專利名稱：發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)單元，尤其涉及但不僅限于一種包括水下渦輪機(jī)單元 的發(fā)電機(jī)和水下渦輪機(jī)單元。
背景技術(shù)：
為了滿足不斷增長(zhǎng)的對(duì)能量的需要，一般希望開(kāi)發(fā)有利環(huán)境的發(fā)電方法。一個(gè)特 殊感興趣的領(lǐng)域涉及利用潮汐能發(fā)電。這可以通過(guò)利用水下發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。與已知的水下渦輪機(jī)相關(guān)的問(wèn)題包括需要仔細(xì)密封設(shè)置作為渦輪機(jī)的部分以防 止水侵入的發(fā)電機(jī)組件，以及維護(hù)困難。這是由于整個(gè)渦輪機(jī)必須被收回以允許對(duì)任何渦 輪機(jī)部件的維護(hù)。另一個(gè)問(wèn)題是優(yōu)化發(fā)電。本發(fā)明的至少一個(gè)方面的一種或多種實(shí)施方式的目的中的一個(gè)是消除或減輕上 述缺點(diǎn)中的至少一個(gè)。本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方式的進(jìn)一步的目的是提供一種由潮汐或水流驅(qū)動(dòng)的 水下渦輪機(jī)單元，該單元能夠在退潮或漲潮中運(yùn)行，而不需運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)到潮汐方向。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元，所述至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元包括具有通過(guò)其中的液 體流道的殼體；以及至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置，所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置安裝在所述流道內(nèi)，并 用于響應(yīng)于通過(guò)所述流道的液流轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)包括電力發(fā)電機(jī)。優(yōu)選方式是，所述流道限定節(jié)流。該布置有利地增加相對(duì)于所述流道的非節(jié)流部分在所述流道的節(jié)流部分內(nèi)流過(guò) 所述流道的液體的速度。所述節(jié)流優(yōu)選包括文丘里管，所述文丘里管可以形成部分或整個(gè) 流道。特別是所述文丘里管可以包括擴(kuò)散-收斂-擴(kuò)散文丘里管，該擴(kuò)散-收斂-擴(kuò)散文 丘里管從所述流道任一端開(kāi)口朝向所述流道內(nèi)部逐漸變細(xì)。優(yōu)選方式是，所述殼體實(shí)質(zhì)上圍繞所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置的位置對(duì)稱。所述文丘里管可以包括至少一個(gè)第一截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體， 任選地包括圓筒主體，以及包括至少一個(gè)第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體。在一種實(shí)施方式中，間隙設(shè)置在一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭 形的主體的叉開(kāi)端以及另一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體的相鄰 的叉開(kāi)端之間，所述一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體的叉開(kāi)端的 直徑小于所述另一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體的叉開(kāi)端的直徑。優(yōu)選方式是，所述一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體的叉 開(kāi)端實(shí)質(zhì)上沿縱向與所述另一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體的叉開(kāi)端一致。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)還包括操作地連接到所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置的泵裝置；由所述渦輪機(jī)裝置驅(qū)動(dòng)并且定位成與所述至少一個(gè)渦輪機(jī)單元分開(kāi)的發(fā)電機(jī)裝 置；以及將所述泵裝置連接到所述發(fā)電機(jī)裝置并用于從所述泵裝置將流體供給到用于發(fā) 電的所述發(fā)電機(jī)組件的流體供給裝置。優(yōu)選方式是，所述至少一個(gè)/每一個(gè)水下渦輪機(jī)單元適合于位于水體內(nèi)，例如在 海、海洋或河底或河床。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)裝置適合于位于所述水體的外面。優(yōu)選方式是，所述液體從所述渦輪機(jī)單元淹沒(méi)在其中的水體提供，并且可以是海 水。所述流體可以包括所述液體。所述渦輪機(jī)殼體可以包括外殼體套以及內(nèi)殼體套，所述內(nèi)殼體套可以限定所述流 道。這有利地允許所述外殼體套成流線形，以便降低潮汐力作為整體對(duì)所述渦輪機(jī)單元的 影響。作為選擇，所述渦輪機(jī)外殼可以包括可以限定所述流道的單個(gè)殼體套。所述渦輪機(jī)裝置可以包括單級(jí)轉(zhuǎn)子和定子組合，例如申請(qǐng)人授權(quán)的英國(guó)專利No. 2 302 348中披露的結(jié)構(gòu)，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)參考并入這里，或所述渦輪機(jī)裝置可以僅僅包括 轉(zhuǎn)子。作為選擇，所述渦輪機(jī)裝置可以包括多級(jí)轉(zhuǎn)子和定子組合，或任何其它適當(dāng)?shù)臏u 輪機(jī)裝置。在進(jìn)一步的可選擇的實(shí)施方式中，所述渦輪機(jī)裝置可以包括多個(gè)連接在一起的 渦輪機(jī)主體，每一個(gè)渦輪機(jī)主體包括一或多級(jí)轉(zhuǎn)子和定子組合。所述泵裝置可以，例如通過(guò)所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置的輸出軸，連接到所述至 少一個(gè)渦輪機(jī)裝置。所述泵裝置可以包括本申請(qǐng)人的同在審理中的PCT專利公開(kāi)No. WO 02/36964中披露的泵，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)參考并入這里。所述泵裝置可以安裝在所述殼體 內(nèi)，優(yōu)選安裝在所述流道內(nèi)，并且可以直接連接到所述渦輪機(jī)裝置。作為選擇，所述泵裝置 可以位于與所述渦輪機(jī)殼體分開(kāi)的位置。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)裝置設(shè)置在水面，例如在海面或在陸地上。這樣特別有 利，因?yàn)檫@允許容易接近和維護(hù)所述發(fā)電機(jī)裝置。作為選擇，發(fā)電機(jī)裝置可以設(shè)置在水下。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)裝置包括由所述渦輪機(jī)單元/所述渦輪機(jī)單元中的每一 個(gè)供給的單個(gè)發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置。所述發(fā)電機(jī)裝置可以包括發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置和發(fā)電機(jī)單 元。所述發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置可以直接或通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)、帶驅(qū)動(dòng)或其它傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī) 單元，以增加所述發(fā)電機(jī)單元相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置的轉(zhuǎn)速。所述發(fā)電機(jī)單元可以 產(chǎn)生或者為交流(AC)或者為直流(DC)的電力，并且可以對(duì)其進(jìn)行電控，這樣可以允許控制 輸出特性。所述發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置可以包括操作地連接到所述發(fā)電機(jī)的沖擊式水輪機(jī)或其 它渦輪機(jī)裝置。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置由與驅(qū)動(dòng)所述水下渦輪機(jī)單元的渦輪 機(jī)裝置相同的液體驅(qū)動(dòng)。由此，提供所述泵裝置以供給液體特別是諸如海水的水到所述發(fā) 電機(jī)組件，從而有利地允許單種液體用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)單元渦輪機(jī)裝置以及發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置。由此，發(fā)電機(jī)裝置的發(fā)電機(jī)單元僅僅需要與發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置密封，并且不需要與周圍 環(huán)境密封。所述發(fā)電機(jī)裝置產(chǎn)生的電力可以由所述發(fā)電機(jī)裝置儲(chǔ)存或與所述發(fā)電機(jī)裝置分 開(kāi)儲(chǔ)存，例如由一個(gè)或多個(gè)電池存儲(chǔ)，或可以直接供給到電力系統(tǒng)中，例如局部電力系統(tǒng)。 在后一種情況下，在供給到電力分配主系統(tǒng)，例如電網(wǎng)之前，可以對(duì)產(chǎn)生的電力的同步性、 功率因數(shù)以及電壓進(jìn)行電調(diào)節(jié)。所述發(fā)電機(jī)裝置可以通過(guò)電纜，例如海底電纜，連接到局部 電力分配系統(tǒng)。所述流體供給裝置可以包括在所述泵裝置和所述發(fā)電機(jī)裝置之間延伸的管道。所 述流體供給裝置優(yōu)選可釋放地連接到至少所述泵裝置和/或所述渦輪機(jī)裝置，以允許所述 泵裝置和所述渦輪機(jī)裝置中的一個(gè)或兩者分離并移出以便回收到水面。所述渦輪機(jī)殼體優(yōu)選，通過(guò)例如安裝結(jié)構(gòu)，固定到水下表面，例如海、海洋或河底 或河床，所述渦輪機(jī)殼體可以實(shí)質(zhì)上與潮汐流的方向成一直線。作為選擇，所述渦輪機(jī)殼體 可以可動(dòng)地固定到水下表面，以允許移動(dòng)從而朝向主或潮汐流的方向。所述渦輪機(jī)單元可 以包括海底渦輪機(jī)單元，但是可以理解所述渦輪機(jī)單元可以用于任何存在液體流的水下環(huán) 境，例如，在任何潮汐或河流的情形。優(yōu)選方式是，所述渦輪機(jī)單元還設(shè)置有可釋放地可安裝在所述渦輪機(jī)單元內(nèi)的渦 輪機(jī)部分，所述部分包括所述渦輪機(jī)裝置到所述泵裝置中的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于本發(fā)明第一方面的發(fā)電機(jī)中的或當(dāng)用于本 發(fā)明第一方面的發(fā)電機(jī)中時(shí)的渦輪機(jī)單元。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元，所述至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元包括用于響應(yīng)于液流轉(zhuǎn) 動(dòng)的至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置以及操作地連接到所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置的泵裝置；定位成與所述至少一個(gè)渦輪機(jī)單元分開(kāi)的發(fā)電機(jī)裝置；以及流體供給裝置，所述流體供給裝置將所述泵裝置連接到所述發(fā)電機(jī)裝置并用于將 流體從所述泵裝置供給到用于發(fā)電的所述發(fā)電機(jī)裝置。優(yōu)選方式是，所述至少一個(gè)/每一個(gè)水下渦輪機(jī)單元適合于位于水體內(nèi)，例如在 海，海洋或河底或河床。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)裝置適合于位于所述水體的外面。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。進(jìn)一步的優(yōu)選方式是，所述至少一個(gè)渦輪機(jī)單元包括具有通過(guò)其中的流道的殼 體；所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置，所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置安裝在所述流道內(nèi)，并用于響應(yīng)于 通過(guò)所述流道的液流轉(zhuǎn)動(dòng)。所述發(fā)電機(jī)裝置可以位于與所述渦輪機(jī)殼體分開(kāi)的位置。優(yōu)選方式是，所述液體從所述渦輪機(jī)單元淹沒(méi)在其中的水體提供，并且可以是例 如海水。所述流體可以包括所述液體。優(yōu)選方式是，所述發(fā)電機(jī)包括兩個(gè)或多個(gè)水下渦輪機(jī)單元，每一個(gè)渦輪機(jī)單元包 括用于響應(yīng)于液流轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪機(jī)裝置以及操作地連接到所述各個(gè)渦輪機(jī)裝置的泵裝置；所述發(fā)電機(jī)裝置定位成與所述渦輪機(jī)單元分開(kāi)；以及將每一個(gè)渦輪機(jī)單元泵裝置連接到所述發(fā)電機(jī)裝置并用于從每一個(gè)泵裝置將流 體供給到用于發(fā)電的所述發(fā)電機(jī)裝置的流體供給裝置。更優(yōu)選的方式是，所述發(fā)電機(jī)裝置包括由所述兩個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)單元泵裝置中的每一個(gè)供給的單個(gè)發(fā)電機(jī)裝置。這允許單個(gè)發(fā)電機(jī)裝置有利地被設(shè)置連接到所述兩個(gè)或多 個(gè)渦輪機(jī)單元，從而，例如提供共用的單個(gè)發(fā)電機(jī)裝置，以降低結(jié)構(gòu)和維護(hù)成本。所述發(fā)電機(jī)可以包括多個(gè)，例如三個(gè)或更多個(gè)渦輪機(jī)單元，每一個(gè)渦輪機(jī)單元泵 裝置連接到所述發(fā)電機(jī)裝置。每一個(gè)渦輪機(jī)單元泵裝置可以通過(guò)各自的流體供給裝置連接 到所述發(fā)電機(jī)裝置。以這種方式，流體可以與每一個(gè)渦輪機(jī)單元的泵裝置分開(kāi)地供給到位 于遠(yuǎn)處的發(fā)電機(jī)裝置，在所述發(fā)電機(jī)裝置處每一個(gè)泵裝置供給的流體可以合并成單個(gè)流， 以驅(qū)動(dòng)例如所述發(fā)電機(jī)裝置的發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置。作為選擇，所述流體供給裝置可以包括 用于合并來(lái)自與所述發(fā)電機(jī)裝置分開(kāi)的或在所述發(fā)電機(jī)裝置外面的每一個(gè)渦輪機(jī)單元泵 裝置的流體的裝置，例如，通過(guò)可以是水下集管的集管。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種水下渦輪機(jī)單元，所述水下渦輪機(jī)單元包括 用于響應(yīng)于液流轉(zhuǎn)動(dòng)的至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置以及操作地連接到所述渦輪機(jī)單元裝置的泵 裝置，所述渦輪機(jī)單元還設(shè)置有可釋放地可安裝在所述渦輪機(jī)單元內(nèi)的渦輪機(jī)單元部分， 所述部分包括所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置和所述泵裝置中的至少一個(gè)。所述渦輪機(jī)單元可以包括具有通過(guò)其中的液體流道的殼體；以及至少一個(gè)渦輪機(jī) 裝置，所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置安裝在所述流道內(nèi)，并用于響應(yīng)于通過(guò)所述流道的液體流 體流轉(zhuǎn)動(dòng)。所述渦輪機(jī)部分可以包括可釋放地可安裝在所述渦輪機(jī)殼體內(nèi)的渦輪機(jī)殼體部 分。優(yōu)選方式是，所述渦輪機(jī)部分還包括所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置和所述泵裝置。這種布置允許攜帶所述渦輪機(jī)裝置和所述泵的所述渦輪機(jī)部分有利地從所述水 下渦輪機(jī)單元釋放并且移去或替換，例如，為了維護(hù)的目的。特別是所述渦輪機(jī)部分可以是 通過(guò)從所述渦輪機(jī)單元釋放該部分可回收到水面。所述渦輪機(jī)外殼可以包括開(kāi)口，以允許接近所述渦輪機(jī)殼體部分，所述開(kāi)口可以 選擇性地關(guān)閉。所述渦輪機(jī)殼體可以包括可開(kāi)啟的片狀物、門、檔、窗等，用于選擇性地關(guān)閉 和開(kāi)啟以允許接近所述渦輪機(jī)外殼部分以便移出。渦輪機(jī)殼體部分可以包括環(huán)狀件，所述 環(huán)狀件可以形成所述流道的部分并且可以容納所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置和所述泵裝置中 的一個(gè)或兩者的至少部分。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括根據(jù)本發(fā)明的第四方面的水下渦輪機(jī)單元；位于與所述渦輪機(jī)外殼分開(kāi)的位置的發(fā)電機(jī)裝置；以及流體供給裝置，所述流體供給裝置將所述泵裝置連接到所述發(fā)電機(jī)裝置并用于將 流體從所述泵裝置供給到用于發(fā)電的所述發(fā)電機(jī)裝置。所述發(fā)電機(jī)裝置可以位于與所述渦輪機(jī)殼體分開(kāi)的位置。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種用于本發(fā)明第四方面的水下渦輪機(jī)單元的渦輪 機(jī)殼體部分。在本發(fā)明的第一、第三或第五方面中限定的發(fā)電機(jī)中的任何一個(gè)或多個(gè)的進(jìn)一步 的特征可與第一、第三或第五方面中的任一另一個(gè)中限定的發(fā)電機(jī)的特征相同。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種利用本發(fā)明的第一、第三或第五方面中任一方 面中的發(fā)電機(jī)發(fā)電的方法。


下面參照附圖僅僅通過(guò)示例描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述附圖為圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)電機(jī)的示意透視圖；圖2是圖1中的形成發(fā)電機(jī)的部分的水下渦輪機(jī)單元的放大局部剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的可選擇實(shí)施例的發(fā)電機(jī)安裝或維護(hù)期間的示意透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一可選擇實(shí)施例的形成發(fā)電機(jī)的部分的渦輪單元的殼體 的側(cè)剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一可選擇實(shí)施例的形成發(fā)電機(jī)的部分的渦輪單元的殼體 的透視圖；以及圖6是包括圖5中的殼體的渦輪機(jī)單元的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式首先參照?qǐng)D1，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)一般由附 圖標(biāo)記8表示。發(fā)電機(jī)8—般包括水下渦輪機(jī)單元10，該水下渦輪機(jī)單元10以圖2的放大 局部剖視圖示出。渦輪機(jī)單元10包括具有通過(guò)其中的流體流道14殼體或護(hù)罩12，安裝在 流道14內(nèi)用于響應(yīng)于通過(guò)流道14的液流而轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪機(jī)裝置16，以及操作地連接到渦輪 機(jī)裝置16的泵18。發(fā)電機(jī)8還包括定位成與渦輪機(jī)殼體12分開(kāi)的發(fā)電組件20 (圖1)，以 及將泵18連接到發(fā)電組件20、用于將來(lái)自泵18的流體供給發(fā)電組件20以便發(fā)電的流體供 給裝置22。圖1示出了本發(fā)明的包括兩個(gè)或更多，具體為四個(gè)水下渦輪機(jī)單元10、10a、10b、 IOc的實(shí)施例。單元IOa-IOc中的每一個(gè)與渦輪機(jī)單元10類似并且相同的元件共用相同的 附圖標(biāo)記。流體供給裝置22將每一個(gè)渦輪機(jī)單元泵18連接到發(fā)電機(jī)組件20。渦輪機(jī)單元 IO-IOc中的每一個(gè)都由各自的安裝框架ll、lla、llb、llc安裝到海底13并且與箭頭B-B' 所示的潮汐流的主方向?qū)?zhǔn)。具體而言，渦輪機(jī)單元?dú)んw12包括外殼體套M和內(nèi)殼體套26，內(nèi)殼體套沈限定 了流體流道14。內(nèi)殼體套沈形成為擴(kuò)散-收斂-擴(kuò)散文丘里管的形狀，該擴(kuò)散-收斂-擴(kuò) 散文丘里管形成流體流道14中的節(jié)流。這具有增加沿箭頭A或A'所示方向通過(guò)流道14 的流體流動(dòng)的速度的效果。從圖1或2可以看出，殼體12沿縱向方向大體對(duì)稱，以便渦輪 機(jī)單元10沿兩個(gè)大體相對(duì)方向中的任意一個(gè)方向可操作。渦輪機(jī)裝置16包括單級(jí)轉(zhuǎn)子17和定子19組合，類似于本申請(qǐng)人被授予的英國(guó)專 利No. 2 302 348中披露的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子17攜帶多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片21而定子19攜帶多個(gè)定子葉 片23。圖2中為了示出的目的以局部剖的形式示出了定子19。泵18包括本申請(qǐng)人的同在 審理中的PCT專利公開(kāi)No. WO 02/36964中披露的類型的泵，并且通過(guò)渦輪機(jī)輸出軸28直 接連接到渦輪機(jī)裝置16，以便由渦輪機(jī)裝置16轉(zhuǎn)動(dòng)并與渦輪機(jī)裝置16 —起轉(zhuǎn)動(dòng)。流體供給裝置包括將泵18連接到發(fā)電組件20的流體管道30。以這種形式，通過(guò) 液體流道14流動(dòng)的液體驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子并且由此轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸觀，驅(qū)動(dòng)泵18將流 體抽到發(fā)電組件20。由此將注意到在該情況下為海水并驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)裝置16的驅(qū)動(dòng)液體還 由泵18供給發(fā)電組件20。發(fā)電組件20安裝于在海底13上安裝的平臺(tái)32上，并且一般包括諸如沖擊式水輪機(jī)和連接到該沖擊式水輪機(jī)的發(fā)電機(jī)單元(圖中未示出)的發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置(圖中未示 出)。由此沖擊式水輪機(jī)由從泵18供給的流體驅(qū)動(dòng)，以轉(zhuǎn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)單元，從而產(chǎn)生電 力。在圖1所示的發(fā)電機(jī)8中，渦輪機(jī)單元IO-IOc中的每一個(gè)通過(guò)各自的管道30連 接到發(fā)電機(jī)組件20，以便流體供給到共用的發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)組件20與殼體分開(kāi)安裝，特別 是在平臺(tái)32上的表面安裝特別有利，因?yàn)檫@有助于發(fā)電機(jī)組件20的維護(hù)以及降低結(jié)構(gòu)和 維護(hù)成本。這部分由于發(fā)電機(jī)組件設(shè)置在海面之上，由此發(fā)電機(jī)組件不必密封，以抵抗海水 的浸入。發(fā)電機(jī)組件20通過(guò)海底電纜連接到局部海岸電力網(wǎng)，以供給直接產(chǎn)生的AC或DC 電力到該局部網(wǎng)中。作為選擇，發(fā)電機(jī)組件20可以包括用于存儲(chǔ)產(chǎn)生的電力的電池(圖中 未示出)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)渦輪機(jī)單元10、10a、10b、10c典型地具有與其縱向軸的液體進(jìn)入角 士25°，由此不需要與退潮或漲潮成一直線。下面參照?qǐng)D3，圖中示出了圖1所示發(fā)電機(jī)8的根據(jù)本發(fā)明可選擇實(shí)施例的進(jìn)一步 的特征。每一個(gè)渦輪機(jī)單元IO-IOc包括可釋放地安裝在渦輪機(jī)殼體12內(nèi)的殼體部分34。 殼體部分34攜帶渦輪機(jī)裝置16和泵18并且是可拆的以便維護(hù)，如圖3所示。為了有助于 該操作，渦輪機(jī)殼體12的外殼體部分M包括圍繞外殼體套M部分延伸的開(kāi)口 36。開(kāi)口 蓋38(圖幻打開(kāi)以允許接近殼體部分34。此外，管道30包括將管道30連接到與泵18相 連的管道的區(qū)段33的接頭31。以這種方式，在打開(kāi)開(kāi)口蓋38并且釋放接頭31之后，殼體 部分34可以拆卸以對(duì)渦輪機(jī)裝置16和/或泵18維護(hù)。圖3示出了在現(xiàn)場(chǎng)船40利用起重 機(jī)42移出殼體部分34以便維護(hù)的情況。這特別有利，因?yàn)檫@允許維護(hù)而不必從海底移去 整個(gè)渦輪機(jī)單元10。發(fā)電機(jī)8的初步計(jì)算基于下面的假設(shè)產(chǎn)生的電力，P=5OkW潮汐流速度，V1= 3 節(jié)=1. 54m/s入口與喉部文丘里管比值，A1 A2 = 4 1海水的密度，P= 1025kg/m3渦輪機(jī)裝置推進(jìn)器/轉(zhuǎn)子的水利效率=75%泵效率=90%渦輪機(jī)裝置效率=85%發(fā)電機(jī)單元效率=90%從上面數(shù)值可以得出系統(tǒng)的總體效率是51. 64%，由此給出渦輪機(jī)單元推進(jìn)器Pp 處的需要功率為Pp = 50kff/0. 5164 = 96. 8kff根據(jù)連續(xù)性理論，對(duì)于入口與喉部比值為4 1并且入口速度為1. 54m/s通過(guò)文 丘里管的喉部處的推進(jìn)器的速度V2將是V2 = 4*1. 54 = 6. 16m/s在橫截面A的自由流動(dòng)的流體流中可獲得的功率值Ptl等于該面積乘以流體流的速度以及單位體積的流體流的動(dòng)能，并且由下式給出P0 = (1/2 · P · A · V13)由此，需要的文丘里管入口面積Al為
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電機(jī)，包括至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元，所述至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元包括具 有通過(guò)其中的液體流道的殼體；以及至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置，所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置安裝 在所述流道內(nèi)，并用于響應(yīng)于通過(guò)所述流道的液流轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)電機(jī)包括電力發(fā)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述流道限定節(jié)流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機(jī)，其中所述節(jié)流包括文丘里管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電機(jī)，其中所述文丘里管包括擴(kuò)散-收斂-擴(kuò)散文丘里管， 該擴(kuò)散-收斂-擴(kuò)散文丘里管從所述流道任一端開(kāi)口朝向所述流道內(nèi)部逐漸變細(xì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述殼體實(shí)質(zhì)上圍繞所述至少一 個(gè)渦輪機(jī)裝置的中點(diǎn)位置對(duì)稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或從屬于權(quán)利要求5時(shí)的權(quán)利要求6所述的發(fā)電機(jī)，其中所述文丘 里管包括至少一個(gè)第一截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體，任選地包括圓筒主體，以 及包括至少一個(gè)第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電機(jī)，其中間隙設(shè)置在一個(gè)第一/第二截頭圓錐體、截頭棱 椎體或喇叭形的主體的叉開(kāi)端以及另一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的 主體的相鄰的叉開(kāi)端之間，所述一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體 的叉開(kāi)端的直徑小于所述另一個(gè)第一 /第二截頭圓錐體、截頭棱椎體或喇叭形的主體的叉 開(kāi)端的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述一個(gè)第一/第二截頭圓錐體、 截頭棱椎體或喇叭形的主體的叉開(kāi)端實(shí)質(zhì)上沿縱向與所述另一個(gè)第一/第二截頭圓錐體、 截頭棱椎體或喇叭形的主體的叉開(kāi)端一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)電機(jī)還包括 操作地連接到所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置的泵裝置；由所述渦輪機(jī)裝置驅(qū)動(dòng)并且定位成與所述至少一個(gè)渦輪機(jī)單元分開(kāi)的發(fā)電機(jī)裝置；以及將所述泵裝置連接到所述發(fā)電機(jī)裝置并用于從所述泵裝置將流體供給到用于發(fā)電的 所述發(fā)電機(jī)組件的流體供給裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電機(jī)，其中所述至少一個(gè)/每一個(gè)水下渦輪機(jī)單元適合 于位于水體內(nèi)并且所述發(fā)電機(jī)裝置適合于位于所述水體的外面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述液體從所述渦輪機(jī)單元淹 沒(méi)在其中的水體提供，并且所述流體包括所述液體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述渦輪機(jī)殼體包括外殼體套 以及內(nèi)殼體套，所述內(nèi)殼體套限定所述流道。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述渦輪機(jī)裝置選自 單級(jí)轉(zhuǎn)子和定子組合；僅僅轉(zhuǎn)子；多級(jí)轉(zhuǎn)子和定子組合；或多個(gè)連接在一起的渦輪機(jī)主體，每一個(gè)渦輪機(jī)主體包括一或多級(jí)轉(zhuǎn)子和定子組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電機(jī)，其中所述泵裝置通過(guò)所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置的 輸出軸連接到所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述泵裝置安裝在所述流道內(nèi)并且直接連接到所述渦輪機(jī)裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)電機(jī)裝置設(shè)置在水面。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)電機(jī)裝置包括由所述渦 輪機(jī)單元/所述渦輪機(jī)單元中的每一個(gè)供給的單個(gè)發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置，所述發(fā)電機(jī)裝置包 括發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置和發(fā)電機(jī)單元，所述發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)單元。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)電機(jī)單元產(chǎn)生或者為交流(AC)或者為 直流(DC)的電力。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置包括操 作地連接到所述發(fā)電機(jī)的沖擊式水輪機(jī)或其它渦輪機(jī)裝置，所述發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)裝置由與驅(qū) 動(dòng)所述水下渦輪機(jī)單元的渦輪機(jī)裝置相同的液體驅(qū)動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)電機(jī)裝置產(chǎn)生的電力由 所述發(fā)電機(jī)裝置儲(chǔ)存或與所述發(fā)電機(jī)裝置分開(kāi)儲(chǔ)存或直接供給到電力系統(tǒng)中。
22.根據(jù)權(quán)利要求10或從屬于權(quán)利要求10時(shí)的權(quán)利要求11至21中任一項(xiàng)所述的發(fā) 電機(jī)，其中所述流體供給裝置包括在所述泵裝置和所述發(fā)電機(jī)裝置之間延伸的管道，所述 流體供給裝置可釋放地連接到至少所述泵裝置和/或所述渦輪機(jī)裝置，以允許所述泵裝置 和所述渦輪機(jī)裝置中的一個(gè)或兩者分離并移出以便回收到水面。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述渦輪機(jī)殼體通過(guò)安裝結(jié)構(gòu) 固定到水下表面，以便實(shí)質(zhì)上與潮汐流的方向成一直線。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其中所述渦輪機(jī)單元設(shè)置有可釋放 地可安裝在所述渦輪機(jī)單元內(nèi)的渦輪機(jī)部分，所述部分包括所述渦輪機(jī)裝置到所述泵裝置 中的至少一個(gè)。
25.一種用于權(quán)利要求1至M中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)中的或當(dāng)用于權(quán)利要求1至M 中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)中時(shí)的渦輪機(jī)單元。
26.一種發(fā)電機(jī)，包括至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元，所述至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元包括用于響應(yīng)于液流轉(zhuǎn)動(dòng)的 至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置以及操作地連接到所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置的泵裝置；定位成與所述至少一個(gè)渦輪機(jī)單元分開(kāi)的發(fā)電機(jī)裝置；以及流體供給裝置，所述流體供給裝置將所述泵裝置連接到所述發(fā)電機(jī)裝置，并用于將流 體從所述泵裝置供給用于發(fā)電的所述發(fā)電機(jī)裝置。
27.—種水下渦輪機(jī)單元，包括用于響應(yīng)于液流轉(zhuǎn)動(dòng)的至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置以及操作 地連接到所述渦輪機(jī)單元裝置的泵裝置，所述渦輪機(jī)單元還設(shè)置有可釋放地可安裝在所述 渦輪機(jī)單元內(nèi)的渦輪機(jī)單元部分，所述部分包括所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置和所述泵裝置中 的至少一個(gè)。
28.一種發(fā)電機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求27所述的水下渦輪機(jī)單元；定位成與所述渦輪機(jī)外殼分開(kāi)的發(fā)電機(jī)裝置；以及流體供給裝置，所述流體供給裝置將所述泵裝置連接到所述發(fā)電機(jī)裝置并用于將流體 從所述泵裝置供給用于發(fā)電的所述發(fā)電機(jī)裝置。
29.一種用于根據(jù)權(quán)利要求27所述的水下渦輪機(jī)單元的渦輪機(jī)殼體部分。
30. 一種利用根據(jù)權(quán)利要求1至24 J6或觀中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)發(fā)電的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)電機(jī)(8)，包括至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元(10)，所述至少一個(gè)水下渦輪機(jī)單元包括具有通過(guò)其中的液體流道(14)的殼體(12)；以及至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置(16)，所述至少一個(gè)渦輪機(jī)裝置安裝在所述流道(14)內(nèi)，并用于響應(yīng)于通過(guò)所述流道(14)的液流轉(zhuǎn)動(dòng)。所述渦輪機(jī)裝置(16)驅(qū)動(dòng)泵裝置(18)，所述泵裝置(18)將流體抽吸到所述發(fā)電機(jī)組件(20)。發(fā)電機(jī)(8)發(fā)電。流道(14)包括具有對(duì)稱的擴(kuò)散-收斂-擴(kuò)散文丘里管的文丘里管。
文檔編號(hào)F03B13/26GK102052230SQ201010615549
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2002年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月4日
發(fā)明者唐納德·斯圖爾特, 肯尼思·羅德里克·斯圖爾特, 赫克托·菲利普斯·亞歷山大·范·德雷薩姆·薩斯曼 申請(qǐng)人:羅泰克控股有限公司