專利名稱：用于附接水輪或渦輪以從流動的水中獲得能量的可潛式裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下概述的本發(fā)明是一種裝置，其被設(shè)計(jì)用于附接渦輪或水輪，以從在深度和流動方向方面變化的流動的水中獲得能量。利用直接固定于海床或河床，或者首先固定于基座然后固定于海床或河床的樞軸機(jī)構(gòu)安裝本發(fā)明。裝置具有特殊的水動力形狀，該形狀有助于其直接到來流的中心內(nèi)的定向和穩(wěn)定性，并且包括一系列裝置，這些裝置旨在確定附接的渦輪到流的流動中的最有效且多產(chǎn)的沖角。本發(fā)明可以用在任何類型的水流中，但是特別適合定位在海洋流中。本發(fā)明目的中的一個目的是，作為裝置，不同類型的渦輪和水輪可附接于該裝置， 以使它們定向于在深度和方向方面都變化的水流的流動的中心。因此，該裝置的主要用途是產(chǎn)生能量，優(yōu)選為電能，可以利用安裝的渦輪和發(fā)電機(jī)的組合獲得該能量。本發(fā)明納入環(huán)?？稍偕芰肯到y(tǒng)的范疇內(nèi)。
背景技術(shù)：
世界上最重要的能源之一是由海洋流產(chǎn)生的動能。除了其它的因素之外，這些流是由在溫度和鹽度方面的差異以及潮汐的影響造成的。當(dāng)流通過受大陸板塊限制的狹窄區(qū)域時，這些影響被擴(kuò)大，其增加了流的速度。用于俘獲該能量的原理方法中的一個包括使用與風(fēng)力渦輪類似的動能轉(zhuǎn)換器。在各種現(xiàn)有技術(shù)之中，一種用于從通常流速最快的表層流俘獲能量的技術(shù)包括使用與風(fēng)力渦輪類似但是在該情況下安裝在水下的渦輪。渦輪轉(zhuǎn)子裝配在先前已經(jīng)準(zhǔn)備的海床上的結(jié)構(gòu)中，或者利用可以安裝在淺水和深水中的具有合適的系泊裝置的漂浮系統(tǒng)懸浮。與風(fēng)能一樣，兩種主要類型的轉(zhuǎn)子用在海洋流中具有水平軸的例如推進(jìn)器的軸向轉(zhuǎn)子和具有豎直軸的橫向流轉(zhuǎn)子?？梢詮挠绊懙拿總€單元區(qū)域內(nèi)的流中獲得的能量的量與流體的密度和其速度成比例。假定水比空氣濃稠850倍，并且液體的速度比空氣的速度低，可以從影響的每個單元區(qū)域內(nèi)的流中獲得的能量的量遠(yuǎn)大于可以使用風(fēng)力渦輪獲得的能量的量。關(guān)于包含大量的能量的這些流的可用性，通?？梢匀菀椎仡A(yù)測這些流，并且它們具有比替代性間歇可再生能源高40%到60%之間的潛在發(fā)電能力。此外，由于水下系統(tǒng)不產(chǎn)生視覺或聽覺污染，所以它們具有很小的環(huán)境影響，并且由于它們的轉(zhuǎn)子的緩慢轉(zhuǎn)動而對海洋生物又具有最小的影響。另一益處在于，水下系統(tǒng)不會受到風(fēng)暴損害。存在利用海洋流能量的許多現(xiàn)有裝置，例如下列專利概述了這類裝置 US20020158472、US6109863、W02008091172、W02009004308, GB244182U W02009026620、 US6472768、US4748808 以及 GB2434410。上述專利中的大多數(shù)采用軸向流渦輪，并且雖然一些渦輪允許在其位置和定向方面進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是沒有渦輪能有效地利用水動力。在提出的解決方案中，優(yōu)選地使用橫向流渦輪。此外，這些系統(tǒng)中的大多數(shù)還被設(shè)計(jì)用于安裝在淺水中，然而該裝置能夠在更大的深度處工作。聯(lián)系現(xiàn)有技術(shù)在該文中描述的本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是由于裝置形狀設(shè)計(jì)能夠容易地按比例確定，因此裝置可以制造成具有較大的尺寸，然而因?yàn)樯鲜鲅b置通常采用軸向流渦輪，并且雖然它們的尺寸可以相當(dāng)大，但是總是被它們的設(shè)計(jì)所限制，所以上述裝置不具有這種可行性。在現(xiàn)有技術(shù)中的現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)的大多數(shù)包括具有相對于彼此不同程度運(yùn)動的多個機(jī)構(gòu)，其要求頻繁的維護(hù)。此外，水下維護(hù)的成本還關(guān)于技術(shù)安裝的深度而增大。提出的裝置不需要復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，其保證了不頻繁的維護(hù)。在渦輪安裝之前，大部分現(xiàn)有技術(shù)需要先前的海床工程；因?yàn)槲覀兊难b置包括用于受控的浸沒和淹沒的系統(tǒng)，所以可從表面直接安裝我們的裝置而無需任何先前的安裝。在流處于相當(dāng)大的深度處時以上方法會出現(xiàn)技術(shù)問題，在該情況下，方向、高度以及流是否上升或下降都是將被考慮的變量。困難在于使渦輪在該類型的流中定向，以獲得適當(dāng)?shù)男阅?。以下概述的?nèi)容是利用專門設(shè)計(jì)用于執(zhí)行該任務(wù)的裝置來解決該問題的方式。

發(fā)明內(nèi)容
在該文獻(xiàn)中概述的裝置是設(shè)計(jì)成容置水力渦輪以從在深度和流動方向方面變化的流中獲得能量的新的可潛式裝置。利用直接固定于海床或河床或通過鎮(zhèn)重物或過重物固定的樞軸機(jī)構(gòu)來安裝裝置。裝置具有特定水動力形狀，其有助于直接到來流的中心內(nèi)的定向和穩(wěn)定性。其還包括用于測量漂流的一系列策略性放置的裝置以及用于控制和管理所述裝置的系統(tǒng)，以確立附接的渦輪到流的流動內(nèi)的最有效且多產(chǎn)的沖角。本發(fā)明基本上由對稱的且多用途的本體形成，該對稱且多用途的本體關(guān)于假想的中心設(shè)計(jì)對稱，其中，本發(fā)明的各個不同部分中的每一個有助于實(shí)現(xiàn)不同的功能并且執(zhí)行不同的動作。本發(fā)明的各個部分完成下列功能-提供用于安裝的連接點(diǎn)。-提供用于安裝測量流動強(qiáng)度的傳感器的空間。-提供將渦輪安裝在距連接點(diǎn)充分遠(yuǎn)的距離處以容許充分的運(yùn)動，以達(dá)到流的流動的空間。-提供用于系統(tǒng)定位的空間，該空間允許裝置在流的流動中的懸浮傾斜。構(gòu)成裝置的不同形狀有助于裝置在流的流動中的某些行為。各種不同的形狀如下-在側(cè)向圖中類似于飛標(biāo)(見圖2)并且在平面圖中類似于飛機(jī)(見圖3)的裝置的水動力形式有助于定向和穩(wěn)定性。-容置渦輪的區(qū)域之前的區(qū)域(6)的形狀通過將水引導(dǎo)到渦輪轉(zhuǎn)子上有助于優(yōu)化其性能。-定位在渦輪(8)后面的區(qū)域在流的流動方向上的形狀有助于將引起渦輪運(yùn)動的湍流的影響最小化。-裝置的關(guān)于流的流動的最后部分的形狀(3)特別有助于裝置的穩(wěn)定性，該形狀類似于機(jī)翼(見圖3)。-渦輪容置在其中的上區(qū)域(7)的形狀有助于加強(qiáng)該區(qū)域，并且還充當(dāng)用于渦輪的噴嘴。裝置的上述結(jié)構(gòu)和多功能本體包括-緊固或連接于機(jī)構(gòu)的點(diǎn)(1)，該機(jī)構(gòu)將安裝在海床或錨固在海床上的鎮(zhèn)重物上。 該機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)兩個同時的運(yùn)動，這兩個同時的運(yùn)動包括相對于裝置保證渦輪附接的點(diǎn)以豎直的方式安置的優(yōu)選部分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和同時相對于相同的點(diǎn)的部分水平旋轉(zhuǎn)；-用于測量流的流動的強(qiáng)度的一系列裝置，該一系列裝置連接于用于分析獲得的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；-一系列點(diǎn)，該一系列點(diǎn)用于水力渦輪(優(yōu)選橫向流渦輪)的附接，該水力渦輪 (優(yōu)選橫向流渦輪)具有由彎曲的葉片以圓扇形形式附接于其上的兩個平行盤組成的轉(zhuǎn)子，以使該設(shè)計(jì)有利于水動力形式的系統(tǒng)的集成性；-一系列密封的隔間，該一系列密封的隔間包含氣體，優(yōu)選為空氣；-一系列裝置，該一系列裝置采用某一方法以使先前提到的密封的隔間中的氣體的密度改變，以致控制用于渦輪的附接的裝置的傾斜以及使它們以流相對渦輪的最佳可行的沖角安置。裝置和其材料可以由單件或多件構(gòu)成，該多件可以裝配成整體，優(yōu)選為剛性構(gòu)造并且不使聯(lián)接的可能性降低。理想地，結(jié)構(gòu)將是可以覆蓋有適當(dāng)?shù)乃芰喜牧弦悦馐墉h(huán)境的侵蝕劑損壞的金屬(合金或其它材料)。以此方式，實(shí)現(xiàn)在較大裝置實(shí)現(xiàn)中的較大一致性。 還考慮由呈現(xiàn)實(shí)心形式或具有被任何種類的液態(tài)流體或氣體占據(jù)的腔的單一材料或合金制造的可行性。優(yōu)選的是，總的體積密度將比水的密度小，從而有助于用于渦輪的附接的裝置在水流的流動中的懸浮。為了使裝置本身直接定向到流的流動的方向中，讓我們考慮裝置和結(jié)構(gòu)的有助于裝置的形式的部分。這些部分的形狀和表面必須確保部分的面向流的流動的表面區(qū)域比裝置的在相同流中的最后部分的表面區(qū)域小。該結(jié)構(gòu)在相對于流的流動的側(cè)向圖中類似于飛標(biāo)(見圖2)并且在平面圖中類似于飛機(jī)(見圖3)。其水動力形式有助于(如先前描述的) 使其本身能夠直接定向到流的流動內(nèi)。考慮到該目的，裝置具有由三個不同的部分或區(qū)域組成的獨(dú)特水動力形式用于其至機(jī)構(gòu)0 的附接(1)或連接的一個部分或區(qū)域、包含一系列密封的隔間的另一部分或區(qū)域以及用于容置優(yōu)選為橫向流類型的水力渦輪的前兩( 者之間的另一部分或區(qū)域。通過附接點(diǎn)⑴或連接處，裝置將附接于機(jī)構(gòu)0 或類似物。該附接點(diǎn)⑴或連接處包括適當(dāng)尺寸和大小的圓柱形孔，用于容置選定的樞軸機(jī)構(gòu)05)的連桿(9)。密封的隔間的目的是維持用于渦輪的附接的裝置以相對于海床的某個角度懸浮。為了實(shí)現(xiàn)該動作，它們需要完全或部分地填充有優(yōu)選為空氣的氣態(tài)流體。這些隔間的總的可用體積必須足以保證包括渦輪以及用于其運(yùn)動的利用和轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的整個系統(tǒng)的懸浮。為此，系統(tǒng)的總密度應(yīng)當(dāng)比其所沉浸在的流體的密度小。如描述的，隨著裝置在單一點(diǎn)處連接于基座并且保持懸浮在流中，該低密度的體積將在沉浸于較高密度的流體中時引起的止推作用的豎直方向和作用到的表面必須足以抵消系統(tǒng)通過水流所承受的止推作用。
可以通過改變系統(tǒng)的密度來調(diào)節(jié)裝置的傾斜性，可以以兩種方式實(shí)現(xiàn)改變系統(tǒng)的密度通過添加或移除這些隔間中的液態(tài)流體；或通過液態(tài)流體在這些隔間中的交換。添加或移除方法包括將液態(tài)流體引入或移除上述隔間中而不排空內(nèi)部的氣體，為此，包含在隔間中的氣體必須對壓力敏感。流體交換方法包括排空占據(jù)所提到的隔間的全部或部分流體，并且取決于需要以更大或更小密度的另一流體取代原流體。為了實(shí)現(xiàn)該目的，兩種方法都有效?，F(xiàn)在我們將分析它們1.添加或移除方法密封的隔間將填充有氣體(優(yōu)選為空氣)，理想地處于大氣壓下，并且定位在用于渦輪的附接的裝置外部的適合系統(tǒng)通過管設(shè)備能引入受壓的液態(tài)流體 (優(yōu)選為水)，可以利用一系列閥控制該液態(tài)流體(優(yōu)選為水)的體積。當(dāng)完成這些時，隔間內(nèi)的空氣將在壓力方面增大。該效果還可以通過布置在上述密封的隔間中的一系列閥來實(shí)現(xiàn)并且通過使該一系列閥打開和關(guān)閉來控制。水的供應(yīng)可以通過利用流本身來實(shí)現(xiàn)，并且以此方式，我們可以利用將取決于安裝的深度而產(chǎn)生的壓力。在所概述的方法中的任一種中，為了將流體直接排出到流中或經(jīng)由管使流體返回至先前所提到的外部單元，可以利用安裝在上述密封的隔間的下部中的可潛式電泵抽出流體。如果液體排出到流中，必須記住所需的力取決于在實(shí)現(xiàn)時裝置所位于的深度?？扇〉氖?，使用在密封的隔間的下表面上的各個點(diǎn)處定位的串聯(lián)的可潛式水泵， 以及萬一出現(xiàn)故障的一些備用裝置，以便使維護(hù)頻率最小化。以該實(shí)現(xiàn)方式，可能氣體的初始體積將由于連續(xù)加壓和減壓而減小，因此可以將壓縮空氣氣缸安裝在所提到的隔間的固定部分中，以重新引入已經(jīng)逸出的氣體體積。2.流體交換方法在該方法中，密封的隔間填充有氣體，優(yōu)選為空氣，該氣體處于與由安裝的深度和因此的水壓引起的該密封的隔間的外部壓力相等的壓力。其需要?dú)飧祝?用于利用將其連接于密封的隔間的設(shè)備存儲加壓氣體；以及用于對壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和增加的裝置的系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^使壓力增大和使用上述氣缸來排空氣態(tài)流體，接下來，通過使布置在密封的隔間內(nèi)部的一系列閥打開來實(shí)現(xiàn)替換較大密度的液態(tài)流體，該一系列閥與水流接觸并且因此自動地改變供應(yīng)。可以利用用于控制和增加壓力的裝置的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相反的過程， 在該情況下，從氣缸到密封的隔間的引導(dǎo)將使液態(tài)流體排出到水流中。因?yàn)樵摎怏w氣缸通過連續(xù)地填充和排空將逐漸減壓，所以該選擇可需要較多的定期維護(hù)，其取決于包含加壓氣體的氣缸的容量。推薦用于使裝置的安裝和維護(hù)變得容易的替代性方案是與外部單元一起使用的流體交換方法，以存儲和供應(yīng)加壓的氣態(tài)流體，其包括用于控制和增加壓力的裝置，以使密封的隔間中的氣態(tài)流體互換。可以經(jīng)由作業(yè)管利用單元對應(yīng)的控制和加壓系統(tǒng)從該單元控制流體至密封的隔間的供應(yīng)。隔間將包括處于與流的接觸中的下部內(nèi)的管。在該情況下， 不必在這些管中安裝閥。隨著水由于在路線中沒有閥而從流中自動地抽出，利用用于使流體返回的作業(yè)管以及通過定位在密封的隔間的最下部中的導(dǎo)管更換較大密度的液態(tài)流體， 通過位于上述單元中的裝置實(shí)現(xiàn)氣態(tài)流體的排空。通過從前述單元供應(yīng)加壓的空氣實(shí)現(xiàn)液態(tài)流體的排空過程，加壓的空氣在壓力下通過作業(yè)管至密封的隔間，該壓力是使占據(jù)密封的隔間的水通過在這些隔間的最下區(qū)段中包含的導(dǎo)管排出所需要的壓力。必須在用于密封的隔間的構(gòu)造和材料選擇方面考慮幾個因素取決于用于渦輪的
8附接的裝置的安裝深度。要記住的一個因素是，必須通過調(diào)節(jié)如先前描述的總密度來補(bǔ)償外部水壓，目的是將承受的內(nèi)部壓力。在將密封隔間構(gòu)造為單個單元時，可取的是，使用內(nèi)部結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)形成隔間的壁。 用于該加強(qiáng)的材料可以是不銹鋼或者對氧化和其將經(jīng)受的壓力具有充分抵抗性的另一種材料。為了產(chǎn)生較大的總體積的密封的隔間，優(yōu)選的是，使用串聯(lián)的互連的隔間。在該情況下，單元可具有圓筒形狀，其在兩側(cè)處帶有半球形鎖定部，以更好地抵抗壓力。關(guān)于在使用先前描述的添加和移除方法時這些隔間的用途方面，用于構(gòu)造和密封隔間的材料與水直接接觸，因此上述隔間的壁上的內(nèi)部壓力的任何增加將被由于裝置所位于的深度而產(chǎn)生的外部水壓抵消。有益的是，用于海水的入口閥包含過濾器，以防止海洋物種和無機(jī)材料進(jìn)入到隔間內(nèi)。關(guān)于用于測量流的流動強(qiáng)度的裝置，這些裝置可以放置在用于渦輪的附接的裝置上的策略性的點(diǎn)處，以測量在相對于海床的不同高度處流的流動的強(qiáng)度，這些裝置可以是氣壓計(jì)。本發(fā)明隨后將使用生成的數(shù)據(jù)和適當(dāng)?shù)难b置，以獲得用于具有之前概述的目的的裝置的最佳位置。關(guān)于從渦輪轉(zhuǎn)子的機(jī)械運(yùn)動獲得的能量的轉(zhuǎn)換，明顯存在能完成這一切的各種方式，并且該領(lǐng)域的任何專家可建議適當(dāng)?shù)姆椒?。關(guān)于電能的產(chǎn)生，特別是發(fā)電機(jī)的定位，該發(fā)電機(jī)可以位于裝置結(jié)構(gòu)的頂部或位于其內(nèi)部，并且在橫向流渦輪的特定情況下，建議發(fā)電機(jī)位于渦輪轉(zhuǎn)子本身內(nèi)部。如果需要倍速器系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)將被優(yōu)選地制造成雙作用或?qū)ΨQ，以保持裝置的對稱性和由此的其關(guān)于假想軸線的重心。關(guān)于利用基座對裝置的安裝，該基座采用安裝在較大深度處時建議的鎮(zhèn)重物或過重物，重要的是，基座滿足下列要求以保證附接的裝置的穩(wěn)定性和提供牢固支承部。為了計(jì)算所需的重量，必須考慮由其重量產(chǎn)生的矢量力、由流的流動對其和整個裝置的影響引起的矢量力，以及由用于渦輪的附接的裝置的密封的隔間在取決于它們的體積完全或部分地填充氣體時的動作產(chǎn)生的矢量力。重量應(yīng)當(dāng)大于其它部分的總和。關(guān)于支承，為了裝置正確地運(yùn)行，需要一種支承，其保證樞軸機(jī)構(gòu)05)相對于海面保持水平，并且因此，明智的是，選擇在海床上滿足該要求的場所。當(dāng)環(huán)境顯示海床具有不規(guī)則地形的安裝場所時，上述鎮(zhèn)重物或過重物可以裝配有可延伸的腿(16)，可延伸的腿 (16)利用某種受控機(jī)構(gòu)附接于下面，該受控機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)該功能。以此方式，上述鎮(zhèn)重物可以安裝在理想位置。為了在用于渦輪的附接的裝置04)利用樞軸05)的安裝直接緊固于(先前準(zhǔn)備的)海床或河床時進(jìn)行維護(hù)，可以通過使裝置與機(jī)構(gòu)05)斷開來移除裝置。該程序不會出現(xiàn)任何技術(shù)問題，直到到達(dá)了一定的深度處。與此相反，當(dāng)裝置04)安裝在較大深度處時，需要首先使其附接于基座并且由此附接于海床。在該情況下，可以利用連接于鎮(zhèn)重物的點(diǎn)的纜繩、鏈條或類似物將裝置帶至表面，該纜繩、鏈條或類似物以不阻礙用于渦輪的附接的裝置的運(yùn)動的方式定位。該纜繩或類似物可以附接于水面浮標(biāo)，并且通過把纜繩拖上來，整個裝置可被帶至表面。除了該方法和其它可行的方法之外，一個合理的技術(shù)將采用一系列可充氣且可伸展的浮標(biāo)或一系列填充有水的可控的密封的隔間。如果采用第二種方法，則可取的是，通過實(shí)現(xiàn)串聯(lián)的多個連接單元來獲得所需的體積。這些單元可以是圓筒形的，它們在兩側(cè)處具有半球形鎖定部，以提供對壓力的較好的抵抗。這些單元可以定位在鎮(zhèn)重物中的一個或幾個位置處?？梢酝ㄟ^釋放容置在加壓容器中的氣體來實(shí)現(xiàn)對可伸展浮標(biāo)的充氣。為了排空包含在密封的隔間中的水，可以從隔間的最上點(diǎn)注射加壓空氣，其將引起水從較低的點(diǎn)的排空?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)控制氣體的釋放，該系統(tǒng)經(jīng)由通訊電纜接收其指令，但是該系統(tǒng)也可較適合于經(jīng)由無線控制或類似系統(tǒng)接收其指令。釋放加壓氣體的另一方式將是通過使用可以執(zhí)行該功能的其它專用裝備來完成?？梢园惭b幫助或控制整個系統(tǒng)上升至表面的裝置通過排出水并且利用加壓氣體代替，基座中的密封的隔間將使整個系統(tǒng)上升至表面。由于安裝的深度和其在流中的定位， 因此可取的是，安裝一種裝置，其提供附接于類似可充氣氣球的材料08)或類似物的纜繩、鏈條或類似物的卷軸(19)。以該方式，隨著加壓氣體注入到該類似氣球的材料中，纜繩、 鏈條或類似物被拖至表面。一旦存在船、平臺或類似物，則可以利用附件或該附件的收回系統(tǒng)來控制主系統(tǒng)的上升。


為了完成說明和為了有助于更好地理解本發(fā)明的特征，一組說明性且非限定性的附圖被公開作為說明書的整體部分，在該附圖中示出下列內(nèi)容圖1示出根據(jù)用于渦輪的附接的裝置的流的流動的正視圖，該渦輪包括橫向流渦輪。圖2示出用于渦輪的附接的裝置的側(cè)向圖，該渦輪包括橫向流渦輪。在該視圖中， 可以注意到與飛標(biāo)的側(cè)向圖的相似性。圖3示出用于渦輪的附接的裝置的平面圖，該渦輪包括橫向流渦輪。在該視圖中， 可以注意到與飛機(jī)的平面圖的相似性。圖4、圖5和圖6示出用于渦輪的附接的裝置的一系列立體圖，該渦輪包括橫向流渦輪。圖7示出用于渦輪的附接的裝置的立體圖，其中，為了示出密封的隔間中的一個的位置和形狀，已經(jīng)進(jìn)行了切割。圖8示出橫向流渦輪的立體圖，其中，轉(zhuǎn)子由兩個平行盤組成，彎曲的圓形葉片附接于該兩個平行盤。圖9和圖10示出處于兩個位置的用于渦輪的附接的裝置的側(cè)向圖，一個帶有密封的隔間定位在其中的區(qū)域的升高位置，并且另一個處于更低的上升位置，其中，通過指示箭頭，已經(jīng)模擬流的流動效果。圖11示出在圖10中進(jìn)行的局部切割，以突出部分(6)的形狀的對流的流動的影響以及其對渦輪的影響。圖12示出以基座表面作為參照的、用于渦輪的附接的裝置的最上部區(qū)段的視圖， 該視圖對應(yīng)于圖2的平面圖，而沒有渦輪和裝置的形狀(7)，其中，流動線示出在裝置的不同部分和區(qū)域上面。圖13、圖14和圖15示出用于渦輪的附接的另一裝置的正視圖、側(cè)向圖以及平面圖，這些圖演示了渦輪在裝置的替代性位置上的安裝以及另一類型的渦輪。圖16示出機(jī)構(gòu)的立體圖，用于渦輪的附接的裝置可以通過該機(jī)構(gòu)連接，用于其在河床或海床上的容置。圖17示出一種鎮(zhèn)重物的下部的立體圖，其中，可以看到支承腿(16)的分布和用于一些密封的隔間的容置的內(nèi)部區(qū)域(17)。圖18示出一種鎮(zhèn)重物或過重物的立體圖。圖19示出一系列密封的隔間的可能的分布和放置的立體圖，用于其在鎮(zhèn)重物部分(17)中的安裝。圖20示出由用于渦輪的附接的裝置形成的整個系統(tǒng)的立體圖，渦輪已經(jīng)安裝在其中，并且通過機(jī)構(gòu)05)連接于鎮(zhèn)重物，其中，可以看到旨在幫助和控制裝置上升的裝置的展開氣球08)。
具體實(shí)施例方式在各種可行的替代性方案，用于渦輪的附接的裝置的優(yōu)選實(shí)施由其在常規(guī)且適當(dāng)?shù)暮４采系陌惭b構(gòu)成，以從在相當(dāng)深的深度處流動的、具有可變深度和流動方向的深海洋流獲得電能。為了實(shí)現(xiàn)這一切，需要下列部件1.鎮(zhèn)重物或過重物( )，鎮(zhèn)重物或過重物06)的形狀和重量適合于保證其在海床上的不動性。鎮(zhèn)重物包括用于樞軸機(jī)構(gòu)05)的定位的區(qū)域03)。其還包括用于將整個系統(tǒng)錨固于海床的束縛點(diǎn)(18)或類似物。鎮(zhèn)重物包括一組腿(16)，以使其至海床的固定最優(yōu)化。一組密封的隔間定位在鎮(zhèn)重物的下部中的空間(17)內(nèi)，其優(yōu)選地以水填充，連接于彼此并且設(shè)有能遠(yuǎn)程控制的一組閥，其容許加壓空氣從上區(qū)段注入，以致排空內(nèi)部的水。密封的隔間具有圓筒形狀，并且側(cè)向鎖定部具有半球形形狀，以提供對一定深度處的水壓的較好抵抗。密封的隔間通過一組管連接于加壓空氣供應(yīng)系統(tǒng)，并且具有足夠的體積用于在已經(jīng)排出必需量的水之后，使安裝的整個系統(tǒng)上升至表面。鎮(zhèn)重物06)包括由卷軸(19)構(gòu)成的、幫助或控制上升以用于維護(hù)任務(wù)的裝置，抵抗?fàn)恳母咦杩剐圆牧系臈l帶圍繞卷軸(19)卷起，并且可充氣氣球型裝置08)附接于卷軸(19)的端部，通過可充氣氣球型裝置08)，在已經(jīng)注入加壓空氣時，條帶可以被拖至水面，在水面上，其可以被收集且用于控制上升操作。2.樞軸機(jī)構(gòu)(25)，樞軸機(jī)構(gòu)05)設(shè)有適合于用作輪軸的水平軸(9)，水平軸(9) 由包含一組軸承(11)的機(jī)構(gòu)(10)支承，其中，軸可以利用螺釘固定于機(jī)構(gòu)。該整個系統(tǒng)連結(jié)于用作豎直軸的新軸(12)，并且由包含一組軸承(14)的類似機(jī)構(gòu)(13)支承，軸承(14) 相對于先前描述的那些軸承定向成90度。將利用螺釘(1 執(zhí)行該機(jī)構(gòu)0 到鎮(zhèn)重物06) 的固定。機(jī)構(gòu)0 容許裝置04)在其運(yùn)動方面具有2個獨(dú)立的自由度。3.用于渦輪的附接的裝置(M)，裝置04)具有在其側(cè)向圖中與飛標(biāo)類似(見圖 2)并且在其平面圖中與飛機(jī)類似(見圖幻的特定水動力形狀。裝置04)包括支承或連接點(diǎn)(1)和定位在裝置04)的與用于容置渦輪的點(diǎn)不同的點(diǎn)處的用于測量流動強(qiáng)度的裝置，后者連接于系統(tǒng)以分析記錄的數(shù)據(jù)。取決于附接水力渦輪(8)的要求，裝置04)具有一系列開口和支承點(diǎn)0)，該水力渦輪(8)優(yōu)選為橫向流水力渦輪，并且具有由彎曲的圓形葉片連結(jié)于其上的兩個平行盤組成的轉(zhuǎn)子，以改進(jìn)其到整個系統(tǒng)的水動力中的集成性。裝置04)包括一組密封的隔間G)、一系列提升和切斷閥以及用于加壓空氣的供應(yīng)和返回的一組管，該組密封的隔間(4)被優(yōu)選為加壓空氣的氣體占據(jù)，該一系列提升和切斷閥設(shè)有
11用于遠(yuǎn)程控制該動作的機(jī)構(gòu)，該用于加壓空氣的供應(yīng)和返回的一組管源于密封的隔間的上部并且穿過用于渦輪的附接的裝置04)到達(dá)鎮(zhèn)重物中的位置，以借助于適當(dāng)?shù)难b置連接于外部設(shè)備。 4.橫向流水力渦輪(8)，橫向流水力渦輪⑶具有由彎曲的圓形葉片連結(jié)于其上的兩個平行盤組成的轉(zhuǎn)子，以實(shí)現(xiàn)其到整個系統(tǒng)的水動力中的較好集成性以及用于渦輪的附接的裝置04)在水流中的預(yù)期性能，其位于點(diǎn)(2)處并且采用允許旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。
5.連接于渦輪的可潛式發(fā)電機(jī)，該可潛式發(fā)電機(jī)優(yōu)選為可以結(jié)合在轉(zhuǎn)子本身內(nèi)部以使系統(tǒng)保持穩(wěn)定并且維持裝置的水動力類型的發(fā)電機(jī)。它還將被認(rèn)為是連接于發(fā)電機(jī)的被保護(hù)設(shè)備，其將穿過用于將渦輪附接至鎮(zhèn)重物的裝置，目的是借助于適當(dāng)?shù)难b置附接于水下電氣設(shè)備。6.設(shè)備，該設(shè)備位于指明的整個系統(tǒng)的外部，由與加壓空氣供應(yīng)和控制系統(tǒng)相關(guān)的一組裝置組成，該加壓空氣供應(yīng)和控制系統(tǒng)形成先前描述的整個系統(tǒng)的一部分。7.水下電網(wǎng)，該水下電網(wǎng)連接于用于輸送來自發(fā)電機(jī)的電力供應(yīng)的發(fā)電機(jī)的電氣設(shè)備。安裝用于渦輪的附接的裝置的程序如下。準(zhǔn)備用于浸沒的整個系統(tǒng)。為了錨固整個系統(tǒng)，必須連接不同的裝置；之前描述的樞軸機(jī)構(gòu)05)必須在為此指定的區(qū)域03)中安裝在鎮(zhèn)重物上。用于渦輪的附接的裝置04)必須借助于執(zhí)行軸的功能的軸(9)連接于該機(jī)構(gòu)。渦輪安裝在該裝置04)中，渦輪包含內(nèi)部發(fā)電機(jī)、用于加壓空氣的服務(wù)、供應(yīng)以及返回的管以及用于將來自發(fā)電機(jī)的電力供應(yīng)至布置在鎮(zhèn)重物中的相應(yīng)連接點(diǎn)的電網(wǎng)。為了使錨固過程更容易，可以利用某種固定裝置或通過某種溝槽系統(tǒng)連結(jié)這些設(shè)施。浸沒整個系統(tǒng)一旦已經(jīng)完成安裝準(zhǔn)備，我們進(jìn)入浸沒階段，該浸沒階段已經(jīng)保證在規(guī)定的海床上具有用于整個系統(tǒng)定位的規(guī)則且適當(dāng)?shù)谋砻娴膱鏊?。為了使浸沒更容易，可以控制密封的隔間的充水，以確保帶有較小阻力的受控浸沒，該阻力因整個系統(tǒng)的重量而產(chǎn)生。將從設(shè)有起重機(jī)或另一個系統(tǒng)的船、平臺或類似物完成浸沒，它們借助于條帶、纜繩或鏈條操縱和支承整個系統(tǒng)，該條帶、纜繩或鏈條對牽引具有高的阻抗性，它們在一端處附接通過遠(yuǎn)程控制允許附接和釋放的機(jī)構(gòu)并且借助于附接機(jī)構(gòu)(18)連接于鎮(zhèn)重物。一旦裝置已經(jīng)被錨固，并且纜材、鏈條或類似物已經(jīng)與鎮(zhèn)重物脫離，我們將繼續(xù)用水填充位于鎮(zhèn)重物的下部(17)中的密封的隔間(21)，以保證其不動性。接下來，描述的整個系統(tǒng)和用于渦輪的附接的上述裝置將在到達(dá)海床的時刻根據(jù)滿足的下列條件來操作第一，我們具有帶有負(fù)載的鎮(zhèn)重物，其具有所需的形式和支承件以保證其不動性。第二，樞軸機(jī)構(gòu)0 被適當(dāng)?shù)匕惭b在鎮(zhèn)重物的平臺上，該平臺保持在水平位置。第三，用于渦輪的附接的裝置04)借助于軸(9)連接于該機(jī)構(gòu)05)。第四，包含渦輪和發(fā)電機(jī)的裝置04)懸浮在水中。在這些情況下的水流影響
用于渦輪的附接的裝置04)的側(cè)面(見圖2)具有比正面(見圖1)大的表面；因此，其將經(jīng)受來自流的流動的更大的力，并且因此將直接采用其前緣進(jìn)入流的流動(見圖 1)中的位置。一旦裝置已經(jīng)定向在該位置(見圖9)，本體的相對于流的流動方向的最后區(qū)段與機(jī)翼類似的形狀(3)將提供對流的流動的最大阻撓，其將引起用于渦輪的附接的該裝置朝向海床傾斜(見圖10)。此時，渦輪定向和固定在流的流動中。接著，通過轉(zhuǎn)子上面的流的流動傳遞的力將引起渦輪中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，該轉(zhuǎn)子由彎曲的圓形葉片連結(jié)于其上的兩個平行盤組成。作為該動作的結(jié)果和由于其至發(fā)電機(jī)的連接，將進(jìn)行供電，通過它的與地面對應(yīng)的設(shè)備，這些供應(yīng)的電可以被方便地使用。渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動將引起振蕩力，其將傳遞通過整個裝置本體04)。為了使該動作最小化，討論的裝置有益之處在于其最后的區(qū)段中與機(jī)翼相似的上述形狀(3)，該形狀有助于平衡水流的流動中的力(見圖12)。接下來，我們將從用于測量流動強(qiáng)度的裝置獲得讀數(shù)，該裝置定位在與用于渦輪的附接的裝置04)的表面不同的點(diǎn)處，該裝置將連接于分析記錄的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。從那時開始，該數(shù)據(jù)的分析和觀察將容許判定用于渦輪的附接的裝置在渦輪的方向上關(guān)于流的流動強(qiáng)度的最佳傾斜角度。接著，如有必要，如先前描述的，可以利用在密封的隔間中交換的流體交換方法通過用于渦輪的附接的裝置相對于海床調(diào)節(jié)傾斜的角度。為了實(shí)現(xiàn)這一切并且取決于所需的操作類型，接著將遵循下列程序?yàn)榱耸乖谟糜跍u輪的附接的裝置04)和海床之間的傾斜角度減小，我們將替換包含在裝置的密封的隔間(4)中的精確的所需量的加壓空氣。將借助于適當(dāng)?shù)那乙?guī)定的裝置，利用在密封的隔間的上部之間連接于先前描述的外部單元的用于加壓空氣的作業(yè)管來實(shí)現(xiàn)該動作。同時，借助于定位在密封的隔間的下部中的管發(fā)生具有比海水的密度更高密度的液態(tài)流體的替換，其中，不帶有任何類型的閥。為了使在用于渦輪的附接的裝置和海床之間的傾斜角度增大，將從裝置的密封的隔間(4)排出精確的所需量的液態(tài)流體。其將利用用于加壓空氣的作業(yè)管通過引入所需壓力的加壓空氣來實(shí)現(xiàn)，該作業(yè)管借助于適當(dāng)?shù)难b置連接密封的隔間的上部和先前提到的外部單元。同時，借助于定位在密封的隔間的下部中的管將更高密度的流體將排出到大海中， 其中，不使用任何種類的閥。上升整個系統(tǒng)，用于執(zhí)行維護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的受控上升，將致動輔助和控制裝置。為此，將從所需裝置定位在其中的外部單元供應(yīng)足夠的加壓空氣至可充氣裝置(觀)，該可充氣裝置08)類似于折疊在鎮(zhèn)重物06)的隔間OO)中的氣球，目的是使裝置上升至水面、拖拽具有對牽引高阻抗性的纜繩，該纜繩卷繞在定位于鎮(zhèn)重物的隔間0 中的卷軸(19)上。一旦在水面上，纜繩將被收起并用于控制上升。此后，我們將從外部單元繼續(xù)將具有足夠壓力的加壓空氣供應(yīng)至密封的隔間
中，其中，用于供應(yīng)和控制加壓空氣的必要裝置定位在鎮(zhèn)重物中，目的是利用一系列管將包含在它們中的水排出。當(dāng)整個系統(tǒng)的體積變得比海水稀薄時，其將開始升高至表面?？梢酝ㄟ^從先前提到的外部單元調(diào)節(jié)密封的隔間中的加壓空氣的供應(yīng)和有效性來控制該上升的速度。
權(quán)利要求
1.一種可潛式裝置(M)，所述可潛式裝置04)用于附接水輪或渦輪，以從具有可變深度和流動方向的流動的水中獲得能量，所述可潛式裝置利用樞軸機(jī)構(gòu)0 安裝在海床或河床上并且設(shè)有一系列控制裝置，所述控制裝置用于控制所述用于附接渦輪的可潛式裝置 (24)的傾斜以及用于以水流和所述渦輪之間的最佳傾角定位所述用于附接渦輪的可潛式裝置(M)，所述可潛式裝置04)包括用于機(jī)構(gòu)05)的支承或連接點(diǎn)(1)，一系列點(diǎn)，所述一系列點(diǎn)(2)用于使水力渦輪容置在距所述連接區(qū)域(1)充分遠(yuǎn)的距離處，以允許一定的流動性以達(dá)到所述流的流動，用于測量流動強(qiáng)度的一系列裝置，所述一系列裝置連接于用于分析記錄的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，一系列密封的隔間G)，所述一系列密封的隔間(4)充滿氣體， 一系列裝置，所述一系列裝置能夠引起所述密封的隔間中的密度的變化，所述可潛式裝置04)進(jìn)一步限定為具有特定的水動力形狀，所述特定的水動力形狀有助于所述可潛式裝置在所述流的方向和中央處的定位和穩(wěn)定，所述形狀在側(cè)向圖中類似于飛標(biāo)的形狀并且在平面圖中類似于飛機(jī)的形狀，具有結(jié)構(gòu)本體和相對于假想的中心平面的多功能對稱形狀，其中，每個不同的部分和形狀有助于達(dá)到不同的目的并且執(zhí)行不同的動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述不同的區(qū)域有助于下列動作 所述渦輪定位在其中的區(qū)域之前的區(qū)域(6)的形狀有助于優(yōu)化所述可潛式裝置的性能，通過將水朝向轉(zhuǎn)子引導(dǎo)充當(dāng)注入器，在流的流動方向上位于所述渦輪(8)后面的區(qū)域(5)的形狀有助于使將引起所述渦輪的運(yùn)動的湍流的影響最小化，相對于所述流的流動方向的最后部分(3)的形狀對所述裝置的穩(wěn)定性特別有幫助，所述形狀在外觀上類似于機(jī)翼，所述渦輪定位在其中的區(qū)域上方的區(qū)域(7)的形狀有助于加強(qiáng)所述區(qū)域(5)，并且同時像用于所述渦輪的噴嘴一樣起作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述樞軸機(jī)構(gòu)0 包括兩個垂直的桿(9 和12)，所述桿容許所述裝置04)具有二個獨(dú)立的運(yùn)動自由度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，充滿所述密封的隔間的所述氣體是空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述密封的隔間由具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的單個腔構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述密封的隔間由一系列互連的單元構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述單元具有圓筒形狀，并且所述側(cè)向鎖定部具有半球形形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，水進(jìn)入到所述密封的隔間內(nèi)的裝載和卸載不需要閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，海水的進(jìn)水管包括過濾器，以防止海洋物種和有機(jī)材料進(jìn)入到所述密封的隔間內(nèi)。
10.根據(jù)前面的權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，定位在所述結(jié)構(gòu)的另一部分中的另一密封的隔間的存在達(dá)到減輕所述負(fù)載或有助于所述裝置的穩(wěn)定性的目的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，將引起所述密封的隔間中的密度變化的所述裝置使用流體交換方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，將引起所述密封的隔間中的密度變化的所述裝置使用增加和減少流體的方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，設(shè)有用于控制和增加壓力的裝置的存儲和加壓單元定位在設(shè)備外部的區(qū)域中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述用于測量流動強(qiáng)度的裝置是氣壓計(jì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述渦輪是橫向流渦輪。
16.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述渦輪是軸向流渦輪。
17.根據(jù)權(quán)利要求15和16所述的裝置，其特征在于，設(shè)有串聯(lián)地定位在所述區(qū)域O) 中的兩個或多個渦輪。
18.根據(jù)權(quán)利要求15和16所述的裝置，其特征在于，設(shè)有并聯(lián)地定位在所述區(qū)域O) 中的兩個或多個渦輪。
19.根據(jù)權(quán)利要求15和16所述的裝置，其特征在于，設(shè)有并聯(lián)地定位在所述區(qū)域(3) 中的兩個或多個渦輪。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步限定為適合安裝在較大深度處。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置利用金屬材料結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，所述金屬材料結(jié)構(gòu)能夠覆蓋有適當(dāng)?shù)乃苄圆牧弦允艿奖Ｗo(hù)而免受環(huán)境中的腐蝕性元素的影響。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，直接在海床或河床上執(zhí)行安裝。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，借助于鎮(zhèn)重物執(zhí)行所述可潛式裝置在海床或河床中的安裝。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述鎮(zhèn)重物06)設(shè)有 用于定位所述樞軸機(jī)構(gòu)05)的區(qū)域；一系列腿(16)；用于錨固所述整個系統(tǒng)的附接點(diǎn)(18)； 一些密封的隔間；以及用于幫助及控制上升的裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的裝置，其特征在于，所述腿(16)能夠延伸，以將所述鎮(zhèn)重物固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的裝置，其特征在于，所述密封的隔間被水占據(jù)并且在它們的上部連接于加壓空氣供應(yīng)系統(tǒng)，以能夠排空所述水并且使所述整個系統(tǒng)上升至表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求M所述的裝置，其特征在于，所述用于幫助及控制上升的裝置包括卷軸(19)，在所述卷軸(19)上卷繞對牽引具有高阻抗性的條帶、纜繩或鏈條，在所述卷軸 (19)的端部中具有可充氣裝置08)。
28.一種用于產(chǎn)生電能的方法，所述方法使用根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于附接渦輪的裝置(M)，所述方法包括通過一系列傳遞機(jī)構(gòu)利用由所述渦輪執(zhí)行的工作使發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
29.—種錨固根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于附接渦輪的裝置04)的方法，其特征在于，從船、平臺或類似物執(zhí)行該動作，所述船、平臺或類似物設(shè)有起重機(jī)或系統(tǒng)，用于借助于對牽引具有高阻抗性的條帶、纜繩或鏈條來操縱和支承所述整個系統(tǒng)，并且通過對所述密封的隔間受控地填充水來實(shí)現(xiàn)浸沒。
30.一種使根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于附接渦輪的裝置04)上升至表面的方法，其特征在于，使用用于幫助及控制所述上升的系統(tǒng)，一旦該系統(tǒng)到達(dá)表面其就能夠被收集并且用于控制所述上升；通過供應(yīng)加壓空氣至不同的密封的隔間，實(shí)現(xiàn)排空包含在它們中的水和所述整個系統(tǒng)上升至表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可潛式裝置，用于聯(lián)接水輪或渦輪，以從具有可變深度和流動方向的流動的水中獲得能量。裝置旨在利用樞軸機(jī)構(gòu)安裝在海床或河床上，并且設(shè)有用于控制其傾斜和將其安置在水流和渦輪之間的最佳傾角處的一系列裝置。本發(fā)明還包括用于使渦輪容置在距附接區(qū)域足夠遠(yuǎn)的距離的點(diǎn)；測量流動強(qiáng)度的裝置，其連接于用于分析所獲得的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；密封的隔間；以及能夠改變所述密封的隔間內(nèi)的密度的裝置。本發(fā)明具有特定的水動力形狀，便于其在流的方向上和流內(nèi)的定向和穩(wěn)定性，所述形狀在側(cè)向圖中類似于飛標(biāo)并且在平面圖中類似于飛機(jī)。
文檔編號F03B17/06GK102459867SQ201080032495
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者卡梅洛·韋利翁·加斯孔, 巴特里亞克·阿納馬里亞 申請人:能量鯨尾渦輪公司