用于从流动液体中提取能量的设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于从流动液体例如，潮汐流、洋流和江河中的水流中提取能量的设备。该设备包括支撑装置（12）以及围绕基本上水平的轴线（18）枢转地连接至支撑装置（12）的涡轮机装置（1）。涡轮机装置包括至少一个螺旋涡轮机（2；4），每个均具有与能量转换器（22；24）连接的轮轴。涡轮机装置（1）具有近端和远端，近端枢转地连接至支撑装置（12），并且，远端可在流动液体中以基本竖直的环形路径自由地移动。这使得，涡轮机装置在使用中能够相对于水平面调节操作角。该设备的特征在于，涡轮机装置（1）的远端设置有至少一个横向杆（7），稳定涡轮机装置（1）的操作角。各种流动引导装置也有助于该设备的稳定性和性能。
【专利说明】用于从流动液体中提取能量的设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于从流动液体(例如水)提取能量的设备。
[0002]更特别地，本发明涉及一种用于从流动液体中提取能量的设备，该设备包括支撑装置和围绕枢转轴线与支撑装置枢转地连接的涡轮机装置，涡轮机装置包括至少一个螺旋涡轮机，每个螺旋涡轮机均具有与能量转换器连接的轮轴，涡轮机装置具有近端和远端，近端与支撑装置枢转地连接，远端在流动液体中沿环形路径能自由地移动，该环形路径描绘了垂直于枢转轴线的平面，从而，使得涡轮机装置在使用中能够围绕枢转轴线调节为操作角位置。
【背景技术】
[0003]潮汐流、洋流和江河中的水流代表相当大量的未开发能量。已经进行许多尝试，来提供有效且可靠的用于从这种流动液体中提取能量的系统。
[0004]潮汐水车(例如类似风车且布置于海床上的结构)是已知的。典型地，这种设备具有产生相当大的力和弯矩的缺点，该力和弯矩必须由支撑塔结构承受或吸收。
[0005]WO 2004/067957描述了一种可能设置在水下的螺旋涡轮机装置。螺旋涡轮机的轴与发电机连接。螺旋涡轮机和发电机设备可旋转地连接至海床上的底座。涡轮机叶片具有足够的浮力，因而在使用时使螺旋润轮机上升至水中的倾斜位置(diagonal position,对角位置)。
[0006]在WO 2009/093909中已经公开了导言中提到的类型的设备。此公开描述了一种螺旋涡轮机设备，其包括两个具有相对间距的，平行地布置且彼此重叠的螺旋涡轮机。螺旋涡轮机轴与发电机连接。该设备可旋转地连接至海床上的底座。涡轮机叶片具有足够的浮力，因而在使用时使螺旋涡轮机上升至液体中的倾斜位置。此现有技术使得，可能将流动液体(例如潮汐流)的能量转换成电能，没有现有技术的刚性潮汐水车的弯矩/力的缺点。然而，其在整体性能方面(例如，能量效率和功率输出的稳定性)仍具有某些缺点。特别地，试验已经表明，发电机的功率输出经历过大的波动或变化。
【发明内容】
[0007]本发明的一个目的是，弥补或减少【背景技术】的解决方案的至少一个缺点。权利要求书已经限定了本发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]已经用附图中的非限制性实例示出了本发明，其中:
[0009]图1示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第一实施方式的前视图。
[0010]图2示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第一实施方式的侧视图。[0011]图3示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第二实施方式的顶视图和如视图。
[0012]图4示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第三实施方式的顶视图和如视图。
[0013]图5示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第四实施方式的前视图。
[0014]图6示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第四实施方式的侧视图。
[0015]图7示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的横向杆和端帽的细节。
[0016]图8示意性地示出了横向杆的可能特性。
[0017]图9示意性地示出了各种横向杆的可能的端部剖面设计。
[0018]图10示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第五实施方式的前视图。
[0019]图11示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第五实施方式的侧视图。
[0020]图12示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第六实施方式的前视图。
[0021]图13示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第六实施方式的平面图。
[0022]图14示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第六实施方式的平面图。
[0023]图15示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第七实施方式的前视图。
【具体实施方式】
[0024]在图中已经用相同的参考数字来表示相同或相应的元件。
[0025]图1示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第一实施方式的前视图。该流动液体可能是流动的水，例如，海水(例如，潮汐流或洋流)或淡水(例如，江河中流动的水)。或者，该流动液体可能是流动的微咸水、流动的废水或任何其他保有将被提取/开发的动能的液体。
[0026]该设备包括支撑装置12，在此实施方式中，所述支撑装置已被安装在海床上。可通过重力底部地基、或销接地基、或者单柱或多柱地基、或这些地基的任何组合，将支撑装置安装在海床上。在图中，为了便于说明，支撑装置12和海床的其上已经布置有所述支撑装置的部分都是水平的。然而，应理解，支撑装置可能适当地适配于例如海床的倾斜或不规则部分。
[0027]在第一实施方式的替代方面中，支撑装置12也可能是锚固定、系泊的或拴系的浮力平台，其定位在底部和表面之间的中间深度处。
[0028]该设备进一步包括涡轮机装置1，其围绕枢转轴线18枢转地连接至支撑装置12，在此第一实施方式中，枢转轴线18是水平的，或至少基本上是水平的。枢转连接件布置在支撑装置的上侧上。可通过涡轮机装置上的水平轴来提供该枢转连接件，该轴可通过布置于每端处的轴承11相对于支撑装置旋转。在其他实施方式中，可将轴承布置在轴(例如，滑动轴承或滚动元件轴承)或类似的旋转元件的中间或其中。
[0029]在其他方面中，可将枢转轴线18以任何角度布置。例如，枢转轴线可能是水平的或至少基本上水平的，如在第一至第五实施方式中举例说明的，其可能是垂直的或至少基本上垂直的，如在第六实施方式中举例说明的，或者，其可能是倾斜的(diagonal，对角的)，如在第七实施方式中举例说明的。
[0030]还可将该枢转连接件布置为部分地或完全地插入支撑装置内。
[0031]涡轮机装置I包括两个螺旋涡轮机4和2。每个涡轮机装置具有轮轴或轴，所述轮轴或轴与能量转换器(分别用22，24表示)连接。在替代实施方式中，可能使该轴与同样驱动公共能量转换器的传动装置连接。
[0032]在替代实施方式中，涡轮机装置可包括一个、三个、四个或任意更多数量的螺旋涡轮机。在具体方面中，涡轮机装置包括偶数个螺旋涡轮机，尽管奇数也是可能的。在多于两个螺旋涡轮机的情况中，有利地，将螺旋涡轮机布置成一行，即，它们的平行旋转轴线与一条横向线相交。
[0033]将螺旋涡轮机4，2布置在彼此附近，具有平行的旋转轴线。如所示出的，螺旋涡轮机也具有相对的螺旋运动或偏手性。因此，它们在操作过程中将是反向旋转的。在图1中，螺旋涡轮机4 (示出为在左侧)是右旋的，而螺旋涡轮机2 (示出为在右侧)是左旋的。在涡轮机装置包括不止两个具有平行轴线的螺旋涡轮机的替代实施方式中，有利地，任意一对相邻的螺旋涡轮机可具有相反的偏手性。
[0034]可能这样设计螺旋涡轮机，使得，在水流方向与螺旋相反的潮汐流中，螺旋涡轮机将始终在相同的方向上旋转。
[0035]能量转换器22，24可为普通的发电机和/或具有齿轮系统的发电机。在替代实施方式中，能量转换器可能是泵，例如，用于提供压缩空气。一般来说，能量转换器可能是任何类型的能量转换装置，其将流动液体的动能所提供的旋转能量转换成不同形式的能量。
[0036]涡轮机装置I具有近端(在图1的下部示出)和远端(在图1的上部示出)。将涡轮机装置I的近端与支撑装置12枢转地连接。
[0037]由于涡轮机装置I的近端和支撑装置之间的枢转连接的原因，涡轮机装置I的远端可在流动液体中沿环形路径自由移动。该环形路径描绘了垂直于枢转轴线18的平面。由于在此第一实施方式中枢转轴线18是水平的或基本上水平的，所以，涡轮机装置的远端将在流动液体中沿基本上竖直的环形路径自由移动。在此方面中，应将环形路径理解为，是形成圆形的一部分(例如，半圆形或别的圆弧)的路径。这使得在使用中，即，当液体正在流动并迫使涡轮机围绕其旋转轴线6，8旋转时，涡轮机装置I能够使其位置调节至围绕枢转轴线的特殊操作角位置。
[0038]在第一实施方式中，例如，可将该操作角位置测量为涡轮机装置相对于水平面的角度(例如，一条涡轮机轴线相对于水平面的角度)。在一个替代方面中，可相对于竖直面确定该操作角位置。在又一方面中，可相对于代表性向量确定操作角位置，该代表性向量描绘了流动液体的流动方向。
[0039]在图1所示的实施方式中，S卩，在将螺旋涡轮机从枢转轴线或旋转点面向上安装的结构中，可通过对螺旋涡轮机提供适当的浮力(即，使得涡轮机设备的净浮力整体上是正的)来实现该操作角位置。这样，当该设备周围的液体是不流动的时(例如，处于憩流状态)，涡轮机装置I将竖立成基本上竖直的位置，即，相对于水平面大约90度的操作角。当液体流动增加时，涡轮机装置I将围绕水平轴线18枢转，使得在变化的液体流动(例如，潮汐流和江流)中，涡轮机轴线6，8相对于水平面具有不同的较小的操作角。当液体流动增加或减小时，该角度可能是变化的。
[0040]如果液体流动变化，那么随着能量转换装置的容量的增加，将使涡轮机装置的角度改变成产生更少能量的角度。
[0041]根据本发明，为了改进整体性能，涡轮机装置I的远端设置有至少一个横向杆7的形式的延伸件，其作用是使涡轮机装置I的操作角位置稳定。此作用在高能量产生范围中(即，在更高的液体速度或更高的液体流动下)可能是特别明显的。
[0042]附加地，或替代地，横向杆可提供浮力和物理形状，以在该流动中提供提升/扰动，其作用是允许液体流动更迅速地将涡轮机装置推到其操作范围。此作用在更低的液体速度或更低的液体流动下可能是特别明显的。
[0043]附加地或替代地，改进整体性能可能包括本发明的以下优点中的至少一个:
[0044]-改进涡轮机设备迅速地达到其高能量产生范围的能力，
[0045]-随着时间流逝将涡轮机设备保持在其高能量产生范围内，
[0046]-改进能量效率，
[0047]-改进功率输出的稳定性，
[0048]-减小螺旋涡轮机的振动运动，所述振动运动可能另外导致高疲劳负载状态和差生命周期状态。
[0049]横向杆7在涡轮机装置I的远端处(即，示出为在图1的上部处)与螺旋涡轮机4的轴线6和螺旋涡轮机2的轴线8相交。
[0050]在图1所示的实施方式中，涡轮机设备还包括设置于螺旋涡轮机2的远端上的端帽3和设置于螺旋涡轮机4的远端上的端帽5。
[0051]端帽可能以这样的方式封闭/完成螺旋的端部，即，使得开口式螺旋所产生的扭矩输出波动得以克服/平滑，从而使得发电机的功率输出不会经历过量的波动或振动。
[0052]虽然在所示实施方式中已经一起示出了横向杆7和端帽3、5，但是，应理解，可分别布置横向杆或远端帽，而不必以组合的方式布置。
[0053]每个端帽3或5在其指向相应螺旋涡轮机的近端的面上具有锥面。
[0054]在某些方面中，端帽可提供大量额外的浮力，该浮力将使该装置保持在其最佳的操作范围内。在具体的液体流动条件中，端帽可使螺旋涡轮机上的水流平稳，并减小来自螺旋涡轮机的功率波动。
[0055]在一个实施方式中，每个锥面均可能设置有径向翼片构件。
[0056]具体地，在某些液体流动条件中，径向翼片构件能进一步减小功率波动，并增加从螺旋涡轮机产生的功率。
[0057]在图1所示的实施方式中，涡轮机设备还包括设置于螺旋涡轮机2的近端上的端帽9和设置于螺旋涡轮机4的近端上的端帽10。尽管在所示实施方式中已经一起示出了横向杆7，远端帽3、5以及近端帽9、10，但是，应理解，可分别布置这些近端帽，而不必与远端帽和横向杆组合。
[0058]在图1所示的实施方式中，以及，在将螺旋涡轮机安装在支撑装置上方(例如，海床上)的任何实施方式或结构中，可将螺旋涡轮机和横向杆设计为具有适当的浮力，即，具有比液体(例如水)的密度小的净密度。
[0059]螺旋涡轮机和横向杆可由复合材料制成，例如，玻璃增强塑料(GRP)或玻璃纤维或热塑料。
[0060]在其他实施方式中，横向杆可能由柔性的可膨胀橡胶材料制成，例如，天然橡胶或人造合成橡胶材料。
[0061]以上实例材料可用于本说明书中的所有实施方式。
[0062]可通过将这些元件(诸如螺旋涡轮机和横向杆)制造成通常填充有空气的空心壳体，或通过用重量轻的材料制造这些元件，来获得这些元件的浮力。可能通过提供压舱物(例如，必要时用水填充的压舱物室)来调节浮力。
[0063]图2示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第一实施方式的侧视图。
[0064]为了说明，已经示出了涡轮机装置处于三个位置中。在用实线画出的中间位置中，涡轮机装置采取竖直方向。如果设备周围的液体(例如水)是不流动的，即，液体流动是零或基本上是零，那么将是这种情况。如上面已经参考图1说明的，在此情况中，涡轮机装置I将竖立成基本上竖直的位置，即，当相对于水平面进行确定时，大约90度的操作角。
[0065]用虚线画出的左侧位置示出了这样的情况:具有从右到左的大量液体流动。涡轮机装置I围绕水平轴线枢转，使得，当相对于水平面进行确定时，涡轮机轴线具有小于90°的操作角。此位置与高能量产生范围内的操作相对应。
[0066]也用虚线画出的右侧位置示出了这样的情况:具有从左到右的大量液体流动。涡轮机装置I围绕水平轴线枢转，使得，当相对于水平面进行确定时，涡轮机轴线具有小于90°的操作角。此位置与高能量产生范围内的操作相对应，这次是在相反的方向上。
[0067]图2还示出了布置在海床处的弯曲导板25、26形式的流动引导装置的可能附加特征。该导板可能是独立的单元，或者，其可能附接至支撑装置，或者，作为支撑装置的组成部分。在液体流动的方向上将导板布置在涡轮机装置的任一侧上。可将这种导板25、26定位在液体流动中，从而以适当的角度将螺旋涡轮机下方的液体流动引导至螺旋涡轮机中，从而增强涡轮机装置的操作。导板25、26可由复合材料(例如，与螺旋涡轮机相同的材料)或者由任何其他适合于水下使用的材料制成。
[0068]流动引导装置(包括导板25、26)具有改进该设备的整体性能的效果。
[0069]特别地，改进了旋转的螺旋涡轮机的扭矩输出，使其更平稳和/或稳定。结果，已经证明可实现改进的功率输出。
[0070]例如，可借助于导板25、26将其他未作用于涡轮机2、4上的一部分流动(例如，位于海床上方且涡轮机近端下方的流动的下部)引导至涡轮机上，从而增加功率输出。
[0071]图3示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第二实施方式的顶视图和前视图。已经在图3的上部示出了顶视图，同时，已经在图3的下部示出了前视图。
[0072]在第二实施方式中，涡轮机装置仅包括一个螺旋涡轮机，其具有与能量转换器连接的轮轴。[0073]与图1和图2所示的第一实施方式相对应，涡轮机装置I的远端设置有横向杆7，其作用是使涡轮机装置I的操作角在不同的流动状态中稳定，特别是在高能量产生范围下。
[0074]为了防止横向杆7随着螺旋涡轮机的轮轴旋转，将横向杆7与设置于螺旋涡轮机每侧处的平行纵向柱13、14连接。柱13、14还用作支撑框架，改进和稳定横向杆7的固定。
[0075]还可能通过液力的方式使每个柱13，14成形，以加速水在柱上的流动，并增加螺旋涡轮机的外边缘上的液体流速，从而增加螺旋涡轮机的功率输出。如可在顶视图中简单地看到的，这可能通过将每个柱形成有流动增强的液力翼片形状来提供。翼片可能在相反的方向上伸出，以允许操作中在任一方向上通过螺旋涡轮机的流动的平衡。
[0076]流动引导装置(包括翼片形状的柱)具有改进该设备的整体性能的作用。特别地，增加和/或稳定了旋转的螺旋涡轮机的扭矩输出。结果，已经证明实现了改进的功率输出。
[0077]另外，图3中示出了支撑装置的另一实施方式，其中，用快速连接装置将该装置与预先安装的单柱16连接。
[0078]图4示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第三实施方式的顶视图和前视图。已经在图4的上部示出了顶视图，同时，已经在图4的下部示出了前视图。
[0079]第三实施方式基本上与图1和图2所示的第一实施方式相对应。然而，在螺旋涡轮机之间以及在螺旋涡轮机的外侧处设置有平行的纵向柱20、21、23。柱20、21、23用作支撑框架，其也可能改进到达涡轮机的液体流动，必要时提供额外的浮力，并加固该设备。
[0080]有利地,每个柱20、21、23设置有流动引导装置。这可通过将每个柱形成有液力翼片形状来提供，如可通过图4的顶视图中的实例简单地看到的。可这样设计该翼片，使得如果流动在装置上是反向的(例如，在潮汐流中)，翼片的作用在该装置上将是相同的。相邻翼片可能在相反的方向上伸出。因此，中心翼片20可能伸出至涡轮机装置的一侧，同时，侧翼片21，23可能伸出至涡轮机装置的相反侧。
[0081]流动引导装置(包括中心翼片和侧翼片)具有改进该设备的整体性能的作用。特别地，使旋转的螺旋涡轮机的扭矩输出平稳和/或稳定。结果，已经证明可实现功率输出的改进的稳定性。
[0082]所述柱(B卩，中心翼片20和侧翼片21、23)可能由复合材料(例如，与螺旋涡轮机相同的材料)制成。可能将其制成全部或部分空心的，以提供适当的浮力。
[0083]图5示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第四实施方式的前视图。
[0084]可将第四实施方式看做是图1和图2所示的第一实施方式的颠倒过来的版本。因此，参考图1和图2的详细描述，并在下面说明了差异。
[0085]在第四实施方式中，支撑装置12可能是浮动的和/或固定的，或以其他方式外布置在液面上或液面上方。在这种结构中，涡轮机装置I在支撑装置12的下侧上可枢转地连接至支撑装置。可能以与第一实施方式中的方式相应的方式来实现该枢转连接。
[0086]在这种实施方式中，涡轮机装置I将是正受力的，使得涡轮机装置将在静水或最小水流(例如，憩流)下向下竖直地悬挂。螺旋涡轮机(2 ;4)，端帽3、5、9、10和横向杆7可能容纳液体(例如，水)和/或另外装有压舱物，以允许涡轮机装置(I)在适当的工作范围内工作。[0087]图6示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第四实施方式的侧视图。
[0088]图6示意性地示出了第四实施方式的三个可能的位置或操作角。
[0089]在用实线画出的中间位置中，涡轮机装置采取垂直的向下的方向。如果该设备周围的液体(例如，水)是不流动的，即，液体流动是零或基本上是零，那么将是这种情况。在此情况中，涡轮机装置I将下降至基本上垂直的位置，即，相对于水平面大约90度的操作角。
[0090]用虚线画出的左侧位置示出了这样的情况:具有从右到左的大量液体流动。涡轮机装置I围绕水平轴线枢转，使得，当相对于水平面进行确定时且当涡轮机装置在高能量产生范围内操作时，涡轮机轴线具有小于90°的操作角。
[0091]相应地，也用虚线画出的右侧位置示出了这样的情况:具有从左到右的大量液体流动。涡轮机装置I围绕水平轴线枢转，使得，当相对于水平面进行确定时且当涡轮机装置在高能量产生范围内操作时，涡轮机轴线具有小于90°的操作角，这次是在相反的方向上。
[0092]在第四实施方式的一个替代方面中，可将支撑装置12附接至锚固的浮力平台，其定位于底部和表面之间的中间深度处。
[0093]在图5和图6所示的实施方式中，S卩，在将螺旋结构安装在支撑装置下方的实施方式和结构中，可将螺旋涡轮机和横向杆，以及可能的其他附加元件设计为具有适当的重量，即，具有比液体(例如，水)的密度高的净密度。这可能通过常规材料选择和/或通过提供适当的压舱物元件来获得。
[0094]图7示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的横向杆和端帽的细节。
[0095]在某些实施方式中，每个螺旋涡轮机可能设置有设置于每个螺旋涡轮机的远端上的端帽。这种端帽在其指向相应螺旋涡轮机的近端的面上可能具有锥面，并且，该锥面可能设置有径向翼片构件。
[0096]而且，在某些实施方式中，每个螺旋涡轮机可能设置有设置于每个螺旋涡轮机的近端上的端帽。同样地，这种端帽可能在其指向相应螺旋涡轮机的远端的面上具有锥面，并且，该锥面可能设置有径向翼片构件。
[0097]此外，在某些实施方式中，横向杆可能在其端部装配有小翼31，以液力地增加该设备的稳定性。
[0098]端帽具有改进该设备的整体性能的效果。特别地，使得旋转的螺旋涡轮机的扭矩输出增力卩、平稳和/或稳定。结果，已经证明可实现来自能量转换器(特别是发电机)的功率输出的改进的稳定性。
[0099]远端端帽3、5可能分别设置有径向翼片构件17、19。
[0100]图8示意性地示出了横向杆的可能的特性。可在本说明书中的所有实施方式中使用横向杆7。
[0101]图8示意性地示出了横向杆7处于两种情况中的侧视图。
[0102]在图8中的左侧，将横向杆7示出为处于竖直状态，如果液体(例如，水)是不流动的或者流动基本上是零，那么将是这种情况。已经示出了横向杆的表面区域的竖直投影。
[0103]在图8的右部中，将横向杆7示出为处于倾斜状态，如果液体(例如，水)具有箭头所示的方向上(即，在图上，从左到右)的大量流动，那么将是这种情况。如所示出的，横向杆的表面区域的竖直投影减小，从而，与竖直/静止情况中的表面区域的竖直投影相比，减小了推倒系统的力。
[0104]有利地，横向杆7具有的轮廓提供了液力竖直力，其随着液体流动的增加而增加，因此当液体流动增加时，液力竖直力与压力一起给予螺旋结构的最佳位置。
[0105]有利地，横向杆可具有流动液体将作用于其上的较大的表面区域，并帮助迫使潮汐装置到达其操作位置。一旦处于操作位置中，横向杆7将通过液体流动到达保持其最佳的操作角，而操作角随着横向杆的表面区域在液体流动中的减小而增加。
[0106]此外，将横向杆的液力形状设计为，提供液力提升，以使得当操作角增加时，液力提升增加。这样，液力提升帮助保持最佳的操作角。这对于允许分级卸载来说可能是有利的。
[0107]在所示实施方式中，有利地，横向杆可能具有内置的浮力装置，其帮助涡轮机装置在静止液体中保持其垂直位置，并且，基本增加涡轮机装置在其操作角下在液体流动中的稳定性。
[0108]这带来改进的整体性能，包括涡轮机装置I的操作角的改进的稳定性。例如，即使在干扰或噪声的情况中(例如，液体流动中的任意振动)，也可改进角度稳定性。
[0109]图9示意性地示出了各种横向杆的可能的端部剖面(或横截面)设计。特别将每个横向杆设计为，适应特殊潮汐流中的各种流动。
[0110]已经将与该装置串联地作用的横向杆内的浮力装置的物理形状和量示出为，迫使该设备以低流速进入高能量产生范围，并通过更快的液体流动将该装置保持在高能量产生范围中更长时间。
[0111]横向杆的另一方面是，在预定的更高的流速下(其中，对发电机产生的能量大于确定值)，该装置将移动离开高能量产生范围，分流负载，以允许利用更有效的预定额定的发电机。
[0112]图10示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第五实施方式的前视图。
[0113]第五实施方式基本上与图1和图2所示的第一实施方式相对应。因此，参考图1和图2的详细描述，并在下面说明了差异。
[0114]在第五实施方式中，能量转换器22、24直接连接至螺旋涡轮机2、4的近端与螺旋涡轮机的近端整体形成。
[0115]因此，通过布置于能量转换器22、24的壳体/外壳29、30上的独立枢转/旋转元件27、28，涡轮机装置枢转地连接至支撑装置。
[0116]在第五实施方式的一个替代方面中,还可通过横梁和/或其他连接件将壳体/外壳29、30直接连接。
[0117]图11示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第五实施方式的侧视图。
[0118]已经示出了涡轮机装置处于三个位置中。在用实线画出的中间位置中，涡轮机装置采取垂直方向，与静止液体相对应。用虚线画出的左侧位置示出了这样的情况:具有从右到左的大量液体流动。涡轮机装置I围绕水平轴线枢转，使得，当相对于水平面进行确定时，涡轮机轴线具有小于90°的操作角，并且涡轮机装置在操作范围内操作。
[0119]也用虚线画出的右侧位置示出了这样的情况:具有从左到右的大量液体流动。涡轮机装置I围绕水平轴线枢转，使得，当相对于水平面进行确定时，涡轮机轴线具有小于90°的操作角，并且涡轮机装置在操作范围内操作。
[0120]尽管未特别在图11中示出，技术人员将认识到，在第五实施方式中，也可将弯曲导板(与图2所示的元件25、26相对应)形状的流动引导装置布置在海床处，以改进该设备的整体性能。
[0121]图12示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第六实施方式的前视图。
[0122]第六实施方式在许多方面中与图1和图2所示的第一实施方式及图4所示的第三实施方式相对应。因此，参考图1，图2和图4的详细描述。在下面说明了第六实施方式的特殊特征。
[0123]所示涡轮机装置包括两个螺旋涡轮机4和2，其具有与能量转换器24和22连接的轮轴，并且，涡轮机装置I的近端枢转地连接在枢转轴线18周围。然而，图12所示的具体方面也可与该设备的其他实施方式使用，例如，以上参考图3示出和描述的第二实施方式的一台涡轮机。
[0124]在第一实施方式中(图1和图2)，涡轮机装置I的近端与其枢转地连接的支撑装置12基本上水平地安装在海床上。相应地，在第二实施方式中(图3)，通过快速连接装置15，将涡轮机与单柱16连接。
[0125]根据第六实施方式的原理，将涡轮机装置I围绕非水平的轴线18枢转地连接至支撑装置12。如所示出的，轴线18是基本上竖直的。或者，轴线18可能是从水平到竖直的任何角度。这允许涡轮机装置I从更浅的水深度提取能量。
[0126]在此方面中，涡轮机装置I连接至支撑/配重结构32，并且，该涡轮机装置围绕与快速连接装置15连接的竖直轮轴33枢转。系统的浮力可能是这样的，即，使涡轮机装置I和支撑/配重结构32的重量在液体中中立地受力。
[0127]图13示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第六实施方式的平面图。
[0128]在此方面中，涡轮机装置I和支撑/配重结构32围绕竖直轮轴33枢转，可能将竖直轮轴33安装在重力底部支撑装置34上。重力底部支撑装置34可能装配有两个竖直挡块35和36，还示出了两个系泊柱37和38。
[0129]图14示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第六实施方式的平面图。
[0130]可通过竖直柱35和36和/或竖直挡块39和40将该设备保持在其高能量产生位置中。
[0131]替代地或附加地，可通过系泊柱38保持该位置，所述系泊柱经由系泊缆绳41与涡轮机装置I的远端连接。
[0132]替代地或附加地，可通过系泊柱37保持该位置，所述系泊柱经由系泊缆绳42与涡轮机装置I的远端连接。
[0133]当流体在从左到右的方向上流动时，涡轮机装置I将或是与竖直柱39和/或36相反地摆动，和/或直到系泊缆绳41和/或42与系泊柱38和/或37被相反地拉拽为止。
[0134]当从右向左流动时，涡轮机装置I将或是与竖直柱40和/或35相反地摆动，和/或直到系泊缆绳41和/或42与系泊柱38和/或37被相反地拉拽为止。
[0135]图15示意性地示出了用于从流动液体中提取能量的设备的第七实施方式的前视图。
[0136]第七实施方式在许多方面中与图3所示的第二实施方式相对应。因此，还参考图3的详细描述。
[0137]在如图15中的实例示出的第七实施方式中，涡轮机装置仅包括一个螺旋涡轮机，其具有与能量转换器连接的轮轴。然而，图15所示的特殊原理也可与该设备的其他实施方式一起使用，例如，以上参考图1和图2示出和描述的第一实施方式的两台涡轮机。
[0138]在第一实施方式中(图1和图2)，涡轮机装置I的近端与其枢转地连接的支撑装置12基本上水平地安装在海床上。相应地，在第二实施方式中(图3)，涡轮机通过快速连接装置15与单柱16连接。
[0139]根据第七实施方式的原理，涡轮机装置I围绕非水平的轴线30与支撑装置12枢转地连接。如所示出的，轴线31可能是倾斜的。或者，轴线30可能是垂直的。
[0140]在第七实施方式中，该枢转连接可能由涡轮机装置上的连接元件提供，例如，布置于固定的、倾斜的或竖直的轮轴31的外部上的管状圆柱体，提供涡轮机装置相对于倾斜的或竖直的轮轴31的可枢转运动。连接元件可包括轴承或旋转元件。
[0141]在图15的第七实施方式中，涡轮机装置与其枢转地连接的支撑装置包括第一支撑件34，例如，其可能是布置于海床上，或至少部分地埋在海床中的柱子。可将轮轴31固定至第一支撑件34。支撑装置可能进一步包括至少一个第二支撑件33，并可能包括第三支撑件32。例如，第二和第三支撑件可能包括倾斜杆、轴或柱，在其相应的上端处牢固地连接至轮轴31，并在其相应的下端处牢固地位于海床中。
[0142]与图3所示的类似，涡轮机装置I的远端设置有横向杆7，其作用是使涡轮机装置I的操作角在不同的流动条件中稳定。为了防止横向杆7随着螺旋涡轮机的轮轴旋转，将横向杆7与设置于螺旋涡轮机的每侧处的平行的纵向柱13、14连接。柱13、14还用作支撑框架，改进并稳定横向杆7的固定。每个柱13、14可能设置有流动引导装置。这可通过使每个柱形成有流动增强的液力翼片形状来提供，与图3的上部所示的相对应。翼片可在相反的方向上伸出。
[0143]所公开的实施方式旨在仅是说明性的而不是限制性的。在不背离本发明的范围的前提下，可能进行各种改变。本发明的范围不应由详细描述或附图限制。相反，本发明的范围已经由所附权利要求及其等价物限定。
【权利要求】
1.一种用于从流动液体中提取能量的设备，所述设备包括: 支撑装置(12)，以及围绕枢转轴线(18 ;30)枢转地连接至所述支撑装置(12)的涡轮机装置(1)， 所述涡轮机装置(I)包括 至少一个螺旋涡轮机(2 ;4)，每个具有与能量转换器(22 ;24)连接的轮轴， 所述涡轮机装置(I)具有近端和远端，所述近端与所述支撑装置(12)枢转地连接，并且，所述远端能够在所述流动液体中沿环形路径自由地移动，所述环形路径描绘了与所述枢转轴线(18 ；30)垂直的平面， 从而使得所述涡轮机装置在使用中能够围绕所述枢转轴线(18 ；30)调节操作角位置， 其特征在于 所述涡轮机装置(I)的远端设置有至少一个横向杆(7 )，稳定所述涡轮机装置(I)的所述操作角位置。
2.根据权利要求1所述的设备， 其中，所述涡轮机装置(I)包括至少两个螺旋涡轮机(2 ;4)，布置有平行的旋转轴线。
3.根据权利要求2所述的设备， 其中，相邻的螺旋涡轮机具有相反的偏手性。
4.根据权利要求2至3中的一项所述的设备，` 其中，所述横向杆(7 )在所述涡轮机装置(I)的远端处与所述至少两个螺旋涡轮机(2 ；4)的旋转轴线相交。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的设备， 进一步包括位于每个螺旋涡轮机(I ；4)的近端上的端帽(9 ;10)。
6.根据权利要求5所述的设备， 其中，所述端帽(3 ;5)在其指向相应螺旋涡轮机的近端的面上具有锥面。
7.根据权利要求6所述的设备， 其中，所述锥面设置有径向翼片构件。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的设备， 进一步包括位于每个螺旋涡轮机的远端上的端帽。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的设备， 其中，所述横向杆具有提供液力竖直力的表面区域，所述液力竖直力随着操作角的增加而增加。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的设备， 其中，所述螺旋涡轮机和所述横向杆设计为具有如下的密度和形状，使得当所述流动液体以预定流值流动时，使得涡轮机在使用中能够调节至预定的操作角位置。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的设备， 进一步包括至少一个流动引导装置。
12.根据权利要求11所述的设备， 所述至少一个流动引导装置从由中心翼片、两个侧翼片和两个导板组成的组中选择。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的设备， 其中，所述螺旋涡轮机和所述横向杆由复合材料制成。
14.根据权利要求1至13中的一项所述的设备，其中，所述支撑装置布置在海床或海底。
15.根据权利要求1至13中的一项所述的设备，所述支撑装置布置在水面。
16.根据权利要求1至13中的一项所述的设备，其中，所述支撑装置布置在底部和水面之间的中间水平面处。
17.根据权利要求1至13中的一项所述的设备，其中，所述枢转轴线18是基本水平的。
18.根据权利要求1至13中的一项所述的设备，其中，所述枢转轴线18是倾斜`的或竖直的。
【文档编号】F03B17/06GK103782026SQ201180072098
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2011年7月4日 优先权日:2011年7月4日
【发明者】安东尼·特雷尼尔, 萨姆·赛弗森, 乔恩·英格·布拉特卡斯, 扬·英格·埃尔森 申请人:夫鲁米欧股份有限公司