專利名稱：發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)電的發(fā)電裝置。特別是，但不排除地，本發(fā)明涉及到用于從海底水流發(fā)電的發(fā)電裝置。
背景技術：
隨著化石燃料儲量的減少，希望開發(fā)從諸如風力或潮汐力之類的可再生能源產(chǎn)生能量的新途徑。已經(jīng)提出用于從風或海/河流發(fā)電的許多裝置，但是，大多數(shù)這類裝置是單向的或雙向的，在于它們只有在流體從一個方向或相反的方向流動時才能運轉。存在例如在風中旋轉的全方位裝置，然而，這些裝置需要復雜的軸承布置才能這樣做。在具有暴露的活動部件的一些結構的海底發(fā)電裝置中出現(xiàn)了其它問題，這些活動部件可以造成對漁船的危害，因為漁網(wǎng)可能陷入裝置中，并在某些情況下，漁網(wǎng)可能會被拖到海床。常規(guī)發(fā)電裝置的其它缺點在于，它們運轉的窗口可能相當小。也就是說，如果風或水流過低或過高，該裝置不能運轉。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于從海底水流發(fā)電的發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置包括殼體；至少一個渦輪，所述渦輪/每個渦輪具有旋轉軸線和入口 ；適于將進入流體流導向所述渦輪/每個渦輪入口的至少一個導流葉片，在使用中，所述流體流在大致垂直至少一個渦輪軸線的方向上接近該發(fā)電裝置；和至少一臺發(fā)電機，用于將所述渦輪/每個渦輪的旋轉轉換成電能。 在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置在進入流體的流動方向的平面大致垂直至少一個渦輪或渦輪軸線時可以利用全部方向的流動作為動力，并且利用所述流動以發(fā)電。從全部方向發(fā)電的裝置具有很大的實用性，并且由于不用定向而更容易安裝。雖然描述的發(fā)電裝置適于從海底水流發(fā)電，本發(fā)明的至少一個實施例可適合于從風力發(fā)電。同樣地，為免生疑問，可用于發(fā)電的水流是不局限于潮流，也可能包括由于高度變化產(chǎn)生的水流，例如，在河中，或由諸如氣候條件產(chǎn)生的流，諸如風產(chǎn)生的風流。此外，在本發(fā)明實施例中可以利用在技術上可能并不被描述為流(諸如潮汐)的任何液體的流動。在使用中，所述流體流可以在大致垂直所述渦輪軸線/每個渦輪軸線的方向上接近裝置。可以具有多個導向葉片。所述導向葉片/每個導向葉片可以適于將進入流體流弓丨向渦輪。所述導向葉片/每個導向葉片可以安裝到至少一個殼體表面。
所述殼體表面/每個殼體表面和所述導向葉片/每個導向葉片可以限定流動路徑。所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分可以是通道。所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分可以是封閉管道。所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分可以適于改變進入流體流的方向。方向改變可以是二維或三維的。所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分可以適于改變水平流體流的方向使之變?yōu)榇笾麓怪绷黧w流。所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分可以適于使進入流體流加速。加快流動通過使發(fā)電裝置能夠從相對緩慢進入流發(fā)電而增加發(fā)電裝置的效用。進入流體的加速可以通過流動路徑的橫截面面積的減少而實現(xiàn)。所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分可以適于在進入流體流上施加旋轉。旋轉流體可以圍繞軸線旋轉。旋轉軸線可以與至少一個渦輪軸線大致平行。旋轉流體可以圍繞殼體旋轉。這種布置有利于在大于由渦輪葉片掃過的區(qū)域的 50 %的范圍內(nèi)將移動流體輸送到渦輪。所述流動路徑中至少一個的至少一部分可以是線性的。所述流動路徑中的至少一個的至少一部分可以是螺旋狀的。在一個實施例中，所述流動路徑/每個流動路徑可以包括線性部分和螺旋部分。
螺旋部分可以鄰近渦輪入口。在螺旋部分鄰近渦輪入口的情況下，限定螺旋部分的導向葉片可以作為定子。殼體表面在使用中可以布置成與進入流體流成鈍角。在使用中，當與殼體表面接合時，流體流可以改變方向。殼體可以包括內(nèi)殼和外殼。內(nèi)殼和外殼可以至少部分地分開。內(nèi)殼和外殼可以由所述導向葉片/每個導向葉片至少部分地分開。在具有多個導向葉片的情況中，內(nèi)殼、外殼和每對相鄰導向葉片可以限定至少一個流動路徑。內(nèi)殼和外殼可以限定裝置入口。殼和外殼可以限定渦輪入口。內(nèi)殼和外殼可以限定裝置出口。所述渦輪/每個渦輪可以布置在裝置入口和裝置出口的之間。在一個實施例中， 使渦輪入口位于裝置進口和裝置出口之間允許渦輪由殼體隱藏并且減少例如漁網(wǎng)纏在渦輪中的可能性。所述流動路徑/每個流動路徑可以適于將流體流輸送到渦輪入口。每個流動路徑的橫截面面積可以在流動路徑的長度范圍減小。減少的流動路徑面積導致流動加速，將更快的流體流輸送到渦輪入口。在一個實施例中，內(nèi)殼和外殼包括錐形或截頭圓錐體形區(qū)域。應理解，“錐形”一詞不限制具有圓形截面的形狀，而是意圖包括具有可以是六角形、八角形或任何合適的形狀的多種線性截面的形狀。在此實施例中，內(nèi)殼和外殼成堆疊關系。在此實施例中，所述錐形或截頭圓錐體形區(qū)域可以大致平行?？商鎿Q地，所述錐形或截頭圓錐體形區(qū)域可以收斂以使朝向渦輪的流體流加速。在可替換實施例中，外殼可以是圓環(huán)形的，外殼限定通孔。通過圓環(huán)形，其意味著限定通孔的封閉形狀，像環(huán)形甜甜圈。外殼通孔可以限定朝向裝置出口收斂的錐形內(nèi)表面。在此實施例中，圓環(huán)形外殼的截面可以是三角形的。
內(nèi)殼可以限定延伸進入外殼通孔的錐形表面。在此實施例中，內(nèi)殼可以包括錐形區(qū)域。內(nèi)殼可以布置為倒置錐體，該錐體的一部分延伸進入外殼通孔。裝置可以包括基座?；梢赃m于提高殼體離開如海底的表面。基座可以限定殼體下面的流動路徑。裝置出口可以鄰近基座流動路徑。在至少一個實施例中，在裝置出口處由沿著基座流動路徑的流體流產(chǎn)生文丘里效應。在產(chǎn)生這種效應時，沿著基座流動路徑經(jīng)過裝置出口的流體將來自發(fā)電裝置內(nèi)部的流體吸出出口，據(jù)信，這將吸引更多流體通過渦輪。在可替換的布置中，裝置出口可以遠離基座。基座可以包括多個腿。在優(yōu)選的實施例中，基座包括至少三個腿。發(fā)電裝置可以適于可釋放地連接到所述腿。將殼體到可釋放地連接基座允許在某種故障時從基座上移除殼體，并且用替換單元更換。用可運轉單元更換缺陷單元最大化特定位置處的能量開采。所述腿可以通過基座框架連接。所述腿的高度可以調(diào)節(jié)以允許調(diào)平?；梢园膳蛎浤Ｖ萍?。模制件設置為允許混凝土等澆注在基座框架周圍以相對海床固定基座。模制件可以包括基底。基底在折疊配置和膨脹配置之間可以是至少部分地可膨脹的。模制件基底可以通過填充混凝土或類似物而膨脹。在一種實施例中，用混凝土使模制件基底膨脹將基座框架封裝在混凝土中。模制件可以包括至少一個壁。所述模制件壁/每個模制件壁在折疊配和膨脹配置之間是可以至少部分地膨脹的?？梢圆捎煤Ｋ顾隹膳蛎洷?每個可膨脹壁膨脹?！┡蛎?，模制件壁就可以從基底向上延伸。一旦膨脹，所述基底和所述壁限定用于接收壓艙物的容器。在某些環(huán)境中，如在高水流速度區(qū)域中，可能希望在基底的頂部增加壓艙物以向發(fā)電裝置添加額外重量。
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模制件可以是可生物降解的。模制件基底可以限定有至少一個狹縫。當在膨脹之前將基底降低到海床上的位置時，狹縫允許水流過基底。該發(fā)電裝置可以包括整流罩。整流罩可以鄰近裝置出口定位。整流罩可以設置為促進低壓區(qū)域在排氣管附近的發(fā)展，以促進排出流的加速。殼體表面可以是平滑的?？商鎿Q地，殼體表面限定有表面輪廓。表面輪廓可以包括凹痕和/或突起。矩形，例如凹痕和/或突起的表面輪廓改善了整個表面上的流體流。殼體可以包括殼體框架。所述殼體表面/每個殼體表面可以連接到殼體框架。所述殼體表面/每個殼體表面可以是柔性材料。所述殼體表面/每個殼體表面可以是剛性材料。所述殼體表面/每個殼體表面可以包括輕質(zhì)材料。所述殼體表面/每個殼體表面可以包括織物，如防撕裂尼龍、聚酯、玻璃纖維增強彈性體、聚丙烯、Kevlar或任何其他合適材料。所述導向葉片/每個導向葉片可以是柔性材料。所述導向葉片/每個導向葉片可以是如鋼鐵的剛性材料。所述導向葉片/每個導向葉片可以包括輕質(zhì)材料。所述導向葉片/每個導向葉片可以包括織物，如防撕裂尼龍、聚酯、玻璃纖維增強彈性體、聚丙烯、Kevlar或任何其他合適材料。所述導向葉片/每個導向葉片可以包括前緣。當流體流平行于導向葉片平面時， 前緣是所述導向葉片/每個導向葉片的遇到進入流體流的暴露部分的第一部。導向葉片的前緣也可以描述為導流葉片的暴露到流體流的邊緣，該邊緣在垂直于渦輪軸線的平面中最遠離渦輪軸線。所述前緣/每個前緣可以包括至少一個柔性部。所述柔性部/每個柔性部可以適于響應于流體的流動而移動。柔性部的目的是在流體的流動垂直于葉片的情況下增加葉片的表面積，以“聚集”更多的流體流。在流體的流動垂直于葉片的平面時，柔性部可以適于從葉片的前緣徑向地向外彎曲，以引導流體流進入發(fā)電裝置。當流體的流動平行于導向葉片的方向時，柔性部可以適于移動到其與流動方向對齊的位置。每個前緣可以包括第一柔性部和第二柔性部，每個柔性部適于從相反的方向聚集流動，所述相反的方向兩者都垂直于葉片的平面。發(fā)電機/每個發(fā)電機包括軟啟動。軟啟動允許發(fā)電機輸出在一起時間期間內(nèi)增大。軟啟動減輕開關裝置和發(fā)電機本身上的不適當?shù)膲毫?。在一種實施例中，該發(fā)電裝置可以包括在所述渦輪/每個渦輪和所述發(fā)電機/每個發(fā)電機之間的變速箱。所述渦輪/每個渦輪可以包括多個葉片。
所述葉片可以可移動地安裝到渦輪軸。所述葉片可以可旋轉地安裝到渦輪軸。在一個實施例中，將渦輪葉片可旋轉地安裝到渦輪軸允許調(diào)整葉片的角度，從而在進入流的速度易變或不穩(wěn)定時，可以保持渦輪軸的恒定旋轉速度。所述葉片可以自我調(diào)節(jié)以旋轉到用于給定流動速度的最佳位置。在一個實施例中，在進入流的速度增加時，所述葉片可以適于偏轉和/或旋轉離開進入流的方向。在該實施例中，離開流動方向的偏轉和/或旋轉克服彈簧的偏壓。該發(fā)電裝置可以包括一個或多個管道，所述一個或多個管道適于將尚未由裝置入口聚集的流動轉向以進入裝置流動路徑。所述管道可以包括由外殼限定的孔。所述管道可以使流動轉向進入鄰近渦輪入口的裝置流動路徑。所述管道可以包括圍繞外殼設置的錐形整流罩。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種發(fā)電的方法，該方法包括以下步驟在流體流中提供發(fā)電裝置，流體在第一方向上流動，由該發(fā)電裝置接收流體流的一部分，至少一個裝置導向葉片將流體流弓丨向至少一個渦輪的所述入口 /每一個入口，所述渦輪/每個渦輪具有大致垂直于第一方向的旋轉軸線。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于海底裝置的基座，該基座包括框架，適于支撐海底裝置；和可膨脹模制件，該模制件適于使用混凝土而膨脹，從而一旦膨脹，所述框架的一部分嵌入在混凝土中。在一種實施例中，所述模制件可以包括可膨脹壁。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于從流體流發(fā)電的發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置包括殼體，具有框架和表面；渦輪；和發(fā)電機，用于將所述渦輪/每個渦輪的旋轉轉換成電能；其中殼體表面包括柔性材料。該柔性材料可以為織物。該發(fā)電裝置還可以包括適于將進入流體流導向渦輪入口的至少一個導向葉片。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于從流體流發(fā)電的發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置包括殼體，具有入口和出口；渦輪，位于殼體入口和殼體出口之間，該殼體適于將流動進入殼體入口的流體引導至渦輪；和鄰近殼體出口的整流罩，該整流罩設置成使流動通過殼體出口的流體由整流罩轉向，從而在殼體出口處產(chǎn)生低壓區(qū)域，在殼體出口處產(chǎn)生適于吸引流體通過渦輪的吸引力。將會理解，本發(fā)明的第一和隨后的方面的特征也可以適用于本發(fā)明的其他方面的，但為簡便起見，不再重復。
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現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的實施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的發(fā)電裝置的側視圖；圖2是穿過圖1的裝置的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的發(fā)電裝置的側視圖；圖4是穿過圖3的裝置的剖視圖；圖5的圖1的裝置的透視圖；圖6是圖3的裝置的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的渦輪入口的示意圖；圖8是在組裝過程中圖1或圖3的發(fā)電裝置的基座框架的透視圖；圖9是在組裝過程中圖1或圖3的發(fā)電裝置的底部模制件的透視圖；圖10是在組裝過程中的圖8的基座框架和圖9的底部模制件的頂視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的圖1或圖3的裝置的應用的示意；圖12是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的圖1或圖3的裝置的應用的示意；圖13是根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的圖1或圖3的裝置的應用的示意；圖14是根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的圖1或圖3的裝置的應用的示意圖；以及圖15是根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的發(fā)電裝置的剖視圖。
具體實施例方式首先參考圖1和圖2，其為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的大致由參考數(shù)字100表示的發(fā)電裝置的側視圖和剖視圖。裝置100包括不銹鋼殼體104，殼體104進一步包括內(nèi)殼106和外殼108。裝置 100還包括垂直軸線渦輪110、多個不銹鋼導向葉片112和用于將渦輪110的旋轉轉換成電力的發(fā)電機114。最大殼體直徑為6米，裝置100的高度為細。該發(fā)電裝置能夠生產(chǎn)0. 5麗的電力。外殼108包括具有近似三角形截面的圓環(huán)面116。圓環(huán)形外殼108具有外表面 118、內(nèi)表面120和下表面122。連接到下表面122的是用于提升殼體104離開海床126的基座1260外殼內(nèi)表面120限定通孔130，內(nèi)殼106延伸進入通孔130。內(nèi)殼106是錐形的并且限定有外表面132。內(nèi)殼106和外殼108中的每一個都包括覆蓋有不銹鋼板Π4的框架132、133，從而內(nèi)殼106和外殼108包括多重平面。這種布置提供穿過錐形內(nèi)殼106的橫截面，該橫截面不是圓形的，在這個示例中是十面體形的，即內(nèi)殼106的外表面136包括10個鋼板134。內(nèi)殼106通過焊接在殼體框架132、133之間的支柱(未顯示)由外殼支撐。導向葉片112焊接到內(nèi)殼106和外殼108的外表面118、136?？梢钥闯觯捎诿總€殼體106、108成錐形，相鄰葉片112之間的間隙變窄。這樣的布置有助于在流動通過發(fā)電裝置100時加速該流動?，F(xiàn)在特別地參考圖1討論發(fā)電裝置100的操作。參考圖1，水流150在垂直于渦輪110的垂直軸線111的方向上朝向裝置100流動。
12水流150由流線150a-150h表示。從圖1可以看出，由最低的流線150a代表的一部分水流在殼體104的下面流動。由接下來的四個流線150b-150e代表的不同部分的水流在外殼外表面118上流動以形成外殼流160a。在外殼108的暴露到水流150的一側，外殼流160a沿著由外殼表面118和相鄰一對導向葉片112所限定的一系列流動路徑152向上流動。為了清楚起見，流入外殼表面118的水流150b-150e僅顯示在兩個導向葉片112a、112b之間的流動。水流150以每秒2米的速度接合該發(fā)電裝置。然而，在水沿著外殼外表面118向上流動時，水由于由葉片112a、112b和外殼外表面118所限定的流動路徑152變窄而加速。 流動由于其由進入流動路徑152的水流150b-150e的持續(xù)流動推動通過變窄的流動路徑15 而加速。同樣地，由第六至第八流線150f_150h表示的其它部分的水流150撞擊在內(nèi)殼外表面136上，形成內(nèi)殼流160b。內(nèi)殼流160b被朝向渦輪入口 162向下推動，渦輪入口 162 的平面在流線150結合裝置100之前大致平行于流線150。在內(nèi)殼106的情況下，流動 150f-150h通過由相鄰內(nèi)殼導向葉片112和內(nèi)殼表面136限定的內(nèi)殼流動路徑154的變窄而加速。再一次，通過舉例的方式，水流150顯示為沿著由兩個導向葉片112c、112d界定的流動路徑巧4流動，但將會理解，給定的水流150將由暴露到水流150的所有流動路徑152、 巧4聚集而成。在大多數(shù)情況下，在任何特定時刻流動路徑152、IM將掩蓋殼體104的高達 50%的暴露表區(qū)域。由于發(fā)電裝置100本質(zhì)上是實際徑向的，裝置100可以來自任何給定的方向的水流150生成電力。當外殼流動路徑152中的流動160a遇到內(nèi)殼流動路徑154中的流動160b時，流動160a和160b混合以形成混合流160c，混合流160c流過渦輪入口 162并進入渦輪110以使渦輪葉片170旋轉。在渦輪入口 162處，流體壓力相對高。相反地，在殼體出口 164處，流體壓力相對低，并且在殼體104以下流動的該部分水流150a通過殼體出口 164，在殼體出口 164處產(chǎn)生文丘里效應(venturi effect)，吸引混合流160c通過外殼通孔130并通過殼體出口 164 排出。渦輪葉片170的旋轉被發(fā)電機114捕獲以產(chǎn)生電力，然后電力在成為用在各種應用中的輸出之前通過電纜166將電力輸送到電力控制和調(diào)整電路(未顯示)。這些應用中的一些將在適當時候討論。參照圖5，進入水流150撞擊在裝置100的一側上，在圖中由陰影區(qū)域190表示。 當移動流體由線性導軌葉片導向渦輪葉片170時，移動流體僅進入由渦輪葉片170掃掠的大約一半的區(qū)域。這個區(qū)域在圖5中有陰影線并且由參考數(shù)字192表示。然而，還相信，在殼體出口 164處的文丘里吸引作用也可以吸引一些流體，這些流體已經(jīng)經(jīng)過裝置100的側而進入位于沒有直接地暴露到進入水流150的方向的位置處的渦輪入口 162(這在圖5中表示為渦輪入口 162的非陰影部分)。還將理解，渦輪110被有效地隱蔽并且裝置100沒有可能阻礙例如漁網(wǎng)的活動部件?，F(xiàn)在參考圖3和4，其是根據(jù)對發(fā)明的第二實施例的發(fā)電裝置200的側視圖和剖視圖。在該實施例中，在第一實施例和第二實施例之間是共用的特征和部件通過增加“100”到附圖標記中以給出與第一實施例相似的參考數(shù)字。在此實施例中，裝置200包括處于堆疊關系的內(nèi)殼206和外殼208。內(nèi)殼206和外殼208是截頭圓錐體形并且共同限定殼體入口 263和殼體出口 264，垂直通路渦輪210位于殼體入口 263和殼體出口 264之間，該渦輪具有渦輪入口沈2。垂直軸線渦輪210連接到發(fā)電機214，發(fā)電機產(chǎn)生電力，電力又通過電纜輸送到電力控制和調(diào)整電路(未顯示)，并且在將在適當時候討論的各種應用中使用。殼體206、208每個包括覆蓋在防撕裂尼龍234中的框架232、233。外殼框架233 由內(nèi)殼框架232支撐，兩個框架233、232由支柱(未顯示)連接。圖3和4的發(fā)電裝置210還包括多個導向葉片212 (為清楚起見在圖3中只顯示其中一個)。導向葉片212包括防撕裂尼龍且是螺旋的，并沿著裝置210的高度的約三分之二延伸。每個導向葉片212具有內(nèi)部邊緣280和外部邊緣282，內(nèi)部邊緣280縫合到內(nèi)殼表面 218，外部邊緣282在導向葉片212和外殼208之間的重疊區(qū)域中連接到外殼內(nèi)表面觀4。進入流250遇到內(nèi)殼206，并且沿著封閉的流動路徑252向上并圍繞內(nèi)殼表面218 流動，流動路徑252由內(nèi)殼外表面218、相鄰導向葉片對212和外殼內(nèi)表面觀4限定。與其中撞擊在裝置100的全部高度上的流動可用于發(fā)電的第一實施例100相比， 在第二實施例的裝置200中，只有撞擊在圖6中陰影區(qū)域290上的流動可以用于發(fā)電。但是使用螺旋形導向葉片212使流動250旋轉，并且在旋轉流體已經(jīng)通過每個葉片212的端部觀6以后，流動250繼續(xù)繞著內(nèi)殼206旋轉，從而移動流體在它們旋轉時被輸送由渦輪葉片270掃掠的全部區(qū)域，在圖6中由陰影區(qū)域292表示。這意味著，對于渦輪葉片270的全部掃掠區(qū)域，葉片270由流體移動。這被認為會產(chǎn)生渦輪210的更快旋轉。這與其中渦輪葉片的掃掠區(qū)域中的流體的一部分是靜止或停滯的情況相反。如果在渦輪葉片中有靜止或停滯流體，渦輪葉片不得不移動流體，這與在掃掠區(qū)域的另外一部分處通過移動流體產(chǎn)生的旋轉相反，降低了渦輪效率。根據(jù)本發(fā)明第三實施例的發(fā)電機300的一部分的示意圖如圖7所示。本圖顯示與第一實施例的裝置100類似的裝置的渦輪入口 362。這里的區(qū)別是不是單個垂直軸線渦輪， 而是具有7個垂直軸線渦輪310。多個渦輪310將用于大直徑機器，并且具有的優(yōu)勢在于， 在流動僅被輸送到渦輪入口區(qū)域362的一部分的情況中，只有一些渦輪將被使用。在渦輪入口 362的其中流動是靜止或停滯的區(qū)域中，渦輪將不會旋轉。在存在由僅掃掠區(qū)域的一部分中的流動驅動的單個渦輪的情況中，渦輪葉片不得不移動通過在掃掠區(qū)域的其他部分中的停滯流，潛在地降低了裝置的效率?，F(xiàn)在參考圖8、9和10，其是圖1的發(fā)電裝置100的基座124的多種視圖。該基座 124包括基座框架320和三個支撐腿326、328、330?；鵌M還包括模制件332 (圖9和10)。模制件332包括適合由混凝土膨脹的可膨脹基底334和適于由海水膨脹的可可膨脹壁336。參考圖10，在基座124降低至海床時，水被允許流過狹縫340進入可膨脹基底 334。一旦基座124已經(jīng)位于海床上并變?yōu)樗?，則將混凝土泵入基底334。這個過程將基座框架320封裝在混凝土中，將其固定到海床。如果需要進一步的重量，可膨脹壁336用海水膨脹，并且壓艙物可以裝入基座124。一旦底部IM完全壓低，裝置100被降低以將延長腿330與三個殼體孔344中的一個接合，延長腿330延伸到比其他兩個支撐腿3沈、3觀更大的高度。一旦與延長腿330接合，裝置100旋轉以將殼體孔344(圖8)與剩下的兩個支撐腿3沈、3觀對準，并且隨后裝置100被降低為與每個腿3沈、3觀、330上的支撐臺肩(未顯示)接合。然后使用三個銷346將裝置100固定到基座124。模制件332是可生物降解的并且隨著時間推移而降解。圖11至14顯示圖1的裝置100的根據(jù)本發(fā)明的第四、第五、第六和第七實施例的應用的示意圖。圖11顯示系統(tǒng)405，其中裝置100驅動海底工具410。渦輪110連接到發(fā)電機114， 發(fā)電機114由整流器412、停止開關414和斷路器416連接到工具410。圖11中所示的系統(tǒng)還包括連接到數(shù)據(jù)記錄儀418的功率計420。潮汐速度計似4也連接到數(shù)據(jù)記錄儀418。 用于測量系統(tǒng)405輸出的輸出計422連接到膝上型電腦426。數(shù)據(jù)記錄儀418將功率計420 和潮汐速度計似4接收的信息饋送到膝上型電腦426。膝上型電腦似6處理該信息并且利用處理過的信息計算系統(tǒng)405的效率，并且如果需要可進行調(diào)整。由系統(tǒng)405提供的電力為工具410提供電力。圖12顯示與在圖1中所示系統(tǒng)405類似的系統(tǒng)505，然而，電力被提供到并網(wǎng)逆變器(grid tie inVerter)510，用于回饋到諸如國家電網(wǎng)之類的電網(wǎng)。圖13顯示系統(tǒng)605，其中，提供可編程邏輯控制器640以控制系統(tǒng)605的運作?？删幊踢壿嬁刂破髦饕乜刂瓢l(fā)電機系統(tǒng)614。發(fā)電機系統(tǒng)614包括用于控制葉片間距的間距控制器642、用于控制葉片速度的制動器644、變速箱646、異步發(fā)電機648、以及用于測量電壓、電流、功率、頻率/轉速和溫度的儀表板658。變速箱646設置為將渦輪輸出軸690 的旋轉速度轉換成發(fā)電機輸入軸692的所需速度?？删幊踢壿嬁刂破?40還連接到潮汐速度計660并且通過調(diào)制解調(diào)器662將信息饋送到岸上裝置。可編程邏輯控制器640由電源 664供電。系統(tǒng)還包括軟啟動接觸器650、電力調(diào)整單元652、斷路器6M和用于分配電力到例如國家電網(wǎng)的配電箱656。參照圖14，第七實施例的系統(tǒng)705的示意圖包括加熱元件770，加熱元件770連接到碳氫化合物管線(未顯示)，以在碳氫化合物輸送通過管道系統(tǒng)(未顯示)時保持碳氫化合物的溫度。系統(tǒng)705在很大程度上與圖13的系統(tǒng)605相同，然而，系統(tǒng)705還包括電池組772，電池組772在不能夠從渦輪110獲得電力的情況下為PLC 740供電。圖14的系統(tǒng) 705還包括用于在需要對電池組進行充電的充電控制器774。參照圖15，其為根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的發(fā)電裝置800的剖面視圖，這個實施例在八個裝置導向葉片8Ua-h中的每一個的前緣893處結合有第一柔性部891a-h和第二柔性部89加-11。每個導向葉片812的前緣893是最遠離渦輪軸線811的導向葉片邊緣。在流體850朝向裝置800流動時，柔性部891、892移動以最大化流入流動路徑852 的流體。對于其平面平行于流體流動方向850定位的第一導向葉片81加，柔性部891a、892a 朝向導向葉片81 向后折疊。在垂直于流體流動方向850定位的第三導向葉片812c和第七導向葉片812g的情況中，，位于導向葉片812c、812g的面對流體流動方向850的一側的柔性部891c、892g向外彎曲，以比靠其自身捕獲流體流的導向葉片812C、812G捕捉更多的流體流850。這增加流過裝置800的流體量。
在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以對上述介紹的實施例進行各種修改和改進。例如，在第二實施例中，可以在殼體出口 264上套設整流罩，以促進低壓區(qū)域在殼體出口沈4附近的發(fā)展，從而協(xié)助流體通過渦輪210的流動的加速。在進一步的替代的實施例中，例如，導向葉片212可以在成為螺旋狀之前在殼體入口 263處包括線性部分。在進一步的替代實施例中，圖13的渦輪葉片的間距控制器可以用自動化系統(tǒng)代替，其中在流動速度增加時，葉片遠離通過渦輪入口的流體流偏轉。在此實施例中，葉片應是彈簧加載的，以在流動速度降低時朝向流動方向返回。
權利要求
1.一種用于從海底水流發(fā)電的發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置包括殼體；至少一個渦輪，所述渦輪/每個渦輪具有旋轉軸線和入口 ；至少一個導流葉片，適于將進入流體流導向所述渦輪/每個渦輪入口，在使用中，所述流體流在大致垂直于至少一個渦輪軸線的方向上接近該發(fā)電裝置；和至少一臺發(fā)電機，用于將所述渦輪/每個渦輪的旋轉轉換成電能。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電裝置，其中在使用中，所述流體流在大致垂直于所述渦輪軸線/每個渦輪軸線的方向上接近該發(fā)電裝置。
3.根據(jù)任何一項在先權利要求所述的發(fā)電裝置，其中具有多個導向葉片。
4.根據(jù)任何一項在先權利要求所述的發(fā)電裝置，其中所述導向葉片/每個導向葉片適于將進入流體流引向所述渦輪。
5.根據(jù)任何一項在先權利要求所述的發(fā)電裝置，其中所述導向葉片/每個導向葉片安裝到至少一個殼體表面。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)電裝置，其中所述殼體表面/每個殼體表面和所述導向葉片/每個導向葉片限定流動路徑。
7.根據(jù)權利要求6所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分是通道。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分是封閉管道。
9.根據(jù)權利要求6至8中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分適于改變進入流體流的方向。
10.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分適于改變水平流體流的方向使之變?yōu)榇笾麓怪绷黧w流。
11.根據(jù)權利要求6-10中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分適于使進入流體流加速。
12.根據(jù)權利要求11所述的發(fā)電裝置，其中進入流體流的加速通過流動路徑的橫截面面積的減少實現(xiàn)。
13.根據(jù)權利要求6-12中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑/每個流動路徑的至少一部分適于在進入流體流上施加旋轉。
14.根據(jù)權利要求13所述的發(fā)電裝置，其中旋轉流體圍繞軸線旋轉。
15.根據(jù)權利要求14所述的發(fā)電裝置，其中旋轉軸線與至少一個渦輪軸線大致平行。
16.根據(jù)權利要求13-15中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中旋轉流體圍繞殼體旋轉。
17.根據(jù)權利要求6-16中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑中的至少一個的至少一部分是線性的。
18.根據(jù)權利要求6-17任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑中的至少一個的至少一部分是螺旋狀的。
19.根據(jù)權利要求6-18中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑/每個流動路徑包括線性部分和螺旋部分。
20.根據(jù)權利要求5-19任何一項所述的發(fā)電裝置，其中殼體表面在使用中布置為與進入流體流成鈍角。
21.根據(jù)權利要求5-20任何一項所述的發(fā)電裝置，其中在使用中，當與殼體表面接合時，流體流改變方向。
22.根據(jù)在前權利要求任何一項所述的發(fā)電裝置，其中殼體包括內(nèi)殼和外殼。
23.根據(jù)權利要求22所述的發(fā)電裝置，其中內(nèi)殼和外殼至少部分地分開。
24.根據(jù)權利要求23所述的發(fā)電裝置，其中內(nèi)殼和外殼由所述導向葉片/每個導向葉片至少部分地分開。
25.根據(jù)引用權利要求6時的權利要求M所述的發(fā)電裝置，其中在具有多個導向葉片時，內(nèi)殼、外殼和每對相鄰導向葉片限定至少一個流動路徑。
26.根據(jù)權利要求22-25中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中內(nèi)殼和外殼限定裝置入口。
27.根據(jù)權利要求22-26中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中內(nèi)殼和外殼限定渦輪入口。
28.根據(jù)權利要求22-27中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中內(nèi)殼和外殼限定裝置出口。
29.根據(jù)引用權利要求沈時的權利要求觀所述的發(fā)電裝置，其中所述渦輪/每個渦輪布置在裝置入口和裝置出口之間。
30.根據(jù)引用權利要求6時的權利要求27所述的發(fā)電裝置，其中所述流動路徑/每個流動路徑適于將流體流輸送到渦輪入口。
31.根據(jù)權利要求6和引用權利要求6時的權利要求7-30中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中每個流動路徑的橫截面面積在流動路徑的長度范圍減少。
32.根據(jù)權利要求22-31中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中，內(nèi)殼和外殼包括錐形或截頭圓錐體形區(qū)域。
33.根據(jù)權利要求32所述的發(fā)電裝置，其中，內(nèi)殼和外殼成堆疊關系。
34.根據(jù)權利要求33所述的發(fā)電裝置，其中，所述錐形或截頭圓錐體形區(qū)域大致平行。
35.根據(jù)權利要求33所述的發(fā)電裝置，其中，所述錐形或截頭圓錐體形區(qū)域收斂以加速朝向渦輪的流體流。
36.根據(jù)權利要求22-31中所述的發(fā)電裝置，其中外殼是圓環(huán)形的，外殼限定通孔。
37.根據(jù)權利要求36所述的發(fā)電裝置，其中外殼通孔限定朝向裝置出口收斂的錐形內(nèi)表面。
38.根據(jù)權利要求36或37所述的發(fā)電裝置，其中圓環(huán)形外殼的截面是三角形的。
39.根據(jù)權利要求36-38中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中內(nèi)殼限定延伸進入外殼通孔的錐形表面。
40.根據(jù)權利要求36-39中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中內(nèi)殼包括錐形區(qū)域。
41.根據(jù)權利要求40所述的發(fā)電裝置，其中內(nèi)殼布置為倒置錐體，該錐體的一部分延伸進入外殼通孔。
42.根據(jù)上述權利要求任何一項所述的發(fā)電裝置，其中該發(fā)電裝置包括基座。
43.根據(jù)權利要求42所述的發(fā)電裝置，其中基座適于提高殼體離開如海床的表面。
44.根據(jù)權利要求42或43所述的發(fā)電裝置，其中基座限定殼體下面的流動路徑。
45.根據(jù)引用權利要求觀時的權利要求42至44中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中裝置出口鄰近基座流動路徑。
46.根據(jù)權利要求45所述的發(fā)電裝置，其中在裝置出口處由沿著基座流動路徑的流體流產(chǎn)生文丘里效應。
47.根據(jù)權利要求45所述的發(fā)電裝置，其中裝置出口遠離基座框架。
48.根據(jù)權利要求42-47中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中基座包括多個腿。
49.根據(jù)權利要求48所述的發(fā)電裝置，其中基座包括至少三個腿。
50.根據(jù)權利要求48或49所述的發(fā)電裝置，其中，該發(fā)電裝置適于可釋放地連接到所述腿。
51.根據(jù)權利要求48至50中所述的發(fā)電裝置，其中所述腿由基座框架連接。
52.根據(jù)權利要求48至51中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述腿的高度能夠調(diào)節(jié)以允許調(diào)平。
53.根據(jù)權利要求42至52中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中基座包括可膨脹模制件。
54.根據(jù)權利要求53所述的發(fā)電裝置，其中模制件包括基底。
55.根據(jù)權利要求M所述的發(fā)電裝置，其中基底在折疊配置和膨脹配置之間是至少部分地可膨脹的。
56.根據(jù)權利要求M或55所述的發(fā)電裝置，其中模制件基底通過填充混凝土或類似物而膨脹。
57.根據(jù)權利要求56所述的發(fā)電裝置，其中用混凝土使模制件基底膨脹將基座框架封裝在混凝土中。
58.根據(jù)權利要求53-57中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中模制件包括至少一個壁。
59.根據(jù)權利要求58所述的發(fā)電裝置，其中所述模制件壁/每個模制件壁在折疊配置和膨脹配置之間能夠至少部分地膨脹。
60.根據(jù)權利要求58或59所述的發(fā)電裝置，其中采用海水使所述可膨脹壁/每個可膨脹壁膨脹。
61.根據(jù)權利要求58至60中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中一旦膨脹，模制件壁就從基底向上延伸。
62.根據(jù)權利要求58至61中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中，一旦膨脹，所述基底和所述壁限定用于接收壓艙物的容器。
63.根據(jù)權利要求53至62中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中模制件是可生物降解的。
64.根據(jù)權利要求M和引用權利要求M時的權利要求55-63中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中模制件基底限定有至少一個狹縫。
65.根據(jù)在前權利要求任何一項所述的發(fā)電裝置，其中該發(fā)電裝置包括整流罩。
66.根據(jù)引用權利要求觀時的權利要求65所述的發(fā)電裝置，其中整流罩鄰近裝置出口定位。
67.根據(jù)權利要求5和引用權利要求5時的權利要求6-66中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中殼體表面是平滑的。
68.根據(jù)權利要求5和引用權利要求5時的權利要求6-66中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中殼體表面限定有表面輪廓。
69.根據(jù)權利要求68所述的發(fā)電裝置，其中表面輪廓包括凹痕和/或突起。
70.根據(jù)在前權利要求任何一項所述的發(fā)電裝置，其中殼體包括殼體框架。
71.根據(jù)引用權利要求5時的權利要求70所述的發(fā)電裝置，其中所述殼體表面/每個殼體表面連接到殼體框架。
72.根據(jù)權利要求71所述的發(fā)電裝置，其中所述殼體表面/每個殼體表面是柔性材料。
73.根據(jù)權利要求71所述的發(fā)電裝置，其中所述殼體表面/每個殼體表面是剛性材料。
74.根據(jù)權利要求71至73中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述殼體表面/每個殼體表面包括輕質(zhì)材料。
75.根據(jù)權利要求71至74中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述殼體表面/每個殼體表面包括織物，如防撕裂尼龍、聚酯、玻璃纖維增強彈性體、聚丙烯、Kevlar或任何其他合適材料。
76.根據(jù)在前權利要求任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述導向葉片/每個導向葉片是柔性材料。
77.根據(jù)權利要求1至75中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中，其中所述導向葉片/每個導向葉片是如鋼鐵的剛性材料。
78.根據(jù)權利要求76或77所述的發(fā)電裝置，其中，所述導向葉片/每個導向葉片包括輕質(zhì)材料。
79.根據(jù)權利要求76至78中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中，所述導向葉片/每個導向葉片包括織物，如防撕裂尼龍、聚酯、玻璃纖維增強彈性體、聚丙烯、Kevlar或任何其他合適材料。
80.根據(jù)任何一項在前權利要求所述的發(fā)電的裝置，其中所述發(fā)電機/每個發(fā)電機包括軟啟動。
81.根據(jù)任何一項在前權利要求所述的發(fā)電的裝置，其中該發(fā)電裝置包括在所述渦輪 /每個渦輪和所述發(fā)電機/每個發(fā)電機之間的變速箱。
82.根據(jù)任何一項在前權利要求所述的發(fā)電的裝置，其中，所述渦輪/每個渦輪包括多個葉片。
83.根據(jù)權利要求82所述的發(fā)電的裝置，其中，所述葉片能夠移動地安裝到渦輪軸。
84.根據(jù)權利要求83所述的發(fā)電的裝置，其中，所述葉片可旋轉地安裝到渦輪軸。
85.根據(jù)權利要求83或84所述的發(fā)電的裝置，其中，所述葉片自我調(diào)節(jié)以旋轉到用于給定流動速度的最佳位置。
86.根據(jù)權利要求83至85中任何一項所述的發(fā)電的裝置，其中，在進入流的速度增加時，所述葉片適于偏轉和/或旋轉離開進入流的方向。
87.根據(jù)權利要求86所述的發(fā)電的裝置，其中離開流動方向的偏轉和/或旋轉克服彈簧的偏壓。
88.一種發(fā)電的方法，該方法包括以下步驟在流體流中提供發(fā)電裝置，流體在第一方向上流動，由該發(fā)電裝置接收流體流的一部分，至少一個裝置導向葉片將流體流弓I向至少一個渦輪的所述入口/每一個入口，所述渦輪/每個渦輪具有大致垂直于第一方向的旋轉軸線。
89.一種用于海底裝置的基座，該基座包括框架，適于支撐海底裝置；和可膨脹模制件，該模制件適于使用混凝土而膨脹，從而一旦膨脹，所述框架的一部分嵌入在混凝土中。
90.一種用于從流體流發(fā)電的發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置包括 殼體，具有框架和表面；渦輪；和發(fā)電機，用于將所述渦輪/每個渦輪的旋轉轉換成電能； 其中殼體表面包括柔性材料。
91.一種用于從流體流發(fā)電的發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置包括 殼體，具有入口和出口 ；渦輪，位于殼體入口和殼體出口之間，該殼體適于將流動進入殼體入口的流體引導至渦輪；和鄰近殼體出口的整流罩，該整流罩設置成使流動通過殼體出口的流體由整流罩轉向， 從而在殼體出口處產(chǎn)生低壓區(qū)域，在殼體出口處產(chǎn)生適于吸引流體通過渦輪的吸引力。
92.根據(jù)權利要求6所述的發(fā)電裝置，其中該發(fā)電裝置包括一個或多個管道，所述一個或多個管道適于將尚未由裝置入口聚集的流體流轉向以進入裝置流動路徑。
93.根據(jù)權利要求92所述的發(fā)電裝置，其中所述管道包括由外殼限定的孔。
94.根據(jù)權利要求93所述的發(fā)電裝置，其中所述管道使流體流轉向進入鄰近渦輪入口的裝置流動路徑。
95.根據(jù)權利要求92至94中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述管道包括圍繞外殼設置的錐形整流罩。
96.根據(jù)權利要求1至87中任何一項所述的發(fā)電裝置，其中所述導向葉片/每個導向葉片包括前緣。
97.根據(jù)權利要求96所述的發(fā)電裝置，其中所述前緣/每個前緣包括至少一個柔性部。
98.根據(jù)權利要求97所述的發(fā)電裝置，其中所述柔性部/每個柔性部適于響應于流體的流動而移動。
99.根據(jù)權利要求97或98所述的發(fā)電裝置，其中每個前緣包括第一柔性部和第二柔性部，每個柔性部適于聚集來自相反的方向的流體流，所述相反的方向兩者都垂直于葉片的平面。
100.根據(jù)權利要求19所述的發(fā)電裝置，其中，螺旋部分鄰近渦輪入口。
101.根據(jù)權利要求100所述的發(fā)電裝置，其中，螺旋部分鄰近渦輪入口，限定螺旋部分的導向葉片用作定子。
全文摘要
描述了一種用于從海底水流發(fā)電的發(fā)電裝置。該發(fā)電裝置包括殼體、至少一個渦輪、至少一個導向葉片和至少一臺發(fā)電機，所述渦輪/每個渦輪具有旋轉軸線和入口，所述至少一個導向葉片適于將進入流體流導向所述渦輪/每個渦輪入口，在使用中，流體流在大致垂直于至少一個渦輪軸線的方向上接近該發(fā)電裝置，所述至少一臺發(fā)電機用于將所述渦輪/每個渦輪的旋轉轉換成電能。
文檔編號F03B17/06GK102459868SQ201080025105
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權日2009年4月8日
發(fā)明者大衛(wèi)·科爾頓, 安德魯·格里德希爾, 布賴恩·巴納德, 邁克爾·霍伊爾 申請人:卡潤特2卡潤特有限公司