專利名稱：用于從水流產(chǎn)生能量的浮動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從水流產(chǎn)生能量的裝置，如在所附權(quán)利要求1和6中的介紹中所陳述。該設(shè)備利用在海洋、湖泊、江河或其它水體的 表面下方的水流。這樣的水流可例如由洋流、潮沙變化(tidal variation )和/或水下地形(例如，海峽、河床或其它水下窄通道)形成。
背景技術(shù)：
存在多種已知的用于從洋流產(chǎn)生能量的裝置和方法。 挪威專利申請第1999 1984號描述了一種用于從海洋和江河水流 產(chǎn)生電能的設(shè)備。該設(shè)備整個地位于水表面下方且包括若干帶有葉片 的渦輪，支承系統(tǒng)、拉索系統(tǒng)(guy system)和發(fā)電機。渦輪軸桿取 向為垂直于水運動方向且葉片為翼形使得渦輪在相同方向旋轉(zhuǎn)，與水 的運動方向無關(guān)。渦輪軸桿利用浮力箱支承于框架中，安裝于支承和 軸承系統(tǒng)上，且設(shè)備由模塊組成。設(shè)備具有由浮力箱和固定于水表面 下方的拉索系統(tǒng)調(diào)節(jié)的正浮力，結(jié)果造成設(shè)備由拉索系統(tǒng)保持于表面以下。該設(shè)備采用傳統(tǒng)葉片。US 4 864 152描述了一種包括環(huán)形浮筒的浮動水流發(fā)電設(shè)備，其 借助于系纜樁而在底部系留到錨上。所有渦輪可被替換且安裝到共同 梁上且可在環(huán)形浮筒所限定的區(qū)域內(nèi)作為一個單元樞轉(zhuǎn)直到表面。發(fā) 電設(shè)備可圍繞著系纜樁而移動，其頂端連接到前浮筒且其底端固定到 錨上。美國專利第5,440,176號描述了一種可潛水的水力渦輪設(shè)備，其 包括以不同組合懸置于張力腿型浸沒平臺下方的渦輪/發(fā)電機。在申請人所擁有的國際專利申請PCT/NO02/00249(國際公開第 WO03/006825A1號)中提到了浮動潮汐發(fā)電設(shè)備的另 一實例。這個設(shè) 備包括具有一定數(shù)目浮力元件的平臺，優(yōu)選地在平臺的每一個角落中 有一個浮力元件，從而以最小的位移來同樣滿足對橫向和縱向的穩(wěn)定 性的要求。 一定數(shù)目的支承臂從平臺向每一側(cè)延伸，各自保持著發(fā)電 機外殼。支承臂在平臺中的附連點處鉸接。已知的設(shè)備基本上被設(shè)計成以放置于沿岸水中為目的，在那里， 風(fēng)和波浪力比它們可能在遠(yuǎn)海上的狀況更緩和。但將發(fā)電設(shè)備放置于 海中或其它苛刻環(huán)境中存在較大的能量回收潛力。因此需要一種用于 從水流產(chǎn)生能量的設(shè)備，其能比迄今已知的設(shè)備耐受更大的環(huán)境力。挪威專利申請第20070228號描述了一種用于從水流產(chǎn)生能量的設(shè) 備，包括一種用于浸沒于水中的結(jié)構(gòu)、和連接到該結(jié)構(gòu)的多個渦輪模 塊。該設(shè)備包括多個柱，柱在其相應(yīng)端部之一處連接到該結(jié)構(gòu)并且還 可滑動地連接到浮力元件，且每個柱能選擇性地且可釋放地附連到浮 力元件。但位于海中的設(shè)備經(jīng)受波浪和風(fēng)所引起的較大動態(tài)負(fù)荷。在上述 用于定位在海中的設(shè)備中，位于水表面上方的浮力元件的部分可能會 經(jīng)受波浪和風(fēng)負(fù)荷，這可能會使整個設(shè)備置于相對較大的運動中，特 別是繞設(shè)備橫向軸線的運動。這提出了結(jié)構(gòu)上的挑戰(zhàn)以及對渦輪效率 具有不利影響。因此需要一種對較大環(huán)境力不太敏感的設(shè)備。發(fā)明內(nèi)容因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于從水流產(chǎn)生能量的裝置，其包 括第一元件、第二元件和連接到第一元件的多個渦輪模塊，其特征在 于，所述第二元件以近似垂直的關(guān)系安裝到第一元件上，第一元件適 于浸沒到水表面的下方，且當(dāng)該設(shè)備處于生產(chǎn)中時第二元件的上部在 水表面的上方突出。第一元件優(yōu)選地配備壓載箱和龍骨。還可有利地配備穩(wěn)定器，優(yōu) 選地在第一元件的兩端。根據(jù)本發(fā)明，還提供用于浮動設(shè)備的系泊裝置，包括系泊纜索， 系泊纜索在它們的相應(yīng)端部之一處連接到該設(shè)備，其特征在于，系泊 纜索在它們相應(yīng)的第二端處經(jīng)由在水表面下方的附連點和纜索連接 到浮標(biāo)，其中系泊纜索在該設(shè)備與相應(yīng)浮標(biāo)之間基本上水平地延伸。浮標(biāo)有利地經(jīng)由系泊纜索(26a， 26b， 26c)在水表面下方連接到底 部上的的相應(yīng)錨。


從所附專利權(quán)項，以及參看附圖進行的下列描述，本發(fā)明的實施例將會變得顯而易見。應(yīng)了解附圖僅圖示了典型實施例，且不應(yīng)被認(rèn) 為限制本發(fā)明。在附圖中，相似的部件由相似的附圖標(biāo)記來表示，其 也將在下文中采用。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實施例的透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實施例的端視圖。 圖3是圖2所示設(shè)備的側(cè)視圖。
圖4是從上方觀察的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實施例的原理圖。 圖5是根據(jù)本發(fā)明的系泊系統(tǒng)的原理圖。
圖6是對應(yīng)于圖5所示的系泊系統(tǒng)的原理圖，其中若干設(shè)備串聯(lián) 在一起。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備適于局部浸沒于表面S下方的水中。該設(shè)備包 括第一主體10和第二主體20，如圖1所示，第一主體10優(yōu)選地為 水下結(jié)構(gòu)且第二主體20優(yōu)選地為向上突出的結(jié)構(gòu)，其中能看出當(dāng)設(shè) 備位于水中的操作位置時第二主體20的一部分在水表面S上方突出。 圖I示出其中結(jié)構(gòu)IO、 12為殼形主體的實施例。
第二主體20在下文中被稱作塔架20，塔架20也可包括控制室 31和用于操作設(shè)備的其它器械和設(shè)施，包括壓載箱(未圖示)和通往水 下結(jié)構(gòu)10的進入通道(未圖示)。
突出支承臂40安裝到結(jié)構(gòu)10上。如圖所示，支承臂優(yōu)選地安裝 到結(jié)構(gòu)10的相應(yīng)相對側(cè)上。在圖中，支承臂40被描繪為桁架結(jié)構(gòu)， 但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解其它構(gòu)造也是可能的。在相應(yīng)支承臂40的 每個臂的外端處設(shè)有相應(yīng)渦輪模塊750。
在本文中，"渦輪模塊"應(yīng)被理解為是指一種包括以下構(gòu)件的模 塊 一或多個渦輪400、機器外殼752,機器外殼752可能帶有用于 連接到渦輪的軸桿、輪轂、間距控制系統(tǒng)等以及所需的能從水流產(chǎn)生 能量的其它內(nèi)含物。
渦輪400可包括一個、兩個、三個或更多的個別渦輪葉片，如本 領(lǐng)域技術(shù)人員將理解。在下文中，"渦輪"將用作共同標(biāo)示，與渦輪 葉片數(shù)目無關(guān)。
圖1、圖3和圖4示出渦輪模塊750具有兩個渦輪400，優(yōu)選地被布置成在每個機器外殼752的每一端處有一個渦輪。在這個配置 中，可對兩個渦輪加以布置以便其反轉(zhuǎn)。
取決于所選的發(fā)電機方案，機器外殼752可尤其包含水輪機(泵)， 其經(jīng)由纜線操作相應(yīng)水力發(fā)電機。發(fā)電機可(例如)位于塔架20或水下 結(jié)構(gòu)10中。在另一變型中，機器外殼752可包含以本領(lǐng)域技術(shù)人員 已知的方式通過旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電能的常規(guī)發(fā)電機。在另一變型中，機器 外殼752可包含反轉(zhuǎn)發(fā)電機，例如，如在挪威專利申請2002 0800中 所述。
塔架20被圖示為帶有錐形部分22的基本上管狀元件，錐形部分 22沿著設(shè)備縱向軸線相對置地定向。但就其它塔架截面形狀(例如， 橢圓形、矩形)和配置(例如，銜架結(jié)構(gòu))而言，如果它們執(zhí)行類似功能， 也應(yīng)被認(rèn)為涵蓋于本發(fā)明中。當(dāng)設(shè)備經(jīng)受水流時，錐形部分22具有 阻力減小作用，此外，它們將有助于排斥開抵靠著設(shè)備而漂移的物體。
圖1示出了其中水下結(jié)構(gòu)IO具備龍骨14的本發(fā)明的實施例。龍 骨14可有利地配備額外重物。水下結(jié)構(gòu)10也可配備穩(wěn)定器12,如 在圖1和圖4中所示，穩(wěn)定器12在結(jié)構(gòu)10的相應(yīng)端部處成對布置。 穩(wěn)定器12可被固定或可旋轉(zhuǎn)地安裝到結(jié)構(gòu)10上。在圖2和圖3中未 示出龍骨14和穩(wěn)定器。
當(dāng)設(shè)備處于水中時，其可經(jīng)由錨鏈(或者纜索、纜線或繩索；在 下文中系泊纜索)錨固到例如海床，錨鏈以本身已知的方式附連到 設(shè)備上。在這個圖中，系泊纜索24a、 24b附連到水下結(jié)構(gòu)10的相應(yīng) 端部。圖1、圖3、圖4示出了系泊纜索24a、 24b的部件。為了說明 清楚起見，省略了關(guān)于操縱系泊纜索和將系泊纜索鎖定到設(shè)備上的進 一步的細(xì)節(jié)，因為這些細(xì)節(jié)是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。以相同方式，省略 了用于輸出電力和控制該設(shè)備的電纜的附連點，因為這些任務(wù)以本領(lǐng) 域技術(shù)人員熟知的方式進行。
水下結(jié)構(gòu)10和塔架20優(yōu)選地包含壓栽箱(未圖示)，因此能夠借 助于壓載這些箱和卸除這些箱的壓載而使得設(shè)備的提升、降低和定位 能受控。
如圖所示，支承臂40優(yōu)選地相對于水下結(jié)構(gòu)10近似垂直地安裝。 盡管這是優(yōu)選布置，但本發(fā)明不應(yīng)限于支承臂與水下結(jié)構(gòu)之間的嚴(yán)格 垂直關(guān)系。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解支承臂也可安裝成適度的二面角配置(dihedral configuration);這可能會在使用期間當(dāng)水下結(jié)構(gòu)10 提升到水表面S或水表面S上方時減小使設(shè)備傾斜的需要。但是，這 將需要支承臂中較大的強度和設(shè)備中額外的浮力性能以便將渦輪模 塊提升到水表面S上方。
現(xiàn)參看圖5，其示出當(dāng)設(shè)備位于水中時用于設(shè)備的新錨固系統(tǒng)。 設(shè)備10、 20被示出處于操作狀態(tài)，其中水下結(jié)構(gòu)10浸沒且塔架20 部分地突出到水表面S的上方。
系泊系統(tǒng)24a、 24b在它們的第一端處連接到水下結(jié)構(gòu)10的相應(yīng) 端部，如上文所提到的那樣。系泊纜索24a、 24b的相應(yīng)第二端連接 到單獨的浮標(biāo)50、 52，浮標(biāo)50、 52皆被示出為在水表面S中浮動。 浮標(biāo)借助于連接到相應(yīng)錨29a、 29b、 19c的下系泊纜索26a、 26b、 26c而錨固到海床B上。如圖5所示，系泊纜索24a、 24b可有利地 經(jīng)由合適的連接點27a、 27c、 27d和合適長度的纜索28連接到浮標(biāo) 50、 51。以此方式，系泊纜索24a、 24b的相應(yīng)第二端在水平面S下 方的一個高度處連接到連接點27a、 27b、 27c、 27d,該高度基本上 對應(yīng)于系泊纜索24a、 24b第一端與水下結(jié)構(gòu)IO相連接處的水表面S 下方的高度。
這種錨固系統(tǒng)確保了系泊纜索24a、 24b在水中以盡可能水平的 一種方式延伸。因而設(shè)備10、 20經(jīng)受基本上水平的張力負(fù)荷并且設(shè) 備在水中保持位于盡可能水平的位置。從而避免了使用常規(guī)錨固時通 常會經(jīng)歷的豎直力分量。與塔架10的適當(dāng)形狀組合，這種錨固系統(tǒng) 有助于減小設(shè)備在水中，甚至在波濤洶涌的海中的縱搖顛簸。
所提出的浮標(biāo)錨固系統(tǒng)的關(guān)鍵方面在于當(dāng)設(shè)備處于操作中時(例 如，為了產(chǎn)生大約160至180噸靜態(tài)負(fù)荷加額外動態(tài)負(fù)荷的負(fù)荷/阻 力)將設(shè)備保持就位的錨纜索并不給予設(shè)備10、20大量豎直負(fù)荷分量。 舉例而言，在系泊纜索24a、 24b中大約200噸的張力，以及在下系 泊纜索26a或26b、 26c與海床之間大約20度的角度、以及大約150 米的系泊纜索總長度將需要在浮標(biāo)中產(chǎn)生大約70噸浮力。舉例而言， 浮標(biāo)50、 52可被設(shè)計成在其穿透水表面S時具有70噸的浮力。而且， 重要的是指出浮標(biāo) 一 直具有大約相同的浮力，即使(例如)其沉到水表 面S下方3米。但如果發(fā)生這種情況，例如當(dāng)力增加超過假定最大值 時，將同時減小系泊纜索到設(shè)備內(nèi)與向下到底部B之間的角度，可能減至大約16度。由此，對浮標(biāo)中浮力的需要也減小到大約60噸。倘 若在設(shè)備與浮標(biāo)之間存在大約100米的距離，則到設(shè)備內(nèi)的角度將更 改僅大約1.25度。因此，由于浮標(biāo)中的浮力要求隨著角度減小而減 少，該系統(tǒng)是獨特的。
圖6示出了連接在一起成一行的一系列如圖5所示的串聯(lián)裝置。 設(shè)備10'、 20'串聯(lián)地安裝于上文所述設(shè)備10、 20的上游或下游。設(shè) 備10'、 20'經(jīng)由系泊纜索24a'連接到下系泊纜索26b'并且錨29b，經(jīng)由 連接點27a連接到浮標(biāo)52。在設(shè)備IO、 20左側(cè)，系泊纜索24b"指示 出相對應(yīng)的設(shè)備安裝于設(shè)備10、 20左側(cè)。以此方式，可以將若干設(shè) 備串聯(lián)起來，且在每個設(shè)備的每一側(cè)上具有最少一個浮標(biāo)且在每一個 方向上具有最少一個錨。或者，在從浮標(biāo)出來的每個方向上釆用若干 個錨。這將會造成較少的橫向漂移。
或者，成一行的若干發(fā)電設(shè)備可在發(fā)電設(shè)備之間結(jié)合使用僅一個 浮標(biāo)，由于在流動方向上僅存在張力，其大約每六個小時發(fā)生逆轉(zhuǎn)。 為了避免系泊纜索在這種裝置中彼此摩擦，理想地在一個方向上僅使 用一個錨，且在另一方向上可能使用兩個錨。參看透視圖。
作為系泊纜索，可使用鏈、鋼絲和人造纖維繩索的組合。
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權(quán)利要求
1.一種用于從水流產(chǎn)生能量的裝置，包括第一元件(10)、第二元件(20)和連接到所述第一元件的多個渦輪模塊(750)，其特征在于，所述第二元件以近似垂直的關(guān)系安裝到所述第一元件上，所述第一元件適于浸沒于水表面之下，且當(dāng)設(shè)備處于生產(chǎn)中時，所述第二元件的上部在所述水表面上方突出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 其特征在于，所述第一元件配備壓載箱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置， 其特征在于，所述第一元件具備龍骨(14)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一元件具備穩(wěn)定器(12),優(yōu)選地在所述第一 元件的兩端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述渦輪模塊(750)經(jīng)由相應(yīng)的支承臂(40)連接到所 述第一元件(IO)。
6. —種用于浮動設(shè)備(10, 20)的錨固裝置，其包括系泊纜索(24a， 24b)，所述系泊纜索(24a， 24b)在它們的相應(yīng)端部之一處連接到所述設(shè) 備，其特征在于，所述系泊纜索(24a, 24b)在它們的相應(yīng)第二端處經(jīng)由 在水表面(S)以下的相應(yīng)連接點(27a， 27b， 27c， 27d)和纜索(28)而連接 到浮標(biāo)(50, 52)，由此所述系泊纜索(24a， 24b)在所述設(shè)備與相應(yīng)浮標(biāo) 之間基本上水平地延伸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的錨固裝置，其特征在于，所述浮標(biāo)(50， 52)經(jīng)由系泊纜索(26a，26b，26c)連接 到在水表面下方的底部(B)上的相應(yīng)錨(29a. 29b, 29c)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從水流產(chǎn)生能量的裝置，其包括第一元件(10)、第二元件(20)和連接到第一元件的多個渦輪模塊(750)。第二元件以近似垂直關(guān)系安裝到第一元件上，第一元件適于浸沒到水表面的下方，且當(dāng)設(shè)備處于生產(chǎn)中時第二元件的上部在水表面上方突出。本發(fā)明還涉及用于浮動設(shè)備(10，20)的錨固裝置，其包括系泊纜索(24a，24b)，系泊纜索(24a，24b)在它們相應(yīng)端部之一處連接到該設(shè)備且在其相應(yīng)第二端處連接到浮標(biāo)(50，52)，其中系泊纜索(24a，24b)在該設(shè)備與相應(yīng)浮標(biāo)之間基本上水平地延伸。
文檔編號F03B17/06GK101657634SQ200880012157
公開日2010年2月24日 申請日期2008年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者S·D·亨里克森 申請人:海德拉潮汐能科技公司