水平轴线流体动力水力涡轮系统的制作方法与工艺

本发明领域总体上涉及将流体运动转换为转动机械运动以用于产生机械功率或者其他有用的目的的设备，更为具体地，涉及流体动力水力涡轮，其利用例如河流、溪流、运河、工业流出物等的流动水来产生机械功率或者其他有用的目的。

背景技术：
利用水作为能量来源的首次尝试是通过用于研磨、泵送、和驱动不同类型的设备的水轮进行的。一些记述显示水轮的首次使用是在4000年以前。这些水轮使用车轮上的高程变化来转动轮（如在上射式水轮的情况中），或者使用水的速度来转动轮（如在下射式水轮或者竖直安装的水轮中）。下射式和竖直安装的水轮是基于反作用力的原理，其中水力推动戽斗或叶片，从而造成轮转动。通常，这是一种非常低效的能源开采方式。大约在1931年，法国发明家GeorgesDarrieus提出了使用提升力而非反作用力原理的竖直轴线风力涡轮的概念。然而，无论涡轮是以风还是水的形式被使用，原理基本相同。实际上，Darrieus类型的风力涡轮已被用于竖直轴线流体动力涡轮。最显著的差异在于，与最初Darrieus风力涡轮的打蛋器设计相反，Darrieus类型的竖直轴线流体动力涡轮使用直叶片。这些Darrieus类型的竖直轴线流体动力涡轮具有一系列气动成形叶片，这些叶片以同心布置平行于竖直中心轴安装。各个水翼形叶片通过支撑臂连接至中心轴。该轴将扭矩传送至发电机或者其他功率传输装置。这些流体动力涡轮能够通过被锚定至河底/河边的漂浮式平台或者被支撑在河底的结构支撑。虽然这些现有水力涡轮已显示即将成为潜在可行的技术，但是因为制造和装配这些水力涡轮是昂贵的，并且因为这些水力涡轮由于它们的低效率而产生相对少量的功率，所以可在商业上购买的水力涡轮系统不具有成本效益。此外，这些水力涡轮难于运输和安装。另外，尤其在能源开采中，这些水力涡轮效率不太高，并且会对水道流造成显著阻碍。因此，工业上需要改进的流体动力水力涡轮系统。

技术实现要素：
公开了流体动力水力涡轮系统，其是对上述现有流体动力涡轮系统的改进。公开的是流体动力水力涡轮系统，其构造成被放置在流动的水流中。该流体动力水力涡轮系统以组合的方式包括：框架结构；轴，由框架结构支撑以围绕轴的水平设置的中心轴线旋转；转子，固定至轴，并且具有多个隔开的叶片，从而流动的水流使转子围绕轴的中心轴线转动；以及水下发电机，由转子直接驱动。还公开了一种流体动力水力涡轮系统，其构造成被放置在流动的水流中，该流体动力水力涡轮系统以组合的方式包括：框架结构；轴，由框架结构支撑以围绕轴的水平设置的中心轴线旋转；转子，固定至轴，并且具有多个隔开的叶片，从而流动的水流使转子围绕轴的中心轴线转动。转子包括被固定至轴的纵向隔开的支撑盘，并且叶片在支撑盘之间延伸并且通过支撑盘。叶片通过紧固件固定至支撑盘，紧固件从支撑盘的边缘延伸并且垂直于叶片的纵向轴线。还公开了一种流体动力水力涡轮系统，其构造成被放置在流动的水流中。该水力涡轮系统以组合的方式包括第一流体动力涡轮组件和第二流体动力涡轮组件。第一流体动力涡轮组件包括：一框架结构；一轴，由框架结构支撑以围绕轴的水平设置的中心轴线旋转；一转子，固定至轴，并且具有多个隔开的叶片，从而流动的水流使转子围绕轴的中心轴线转动；以及一水下发电机，由转子直接驱动。第二流体动力涡轮组件包括：一框架结构；一轴，由框架结构支撑以围绕轴的水平设置的中心轴线旋转；一转子，固定至轴，并且具有多个隔开的叶片，从而流动的水流使转子围绕轴的中心轴线转动；以及一水下发电机，由转子直接驱动。第一流体动力涡轮组件和第二流体动力涡轮组件被固定在一起，使得第一流体动力涡轮组件的轴和第二流体动力涡轮组件的轴同轴，并且流动的水使第一流体动力涡轮组件的转子和第二流体动力涡轮组件的转子沿相反的方向转动。根据上面公开和下述的不同优选实施例更为详细的描述，本领域技术人员显而易见地是，本发明提供流体动力水力涡轮技术和领域的显著优势。关于这点尤为显著的是，本发明潜在地提供这样的系统，其运输和安装相对容易、生产和装配相对便宜，并且相对于其尺寸和重量产生相对大量的机械功率和/或电功率。参看下面提供的详细描述将更好地理解本发明不同实施例的附加特征和优势。附图说明参考下列描述和附图将明白本发明的这些特征和其它特征，其中：图1是根据本发明第一实施例的水平轴线流体动力水力涡轮系统的立体图；图2是图1的流体动力水力涡轮系统的水力涡轮组件；图3是图1的水力涡轮组件的前正视图；图4是图2和图3的水力涡轮组件的左侧正视图；图5是图2至图4的水力涡轮组件的俯视图；图6是沿图5的线6-6截取的截面图；图7A和图7B是沿图3的线7-7截取的截面图，其示出了适用于在相反方向转动的两个水力涡轮组件的转子；图8是沿图3的线8-8截取的截面图；图9是从图6的线9截取的局部放大图；图10是从图6的线10截取的局部放大图；图11是水翼的图解视图，其示出几何特征；图12是图2至图4的水力涡轮组件的中空、填有泡沫的水翼形构件的放大横截面图；图13是图2至图4的水力涡轮组件的中空、填有泡沫的构件的局部放大横截面图；图14是图13的中空、填有泡沫的构件的另一个横截面图；图15是根据本发明第二实施例的水平轴线流体动力水力涡轮系统的立体图；图16是图15的流体动力水力涡轮系统的浮桥（pontoon）组件中的一个的立体图，其中相关的水力涡轮组件位于水面之外的升高位置中；图17是图16的浮桥组件的立体图，其中水力涡轮组件位于降低位置中，从而其位于水下；图18是图17的浮桥组件的左侧正视图；图19是图17和图18的浮桥组件的前正视图；图20是图17到图19的浮桥组件的俯视图；图21是图17到图19的浮桥组件的水力涡轮组件的左侧正视图；图22是图21的水力涡轮组件的前正视图；图23是图21和图22的水力涡轮组件的俯视图；图24是图21到图23的水力涡轮组件的直接驱动发电组件的前正视图；图25是图24的发电组件的俯视图；图26是图24和图25的发电组件的左侧正视图；图27是图24到图26的发电组件的示意性前视图，其示出压力补偿系统；图28是图27的压力补偿系统的方块图；图29是图21到图23的水力涡轮组件的转子的叶片与支撑盘之间的连接的局部放大立体图；以及图30是图29的连接的端视图。应理解，附图不必按比例绘制，而是呈现示出本发明基本原理的不同优选特征的一些简化的表示。如在此公开的流体动力水力涡轮系统的特定设计特征例如包括不同部件的特定尺寸和形状可部分地由特别期望的应用和使用环境决定。所示实施例的某些特征相对于其他特征被放大或者变形，从而为有助于观看和清楚地理解。特别地，例如为了清晰或者说明的目的，薄的特征可被加厚。所有对于方向和位置的标识符，除非另有注明，否则指代附图中所示的流体动力水力涡轮系统的定向。通常，在图4和图8中，上或者向上指代在纸张平面内的向上的方向，而在图4和图8中，下或者向下指代在纸张平面内的向下的方向。另外，通常，前或者向前指代面向水流或者上游的方向，在图4和图8中，这是在纸张平面内朝向左的方向，并且后或者向后指代背向水流或者下游的方向，在图4和图8中，这是在纸张平面内朝向右的方向。具体实施方式对于本领域技术人员（也就是，具有本技术领域知识或者经验的人员）显而易见的是，对于在此公开的改进的流体动力水力涡轮系统能够进行多种使用和设计变型。下列不同的可替换实施例的详细描述将说明本发明的一般原理。适用于其他应用的其他实施例对于受益于本公开的本领域技术人员来说是显而易见的。图1示出了根据本发明第一实施例的水平轴线流体动力水力涡轮系统10，其构造成被放在流动的水流中。所示的流体动力水力涡轮系统10包括两个水力涡轮组件12，每个水力涡轮组件均具有水平轴线水轮或者转子14，但应明白的是，可替换地，流体动力水力涡轮系统10能够具有任何其他数量的水力涡轮组件12。所示的第一和第二水力涡轮组件12并排地牢固捆绑或者固定在一起，从而使得第一和第二转子14同轴并且横向地跨越水流或者溪流（由箭头16指示）延伸，也就是，基本上垂直于水流16。如下更为详细地描述的，第一和第二水力涡轮组件12除了其转子14沿相反方向转动之外基本上相同。相对转动的转子14导致流体动力水力涡轮系统10的附加的稳定性，并且减少了有关的锚泊/支撑系统的力和扭矩。如图2至图10所示，每个所示的水力涡轮组件12均包括：框架结构18；通过轴承22连接至框架结构18的转动水平轴线中心轴20；转子14，转子围绕轴20的中心轴线24转动（公转，revolve），并且转子包括连接至端部或者支撑盘30的两组叶片26、28（每个组包括四个等距的叶片），支撑盘被螺栓固定至中心轴20。如下列更为详细的描述，两组叶片26、28在配置中错开以提高效率。所示的框架结构18基本上为矩形的且开口的框架结构，其具有固定在一起的多个竖直构件和水平构件32、34，从而形成盒状框架构件18。所示的框架构件18的尺寸和形状形成为在水面以下整体地支撑转子14。例如，框架构件32、34以例如机械紧固件、焊接等的任何适合的方式被固定在一起。所示的框架构件18具有一对横向隔开的端部组件，每个端部组件包括前竖直构件和后竖直构件32A、32B、顶部水平构件和底部水平构件34A、34B（其连接前竖直构件和后竖直构件32A、32B的顶部和底部）、以及一对竖直隔开的中心水平构件34C、34D（其固定至顶部水平构件和底部水平构件34A、34B之间的前竖直构件和后竖直构件32A、32B的外侧。如下更为详细地描述，所示的端部组件还包括一对轴支撑竖直构件32C、32D，该对轴支撑竖直构件在顶部水平构件与底部水平构件34A、34B之间延伸，并且位于前竖直构件与后竖直构件32A、32B之间，从而支撑轴承板组件36。顶部前水平构件和底部前水平构件34E、34F在端部组件的前竖直构件32A之间延伸，并且顶部后水平构件和底部后水平构件34G、34H在端部组件的后竖直构件32B之间延伸。前中心竖直构件和后中心竖直构件32E、32F在顶部前水平构件和底部前水平构件34E、34F之间延伸，并且顶部后水平构件和底部后水平构件34G、34H分别处于端部组件之间的中心位置处。顶部中心水平构件和底部中心水平构件34I、34J被固定在前中心竖直构件和后中心竖直构件32E、32F的顶部和底部处。应注意的是，框架结构18能够可替换地具有任何其他适合的构造。每个所示的各构件32、34均设计成用于减少框架结构18的阻力系数。所示的垂直于水流16的方向延伸的构件32、34的截面的形状形成为水翼，从而减少框架结构18的阻力系数（最佳如图12所示）。所示的平行于水流16的方向延伸的构件32、34具有基本上呈子弹形的端部，从而减少框架结构18的阻力系数（最佳如图13和图14所示）。应注意的是，构件32、34中的所有构件或者仅有一部分构件能够按这种方式成形，并且可替换地能够使用任何其他适合的形状，但是对减少框架结构的阻力系数具有较少益处或者没有益处。图11示出翼型（airfoil，机翼）或者水翼（hydrofoil）的横截面，所述横截面的形状使得当流体沿从前缘到后缘的方向流过时导致所期望的气动效应。水翼的中弧线（meancamberline）为当垂直于中弧线自身测量时介于隔开的上部表面与下部表面之间一半处的点轨迹。中弧线的最前点和最后点分别为前缘和后缘。连接前缘和后缘的直线为水翼的弦线，并且简单地，沿弦线测量的从前缘到后缘的距离表示翼型的弦C。翼型的厚度是垂直于弦线测量的从上表面到下表面的距离，并且该厚度沿着弦随距离而变化。最大厚度、以及沿弦出现最大厚度的位置处为翼型的重要设计特征。弯度（camber）是垂直于弦线测量的中弧线与弦线之间的最大距离。通常，最大厚度和弯度均被表示为弦长的百分比；例如，12%厚度的翼型的最大厚度等于0.12c。NationalAdvisoryCommitteeforAeronautics（国家航空咨询委员会）（NACA）已研制出标准化的翼型或者水翼轮廓，并且使用四位数数字识别系统。NACA四位数数字识别通过下列方法定义轮廓：（1）第一位数，将最大弯度描述为弦长的百分比；（2）第二位数，其以弦的百分之几十来描述最大弯度处与翼型前缘的距离；以及第三和第四位数将翼型的最大厚度描述为弦的百分比。例如，图11示出NACA2412翼型，其具有位于从前缘40%（0.4弦）处的最大弯度为2%，其中最大厚度为弦的12%。默认情况下，四位数字系列的翼型在从前缘在弦长的30%位置处具有最大厚度。图12示出对称的NACA0015翼型，在识别系统中，00指示翼型无弯度。该识别系统中的15表示翼型的厚度与弦长的比率为15%：翼型厚度为其长度的15%。水翼上的水流能够导致水翼上的气动力（每单位跨度）。相对（relative，相关）水流为远在水翼前面的自由流速度的大小和方向。弦线与相对水流之间的角度被定义为水翼的迎角。通过定义，气动力的垂直于相对水流的分量为提升力（lift），而气动力的平行于相对水流的分量为阻力。水翼可以被看到为通过垂直于水翼的轴线支撑，并且通过水翼上的任何点起作用。水翼具有围绕该轴线扭转的趋势；也就是，存在施加于水翼上的空气动力力矩。提升力主要是水翼的形状和迎角的函数，弯度越大且迎角越大，则提升力就越大。因此，横截面为水翼形状的构件的形状形成为提供期望的效果。如图12所示，所示的垂直于水流延伸的构件32、34具有NACA0015的水翼形状，从而减小框架结构18的阻力系数。当该对称的水翼以零迎角被放置在流体中时，该水翼使阻力最小化，并且基本上不会形成提升力。应注意的是，根据所期望的气动效果，可替换地，这些构件32、34的水翼形状能够是任何其他适合的形状。如下更为详细的描述，当这些构件32、34与叶片26、28具有相同的轮廓时，叶片26、28和构件32、34的轮廓的通用性允许易于大规模生产流体动力水力涡轮系统10的重要部分。如图13和图14所示，所示的平行于水流16延伸的构件34能够具有正方形的横截面，并且具有基本上子弹形状的端部，从而减小框架结构18的阻力系数。图2至图4所示的构件34包括圆管，圆管具有附接至其端部的子弹形状端帽38。端帽38能够以任何合适的方式固定至管。例如，端帽38能够由任何合适的材料形成，例如能够由塑料模制形成。应注意，这些构件34能够根据期望的气动效果而可替换地具有任何其他合适的形状，并且能够以任何其他所期望的方式形成，例如整体式单件部件。为了减轻重量，每个所示的构件32、34均为中空的并且包含铝，但应注意的是，例如，可替换地，构件32、34能够是实心的和/或包含任何其他合适的材料，例如碳纤维复合材料，但是这样可能将导致较笨重和/或较昂贵的结构18。所示的构件32、34为中空的挤压件，但是应注意，可替换地，构件32、34能够以任何其他合适的方式形成，但是这样可能将导致较笨重和/或较昂贵的结构18。所示的水翼形中空铝挤压件提供内部支架或者肋条40，以增加强度。所示的构件32、34的中空部分或者空腔填充有泡沫材料42，从而增加框架结构18的浮力。例如，泡沫材料42能够是任何合适的材料，例如，泡沫塑料材料等等。应注意，如果需要，在需要较小量的浮力或者无需浮力的应用中，在一些或者所有构件32、34中能够除去泡沫材料。所示的转子轴20由框架结构18支撑，以便轴20围绕轴20的水平设置的的中心轴线24旋转。轴20定向成横向地跨越框架结构18而在轴承板组件36之间延伸，使得转子轴20垂直于水流16。所示的转子轴20由适于海洋使用的一对石墨套管轴承22支撑。所示的套筒轴承22由位于框架结构18的横向端部处的轴承板组件36保持，从而支撑转子轴20的端部。套筒轴承22优选是水润滑的。所示的轴20为实心铝圆杆，但是可替换地能够使用任何其他合适的构造和/或材料。所示转子14具有第一、第二、和第三支撑盘30，这些支撑盘刚性地固定至轴20并且沿轴20长度纵向地隔开。例如，支撑盘30能够以任何合适的方式刚性地固定至轴20，例如机械紧固件、焊接等。包括四个隔开的叶片的第一组叶片26在第一和第二支撑盘30之间延伸，并且围绕轴20等距地且周向地隔开。第二组隔开的叶片28在第二和第三支撑盘30之间延伸，并且围绕轴20等距地且周向地隔开。所示的转子14具有位于支撑盘30之间的每个间隙内的四个叶片26、28，但是可替换地能够使用任何其他合适数量的叶片26、28和/或支撑盘30。第一组叶片26和第二组叶片28错开，以便面向水力涡轮组件12观看时，每组均具有位于彼此之间的叶片。所示的第一组叶片26相互成90度隔开，并且所示的第二组叶片28相互成90度隔开，但是第二组叶片28与第一组叶片26偏置45度（最佳如图7A和7B所示）。第一和第二组叶片26、28之间的这种偏置允许转子14平稳转动，因为几乎总是有叶片26、28在正确的位置处来转动转子14。所示的叶片26、28刚性地固定至支撑盘30，从而防止其间的相对运动。叶片26、28能够以任何合适的方式被固定至支撑盘30，例如，通过焊接等等。应注意的是，转子14能够可替换地具有任何其他合适的构造。所示的转子叶片26、28具有水翼形状的横截面。如图12所示，所示的叶片26、28具有NACA0015的水翼形状。应注意的是，根据期望的气动效果，叶片的水翼形状能够可替换地为任何其他适合的形状和/或定向。应注意的是，随着叶片26、28围绕轴20的中心轴线24转动，叶片26、28的迎角连续地变化。最佳如图7A和7B所示，第一和第二水力涡轮组件12的叶片26、28面向相反的方向，从而转子14沿相反的方向转动。为了减少重量，每个所示的叶片26、28均是中空的并且包含铝，但应注意的是，叶片26、28可替换地能够是实心的和/或包含任何其他合适的材料，例如，诸如碳纤维复合材料，但是这样将导致较笨重的叶片26、28。所示叶片26、28为中空挤压件，但是应注意的是，叶片26、28可替换地能够以任何其他合适的方式形成，但是这样可能将导致较笨重和/或较昂贵的结构。所示的中空铝挤压件提供内部支架或者肋条40，以增加强度。所示的叶片26、28的中空部分或者空腔填充有泡沫材料42以增加叶片26、28的浮力，以便易于转动转子14。泡沫材料42能够是任何合适的泡沫材料，例如，诸如泡沫塑料材料等等。当叶片26、28为挤压铝、有内部支架、以及填充有泡沫时，它们所提供的重量减少、并且浮力增加，同时使结构强度最大化。所示的框架结构18还包括用于发电机组件（电功率产生组件）46的支撑平台44，其中发电机组件通过由转子14产生的机械功率驱动。发电机组件46能够是任何合适的类型。应注意的是，发电机组件46可替换地能够用可通过由转子14产生的机械能操作的任何其他合适的输出装置替代，例如泵等。所示的支撑平台44位于框架结构18的顶部，从而安装在支撑平台44上的发电机组件46能够被放置在水面上方。所示的支撑平台44还邻接框架结构18的横向端部，以便机械功率传输组件48能够从轴20的端部竖直地延伸至支撑平台44的端部。所示的机械功率传输组件48包括链和链轮系统，所述链和链轮系统具有刚性地固定至转子轴20端部的第一链轮50、刚性地固定至发电机组件46的轴的第二链轮52、以及操作地连接链轮50、52的链54，以便转子轴20的转动使发电机组件46转动，从而产生电。应注意，机械功率传输组件48能够是任何其他合适的类型，但是将可能增加水力涡轮组件12的成本和复杂性。在操作中，流体动力水力涡轮组件12并排地刚性地捆绑或者固定在一起，以便第一和第二转子14同轴，并且横向地跨越水流16延伸，也就是，基本上垂直于水流16延伸。框架结构18被放置在水内，以便转子14被完全浸没，但是发电机组件46位于水位上方。当水流经过开口框架结构18和转子14，转子14由于流动的水而沿相反的方向转动。连接至转子轴20的机械功率传输组件48驱动发电机组件46，从而通过流动的水产生的机械功率而产生电。图15示出根据本发明的第二实施例的水平轴线流体动力水力涡轮系统110，其构造成被放置在流动的水流16中。所示的流体动力水力涡轮系统110包括两个浮桥组件112，每个浮桥组件用于支撑一流体动力水力涡轮组件114，其通过锚泊线118被锚泊在运河116中。所示的浮桥组件112并排地捆绑或者固定在一起，以便水力涡轮组件114同轴并且横向地跨越河流或者水流16延伸，也就是，基本上垂直于水流16延伸。应注意，如果需要，能够以模块并排的方式添加附加的浮桥组件112。如上面对于第一实施例更为详细地描述的，所示的第一和第二水力涡轮组件114除了它们的转子沿相反的方向转动之外基本上相同。相反转动的转子形成流体动力水力涡轮系统110的附加的稳定性，并且减少了相关锚泊系统上的力和扭矩。图16到图20示出了所示的流体动力水力涡轮系统110的浮桥组件112。应注意的是，仅详细地描述其中一个浮桥组件112，因为所示的浮桥组件112除了沿相反的方向转动的转子之外是相同的。每个所示的浮桥组件112均包括一对横向隔开的浮桥122、连接至浮桥122的支撑结构124、水力涡轮组件114、用于支撑升降机128的升降结构126以用于将水力涡轮升高到水外（最佳如图16所示）以及将水力涡轮组件114降低至水中（最佳如图17所示）。浮桥122能够是用于浮在水面并且用于支撑浮桥组件112的其它部件的任何合适的类型。所示的支撑结构124包括支撑件130，支撑件将浮桥122以隔开一段距离的方式连接在一起，以便水力涡轮组件114能够在浮桥122之间被升高和降低。在支撑件130上设置有围绕用于升高和降低水力涡轮组件114的开口的覆板或者铺板132，并且围绕覆板132设置有扶手栏杆134。所示的升降结构126围绕所述开口从支撑件130向上延伸，并且在开口上方支撑升降梁136。所示的升降机128包括升降绳138，升降绳通过位于升降梁136上的滑轮140延伸至水力涡轮组件114，从而在升起位置与降低位置之间升高和降低水力涡轮组件114，其中在升高位置中，水力涡轮组件114位于水外（最佳如图16所示），而在降低位置中，水力涡轮组件114位于水下（最佳如图17所示）。升降机128能够使任何合适的类型，并且可替换地能够按其他合适的方式构造。最佳如图21至图23所示，每个所示的水力涡轮组件114包括框架结构142、直接驱动发电机组件144、以及第一和第二同轴转子146、148，第一和第二同轴转子位于发电机组件144的相对侧面上，并且每个转子均具有转动的水平轴线中心轴150。每个所示的轴150具有外端和内端，其中外端通过轴承组件152连接至框架结构142，内端直接连接至发电机组件144的轴154。每个转子146、148围绕轴150的水平的、横向延伸的中心轴线156转动，并且包括一组连接至支撑盘160的端部的四个等距隔开的叶片158，所述支撑盘被螺栓固定至中心轴150。如对于上述本发明的第一实施例所述的，两个转子146、148的叶片158在构造中错开以提高效率。所示的框架结构142基本上成矩形的且开口的框架结构，其具有围绕发电机组件144的多个紧固在一起的竖直构件和水平构件162、164，从而形成盒状框架结构。所示框架结构142的尺寸和形状形成为在水面下方整体支撑发电机组件144和转子146、148。构件162、164可以任何适合的方式固定在一起，例如机械紧固件、焊接等。所示的框架结构142包括矩形的盒状结构166、168，这些盒状结构固定至发电机组件144的框架170的顶部和底部。发电机组件144的框架170提供至少一个附接构件172，例如，诸如附接有升降绳138的孔眼（eye），从而通过升降机128升高和降低框架结构142。前底部水平框架构件和后底部水平框架构件164A和164B横向地延伸通过底部盒状结构168并且固定至该底部盒状结构。前中间水平框架构件和后中间水平框架构件164C、164D延伸通过顶部盒状结构166并且固定至该顶部盒状结构。前顶部水平框架构件和后顶部水平框架构件164E、164F在中间水平框架构件164C、164D上方隔开，从而形成框架结构142的顶部。左前竖直构件和右前竖直构件162A、162B竖直地连接前顶部水平框架构件、前中间水平框架构件和前底部水平框架构件164A、164C、164E的端部，并且左后竖直构件和右后竖直构件162C、162D竖直地连接后顶部水平框架构件、后中间水平框架构件和后底部水平框架构件164B、164D、164F的端部。竖直隔开的水平框架构件164G、164H、164I、164J、164K、164L沿向前-向后的方向延伸，并且在底部水平构件、中间水平构件和顶部水平构件164A、164B、164C、164D、164E、164F处被固定至竖直构件162A、162B、162C和162D。在底部水平构件和中间水平构件164G、164H、164I、164J之间为一对竖直隔开的水平支撑构件164M、164N、164O、164P，所述竖直隔开的水平支撑构件沿向前和向后方向延伸并且被固定至框架结构142的左侧和右侧上的前竖直构件和后竖直构件162A、162B、162C、162D。在水平支撑构件164M、164N、164O、164P之间延伸的是轴承组件152。倾斜的交叉构件174A、174B从竖直构件162A、162B、162C和162D的顶部延伸至顶部盒状结构166。应注意，框架结构142可替换地能够具有任何其他合适的构造。如上面对于第一实施例所述的，每个所示的各构件162、164、174被设计成用于减小框架结构142的阻力系数。应注意的是，构件162、164、174中的所有构件或者仅有一部分构件可按这样的方式成形，并且可替换地能够使用任何其他合适的形状，但是对于减小框架结构142的阻力系数具有较少益处或者无益处。如上面对于第一实施例所述的，为了减少重量，每个所示构件162、164、174为中空铝挤压件，但是应注意的是，构件162、164、174可替换地能够是实心的和/或包含任何其他合适的材料，例如，诸如碳纤维复合材料，但是这可能将导致较笨重和/或较昂贵的结构。如上面对于第一实施例所述的，所示构件162、164、174的中空部分或者空腔填充有泡沫材料，从而增加框架结构的浮力。应注意，如果需要，在需要较小量浮力或者无需浮力的应用中，在一些或者所有构件162、164、174中能够除去泡沫材料。最佳如图24和图28所示，发电机组件144包括水下的、直接驱动、低速高输出的发电机176，该发电机将转动的转子146、148的机械能转换成电能，并且发电机能够是任何合适的发电机类型，例如，诸如径向间隙发电机或者轴向间隙发电机。所示发电机176被构造为直接驱动式发电机。也就是，直接驱动式发电机176不包括用于提高发电机轴154的转动速度的齿轮箱、齿轮等。因此，直接驱动式发电机176以与转子146、148相同的速率转动，并且相对较大以便从转子146、148的运动产生足够的电。所示发电机176以在大约60RPM和大约80RPM之间的低速操作，并且优选速度为大约70RPM，并且具有35KW或者更大的高输出。所示发电机组件144还构造成在整体被浸没水面下方的同时进行操作。所示发电机组件144具有用于发电机176的密封的且加压的外壳178。为发电机轴154提供密封件180，其中发电机轴154横向延伸出外壳178的两侧之外。外壳178内部被加压，并且包括压力补偿系统182，从而将外壳178内的压力维持得比围绕外壳178的水的压力高。随着外壳178周围的水压增加，压力补偿系统182的薄膜开关或者阀184自动地允许被加压的流体（例如，压缩空气）进入外壳178内部，从而将内部压力维持得高于周围的水压。能够以任何合适的方式提供加压流体，例如，位于外壳内的加压罐、位于外壳外部、或者水面下方、或者水面上方的并且操作地连接至外壳的加压罐、位于水面上方并且操作地连接至外壳的泵或者压缩机、或者位于水面下方的且操作地提供待被压缩的流体源的泵或者压缩机。即使当轴密封180开始磨损，外壳178内的较高压力也可防止水泄漏至外壳178中。虽然所示发电机176自然地可通过周围的水冷却，但是如果需要，能够包括主动冷却系统。如上面对于本发明第一实施例所述的，每个所示水力涡轮组件114具有左转子和右转子146、148，左转子和右转子除了叶片158在构造中为了提高效率而错开之外是相同的。因此，仅详细描述转子146、148中的一个。所示转子轴150被支撑于框架结构142的发电机组件轴154与轴承组件152之间，以便轴150围绕轴150的水平设置的中心轴线156转动。轴150被定向为在框架结构轴承组件152与发电机组件轴154之间横向延伸，以便转子轴150垂直于水流16。轴150的内端设置有轮毂186，该轮毂固定至发电机组件轴154的轮毂188，从而转动地支撑轴150的内端。所示轴承组件152包括适于海洋使用的石墨套管轴承，该套管轴承转动地支撑轴150的外端。该套管轴承优选是水润滑的。所示轴150为实心铝圆杆，但是可替换地能够使用任何其他合适的构造和/或材料。所示的转子146、148具有第一支撑盘和第二支撑盘160A、160B，第一支撑盘和第二支撑盘刚性固定至轴150并且沿着轴150的长度纵向地隔开。所示支撑盘160A、160B通过轮毂190刚性地固定至轴150，但是能够以任何合适的方式刚性地固定至轴150，例如，机械紧固件、焊接等等。所示的包括四个隔开的叶片的一组叶片158在第一和第二支撑盘160A、160B之间延伸并且延伸通过第一和第二支撑盘，并且围绕轴150等距地且周向地隔开。所示转子146、148具有位于两个支撑盘160A、160B之间的四个叶片158，但是可替换地能够使用任何其他合适数量的叶片158和/或支撑盘160A、160B。所示叶片158彼此隔开90度。最佳如图29和图30所示，所示叶片158延伸通过支撑盘160A、160B中的开口192，并且通过销形式的紧固件194刚性地固定至支撑盘160A、160B，从而防止二者之间的相对运动。所示销194从支撑盘160A、160B的边缘196延伸，并且基本上垂直于叶片158的纵向轴线198。由于延伸超过支撑盘160A、160B所增加的叶片面积，以这样的方式将叶片158固定至支撑盘160A、160B减少了连接的压力，并且增加了功率。应注意，叶片158可替换地能够以任何其他合适的方式被固定到支撑盘。应注意，转子146、148可替换地能够具有任何其他合适的构造。如上面对于第一实施例所述的，所示转子叶片158具有水翼形状的横截面。为了减少重量，每个所示转子叶片158为中空的，并且包括铝挤压件，但是应注意，叶片158可替换地能够是实心的和/或包含任何其他合适的材料，例如，碳纤维复合材料，但是这将导致较笨重的叶片。如上面对于第一实施例所述的，所示叶片158的中空部分或者空腔填充有泡沫材料，以便增加叶片158的浮力，从而易于转动转子146、148。在操作中，浮桥组件112并排地刚性地捆绑或者固定在一起，以便两个水力涡轮组件114的转子146、148同轴并且横向地跨越水流16延伸，也就是，基本上垂直于水流16延伸。借助于升降机128，水力涡轮组件114被降低至水中，以便转子146、148和发电机组件144均完全被浸没。当水流通过开口框架结构142和转子146、148时，两个水力涡轮组件114的转子146、148由于流动的水而沿相反的方向转动。转子146、148直接驱动发电机组件144，从而通过流动的水产生的机械功率而产生电。上述实施例和变型的任何特征或者属性均能够按需要与上述实施例和变型的许多其他特征和属性组合使用。根据上述公开将明白的是，本发明提供改进的流体动力涡轮系统，因为相反转动的转子减少了系统上的扭矩，因此能够使用简化的锚泊和浮力装置。同时，通过使用水平转动轴线，能够使用套管轴承，并且能够使用简单的驱动传动系机构或者能够使用直接驱动构造。此外，通过减少重量和增加叶片浮力，需要较低的流速来转动转子。此外，通过减少框架结构在水流内的阻力，在结构上产生较少的力，以便从而其能够较轻，并且能够降低对水流的负面影响，因此减少对环境的影响。能够具有重量相对轻的组件使得可减少成本、增加效率、能够使系统更加易于运输和装配，并且允许用较小的力转动转子，从而系统产生相对于其尺寸和重量来说相对大量的电。可以理解的是，每个转子和框架组件将重约3000磅，并且以2m/s产生大约20KW的机械功率，从而所述充分说明的具有两个水力涡轮组件的流体动力水力涡轮系统将重约6000磅，并且以2m/s产生大约40KW的机械功率。根据上述公开和对某些优选实施例的详细描述将明白的是，在不偏离本发明的真实范围和精神的情况下，能够进行不同更改、添加和其他可替换实施例。选择和描述上述实施例是为了更好地说明本发明原则及其实际应用，从而使得本领域技术人员能够将本发明用于不同实施例，其中不同的实施例适于特定用途。当根据公平、合法、以及公正的权利所享有的利益进行解释时，所有此类更改和改变均在权利要求所限定的本发明范围内。