專利名稱：用于產(chǎn)生電力的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電力的系統(tǒng)。
特別是，本發(fā)明涉及利用流動(dòng)的水流(例如海中的水流或河中的 水流)產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，其中所述水流能夠使得一設(shè)備旋轉(zhuǎn)，從而將 水流的動(dòng)能首先轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再使用任何種類的發(fā)電機(jī)將之轉(zhuǎn) 化為電力。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知的是利用氣流產(chǎn)生電力的設(shè)備，例如所謂的"水 平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)"，其是設(shè)有連接至輪轂的葉片的設(shè)備，其中輪轂的旋 轉(zhuǎn)軸平行于風(fēng)的方向，所述葉片本身由風(fēng)旋轉(zhuǎn)且將其旋轉(zhuǎn)傳遞至發(fā)電 機(jī)。
顯然，這種結(jié)構(gòu)具有本質(zhì)上的地理限制。特別地，如果這種設(shè)備 安裝在具有恒定且強(qiáng)勁的風(fēng)的區(qū)域(諸如例如島山與或山脈區(qū)域)，則它 們是高效的。
在這種類型的結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常使用水平軸渦輪機(jī)。這種渦輪機(jī)通常
從中小尺寸(直徑為10米至20米，功率為從20KW至100KW)到 具有80米轉(zhuǎn)子的大型2MW發(fā)電機(jī)大小不等。

發(fā)明內(nèi)容
申請(qǐng)人想到了如何在液體流中(例如在水面下的水流中)操作這 種類型的葉片。特別是，申請(qǐng)人想到了如何制造渦輪機(jī)或設(shè)有數(shù)個(gè)渦 輪機(jī)的結(jié)構(gòu)以及將之安放在能夠利用水流的環(huán)境中，例如，安放在海 中、在河流中、在運(yùn)河中等、或者安放在可以利用液體流的運(yùn)動(dòng)的任 何其它環(huán)境中。通常，水平軸渦輪機(jī)在被流體流(空氣或水)沖擊時(shí)產(chǎn)生能量。 適當(dāng)設(shè)計(jì)的所述葉片(能夠是兩個(gè)、三個(gè)或更多)產(chǎn)生力(在空氣中 對(duì)應(yīng)于空氣動(dòng)力學(xué)，在水中對(duì)應(yīng)于流體力學(xué))，所述力提供發(fā)電機(jī)軸上 的扭矩。
與給定的旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)聯(lián)的扭矩被轉(zhuǎn)化成改進(jìn)的機(jī)械功率。然后 此功率整體上通過發(fā)電機(jī)而被利用，所述發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電力。 相對(duì)于風(fēng)流，在水流中可以觀察到的有利特征在于流體的密度(在
相同體積下，水的重量比空氣重約820倍)。事實(shí)上，渦輪機(jī)能夠獲取 的功率與下面的等式相關(guān)聯(lián)
<formula>formula see original document page 4</formula>其中
Tl是效率，在0.20和0.40之間變化， V是流體的速度， p是流體介質(zhì)的密度，
S是由渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子所影響的面積(相當(dāng)于直徑與轉(zhuǎn)子相當(dāng)?shù)膱A的 面積)。
從而清楚的是，即使對(duì)于達(dá)到3-4 m/s (在空氣中，速度通常使 其3倍)的海中的水流，假設(shè)水的密度是空氣密度的820倍，則可獲 取的功率是借助于相同尺寸風(fēng)力渦輪機(jī)所獲取功率的至少30倍 (820/33 =820/27 =30.7 )。
還清楚的是，相對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，液流轉(zhuǎn)子的葉片所涉及的 力大很多，并且液流轉(zhuǎn)子的葉片的結(jié)構(gòu)尺寸也更為復(fù)雜。
本申請(qǐng)人提供了一種用于產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)水 平軸渦輪機(jī)設(shè)備，所述渦輪機(jī)設(shè)備能夠彼此連接以形成定位在液體流 中的至少一列渦輪機(jī)。這種"渦輪機(jī)列"被約束于支撐結(jié)構(gòu)，所述支 撐結(jié)構(gòu)包括能夠?qū)⑺鲋辽僖涣袦u輪機(jī)保持在工作位置的漂浮設(shè)備。 旋轉(zhuǎn)傳遞設(shè)備將所述渦輪機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞至諸如船舶或其它適當(dāng)裝置的 液面裝置。
這種液面裝置能夠容納至少一個(gè)由上述渦輪機(jī)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)來致動(dòng)的發(fā)電設(shè)備。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及根據(jù)所附權(quán)利要求1的特征部分所述的用 于產(chǎn)生電力的系統(tǒng)。


基于僅僅是出于示例和非限制目的所提供的下述說明和附圖，本
發(fā)明的其它特征將是清楚的，在所述附圖中
圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的以示例方式包括五個(gè)渦輪機(jī)設(shè)備 的單列系統(tǒng)；
圖2示意性地示出設(shè)有兩列渦輪機(jī)的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施
例；
圖3示意性地示出設(shè)有三列渦輪機(jī)的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
參見上述附圖，所述系統(tǒng)整體上包括一列渦輪機(jī)或多列渦輪機(jī)，
每列渦輪機(jī)包括多個(gè)水平軸渦輪設(shè)備2 (例如，轉(zhuǎn)子直徑示例性地在 40m和60m之間)，所述多個(gè)水平軸渦輪i殳備2安裝在由數(shù)個(gè)通過適 當(dāng)接頭彼此連接的部件或節(jié)段所組成的單個(gè)鉸接軸3上。這種軸傳遞 運(yùn)動(dòng)并傳遞由渦輪所產(chǎn)生的扭矩和力。
每個(gè)渦輪通過輪轂4剛性地連接至其軸上。各軸節(jié)段借助于卡丹 (cardan)接頭連接至設(shè)置在其前和其后的節(jié)段。所述接頭允許使得 設(shè)有數(shù)個(gè)節(jié)段的所述系統(tǒng)能剛性地傳遞扭矩，以此方式來確保由各單 個(gè)渦輪機(jī)所產(chǎn)生的扭矩向上游的傳送。同時(shí)，卡丹接頭允許提供大體 上柔性的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并且其能夠適應(yīng)例如由于水下水波運(yùn)動(dòng)而引起的 運(yùn)動(dòng)或非對(duì)準(zhǔn)(即使是臨時(shí)的)的情形。
以此方式，成列的渦輪機(jī)簡單地沿著平行于水流方向的方向i殳置。 此外，所述系統(tǒng)包括支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)包括能夠?qū)⒊闪械臏u輪 機(jī)保持在運(yùn)行位置的漂浮設(shè)備。優(yōu)選地，每個(gè)渦輪設(shè)備由專用漂浮物支撐，專用漂浮物5借助于連接至一支承件的繩索6連接至所述軸，
總之，這些渦輪從前至后地運(yùn)行。通過以彼此間隔至少相當(dāng)于3 倍直徑的距離設(shè)置渦輪，由于尾流導(dǎo)致的損失效率將降低至20-30%。 換句話說，設(shè)置在第一個(gè)渦輪機(jī)之后的渦輪機(jī)的效率將降低至少 20-30 % 。這將不會(huì)顯著地減少該系統(tǒng)所能夠產(chǎn)生的功率。
在水面上，各個(gè)漂浮物有利地通過一系列剛性元件(例如管)和 一系列鉸鏈而彼此連接。漂浮物的鉸鏈(接頭)應(yīng)該具有相當(dāng)于10° 的最大旋轉(zhuǎn)角度，以此方式來避免所述鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)在不存在水流的情況 下或甚至在水流反向的情況下可能不再是直列結(jié)構(gòu)。
這種(連接至水面上的漂浮物的)成列的結(jié)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)傳遞設(shè)備 而將渦輪機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞至液面裝置8 (例如船舶)，所述旋轉(zhuǎn)傳遞設(shè)備 包括卡丹接頭和剛性管狀元件7，剛性管狀元件7連接至設(shè)置在這種 液面工作站上的發(fā)電才幾。
所述船舶設(shè)想為如下方式，即具有寬的曱板，從而在到達(dá)成列 渦輪機(jī)的錨定和布設(shè)位置之前，所有列的渦輪機(jī)和管能夠容納在所述 曱板上。 一旦其達(dá)到位置并且被錨定，整個(gè)成列的渦輪機(jī)借助于適當(dāng) 的起重設(shè)備從所述船舶降下——每次一個(gè)。 一旦所有列的渦輪機(jī)處在 水中，則剛性的管元件7連接至發(fā)電機(jī)(其錨接至所述曱板)。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠設(shè)置一列或多列渦輪機(jī)。例如，圖2示出 雙列渦輪機(jī)的系統(tǒng)，而圖3示出三列渦輪機(jī)的系統(tǒng)，每列渦輪機(jī)連接 至適當(dāng)?shù)陌l(fā)電機(jī)，這將允許通過一艘船舶進(jìn)行更多和更有效的發(fā)電。
在雙列渦輪機(jī)系統(tǒng)的情況下，這兩列渦輪機(jī)可以有利地在相同深 度彼此平行地設(shè)置。有利地，三列渦輪機(jī)系統(tǒng)能夠呈三角形設(shè)置，也 就是兩列渦輪機(jī)在相同的深度，而第三列渦輪機(jī)定位成比其它兩列渦 輪機(jī)更深。
此外，可行的四列渦輪機(jī)系統(tǒng)能夠是矩形設(shè)置，也就是，兩列渦 輪機(jī)在相同的深度平行設(shè)置且另兩列渦輪機(jī)在比前述兩列渦輪機(jī)更深 的位置處平行設(shè)置。在所有具有多列渦輪機(jī)的情況中，所述多列渦輪機(jī)能夠有利地通過多個(gè)橫向剛性管9 (優(yōu)選地與所述多列渦輪機(jī)本身 正交地設(shè)置)彼此連接。
所述四列渦輪機(jī)系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)(相對(duì)于單列渦輪機(jī)系統(tǒng)) 更加穩(wěn)定與更好的剛性(顯而易見，其具有由接頭保證的所需的可變 形能力，以適應(yīng)水波運(yùn)動(dòng)，并且適應(yīng)與設(shè)置在單列渦輪機(jī)中的渦輪機(jī) 以及不同列渦輪機(jī)的渦輪機(jī)之間的差異相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)的安全的差異 性運(yùn)行)
連接單列或多列用于發(fā)電的渦輪機(jī)的水面工作站(例如船舶)通 過適當(dāng)?shù)腻^定系統(tǒng)(錨鏈、錨塊等)錨接至海洋的底部。這將能夠抵 消由于流體流的存在而在船舶自身上產(chǎn)生的所有力，以及在多列渦輪 機(jī)上產(chǎn)生的力(其傳遞至所述船舶) 一一其由于渦輪機(jī)在以全容量運(yùn) 行時(shí)所產(chǎn)生的阻力(推力)而產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括至少一列渦輪機(jī)，每一列渦輪機(jī)包括多個(gè)水平軸渦輪機(jī)設(shè)備(2)，所述多個(gè)水平軸渦輪機(jī)設(shè)備能夠彼此連接并定位于使其旋轉(zhuǎn)的液體流中，支撐結(jié)構(gòu)，其包括能夠?qū)⑺鲋辽僖涣袦u輪機(jī)保持在浸沒的運(yùn)行位置的漂浮設(shè)備(5)，旋轉(zhuǎn)傳遞設(shè)備，其將所述至少一列渦輪機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞至液面裝置(8)，所述液面裝置設(shè)有至少一個(gè)連接至所述至少一列渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其包括彼此平行的兩列渦輪機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其包括彼此平行且大致設(shè)置成三 角形的三列渦輪機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其包括彼此平行且大致設(shè)置成矩 形的四列渦輪才幾。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每列渦輪機(jī)包括多個(gè)水平軸 渦輪機(jī)設(shè)備(2)，所述多個(gè)水平軸渦輪機(jī)設(shè)備安裝在通過適當(dāng)?shù)慕宇^ 彼此連接的各部件或節(jié)段所形成的單個(gè)鉸接軸(3)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中各渦輪機(jī)借助于輪轂(4) 剛性地連接至其軸，并且所述軸的各節(jié)段通過卡丹接頭連接至位于所 述各節(jié)段之前和之后的部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中各渦輪機(jī)設(shè)備由專用漂浮物 (5)支撐，所述專用漂浮物(5)借助于連接至一支承件的繩索(6)而連接至所述軸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中用于各列渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳遞 設(shè)備包括至少一個(gè)卡丹接頭和剛性管狀元件(7),所述剛性管狀元件 連接至設(shè)置在這種液面工作站上的發(fā)電機(jī)。
全文摘要
用于產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括成列的渦輪機(jī)，各列渦輪機(jī)包括多個(gè)水平軸渦輪機(jī)設(shè)備(2)，所述多個(gè)水平軸渦輪機(jī)設(shè)備能夠彼此連接并定位在使其旋轉(zhuǎn)的液體流中；支撐結(jié)構(gòu)，包括能夠?qū)⑺龀闪械臏u輪機(jī)保持在浸沒運(yùn)行位置的漂浮設(shè)備(5)。此外，所述系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)傳遞設(shè)備，所述旋轉(zhuǎn)傳遞設(shè)備將所述渦輪機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞至液面裝置(8)，所述液面裝置設(shè)有至少一個(gè)連接至所述成列的渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)F03B17/06GK101680420SQ200880013578
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者約瑟夫·戈斯特納 申請(qǐng)人:約瑟夫·戈斯特納