專利名稱：將水電渦輪機緊固到布置場所的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將水電渦輪機緊固到例如海底的布置場所以及大潮汐流的區(qū)域中的方法，所述方法使得渦輪機能被緊固地定位而不具有倒轉(zhuǎn)或滑出適當位置的風險，但是不需要使用打樁或其它復雜的固定操作，從而顯著地簡化了這種渦輪機的安裝。
背景技術(shù)：
當前，并且在全球范圍內(nèi)，高度關(guān)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(guān)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。安裝過程由于市場上越來越缺少執(zhí)行這種鉆孔工作的適當容器和裝備以及從事潛水人員在高潮汐流動場所非常危險而進一步復雜化。因此，本發(fā)明的目的是提供將水電渦輪機緊固到諸如海底的布置場所處的方法， 所述方法使用易于獲得的非專業(yè)的海上裝備且不需要復雜且耗時的鉆孔或類似準備性操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供將水電渦輪機緊固到布置場所處的方法，所述方法包括下述步驟將所述渦輪機安裝到具有多個支腿的底座上；將所述底座定位在海底的高潮汐流區(qū)域中；利用通過潮汐流施加到渦輪機和/或底座上的力在底座上產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，所述轉(zhuǎn)動力矩迫使支腿中的至少一個穿透海底以便于諸如防止底座不期望的移動。優(yōu)選地，所述方法包括下述步驟將所述渦輪機定位在所述底座至少部分上方，以便于由于潮汐流對抗渦輪機而經(jīng)歷倒轉(zhuǎn)力矩；以及允許倒轉(zhuǎn)力矩通過所述底座傳遞到所述支腿中的至少一個以便于迫使所述支腿抵住海底。優(yōu)選地，所述方法包括下述步驟使所述支腿中的至少一個穿透海底。優(yōu)選地，所述方法包括下述步驟利用由所述渦輪機在其運行期間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩來迫使所述支腿中的至少一個抵住海底。優(yōu)選地，所述方法包括下述步驟相對于潮汐流的方向定位所述底座，以使得當潮汐在第一方向上流動時迫使渦輪機的下游側(cè)的至少一個支腿抵住海底，并且當潮汐流反向以在與所述第一方向基本相反的第二方向上流動時迫使渦輪機的下游側(cè)的至少一個另一支腿抵住海底。優(yōu)選地，所述方法包括下述步驟所述底座設置有以大致三角形排列布置的三個支腿；相對于潮汐流的方向定位所述底座，以使得所述支腿中的兩個定位在渦輪機的下游側(cè)并且其余的支腿定位在渦輪機的上游側(cè)，并且當潮汐流的方向反向時反之亦然。優(yōu)選地，所述方法包括下述步驟相對于潮汐流的方向定位底座以使得渦輪機的下游側(cè)的兩個支腿沿著與潮汐流的方向基本成法向的軸線定位。根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供水電渦輪機系統(tǒng)，所述水電渦輪機系統(tǒng)包括渦輪機；底座，所述渦輪機能夠安裝在所述底座上，所述底座包括多個支腿，所述支腿中的至少一個定位為經(jīng)歷向下的力，當所述系統(tǒng)布置在海底的高潮汐流布置場所處時，所述向下的力由潮汐流施加到渦輪機和/或底座上的力產(chǎn)生。優(yōu)選地，所述底座包括以三角形取向排列的三個支腿。優(yōu)選地，三個支腿中的每個具有海底接觸端，海底接觸端的形狀和尺寸設計為輔助穿透海底。優(yōu)選地，所述底座包括三角形形狀的框架，支腿從所述框架的每個頂端延伸出。優(yōu)選地，所述支腿或每個支腿的海底接觸端是尖的。優(yōu)選地，所述支腿或每個支腿的海底接觸端包括翼片排列。優(yōu)選地，多個翼片圍繞各個支腿的縱軸線以圓形排列布置。優(yōu)選地，每個翼片向內(nèi)成錐形以使得翼片收斂到共同點處。如本文中使用的，術(shù)語“海底”指的是除了諸如河床等任何適當水體的基底或底部之外的海底。如本文中使用的，術(shù)語“潮汐流的方向，，指的是潮汐流動的主要方向，由于潮汐退潮和流動將稍微偏離主要方向。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的水電渦輪機系統(tǒng)的立體圖；圖2示出了原位位于海底的圖1中的系統(tǒng)的示意性側(cè)視正面圖；以及
圖3示出了從圖1中所示的底座的支腿形成部分中的一個的下方看到的立體圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，示出了通常表示為10的水電渦輪機系統(tǒng)，所述水電渦輪機系統(tǒng)適合于簡化形成系統(tǒng)10的部分的水電渦輪機12到海底B的安裝和維護，如圖2所示。系統(tǒng) 10進一步包括底座14，渦輪機12安裝在底座14上，并且在圖示的實施方案中底座14包括框架16，三個支腿18適合于從所述框架16伸出，如下文中描述的，以便在由于經(jīng)過此處的水的潮汐流而作用于系統(tǒng)10上的力的影響下擠壓且優(yōu)選地穿透海底B。一旦支腿18擠壓或已穿透海底B，系統(tǒng)10將適當?shù)鼐o固到適當位置上，因此響應于經(jīng)過此處的潮汐流不沿著海底B滑動或翻轉(zhuǎn)。因此，將理解的是，特別是從系統(tǒng)10的構(gòu)造和操作的隨后描述中，在將系統(tǒng)10定位在海底B之前，不需要鉆孔或其它準備性操作。這大大減少了安裝和拆除系統(tǒng)10的時間、作用力和成本。在圖示的實施方案中，底座14的框架16為三角形形狀且由一起限定三個頂端22 的三個支柱20構(gòu)成，支腿18中的一個在三個支柱20中的每個處或者與每個鄰近處向下延伸。盡管框架16的三角形形狀是優(yōu)選的，從隨后的說明將理解的是，框架16的形狀可以進行很多改變，此外設置的支腿18的數(shù)量可以改變?，F(xiàn)在，特別參考圖2，可以看出，每個支腿18包括海底接觸端M，海底接觸端M優(yōu)選地向內(nèi)成錐形指向點26。本文中術(shù)語“點”的使用不是要將構(gòu)造限制為尖銳的尖端等，并且僅意指點26的尺寸足以使得每個支腿18的接觸端M抓緊且優(yōu)選地至少部分地穿透海底B，如下文中詳細說明的。在圖示的實施方案中，每個接觸端M包括多個錐形翼片觀，四個翼片觀設置為形成每個接觸端對。當然，將理解的是，翼片觀的數(shù)量和形狀/取向可以進行顯著地改變。 翼片觀的使用顯著地減小了接觸端M的截面面積，從而提高了端M抓緊、刺透或穿透海底B的能力。另外，一旦接觸端M沉入海底B，翼片觀將抵住在每個支腿18上的任何轉(zhuǎn)動力矩，從而提高了系統(tǒng)10的穩(wěn)定性。然后轉(zhuǎn)到本發(fā)明的操作，最初利用任何適當?shù)娜萜?未示出)(例如由繩索等牽引的小艇)將系統(tǒng)10運送到布置場所。然后將系統(tǒng)10從所述容器(未示出)朝向海底B下降且下降到海底B，使得渦輪機12緊固到底座14。在接觸到海底B時，三個支腿18的有尖接觸端M將由于渦輪機12和底座14的重量向下作用到有尖接觸端M上而牢固地抓緊到海底B上。在缺少在布置場所處經(jīng)受的主要潮汐力的情況下，這種抓緊將足以防止系統(tǒng)10 沿著海底B的不期望移動或滑移。然而，由于在布置場所處經(jīng)受的主要潮汐力，由渦輪機12 和底座14的重量實現(xiàn)的抓緊的程度可能不足以防止系統(tǒng)10的上述不期望移動。因此，系統(tǒng)10設計為通過支腿18中的至少一個由潮汐流產(chǎn)生向下的作用力，從而通過底座14在海底B上產(chǎn)生增強的抓緊。這主要是通過將渦輪機12選擇性地定位在底座 14上支腿18中的每個之間的位置處來實現(xiàn)的。以此方式，無論潮汐流的方向如何，支腿18 中的一個或多個將定位在渦輪機12的下游。參考圖1，隨著潮汐在第一方向A上流動，渦輪機12定位在兩個支腿18的上游和其余支腿18的下游。水的潮汐流抵住渦輪機12將在底座14上產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。因此，底座14像在圍繞安裝渦輪機12的點處樞轉(zhuǎn)的杠杠一樣起作用，并且由于一對下游支腿18的向外位置底座14將迫使那兩個支腿18特別是支腿18的接觸端M向下抵住海底B。所產(chǎn)生的力優(yōu)選地足以使得兩個下游支腿18穿透到海底B中， 從而將系統(tǒng)10緊固地定位在適當位置上并且防止系統(tǒng)10沿著海底B滑移。在各個支腿的接觸端M處產(chǎn)生的力的量可以通過增加或減小支腿18與渦輪機12間隔開的距離而改變， 從而增加由框架16限定的有效杠杠的長度。渦輪機12在底座14的上方延伸的高度也是產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩的大小的確定因素。因此，渦輪機12相對于底座14的高度可以被改變以改變所產(chǎn)生的力且因此改變支腿18的穿透程度，從而防止系統(tǒng)10不期望的移動。系統(tǒng)10也優(yōu)選地相對于潮汐流的主要方向定位，以使得一對下游支腿18的均定位在在與潮汐流的方向A大致成法向的線上。以此方式，均等的力施加到各個支腿18上，提高了底座14在海底B的穩(wěn)定性。當潮汐反向而在相反的方向AA上流動時，位于渦輪機12 的下游的兩個支腿18現(xiàn)在將定位在渦輪機12的上游，而其余的單個支腿18現(xiàn)在定位在渦輪機12的下游。而且，抵住渦輪機12作用的潮汐流將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，這將使得框架16像杠桿一樣起作用并且將該轉(zhuǎn)動力矩傳送成通過單個下游支腿18作用的向下的力。而且，該向下的力將使得所述支腿18的接觸端M的牢固地抓緊和/或穿透到海底B中，從而防止系統(tǒng)10的不期望移動。除了上述產(chǎn)生的力之外，渦輪機12在潮汐流中運行且經(jīng)受旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。結(jié)果，由渦輪機12產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。而且，支腿18相對于渦輪機12的定位將使得該轉(zhuǎn)矩通過底座14向下傳送到支腿18中，從而進一步增加由支腿18經(jīng)受的向下作用的力。因此，渦輪機12的操作抵住沿著海底B的不期望移動而進一步起作用將系統(tǒng)10緊固到適當位置上。如上所述，除了支腿18的數(shù)量之外，只要保持上述功能，框架16的形狀可以改變。 然而，使用三個支腿18確保，無論海底B的輪廓的不規(guī)則性如何，所有三個支腿18將接觸海底B從而為系統(tǒng)10提供穩(wěn)定性。另外，使用三個支腿18是允許將系統(tǒng)10穩(wěn)定地定位在海底B的最小數(shù)量的支腿。因此，這使得由各個支腿18施加到海底B上的壓力最大化，從而實現(xiàn)穿透海底B。盡管可以設置附加的支腿18，這將減小由各個支腿18施加的壓力。因此，將理解的是，使用三角形構(gòu)造的三個支腿18為系統(tǒng)10提供了多種益處。如上文詳述地，系統(tǒng)10通過適當?shù)难b置運送到安裝場所且下降到海底。系統(tǒng)10 朝向海底B下降且下降到海底B，如圖2中所示。在該點處，由于支腿18的三角形布置，每個接觸端M將自動地接觸海底B，以使得系統(tǒng)10自動地找到最穩(wěn)定的位置。一旦將系統(tǒng) 10在潮汐流中定位在海底B上，由于上述杠桿效應，各個接觸端M連同端M的形狀和構(gòu)造一起，將穿透海底B，無論海底B是否為巖石。這種穿透可以從圖2中清除地看到。系統(tǒng) 10最終將在各個支腿18某種程度的穿透之后固定。在該點處，系統(tǒng)10完全緊固到適當位置上，并且無論作用于系統(tǒng)10上的潮汐流如何，系統(tǒng)10將不沿著海底B滑動，并且除此之外不離開固定位置或倒轉(zhuǎn)。當下降系統(tǒng)10時，有利的是使得“前方”支腿18首先下降。這將允許10圍繞該支腿18旋轉(zhuǎn)(通過操縱當將系統(tǒng)10下降到海底B時使用的容器)，直到系統(tǒng)10已到達正確的方位，從而使渦輪機12與潮汐流一致。在該點處，后方的兩個支腿18被下降。這種方法可能意味著，前方支腿18可不具有翼片28，因為翼片觀將使得更加難以旋轉(zhuǎn)前方的支腿 18。因為由于系統(tǒng)10的構(gòu)造和操作使得不需要鉆孔或其它準備操作，因此系統(tǒng)10的設計允許渦輪機12在系統(tǒng)10在布置到海底B上之前能被預先安裝在底座14上。如果為了將系統(tǒng)10緊固到適當位置上而需要例如打樁等鉆孔或其它操作，那么在這個操作過程中安裝到到系統(tǒng)10的任何渦輪機12受到損壞的危險度高并且因此不是可用的選擇。因此，將理解的是，本發(fā)明的系統(tǒng)10提供了優(yōu)于將潮汐渦輪機安裝到海底的現(xiàn)有技術(shù)方法的許多優(yōu)點。 由于支腿18的設計，并且特別是成錐形的接觸端M，在渦輪機或底座14需要維護的情況下，系統(tǒng)10還能夠通過適當?shù)牡跎b置(未示出)被提升而離開海底B。一旦已經(jīng)完成這樣的維護，系統(tǒng)10僅被下放回到海底B，其中底座14將再次自動地穿透海底B以將其自身緊固到適當位置上。因此，不需要將系統(tǒng)10精準地重新定位在為了維護而從其拆除的位置處。這顯著地降低了重新定位系統(tǒng)10時所需的精度，從而減少了完成該任務所花費的時間。
權(quán)利要求
1.一種將水電渦輪機緊固到布置場所的方法，所述方法包括以下步驟 將所述渦輪機安裝到具有多個支腿的底座上；將所述底座定位在海底高潮汐流的區(qū)域中；利用由潮汐流施加在所述渦輪機和/或所述底座上的力在所述底座上產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩， 所述轉(zhuǎn)動力矩迫使所述支腿中的至少一個穿透海底以便于諸如防止所述底座的不期望移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括以下步驟將所述渦輪機定位在所述底座至少部分上方，以便于由于潮汐流對抗渦輪機而經(jīng)歷倒轉(zhuǎn)力矩；以及允許倒轉(zhuǎn)力矩通過所述底座傳遞到所述支腿中的至少一個以便于迫使所述支腿抵住海底。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括以下步驟利用由所述渦輪機在其運行期間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩來迫使所述支腿中的至少一個抵住海底。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括以下步驟相對于潮汐流的方向定位所述底座，以使得當潮汐在第一方向上流動時迫使渦輪機的下游側(cè)的至少一個支腿抵住海底，并且當潮汐流反向以在與所述第一方向基本相反的第二方向上流動時迫使渦輪機的下游側(cè)的至少一個另一支腿抵住海底。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括以下步驟 所述底座設置有以大致三角形排列布置的三個支腿；相對于潮汐流的方向定位所述底座，以使得所述支腿中的兩個定位在渦輪機的下游側(cè)并且其余的支腿定位在渦輪機的上游側(cè)，并且當潮汐流的方向反向時反之亦然。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括以下步驟相對于潮汐流的方向定位所述底座以使得所述渦輪機的下游側(cè)的兩個支腿沿著與潮汐流的方向基本成法向的軸線定位。
7.一種水電渦輪機系統(tǒng)包括渦輪機；底座，所述渦輪機能夠安裝在所述底座上，所述底座包括多個支腿，所述支腿中的至少一個定位為經(jīng)受向下的力，當所述系統(tǒng)布置在海底的高潮汐流布置場所處時，所述向下的力由潮汐流施加到所述渦輪機和/或所述底座上的力產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述底座包括以三角形取向排列的三個支腿。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述三個支腿中的每個具有海底接觸端，所述海底接觸端的形狀和尺寸設計為輔助穿透海底。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述底座包括三角形形狀的框架，支腿從所述框架的每個頂端延伸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述支腿或每個支腿的海底接觸端是尖的。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述支腿或每個支腿的海底接觸端包括翼片排列。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，多個翼片圍繞各個支腿的縱軸線以圓形排列布置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的系統(tǒng)，其中，每個翼片向內(nèi)成錐形以使得翼片收斂到共同點處。
全文摘要
本發(fā)明提供將水電渦輪機緊固到例如海底的布置場所以及大潮汐流的區(qū)域的方法，通過利用潮汐流在安裝有渦輪機的底座的一個或多個支腿上產(chǎn)生向下作用的力，所述方法使得所述渦輪機能夠被緊固地定位而不具有倒轉(zhuǎn)或滑出適當位置的風險，但是不需要使用打樁或其它復雜的固定操作。
文檔編號F03B13/26GK102245892SQ200980150579
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)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(quán)有限公司