带传动波能发电站的制造方法与工艺

本发明涉及一种用于从水面区域的波浪运动提取功率的波浪发电站，该波浪发电站通常为特别适于离岸位置的类型。本发明还涉及一种具有多个转子的波能发电站，其是从单点(例如浮标等)系泊的浮式结构，这样使得波浪发电站调节以适应波浪方向。

背景技术：
目前，已知许多不同类型的波浪发电站。所有波浪发电站均具有这样的特征：波浪发电站利用当引起水以波形运动运动时提供的能量，并且其中，波浪引起装置的一部分相对于另一部分移动。这种装置通常利用的是波浪将使布置在水面中的一个或多个转子装置摇动，并且，从例如GB1541572、US3928967、US4300871和WO2008132550中可得知一些实例，其公开了通常被称为“鸭(ducks)”的类型的转子。旨在用于离岸使用的波浪发电站面临这样的问题：其需要能够应对非常严酷的海洋环境(即，将增加腐蚀的含盐环境)以及天气条件(其通过极端温差和结构上的极端机械应力对工程解决办法提出挑战)。此外，离岸位置可能使定期维修和保养困难且昂贵。进一步，相对于将风力发电站放置并保持在上述不利环境中的投入，为了获得可接受的能量收获，波浪发电站将需要相当大的结构。作用于这种大结构的力将强调对于可靠机械解决方案的需求。因此，对于这种波浪发电站上的任何运动部件，需要非常坚固的且稳定的解决方案，以能够放置在离岸位置。上述现有技术文献公开了“鸭型”的转子。该名称来自于这种转子的形状与该名称的禽类的形状的相似。“鸭型转子”可以被称为摆动转子，这是因为与螺钉和螺旋桨不同，其并不进行整个360o(或更大)的旋转，而是围绕静止位置或中性位置在一间隔内旋转，其中，该间隔小于360o，且通常更小。例如相对于利用波能来说，这种转子已经表现出是有效的。在使用鸭型转子的波浪发电站中，通常将用于使运动转移和/或用于使运动转换成有用的功率(例如发电机中的电功率)的机械设备放在鸭型转子内，优选地放在水密隔室中，以避免使水在运动部件上的效果变差。其另一实例是WO2009/097854和WO2009/097855，这二者均公开了具有布置在公共轴线上的鸭型转子的波浪发电站，并且在每个转子与公共轴线之间具有自由运行机构，并且在其端部具有与公共轴连接并位于不水密但部分浸没的壳体中的发电机。从利用流动的水(例如江河、潮汐区域等中的水)的发电站中，早期文献(例如US6551053)展示了具有布置在不同的轴上的水轮的发电站，其中，将水轮轴的旋转经由带传动转移至发电机轴，自由运行机构布置在水轮与水轮轴之间。这种装置决不会用于离岸使用。本领域中还已知这样的波浪发电站，其具有布置为以线性方式在垂直布置的梁或塔上上下运动的漂浮物，该上下运动由波浪和/或潮汐的运动引起。US2010/0259047A1中公开了这种发电站的一个实例，其中，线性运动经由绳索动力输入装置转移成旋转。

技术实现要素：
基于这个背景，本发明的一个目的是提供一种改进的波浪发电站。因此，基于以上内容，本发明的目的是提供一种上述类型的波浪发电站，并且通过该波浪发电站，可提供可用波能的有效利用。另一目的是提供一种改进的、更有效的、可靠的且坚固的传动系统(动力输入，PTO)，以用于转换从波浪发电机的转子到发电机的旋转运动。另一目的是提供一种改进的转子，其允许改进的、更有效的、可靠的且坚固的传动系统转换从波浪发电站的转子到发电机的旋转运动。本发明的另一目的是提供一种更紧凑的发电站。另一目的是提供一种用于波浪发电站的改进的系泊系统，其允许更简单、更可靠且坚固地将电功率从波浪发电站转移至海基电缆系统。另一目的是提供一种用于波浪发电站的改进的系泊系统，其允许更简单、更可靠且坚固地锚固波浪发电站并允许其自由摇动。在本发明的第一方面中，通过提供一种波浪发电站来实现这些目的中的一部分，该波浪发电站包括：-框架结构；-多个摆动转子，该摆动转子布置在框架结构上，并且布置在轴颈连接在一个在框架结构上的至少一转子轴上；-传动轴，该传动轴连接至发电机并且轴颈连接在所述框架结构中；以及-至少一个带传动连接件，该带传动连接件布置在转子轴与用于每个摆动转子的传动轴之间。从而，实现一种改进的、更有效的、可靠的且坚固的用于转换从波浪发电站的摆动转子到发电机的旋转运动的传动系统。在一个实施例中，波浪发电站具有：-至少一个转子传动轮，其布置在每个摆动转子上或与每个摆动转子成一体；以及-至少一个第一轴传动轮，其布置在用于每个摆动转子(3)的传动轴上。在另一实施例中，带传动连接件包括带部分，该带部分具有：-第一端部，该第一端部连接至转子传动轮；以及-相对端部，该相对端部连接至第一轴传动轮，其中，所述带部分布置为在转子传动轮与第一轴传动轮上缠绕和解绕。从而，实现一种改进的、更有效的、可靠的且坚固的用于转换从波浪发电站的摆动转子到发电机的旋转运动的传动系统。可进一步获得更紧凑的波浪发电站，这是因为能量更有效地从摆动转子转移至发电机。在另一实施例中，在第一轴传动轮与传动轴之间布置有自由运行机构。从而，可保持自由运行机构的复杂部分免于被持续浸没，从而提供更简单、更有效且坚固的风力发电站。在另一实施例中，可对每个摆动转子提供两个带传动连接件。在另一实施例中，与此相关，一个带部分在一个方向上缠绕在对应的转子传动轮周围，并且另一带部分相对于第一带部分的缠绕方向在另一方向上缠绕在对应的转子传动轮周围。在另一实施例中，另外，第二轴传动轮可与每个第一轴传动轮连接，并且，第二线材可通过第二线材的一端附接至每个第二轴传动轮，并在第二线材的第二端附接至转子传动轮。在另一实施例中，带传动连接件可包括由封装在外罩中的多个线材形成的带。该外罩可由聚氨酯形成。另外，在另一实施例中，摆动转子中的每个可包括基本上圆柱形部分和尾部，至少一个转子传动轮可与摆动转子成一体，并且，每个转子传动轮可形成为，形成在圆柱形部分中的周向延伸的凹口且在尾部中具有一孔。在一个实施例中，所述带传动连接件或者可包括连续带。在所有上述实施例中，波浪发电站可以是浮式结构，该波浪发电站具有两个彼此可成角度(V形形状)布置的臂部，每个臂部均包括框架结构和多个摆动转子，并且其中，波浪发电站可包括一个锚定点以用于将波浪发电站连接至系泊设备并允许波浪发电站相对于波浪方向自动地摇动。在本发明的第二方面中，可通过提供一种用于波浪发电站的摆动转子来实现一部分目的，其中，所述摆动转子包括基本上圆柱形部分和尾部，其中，至少一个转子传动轮与摆动转子成一体，并且该转子传动轮可形成为，形成在圆柱形部分中的周向延伸的凹口且在尾部中具有一孔。从而，可通过以简单、坚固的方式提供一种使带连接件在大直径传动轮上运行(从而也以简单的方式实现局部传动)的解决方案，来实现一种改进的、更有效的、可靠的且坚固的用于转换从波浪发电站的转子到发电机的旋转运动的传动系统。根据第二方面的摆动转子可在根据结合以上第一方面描述的任何一个实施例的波浪发电站中使用。在第三方面中，可通过一种波浪发电站来实现一部分目的，其中，波浪发电站是浮式结构，该波浪发电站具有彼此可成角度地布置的臂部，每个臂部包括框架结构和多个转子，并且其中，波浪发电站可包括单个锚定点以用于将波浪发电站连接至系泊设备并允许波浪发电站相对于波浪方向自动地摇动，其中，传动轴轴颈连接在所述框架结构中并布置成将旋转从所述转子传递至位于每个臂部上的发电机壳体中的发电机，并且其中，发电机壳体居中地布置在每个臂部上。从而，可实现一种特别紧凑的波浪发电站。在本发明的第四方面中，可通过一种用于波浪发电站的系泊系统来实现本发明的一部分目的或所有目的，该系泊系统包括：-锚；-浮标；-系泊缆，该系泊缆将波浪发电站连接至浮标；以及-锚绳，该锚绳用于使浮标与锚连接，其中，锚绳是刚性的且连接至锚和浮标，这样使得防止浮标围绕刚性锚绳的纵向轴线旋转。在第四发明的一个实施例中，波浪发电站与浮标连接的系泊缆是刚性的。在另一实施例中，允许波浪发电站相对于浮标仅围绕设置在所述浮标的顶部的单个连接件的旋转(摇动)。在另一实施例中，浮标被浸没。在第四方面的任何实施例中，波浪发电站可以是浮式结构，该波浪发电站具有彼此可成角度(V形形状)地布置的臂部，每个臂部均包括框架结构和多个摆动转子，并且其中，波浪发电站可包括单个锚定点以用于将波浪发电站连接至系泊设备并允许波浪发电站相对于波浪方向自动地摇动。在第四方面的任何实施例中，系泊系统的波浪发电站可包括关于上述本发明的第一方面列举的任何特征。此外，本发明的第五方面提供一种根据任何一个结合第一方面描述的实施例的波浪发电站，其从根据任何一个相对于第四方面描述的实施例的系泊系统系泊。因此，基于以上内容，本发明的目的是提供一种上述类型的波浪发电站，通过该波浪发电站可提供可用波能的有效利用。从详细说明书中，根据本发明的各个方面的波浪发电站、摆动转子和系泊系统的其他目的、特征、优点和特性将变得显而易见。附图说明在本说明书的以下详细部分中，将参考图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明，附图中：图1是示出了根据本发明的一个方面的波能发电站的立体图；图2是图1中的波浪发电站的详细立体图，并且其中移除了一个摆动转子以用于示出根据本发明的一个方面的波浪发电站的发电机轴传动机构的细节；图3是示出了根据本发明的其他方面的如图1中所示的波浪发电站的细节的另一立体图；图4是示出了根据本发明的另一方面的如图1中所示的波浪发电站的其他细节的立体图；图5是示出了用于在根据本发明的另一方面的在图1中示出的波浪发电站中使用的“鸭”型摆动转子的各种立体图；图6是从不同视角(从V形形状波浪发电站的顶部)示出了图1的波浪发电站的立体图；图7是示出了图1的波浪发电站的鸟瞰图，其中，表示出波浪发电站浮在水面区域上，以表示水面由波浪发电站的切除部分表示的期望使用情况；图8是示出了根据本发明的一个方面且用于如图1所示的波浪发电站的系泊设备的细节的立体图，该图示出了系泊设备的锚部的细节；图9是示出了根据本发明的一个方面且用于如图1所示的波浪发电站的系泊设备的细节的立体图，该图示出了系泊设备的浮标部分的细节；图10是示出了图1所示的波浪发电站的细节的立体图，并且示出了波浪发电站的角度调节单元的细节，且具有用于维修船舶和拖船的系泊设备。具体实施方式在以下详细描述中，将参考优选实施例描述根据本发明的波浪发电站。波浪发电站也被称为波能转换器。图1示出了根据本发明的波浪发电站1的一个实施例。波浪发电站1是浮式结构。所示波浪发电站1具有20个摆动转子3形式的转子，其在使用过程中均部分地浸入水面区域。摆动转子3均布置在转子轴4上。每个摆动转子3都具有浮力和围绕转子轴4不对称的形状，以达到这样的效果：当波浪撞击摆动转子3时，迫使其首先在一个方向上围绕转子轴4旋转，从而使转子轴旋转，然后当波浪经过摆动转子3时使其在往复方向上旋转。因此，摆动转子3相对于与其连接的框架结构2、2’执行摆动运动。这种类型的转子通常可从例如英国专利第1541572号和美国专利第3,928,967号得知，且通常被称为“鸭型”。这种摆动转子3在输出效率方面具有特别好的特性。另外，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，根据如这里描述的本发明的某些方面，在不背离本发明所依赖的基本原理的前提下，可使用各种结构的转子。借助于转子轴4保持每个摆动转子3可相对于波浪发电站1的框架结构2、2’旋转，转子轴4轴颈连接(journalled)在框架结构2、2’上，如图2中更清楚地示出的，所述框架结构2、2’包括框格结构。优选地，多个摆动转子3并排布置成附接至框架结构2、2’，这样使得将框架结构2、2’的每个摆动转子3的转子轴4布置成彼此延伸，即，转子轴4被同轴地布置。在图中所示的实施例中，框架结构2、2’的所有的摆动转子3布置在公共的轴或轮轴4上。然而，在其他未示出的实施例中，每个摆动转子均可设置有单独的转子轴区段，或者由此，摆动转子的子集可布置在适合的轮轴/轴区段上。在又一未示出的实施例中，可想象除了轴/轮轴以外的其他类型的支承件，然而，框架结构2、2’的摆动转子3布置为围绕相同的轴线摆动(旋转)。优选地，多个转子中的每个均可相对于框架结构2、2’自由旋转或摆动，并可彼此独立地摆动/旋转。优选地，转子轴4被固定以防止相对于框架结构2、2’旋转，摆动转子3具有允许在摆动转子3和轴4(从而是框架结构2、2’)之间旋转的支承件72。从而，轴4可形成框架结构2、2’的加强部分，从而节省其他增强结构并由此减小风力发电站的重量、节省材料、从而也降低成本。波浪发电站1优选地包括两个细长的且分开的臂部21、22，其彼此经由铰接件23铰接，每个臂部21、22包括具有多个摆动转子3的框架结构2、2’，铰接件23设置在每个臂部21、22的一端。铰接件23允许由具有摆动转子3的框架结构2、2’形成的两个臂部21、22布置成例如图1所示的V形形状。两个臂部21、22可在如所示出的简单的铰接件23中相交，即，这样使得铰接件提供单个公共竖直轴线，两个臂部21、22可围绕该公共竖直轴线旋转。可替换地，两个臂部21、22可在中心铰接件单元(未示出)中相交，该中心铰接件单元可包括用于每个臂部21、22的旋转铰接件，对两个臂部21、22中的每个提供竖直轴线，以相对于铰接件单元围绕其旋转。与臂部21、22的长度相比，这种中心铰接件单元将非常短，这样使得两个臂部21、22可相对于彼此成V形形状，并使得波浪发电站获得整体的V形形状。在铰接件23处或其附近(或在铰接件单元处)，布置有用于系泊设备25的单个锚定点26。系泊设备25可包括浮标50和锚部60，如图所示。然而，可想象其他类型的系泊设备。该单个锚定点允许波浪发电站围绕浮标/锚泊位置自由旋转，即，波浪发电站可旋转超过360o。从而，波浪发电站可被动地转向适应盛行的风和波浪条件。保持摆动转子的框架结构2、2’优选地是有浮力的，这样使得当风力发电站处于平静海域中时(没有波浪)，摆动转子的轴4(或多个轴)将位于海面上方/下方的恒定高度/深度处。在这种条件下，摆动转子由此将被保持在中性或静止位置中。优选地，转子轴4通过框架结构保持在水面下方一深度处。两个臂部21、22之间的角度原则上可以是固定的，但优选地其是可调节的，例如通过可布置在两个臂部21、22之间的角度调节单元24调节，如图1、图7和图10所示，调节单元布置为调节其之间的角度。从而，两个分开的臂部21、22可根据选择而布置成彼此成一角度。这将允许该角度适应于波浪/天气条件。在风暴来临之前或在风暴过程中，或在预计将出现异常大波浪时，可将臂部之间的角度减到最小，以确保波浪发电站上具有最小应力。在非常小的波浪/较温和的天气条件中，可将臂部之间的角度增到最大，这样使得臂部的纵向轴线接近于与波前垂直。可在其之间设置角度，以在各种条件下获得波能的最佳收获。为此，可以简单的方式(未示出)在两个臂部21、22之间配置线性致动器，例如液压缸或机械主轴。本领域技术人员将能够对这种线性致动器提供不同实施例的传动系统。下面，将描述角度调节单元24的其他实施例。然而，在一些实施例中，可在臂部21、22之间设置固定角度。该固定角度可以是例如60度，并且在此情况中，可通过布置在臂部21、22之间且从一个臂部延伸至另一臂部的横杆(未示出)将臂部21、22保持在适当位置而获得该固定角度。因此，根据本发明，波浪发电站1被配置成使得其可在臂部21、22之间以期望固定角度或可相对于环境(风向和波向、天气等)调节的角度保持期望角度。风力发电站1的V形形状与单个锚定点/固定点26一起提供了几个优点。首先，单个锚定点/固定点26允许风力发电站相对于系泊设备25转动。其次，该V形形状导致风力发电站1相对于波前转动，这样使得其相对于沿着每个臂部21、22前进的波浪最佳地定向，从而当波前向下通过臂部21、22时使所有摆动转子3依次摆动，由此，由于从摆动转子3转移至发电机的动量的基本上恒定的影响，可获得由摆动转子3驱动的发电机的连续操作(下面说明)。该V形形状确保摆动转子3不会布置在彼此的尾部。因此，单个锚定点26和V形形状允许自动调节波浪发电站相对于波向的位置。此外，该V形形状将导致浮在水中的物体沿着臂部21、22向下通过，而不是堆积在风力发电站1的前部。在臂部21、22之间的角度是可调节的实施例中，可调节该角度以优化风力发电站1对天气条件的操作。在小波浪至中波浪盛行的情况中，所选角度可能较大，以收获波浪的全部势能。在大波浪的汹涌条件中，可能选择非常小的角度，而且减小臂部21、22之间、臂部21、22中以及摆动转子与框架结构2、2’之间的应力，以避免损坏波浪发电站1。此外，当使臂部21、22成为基本上平行的配置时，或在其之间具有非常小的角度时，可轻松地拖动波浪发电站，或者将处于这样的配置中，在该配置中甚至非常大的波浪将简单地经过波浪发电站而不损坏结构。监测和控制系统可被设置成自动调节臂部之间的角度。该调节可取决于所产生的能量上的所收集的/所感测的信息、来自运动传感器的代表波高的信息，例如，取决于轴4和摆动转子之间的角度(相对于例如摆动转子的中性位置)。也可从天气信息系统和/或操作员进行的远程控制，来对控制系统提供输入。优选地，将波浪发电站1的摆动转子3的一半布置在波浪发电站1的一个臂部21上，并且另一半布置在另一臂部22上。在图1、图6和图7所示的示例性波浪发电站1中，在每个臂部21、22上布置10个摆动转子3。然而，可在每个臂部21、22上布置更少或更多的摆动转子3。如图所示，波浪发电站1被配置为浮式结构，其可固定至例如水面区域6下方的海床。为此，系泊点/锚定点26布置成例如用于保持系泊设备25的锚固孔28的形式，例如见图6。锚固孔布置在波浪发电站1的端部，其中，臂部21、22之间的距离最短，或者更精确地说，其相交。当摆动转子3浸入水面区域较深而不能使得转子轴4具有与水面区域2中的平均波高基本上相同的高度时，见图7，实现了这种类型的波浪发电站的最高输出效率。然而，由于并不总是平均波高精确地等于波峰和波谷处的水平面的高度的平均值的情况，所以波浪发电站1可被配置为具有一个或多个压载箱(未示出)和泵汲设备(未示出)，泵汲设备(pumpingfacilities)被配置为用来自周围的水填满和清空该一个或多个压载箱，为的是改变波浪发电站的浮力，以达到能够根据当前波浪条件来优化发电站的输出效率的效果。在一些实施例中，预先计算波浪发电站的浮力，使得获得最佳的或可接受的操作/工作浮力。在这种情况中，可去除泵汲设备(未示出)。压载箱可一体形成在框架结构2、2’中或附接至框架结构2、2’。根据本发明的一个方面，压载箱可设置在一些或所有摆动转子3中。每个臂部21、22的框架结构2、2’还包括至少一个发电机传动轴30(也可简称为传动轴)，其轴颈连接在框架结构2、2’上且优选地布置在摆动转子3的上方。优选地，传动轴30布置在框架结构2、2’上，这样使得在波浪发电站1的大多数工作条件中(可能出现从波浪溅起，以及由于波浪运动而浸在水面中)将其保持在水面6的上方。传动轴30’、30被布置为将运动从摆动转子3转移至发电机，如下面进一步详细描述的。传动轴区段30’与每个摆动转子3相关联。传动轴区段30’彼此同轴延伸地布置并彼此连接，这样使得一个传动轴区段30’的旋转被转移至下一个。因此，彼此连接的传动轴区段30’形成单个传动轴30。传动轴30被连接成驱动发电机或泵或布置在机器壳体27中的类似装置。机器壳体27布置在每个臂部21、22的框架结构2、2’上，并与臂部21、22的传动轴30连接。如图1和图3所示，机器壳体位于与传动轴30水平对准，这样使得其优选地布置在水...