专利名称：支撑潮汐涡轮机整流罩的主梁和包括该主梁的潮汐涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于支撑潮汐涡轮机整流罩的主梁以及包括该主梁的潮汐涡轮机。
背景技术：
潮汐涡轮发电机轮，例如通过文件W0-A-2009/126996所获知的，包括旋转形状的围绕轮的旋转轴旋转的中央轮毂，以及牢牢地连接到该轮毂的、从该轮毂向外径向延伸的叶片。潮汐涡轮机可以具有外部固定整流罩，该外部固定整流罩围绕轮并且具有围绕该轮的旋转轴的旋转形状。该整流罩为圆柱体，叶片和轮毂在该圆柱体中延伸。已知的支撑主梁用于为该整流罩装配封闭所述轮毂的固定支撑元件。这些主梁大体具有矩形横截面，其中，长边与潮汐涡轮机工作时流过叶片的水流平行。在工作时，水沿着主梁的与横截面的长边对应的侧边流动。卡曼(Karman)漩涡会在主梁的下游形成，并且在主梁中产生易于产生裂缝的机械应力，这是不能令人满意的。更具体地说，本发明旨在通过提供一种支撑主梁来弥补这些缺点，其中，当在潮汐涡轮机工作期间主梁遭受水流时，其形状使得限制或者甚至阻止Karman漩涡的形成成为可能。
发明内容
为此，本发明涉及一种用于支撑潮汐涡轮机整流罩的主梁，该主梁具有垂直于主梁的纵轴获得的平行四边形形状的横截面。该主梁包括大体平行于该主梁的纵轴延伸的至少一个狭槽。在垂直于主梁的纵轴获得的所述横截面中，与所述狭槽接界的表面的轨迹从所述横截面的长边延伸到相邻的所述横截面短边。通过本发明，水可以流入到狭槽中，从而稳定沿主梁流动的水流并且防止在主梁的下游形成Karman漩涡。根据本发明的有利的但可选的方面，采取任何可行的技术组合，这种支撑主梁可以包括以下特征中的一个或多个横截面的短边与相邻的横截面长边形成锐角。在相对于主梁的纵轴的垂直平面中，位于该主梁的外侧、在横截面的短边与横截面的长边之间的连接边缘侧的关于狭槽的、并且被界定在与该狭槽相关的边缘侧的长边的一部分与该狭槽的中间轴或中轴之间的角大于90°。在相对于主梁的纵轴的垂直平面中，位于该主梁外侧的角大于120°，优选地，在 130°与160°之间，更优选地，在150°的范围内。在相对于主梁的纵轴的垂直平面中，位于该主梁内侧且由平行四边形的长边以及与该长边成钝角的短边界定的角大于90°，优选地，大于120°，更优选地，在150°的范围内。至少两个狭槽从平行四边形的同一长边处延伸。
从平行四边形的同一长边处延伸的狭槽是平行的。至少一个狭槽从每个长边处延伸。主梁具有固定装置，用于装配位于同一狭槽的任意一侧上的主梁的两个部件。主梁的、位于横截面的短边与横截面的长边之间的与所述狭槽相关的连接边缘侧的至少一个部件是由机械强度比该主梁的、位于与该狭槽相关的边缘的相反侧的部件的材料的机械强度大的材料制成。本发明还涉及一种潮汐涡轮机，该潮汐涡轮机包括绕着轴旋转的轮、包围该轮的固定整流罩以及根据本发明的用于支撑该整流罩的至少一个主梁，该主梁将整流罩连接到中央潮汐涡轮机支撑元件。
根据对仅作为例子使用的根据本发明的潮汐涡轮机和用于支撑整流罩的主梁的下述描述并且参照附图，本发明将被更加清楚地理解，并且其进一步的优点将更清楚地显现，其中图1为根据本发明的包括三个支撑主梁的潮汐涡轮机的透视图；图2为沿图1中的平面II的更大尺度的剖面图；图3为沿图2中的线III-III的更大尺度的剖面图；图4是图3中的细节图IV的更大尺度的视图；图5是图3中的细节图V的更大尺度的视图；图6是本发明第二实施方式的、与图4类似的视图；以及图7是本发明第三实施方式的、与图4类似的视图。
具体实施例方式图1和图2示出了具有轴Xl的潮汐涡轮机1，该潮汐涡轮机1包括外部整流罩2、 轮3、五个叶片4、固定的中央支撑元件6和三个支撑主梁8。在以下描述中，术语“轴向”是指与轴Xl平行的方向，术语“径向”是指与轴Xl垂直且与之正切的方向，或者垂直于径向的表面。此外，被认为近端的元件比被认为远端的元件离轴Xl更近。更具体地说，如图2所示，整流罩2是空心的，并且具有围绕轴Xl的环形形状，中央支撑元件6是沿着轴Xl延伸并且包括外壳61的圆形基底的圆柱体。支撑主梁8径向延伸，每一个都沿着其纵轴A8，并且将支撑元件6连接到整流罩2。主梁8的近端820固定于外壳61的外部径向表面64，主梁8的远端840固定于整流罩2的内部径向表面22。外部径向表面65包括用于插入叶片4的环形槽64。固定装置63连接位于槽64的任意一侧上的支撑元件6的部件。整流罩2、主梁8和支撑元件6被牢牢地连接并且形成潮汐涡轮机1 的部件5，该部件5在潮汐涡轮机1工作时是静止的。叶片4径向地延伸，并且近端42固定于位于支撑元件6的外壳61内部的轮毂46 的圆形基底的圆柱体部分46a。轮毂46的部分46b，为具有轴Xl的圆盘形式，其连接到部分46a和轮毂46的部分46c，该部分46c的形状为具有轴Xl的棒。轮毂46的部分46c由包含在支撑元件6中的轴承62旋转地操纵。轮毂46旋转未示出的交流发电机的输入轴。叶片4的远端44与整流罩2的内部径向表面22平齐。同时，叶片4和轮毂46形成潮汐涡轮机1的轮3，该轮3可以相对于固定部件5绕着轴Xl旋转。当工作时，大体与轴Xl平行的水流Fl或F2在任意方向上流过潮汐涡轮机1。如图3所示，主梁8是棱柱，其中，垂直于主梁8的纵轴A8得到的横截面S总体上为平行四边形，其包括与轴Xl平行的两个长边801和803以及两个短边802和804。位于平行四边形内的锐角Ya被界定在边801与边802之间，位于平行四边形内的锐角Yb被界定在边803与边804之间。角Y a和角Yb是相等的。然而，这不是必要的。边801与边802的连接处形成了主梁8的第一边缘A，边803与边804的连接处形成了平行四边形的第二边缘B。边缘A和B是圆形的。主梁8的前缘是主梁8的边缘A或B，流Fl或F2首先接触边缘A或B，并且相对于前缘，在流Fl或F2的流动方向上，主梁8的后缘是位于下游的边缘A或B，S卩，流Fl或 F2所流向的一侧。这样，对于流Fl，边缘A形成了主梁8的前缘，边缘B形成了主梁8的后缘，而对于流F2，边缘B形成了主梁8的前缘，边缘A形成了主梁8的后缘。每个主梁8包括位于与狭槽86a和86b相关的边缘A和B的相反位置处的主元件 82以及分别位于与狭槽86a或86b相关的边缘A或边缘B侧的两个附加物8 和84b。在主元件82与附加物8 之间延伸的剩余空间形成了狭槽86a，在主元件82与附加物84b之间延伸的剩余空间形成了狭槽86b。附加物8 和84b与主元件82—起装配。该装配可以通过例如焊接元件(未示出)来实施，该焊接元件分布在主梁8的近端820与远端840之间并将主元件82连接到附加物8 和84b。其它固定装置可以是，例如螺钉，该螺钉与提供在主元件82以及附加物8 和84b中的螺纹孔相啮合。狭缝86a和86b、附加物8 和84b以及主元件82从每个主梁8的近端820延伸到远端840。如图4所示，狭槽86a沿着中间轴Z86a延伸。近似等于150°的角α a被界定在属于附加物84a的边801的一部分801a与在边801上方，即在边缘A的边上方的、在主梁 8外侧延伸出的轴Z86a的一部分之间。角α a位于主梁8的外侧、在横截面S的短边802 与横截面S的长边801之间的与狭槽86a相关的连接边缘A侧上。角aa大于90°。优选地，角α a大于120°，并且在130°与160°之间。优选地，角α a近似等于150°。边803与边802之间形成角β a，其在主梁8的一侧，近似等于150°。角0a大于90°，优选地，大于120°。优选地，角β a近似等于150°。角α a和β a可以为相同的值。然而，这不是必要的。锐角Ya的顶点M被界定在分别用虚线表示的线D801与线D802的交叉点处，借以图3中的平行四边形的边801和802各自延伸。与狭槽86a接界的主元件82的表面被称作86加。与狭槽86a接界的附加物8 的表面被称作86如。这样，狭槽86a位于表面86 与表面86 之间。更具体地说，在垂直于主梁8的纵轴A8获得的横截面中，与狭槽86a接界的表面86 和86 的轨迹从横截面 S的长边801延伸到相邻的横截面S短边802。术语“表面86 或86 的轨迹”是指位于横截面S与表面86 或86 的交叉处的线段。此外，横截面S的短边802与横截面S的长边801形成了锐角Y a。
通过绕着图3所示的平行四边形的对角线的交叉点进行中心对称，位于边缘A侧的主梁8的末端的形状可以变换到边缘B侧上。图5更详细地示出了位于边缘B侧的主梁8的末端。狭槽86b沿着中间轴Z86b 延伸。对于狭槽86b，位于主梁8外侧的、在边缘B侧上的角α b被界定在属于附加物84b 的边803的一部分80 与边803上方的、延伸到主梁8的外侧的轴86b的一部分之间。对于狭槽86b，角α b位于主梁8外侧、在横截面S的短边804与横截面S的长边803之间的连接边缘B侧上。位于主梁8内侧的角β b被界定在图3中的平行四边形的边801与边804之间。角ab和角β b分别等于角a a和角β a。然而，在ab和Pb大于90°的情况下，这不是必要的。锐角Y b的顶点Sb被界定在分别用虚线表示的线D803与线D804的交叉点处，借此图3中的平行四边形的边803和边804各自延伸。与狭槽86b接界的主元件82的表面被称作862b。与狭槽86b接界的附加物84b 的表面被称作864b。这样，狭槽86b位于表面862b与表面864b之间。更具体地说，表面 862b和表面864b与狭槽86b接界并且从主梁8的横截面S的长边803处延伸并且延伸到与长边801形成锐角Y b的相邻短边804。当工作时，潮汐涡轮机1被安装在水下，例如，在海洋环境中，并且固定部件5被连接到固定部分，例如连接到地面。叶片4在任意方向的水流Fl或F2的作用下绕着轴Xl旋转，从而驱动交流发电机，进行发电。下文中，在流Fl的情况下描述水流。当水在流F2的方向上流动时，对称流出现。当流Fl到达主梁8的形成主梁8的前缘的边缘A时，流Fl被分为两个部分Fl1和 Fl2,并且继续向形成主梁8的后缘的边缘B前进。流Fl的第一部分Fl1沿着主梁8的边 803流动，流Fl的第二部分Fl2沿着主梁8的边801流动。正压区Pl出现在位于边缘B附近的边803的末端，负压区P2出现在边缘B附近的边上。由该正压和负压引起的压力差排出狭槽86b内的水流Fl的第一部分Fl1的一部分 Fl1'。因此，水在狭槽86b中从位于边803处的狭槽86b的末端流向位于边804处的狭槽 86b的末端，并且加入流Fl的第二部分Fl2并沿着边804流向边缘B。这样，沿着主梁8的边801、803和804延伸的水边界层是通过狭槽86b来稳定的，并且Karman漩涡的形成受到限制或者甚至被阻止。在流Fl的情况下，狭槽86a是可选的，只有狭槽86b有助于流稳定。位于主梁8的边缘A和边缘B上的两个狭槽86a和86b的存在使得稳定流Fl或流 F2的流动成为可能，这在潮汐涡轮机在可变的方向上遭受水流的情况下例如当潮汐涡轮机 1被潮汐流或回流驱动时，是有利的。图6示出了主梁8的第二实施方式，其中，与图4中的元件等同的元件使用相同的附图标记。图6中所示的主梁8具有约等于130°且比图4中的主梁8的角α a小的角α a。 图6中的角α a大于90°。与图4中的主梁8的狭槽86a相比，图6中的主梁8的狭槽86a更接近边缘Α。此外，图6中的主梁8具有约等于130°的角β a。图6中的角β a大于90°并且小于图4中的主梁8的角β a。
图7所示为主梁8的第三实施方式，其中，与图4和图5中的元件等同的元件具有相同附图标记。图7所示主梁8包括两个附加物8 和84a‘，两者都位于主梁8的边缘A 侧上。与附加物8 相比，附加物84a'更接近于边缘Α。位于主元件82与附加物8 之间的第一剩余空间界定了沿着轴Z86a延伸的第一狭槽86a。位于附加物8 与附加物84a' 之间的第二剩余空间界定了沿着轴Z86a'延伸的第二狭槽86a'。位于主梁8的外侧并且在边缘A侧的关于狭槽86a的角α a被界定在属于附加物 8 的边801的一部分801a与位于边801上方、从主梁8向外延伸出的轴Z86a的一部分之间。位于主梁8的外侧并且在边缘A侧的关于狭槽86a'的角α a'被界定在属于附加物84a'的边801上的一部分801a'与位于边801上方、从主梁8向外延伸出的轴Z86a' 的一部分之间。角α a和角aa'相等，并且狭槽86a的轴Z86a和狭槽86a‘的轴Z86a'平行。 然而，在本发明的又一个实施方式中，在狭槽86a和86a'不相交的情况下，角aa和α a' 可以不同。与狭槽86a接界的主元件82的表面称作86加。与狭槽86a接界的附加物8 的表面称作86如。这样，狭槽86a位于表面86 与表面86 之间。与狭槽86a'接界的主元件82的表面称作86 '。与狭槽86a'接界的附加物 84a的表面称作86 '。这样，狭槽86a'位于表面86 '与表面86 '之间。图3所示的主梁8包括每个边缘A和B上的狭槽86a或86b，但是在本发明的又一个未示出的实施方式中，主梁8可以包括在主元件82与单个附加物8 或84b之间延伸的单个狭槽86a或86b。在该情况下，狭槽86a或86b位于主梁8的后缘附近，即，在流Fl的情况下位于边缘B侧，在流F2的情况下位于边缘A侧。在该情况下，主梁8适合于当水在单个方向上流动时稳定水流Fl或F2。此外，假设狭槽86a从边801延伸到边802，轴Z86a与边缘A的距离可以变化。此外，对于第三实施方式，狭槽86a的轴Z86a和狭槽86a'的轴Z86a'之间的距离可以变化。根据本发明的又一个未示出的实施方式，在主梁8包括至少一个狭槽86a或86b 的情况下，主梁8可以在其边缘A和B中的每一个附近具有多个狭槽(大于或等于0个)， 并且主梁8的每个边缘A和B上的狭槽的数量可以不同。例如，位于边缘A侧的主梁8的末端可以包括一个狭槽86a，位于边缘B侧的主梁8的末端可以包括两个狭槽86b。因为附加物8 和84b承受的机械应力大于主元件82，所以附加物8 和84b最好由机械强度比主元件82的材料的机械强度大的材料制成。例如，附加物8 和84b可以由高强度的钢制成，主元件由软钢制成，或者相反。在本发明的可替换的实施方式中，附加物8 和84b是空心的，主元件82是实心的，或者相反。图1中所示的潮汐涡轮机1包括三个主梁8和五个叶片4。在可替换的实施方式中，潮汐涡轮机1可以包括数量不为三的多个主梁8和数量不为五的多个叶片4。在相对于主梁8的纵轴A8的垂直平面中，狭槽86a、86a'或86b的横截面可以是直线性的，例如，可以是曲线的一部分的形式。在该情况下，狭槽86a、86a'或86b的轴 Z86a,Z86a'或Z86b被界定为曲线部分的中轴。此外，狭槽86a、86a'或86b可以沿着纵轴延伸，该纵轴相对于主梁8的纵轴A8倾斜。这样，狭槽86a、86a'或86b可以延伸，同时与主梁8的纵轴A8平行或者几乎平行。这样，这些狭槽与该轴大体平行。可以将上面的实施方式和可设想的可替换实施方式的特征结合在一起。在可替换的实施方式中，主梁8的横截面S可为矩形，该矩形是特殊的平行四边形。在该情况下，角α a和cib不是锐角而是直角。
权利要求
1.一种用于支撑潮汐涡轮机(1)的整流罩O)的主梁(8)，所述主梁(8)具有垂直于所述主梁(8)的纵轴(A8)得到的平行四边形形状的横截面(S)，其特征在于所述主梁包括大体平行于该主梁(8)的所述纵轴(A8)延伸的至少一个狭槽(86a、 86a‘ ,86b)；在垂直于所述主梁(8)的所述纵轴(A8)获得的所述横截面(S)中，与所述狭槽(86a、 86a‘ ,86b)接界的表面(862a、86^、862a' ,864a‘)的轨迹从所述横截面(S)的长边 (801,803)延伸到相邻的所述横截面(S)短边(802,804) 0
2.根据权利要求1所述的主梁(8)，其特征在于，所述横截面(S)的所述短边(802、 804)与相邻的所述横截面(S)长边(801,803)形成锐角(Ya^Yb)0
3.根据权利要求1或2所述的主梁(8)，其特征在于，在相对于所述主梁(8)的所述纵轴(A8)的垂直平面中，位于所述主梁⑶的外侧、在所述横截面⑶的所述短边(802、804) 与所述横截面(S)的所述长边(801、803)之间的连接边缘(A、B)侧的关于所述狭槽(86a、 86a‘ ,86b)的、并且被界定在与所述狭槽(86a、86a' ,86b)相关的所述边缘(A、B)侧的所述长边(801,803)的一部分(801a，801a‘，803b)与所述狭槽(86a、86a' ,86b)的中间轴或中轴之间的角(aa、aa'、α b)大于90°。
4.根据权利要求3所述的主梁(8)，其特征在于，在相对于所述主梁(8)的所述纵轴 (A8)的垂直平面中，位于所述主梁⑶外侧的所述角(aa、α a'、α b)大于120°，优选地，在130°与160°之间，更优选地，在150°的范围内。
5.根据权利要求1所述的主梁(8)，其特征在于，在相对于所述主梁(8)的所述纵轴 (A8)的垂直平面中，位于所述主梁(8)内侧且由所述平行四边形的所述长边(801、803)以及与所述长边(801、803)形成钝角(i3a、i3b)的所述短边(802、804)界定的角(β a、3 b) 大于90°，优选地，大于120°，更优选地，在150°的范围内。
6.根据权利要求1所述的主梁(8)，其特征在于，至少两个所述狭槽(86a、86a')从所述平行四边形的同一所述长边(801、80；3)处延伸。
7.根据权利要求6所述的主梁(8)，其特征在于，从所述平行四边形的同一所述长边 (801,803)处延伸的所述狭槽(86a、86a‘)是平行的。
8.根据权利要求1所述的主梁(8)，其特征在于，至少一个所述狭槽(86a、86a',86b) 从每个所述长边(801、80 处延伸。
9.根据权利要求1所述的主梁(8)，其特征在于，所述主梁(8)具有用于装配位于同一所述狭槽(86a、86a‘ ,86b)的任意一侧上的所述主梁(8)的两个部件(82、84a、84a‘ ,84b) 的固定装置。
10.根据权利要求1所述的主梁(8)，其特征在于，所述主梁(8)的、位于所述横截面 (S)的所述短边(802、804)与所述横截面(S)的所述长边(801、80；3)之间的与所述狭槽 (86a,86a' ,86b)相关的连接边缘(A、B)侧的至少一个部件(84a,84a' ,84b)是由机械强度比所述主梁(8)的、位于与所述狭槽(86a、86a' ,86b)相关的所述边缘(A、B)的相反侧的部件(82、84a)的材料的机械强度大的材料制成。
11.一种潮汐涡轮机(1)，包括绕着轴(Xl)旋转的轮(3)、封闭所述轮的固定整流罩 (2)以及用于支撑所述整流罩的至少一个主梁(8)，所述主梁(8)将所述整流罩连接到中央水涡轮机支撑元件(6)，其特征在于，所述主梁(8)是根据权利要求1所述的主梁。
全文摘要
本发明公开一种用于支撑潮汐涡轮机整流罩的主梁(8)，该主梁(8)具有垂直于主梁(8)的纵轴(A8)得到的平行四边形形状的横截面(S)。所述主梁包括大体平行于所述主梁(8)的所述纵轴(A8)延伸的至少一个狭槽(86a、86b)。在垂直于所述主梁(8)的所述纵轴(A8)获得的所述横截面(S)中，与所述狭槽(86a、86b)接界的表面的轨迹从所述横截面(S)的长边(801、803)延伸到相邻的所述横截面(S)短边(802、804)。
文档编号F03B13/26GK102444538SQ201110291619
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者T·索文尼, 尼古拉斯·波特 申请人:阿尔斯通水电设备法国公司