用于水下移动运载体的系链的制作方法

用于水下移动运载体的系链的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种系链，该系链用于将潜在液体中的移动装置连接至支撑结构，例如包括流驱动运载体的水下发电设备，该流驱动运载体设置有用于产生电能的至少一个涡轮机。系链沿主方向延伸，并且系链的至少一个系链部包括沿系链的主方向延伸的张力支承部，其中，该系链部布置成在使用期间力求相对于液体的相对流动方向进行自调整。
【专利说明】用于水下移动运载体的系链

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种系链，该系链用于将潜在液体（诸如水）中的移动装置连接至支 撑结构。例如，该移动装置可为水下发电设备（power plant，发电厂，动力设备）的流驱动 的运载体（vehicle)，该运载体设置有用于产生电能的至少一个涡轮机。

【背景技术】
[0002] 流和海流（诸如潮汐流流动）提供了一种可预测且可靠的能量源，该能量源可用 于产生电能。已知稳定的或固定的发电设备系统位于水下且相对于流或流动稳固，其中，涡 轮机用于通过流的流动速度产生电能。然而，稳定的流驱动发电设备系统的缺点在于，通过 特定尺寸的单个涡轮机产生的电能量小，这可通过增加涡轮机数量或增加涡轮机有效面积 来补偿。然而，这些解决方案导致固定的流驱动发电设备系统的制造、操纵以及操作麻烦且 昂贵。涡轮机还可被设计用于安装在具有高的局部流动速度的特殊位置中。这也导致了更 复杂且昂贵的安装和操纵。此外，接近这种高流动速度的位置相当受限制。
[0003] 为了改善通过潮汐流流动及海流产生电能的效率，已知提供了一种包括流驱动运 载体的水下发电设备系统，如在例如由本 申请人:的EP1816345中所描述的并通过引证全部 结合于此。流驱动运载体通常包括翼部，该翼部被设计成通过利用作用在翼部上的合成水 动力以及流的流动来增加运载体的速度。更详细地，通过将运载体固定至支撑结构来抵消 作用在运载体上的水动力以及流的流动而实现运载体速度的增加，该支撑结构通常通过缆 线构件定位于海床，其中，运载体布置成遵循受限于缆线长度或范围的特定轨道。运载体还 设置有耦接至发电机的涡轮机，该涡轮机用于在运载体穿过水移动时产生电能，其中，运载 体的速度影响并有助于在涡轮机处的相对流动速度。运载体的速度允许涡轮机处的相对流 动速度可相对于绝对流动速度而显著地增加。因此，由于涡轮机受到高的相对水速度的影 响，该高的相对水速度产生用于发电机的足够的或更有效率的旋转速度，因此流驱动的水 下发电设备的运载体通常不需要使用变速箱。
[0004] 与包括流驱动运载体的发电设备系统的现有解决方案关联的一个缺点在于，作用 在发电设备系统上的阻力降低了电能产生的效率。流驱动水下发电设备系统的另一问题在 于这些系统安装并布置成在水下位置中进行操作，因而难以接近。因此，这些系统的操纵和 维护很麻烦。因此，现有可利用的或已知的流驱动水下发电设备系统及其部件限制了有效 地产生电能的最大能力。而且，期望进一步发展这种系统的设计和操作，以便促进更简单的 操纵以及更有效的安装，并提供改善的操作以及更耐用的构造。


【发明内容】

[0005] 鉴于上文所提及的以及现有技术的其他缺点，本发明的一般目标在于提供一种改 善的系链，用于将潜在液体中的装置（诸如水下发电设备系统的流驱动运载体）连接至支 撑结构，其中，系链为水下装置提供了更有效且更耐用的操作和操纵。
[0006] 根据本发明的一方面，提供了一种系链，该系链用于将潜在液体中的装置连接至 支撑结构，该系链沿主方向延伸，其中，系链的至少一个系链部包括外部形状和至少一个张 力支承部，该外部形状具有前缘以及后缘的，前缘和后缘均沿主方向延伸，至少一个张力支 承部沿系链的主方向延伸。此外，系链部布置成当系链部穿过液体或相对于液体移动时，通 过绕与系链的主方向基本平行的旋转轴线或扭转轴线旋转而力求相对于液体的相对流动 方向进行自调整。
[0007] 如提到的，系链包括沿主方向的至少一个自调整系链部，该系链部在相对于液体 流动的相对运动期间力求通过作用在系链的系链部上的相对液体流动的方向而进行调整。 因此，至少一个系链部将根据在该特定系链部处的相对局部水力条件以及其他物理条件而 自调整或力求自调整，这至少在该特定系链部处改善了系链的操作。
[0008] 系链部的自调整有利地减小了阻力并减小了当相对于液体运动时作用在系链部 上的不期望的升力。更详细地，可减小或避免系链部上的不期望的升力，该升力可能会使系 链在升力方向上受力而使得系链以不期望的方式侧向弯曲，例如，系链的弯曲可引起在操 作期间作用在系链上的不平衡的阻力，和/或减少系链以适当的方式（例如，在装置与支撑 结构之间以基本直线的方式）支撑在装置与支撑结构之间的张力的能力。因此，系链部将 以更有效的方式操作，该方式使得所支撑的水下装置将受到作用在系链上的阻力以及升力 的较小影响。例如，系链部可组成完整系链的任意短或长的部分，该部分至少部分地沿主方 向延伸。系链部还可包括基本完整的系链，或者系链部可由沿主方向限定的长度的分离的 系链段构成，该段基本上作为单个单元而进行自调整或力求自调整，其中，系链可包括沿主 方向连续地连接的一个这种系链段或多个这种系链段。
[0009] 例如，系链适于连接并支撑相对于液体移动的水下装置，其中，在装置与液体之间 的相对运动方向随时间变化或改变。如一实施例，系链可有利地用于连接水下装置，该水下 装置至少周期性地沿这样的方向移动，该方向相对于液体流动方向为至少部分地横向的或 成角度的。这种水下装置可例如包括水下发电设备的流驱动运载体，该流驱动运载体布置 成在系链的范围内沿期望的轨道（通常为合适的无限轨道）移动，其中，运载体结合系链的 反作用力利用作用在翼部上的水动力和流体流动来产生相对运载体速度，该相对运载体速 度是流体流动速度的至少2倍、4倍、10倍或20倍。因此，流驱动运载体可以比流体流动速 度更高或显著更高的速度运动。
[0010] 系链还可有利地用于连接在基本上非移动或移动的液体中被移动或移动的水下 装置，其中，装置由移动支撑结构（诸如船或船体）拖动。此外，系链可有利地用于连接并 支撑水下装置，该水下装置固定或稳定在流中的基本固定的水下位置中或包括液体流动的 位置处，其中，液体流动方向可或至少不定期地改变或交替液体流动方向。
[0011] 系链包括主方向，也就是说，该主方向是在使用期间系链在装置与支撑结构之间 延伸所沿的主方向。系链部（多个系链部）的外部形状包括前缘和后缘，该外部形状类似 翼的轮廓。前缘形成系链部的前部部分，当系链在操作期间以至少部分地调整状态穿过液 体移动时，该前缘被限定在系链的预期向前方向或纵向方向上。换言之，前缘是系链部的首 先接触理论液体成分的部分，该成分相对于系链部沿着系链部的两个侧表面或侧部的任意 一侧朝向后缘运动。后缘通常是系链部的后方边缘，在层流状态期间，被前缘分离的相对液 体流动在穿过系链部的相对侧表面的外侧之后可在后缘处重新结合。还可相对于系链部本 身来限定前缘和后缘，而不考虑系链部是否经历非正常状态或在非正常状态下进行操作， 其中，例如后缘可相对于系链运动的方向而变成前缘。
[0012] 至少一个张力支承部布置成在使用过程中吸收（uptake)并支撑施加在系链上的 基本沿主方向的张力。张力支承部例如可包括布置在系链部的外部形状内部的一个或多个 张力支承构件。张力支承部可进一步形成外部形状的部分。而且，至少一个张力支承部可 由沿主方向延伸的一个一致的构件构成，或包括沿主方向适当连接的分离的张力构件，该 分离的张力构件形成张力支承部。
[0013] 张力支承部还可包括两个或多个基本平行的构件，这些构件在系链部中基本在主 方向上沿着彼此延伸。每个这种基本平行的张力构件均可连同或独立于其他平行张力构件 (多个张力构件）贯穿系链或系链部的全长延伸，或结合，或延长。此外，基本平行的张力构 件可在一平面中布置成相对于彼此不同的构造，该平面具有与主方向重合的法线方向。例 如，基本平行的张力构件可在系链部内展开，其中，一组基本平行的张力构件的组合的张力 支承性质包括或形成张力支承部的合成中心点，该合成中心点可根据该组平行张力构件相 对于彼此的相互构造而位于该组平行张力构件的外部。例如，由于较小的阻力，张力构件可 在系链的向前/向后方向上展开，以便获得更薄且更有效的系链。张力构件的这种构造的 另一优势在于，可在弹性弯曲和弹性扭转性质两方面改善系链的屈曲（flexing)。
[0014] 在根据本发明的实例实施方式的系链的使用期间，系链部有利地进一步构造成以 改善的方式抵抗施加在系链部的侧面上的横向力。因此，内部结构足够稳固并且可包括支 撑部，这样使得系链部的外部形状在重载荷期间（例如，当系链受到来自周围液体的高压 时）可基本维持在外部形状的预定形状。例如，根据各个实例实施方式，系链部的结构设计 成支撑并抵抗由同质的适当材料形成的横向力，或系链部的结构包括外部载荷支承壳体构 件，或上述的组合。在类似的方式中，系链部的前缘设计成抵抗在使用期间产生的重载荷或 商压。
[0015] 根据各个实例实施方式，具有至少部分地沿向前方向定向的法线方向的前缘、或 者前缘与周围环境和/或邻近的外部部分可由统一的外部部分形成，并且可进一步具有例 如均匀的、基本均匀的、粗糙的和/或连续的或非连续的外表面。
[0016] 根据本发明的实例实施方式，在基本垂直于主方向的从后缘至前缘的向前方向 上，旋转轴线位于系链部的水力压力中心点的前方。
[0017] 根据本发明的另一实例实施方式，在向前方向上，张力支承部的合成中心点位于 系链部的水力压力中心点的前方。
[0018] 张力支承部的合成中心点的位置部分地限定系链部旋转轴线的位置，并且有利 地，如果在基本垂直于主方向的从后缘至前缘的向前方向上，系链部的合成旋转轴线位于 水力压力中心点的前方，则实现力求自调整，其中，水力压力中心点是合成水动力相遇/交 叉所在的点且无合力矩作用的点。
[0019] 更详细地，水力压力中心点与系链部旋转轴线之间的力臂通过主张力载荷支承部 的合成中心点的位置部分地给出，该力臂可在系链的使用期间通过在有流速的液体中移动 的装置提供，该力臂在系链部上相对于作用在该系链部上的相对流体流动的方向产生绕旋 转轴线的自调整力矩，该旋转轴线基本平行于系链部的主方向。因此，水动力用于使系链部 基本绕着俯仰轴线稳定在系链部不通过相对液体流动进行调整的状态中。
[0020] 上文所描述的合成中心点可进一步描述为例如形成张力支承部的多个张力构件 的加重（weight)中心点。因此，例如张力支承部的合成中心点不限制于位于多个张力支承 构件的几何中心。例如，张力构件的主分担部通常位于系链的前部部分中，这样使得张力支 承部的合成中心点也位于系链的前部部分中。
[0021] 例如，根据本发明的各个实例实施方式，在使用期间，张力支承部的合成中心点位 于系链部的前三分之一部分中、或前四分之一部分中、或前五分之一部分中、或前十分之一 部分中、或前十二分之一部分中。
[0022] 此外，根据本发明的实例实施方式，系链部包括前部部分和后部部分，该前部部分 包括前缘，该后部部分包括后缘，其中，前部部分包括张力支承部。因此，系链部可至少部分 地分成形成系链部的两个或更多个部分。
[0023] 例如，根据实例实施方式，在沿系链的向前方向中，后部部分至少部分地与前部部 分分离并且布置在前部部分的后面，其中，后部部分形成鳍部，该鳍部布置成当系链相对于 液体移动时使系链通过液体的相对流动方向进行调整。可有利地设置鳍部以便进一步改善 系链部的自调整能力，或以便特别地控制特定的系链部，该特定的系链部可设置有具有特 定功能的鳍部。例如，沿着系链的鳍部或多个鳍部可有利地用于更精确地控制期望的系链 部。根据另外的各个实例实施方式，鳍部可相对于系链部沿俯仰方向倾斜，以便实现系链相 对于相对液体流动方向的过度补偿或进一步的扭转。根据实例实施方式，系链可进一步设 置有非对称的截面轮廓，以用于沿俯仰方向相对于相对液体流动而提供系链的进一步的扭 转或过度补偿。
[0024] 根据本发明的各个实例实施方式，张力支承部可包括至少一个张力构件，该至少 一个张力构件包括合成纤维、碳纤维、或钢、或其他合适的材料和/或上述材料的组合。因 此，可使用不同类型的张力支承部构造设置自调整的、高强度的、紧凑且轻量的系链。根据 另外的实例实施方式，系链部包括形成系链部的外部形状的至少一个壳体构件，该壳体构 件包括以下材料中的至少一种，即弹性材料、热塑性材料、热固性材料、碳纤维层板、玻璃纤 维层板、复合材料、包括聚氨酯的材料、聚氨酯弹性材料、或其他适当的材料，和/或上述材 料的组合。例如，系链部可包括连续的热塑性材料，该连续的热塑性材料可至少部分地为弹 性的。可替代地，壳体构件可包括纤维外层（多个纤维外层）、或复合外层、层板，其中，内部 区域可填充有填充材料。
[0025] 根据实例实施方式，系链部的外部形状的前缘可以类似的方式形成为水翼部。例 如，至少对于一部分前缘而言，前缘是圆形的，并且前缘可进一步具有的截面的曲率半径在 lcm与30cm之间、或在2与15cm之间、或在2与8cm之间、或在3与8cm之间。曲率半径可 进一步沿截面变化。
[0026] 此外，系链部的外部形状的后缘可具有指向向后方向的尖锐形状。因此，外部形状 可具有/形成翼形、或水滴形构、截面轮廓、或翼形结构。因此，根据实例实施方式，系链的 截面轮廓对应于翼形轮廓，该翼形轮廓与非翼形轮廓的截面相比提供了减小的阻力，该非 翼形轮廓的截面相对于液体的相对流动方向具有相同的有效厚度。此外，在翼形轮廓的前 提下，可减少相对于液体相对流动方向的有效厚度而保持张力支承部的相同截面面积，这 可进一步减小阻力。
[0027] 根据实例实施方式，系链部的后缘还可包括中断的后缘。因此，在与向前方向相反 的方向上，系链部的后缘的侧表面轮廓的延伸被中断。
[0028] 根据本发明的实例实施方式，系链包括多个系链部或系链段，该多个系链部或系 链段构造成沿着系链的主方向连续地布置和/或连接。这是有利的，因为系链可以分离的 段而被操纵并输送。特别地，分离的系链段有助于制造、操纵以及安装包括系链的系统，其 中，根据各种实施方式的该系统可包含完整的系链长度，该长度在1与500米之间、或在20 与300米之间、或在30与200米之间。例如，每个系链段在沿主方向的每个相应的端部处 均包括紧固装置，该紧固装置用于连续地连接多个系链段以便形成完整的系链。每个分离 的系链段沿主方向例如可具有的长度在1与100米之间、或在5与40米之间。例如，连接 装置布置成考允许在两个连接的系链段或连续布置的系链段之间的相对旋转和/或弯曲 运动。
[0029] 根据实例实施方式，系链可包括沿主方向延伸的装置端部，其中，至少一个系链部 的弦长（即，沿向前方向的长度）沿朝向装置的方向或沿朝向系链的装置端部的方向增加。 因此，对于用于将移动水下装置固定至固定的或非移动的支撑结构而言，系链的自调整能 力在这样的方向上增加，即，在该方向上，液体流动与系链之间的相对速度差增加。这是有 利的，因为系链的自调整能力在系链的受到较高相对速度的区域中增加，从而在阻力方面 产生的较高损失。
[0030] 可替代地，系链的弦长沿朝向系链的支撑结构端部的方向增加，这改善了系链的 支撑结构端部的自调整能力。这可例如改善系链在支撑结构回转装置附近的效率以及操 作。
[0031] 根据又一实例实施方式，系链包括沿主方向延伸的支撑结构端部，其中，该支撑端 部基本是圆形的。换言之，最接近支撑结构的且与系链的更接近装置的上述部分相比通常 以较低速度移动的端部是基本圆形的，或该端部设置有基本圆形的截面轮廓。因此，可有利 地设置包括自调整上部以及圆形下部的系链。可替代地，系链的装置端部可为圆形，以便例 如有助于制造。
[0032] 此外，根据实例实施方式，系链至少部分地沿着主方向构造成能够绕沿着主方向 延伸的轴线至少部分地扭转。因此，取决于系链的沿着主方向的不同部分处的不同局部状 态以及相对液体流动方向，系链可扭转以便局部地自调整，这进一步减少了阻力损失。
[0033] 根据实例实施方式，装置包括构造成产生电能的至少一个移动运载体，其中，系链 进一步包括用于将所产生的电能从移动运载体分配至支撑结构的装置。因此，系链与移动 运载体组合形成水下发电设备系统，其中，所产生的电能例如可通过系链被分配至电网和/ 或控制系统。特别地，这种组合允许改善的流驱动发电设备系统，改善的流驱动发电设备系 统由于在移动穿过液体时更少的阻力损失而具有更高的效率。
[0034] 系链在水下条件中使用或操作期间（其中，装置被连接且被支撑至支撑结构），系 链可能需要抵抗并支撑由移动连接的水下装置产生的大的张力。例如，根据实例实施方式， 系链布置成支撑至少一个水下移动运载体，从而产生张力，该张力达到1〇ΜΝ、6ΜΝ、4ΜΝ、2ΜΝ、 1MN、100kN、10kN，或达到 3, 5kN。
[0035] 此外，对于一些应用而言，系链可有利地布置成使得该系链中性地（neutrally) 或基本中性地浮在液体（诸如水）中。系链还可浮在或沉（heavy)在液体中。
[0036] 根据实例实施方式，系链部是柔性的以便允许盘绕或卷绕。
[0037] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于产生电能的能潜入水下的设备，其中，水 下设备包括设置有涡轮机的流驱动运载体，该运载体通过如上文讨论的系链连接至支撑结 构，并且其中，该运载体设置有至少一个流驱动翼部，该至少一个流驱动翼部布置成产生相 对于流速度的相对运载体速度，该相对运载体速度是液体流速度的至少2倍或4倍或10 倍。
[0038] 在操作期间，流驱动翼部相对于移动液体的流动方向成角度并且受到来自周围移 动液体的力。这些力可描述为两个正交的分量：阻力分量，该阻力分量在向后方向上相对 于且平行于翼部相对于液体的运动方向定向；以及升力分量，该升力分量正交于翼部相对 于液体的运动方向并且向上定向或远离支撑结构定向。因此，在操作期间，升力分量相对于 支撑结构与运载体之间的理论线稍微向前倾斜。升力分量可被进一步描述为由两个分量组 成，第一分量作用在支撑结构与运载体之间的理论线的方向上，并且向前分量作用在正交 于理论线的向前方向上，即，在相对于运载体关于地面的运动的向前方向上。例如，当升力 分量的向前分量大于系统的合成向后阻力分量时，运载体加速，并且在向前升力分量等于 系统的合成向后阻力分量的情况下，运载体以稳定的速度进行操作。升力分量以及阻力分 量的各分量作用在理论线的方向上的合成力被系链以及支撑结构抵消。
[0039] 本发明的其他目标、特征以及优势将通过下文的详细公开、所附的从属权利要求 以及附图而变得明显。

【专利附图】

【附图说明】
[0040] 现将参考示出本发明的实例实施方式的附图来更详细地描述本发明，在附图中：
[0041] 图la是系链的实例实施方式的示意侧视图，该系链将水下移动的流驱动运载体 固定并支撑至布置在海床上的支撑结构。
[0042] 图lb是根据本发明实例实施方式的图la中的系链的示意放大图。
[0043] 图2是根据本发明的系链的实例实施方式的示意截面图，示出了相对于流动方向 的两个不同的角度。
[0044] 图3a至图3e示出了通过图lb中的I - I截取的根据本发明的系链的各个实例 实施方式的示意截面图。
[0045] 图3f是通过图4中的II - II截取的根据本发明的系链的实例实施方式的示意截 面图。
[0046] 图4是系链的实例实施方式的示意立体图，该系链将水下移动的流驱动运载体固 定并支撑至布置在海床上的支撑结构。

【具体实施方式】
[0047] 在附图中，以相同的参考标号表示类似或相同的元件。附图仅是示意地表示而非 真实的比例，并且不应被认为限制本发明的范围。
[0048] 在图la中，示出了系链1的实例实施方式的示意侧视图，该系链将水下移动的流 驱动运载体2固定并支撑至布置在海床上的支撑结构3。系链1、运载体2以及支撑结构3 基本构成流驱动的水下发电设备系统100,其中，在运载体2中通过涡轮机和发电机产生电 能。液体（通常是水）具有流动方向FD，其中，运载体利用流动水的能量以便沿着水下轨道 (trajectory) 101或10Γ (诸如循环轨道和/或无限轨道）移动。轨道可具有环形或圆形 形状，如由101表示的。轨道还可形成类似于数字八的形状，如由轨道10Γ表示的。轨道 101或10Γ遵循基本球形的表面，该基本球形表面的弯曲半径基本等于系链1的长度。注 意到的是，仅示意性地示出了轨道101和10Γ的区域。运载体在穿过水期间可相对于轨道 方向沿横向方向滑行或漂移至少一些量，这可导致运载体以及系链至少在沿着轨道的某些 部分处受到相对于系链的体固定向前方向f的斜的（或倾斜的）实际速度的影响，其中，系 链力求相对于相对液体流动方向而进行自调整，该相对液体流动方向由系链的实际速度与 液体流动的实际速度所产生。因此，在运载体的操作期间有利地减少了阻力的损失。运载 体可进一步设置有转向装置和控制单元，该转向装置包括例如一个或多个转向控制表面， 诸如可控制且可枢转的转向舵的操作表面，该控制单元布置成控制转向装置的操作以用于 根据预定轨道（诸如101或10Γ )使运载体转向。在运载体的操作期间，运载体将通常被 伸展，这样使得轨道布置在基本球形表面中或者布置成遵循该基本球形表面。此外，为了提 供流驱动操作，运载体的轨道与流动方向FD至少部分地交叉。
[0049] 在图lb中，示出了根据本发明实例实施方式的图la中的系链的示意放大图。系 链包括第一系链部（或第一系链段）4a和第二系链部（或第二系链段）4b，两者通过连接装 置25连接。系链1还包括外部形状5,该外部形状包括前缘6和后缘7,前缘和后缘均沿主 方向MD延伸。在实例实施方式中，系链1还包括穿过系链部4a、4b延伸的张力支承部8,其 中，相应的系链部的张力支承部还连接在系链部4a、4b的连接端处。然而，系链不限于这种 设计。例如，系链部还可共享基本沿着系链的全长延伸的共用张力支承部，或者共享包括多 个张力构件的共用张力支承部，每个张力构件均基本沿着系链的全长延伸。
[0050] 在操作期间，系链1布置成当系链部穿过液体移动时，通过绕着基本平行于系链 的主方向MD的旋转轴线R或系链俯仰轴线（pitch axis)旋转而相对于液体的相对流动方 向进行自调整。如在图lb中示出的，旋转轴线R与张力支承部8的合成中心点或轴线基本 重合。然而，通常不会是这种情况。根据各个实例实施方式，在系链的体固定向前方向中， 旋转轴线R可位于张力支承部8的合成中心点的前方或后方。
[0051] 系链1还包括装置9a、9b(诸如线缆或信号线缆），该装置用于将产生的电能经由 支撑结构中的网连接件从移动的运载体分配至电网（例如，图4中的电网28)，并且该装置 允许在例如运载体中的控制系统与外部控制系统之间的连通。
[0052] 在图2中，示出了根据本发明的系链的实例实施方式的示意截面图，该图示出了 相对于流动方向的两个不同的角度。注意到的是，在视图中的角度、速度大小以及速度方向 并不意味着按比例绘制，并且可能为了说明的目的而夸张表示。
[0053] 在第一实例中，系链以实际速度VI 移动，该实际速度具有与系链的体固定向前 方向f重合的实际方向，其中，速度VI 表示系链相对于地面的速度。在第一实例位置P1 中，系链相对于流动速度分向量倾斜或旋转，并且该系链包括前缘6、后缘7以及具有 圆形截面的张力支承部8,其中，张力支承部8的合成中心点10位于张力支承部8的几何 中心点中，其中，至少在这种情况下，合成中心点10与系链的旋转轴线重合。此外，系链包 括水力压力中心点11，该水力压力中心点是作用在系链上或作用在系链的外部形状上的水 动力的合成作用点。如进一步示出的，在从后缘7至前缘6的体固定向前方向f中，张力支 承部8的合成中心点10和/或系链的旋转轴线位于水力压力中心点11的前方。因此，施 加在系链上的合成力23在相对于液体的相对运动期间将允许系链沿系链俯仰方向（如由 E示出的）通过旋转而自调整至第二实例位置P2。特别地，合成力23的作用点产生相对于 系链的旋转轴线和/或张力支承部8的合成中心点10的力臂，该合成力23力求调整系链， 这样使得合成相对速度Vihg (通过νι^^= Vlse-Vsa得到）与系链的体固定向前方向f 之间的侧滑（side-slip)角β减小。合成力23可进一步分成阻力21和升力22,该阻力相 对于合成相对速度￥1合成作用在相反的方向上，该升力与阻力21正交，如所示的，其中，阻力 和升力均可产生作用在系链上且力求调整系链的力矩。
[0054] 在第二实例位置Ρ2中，合成中心点10和水力压力中心点11'相对于合成相对速 度VI ^^进行了更大的调整，这样使得合成力23'包括减小的阻力分量21'和减小的升力分 量23'。例如，通过相对于合成相对速度进行调整，系链将具有相对于合成相对速度的减小 的有效面积或投影面积，该合成相对速度将减小系链的型阻（form drag)。
[0055] 根据第二实例，参考位置P1，例如由于运载体在沿着轨道的转向运动期间的滑动 或滑行，系链可以通过与体固定向前方向f成角度的实际速度移动。因此，关于上文 描述的第一实例，在(通过V2m= V2se-Vsa得到）与系链的体固定向前方向f之 间的侧滑角增大，并且由此通过力求调整系链的合成力所产生的力矩增大。总体上，如上所 述的两个非限制性概念实施例所例举出的，系链将力求调整成相对于流动速度以及系链的 实际速度VI $?或V2se的改善的或优化的俯仰定向。然而，注意到的是，上述实例是发生在 三维空间中而并非仅在系链的截面平面中的系链与液体之间的相互作用的简化。还注意到 的是，在与流驱动运载体以及支撑结构组合的系链的应用期间，系链与液体之间的合成相 对速度将沿着系链的主方向改变。这意味着侧滑角β也将沿着主方向改变， 其中，系链可沿着主方向局部调整，这样使得局部侧滑角β减小。
[0056] 在图3a至图3e中，示出了通过图lb中的I - I截取的根据本发明的系链的各个 实例实施方式的示意截面图。在没有另外地指明或示出的情况下，则图3a至图3e中的每 个系链1均以对应的方式布置，并且包括具有前缘6以及后缘7的外部形状5、从后缘7至 前缘6限定的向前方向、至少一个张力支承部8以及装置9a、9b (诸如电力电缆和/或信号 线缆）。此外，每个系链1均包括旋转轴线和/或张力支承部的合成中心点10,在体固定向 前方向f中，该合成中心点位于水力压力中心点11的前方。
[0057] 在图3a中，张力支承部具有圆形截面形状，并且该张力支承部可例如由一个或多 个缆线、钢丝、绳、碳纤维构件或其他合适的材料和/或以上材料的组合构成，其中，系链的 外部形状5包括弹性材料、热塑性材料、碳纤维层板、玻璃纤维层板、复合材料、高强度塑料 或其他合适的材料和/或这些材料的组合。如在图3a中进一步例举的，取决于系链的构造， 在体固定向前方向f中，张力支承部的中心点10可位于系链的前五分之一部分12c中和/ 或位于系链的前四分之一部分12b中和/或位于系链的前三分之一部分12a中。
[0058] 在图3b中，张力支承部具有更加复杂的结构，并且该张力支承部在系链的前部部 分中包括至少部分地沿着相应的侧面24、24'延伸的两个侧部，这些侧部通过横向构件连 接。换言之，张力支承部基本为Η形，或具有渐缩的Η形形状。此外，合成中心点10在张力 支承部8的外侧位于两个侧部的后部部分分之间。
[0059] 在图3c中，张力支承部包括第一张力构件8以及第二张力构件8'，该第一张力构 件以及第二张力构件彼此邻近地布置在系链的前部部分中，每个构件均基本为方形。
[0060] 在图3d中，张力支承部包括第一张力构件8以及第二张力构件8'，该第一张力构 件以及第二张力构件均由带构件构成，两个张力构件布置成面向彼此的对称构造。
[0061] 在图3e中，张力支承部包括多个分离的且展开的张力构件8、8'、8"、8"'、8""。 [0062] 在图3f中，示出了通过图4中的II - II截取的根据本发明的系链的实例实施方式 的不意截面图。系链包括前部部分13和后部部分14,该前部部分包括前缘6与后缘7'，该 后部部分包括前缘6'与后缘7,其中，前部部分包括张力支承部，该张力支承部包括张力构 件8和8'，这些张力构件沿着体固定向前方向f相对于彼此展开成对准构造。此外，在系链 的向前方向中，后部部分14至少部分地与前部部分13分尚，并且该后部部分布置在该前部 部分的后面，其中，后部部分14形成鳍部（fin)，该鳍部布置成当系链穿过液体移动时使系 链通过液体的相对流动方向进行调整。
[0063] 例如，张力构件包括多个相对薄的碳纤维复合杆，其中，在操作期间，作用在系链 上的张力的支承功能基本均匀地分布在多个杆之间。杆可进一步布置成能够相对于彼此重 新定位成扁平构造或轮廓，例如通过在系链中提供沿主方向MD延伸的内腔，这样使得杆例 如可以基本相同的弯曲半径弯曲。
[0064] 张力支承部（或张力构件）可替代性地或选择性地包括人造纤维，该人造纤维允 许柔性的系链，并由此允许坚固的且逻辑有益的系链，例如允许盘绕或卷绕。例如，张力支 承部包括UHMWPE (超高分子量聚乙烯），例如迪尼玛（Dyneema)或类似的高性能纤维。此外， 例如在关于复合杆所描述的类似布置中，钢丝绳或多个钢丝绳可用作张力支承部或用作张 力构件。例如，钢丝在长期稳定性方面具有有益的性能。
[0065] 图4示意性地示出了系链1的实例实施方式的立体图，该系链将水下移动流驱动 运载体2固定并支撑至布置在海床上的支撑结构3。系链1包括基本为圆形的下部支撑结 构端部17。在中部18a中，系链包括具有渐增弦长G的系链段或系链部4a、4b，在朝向运载 体端部18b的方向上该系链包括系链段4c和4d，这些系链段也可具有渐增的弦长，或可替 代地，这些系链段具有恒定的弦长或递减的弦长。
[0066] 下部支撑结构端部17附接至支撑结构3的回转（swivel)装置3a，该回转装置3a 允许系链1在A、B以及C方向中的自由角运动，这样使得运载体2可沿着预期的轨道移动 和转动。如进一步示出的，系链包括内部装置9a、9b，该内部装置将运载体以及运载体的控 制单元26与支撑结构3连接。运载体2进一步包括涡轮机/发电机单元27、朝向支撑结构 成角度的翼部20以及转向装置，该涡轮机/发电机单元可包括连接至发电机装置的涡轮机 装置，该转向装置包括例如由控制单元26控制的一个或多个转向控制表面。系链部4b、4c 以及4d进一步设置有通过鳍部支撑件15a附接的各自的鳍部15。
[〇〇67] 应该注意到的是，上文已主要参考几个实例实施方式描述了本发明。然而，如对本 领域技术人员显而易见的，除上文所公开的实施方式之外的其他实施方式同样可能地落在 如由所附专利权利要求所限定的本发明的范围内。例如，系链可用于在类似的或不同的相 对流速和装置速度中支撑并操作多个不同的水下装置。系链还可用于将固定的或基本固定 的水下装置支撑在具有高流速的位置中，并且该系链可用作用于在拖动装置之后被拖动的 水下装置的拖链。还注意到的是，在权利要求中，词语"包括"不排除其他元件或步骤，并且 不定冠词"a"或"an"不排除多个。单个装置或其他单元可实现在权利要求中叙述的一些 项目的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述的特定特征或尺寸的单一事实并非指的是 这些特征或尺寸的组合不能用于获得优势。
【权利要求】
1. 一种系链（1)，用于将潜在液体中的移动流驱动装置（2)连接至固定支撑结构（3)， 所述系链沿主方向（MD)延伸，其中所述系链的至少一个系链部（4a ;4b)包括 外部形状（5)，具有前缘（6)和后缘（7)，所述前缘和所述后缘均沿所述主方向延伸，以 及 至少一个张力支承部（8)，沿所述系链的所述主方向延伸， 其中，所述系链部布置成当所述系链部穿过液体移动时，通过绕与所述系链的所述主 方向基本平行的旋转轴线（R)旋转而力求相对于液体的相对流动方向（FD)进行自调整，并 且其中，所述系链构造成允许在不同的部分处沿着所述主方向至少部分地扭转以局部地自 调整。
2. 根据权利要求1所述的系链（1)，其中，在基本正交于所述主方向的从所述后缘至所 述前缘的向前方向（f)中，所述旋转轴线位于所述系链部的水力压力中心点（11)的前方。
3. 根据权利要求2所述的系链（1)，其中，在使用期间，所述张力支承部的合成中心点 位于所述系链部的前三分之一部分（12a)中、或前四分之一部分（12b)中、或前五分之一部 分（12c)中、或前十分之一部分中、或前十二分之一部分中。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链部包括前部部分 (13)和后部部分（14)，所述前部部分包括所述前缘，所述后部部分包括所述后缘，其中所 述前部部分包括所述张力支承部。
5. 根据权利要求4所述的系链（1)，其中，在所述系链的向前方向（f)中，所述后部部 分至少部分地与所述前部部分分离并且布置在所述前部部分的后面，其中所述后部部分形 成鳍部（15)，所述鳍部布置成用于当所述系链穿过液体移动时使所述系链通过液体的所述 相对流动方向进行调整。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述张力支承部包括至少一 个张力构件（8, 8'），所述至少一个张力构件包括纤维、人造纤维、碳纤维或钢和/或上述材 料的组合。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链部包括至少一个壳 体构件（16)，所述至少一个壳体构件形成所述系链部的所述外部形状，所述壳体构件包括 以下材料中的至少一种，即弹性材料、热塑性材料、热固性材料、碳纤维层板、玻璃纤维层 板、复合材料、包括聚氨酯或由聚氨酯构成的材料，和/或上述材料的组合。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链部的所述外部形状 的所述前缘形成为水翼部的前缘。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链包括多个系链部 (4a，4b，4c，4d)，所述多个系链部沿着所述系链的所述主方向连续地布置。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链包括沿所述主方向 延伸的支撑结构端部（17a ; 17b)， 其中，所述支撑结构端部基本为圆形。
11. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链布置成使得所述系 链中性地或基本中性地浮在液体中。
12. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述装置包括至少一个移动 运载体（2)，所述至少一个移动运载体构造成产生电能， 其中，所述系链进一步包括用于将所产生的电能从所述移动运载体分配至所述支撑结 构的装置（9a ;9b)。
13. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链部是柔性的以便允 许盘绕或卷绕。
14. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链布置成支撑成至少 一个水下移动运载体，从而产生张力，所述张力达到6MN、4MN、2MN、1MN、lOOkN、10kN，或达到 3, 5kN。
15. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链的截面轮廓是不对 称的。
16. 根据前述权利要求中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链的弦长沿朝向所述 系链的所述支撑结构端部的方向增加。
17. 根据权利要求1至15中的任一项所述的系链（1)，其中，所述系链的弦长沿朝向所 述系链的装置端部的方向增加。
18. -种用于产生电能的能潜入水下的设备（100)，所述设备包括设置有涡轮机（27) 的流驱动运载体（2)，所述运载体通过根据前述权利要求中的任一项所述的系链连接至支 撑结构， 其中，所述运载体设置有至少一个流驱动翼部（20)，所述至少一个流驱动翼部布置成 产生相对于流速度的相对运载体速度，所述相对运载体速度是液体的所述流速度的至少2 倍或4倍或10倍。
【文档编号】F03B17/06GK104105872SQ201280065297
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】阿尔内·夸彭, 奥洛夫·马泽柳斯 申请人:米内斯图股份公司