31所述的发电设备，其中，所述主传动装置包括多个小齿轮和固定至所述动力轮的环形齿轮，每个小齿轮由驱动轴连接至所述液压泵中的一个。
33.如权利要求31或32所述的发电设备，其中，所述液压控制装置包括传感器，用于探测指示所述动力轮和所述轮毂的相对旋转速度的速度参数。
34.如权利要求33所述的发电设备，其中，所述液压控制装置包括阀切换装置，所述阀切换装置适于响应于探测到的速度参数而引导所述液压流体至所述液压马达中的一个或多个的流动。
35.一种使用发电设备从水体中的基本上水平的水流发电的方法，所述发电设备包括动力轮，所述动力轮布置成围绕旋转地固定至支撑结构的轮毂围绕基本上垂直的轴线旋转，所述动力轮具有多个转子翼片，所述方法包括以下步骤: 提供护罩，所述护罩旋转地安装在所述轮毂上且布置成覆盖所述动力轮的所述转子翼片中的至少一些； 将所述轮毂固定在基本上水平的水流中的操作位置中； 对齐所述护罩与基本上水平的水流，使得在所述发电设备的第一侧上的所述转子翼片不被所述护罩覆盖且承受来自基本上水平的水流的水动力，并且使得在所述发电设备的第二侧上的所述转子翼片至少部分地由所述护罩覆盖，从而至少部分地保护所述转子翼片免于来自基本上水平的水流的水动力； 通过来自基本上水平的水流的作用于设置在所述动力轮上的所述转子翼片上的水动力来驱动所述动力轮围绕所述轮毂旋转；以及 由所述动力轮的旋转驱动设置在所述轮毂上的一个或多个发电机。
36.如权利要求35所述的方法，其中，对齐所述护罩的步骤通过在所述护罩上提供方向控制器而执行，所述方向控制器适于根据基本上水平的水流的方向来保持所述护罩处于相对于所述轮毂的预定旋转位置中。
37.如权利要求35或36所述的方法，其中，所述方向控制器包括连接至所述护罩且远离所述护罩径向地延伸的方向翼片，并且对齐所述护罩的步骤包括允许所述护罩采用平衡位置，使得所述方向翼片基本上与基本上水平的水流对齐。
38.如权利要求35至37中任一项所述的方法，其中，对齐所述护罩的步骤包括调节所述护罩的旋转位置的另外的步骤，例如通过调整在所述方向翼片的尾部边缘处的可枢转凸缘的位置，所述可枢转凸缘例如调整片或伺服片。
39.如权利要求35至38中任一项所述的方法，包括另外的步骤:在所述发电设备处分离基本上水平的水流，以便将至少一部分基本上水平的水流转向到所述动力轮的在所述发电设备的所述第一侧上的所述转子翼片上并且将至少一部分基本上水平的水流转向经过在所述发电设备的所述第二侧上的所述护罩。
40.如权利要求39所述的方法，其中，分离步骤通过在与所述方向翼片基本上直径上相对的位置中径向连接至所述护罩的流分离器执行。
41.如权利要求35至40中任一项所述的方法，包括提供相邻于在与基本上水平的水流的方向相反的方向中进行移动的转子翼片的多个垂直延伸的孔并且产生相邻于所述多个垂直延伸的孔中的至少一些的减压区域的步骤。
42.如权利要求35至41中任一项所述的方法，包括提供多个护罩翼片且产生相邻于所述转子翼片中的在与基本上水平的水流的方向相反的方向中进行移动的至少一些的低压区域的步骤。
43.如权利要求35至42中任一项所述的方法，包括另外的步骤: 将所述轮毂在所述支撑结构上在垂直方向中移动到在基本上水平的水流中的操作位置。
44.如权利要求43所述的方法，还包括步骤:选择在基本上水平的水流中的最佳水平，并且将所述轮毂在所述支撑结构上在垂直方向中移动至在所述水平处的操作位置。
45.如权利要求43至44中任一项所述的方法，其中，将所述轮毂移动至操作位置的步骤包括淹没设置在所述轮毂上的一个或多个可浸的压舱室。
46.如权利要求43至45中任一项所述的方法，还包括将所述轮毂在所述支撑结构上在垂直方向中举升至维修位置的步骤，在所述维修位置中，所述发电设备的至少部分在水体表面上方。
47.如权利要求46所述的方法，其中，将所述轮毂举升至维修位置的步骤包括从设置在所述轮毂上的一个或多个可浸的压舱室排出水。
48.如权利要求35至42中任一项所述的方法，包括以下步骤: 由所述动力轮的旋转驱动多个驱动装置以泵送加压的液压流体，每个驱动装置与所述轮毂上的多个发电机中的一个关联； 选择性地在其中所述发电机被关联的驱动装置驱动以产生电能的起动状态和其中所述发电机不产生电能的未起动状态之间切换所述多个发电机中的每个；以及 从所述多个发电机产生电能。
49.如权利要求48所述的方法，其中，驱动多个驱动装置的步骤包括: 由所述动力轮的旋转驱动多个泵以泵送加压的液压流体；以及 将加压的液压流体选择性地引导至多个液压马达中的一个或多个，每个液压马达与所述轮毂上的多个发电机中的一个关联。
50.如权利要求49所述的方法，其中，驱动多个泵的步骤包括:从固定至所述动力轮的环形齿轮驱动多个 小齿轮，每个小齿轮通过驱动轴连接至所述液压泵中的一个。
51.如权利要求48至50中任一项所述的方法，其中，所述方法包括探测指示所述动力轮和所述轮毂的相对旋转速度的旋转速度参数的步骤。
52.如权利要求51所述的方法，其中，所述方法包括探测指示基本上水平的水流的速度的流动速度参数的步骤。
53.如权利要求52所述的方法，其中，选择性地在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每一个的方法包括:基于探测到的旋转速度参数和探测到的流动速度参数中的一个或二者，选择被切换至所述起动状态的发电机的数量。
54.如权利要求51至53中任一项所述的方法，其中，选择性地在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每一个的步骤包括:当探测到的速度参数中的一个或多个指示出所述动力轮和所述轮毂的相对旋转速度的增加或基本上水平的水流的速度的增加时，选择更多的发电机以被切换至所述起动状态。
55.如权利要求51至54中任一项所述的方法，其中，选择性地在起动状态和未起动状态之间切换所述多个发电机中的每一个的步骤包括:当探测到的速度参数指示出所述动力轮和所述轮毂的相对旋转速度的减少或基本上水平的水流的速度的减少时，选择较少的发电机以被切换至所述起动状态。
56.如权利要求35至55中任一项所述的方法，其中，所述发电设备是依照权利要求1至34中任一项所 述的发电设备。
【文档编号】F03B17/06GK103998770SQ201280050094
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年9月19日 优先权日:2011年10月11日
【发明者】罗伯特·罗斯 申请人:利奈尔可再生能源有限公司