專利名稱：液流葉輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝于具有單向或雙向潮汐流的海峽或其它海域把水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楦子谳斔偷哪艿男问郊匆簤耗芑螂娔艿囊毫魅~輪機(jī)或液流葉輪機(jī)裝置。本發(fā)明特別涉及權(quán)利要求1前序部分所說明的那種液流葉輪機(jī)。
自古以來人們就一直在努力利用河流和海洋中流水的動(dòng)能。很早就有人提出把水輪從木筏或平底船上浸入水中利用旋轉(zhuǎn)能推磨。也有把安裝在小發(fā)電機(jī)上的螺旋槳從游船上浸入水中發(fā)電的。
人們曾經(jīng)數(shù)度努力把永久性液流葉輪機(jī)置于海床上。從《電子學(xué)通訊》1996年發(fā)表的16683號歐洲原子能聯(lián)營研究報(bào)告了解到可以把帶有各種螺旋槳的塔或其它液流葉輪機(jī)置于水系統(tǒng)中。此種裝置由于交流能耗一直很昂貴。
還了解到可以使用帶長形固定裝置的薄片或葉片作螺旋槳從一邊側(cè)向伸出，所述各葉片置于水流中。這只能用于單向水流。
本發(fā)明的主要目的是提供一種其尺寸能用于廣大水流區(qū)域的液流葉輪機(jī)，它適于在船塢制造并易于運(yùn)到使用地點(diǎn)予以錨定。這種液流葉輪機(jī)應(yīng)能浸入水中，露出水面的部分盡可能小。它還應(yīng)能運(yùn)到別的地點(diǎn)，可以拖到岸上維修。另一方面，重要部件應(yīng)該在維修地點(diǎn)都有。成本應(yīng)該合理并有足夠的工作壽命。
權(quán)利要求1對本發(fā)明作了說明。有了此種液流葉輪機(jī)或液流葉輪機(jī)裝置就可以在大海峽和類似的海域布上換能器。盡管可以很容易地運(yùn)到使用地點(diǎn)，作為平底船，其錨定裝置又很簡單，但是其大小卻可以制得適于大面積的水流。根據(jù)本發(fā)明的液流葉輪機(jī)可以作為組件積木式地制造，并適于各種地點(diǎn)使用。它可以配置得不妨礙船只的交通，可設(shè)在有最大潮汐流的行船區(qū)域下面的區(qū)域。它可以配置在靠近海床的位置。
本發(fā)明的液流葉輪機(jī)特有的優(yōu)點(diǎn)是不管海深如何均可發(fā)揮作用。經(jīng)適當(dāng)錨定，本發(fā)明的液流葉輪機(jī)可以定點(diǎn)于深海峽的靠近水面的位置和淺水的靠近底部的位置。
本發(fā)明的其它特征在權(quán)利要求2-11中說明。下面參照各實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
本發(fā)明顯示于圖中，附圖中

圖1顯示的是具有根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例液流葉輪機(jī)的電站設(shè)在海峽中的透視圖；圖2顯示的是圖1的液流葉輪機(jī)主要元件的部分側(cè)視圖；圖3至圖5示意地顯示圖2之實(shí)施例的各種可供選擇的方案；而圖6則顯示其中一種液流葉輪機(jī)的部分側(cè)視圖。
圖1中顯示的是兩岸12、13之間由于潮汐力量水流有變化的海峽11。浸于海峽11中的是液流葉輪機(jī)(即轉(zhuǎn)變流水動(dòng)能的裝置)14。例中的液流葉輪機(jī)14包括附有下面說明的換能器的長形托架或橫梁15。托架15具有上下兩個(gè)部分平直部分彎曲的表面，是對稱的翼形，圖2顯示的是其斷面圖。所述翼主要位于一個(gè)水平面上。沿例中托架15配置的是五對水輪16。例中的圓筒形水輪，例如Darrieus氏或Voith氏水輪，使用時(shí)有垂直軸線。關(guān)于其尺寸，例中的水輪直徑可為12米，長12米，而所述翼高可為4米，寬為25米。
圖1中的例子，托架15用兩根錨定索17、1 8錨定于海峽11中，相對由海峽11到陸上固定器19、20的方向傾斜。固定器19、20可能是合適的絞盤，用于以下述方法確定或改變液流葉輪機(jī)的位置。液流葉輪機(jī)可以通過繩索17、18浸于海峽中不妨礙船只交通的深度。也可以在淺水中以操縱絞盤周期地或臨時(shí)地升降托架的辦法以最佳利用水流，并在有船只經(jīng)過時(shí)例如以降低液流葉輪機(jī)的辦法讓船只通過。還可以在安排液流葉輪機(jī)時(shí)留出船只通道，并把液流葉輪機(jī)按下述辦法安排為數(shù)層的“液流葉輪機(jī)墻”。水流從表面到深層次的分布決定設(shè)計(jì)。
托架15包括如下所述的一個(gè)或若干個(gè)換能器。轉(zhuǎn)換出的能通過電纜22輸送到電網(wǎng)23或者通過液壓管為驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的液壓發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。
在圖2中顯示了圖1的液流葉輪機(jī)的斷面圖。托架15的中央有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)室31，兩邊各有一個(gè)穩(wěn)定室32、33。發(fā)動(dòng)機(jī)室可以通過安排于其端部的頂門34從上面接觸到，以便進(jìn)行檢查、維修。這一結(jié)構(gòu)要求把液流葉輪機(jī)提升到水面位置使用頂門34?；蛘撸部梢圆捎孟駨耐屑?5升出的煙囪那樣的圓形通筒，或者包含一個(gè)閘門裝置，可由潛水員接觸到。
發(fā)動(dòng)機(jī)室31有一個(gè)承載例如液壓泵或發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)換能器36的底盤35。旋轉(zhuǎn)換能器36有一根穿過自身的軸，以其上部37和下部38承載兩個(gè)同軸的水輪16，所述軸的上、下部通過密封盒(未顯示)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)室。發(fā)動(dòng)機(jī)室可以在共同的室內(nèi)或各水輪或一組水輪設(shè)的室內(nèi)有轉(zhuǎn)換所述軸的旋轉(zhuǎn)能的設(shè)備。發(fā)動(dòng)機(jī)室可以具有大氣壓或者相應(yīng)的水壓。
穩(wěn)定室32、33可以用已知的方法排空以取得正浮力，例如用于把液流葉輪機(jī)從制造地點(diǎn)拖到工作地點(diǎn)或者用于把它從使用位置提升到維修位置。填滿穩(wěn)定室會(huì)相應(yīng)地取得負(fù)浮力讓液流葉輪機(jī)下沉。
在圖1的例中，液流葉輪機(jī)具有負(fù)浮力，從而懸掛于兩根纜繩17和18上。另一實(shí)施例是用纜繩錨定于海床，要求定位后液流葉輪機(jī)具有正浮力，因而由錨定索迫使其向下。此種機(jī)構(gòu)要求潛水員或者海床上的錨定索引導(dǎo)，引導(dǎo)到岸上的絞盤。
圖3中顯示的是圖2的液流葉輪機(jī)的簡化實(shí)施例，只在托架41的下邊或上邊有液流葉輪機(jī)42。
圖4中顯示的是另一實(shí)施例，水輪43位于兩個(gè)翼形托架44、45之間，水輪43的軸有一固定于下托架45的聯(lián)接頭46，允許有一定的旋轉(zhuǎn)。在此情況下，水輪43比前述各例顯然要長些。
圖5中顯示的是再一實(shí)施例，有用上托架50和下托架51疊加聯(lián)接起來的三排水輪47、48、49。這一結(jié)構(gòu)沒有潛水設(shè)備不可進(jìn)入下托架。但允許用一組設(shè)備覆蓋更為廣大的區(qū)域。這種液流葉輪機(jī)可在倒臥狀態(tài)下拖到使用地點(diǎn)，然后以適當(dāng)?shù)厥雇屑?0和51平衡的辦法使之在水中翻轉(zhuǎn)90度。
本發(fā)明可以不同結(jié)構(gòu)的托架和水輪實(shí)現(xiàn)，水輪可以是軸向水流的也可以是徑向水流的。圖6中顯示的是另一種液流葉輪機(jī)，它有一個(gè)帶轂盤62的水螺旋槳61，所述轂盤聯(lián)接在水平軸63上，所述軸以傳動(dòng)齒輪64聯(lián)接于與托架67內(nèi)的換能器66相連的垂直傳動(dòng)裝置65。在所有情況下，換能器都可聯(lián)接于各軸或者多個(gè)葉輪軸推動(dòng)一根公共換能器軸(未示出)，一個(gè)換能設(shè)備只有一個(gè)換能器。托架15可用延伸到岸上設(shè)施或延伸到海床上的錨的纜繩錨定。但也可根據(jù)本發(fā)明用控制線或錨定索把液流葉輪機(jī)錨定于海床上的一個(gè)或數(shù)個(gè)塔上。
此外，也可聯(lián)接于其它設(shè)備或結(jié)構(gòu)上。例如可根據(jù)本發(fā)明把液流葉輪機(jī)錨定于水中的隧道橋、水中的水管或類似的結(jié)構(gòu)上。
根據(jù)本發(fā)明的液流葉輪機(jī)可以細(xì)心地置于水中。海床或水面都只需很小面積。在狹窄的海峽內(nèi)最好使用岸基錨定。所述托架應(yīng)有足以有穩(wěn)定性的下潛重量。在公海里，托架應(yīng)以足夠的浮力錨定于海床上。錨定系統(tǒng)可以如現(xiàn)有技術(shù)那樣。在粒狀地帶要把樁柱跟吸入泵和噴射清淤裝置一起下潛。在巖石上則要鉆孔，以便用水泥連接對海床上的剛性盤預(yù)加應(yīng)力的纜繩。
根據(jù)本發(fā)明的液流葉輪機(jī)可以不用人員操作，但人員可以進(jìn)去維修。此種液流葉輪機(jī)可以浮到水面以便通過普通的頂門或者使用通筒觸及內(nèi)部、或在帶閘門裝置情形下由潛水員進(jìn)入。也可以使用設(shè)在海岸下或海岸上從海岸通到托架的傾斜隧道和托架帶有附屬裝置。
帶水輪的托架可以在船塢或其它工業(yè)部門預(yù)制，再拖到使用地點(diǎn)。此外，它也可以自己推進(jìn)，例如以一部電動(dòng)機(jī)為一個(gè)或數(shù)個(gè)水輪或者一個(gè)特制的螺旋槳提供動(dòng)力使之沿著水系移動(dòng)。在使用地點(diǎn)可以把幾個(gè)裝置聯(lián)在一起，也可以單個(gè)配置。所述配置可能需要一步一步操作，通過壓艙材料降低托架，用錨定索聯(lián)接到海岸或海床。為了調(diào)整位置也許要使用一個(gè)或數(shù)個(gè)絞盤。
在逆向水流里，這是最有利的地點(diǎn)，在潮汐流改變時(shí)最易定位。例如為了進(jìn)行岸上修理或大修而拆卸時(shí)所述過程相反。
所述有軸的水輪和換能設(shè)備均可制成組件可替換地安裝于所述托架的凹處或孔內(nèi)，易于岸上維修。托架的孔可以是方的或者是圓的。所述組件可以聯(lián)接于普通的電力或液壓系統(tǒng)，把能輸送到岸上并從岸上輸來控制信號。
為了減少軸張力而對水輪軸的兩端支撐時(shí)，托架中的一個(gè)，例如下托架，可以，例如用立于海床的支架，簡化結(jié)構(gòu)。水輪可以相互緊相聯(lián)接，使覆蓋面積大于暴露面積。
權(quán)利要求
1.一種海流葉輪機(jī)，至少有一個(gè)最好有多個(gè)帶垂直軸或水平軸的水輪，所述的葉輪機(jī)聯(lián)接于托架(15)上，用以錨定于流水中，以便沿垂直于水流方向延伸，其特征在于所述托架(15)相對垂直中央平面是對稱的；所述水輪(16)配置于所述托架(15)之上和/或之下；所述托架設(shè)有控制浮力的裝置，以便在水中升降，可以用繩索定位。
2.按照權(quán)利要求1的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述水輪(43)置于一對托架(44、45)之間，與托架之一(45)的聯(lián)接頭可以旋轉(zhuǎn)。
3.按照權(quán)利要求1或2的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述托架(15)設(shè)有控制浮力的穩(wěn)定室(32、33)。
4.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的海流葉輪機(jī)，其特征在于，在其各端均有錨定索(17、18)，用于在海峽或具有強(qiáng)水流的海進(jìn)行錨定。
5.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述的托架(15)可在海床上建立的一座或若干座塔上下沉。
6.按照權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述托架(15)是長形的，兩邊呈尖形。
7.按照權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述托架(15)有供公共轉(zhuǎn)換軸或發(fā)電機(jī)或液壓泵之用的內(nèi)室(31)，以便把能轉(zhuǎn)換到動(dòng)力網(wǎng)。
8.按照權(quán)利要求7的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述托架的內(nèi)室(31)具有大氣壓力或相應(yīng)于水壓的壓力。
9.按照權(quán)利要求8的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述托架(15)設(shè)有一個(gè)頂門(34)、一個(gè)通筒或閘門裝置，以使人員可以接觸內(nèi)室(31)。
10.按照權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述托架是一種完全地或部分地沉于水中的管形橋。
11.按照權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的海流葉輪機(jī)，其特征在于，所述海流葉輪機(jī)設(shè)有例如為一個(gè)或若干個(gè)水輪提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)或一個(gè)螺旋槳這樣的使海流葉輪機(jī)在海上移動(dòng)的推進(jìn)裝置。
全文摘要
一種海流葉輪機(jī),至少有一個(gè)最好有多個(gè)帶垂直軸或水平軸的水輪,所述的葉輪機(jī)聯(lián)接于長形托架(15)上,用以錨定于流水中,以便沿垂直于水流方向延伸。所述托架(15)在形狀上對垂直中央平面是對稱的,為了用于雙方向海水流,最好是對稱翼形的。所述水輪(16)最好置于所述托架(15)之上和之下,但也可置于兩個(gè)平行的托架之間。所述托架設(shè)有控制浮力的裝置,例如平穩(wěn)室,以便在水中升降。
文檔編號F03B13/00GK1262719SQ98807007
公開日2000年8月9日 申請日期1998年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月7日
發(fā)明者托科爾德·卡斯滕斯, 尼爾斯·斯伯德索爾 申請人:辛文特公司