自适应水电涡轮机系统的制作方法

发明领域

本发明涉及一种水电涡轮机系统，例如包括安装在基座上并由基座支撑以定位在海底或其它水下基底上的水电涡轮机，所述基座包括四个地面接触脚以将改进的支撑和稳定性提供给所述系统，所述基座另外适于确保所有四个脚接触海底。

发明背景

近年来，可再生能源已经崭露头角，其中围绕太阳能、风能和潮汐能开展了许多项目。在这些替代形式的能源中，潮汐能可以说是最有吸引力的，因为潮汐流是完全可预测的和恒定的，不同于风能或太阳能，这些是相对间歇性的，且因此较不可靠。

然而，利用潮汐能确实提供了其自己的挑战，特别是在潮汐发电机的安装和维护方面，例如水电涡轮机，其通过运行特性必须位于相对较快流动的潮汐流中，并且很有可能位于海底。

已知使用“重力基座”，其适于降低到海底上并且仅由于组合的基座和涡轮机的重量或负载通过若干海底接触脚或腿部作用在海底上而保持在适当位置。重力基座具有在部署之前不需要任何场地准备工作的优点。然而，在极端条件下，这样的重力基座易于侧向滑动移位。这种移位可能导致涡轮机相对于主潮汐流错误地定向，从而不利地影响涡轮机的发电能力，或者在发生大的移位的情况下，会导致将涡轮机连接到陆上电网连接的电缆的损坏，经由所述电缆从涡轮机获取电力。

一种有利的重力基座形式采用具有三个地面接触脚的三脚架布置，三脚架设计确保所有三个脚将自动接触海底，从而避免在初始部署后需要进行任何补救操作，以确保脚与海底完全接触，且因此起到承受系统负载的作用。

然而，除了上述极端事件之外，大量合适的潮汐地点都有所谓的“离轴”效应，这意味着潮汐的涨退并不彼此直接相反。因此，涡轮机的旋转轴线可能与一个方向的潮汐对准，但是当潮汐沿相反方向流动时不对准。当使用三脚架型基座时，这可能是有问题的，因为三个腿通常将被布置/定向成在潮汐流与涡轮机的旋转轴线同轴时提供最大的稳定性，这意味着当潮汐改变方向且然后“离轴”流动时，不稳定性可能出现。

为了设计能够承受这些类型的问题并且将允许在甚至更有活力的地点部署的支撑涡轮机的基座，重力基座需要更大以便稳定，这又意味着安装涡轮机所需的船舶设备变得越来越大(更大的部署船只、更大的绞车、在码头区处所需的更深的吃水以供移动)。这导致更多的重量，然后意味着更多的压舱物，除了更大的起重设备以及运输和部署系统必需的其它设备的增加成本，这还增加了材料成本。找到可以处理增加尺寸的现有设备也更加困难。

因此，本发明的目的是克服现有技术的上述问题。

发明概要

根据本发明的第一方面，提供了一种自适应水电涡轮机系统，其包括：包括四个地面接触脚的基座；特征在于所述脚中的至少一个相对于所述基座可移位。

优选地，所述至少一个脚的移位是以所述脚相对于所述基座旋转和/或平移的形式。

优选地，所述至少一个脚的移位由所述至少一个脚可移位所围绕的联接器来促进。

优选地，所述联接器包括枢轴。

优选地，所述联接器包括无枢轴的柔性构件。

优选地，所述联接器可操作以经历塑性变形，以便促进所述至少一个脚的移位。

优选地，所述联接器适于产生响应于所述至少一个脚相对于所述基座的移位的反作用力矩。

优选地，所述联接器适于临时使所述至少一个脚相对于所述基座移位。

优选地，所述系统包括适于允许所述至少一个可移位的脚相对于所述基座固定的固定装置(immobiliser)。

优选地，所述固定装置由所述联接器限定。

优选地，所述固定装置包括可固化部件。

优选地，一对脚相对于所述基座可移位同时相对于彼此固定。

优选地，所述基座包括主框架，至少一对所述脚设置在所述主框架上，和副框架，所述至少一个可移位的脚设置在所述副框架上，所述副框架相对于所述主框架可移位。

优选地，所述副框架绕着基本上垂直于安装到所述基座时的水电涡轮机的旋转轴线延伸的轴线可移位。

优选地，所述副框架绕着基本上平行于安装到所述基座时的水电涡轮机的旋转轴线延伸的轴线可移位。

优选地，所述副框架包括可枢转地安装到所述主框架的横向构件，并且所述至少一个可移位的脚从该副框架延伸。

优选地，所述基座包括四个腿，每个腿的自由端由所述地面接触脚中的一个限定。

优选地，所述系统包括限制器，其可操作以限制所述至少一个脚相对于所述基座的移动范围。

优选地，所述限制器适于限制所述至少一个脚的旋转移位。

根据本发明的第二方面，提供了一种在非均匀的水下表面上部署水电涡轮机系统的方法，所述方法包括以下步骤：

将基座降低到所述水下表面上，所述基座具有四个地面接触脚；

允许所述脚中的至少一个相对于所述基座移位，使得所有所述脚都接触所述水下表面。

优选地，所述方法包括在允许所述脚中的至少一个移位的所述步骤中允许所述至少一个脚绕着轴线旋转。

优选地，所述方法包括临时允许所述脚中的至少一个的移位。

优选地，所述方法包括使所述至少一个可移位的脚相对于所述基座固定，从而接着使所有所述脚与所述水下表面接触的步骤。

优选地，所述方法包括允许可固化部件固化成使所述至少一个可移位的脚固定的步骤。

如本文所使用的，术语“水电涡轮机系统”旨在涵盖包括用于产生电力的潮汐涡轮机的系统，和/或一个或多个用于管理和/或调节从一个或多个这种潮汐涡轮机产生电力的电气部件，并且该涡轮机系统可以安装在基座上，以便定位在诸如海底的水下部署基底上。

如本文所使用的，术语“脚”旨在表示地面接触承重元件，并且可以形成在腿的其它自由端处，无论是与腿一体地作为腿的简单自由端，还是通过某一铰接连接的形式允许脚相对于腿移动，并且可以替代地采取一个或多个钉或类似的地面穿透元件的形式。

如本文所使用的，术语“联接器”旨在表示系统的两个或更多个部分之间的连接，该联接器可以包括两个或更多个相对于彼此铰接的刚性或其它元件，另外还包括允许系统的两个部分之间相对移动的单个柔性或其它可变形元件。

如本文所使用的，术语“枢轴”旨在表示由单个旋转轴限定的常规枢轴，另外还表示虚拟枢轴，虚拟枢轴可以由一起限定虚拟枢转点的两个或更多个物理枢转轴限定，其可以是固定的或可移动的，另外还涵盖允许一个元件相对于另一个元件旋转的任何其它布置。

如本文所使用的，术语“临时”旨在表示相对于可能使用数年或数十年的部件的总体工作寿命的短时间段，且例如可以包括几小时或几天的时间段。

附图简述

现在将参考附图描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明优选实施方案的水电涡轮机系统的透视图；

图2示出了根据本发明的水电涡轮机系统的替代实施方案的透视图；

图3示出了根据图1所示的实施方案的水电涡轮机系统的正视图；

图4示出了图3的水电涡轮机系统的一部分，示出了可以提供的任选部件；和

图5示出了形成图1或图2的实施方案的水电涡轮机系统的一部分的四个地面接触脚中的一个。

附图的详细描述

现在参考附图的图1和图3至图5，其中示出了根据本发明实施方案的水电涡轮机系统，并且总体上表示为10。水电涡轮机系统10包括安装在重力基座14上的水电涡轮机12，所述重力基座14旨在部署在海底或其它水下支撑基底上，以便以允许涡轮机12响应于通过涡轮机12的水的潮汐流(优选地以双向方式)发电的方式支撑涡轮机12。然而，本发明不旨在限于与重力基座一起使用，尽管这是优选实施方案。涡轮机14也可以被省略，以用于处理和/或调节由一个或多个涡轮机14(例如当设置在阵列中时)产生的电力的一个或多个电气部件(未示出)代替，并且为了以下描述和权利要求的目的，术语“涡轮机”应被解释为包括这些部件。

虽然所示的涡轮机12是具有容纳在定子内以相对于其旋转的无轴转子的类型，但是从以下对系统10的构造和操作的描述可以理解，涡轮机12可以是任何其它合适的形式，例如具有中心支撑轴，暴露或非覆盖的螺旋桨型转子，或任何其它合适的替代方案。类似地，应当理解，虽然示出了基座14具有承载一对立柱22的互连框架构件20的特定构造，涡轮机12可以安装在该对立柱22之间，但是从下面的描述可以理解，基座14可以是只要某些特征和功能被体现在其中的任何其它合适的构造，如下文所述，并且基座14可以用于承载除涡轮机12以外的硬件，例如涉及电力的产生、调节、传输和分配的一个或多个部件(未示出)。

基座14包括四个地面接触脚24、24'，其中至少一个并且在该实施方案中所示其中一对24相对于基座14的剩余部分并且特别地相对于剩余的两个固定脚24'可移位。脚24中的至少一个相对于基座14的剩余部分移位的能力确保所有四个脚24、24'都将接触海底或其它水下支撑基底，以便确保所有四个脚24、24'在支撑涡轮机12并且对整个系统10提供增强的稳定性的情况下起着承重的作用，而不管离轴的存在或其它不稳定作用如极端天气事件等。

在所示的实施方案中，每个脚24、24'设置在对应腿26的下侧上。在所示的实施方案中，每个脚24、24'由相应腿26的下侧限定，但是应当理解的是，脚24、24'中的一个或多个可以被设置为与相应腿26分离的部件，并且任选地相对于其铰接。此外，脚24、24'中的一个或多个可以包括一个或多个钉或其它地面接合或穿透特征(未示出)，以减少或消除基座14沿着海底或其它水下基底的非预期的滑动移位，例如如图5所示。

在所示的实施方案中，基座14包括主框架28，所述主框架28包括框架构件20的三角形布置，并且包括一对腿26，每个腿26的下侧是固定脚24'中的一个。基座14还包括副框架30，所述副框架30包括横向构件32，所述横向构件32的任一端设置腿26中的一个，每个腿26的下侧限定可移位的脚24中的一个。副框架30可枢转地或以其它方式安装到主框架28上，以便通过旋转、平移或其组合相对于主框架28可移位。在优选实施方案中，副框架28枢转地安装在从主框架28的顶点突出的短轴34上。可以在副框架30和主框架28之间设置一个或多个轴承(未示出)，以便在相对移位期间减少摩擦。在所示实施方案中，副框架30可绕着短轴34所限定的轴线旋转，该短轴34基本上垂直于安装到基座14上时的涡轮机12的旋转轴线延伸。然而，应当理解，副框架30的轴线移位可以在任何其它合适或期望的方向设置。

虽然允许一对脚24相对于基座14的剩余部分的上述移位是有益的，但是优选的是限制移位的程度，以便确保整个系统10一旦部署在海底上就将保持稳定。因此，基座14可设置有限制器36，其可操作以限制副框架30相对于主框架28的移动(特别是旋转)范围。尽管限制器36可以采取任何合适的形式，但是在所示的实施方案中，限制器36是一对相对的机械止动件38的形式，横向构件32在其之间被捕获并且其具有多面平面，横向构件32可以在副框架30从一个或另一个方向上的水平位置旋转时抵靠该多面平面进入对齐状态。止动件38可被设计成提供副框架30的通过旋转的可接受移位的期望范围。

还设想限制器36可以是可固化部件的形式，其在预定时间段之后固化，以便使副框架30相对于主框架28固定。因此，例如，所述可固化部件(未示出)可被设计成允许系统10部署到海底或其它水下部署基底上，由此副框架30将经历相对于主框架28的旋转移位，直到所有四个脚24、24'都与海底接触。此时，可固化部件将固化，使副框架30相对于主框架28固定，以便在两者之间提供刚性连接，同时确保所有四个脚24、24'都被允许完全接触海底并且因此完全支撑系统10。

还应当理解，虽然通过提供由短轴34限定的枢轴来促进主框架28和副框架30之间的相对移位，但是可以采用任何其它合适的布置或设计，其允许脚24中的一个或多个相对于基座14的剩余部分特别是固定脚24'移位。例如，设想可变形元件可以设置在主框架28和副框架30之间，并且可以例如与两个所述部件中的任一个一体成形，该可变形元件可被设计成经历塑性或弹性变形，例如以允许副框架30相对于主框架28移位。类似地，可以省略短轴34，使得主框架28和副框架30之间存在固定或非铰接连接。在这种布置中，横向构件32或其部分可以塑性地或弹性地变形，以允许脚24中的一个或两个相对于基座14的剩余部分移位。

现在参考图2，示出了根据本发明的替代实施方案的水电涡轮机系统，并且总体上表示为110。在这个替代实施方案中，类似的部件已经被赋予类似的参考标记，且除非另有说明，否则执行类似的功能。系统110包括支撑在由多个框架构件120形成的基座114上的涡轮机112，基座114还包括四个腿126，在每个腿的自由端处是脚124、124'。基座114包括由t形构造的框架构件120中的两个构成的主框架128和包括横向构件132的副框架130，在横向构件132的任一端设置有腿126中的一个。副框架130被布置成通过联接器134相对于主框架128经历旋转移位。与图1所示的实施方案不同，图2的系统110被设计成使得副框架130在操作期间可绕着基本上垂直于涡轮机112的旋转轴线延伸的轴线移位。然而，系统110具有相同的功能，允许一个并且优选地一对脚124相对于基座114的剩余部分移位，以便确保所有四个脚124、124'接触海底并且因此在使用过程中承受系统110的负载。

因此，本发明的系统10、110提供了一种设计上面可以支撑涡轮机或其它部件的基座14、114的方式，并且该基座14、114具有四个地面接触脚24、24'、124、124'，全部将自动接触海底，以提供改进的承重和稳定性，同时使得基座14、114能够以重力基座的能力使用，该重力基座不需要预先或后部署场地准备。这提供了在三脚架或三脚基座(未示出)之上的稳定性方面的显著改进，三脚架或三脚基座由于减少的腿数量和三脚布置的一般不稳定性更易于沿着海底滑动移位，翻转，特别是存在“离轴”效应的情况下。