JP2016525185A - 流体力発電プラントのためのタービン - Google Patents

Abstract

本発明は、特に流体力発電プラントのためのタービンであって、−タービンによって発生されたトルクを被駆動機械に伝達するためのシャフトを備えるハブ本体と、−複数のタービンブレードであって、ハブ本体によって支持され且つ複数のタービンブレードの長手軸周りに捻転可能である、タービンブレードと、−ハブ本体の内部に設けられ、シャフトと同軸に延在する球状連結チェーンの方式で配置され、且つシャフトの軸周りに捻転可能である調節本体と、−各ブレードのためのガイドロッドチェーンであって、２つのガイドロッド、すなわち、その第１端部がスイベルシャフトを介して調節本体に連結された第１ガイドロッドと、その第１端部がスイベルシャフトを介して第１ガイドロッドの第２端部に連結され且つその第２端部がそれぞれのブレードの長手軸周りでハブ本体に捻転可能に取り付けられた第２ガイドロッドと、を備える、ガイドロッドチェーンと、を備え、−調節本体が、駆動ピン及び球状シェルを備え、−少なくとも第１ガイドロッドが、側面図で見ると球状に配置されていることを特徴とするタービンに関する。

Description

本発明は、流体力発電プラント(flow power plants)の分野に関する。本発明は、特に、水中での流体力発電プラントに関するが、風力発電プラントにも関する。流体力発電プラントは、水力タービンと、前記タービンと駆動接続する発電機と、最も不可欠な構成要素として水中の地面上に立つ支持構造物と、を備えている。このような流体力発電プラントは、水が流動する任意の種類、例えば河で使用されるが、特に海で使用される。例えば、潮流のエネルギーが利用される。

タービン及び発電機は、魚雷型のハウジング内に位置している（特許文献１及び２参照）。タービン、発電機及びハウジングは、いわゆるナセルを形成する。特許文献３は、複数のタービンブレードを支持するハブ本体と、ハブ本体内に配置された調節本体と、各ブレードのためのガイドロッドチェーンと、を有するタービンを説明している。

タービンは、複数のタービンブレードを支持するハブ本体を備えている。これは、しばしば、３つのタービンブレードに関係する。これらブレードは、それらの長手軸周りに、可能であれば約１８０°調節可能である。捻転は、稼働状態、特に流入方向及び流入力を調節するために生じる。

ブレードを調節するためのデバイスは、多数ある。複雑なスプロケット機構が、しばしば使用される。これら機構は、周囲環境に対してシールされなければならない。シーリングは、海水中の流体力発電プラントの場合に、高い信頼性を有しなければならない。これは、高価な解決法を導く。継続的なメンテナンスが必要である。捻転又は調節デバイスがシールされる方式でカプセル化されるので、このような作業は、通常、極めて多くの時間と労力を要する。

独国特許第出願公開第１０ ２０１３ ００１ ２１２号明細書 独国特許出願公開第１０ ２１２ ０２５ １２７号明細書 米国特許第８１０９７２８号明細書

本発明は、請求項１の序文によるタービン、及び特にその捻転装置であって、シンプルな形態を有し、周囲の媒体に対してシール又はカプセル化される必要がないが媒体にさらされることができ、且つブレードのピッチ角を確実に且つ高い再現性で調節することができるような、捻転装置を提供する目的に基づいている。

この目的は、請求項１の特徴を有するタービンによって達成される。

その結果、本発明の基本的思想は、捻転装置の使用を含む。捻転装置は、ハブ本体によって取り囲まれる。捻転装置は、いわゆる球状連結チェーンである。シャフトが、ハブ本体に接続され、このシャフトは、タービンによって発生されたトルクを被駆動機械に伝達する。２つのガイドロッドが、ブレードごとに捻転装置に接続される。ガイドロッドは、ねじりモーメントを捻転装置からそれぞれのブレードに伝達する。

本発明に従って、球状連結チェーンは、以下の利点を提供する：
− 低コストで製造することができ且つメンテナンスが容易であるシンプルな構造；
− 捻転装置の構成要素を媒体（水、海水）にさらすことができ、従って同時に潤滑される；
− タービンの重量が減少される；
− ほとんど発電しないことの一因となる短い荷重ピークを回避することができる；
− 全体的な荷重、静荷重と、構成要素の疲労の一因となる荷重と、の双方が制限される；
− ブレードの特定の捻転位置、例えば制動位置、停止位置、いわゆる翼位置へのブレードの捻転が、迅速に設定されることができ、従ってタービンを保護する；
− ピッチ角が、アクティブに設定され、従って、制動機能を担うことができ、このため、特定の制動システムを回避し且つ製造コストを減少することができる；
− いくつかのシンプルな構成要素によって強度が高い。

以下の状態が、コンクリートの実施形態では実施されている：
− ジョイントのすべての回転軸が共通のポイントで交差する；
− ジョイントの並進の自由度がない；
− すべての連結ポイントが同心球上で動く；
− ブレードのジョイントの回転軸が回転軸の一点で交差する；
− 捻転装置のジョイントの回転軸もハブ本体の回転軸に面する；
− すべてのガイドロッドの回転軸もハブ本体の回転軸に面する。

ガイドロッドの連結ポイントは、耐水性スイベルジョイントとして配置されている。従って、連結チェーンは、浸水方式で稼働されることができる。連結ポイント及びレバー状態は、少なくとも１８０°の捻転が連結チェーンの出力として設定されるように構成されている。ジョイント及びレバーは、調節中に互いに衝突しない。

本発明は、３Ｄの図面を参照してより詳細に説明される。

３つのリンクチェーンを有する捻転装置を示す。 第２の視界で図１の要旨を示す。 第３の視界で図１の要旨を示す。 捻転装置の捻転軸に向かう方向における平面図で図１の要旨を示す。 タービンブレードベアリングの個々の構成要素を示す。 第１の視界で、ハブ本体内に取り付けられた捻転装置を示す。 第２の視界で、拡大された縮尺の図６の要旨を示す。 再び拡大された縮尺且つ第３の視界で図６の要旨を示す。

図１は、タービンのブレード（図示せず）を調節するための最も重要な部分を示している。中央の構成要素は、調節本体１０である。調節本体１０は、略カップの形状を有する。調節本体１０は、駆動ピン１０．１及び球状シェル１０．２を備えている。

３つのガイドロッドチェーンが、球状シェル１０．２に接続されている。本実施形態では、３つのガイドロッドチェーンは、完全に同一である。しかしながら、この構成と異なることも可能である。各ガイドロッドチェーンは、２つのガイドロッドを備えている。３つのガイドロッドチェーンの形態は、ガイドロッド１及び２を有するこれらガイドロッドチェーンの１つを参照することによって説明される。図２は、ガイドロッド１が、２つのスイベルジョイント、すなわち第１スイベルジョイントＡ及び第２スイベルジョイントＢを備えていることを示す。スイベルジョイントＡは、調節本体１０と第１ガイドロッド１の第１端部との間で関節式接続を作り出す。第１ガイドロッド１は、“関節式レバー”と称されてもよい。

スイベルジョイントＢは、関節式レバー１の第２端部に位置し、且つ第２ガイドロッドへの関節式接続部を表す。前記第２ガイドロッド２は、ブレード接続ガイドロッドと称されてもよい。

ブレード接続ガイドロッド２の第２端部は、円形リングの形状を有している。円形リングは、孔３を通過するネジをガイドするための孔３を備え、ブレード（図示せず）は、孔により、ブレード接続ガイドロッド２に固定される。円形リングとして成形されたブレード接続ガイドロッド２の第２端部は、ハブ本体１１内に埋め込まれ、これは、以下でより詳細に説明される。

図４は、調節本体１０の捻転軸の方向で調節本体１０の図を示す。

また、図５から図８は、調節本体、３つのガイドロッドチェーン及びブレード接続部４に加えてハブ本体１１を示す。

図６から図８は、どのように調節本体１０及び３つのガイドロッドチェーンがハブ本体１１内に取り付けられるかをはっきりと示している。第２端部、すなわち、いわゆるブレード接続ガイドロッドのそれぞれの第２端部が、特に示される（３つのブレードを締結するために締結ネジのための孔を有する円形リング形状参照）。

図２は、特に、スイベルジョイントＡ及びＢを有するガイドロッド１が側面図で湾曲されることを示している。ガイドロッド１は、調節本体１０の球状シェル１０．２と同じ曲率半径を有している。これは、３つのガイドロッドチェーンすべてに明らかに適用する。第１ガイドロッド１又は関節式レバーは、球状となるように湾曲される。

ハブ本体１１は、タービンの稼働中に駆動される。タービンによって発生されたトルクは、シャフト（図示せず）を介して原動機、例えば発電機に伝達される。調節本体１０は、稼働中でさえ、駆動ピン１０．１の捻転軸周りに捻転されることができる。また、捻転は、ガイドロッドチェーンによってすべてのブレードを、例えば１８０°以上まで同時に捻転する。

１ ガイドロッド、２ ガイドロッド、３ 孔、４ ブレード接続部、１０ 調節本体、１０．１ 駆動ピン、１０．２ 球状シェル、１０．３ 捻転軸、１１ ハブ本体、Ａ スイベルジョイント、Ｂ スイベルジョイント

Claims (4)

1. 特に流体力発電プラントのためのタービンであって、
   前記タービンによって発生されたトルクを被駆動機械に伝達するためのシャフトを備えるハブ本体（１１）と、
   複数のタービンブレードであって、前記ハブ本体（１１）によって支持され且つ前記複数のタービンブレードの長手軸周りに捻転可能である、タービンブレードと、
   前記ハブ本体（１１）の内部に設けられ、前記シャフトと同軸に延在する球状連結チェーンの方式で配置され、且つ前記シャフトの軸周りに捻転可能である調節本体（１０）と、
   各ブレードのためのガイドロッドチェーンであって、２つのガイドロッド（１，２）、すなわち、その第１端部がスイベルシャフト（Ａ）を介して前記調節本体（１０）に連結された第１ガイドロッド（１）と、その第１端部がスイベルシャフト（Ｂ）を介して前記第１ガイドロッド（１）の第２端部に連結され且つその第２端部がそれぞれの前記ブレードの前記長手軸周りで前記ハブ本体（１１）に捻転可能に取り付けられた第２ガイドロッド（２）と、を備える、ガイドロッドチェーンと、
   を備え、
   前記調節本体（１０）が、駆動ピン（１０．１）及び球状シェル（１０．２）を備え、
   少なくとも前記第１ガイドロッド（１）が、側面図で見ると球状に配置されていることを特徴とするタービン。
2. 少なくとも前記第１ガイドロッド（１）が、前記球状シェル（１０．２）と幾何学的に類似する方式で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記第２ガイドロッド（２）の前記第２端部が、環状であり、前記ハブ本体（１１）内に埋め込まれ、且つ、前記調節本体（１０）の捻転中に捻転を実行し、これにより、それぞれの前記ブレードを捻転することを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン。
4. 風力発電プラント又は水力発電の発電プラントの構成要素であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン。

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