[发明专利]具有自驱动轴承润滑剂循环、过滤、及冷却系统和自适应压力补偿系统的浸没式水电涡轮机

说明书

技术领域

本发明总体涉及水力发电机，并且具体地说，涉及用来利用在潜流中包含的动能的完全可浸没式水电涡轮机。

背景技术

水力发电机由水的运动产生电力。现在对于这种形式的可再生能量有极大兴趣，因为它在操作期间不会像碳氢化合物燃烧那样产生任何有害温室气体排放，也不会像核能那样引起其它的环境和健康的担忧。

尽管已经在过去几十年对具有水坝的水力发电站有很大兴趣，但对于开发利用在河道水流、潮汐流或洋流中包含的动能的水下水电涡轮机也已经有某种兴趣。因为这些涡轮机的水下安装昂贵并且复杂，所以这些水下涡轮机具有非常苛刻的操作要求，特别是在可靠性(即，使用寿命)和能量转换效率方面。

最近几年已经开发了多种不同的技术。一些例子包括US6,409,466(Lamont)；US 4,274,009(Parker)；US 5,100,290(Berger)；US 5,798,572(Lehoczky)；US 4,613,279(Corren等人)；US 5,440,176(Haining)；US 4,335,319(Mettersheimer)；US 4,219,303(Mouton)；US 4,306,157(Wracsaricht)；US 6,648,589(Williams)；US2002/0088222(Vauthier)；US 7,471,009(Davis等人)；US 7,378,750(Williams)；US 4,421,990(Heuss等人)；US 2,634,375(Guimbal)；US 7,279,803(Bosley)；US 4,026,587(Hultman等人)。尽管有这些各种不同的技术，但仍然有对更可靠和高效的水下涡轮机的需求。这样一种涡轮机在这里公开。

发明内容

广义地讲，本发明是一种新颖的浸没式、或可浸没的水电涡轮机，该水电涡轮机能够由潜流(例如由河道水流或潮汐流)产生电力。涡轮机具有新颖的自身独立且完备的(self-contained)前端轴承单元和后端轴承单元(或轴承组件)，这些轴承单元包括它们自己的自驱动润滑剂循环、冷却及过滤系统和它们自己的自适应压力补偿系统。轴承单元的革新设计显著地延长涡轮机的水下使用寿命，因而使制造、操作及维护成本最低。

自驱动、自启动润滑剂循环系统仅使用涡轮机的转动中心轴的机械动力的一部分，来使润滑剂循环过内部回路，以便润滑、清洁及冷却轴承。

自适应压力补偿系统使用一个或多个平衡腔室，以使在润滑剂循环系统内的润滑剂压力与在轴承腔室外的周围水压力相平衡。通过保持几乎零压差，即使面对变化的环境水温，实际上也没有油(润滑剂)到涡轮机的润滑剂循环系统外的泄漏(或者，最多仅有很小量的泄漏)，或者没有相反地水到润滑剂循环系统内的泄漏。防止水渗入到润滑剂循环系统中对保证运动部件正在进行的适当润滑和因而保证延长的使用寿命是决定性的。防止润滑剂泄漏到周围水中对保证在循环系统内的润滑剂的足够量和压力也都是重要的，而且也由于环境原因，已经使用生物可降解润滑剂。

因此，本发明的一个主要方面是提供一种水下水电涡轮机，该水下水电涡轮机具有：涡轮机外壳，具有进口和出口；中心轴，在涡轮机外壳内轴向延伸；自身独立且完备的密封前部轴承单元，用来转动地支撑中心轴的前端；及自身独立且完备的密封后部轴承单元，用来转动地支撑中心轴的后端。前部轴承单元和后部轴承单元每个均包括自驱动润滑剂循环系统，该自驱动润滑剂循环系统从中心轴的转动中抽取机械动力的一部分，以使润滑剂循环过每个相应的轴承单元。

在本发明的一组实施例中，循环系统包括穿过中心轴从中心轴的前端延伸到一对径向通道的中心轴向通道，这对径向通道设置成比在每个轴承单元内的轴承更靠近中心轴的几何中心，径向通道将润滑剂输送到环形通路，该环形通路使润滑剂能够流过轴承，以连续地进行润滑、清洁润滑剂(通过滤出金属颗粒)及冷却轴承。

在本发明的另一组实施例中，润滑剂循环系统还包括过滤器，该过滤器用来在润滑剂进入中心轴向通道之前过滤润滑剂。

在本发明的又一组实施例中，前部轴承单元相对于后部轴承单元是轴向可运动的，允许机械和/或热应力释放。