專利名稱：水下發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于由水流產(chǎn)生電能的設(shè)備，具體涉及但不僅僅涉及由潮流發(fā)電的設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了使可再生能源經(jīng)濟(jì)可行，必須降低由可再生能源發(fā)電的成本。具體地，在潮汐發(fā)電的情況下，由于海水通常的危險(xiǎn)性和侵蝕性，潮汐發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)和維護(hù)成本很高。
現(xiàn)有技術(shù)的潮汐發(fā)電設(shè)備依靠一個(gè)渦輪機(jī)通過繞經(jīng)過一系泊點(diǎn)的豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，或者通過轉(zhuǎn)動(dòng)一支柱或其它這樣的固定裝置，來使其本身與潮流成一直線。這種裝置存在以下缺點(diǎn)由于渦輪機(jī)極其趨向于使其本身與水流方向成一直線，從而相對(duì)于渦輪體，所述渦輪葉片繞一大致水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)(以便使渦輪機(jī)的效率最大化)，渦輪機(jī)往往發(fā)生繞一大致豎直軸線從前向取向到后向取向的運(yùn)動(dòng)。因此，由于水流方向上的改變導(dǎo)致的渦輪機(jī)的反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致聯(lián)接于渦輪機(jī)的系泊線纜或任意電纜扭轉(zhuǎn)，這又意味著有必要使用復(fù)雜并且昂貴的滑環(huán)裝置以避免線纜的扭轉(zhuǎn)，或者發(fā)電設(shè)備必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)以使扭轉(zhuǎn)線纜能夠反轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例尋求克服現(xiàn)有技術(shù)中的以上缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于由水流產(chǎn)生電能的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個(gè)有正浮力的渦輪機(jī)，包括一相應(yīng)的第一部分和一相應(yīng)的第二部分，相對(duì)于所述第一部分，所述第二部分適于借助于水流繞一相應(yīng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，渦輪機(jī)或每個(gè)渦輪機(jī)的質(zhì)心以及浮力中心彼此間隔開，從而所述渦輪或每個(gè)所述渦輪的軸線適于在非流動(dòng)的水中呈大致豎直的取向；以及至少一個(gè)系泊線纜，其用于將在淹沒狀態(tài)下的所述渦輪機(jī)或每個(gè)所述渦輪機(jī)系泊于水體的底部。
通過提供一個(gè)在淹沒狀態(tài)下系泊于海底或河底的有正浮力的渦輪機(jī)，由于浮力和由線纜提供的系泊力的反作用力，系泊線纜一直處于拉緊狀態(tài)。通過將渦輪機(jī)或每個(gè)渦輪機(jī)的質(zhì)心以及浮力中心彼此間隔開設(shè)置，從而渦輪機(jī)或每個(gè)渦輪機(jī)的軸線適于在非流動(dòng)的水中呈一個(gè)基本上豎直的取向，這提供了以下優(yōu)點(diǎn)渦輪機(jī)可以從前向方向(表示漲潮流動(dòng))移動(dòng)到后向方向(表示退潮流動(dòng))，而其軸線保持在一大致豎直平面內(nèi)。這又提供了連接于渦輪機(jī)的線纜扭轉(zhuǎn)的趨向性減少到最小的優(yōu)點(diǎn)，因此不需要用于使渦輪機(jī)與水流成一直線的轉(zhuǎn)動(dòng)部件或其他驅(qū)動(dòng)形式。此外，這提供了如下優(yōu)點(diǎn)反向作用力一直存在，使得水流驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)葉片。而且，由于渦輪機(jī)系泊于水面之下，這提供了可消除由水面波浪和天氣造成的危險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，至少一個(gè)所述渦輪機(jī)可以借助于多個(gè)所述系泊線纜而連接于水體的底部。
這提供了優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步將連接于所述渦輪機(jī)的線纜扭轉(zhuǎn)減少到最小。
所述設(shè)備可進(jìn)一步包括至少一個(gè)將一對(duì)所述系泊線纜分開的間隔部件。
這提供了優(yōu)點(diǎn)使多個(gè)線纜繞彼此扭轉(zhuǎn)的程度減少到最小。
在優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)所述渦輪機(jī)彼此剛性連接。
至少一對(duì)所述相互連接的渦輪機(jī)的第二部件適于朝彼此相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
這提供了優(yōu)點(diǎn)使由各渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩減少到最小。
至少一個(gè)所述渦輪機(jī)可進(jìn)一步包括一發(fā)電機(jī)。
所述設(shè)備可進(jìn)一步包括至少一個(gè)電纜，其連接于所述渦輪機(jī)并且適于將所生成的電流傳送到遠(yuǎn)離所述渦輪機(jī)的位置。
至少一個(gè)所述系泊線纜是剛性的。
這提供了優(yōu)點(diǎn)增加了所述設(shè)備的強(qiáng)度。


現(xiàn)在將參照附圖，通過舉例的方式而非限制性的方式對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，附圖中圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的用于產(chǎn)生電能的設(shè)備的側(cè)視圖，其中，相對(duì)于一系泊裝置，所述設(shè)備以三個(gè)取向示出；圖2為圖1的所述設(shè)備的正視圖；圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的設(shè)備的側(cè)視圖；圖4為圖3的設(shè)備的正視圖；圖5a到5c示出了圖3中設(shè)備的打撈(retrieve)過程；具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1和圖2，一海下發(fā)電設(shè)備1包括在翼形截面的支柱4的兩側(cè)并排安裝的兩個(gè)渦輪機(jī)3。每個(gè)渦輪機(jī)3具有一組渦輪葉片5，在圖2所示的實(shí)施例中，其相向旋轉(zhuǎn)從而抵消由每個(gè)渦輪機(jī)產(chǎn)生的相應(yīng)轉(zhuǎn)矩。所述裝置1在位置點(diǎn)9處可樞轉(zhuǎn)地與一對(duì)系泊于海底6的系泊線纜7相連接。
所述渦輪機(jī)3是有正浮力的，從而在零水流情況下其豎直向上指向，如標(biāo)號(hào)8所示。當(dāng)水流朝由箭頭A示出的方向流動(dòng)時(shí)，對(duì)渦輪機(jī)3和支柱4的拖曳力使得所述發(fā)電設(shè)備1繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)9樞轉(zhuǎn)，并且傾斜成由標(biāo)號(hào)10所示的由虛線示出的狀態(tài)。
在這個(gè)位置流經(jīng)渦輪機(jī)3的水的作用力使得所述渦輪葉片5旋轉(zhuǎn)并因此在發(fā)電機(jī)(未示出)中產(chǎn)生電力。該電能通過線纜11從所述渦輪機(jī)3移出。
當(dāng)潮水開始改變方向時(shí)，流經(jīng)所述渦輪組件1的水流量減少。因此，渦輪組件1將趨向于浮動(dòng)回到由標(biāo)號(hào)8所示的豎直狀態(tài)。由于潮汐的作用，水開始朝由箭頭B示出的方向流動(dòng)，并且所述設(shè)備1將傾斜到由標(biāo)號(hào)12所示的并用虛線示出的位置。
以該方式，可以看出渦輪組件1通過繞經(jīng)過點(diǎn)13的軸線在大致豎直的平面上轉(zhuǎn)動(dòng)，其改變方向以使本身與水流成一直線，而系泊線纜在點(diǎn)13系泊于海底。因?yàn)榇嬖趦筛挡淳€纜7并且由于所述渦輪組件1的浮力這些線纜總是拉緊的，可以防止所述渦輪組件1繞一豎直軸線旋轉(zhuǎn)，如果這樣的話，從而防止系泊線纜7軌跡為錐形面。因此這使任何線纜例如系泊線纜7或線纜11扭轉(zhuǎn)最小。
參照?qǐng)D3和4，示出了所述發(fā)電設(shè)備1的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，系泊線纜7由間隔桿14分隔設(shè)置，并且此外四個(gè)以兩V形結(jié)構(gòu)設(shè)置的線纜15(其兩個(gè)線纜在圖4中可見)將所述間隔桿在點(diǎn)16和17系泊于海底。因此，所述裝置1繞間隔桿14樞轉(zhuǎn)從而跟隨水流的流動(dòng)。在該方面，所述設(shè)備1以與圖1和2的設(shè)備類似的方式而工作。
參照?qǐng)D5a、5b、5c，現(xiàn)在將描述用于所述發(fā)電設(shè)備1的維護(hù)過程。
間隔桿14在錨定點(diǎn)16和17系泊于海底6。其中一根系泊線纜，在這種情況下是在錨定點(diǎn)17處錨定于海底的系泊線纜，進(jìn)一步與線纜18的延伸部分連接，線纜18的一端固定于系泊線纜15，而第二端與浮在海面上的浮標(biāo)19連接。
為了使所述渦輪組件1上升到表面，水面艦船20必須打撈浮標(biāo)19并且將線纜18與一絞盤(未示出)連接。錨定點(diǎn)17裝配有使得線纜18穿過錨定點(diǎn)17的釋放裝置，從而所述渦輪組件1可以浮到海面。所述發(fā)電組件1的豎直上升速度由水面艦船20上的絞盤(未示出)控制。在17處的錨固裝置(其可以是一球形抓取裝置或等同系統(tǒng))的釋放通過本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟悉的一遠(yuǎn)程操作車輛、鋼絲繩或其他這樣的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)所述渦輪組件1在水面上時(shí)，可以進(jìn)行任何適當(dāng)?shù)男蘩砘蚓S護(hù)。
為了使渦輪組件1返回其水下的工作位置，水面艦船20上的絞盤(未示出)反轉(zhuǎn)并且渦輪組件1被拉回至適當(dāng)位置。然后在錨定點(diǎn)17的錨固裝置(未示出)重新激活從而將系泊線纜15固定于海底。
本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員理解以上實(shí)施例僅是以舉例性的而不是任何限制性的方式進(jìn)行了描述，并且可以進(jìn)行各種改變和修改而不偏離附加權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍。具體地，上面描述的實(shí)施例將兩個(gè)渦輪機(jī)并排放置，從而渦輪葉片的反轉(zhuǎn)抵消了由渦輪機(jī)產(chǎn)生的作用或轉(zhuǎn)矩。如果所述系泊組件由剛性結(jié)構(gòu)形成，剛性系泊組件可以設(shè)計(jì)成具有足夠強(qiáng)度以平衡所述渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的效應(yīng)，從而在發(fā)電設(shè)備中僅需使用單個(gè)渦輪機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種用于由水流產(chǎn)生電能的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個(gè)有正浮力的渦輪機(jī)，包括一相應(yīng)的第一部分和一相應(yīng)的第二部分，相對(duì)于所述第一部分，所述第二部分適于借助于水流繞一相應(yīng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，渦輪機(jī)或每個(gè)渦輪機(jī)的質(zhì)心以及浮力中心彼此間隔開，從而所述渦輪或每個(gè)所述渦輪的軸線適于在非流動(dòng)的水中呈大致豎直的取向；以及至少一個(gè)系泊線纜，其用于將在淹沒狀態(tài)下的所述渦輪機(jī)或每個(gè)所述渦輪機(jī)系泊于水體的底部。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，至少一個(gè)所述渦輪機(jī)可以借助于多個(gè)所述系泊線纜而連接到水體的底部。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)將一對(duì)所述系泊線纜分開的間隔部件。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，多個(gè)所述渦輪機(jī)彼此剛性連接。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，至少一對(duì)所述相互連接的渦輪機(jī)的第二部件適于朝彼此相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，至少一個(gè)所述渦輪機(jī)進(jìn)一步包括一個(gè)發(fā)電機(jī)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)電纜，其連接于所述渦輪機(jī)并且適于將所生成的電流傳送到遠(yuǎn)離所述渦輪機(jī)的位置。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，至少一個(gè)所述系泊線纜是剛性的。
9.一種用于由水流產(chǎn)生電能的設(shè)備，該設(shè)備基本上是如以上參照附圖所描述的那樣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海下發(fā)電設(shè)備(1)，其包括兩個(gè)在一支柱的兩側(cè)并排安裝的渦輪機(jī)(3)，每個(gè)渦輪機(jī)(3)具有一組反向轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪葉片。所述設(shè)備(1)在位置(9)處與一對(duì)系泊線纜(7)可樞轉(zhuǎn)地相互連接。所述渦輪機(jī)(3)有正浮力，從而在零水流中其豎直向上指向。當(dāng)水流朝箭頭A所示方向流動(dòng)時(shí)，對(duì)渦輪機(jī)(3)和支柱的拖曳力使得所述設(shè)備(1)繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)(9)樞轉(zhuǎn)并傾斜成由標(biāo)號(hào)(10)指示的狀態(tài)。當(dāng)潮水改變方向，流經(jīng)所述設(shè)備(1)的水流量減少。因此，所述設(shè)備(1)將趨向于浮動(dòng)回到豎直狀態(tài)。最后，由于潮汐的作用，水將開始朝由箭頭B指示的方向流動(dòng)，并且所述設(shè)備(1)將傾斜成由標(biāo)號(hào)(12)指示的位置。
文檔編號(hào)F03B13/10GK1761815SQ200480007159
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月18日
發(fā)明者喬納森·拉爾夫·曼切斯特 申請(qǐng)人:索伊利機(jī)械動(dòng)力學(xué)有限公司