專利名稱：安裝在臺板上的潛沒式水流渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于支撐渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，其中的渦輪機(jī)被布置成浸沒在水流中，并由水的流動動能驅(qū)動。
背景技術(shù)：
在英國專利GB 2256011 B、GB 2311566 B、GB 2348250、以及第0227739.0號英國專利申請中，本發(fā)明人已經(jīng)公開了與水動渦輪機(jī)有關(guān)的構(gòu)造，其中的水動渦輪機(jī)即指被支撐在海水、江河、或河口水柱中的葉輪轉(zhuǎn)子，從而，水流可轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生出電流或軸功率，以用于所需的用途。從這些文獻(xiàn)可了解到如何使用此類用途的渦輪機(jī)，這些文獻(xiàn)還公開了支撐此類渦輪機(jī)的各種結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一些支撐結(jié)構(gòu)，其具體目的是為了支撐水流渦輪機(jī)(該渦輪機(jī)可以位于海洋中、江河中、河口中—視情況而定)，該支撐結(jié)構(gòu)在本文中被稱為“假海床”。
本發(fā)明一個(gè)特別的目的是提供能支撐一個(gè)或多個(gè)水動渦輪機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在屬于本申請人的在先英國專利GB 2311566B和GB 2348250中已介紹了其中的水動渦輪機(jī)系統(tǒng)。
但是，可由水流按照一定方式進(jìn)行驅(qū)動、由此可帶動發(fā)電機(jī)以發(fā)出電能或?qū)崿F(xiàn)其它有用用途(例如帶動泵或壓縮機(jī))的任何已有類型轉(zhuǎn)子都可應(yīng)用本發(fā)明，因此，本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供適于支撐轉(zhuǎn)子等裝置的支撐結(jié)構(gòu)，其中的轉(zhuǎn)子等裝置基本上屬于如下的類型●軸流型或螺旋槳型(即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸線與流動方向平行)；●橫流型(或Darrieus型)(轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線大致上垂直于流動方向)；
●往復(fù)式水翼(其往復(fù)經(jīng)過一條橫斷水流的曲線)。
渦輪機(jī)的水翼不論為何種類型，也不論其是處于海洋中、江河中、或者是河口內(nèi)，都是完全處于水流的水柱內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動或往復(fù)運(yùn)動(視情況而定)，而且這些水翼按照下文將要描述的各種方式來滿足所述的要求。換言之，在其正常工作模式的整個(gè)過程中，這些活動構(gòu)件都完全潛沒在水中。
本發(fā)明再一個(gè)重要的目的是提供一些裝置，借助于這些裝置，可將轉(zhuǎn)子和其它運(yùn)動部件(例如動力系)徹底提升到水面的上方，以允許從水面船只安全而有效地接近所述部件，進(jìn)而對所述部件執(zhí)行安裝、維護(hù)、修理、以及更換。
當(dāng)按照一定的方式使用渦輪機(jī)以使其由水流驅(qū)動時(shí)，從水流中獲取能量的操作將使得流經(jīng)水的動量減小，這反過來將在渦輪機(jī)上產(chǎn)生很大的反作用力，該反作用力自身基本上表現(xiàn)為作用在流動方向上的推力，其與流經(jīng)轉(zhuǎn)子的平均速度的平方成正比。
這一現(xiàn)象是物理定律的結(jié)果，造成該現(xiàn)象的原因是動量從流動的水傳遞給運(yùn)動的渦輪機(jī)構(gòu)件，出現(xiàn)該現(xiàn)象與渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)無關(guān)。在所有的情況下，作用在轉(zhuǎn)子上的推力與一個(gè)乘積成正比，該乘積是指流經(jīng)轉(zhuǎn)子的水流平均速度的平方與轉(zhuǎn)子掃掠面積的乘積。一般來講，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的功率越大、效率越高，需要承受的作用力也越大，盡管在某些條件下—例如在由于負(fù)載消失而造成的“飛車”情況下，即使渦輪機(jī)并未向渦輪軸輸出很大或任何有用功率，也會產(chǎn)生很大的推力。當(dāng)然，這樣的情形是如下事實(shí)的直接后果由將轉(zhuǎn)子保持就位所需的作用力提供反作用力，該反作用力是傳遞給渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、以使其轉(zhuǎn)動的力的反作用力，反過來，保持位置所需的作用力可被用來測量軸功率的產(chǎn)生效能。
另外，任何此類渦輪機(jī)還要受到各種循環(huán)載荷，這些循環(huán)載荷是由如下各種現(xiàn)象造成的紊流效應(yīng)、行波、水柱中的速度剪變(即隨深度變化的速度變化)、渦旋分離，這些現(xiàn)象將在任何支撐結(jié)構(gòu)上施加脈動的疲勞載荷，支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)考慮到具備足夠結(jié)構(gòu)完整性的能力。因而，對于任何此類渦輪機(jī)的一個(gè)重要要求是利用一個(gè)結(jié)構(gòu)將獲取能量的轉(zhuǎn)子保持就位，該結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度儲備，以承受作用在轉(zhuǎn)子上的靜態(tài)以及動態(tài)作用力。
由于存在很多其它的基本性要求，所以此類結(jié)構(gòu)的設(shè)置變得復(fù)雜，其中的基本性要求也即是結(jié)構(gòu)在水柱中產(chǎn)生的尾流應(yīng)當(dāng)不會過度地干擾流經(jīng)轉(zhuǎn)子的水流(不然的話將降低轉(zhuǎn)子的效率)。因而，舉例來講，結(jié)構(gòu)需要被設(shè)計(jì)成這樣其尾流能理想地完全避開轉(zhuǎn)子；結(jié)構(gòu)還應(yīng)當(dāng)具有盡可能高的制造經(jīng)濟(jì)性，以便于減小系統(tǒng)的成本；目前希望能有相當(dāng)實(shí)用且高性價(jià)比的方法，以便于將結(jié)構(gòu)安裝在強(qiáng)水流的地點(diǎn)處；目前還希望能開發(fā)出相當(dāng)實(shí)用且高性價(jià)比的方法，其用于將一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子安裝到結(jié)構(gòu)上，且允許在隨后接近轉(zhuǎn)子，以便于進(jìn)行維護(hù)或者在必要時(shí)進(jìn)行更換或修理。
為水流渦輪機(jī)設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)還涉及多個(gè)考慮因素，下文將更為詳細(xì)地指出本發(fā)明所要關(guān)注的這些因素。
首先，應(yīng)當(dāng)指出的是在具有足夠高流速、以適于使用能量俘獲渦輪機(jī)的位置處，水柱中的水流隨深度發(fā)生變化，由此使得最大的流速趨于接近于水面。另外，水柱中靠近海洋(或河口、江河)底床的底部水流的流動速度要慢很多。另外，海洋、江河或河口底床上任何不平坦的自然地貌都將干擾貼近海床的水流，并形成紊流；底床地貌的不平坦度和粗糙度越大，緩慢流動的紊流邊界層的厚度越大。
其次，應(yīng)當(dāng)指出的是為了高效而可靠地使用所述類型的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(其或者可以是軸流式或橫流式的，或者可以是往復(fù)運(yùn)動水翼型裝置)從水流中提取動能，希望流經(jīng)所述轉(zhuǎn)子或經(jīng)過任何運(yùn)動水翼的水流盡可能在掃掠面積的范圍內(nèi)保持速度的一致，以便于盡可能快地流動，并產(chǎn)生盡可能少的紊流。換言之，希望具有將活動轉(zhuǎn)子或水翼定位在最快、最為穩(wěn)定、且無紊流水流中的裝置，避免使轉(zhuǎn)子劃過任何邊界層，其中的邊界層是由于流過海洋、江河、或河口的不平坦水底而產(chǎn)生。還很重要的是利用一種能抵御最大極限靜態(tài)力和動態(tài)作用力的結(jié)構(gòu)來支撐任何此類轉(zhuǎn)子或水翼，且實(shí)踐將證明該結(jié)構(gòu)在很多年的工作服務(wù)期限內(nèi)具有很高的可靠性。
第三，需要考慮的另一個(gè)重要因素是浸沒在水柱(無論位于海洋、江河、或河口中)內(nèi)水流中的任何裝置都需要被定期地接近，以執(zhí)行保養(yǎng)、修理或更換。無論是借助于穿著潛水設(shè)備的人員、還是水下遙控車(ROV)，在流速很快的水流中執(zhí)行水下操作都是非常困難的，使得大部分此類水下活動只能在水流流速小于約0.5m/s時(shí)進(jìn)行，在適于開發(fā)水流能量的高能位置處，具有如此低流速的時(shí)期充其量也很短，不足以允許完成最低限度的水下作業(yè)。
結(jié)果就是，本發(fā)明所關(guān)注的問題是提供一些裝置，其用于接近那些需要進(jìn)行保養(yǎng)或修理的部件—尤其是帶有由其帶動的機(jī)械傳動系和發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和/或水翼，通過將所述部件物體升高到流動的水流表面上方、以便于可從水面船只上接近部件，就可實(shí)現(xiàn)該目的，且不需要利用潛水員或水下遙控車來參與水下作業(yè)。
廣義來講，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于水動渦輪機(jī)系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，其中，在一具有流線型截面的臺板或平臺上，一個(gè)渦輪機(jī)或多個(gè)渦輪機(jī)組件被安裝在水流的水柱中，以與水流合作而工作，其中的臺板或平臺相對于水流的河床處于升高的位置，臺板或平臺被水平地排列著，且所在位置等于或高于所述軸線的高度?？稍黾右恍┡c主支撐表面平行的額外表面，它們或者處于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸線的高度上，或者高于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的高度，或者還可以是上述的這兩種情況兼有。
另外，優(yōu)選地是，所述另外的表面的弦長和厚度小于最下方支撐表面的弦長和厚度，但其也可以具有相等或更大的尺寸。
優(yōu)選地是，具有流線型截面的所述第一臺板或平臺為非對稱性的流線型截面，在該截面構(gòu)造中，其中一個(gè)表面的凸度相比于另一表面的凸度在一定程度上較大，使得上表面和下表面均為凸面，且其中一個(gè)凸度大于另一凸度。
為了方便設(shè)置，以使得在俯視圖中為矩形、且具有流線型截面的臺板或平臺或者是利用浮力以可控的方式脫離其支撐件而上浮到水面上，或者是帶有某些類型的舉升機(jī)構(gòu)，其基本上是電動或液壓動作的，從而具備了這樣的措施其使整個(gè)俯視為矩形且具有流線型截面的臺板或平臺隨同整個(gè)渦輪機(jī)陣列到達(dá)水面上，從而可使用水面船只接近機(jī)組以執(zhí)行維護(hù)或修理。
優(yōu)選地是，俯視為矩形且為流線型截面的臺板或平臺具有非對稱性的流線型橫截面，在該截面構(gòu)造中，其中一個(gè)表面的凸度相比于另一表面的凸度在一定程度上較大，使得兩表面(上表面和下表面均為凸面，且其中一個(gè)凸度大于另一凸度)，或者其中一表面(上表面或下表面)為凸面，而另一表面或者大體上為平面，或者為凹面。這樣設(shè)計(jì)的效果將是使流經(jīng)大凸度表面的水流按照一定方式加速，以降低轉(zhuǎn)子經(jīng)歷的速度剪力(速度剪力是指上部水流移動速度大于靠近河床的水流速度的趨勢)。
按照一定的方式排布臺板或平臺，使其相對于水流保持水平，從而可降低對水流的阻力。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，為水動渦輪機(jī)系統(tǒng)提供了一種支撐結(jié)構(gòu)，其中，在一具有流線型截面的臺板或平臺上，一個(gè)渦輪機(jī)或多個(gè)渦輪機(jī)組件被按照一定方式安裝成與水流合作而工作，使得渦輪機(jī)在水流的橫向上(即與流動方向垂直地)排布開，且平臺被排列成相對于水流為水平狀態(tài)，從而可降低對水流的阻力。
優(yōu)選地是，臺板或平臺的俯視結(jié)構(gòu)為矩形。
優(yōu)選地是，載承著渦輪機(jī)的臺板或平臺或者是被從所述水流的底床豎立起來的至少兩個(gè)支腿或支柱支撐在升高的位置上，或者是被錨固在水床上的張力纜索、繩索或系帶下拉到水柱中，以處于所述的升高位置上。
方便地是，設(shè)置了能使臺板或平臺在其工作位置與靠近水面的第二位置之間移動的裝置，由此使與臺板或平臺相連的渦輪機(jī)至少能到達(dá)水面上，從而可利用水面船只接近渦輪機(jī)，以對其進(jìn)行維護(hù)或修理。
在一種優(yōu)選的構(gòu)造中，設(shè)置了至少一個(gè)流線型截面的另外臺板或平臺，另外的臺板或平臺被設(shè)置成“雙翼”或“三翼”的形式，這樣進(jìn)行設(shè)置是為了提高支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性，并提供了與所述第一臺板或平臺的表面相平行的表面，其或者位于與所述第一臺板或平臺相連的渦輪機(jī)軸線的高度上，或者位于所述軸線所在高度的上方，或者還可以是這兩種情況的組合形式。在另一種優(yōu)選的設(shè)置方案中，所述各個(gè)表面的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成這樣在上表面的凸度較大的情況下，大凸度表面上的加速流具有提高渦輪機(jī)性能的作用。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，俯視結(jié)構(gòu)為矩形的臺板或平臺采用了非對稱的流線型截面，按照這種方式，如果凸度較大的一側(cè)面朝下方，則由于產(chǎn)生了升力，將出現(xiàn)一個(gè)向下的推力，這將有助于使平臺更為牢固地座壓在其支撐體上，或者，凸度較大的表面可面朝上方，由于產(chǎn)生了升力，將出現(xiàn)一個(gè)向上的推力，該推力將有助于保持張力支腿浮力固定結(jié)構(gòu)中的拉伸力和穩(wěn)定性。
優(yōu)選地是，俯視結(jié)構(gòu)為矩形、且為流線型截面的臺板或平臺的上表面凸度大于其下表面凸度，以便于使流經(jīng)渦輪機(jī)行列的水流加速，且俯視結(jié)構(gòu)為矩形、且截面為流線型的臺板或平臺的下部空間被合適的障礙物阻塞，以迫使大部分水流上升，并在其上表面上加速，且流經(jīng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，而很小比例的水流是從一個(gè)狹窄的槽縫中泄流出去的，以防止紊流的邊界層向上偏轉(zhuǎn)而到達(dá)俯視結(jié)構(gòu)為矩形且為流線型截面的臺板或平臺的上部，其中的槽縫是指俯視結(jié)構(gòu)為矩形且為流線型截面的臺板或平臺的下表面與所述障礙物頂部之間的空間，這樣的設(shè)置方案使得流經(jīng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的平均流速具有顯著的增加，由此能提高渦輪機(jī)的功率輸出，且利用合適的設(shè)計(jì)，還能減小速度剪力，以使得整個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子都處于更為均勻、且更少紊流的水流中，這還能提高俘獲能量的效率，并趨于降低渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的疲勞載荷。
廣泛地講，根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，為至少一個(gè)渦輪機(jī)—更一般而言是多個(gè)渦輪機(jī)(即能輸出有用功率的水動轉(zhuǎn)子)提供了臺板或浮排形式的支撐系統(tǒng)，布置該支撐系統(tǒng)的作用在于提供一個(gè)光滑的平面，其位于一個(gè)基本上為矩形(即當(dāng)從正上方進(jìn)行觀察時(shí))的平臺上，該具有足夠結(jié)構(gòu)完整性，從而不會過度地彎曲，該支撐系統(tǒng)如同一個(gè)臺板或橋臺被設(shè)置在水柱中，從而形成了一個(gè)用于支撐一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)(基本上成行布置)的底板，系統(tǒng)被設(shè)置成這樣使得支撐表面的工作方式類似于一個(gè)具有平滑表面的“假河床”，與水流流過的大部分真實(shí)河床相比，該系統(tǒng)能提高流過表面的平坦性。
該表面或者被支撐在支腿等承重支柱上，從而可落座在海洋、江河、河口的河床上，此結(jié)構(gòu)很像一個(gè)支撐在多條支腿上的桌面，或者該表面可以是一個(gè)浮體，其被多條張力纜索保持在水柱中，纜索被合適的地錨固定在海洋、江河或河口的河床上，此結(jié)構(gòu)很像一個(gè)矩形的張力浮標(biāo)，其被系縛到水柱中的浮體上。
在俯視圖中，該光滑平面基本上為矩形，且其較長的尺寸足以容納安裝到其上表面的許多渦輪機(jī)(但相互獨(dú)立)的總寬度。另外，平面的大尺寸方向設(shè)置成基本上垂直于水流的流動方向，從而，安裝在該平面上表面上的渦輪機(jī)被排布在水流的橫向方向上，且所有轉(zhuǎn)子的工作型面都與水流垂直，從而能盡可能地?cái)r截水流。在效果上，結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)俯視結(jié)構(gòu)為矩形的“翼板”，其懸浮在水柱中，在該翼板上方布置了一排渦輪機(jī)。
出于兩個(gè)原因?qū)⒕匦伪砻婊蚺_板的橫截面或型面設(shè)計(jì)成流線型，這兩個(gè)原因也即是減小其對流經(jīng)水流的阻力，并有助于按照一定方式對水流執(zhí)行定向，以減少水流流過表面的上部和流過轉(zhuǎn)子時(shí)的紊流。為了形成流線型表面，將型面相對于水流的前邊緣和后邊緣錐縮化，或者使其成為一個(gè)尖銳的邊緣，或者成為一個(gè)短窄但圓化的邊緣，使得邊緣與飛行器機(jī)翼或潛水艇/船舶穩(wěn)定器的水翼的前邊緣很相像。在某些情形中，會產(chǎn)生潮汐水流，且水流的方向周期性地改變(隨退潮或漲潮而變化)，可將表面的截面設(shè)計(jì)成對稱的，從而不論水流是在那個(gè)方向上流動，都能具有很低的阻力。
還可對矩形光滑平坦表面或臺板的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高水流流經(jīng)安裝在其上表面的轉(zhuǎn)子的流速，并提高流經(jīng)轉(zhuǎn)子的水流的均勻度。按照這種方式，表面或臺板不僅作為承載渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，還被設(shè)計(jì)成能提高均勻度甚至流經(jīng)轉(zhuǎn)子的速度，與在未經(jīng)改變水流中進(jìn)行工作的情況相比，這能提高轉(zhuǎn)子的性能和效率。
為了實(shí)現(xiàn)流動的增強(qiáng)，(在某些情況下，但非所有情況下)，還可將矩形平坦表面或臺板的橫截面設(shè)計(jì)成非對稱的或拱形斷面(即其一側(cè)為凸面，另一側(cè)可以是凹面、平面或至少為較小的凸度)，按照這種方式，表面或臺板可產(chǎn)生一個(gè)與水流垂直的升力，其原理與機(jī)翼或水翼的作用方式相同。在此情況下，如果表面被支腿或支柱支撐著，則可將所述的非對稱性設(shè)置成能產(chǎn)生一個(gè)垂直向下的升力，以改善支腿與海洋、江河、或河口底床的接合力，但在表面或臺板為浮體、且被張力錨索向下拉的情況下，則可將型面或截面的非對稱性設(shè)計(jì)成能產(chǎn)生垂直向上的升力，以便于隨著水流的增大而加大支撐纜索中的張力，進(jìn)而將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定在水柱中，防止其受水流的推力而過度地移位。
因而，本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)類似于翼狀的機(jī)構(gòu)，且渦輪機(jī)被安裝到其上，并將渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子或從動水翼設(shè)置在一個(gè)與水流垂直的行列中。所述翼板可以是對稱的流線型，其被支撐在多個(gè)支腿或支柱上，或者其可以是一個(gè)浮體，其被張力纜索或其它構(gòu)件保持著，而纜索或其它構(gòu)件則被牢固地錨系在海洋、江河、或河口的河床上。


可參照附圖來更好地理解本發(fā)明、并了解本發(fā)明如何在實(shí)踐中實(shí)施，在附圖中圖1A中的示意性軸測圖表示了第一實(shí)施方式的、用于安裝水動渦輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，其中，該支撐結(jié)構(gòu)上安裝有一排渦輪機(jī)；圖1B是圖1A中軸測圖的端視圖；圖1C是圖1A中軸測圖的前視圖；圖2A的端視圖表示了第二實(shí)施方式的渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)及與其相關(guān)的渦輪機(jī)，圖示狀態(tài)下，支撐結(jié)構(gòu)處于將渦輪機(jī)升高的位置；圖2B是圖2A中實(shí)施方式的前視圖；圖3A中的端視圖表示了第三實(shí)施方式的渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)及與其相關(guān)的渦輪機(jī)，圖示狀態(tài)下，支撐結(jié)構(gòu)處于使渦輪機(jī)工作的位置；圖3B是圖3A所示實(shí)施方式的前視圖；
圖3C中的端視圖表示了第三實(shí)施方式的渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)及與其相關(guān)的渦輪機(jī)，圖示狀態(tài)下，支撐結(jié)構(gòu)處于升高渦輪機(jī)的位置；圖3D是圖3C所示實(shí)施方式的前視圖；圖4A中的端視圖表示了第四實(shí)施方式的渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)及與其相關(guān)的渦輪機(jī)，圖示狀態(tài)下，支撐結(jié)構(gòu)處于使渦輪機(jī)工作的位置；圖4B中的端視圖表示了第四實(shí)施方式的渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)及與其相關(guān)的渦輪機(jī)，圖示狀態(tài)下，支撐結(jié)構(gòu)處于升高渦輪機(jī)的位置；圖5A和圖5B分別是圖4A和圖4B所示渦輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)實(shí)施方式的前視圖；圖6A中的示意性軸測圖表示了用于安裝水動渦輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式，其中，該支撐結(jié)構(gòu)上安裝有一排渦輪機(jī)；圖6B是圖6A所示實(shí)施方式在被安裝到海床上時(shí)的前視圖；圖7A中示意性的軸測圖表示了用于安裝水動渦輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式，其中，該支撐結(jié)構(gòu)上安裝有一排渦輪機(jī)；圖7B是圖7A所示實(shí)施方式在被安裝到海床上時(shí)的端視圖；圖7C是圖7B所示實(shí)施方式的前視圖；圖8A中示意性的軸測圖表示了用于安裝水動渦輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)的又一實(shí)施方式，其中，該支撐結(jié)構(gòu)上安裝有一排渦輪機(jī)；圖8B是圖8A所示實(shí)施方式在被安裝到海床上時(shí)的端視圖；圖8C是圖8A所示實(shí)施方式的前視圖；圖9A中示意性地表示了用于安裝水動渦輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)的再一實(shí)施方式，在圖示的情形中，支撐結(jié)構(gòu)上安裝有一排渦輪機(jī)，且渦輪機(jī)處于水面下的工作位置上；圖9B示意性地表示了當(dāng)渦輪機(jī)被升高到水面以上位置時(shí)、圖9A所示實(shí)施方式的情形；圖10A、10B、10C示意性地表示了水流相對于采用了本發(fā)明概念的支撐結(jié)構(gòu)的狀況。
具體實(shí)施例方式
下面參見圖1A、1B和1C，這些視圖分別是應(yīng)用了本發(fā)明設(shè)計(jì)原理的支撐結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方式的示意性軸測圖、側(cè)視圖、以及正視圖，其中的支撐結(jié)構(gòu)也就是一個(gè)平臺或臺板1，其例如由豎立在江河、河口或海洋底床SB上的多根支腿2固定就位，并載承著多個(gè)由水流驅(qū)動的渦輪機(jī)(水動渦輪機(jī))3，這些渦輪機(jī)被布置在與水流方向DF垂直的行列上，其中的水流是指流經(jīng)渦輪機(jī)的水流。在圖示的情況下，使用了四個(gè)軸流式渦輪機(jī)3，但也可使用其它數(shù)目的渦輪機(jī)。另外，如上文提到的那樣，也可使用多種不同類型的渦輪機(jī)。在圖1所示的基本實(shí)施方式中，渦輪機(jī)3被支撐在上文討論的、各個(gè)懸臂形式的流線型支撐支柱4上。在圖中，水流的方向DF用雙箭頭指示，這表明水的流動方向可能是雙向的。
在具體考慮說明書中其它附圖和其余附圖中所繪內(nèi)容之前，對結(jié)合附圖描述和討論的各種支撐結(jié)構(gòu)的總體構(gòu)造和發(fā)展作一個(gè)概述將是有利的。因而，將圖1A、1B和1C所示實(shí)施方式作為一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的本發(fā)明基本概念可包括如下另外一些特征在各個(gè)渦輪機(jī)之間設(shè)置第二組水平的平面構(gòu)件，其與上文已描述的主支撐表面平行，并位于其上，按照這樣的方式，使得結(jié)構(gòu)類似于雙翼飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)；第二組平面構(gòu)件也可以是流線型，且其橫截面尺寸一般(并非必須)小于翼狀的主支撐臺板。
設(shè)置用于使支撐平坦表面或臺板漂浮的裝置(如果表面或臺板并非永久性漂浮)的裝置—例如通過使用壓縮空氣將水從支撐結(jié)構(gòu)中排出，并設(shè)置用于使平坦表面或臺板與結(jié)構(gòu)構(gòu)件脫離的裝置，其中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件被連接到海洋、江河、或河口的底床上，按照這樣的方式，表面或臺板能以可控的方式上浮到水面上，從而使位于其上的渦輪機(jī)能浮出海洋、江河、或河口的水面，然后，能借助于水面船只接近渦輪機(jī)以進(jìn)行保養(yǎng)或維護(hù)。
設(shè)置用于以物理方法提升支撐平坦表面或臺板的裝置，在浮力不能作為主上升方法的情況下，該裝置利用合適的提升裝置使表面或臺板浮到水面上—就如上一段落中描述的那樣。
設(shè)置可選的裝置，用于使支撐平坦表面連同渦輪機(jī)與固結(jié)到海洋、江河或河口底床上的構(gòu)件或系索完全脫離，隨后還可重新連接到構(gòu)件或系索上，按照這樣的方式，可將表面或臺板上浮，從而或者用起重機(jī)將其吊到駁船上，或者以浮動船體的形式被拖到海岸基底，以進(jìn)行修理或維護(hù)。然后可用一個(gè)類似的單元替換或?qū)⒃搯卧卜诺皆?，以繼續(xù)發(fā)出功率。
設(shè)置用于完全或部分地阻塞支撐表面下方空間的可選裝置，從而，水流被部分或全部地阻止從支撐表面的下方流過，這一效果將進(jìn)一步提高平臺表面上方、流經(jīng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的水流的流速，由此可提高系統(tǒng)的功率。一種優(yōu)選的實(shí)施方式包括這樣的方案阻塞海床與平坦表面下側(cè)之間的大部分空間，但留有一個(gè)較為狹窄垂直通道，其位于平坦表面的正下方，從而允許表面正下方存在一平靜的液流，按照這種方式，在海洋、江河、或河口底床上方流動的任何紊流邊界層可通過上升的空間在平坦表面的下方流走，以便于使頂部上的水流盡可能保持不含紊流的狀態(tài)。
設(shè)置另外一個(gè)可選的流線型翼狀平板構(gòu)件，其可被安裝到渦輪機(jī)高度的上方，并被流線型的垂直或接近于垂直的支柱支撐著，其與上述的主支撐構(gòu)件類似，也為矩形的俯視結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)的構(gòu)造與多發(fā)動機(jī)的雙翼型飛機(jī)非常相像，且動力單元(在此情況下為渦輪機(jī))被布置在兩“機(jī)翼”之間。上述的第二組平板構(gòu)件被布置在渦輪機(jī)之間，作為備選方案，其可被上述的可選流線型翼狀構(gòu)件取代，該構(gòu)件可被安裝在渦輪機(jī)的高度之上。
在渦輪機(jī)所在高度之上安裝有另外一個(gè)可選流線型平板翼狀構(gòu)件的情況下，可在第二個(gè)較高的翼板上安裝另一排渦輪機(jī)，從而布置了兩行渦輪機(jī)。
簡言之，在與水流橫交的水平面上，可設(shè)置兩個(gè)或三個(gè)流線型的平坦表面，以形成“單翼”、“雙翼”、或“三翼”式的結(jié)構(gòu)。雙翼或三翼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于在部分上能提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在部分上還能對流線型翼狀構(gòu)件的形狀進(jìn)行設(shè)置，使得流經(jīng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的水流既能更為均勻(即穿過轉(zhuǎn)子垂直高度的速度剪力變小)，在某些情況下，也能使水流加速，從而，支撐翼板有效地還起到了流動增強(qiáng)器的作用，其可增大通過給定轉(zhuǎn)子截面的能量流。
從上文可了解到，本發(fā)明的一個(gè)主要方面是使用了固定在水柱中的流線型平坦表面或臺板，以便于能承載一排水動渦輪機(jī)，這些渦輪機(jī)被布置在與水流方向橫交的方向上，因而，流線型的平坦表面可作為水流渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)支撐件，該表面還可被制成浮體，從而，其可上浮到水面上，以允許接近設(shè)置在其上表面的渦輪機(jī)。流線型平坦表面的形狀被設(shè)計(jì)成能提高流經(jīng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的水流的均勻度，在某些情況下，可提高流經(jīng)轉(zhuǎn)子的局部流速，從而，對于面積給定的轉(zhuǎn)子，能量的俘獲率得以提高。
下面參見圖2A和圖2B，圖中的側(cè)視/端視圖和前視圖表示了如何利用浮力將平臺或臺板1(例如圖1所示支撐平臺)上升到水面上，例如，通過將纜索、系鏈或繩索5從各個(gè)地角處放長就可實(shí)現(xiàn)上浮，這些地角被牢固地固定到地基支撐件2上。通過卷收纜索、系鏈或繩索5可將平臺或臺板1拉低，由此完成與上述過程相反的操作，直到臺板1重新與安裝在海床上的支撐件2相接觸為止。該實(shí)施方式的支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要部件是承載著渦輪機(jī)3的平臺或臺板1，其能按照某些方式上升(或被機(jī)械提升)到水面上，以允許接近渦輪機(jī)，執(zhí)行維護(hù)、修理或更換，而無需涉及水下作業(yè)。
圖3A、3B、3C和3D中的側(cè)視/端視圖和前視圖表示了支撐結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方式，該實(shí)施方式可被看作是圖1A、1B和1C所示實(shí)施方式的一種改型，在該改型中，臺板或平臺1被永久性地保持著懸浮狀態(tài)，且不論是在潛沒時(shí)、還是在水面上，都由連接到合適固定件6上的、可延長的張力系索5保持就位，其中的固定件6被埋入或錨固到海洋或江河的底床中，其必須要能承受相關(guān)的上浮力。
圖4A、4B以及圖5A、5B(分別為側(cè)視圖和前視圖)表示了支撐結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中，并未采用可延長的柔性系鏈、纜索或繩索，而是將平臺1約束到兩根、四根(如圖示狀況)(或其它數(shù)目)的支腿7上，支腿7被埋入到海洋或江河的底床SB中，其延伸高度超出水面高度線WL，按照這種方式，支腿可借助于合適的滑動套筒或其它固定件8引導(dǎo)承載著渦輪機(jī)的平臺或臺板的垂直運(yùn)動，其中的套筒8能相對于支腿7在垂直方向上運(yùn)動，并受到約束而只能沿所述支腿運(yùn)動。
可以看出可選地是，對渦輪機(jī)承載平臺的垂直運(yùn)動進(jìn)行引導(dǎo)的支腿7的上部(如圖4A、4B以及5A、5B所示)可被縮細(xì)，以降低其在水流中的阻力(如圖所示，在俯視圖中，支腿上部的橫截面類似于橢圓形)。還應(yīng)當(dāng)指出的是，支腿可被設(shè)置在渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子之間，從而，當(dāng)水流流過時(shí)，支腿產(chǎn)生的尾流不會撞擊到轉(zhuǎn)子上，或至少能減少轉(zhuǎn)子與尾流之間的干擾。如圖5A和5B清楚表明的那樣，這樣的設(shè)計(jì)是優(yōu)選的構(gòu)造。
下面參見圖6A和6B，它們分別是軸測圖和沿水流方向WF所作的正視圖，表示了一種“雙翼”型結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，一第二翼狀平臺或臺板9被設(shè)置在各個(gè)渦輪機(jī)3之間，且這些渦輪機(jī)位于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子3A中心線的高度上，以便于提高組件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)將該結(jié)構(gòu)與圖1A中軸測圖所示的“單翼”型結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，在圖1A的結(jié)構(gòu)中，各個(gè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子被安裝在各個(gè)懸臂支撐支柱上，而沒有橫向支撐。
圖7A表示了一種備選的“雙翼”結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，第二流線型平面平臺10被安裝在渦輪機(jī)的正上方，并位于垂直支撐支柱4的延長部11上。如上文提到的那樣，圖7A是一個(gè)軸測圖，而圖7B和7C則分別是端視圖/側(cè)視圖和沿水流方向WF所作的前視圖。該設(shè)計(jì)的作用在于提高整個(gè)組件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并允許支撐件2之間具有更大的跨度距離，從而或者能容納更多個(gè)渦輪機(jī)，或者可容納更大尺寸的渦輪機(jī)3。另外，下部支撐平臺1面向上方的凸面與上部平臺10面向下方的凸面產(chǎn)生了一個(gè)效果，該效果與文氏管的效果類似(參見圖7B中的側(cè)視圖)，該效應(yīng)使得流經(jīng)轉(zhuǎn)子的水流相比于轉(zhuǎn)子上游遠(yuǎn)處的水流被加速。這就能提高轉(zhuǎn)子單位面積俘獲的能量，從而對于給定的功率需求，能使用比其它情況小的轉(zhuǎn)子。
圖8A、8B和8C中的實(shí)施方式可被方便地看作是這樣一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)實(shí)施方式其結(jié)合了圖6的方案和圖7的方案，實(shí)際上，該實(shí)施方式是一個(gè)“三翼”型的結(jié)構(gòu)，其具有三個(gè)翼狀的平臺支撐平臺1、位于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子3A高度上(參見圖6A、6B和6C)的中間平臺9、以及上部平臺10(參見圖7A、7B、以及7C)。該結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于具有更大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但該優(yōu)點(diǎn)是以阻力增大、干擾轉(zhuǎn)子的尾流增大為代價(jià)的。但是，上述的文氏管效應(yīng)能補(bǔ)償該缺點(diǎn)。
在圖7A、7B、7C以及8A、8B、8C的結(jié)構(gòu)中，作為優(yōu)選實(shí)施方式，上部平臺10的弦長和斷面尺寸一般(但非必須)小于下部支撐平臺1的尺寸，圖7A、7B、7C以及圖8A、8B、8C各個(gè)視圖大體上表示出了這樣的設(shè)計(jì)。
在水深足夠的地點(diǎn)處，還可在上部翼板上增設(shè)另一排渦輪機(jī)。事實(shí)上，盡管在大多數(shù)情形中，優(yōu)選的實(shí)施方式是采用單排渦輪機(jī)，但水柱的深度相對于渦輪機(jī)的直徑而言能容納很多排渦輪機(jī)，采用單排渦輪機(jī)的原因在于其易于接近以進(jìn)行維護(hù)，且結(jié)構(gòu)最為簡單。圖中未表示出多層結(jié)構(gòu)的可選方案。
圖6、7和8這組附圖中所示的“雙翼”和“三翼”構(gòu)造也可使用附圖2、3、4和5附圖組中所示的相同提升機(jī)構(gòu)。
圖9A和圖9B示意性地表示了一種實(shí)施方式，該實(shí)施方式包括單個(gè)平坦表面或臺板1，其被帶有舉升柱2A的支撐件2承載著，與之相同的設(shè)計(jì)原理同樣能被應(yīng)用于圖6、7和8這組附圖所示的、帶有“雙翼”或“三翼”結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
圖9A(是沿水流方向WF所作的正視圖)示意性地表示了被降低而處于工作位置的支撐平臺/臺板系統(tǒng)1，而圖9B則表示了當(dāng)平臺/臺板系統(tǒng)上升到水面上以進(jìn)行維護(hù)時(shí)的情形。這兩個(gè)視圖表示了這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在其中，一平坦表面、平臺或臺板1可承載多個(gè)渦輪機(jī)3，且在此情況下，按照這樣的方式進(jìn)行支撐—使得臺板1不必依賴于浮力來進(jìn)行舉升，而是通過使用液壓油缸、電動千斤頂、或卷揚(yáng)機(jī)(圖中未示出)而設(shè)置了機(jī)械裝置，用以將整個(gè)臺板組件隨同其渦輪機(jī)陣列一起舉升到水面上。平臺1的浮力可被用來補(bǔ)償舉升力，因此可減小所需的舉升力。應(yīng)當(dāng)理解的是圖9A和圖9B清楚地表明了這一點(diǎn)—可使用不同的方法來舉升承載著渦輪機(jī)的平坦表面或臺板。還應(yīng)當(dāng)指出的是在圖9A和9B所示的實(shí)施方式中，舉升柱在任何時(shí)候都突伸到水位的上方，并被一水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來，其中，水平構(gòu)件是一可選的另加部件。
圖10A和圖10B是對圖1或圖6(以及所有其它上述附圖所表示)所示主支撐平臺或臺板1所作的示意性剖視圖。盡管在先前的那些視圖中，支撐平臺或臺板被表示為具有對稱的流線型橢圓斷面或型面，但圖10A中的示例卻為非對稱的剖面，在該剖面上，下側(cè)的凸度大于上側(cè)的凸度。如圖示的那樣，上側(cè)面可以是略微的凹面，但如果上側(cè)面是平面或凸度小于下側(cè)面的凸面，則也適用于同樣的原理。圖10B表示了一種非對稱的平臺或臺板，在該剖面上，上側(cè)凸度大于下側(cè)凸度。
圖10A和圖10B以流線的形式表示出了在平臺或臺板上方以及下方流動的水流，流動水流中的任何質(zhì)點(diǎn)都將沿這些流線流動。
在這兩個(gè)附圖中，在斷面“A-A”的上游以及平臺1的左側(cè)，水柱內(nèi)的流動型線或速度梯度是潮汐流、海洋、江河、或河口中典型的未受阻礙流態(tài)，在該流態(tài)中，流動最快的水位于水流的上50％中，而在水流的下50％中流速一般按照指數(shù)規(guī)律減小，在與河床接觸的位置處，流速變?yōu)榱?在該視圖中利用箭頭線的長度指代速度，其中，每條流線都經(jīng)過所涉及的橫截面)。
在斷面“BB”處的水柱流速分布圖表示出由于存在障礙物，水流已經(jīng)受到了影響，其中的障礙物是由成形的平臺構(gòu)成的；在任何障礙物的上游，水流將開始出現(xiàn)偏流。類似地，位置“CC”處的流速分布圖大致上表示出了平臺或臺板正上方和正下方的速度分布，其中，在平臺或臺板上設(shè)置了一些渦輪機(jī)3。事實(shí)上，“BB”處的型線是“AA”位置與“CC”位置之間的中間處。
圖10A和圖10B表示出了公知的效應(yīng)，該效應(yīng)是由流體動力學(xué)中的連續(xù)性規(guī)律形成的，流體如果需要流經(jīng)較長的路線、或其流經(jīng)的橫截面平滑地減小，則流速增加，反之則減速。因而，在非對稱流線型平臺或臺板的凸度較大側(cè)，流線被擠壓到一起，流動將加速，而在凸度較小一側(cè)或凹陷側(cè)，流線將趨于分散開。事實(shí)上，該現(xiàn)象類似于經(jīng)過機(jī)翼或水翼的流動，該流動所伴隨的效應(yīng)也是公知的，即移動速度快的流體會使壓力降低，而移動速度慢的流體則使壓力相對增加。在流線型平臺兩側(cè)形成的壓力差與機(jī)翼或水翼的效果類似，該壓力差將產(chǎn)生一個(gè)與流動方向正交的作用力，該作用力實(shí)質(zhì)就是升力，該升力在圖10A和圖10B中被標(biāo)為“L”。還會在流動方向上產(chǎn)生一個(gè)遠(yuǎn)小于升力“L”的阻力“D”。支撐結(jié)構(gòu)或張力系索需要承受這些作用力。
圖10A和圖10B都表示出了形狀不對稱的支撐平臺的效果—使得流經(jīng)平臺上表面的液流較為均勻，在最大凸面?zhèn)任挥谧钌戏降那闆r下(見圖10B)，該效果能使流速相比于自由流態(tài)(如位置“AA”處的流態(tài))略微增加，在最大凸面?zhèn)任挥谙路降那闆r下(見圖10A)，該效果使流速相比于自由流態(tài)情形略微減小。
通過將渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子布置在非對稱支撐平臺或臺板(如圖10A、10B所示意性表示的那樣)的上方空間中，可使得流經(jīng)轉(zhuǎn)子的水流更為均勻(在提高效率、減小轉(zhuǎn)子磨損和撕裂方面，該設(shè)計(jì)是有利的)。還可根據(jù)最大凸度是面向上方或面向下方，將自由流的流速增大或減小一定的小的量值，但該小的量值能具有很大的作用?？梢酝ㄟ^將水流底床鄰近上方中產(chǎn)生的紊流邊界層保持得盡可能地低、使其遠(yuǎn)離渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子(見圖10A和10B)就能部分地實(shí)現(xiàn)上述目的。在水流與海洋或江河的底床發(fā)生相互作用的情況下，紊流造成了該邊界層，在某些情況下，如果處于不均勻狀態(tài)或缺乏均勻性的邊界層非常厚，則就會造成渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子性能的下降，甚至?xí)u輪機(jī)轉(zhuǎn)子的底部造成損失—如果轉(zhuǎn)子要穿過存在強(qiáng)烈擾動流的該區(qū)域的話。
最后，由非對稱性支撐平臺或臺板產(chǎn)生的升力可被用來提高自身的穩(wěn)定性；在圖10A所示的情況中，平臺可被布置在壓縮性的支撐件(或支腿)上，且向下的作用力L實(shí)際上將提供額外的向下推力，以將平臺牢固地保持在支撐件上。在圖10B所示的情況中，支撐平臺或臺板可以是浮體，其利用張力系索保持就位，通過增加保持系索中張力所需的浮力效應(yīng)，向上作用的浮力將趨于使平臺穩(wěn)定。由于升力和阻力都與水流速度的平方成比例，且升力分量和阻力分量趨于保持一定的比例，所以，在較強(qiáng)的水流中，這樣的設(shè)計(jì)將趨于利用顯著增大的作用力保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。
圖10C表示了圖10B所示實(shí)施方式的一種改型，在該實(shí)施方式中，支撐平臺或臺板下方的空間幾乎被一個(gè)障礙物完全阻塞，其中的障礙物是為此目的而設(shè)置的，其被標(biāo)注為“XX”?？梢钥闯觯撜系K物的作用是迫使位置“AA”處流動水柱的大部分升高、并受擠壓地通過“CC”處高度變小水柱區(qū)(此區(qū)域處布置了渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子)。平臺上凸側(cè)面的形狀可使得從其上方流過的水流均勻且獲得加速?？蛇x地是，允許少量水流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)槽縫12從平臺的下方泄走(如圖10B所示)，其中的槽縫12位于障礙物“XX”上方，并位于平臺的正下方。這樣做主要是為了防止紊流邊界層對上部水流造成干擾；基本上，通過將順暢的主水流從平臺下方泄放一部分，小量的下部泄流就能限制邊界層的高度。
采用圖11所示實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于不僅使流經(jīng)渦輪機(jī)的水流更為均勻、紊流更弱，而且能使水流顯著加速，從而用較小的渦輪機(jī)就能獲得較大的功率。
權(quán)利要求
1.一種支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于由流水驅(qū)動的渦輪機(jī)系統(tǒng)，其特征在于在一具有流線型截面的臺板或平臺(1)上，一個(gè)渦輪機(jī)或多個(gè)渦輪機(jī)組件(3)被安裝在流動的水柱中，以與水流可操作地合作，其中的臺板或平臺相對于流水的底床(SB)處于升高的位置，臺板或平臺按照這樣的方式水平地排列，以使得臺板或平臺相對于水流水平地排布著，以減小其對水流的阻力。
2.一種支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于由流水驅(qū)動的渦輪機(jī)系統(tǒng)，其特征在于一個(gè)渦輪機(jī)或多個(gè)渦輪機(jī)組件(3)被安裝在一具有流線型截面的臺板或平臺(1)上，以與水流可操作地合作，渦輪機(jī)按照這樣的方式進(jìn)行安裝，以使得渦輪機(jī)組件(3)沿水流的橫向方向(即與水流方向DW垂直的方向)布置，其中，所述平臺相對于水流水平地排布著，以減小其對水流的阻力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于臺板或平臺(1)的俯視結(jié)構(gòu)為矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于載承著渦輪機(jī)的臺板或平臺(1)或者是被從所述流水底床豎立起的至少兩個(gè)支撐支腿或支柱(2)支撐在升高的位置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于臺板或平臺(1)是一個(gè)浮體，其被錨固在水床上的張力纜索、繩索或系帶(5)下拉到水柱中，以處于所述的升高位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于設(shè)置了能使臺板或平臺(1)在其工作位置與靠近水面(WL)的第二位置之間移動的裝置，由此使與臺板或平臺(1)相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)(3)至少能到達(dá)水面上，從而可利用水面船只接近渦輪機(jī)組件(3)，以對其進(jìn)行維護(hù)或修理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于支撐結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)流線型截面的另外一個(gè)臺板或平臺(10)，另外的臺板或平臺被設(shè)置成“雙翼”或“三翼”的形式，這樣進(jìn)行設(shè)置以提高支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于另外的臺板或平臺(10)被設(shè)置成形成了與所述第一臺板或平臺(1)的表面相平行的表面，其或者位于與所述第一臺板或平臺(1)相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)(3)的軸線的高度上，或者位于所述軸線所在高度的上方，或者是這兩種情況的組合形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述另外的表面(10)的弦長和厚度等于、小于或大于所述第一支撐表面(1)的弦長和厚度。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于具有流線型截面的所述第一臺板或平臺(1)為非對稱性的流線型截面，在該截面中，一個(gè)表面的凸度相比于另一表面的凸度在一定程度上較大，使得上表面和下表面均為凸面，且其中一個(gè)凸度大于另一凸度。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于流線型截面的第一臺板或平臺(1)具有非對稱性的流線型橫截面，在該截面中，一個(gè)表面的凸度相比于另一表面的凸度在一定程度上較大，使得一表面為凸面，而另一表面或者大體上為平面，或者為凹面，這樣進(jìn)行設(shè)置以使流過大凸度表面上方的水流按照一定方式加速，以減小通過轉(zhuǎn)子的速度剪力。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求1到10之一所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于流線型截面的第一臺板或平臺(1)具有非對稱的流線型截面，在該截面中，一個(gè)表面的凸度相比于另一表面的凸度在一定程度上較大，使得一表面為凸面，而另一表面或者大體上為平面，或者為凹面，這樣進(jìn)行設(shè)置當(dāng)臺板或平臺(1)被安裝到支撐件(2)上，且凸度較大的一側(cè)面朝下方時(shí)，則由于產(chǎn)生了升力，流經(jīng)臺板或平臺的水流將形成一個(gè)向下的推力，該推力的作用方式有助于使平臺更為牢固地座壓在其支撐件上；當(dāng)凸度較大的表面面朝向流經(jīng)臺板或平臺的上方水流，由于產(chǎn)生了升力，凸面將形成一個(gè)向上的推力，該推力有助于保持支腿浮力固定結(jié)構(gòu)(5)中的拉伸力和穩(wěn)定性。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于流線型截面的第一臺板或平臺(1)具有非對稱的流線型截面，在該截面中，一個(gè)表面的凸度相比于另一表面的凸度在一定程度上較大，使得一表面為凸面，而另一表面或者大體上為平面，或者為凹面，這樣進(jìn)行設(shè)置當(dāng)臺板或平臺被錨固在河床(SB)上的張力纜索、繩索或系帶(5)下拉到水柱中、以處于所述的升高位置上，且凸度較大的表面向上面向流經(jīng)臺板或平臺的水流，由于升力的結(jié)果，凸面將形成一個(gè)向上的推力，該推力有助于保持張力支腿浮力固定結(jié)構(gòu)(5)中的拉伸力和穩(wěn)定性。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13之一所述的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于流線型截面的所述第一臺板或平臺(1)上表面凸度大于其下表面凸度，以便于使流經(jīng)所述排渦輪機(jī)的水流加速，且俯視為矩形、且截面為流線型的臺板或平臺的下部空間被一障礙物(XX)大體上阻塞，這樣進(jìn)行設(shè)置的作用是可迫使大部分水流相對于臺板或平臺上升，并在其上凸表面上加速，且流經(jīng)渦輪機(jī)組件(3)的轉(zhuǎn)子，而很小比例的水流是從一個(gè)狹窄的槽縫(12)中泄流出去的，以防止紊流的邊界層向上偏轉(zhuǎn)而到達(dá)俯視為矩形且為流線型截面的臺板或平臺(1)的上部，其中的槽縫是指俯視為矩形且為流線型截面的臺板或平臺(1)的下表面與所述障礙物(XX)頂部之間的空間，這樣的設(shè)置使得流經(jīng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的平均流速具有顯著的增加，由此提高渦輪機(jī)組件(3)的功率輸出。
全文摘要
一種用于水動渦輪機(jī)系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，其中，一個(gè)渦輪機(jī)或多個(gè)渦輪機(jī)組件(3)被安裝在一具有流線型截面的臺板或平臺(1)上，以與水流合作而工作，渦輪機(jī)按照一定的方式進(jìn)行安裝，以使得渦輪機(jī)組件(3)沿水流的橫向方向(即與水流方向DW垂直的方向)布置，其中，所述平臺(1)相對于水流水平地排布著，以減小其對水流的阻礙，臺板或平臺或者是被從所述水流底床豎立起的至少兩支撐支腿或支柱(2)支撐在升高的位置上，或者是一個(gè)浮體，其被錨固在海洋、江河、或河口底床(SB)上的張力纜索、繩索或系帶(5)下拉到水柱中，以處于所述的升高位置上。
文檔編號F03B3/04GK1764781SQ200480007976
公開日2006年4月26日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者P·L·弗倫克爾 申請人:船舶通用渦輪有限公司