專利名稱：具有對準裝置的水電渦輪機系統(tǒng)和布置方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水電渦輪機系統(tǒng)，特別地涉及包括安裝到底座上的水電渦輪機的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括在流水潮期間朝向海底的布置場所下降的同時穩(wěn)定系統(tǒng)和/或使系統(tǒng)定向的裝置。
背景技術：
當前，并且在全球范圍內(nèi)，高度關注的是，CO2的排放對我們的環(huán)境正在引起破壞， 尤其是由全球變暖造成的威脅。(X)2排放的主要源頭之一是通過化石燃料的燃燒進行大規(guī)模發(fā)電。然而，電是人類生存所必需的商品，因此在尋求進行大量發(fā)電的替代方法而無需使用化石燃料過程中有大量資源正在被耗費。盡管核能是一種這樣的可選方案，大多數(shù)社會對于核電的負面影響不滿，并且因此需要其它更多的可取方案。因此近年來可再生能源已經(jīng)引起了更多的關注，圍繞太陽能動力、風能動力和潮汐能動力正在研發(fā)許多項目。在這些可選的能量形式中，假如潮汐流完全可預測且穩(wěn)定，經(jīng)論證潮汐發(fā)電是最有吸引力的，不像風能或太陽能相對間斷且因此不太可靠。然而，控制潮汐能確實具有其自身的挑戰(zhàn)，特別是安裝和維護潮汐電力發(fā)電機，例如水電渦輪機，由于水電渦輪機自身運行的特質(zhì)，水電渦輪機必須定位在相對快流動的潮汐流中，并且更加期望定位在海底。這些條件顯然不易滿足并且不利于安全工作條件。安裝有這種潮汐渦輪機的底座的安裝通常采取將樁沉入海底，然后渦輪機或承載一個或多個渦輪機的輔助框架可以定位在該樁上。然而，在高潮汐流的區(qū)域中將樁沉入海底存在很大的問題且通常是危險的操作。另外，重大的鉆孔打樁裝備必須運送到安裝場所處且在安裝場所處工作，顯著地增加了操作的復雜度和成本。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供水電渦輪機系統(tǒng)，所述水電渦輪機系統(tǒng)包括底座和用于將所述底座對準到相對于潮汐流且在潮汐流中懸掛的期望取向的裝置。優(yōu)選地，對準裝置是被動的。優(yōu)選地，對準裝置包括至少一個翼片。優(yōu)選地，對準裝置包括多個翼片。優(yōu)選地，所述底座包括多個支腿，當位于海底上時，所述底座直立在所述支腿上， 所述支腿中的至少一個具有從其延伸出的至少一個翼片。優(yōu)選地，對準裝置布置為影響底座相對于潮汐流且在潮汐流中懸掛的期望取向的位移。優(yōu)選地，所述底座包括安裝件，所述安裝件的形狀和尺寸設計為保持水電渦輪機。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括安裝在所述底座上的水電渦輪機。優(yōu)選地，對準裝置布置為使系統(tǒng)取向為使得渦輪機與潮汐流的方向可操作地對準。根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供將水電渦輪機系統(tǒng)布置在流動潮中的方法，所述方法包括下述步驟將布置容器和系統(tǒng)定位在布置場所的上方；從所述容器朝向所述布置場所下降所述系統(tǒng)；利用經(jīng)過系統(tǒng)的水的潮汐流來實現(xiàn)和/或保持系統(tǒng)相對于潮汐流的期望取向。優(yōu)選地，所述方法包括利用經(jīng)過系統(tǒng)的水的潮汐流來實現(xiàn)和/或保持系統(tǒng)在潮汐流中的穩(wěn)定性。優(yōu)選地，在下降所述系統(tǒng)的步驟中，所述方法包括在移動而經(jīng)過系統(tǒng)的水的流動的影響下，利用容許將系統(tǒng)移位到期望取向的下降裝置相對于潮汐流的方向。優(yōu)選地，所述方法包括允許潮汐流流動而經(jīng)過所述系統(tǒng)上對準裝置以便于影響所述系統(tǒng)的位移，從而相對于潮汐流穩(wěn)定系統(tǒng)和/或使系統(tǒng)取向。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括底座和能夠安裝在所述底座上的水電渦輪機，所述方法包括在朝向海底下降所述系統(tǒng)之前將渦輪機緊固到所述底座的步驟。優(yōu)選地，所述方法包括利用潮汐流使系統(tǒng)取向以使得渦輪機與潮汐流的方向可操作地對準。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的水電渦輪機系統(tǒng)的第一實施方案的立體圖；圖2示出了圖1所示的水電渦輪機系統(tǒng)的部分的可選布置；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的水電渦輪機系統(tǒng)的第二實施方案的立體圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案的水電渦輪機系統(tǒng)的部分的立體圖。發(fā)明詳述現(xiàn)在參考附圖的圖1，圖示了根據(jù)本發(fā)明的水電渦輪機系統(tǒng)的第一實施方案，水電渦輪機系統(tǒng)通常表示為10，水電渦輪機系統(tǒng)設計為在高潮汐流的區(qū)域中定位在海底，從而實現(xiàn)水電發(fā)電。系統(tǒng)10包括底座12，底座12適合于在其上承載水電渦輪機T，該渦輪機T 隨后可以形成系統(tǒng)10的部分。在圖示的實施方案中，底座12在平面圖中為三角形，但是從系統(tǒng)10的運行的下述說明中將理解的是，底座12的形狀不限于三角形，并且可以為任何其它適合的形式。還將理解的是，要安裝在底座12上的水電渦輪機T可以為任何適合的形式。底座12包括在底座12的由底腳18限定的各尖端之間延伸的作為后梁16的一對橫梁14，梁14、16在底座12的由底腳18限定的各尖端之間延伸。底腳18可以適當?shù)卦O計成以任何數(shù)量的布置固定到海底。底座12可以由任何適當?shù)牟牧匣虿牧系慕M合制成，并且在圖示的實施方案中主要由鋼管形成。底座12本質(zhì)上可為模塊化的，從而可以對底座12 的單個部件進行維修和/或更換。系統(tǒng)10進一步包括安裝件20，安裝件20緊固到底座12上，并且安裝件20適合于將水電渦輪機T接受和緊固到其中。安裝件包括一對立柱22，所述立柱22中的每個從橫梁14的各個延伸出；以及拼合環(huán)對，其支撐在立柱22上。環(huán)M為大致圓筒形形狀，并且在使用時將水電渦輪機接受到其中，水電渦輪機可以經(jīng)由渦輪機的定子(未示出)緊固到環(huán)M上。而且，將理解的是，安裝件20的設計僅為用于將渦輪機緊固到底座12上的機構(gòu)的一個實施例，并且安裝件20可以為任何其它適合的形式。在圖示的實施方案中，系統(tǒng)10 設計為使得當安裝到海底時底座12的縱軸線L應當布置場所處的潮汐流的方向基本對準。為了朝向水電渦輪機，安裝件20因此直接取向為潮汐流的方向，使得底座12定位在海底。目的是例如利用連接至底座12的多個下降線將系統(tǒng)10從小艇或類似的布置容器 (未示出)下降至海底且從布置容器經(jīng)由絞車下降。如上所述，其中將布置系統(tǒng)10的區(qū)域?qū)楦叱毕鞯膮^(qū)域，這在海面上和海面下均體現(xiàn)了艱難的工作條件。在這樣的高潮汐流中從容器朝向海底下降物體非常難，并且通常將導致不期望的移動，諸如物體的自旋/振蕩。這可導致用于下降物體的線的纏結(jié)，并且在水電渦輪機的情況下，水電渦輪機必須與潮汐流精確地對準，當將渦輪機定位到海底時，可導致非常難以使渦輪機相對于潮汐流的方向正確地取向。通過提供安裝到底座12的一對翼片沈的形式的對準裝置，并且尤其是從安裝到任一后梁16上的底腳18向后延伸出的對準裝置，本發(fā)明的系統(tǒng)10克服了上述問題。在圖示的實施方案中，翼片26與底座12的縱軸線L基本對準。一旦下降到潮汐流中，翼片沈用作為底座12提供穩(wěn)定性且實現(xiàn)底座12相對于潮汐流對準的方向舵，迫使底座12旋轉(zhuǎn)， 直到縱軸線L與潮汐流的方向基本平行。當然，應當理解的是，翼片沈的取向可以改變，以便于實現(xiàn)底座12相對于潮汐流的方向的期望取向。在圖示的實施方案中，目的是將系統(tǒng)10從布置容器下降到海底，使得后梁17限定系統(tǒng)10的尾邊。這意味著，底座12的三角形平面的前向尖端指向潮汐流，使得一對翼片沈從后面拖尾。在該位置上，一對翼片沈在潮汐流中穩(wěn)定系統(tǒng)10和使系統(tǒng)10取向這兩個方面最有效。翼片26當然可以定位在任何其它位置處或者補充有由圍繞底座12定位的附加(未示出)。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)10利用了潮汐流的動能，從而在系統(tǒng)10從布置容器朝向海底下降時穩(wěn)定了系統(tǒng)10且使系統(tǒng)10正確地取向。由于對準裝置利用了作為提供上述功能的動力源的潮汐流的該動能，一對翼片26形式的對準裝置因此可以為被動的。將理解的是， 可以使用例如一個或多個推進器、噴水器等形式的主動型對準裝置(未示出)，從而當在潮汐流中下降時實現(xiàn)系統(tǒng)10的穩(wěn)定和取向。然而，這既增加了系統(tǒng)10的成本又增大了系統(tǒng) 10的復雜度，并且假定系統(tǒng)10將在長時期內(nèi)駐留其中的惡劣水下條件，這種主動型對準裝置的可靠性成為問題。對于系統(tǒng)10而言，被動翼片沈為簡單且高成本效益的對準裝置?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，顯示了底座12的后角，其中翼片沈顯示安裝在稍微不同的位置上， 由此在翼片沈的上邊緣和底腳18的頂部之間留出了間隙。這是為了防止翼片沈穿透或以其它方式損壞用于布置系統(tǒng)10的小艇或類似的布置容器(未示出)。目的是將系統(tǒng)10 下降到懸于布置容器下方的特定布置場所并且隨后朝向海底下降遠離布置容器的底側(cè)。因此，特別是假定在這些布置場所處存在的相對惡劣條件，系統(tǒng)10可能從小艇的下方不平衡地下降，這可導致翼片沈中的一個或多個接觸到小艇的底側(cè)。通過在底腳18的上邊緣的稍下方下降翼片26，使得這種情況幾乎不可能發(fā)生?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，圖示了根據(jù)本發(fā)明的水電渦輪機系統(tǒng)的第二實施方案，水電渦輪機系統(tǒng)通常表示為110。在該第二實施方案中，相同的部件以相同的附圖標記一致，并且否則闡述為執(zhí)行相同的功能。系統(tǒng)110包括底座112，底座112由一對橫梁114形成，橫梁114 連接到后梁116之間。底座112的每個頂端由底腳118限定。盡管未圖示，在使用時，系統(tǒng) 110將設置有用于將水電渦輪機T緊固至底座112以形成系統(tǒng)110的部分的安裝件。系統(tǒng)110進一步包括一對翼片1 形式的對準裝置，翼片1 安裝到后梁116上，
5并且翼片1 從后梁116向上且向后伸出。在使用時，經(jīng)過翼片1 的水的潮汐流將比經(jīng)過如定位在第一實施方案的系統(tǒng)10上的翼片沈的流動較清澈或者較不湍流。結(jié)果，第二實施方案的翼片126在相對于潮汐流的方向穩(wěn)定系統(tǒng)110和使系統(tǒng)110取向方面更加有效。參考圖4，圖示了水電渦輪機系統(tǒng)的第三實施方案，水電渦輪機系統(tǒng)通常表示為 210。在該第三實施方案中，相同的部件再次與相同的附圖標記一致，并且否則闡述為執(zhí)行相同的功能。圖4僅示出了可選實施方案的部分，并且特別地示出了安裝件220，水電渦輪機T緊固到安裝件220上，與上文所述的第一實施方案的布置類似。安裝件220包括渦輪機T安置到其中的一對立柱222和環(huán)224。系統(tǒng)210進一步包括從一對立柱222伸出的一對翼片2 形式的對準裝置。而且，經(jīng)過系統(tǒng)210的該位置的水的潮汐流可以比經(jīng)過且圍繞系統(tǒng)210的底座212的流動較不湍流。當然，應當理解的是，可以利用對準裝置的上述位置的組合來實現(xiàn)本發(fā)明。對準裝置可以定位在任何其它適當?shù)奈恢锰幉⑶铱梢詾槿魏纹渌m合的形式，只要當在潮汐流中懸掛或被下降/提升時能夠穩(wěn)定系統(tǒng)和/或使系統(tǒng)取向即可。因此，將理解的是，本發(fā)明的系統(tǒng)10、110、210以及布置根據(jù)本發(fā)明的水電渦輪機系統(tǒng)的方法，大幅度地簡化了將水電渦輪機布置到海底。這是通過如下來實現(xiàn)的當朝向海底下降時，使得系統(tǒng)穩(wěn)定，并且相反地當系統(tǒng)從海底被提升時，例如用于維修或更換。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法避免了下降線的纏結(jié)并且確保當系統(tǒng)到達海底時所述系統(tǒng)正確地取向，從而避免了在該階段進一步定位的需要。另外，由于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法設計為在與松弛水相對的流水潮期間允許進行布置，允許系統(tǒng)的布置或恢復的時間大大增加。
權利要求
1.水電渦輪機系統(tǒng)，其包括底座和用于將所述底座對準到相對于潮汐流且在潮汐流中懸掛的期望取向的裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的水電渦輪機系統(tǒng)，其中所述對準裝置為被動的。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的水電渦輪機系統(tǒng)，其中所述對準裝置包括至少一個翼片。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的水電渦輪機系統(tǒng)，其中所述對準裝置包括多個翼片。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的水電渦輪機系統(tǒng)，包括多個支腿，當在海底時所述底座直立在所述支腿上，所述支腿中的至少一個具有從其延伸出的至少一個翼片。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的水電渦輪機系統(tǒng)，所述對準裝置布置為在懸掛在潮汐流中的同時實現(xiàn)穩(wěn)定所述底座。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的水電渦輪機系統(tǒng)，包括安裝件，所述安裝件的形狀和尺寸設計為保持水電渦輪機。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的水電渦輪機系統(tǒng)，包括安裝到所述底座上的水電渦輪機。
9.根據(jù)權利要求8所述的水電渦輪機系統(tǒng)，其中，所述對準裝置布置為使所述系統(tǒng)取向為使得所述渦輪機與所述潮汐流的方向可操作地對準。
10.在流水潮中布置水電渦輪機系統(tǒng)的方法，所述方法包括下述步驟將布置容器和所述系統(tǒng)定位在布置場所的上方；從所述容器朝向所述布置場所下降所述系統(tǒng)；利用經(jīng)過所述系統(tǒng)的水的潮汐流來實現(xiàn)和/或保持系統(tǒng)相對于所述潮汐流的期望取向。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，包括利用經(jīng)過所述系統(tǒng)的水的潮汐流在實現(xiàn)和/或保持所述系統(tǒng)在所述潮汐流中的穩(wěn)定性。
12.根據(jù)權利要求10或11所述的方法，在下降所述系統(tǒng)的步驟中包括在移動而經(jīng)過所述系統(tǒng)的水的流動的影響下利用允許使所述系統(tǒng)位移到期望取向的下降裝置相對于所述潮汐流的方向。
13.根據(jù)權利要求10至12中任一項所述的方法，包括允許朝向流流動而經(jīng)過所述系統(tǒng)上的對準裝置，以便于實現(xiàn)所述系統(tǒng)的位移，從而使所述系統(tǒng)相對于所述潮汐流取向和/ 或穩(wěn)定。
14.根據(jù)權利要求10至13中任一項所述的方法，其中，所述系統(tǒng)包括底座和能夠安裝在所述底座上的水電渦輪機，所述方法包括在朝向海底下降所述系統(tǒng)之前將所述渦輪機緊固到所述底座的步驟。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，包括利用所述潮汐流使所述系統(tǒng)取向以使所述渦輪機與所述潮汐流的方向可操作地對準。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有對準裝置的水電渦輪機系統(tǒng)，所述對準裝置使得水電渦輪機系統(tǒng)能夠在實現(xiàn)和保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和期望取向的同時在流水潮中被下降到海底，所述水電渦輪機系統(tǒng)包括底座和安裝到所述底座上的渦輪機。
文檔編號F03B17/06GK102257267SQ200980150942
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2008年12月18日
發(fā)明者J·艾夫斯, P·鄧恩 申請人:開放水知識產(chǎn)權有限公司