一種帶有縱向和斜面螺紋刀片的交叉流渦輪的制造方法
【專利摘要】一種結(jié)構(gòu)性管道設(shè)備，包括用于流體的橫流式渦輪機(jī)。所述渦輪機(jī)具有朝旋轉(zhuǎn)方向傾斜的至少一個(gè)機(jī)翼式垂直葉片和至少一個(gè)機(jī)翼式螺旋葉片。所述管道設(shè)備包括內(nèi)外壁，其中，內(nèi)壁提供內(nèi)部散流通道，該通道可裝有渦輪機(jī)動(dòng)力輸出模塊，管道外表面則影響流體流動(dòng)方向，因此，若有至少兩條管道，便可有助于形成無阻流機(jī)組。
【專利說明】—種帶有縱向和斜面螺紋刀片的交叉流渦輪機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)提取流體能量的渦輪機(jī)的改進(jìn)，尤其涉及對(duì)能夠用于水下提取水流能量以及用于陸上提取風(fēng)能的渦輪機(jī)的改進(jìn)。

【背景技術(shù)】
[0002]任何對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中方法、設(shè)備或文件的參考均不得視為證明或承認(rèn)其構(gòu)成公知常識(shí)或構(gòu)成其一部分。
[0003]不同于其它再生能源，在使用渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)提取海水流能量的領(lǐng)域，尚沒有成熟或優(yōu)選技術(shù)。第一代臥式船用渦輪機(jī)類似于風(fēng)力渦輪機(jī)，浸沒在海水或河水中。圖12展示了此種類型的渦輪機(jī)。然而，將此類風(fēng)力發(fā)電機(jī)式設(shè)備從液體表面轉(zhuǎn)移至流體密度超過830倍以上的海底卻引發(fā)了長(zhǎng)期存在的制造安裝維修成本高等問題，這使該技術(shù)在商業(yè)運(yùn)用上變得困難。
[0004]提取商業(yè)用海洋能量需要大型設(shè)備進(jìn)行大面積掃流。由于轉(zhuǎn)子采用了昂貴的高強(qiáng)度復(fù)合纖維材料進(jìn)行制造，因此工程費(fèi)用較高。該纖維材料受作用在轉(zhuǎn)子上的直徑通常為18米的軸向力影響。一臺(tái)兆瓦級(jí)設(shè)備成本約為1000萬美元。此外，此類設(shè)備通常安裝在海底單極天線或其它基座上，因此只能在海底運(yùn)作。
[0005]一種單向橫流式的改良型船用渦輪機(jī)為提取流體能量提供了更好的解決方案。舉例來說，“達(dá)里厄”橫流式渦輪機(jī)是適用于海洋環(huán)境的一種已知設(shè)備，具有2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)或更多水翼式垂直葉片。但此類型渦輪機(jī)也存在一些缺點(diǎn)。一是不能自行啟動(dòng)。另一缺點(diǎn)是該渦輪機(jī)存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，易造成葉片偏斜和搖晃。
[0006]為克服其中一些缺點(diǎn)，開發(fā)了一種叫作“戈洛夫螺旋渦輪機(jī)”的新型渦輪機(jī)。此種渦輪機(jī)不再使用垂直型渦輪葉片，而是采用了機(jī)翼式螺旋葉片。但其不足之處在于，目前已發(fā)現(xiàn)通過支桿或其它裝置連接至旋轉(zhuǎn)軸的螺旋葉片偏斜、搖晃、無法正常工作或至少在水流中運(yùn)作時(shí)效率低下。圖11展示了此種類型的渦輪機(jī)。
[0007]船用渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還包括，一般情況下無法消除轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，進(jìn)而降低了效率。
[0008]船用渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還存在于將渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能的動(dòng)力輸出組件。現(xiàn)有的動(dòng)力輸出組件通常與渦輪機(jī)分離。
[0009]船用渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還包括，制造能承受水流中軸向力的渦輪機(jī)成本高且過程復(fù)雜。
[0010]現(xiàn)有的臥式和橫流式渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還包括，葉片制造過程復(fù)雜且成本高。
[0011]現(xiàn)有的用于海洋環(huán)境的臥式和橫流式渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還包括，此類渦輪機(jī)的中心軸會(huì)阻擋水流，進(jìn)而降低渦輪機(jī)效率。
[0012]船用渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還包括，現(xiàn)有的臥式和橫流式渦輪機(jī)會(huì)因惡劣的海洋環(huán)境在海上試驗(yàn)中無法正常工作。
[0013]船用渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還包括，將渦輪機(jī)使安裝就位和移除渦輪機(jī)進(jìn)行檢查、維護(hù)或修理十分困難。
[0014]船用渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還存在于為渦輪機(jī)提供結(jié)構(gòu)式管道設(shè)備。
[0015]船用渦輪機(jī)的缺點(diǎn)還包括，提供的渦輪機(jī)組需滿足，每個(gè)渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)式管道設(shè)備能有助于將高速水流傳送至相鄰渦輪機(jī)。
[0016]英國(guó)碳信托(簡(jiǎn)稱“信托”)在報(bào)告中稱，下一代海洋能量提取設(shè)備必須證明具有在惡劣海洋環(huán)境中生存的能力，最好能夠在海底至海面深度范圍達(dá)60米的范圍內(nèi)運(yùn)作?！靶磐小边€指出，為使本領(lǐng)域資金投入行之有效，必須大力削減安裝和操作成本，如此，電力供應(yīng)才具有商業(yè)可行性。
[0017]本發(fā)明目的在于，提供一種提取流體能量的設(shè)備或方法，該設(shè)備或方法能克服至少一個(gè)或多個(gè)上述缺點(diǎn)、或提供一種市場(chǎng)商業(yè)選擇。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種用于流體的橫流式渦輪機(jī)，包括朝旋轉(zhuǎn)方向傾斜的至少一個(gè)機(jī)翼式垂直葉片和至少一個(gè)機(jī)翼式螺旋葉片。
[0019]適當(dāng)?shù)兀鰷u輪機(jī)還包括至少一個(gè)傾斜遠(yuǎn)離渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的螺旋葉片。
[0020]根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種用于流體的橫流式渦輪機(jī)，包括至少一個(gè)傾斜朝向渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的機(jī)翼式螺旋葉片和至少一個(gè)傾斜遠(yuǎn)離渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的螺旋葉片。
[0021]所述本發(fā)明第二方面中，垂直葉片可省。圖4所示為非限制性實(shí)施例。
[0022]適當(dāng)?shù)?，所述渦輪機(jī)還包括頂部和底部輪緣帶。
[0023]所述渦輪機(jī)可包括中央旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸。圖1所示為非限制性實(shí)施例。
[0024]適當(dāng)?shù)兀鄠€(gè)所述橫流式渦輪機(jī)可操作連接同一驅(qū)動(dòng)軸、或可操作連接多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，其中，所述驅(qū)動(dòng)軸連接至動(dòng)力輸出裝置或其它能量提取裝置。圖5所示為非限制性實(shí)施例。
[0025]或者，所述渦輪機(jī)不包括中央驅(qū)動(dòng)軸而包括多個(gè)外軸。圖2所示為外軸的非限制性實(shí)施例。
[0026]適當(dāng)?shù)兀鰷u輪機(jī)包括具有外殼模塊的設(shè)備，所述渦輪機(jī)局部包括轉(zhuǎn)子，所述外殼模塊局部包括定子，如此，所述動(dòng)力輸出裝置包括部分所述設(shè)備。圖6所示為非限制性實(shí)施例。
[0027]適當(dāng)?shù)?，結(jié)構(gòu)式管道設(shè)備應(yīng)能容納所述渦輪機(jī)。所述設(shè)備可包括內(nèi)外壁，其中，內(nèi)壁提供內(nèi)部散流通道，該通道可容納所述渦輪機(jī)動(dòng)力輸出模塊，管道外表面則影響流動(dòng)方向，因此，若有至少兩條管道，便可有助于形成無阻流機(jī)組。所述外管壁和內(nèi)管壁間空隙可構(gòu)成壓載艙。
[0028]優(yōu)選地，所述管道設(shè)備還包括矩形板，該矩形板連接所述管壁尾端并伸入所述管道側(cè)的流體，以協(xié)助減小所述渦輪機(jī)后方的壓力，進(jìn)而增強(qiáng)性能。
[0029]適當(dāng)?shù)?，所述管道設(shè)備包括機(jī)組或機(jī)系列的一部分。
[0030]所述機(jī)組可包括浮動(dòng)機(jī)組，圖25所示為其非限制性實(shí)施例。
[0031]流體可為空氣或水，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所述渦輪機(jī)可用于水下，此時(shí)，流體為水流。
[0032]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]以下通過詳述本說明書的【具體實(shí)施方式】提供足夠信息，使該領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明的優(yōu)選特征、實(shí)施例和變形，以執(zhí)行本發(fā)明。本說明書【具體實(shí)施方式】不得視為對(duì)本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分的范圍造成任何限制。【具體實(shí)施方式】參考以下附圖進(jìn)行說明:
[0034]圖1為一種具有機(jī)翼式螺旋和垂直葉片的橫流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。
[0035]圖2為一種具有機(jī)翼式垂直和傾斜葉片的渦輪機(jī)的截面圖。
[0036]圖3為輪緣基體處垂直、向前和向后傾斜的機(jī)翼式螺旋葉片的截面詳圖。
[0037]圖4為不包括中央旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸的渦輪機(jī)。
[0038]圖5為公共驅(qū)動(dòng)軸上的多個(gè)堆疊式渦輪機(jī)模塊。
[0039]圖6為包括轉(zhuǎn)子和定子組件的渦輪機(jī)設(shè)備。
[0040]圖7為浸沒式渦輪機(jī)動(dòng)力輸出模塊。
[0041]圖8為包括永磁體的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪緣的頂視圖。
[0042]圖9為定子線圈盤的頂視圖。
[0043]圖10為所述轉(zhuǎn)子輪緣和所述定子線圈盤的組裝頂視圖。
[0044]圖11為現(xiàn)有技術(shù)下的戈洛夫螺旋渦輪機(jī)。
[0045]圖12為現(xiàn)有技術(shù)下的船用渦輪機(jī)。
[0046]圖13-18展示了所述渦輪機(jī)部分制造過程。
[0047]圖19為具有支桿并裝有機(jī)翼的渦輪機(jī)汽缸的平面圖。
[0048]圖20為結(jié)構(gòu)式管道設(shè)備。
[0049]圖21為圖20中所述設(shè)備及其附近流體。
[0050]圖22— 25為適用于單向流體(河道水流)的管道機(jī)組。
[0051]圖26為能隨流體方向改變而偏航的浮動(dòng)管道機(jī)組。
[0052]圖27為固定桁架結(jié)構(gòu)渦輪機(jī)組。

【具體實(shí)施方式】
[0053]圖1所示為一種橫流式渦輪機(jī)10的局部圖，尤其展示了渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子11。所述轉(zhuǎn)子11包括由軸承13支撐的用于旋轉(zhuǎn)的中心軸12。所述轉(zhuǎn)子11包括上方的頂部輪緣帶14和下方的底部輪緣帶15。永磁體18連接至所述頂部輪緣帶14。下文將對(duì)這樣設(shè)置的原因進(jìn)行詳細(xì)說明。所述轉(zhuǎn)子11還包括機(jī)翼式垂直葉片16和機(jī)翼式螺旋葉片17。因此，所述轉(zhuǎn)子同時(shí)包括垂直葉片16和螺旋葉片17。
[0054]所述轉(zhuǎn)子11的尺寸可改變，以適應(yīng)所需的渦輪機(jī)尺寸。作為非限制性實(shí)施例，根據(jù)設(shè)想，所述葉片16長(zhǎng)度就小型渦輪機(jī)而言可為40cm，就大型高功率渦輪機(jī)而言，可為2m或更長(zhǎng)。此外，根據(jù)設(shè)想，所述葉片寬度可為2 — 40cm，該寬度可根據(jù)需要改變。
[0055]該渦輪機(jī)從空氣、水等流體中提取能量，適合在陸地上或浸沒在河流、海洋或其它人造流體中運(yùn)作。所述設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有/無護(hù)罩。
[0056]相較于只有螺旋葉片或只有垂直葉片，所述多個(gè)具有頂部和底部輪緣帶(14、15)的機(jī)翼式螺旋和垂直葉片(17、16)提供的剛度和強(qiáng)度更大。
[0057]此外，機(jī)翼式螺旋葉片和垂直葉片(17、16)的結(jié)合還減少了運(yùn)作過程中產(chǎn)生的搖晃，有助于自啟動(dòng)所述設(shè)備并消除轉(zhuǎn)矩力以使渦輪機(jī)高效運(yùn)作。
[0058]通過將支桿或環(huán)狀端板固定至所述頂部和底部輪緣帶可獲得更大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其中，所述頂部和底部輪緣帶連接的軸固定至中央旋轉(zhuǎn)軸12。沖擊機(jī)翼式渦輪機(jī)葉片的流體引起所述橫流式渦輪機(jī)圍繞所述中央旋轉(zhuǎn)軸朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)不考慮流動(dòng)方向。
[0059]由于裝有永磁體18，因而將所述渦輪機(jī)視為動(dòng)力輸出模塊的轉(zhuǎn)子組件。所述輸出模塊外殼包括發(fā)電機(jī)定子組件，下文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0060]或者，所述渦輪機(jī)連接至外部動(dòng)力輸出裝置或泵。
[0061]優(yōu)選使用塑料、復(fù)合纖維和/或金屬或其它合適的材料將所述渦輪機(jī)制造成堅(jiān)固的輕型設(shè)備，從而形成能夠承受流體中軸向力的高強(qiáng)度剛性結(jié)構(gòu)。
[0062]所述渦輪機(jī)根據(jù)需要裝有軸承13和齒輪裝置(未圖示)，借助已知的合適裝置為電網(wǎng)或其它終端用戶提供動(dòng)力。所述設(shè)備涂有一層合適的防護(hù)型船用涂料，并裝有碎屑和海洋生物防護(hù)屏。
[0063]圖2所示為一種具有至少一個(gè)傾斜朝向旋轉(zhuǎn)方向的機(jī)翼式螺旋葉片20和至少一個(gè)傾斜遠(yuǎn)離渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的螺旋葉片21的橫流式渦輪機(jī)19。向前和向后傾斜的螺旋葉片橫切機(jī)翼式垂直葉片22且彼此橫切，固定于所述頂部和底部輪緣帶23、24，所述輪緣帶裝有支桿或環(huán)狀端板26。
[0064]所述渦輪機(jī)類似于桁架構(gòu)造，因?yàn)殪柟唐捉Y(jié)構(gòu)的所述葉片的作用類似于桁架。所有機(jī)翼式葉片朝向一個(gè)方向，圓形前緣朝向所述旋轉(zhuǎn)方向。
[0065]由于所述機(jī)翼圓形前緣所處位置能夠提供提升力，所述機(jī)翼式葉片始終朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。狹窄的尾緣可以減小阻力。
[0066]在流體應(yīng)用中，所述渦輪機(jī)具有更多數(shù)量的葉片，通過使用現(xiàn)有的相同尺寸的能量提取設(shè)備提供大于可用值的轉(zhuǎn)矩力。前葉片用于運(yùn)作，各前葉片間的空隙足夠允許流體抵達(dá)下游葉片，從而使這些葉片也能參與運(yùn)作。葉片數(shù)量和所述設(shè)備強(qiáng)度可根據(jù)具體的場(chǎng)地條件進(jìn)行更改。
[0067]本發(fā)明該實(shí)施例的另一不同之處在于，所述渦輪機(jī)不包括中心軸。所述中心軸通常用于橫流式渦輪機(jī)，會(huì)對(duì)流體流動(dòng)造成阻礙，進(jìn)而降低渦輪機(jī)效率。在使用適當(dāng)連接至所述渦輪機(jī)頂板和底板26或端部支桿的外軸25方面，所述渦輪機(jī)提供了多種配件。
[0068]圖3為所述輪緣基體24處垂直22和傾斜20、21的機(jī)翼式螺旋葉片的截面詳圖。所述葉片在多個(gè)點(diǎn)處彼此橫切，從而提供更大的剛度和強(qiáng)度。所述機(jī)翼方向引起所述渦輪機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，沿箭頭方向103傾斜，此時(shí)不考慮流體流動(dòng)方向。特別地，所述機(jī)翼20朝旋轉(zhuǎn)方向傾斜，而所述翼面21傾斜遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)方向。
[0069]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例，包括一種具有機(jī)翼式螺旋葉片但無任何垂直葉片的橫流式渦輪機(jī)。所述渦輪機(jī)28包括頂部和底部輪緣帶29，
[0070]其中，至少一個(gè)機(jī)翼式螺旋葉片30傾斜朝向渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向以及頂軸和底軸27，至少一個(gè)螺旋葉片31傾斜遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)方向以及頂軸和底軸27。
[0071]所述渦輪機(jī)類似于上文所述渦輪機(jī)，除了一點(diǎn)，該渦輪機(jī)不具有機(jī)翼式垂直葉片。
[0072]無垂直機(jī)翼影響的所述多個(gè)螺旋葉片可能需要加強(qiáng)環(huán)或板(未圖示)，具體地，若高速流體場(chǎng)所有要求，應(yīng)使用加強(qiáng)環(huán)或板。
[0073]所述多個(gè)螺旋葉片的數(shù)量可根據(jù)所需的轉(zhuǎn)矩或旋轉(zhuǎn)速度增加或減少。所述葉片構(gòu)造優(yōu)選適應(yīng)場(chǎng)地條件。
[0074]圖5所示為連接至單出式中央驅(qū)動(dòng)軸35的堆疊式渦輪機(jī)模塊33、34(圖中為2個(gè))，所述中央驅(qū)動(dòng)軸連接至動(dòng)力輸出裝置36或其它合適的能量提取裝置。所述堆疊式模塊安置在基座上32，所述基座進(jìn)一步安裝在葉片表面31。
[0075]所述橫流式渦輪機(jī)的堆疊式模塊33、34基于連續(xù)的公共螺旋葉片排成一線，并且適當(dāng)?shù)?，模塊I底部和模塊2頂部連接。
[0076]多個(gè)模塊以此方式連接并固定至中心軸35。流體驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)模塊沿所述中心軸旋轉(zhuǎn)，其中，所述中心軸連接至動(dòng)力輸出裝置36。
[0077]所述模塊可安裝于模塊外殼38內(nèi)。
[0078]所述堆疊式模塊在豎直和水平面上高效運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)可有/無護(hù)罩，優(yōu)選將其并列連接，以便構(gòu)建無阻流機(jī)組。在實(shí)際海洋應(yīng)用中，堆疊式模塊適當(dāng)?shù)匕卜庞谒矫嫦路?，并使用已知裝置固定。不同于現(xiàn)有軸流式發(fā)電機(jī)，所述堆疊式模塊在陸地上所需基座尺寸為最小且能使用低成本拉線37進(jìn)行固定。
[0079]所述外殼底部?jī)?yōu)選通過已知合適裝置裝有樞軸接頭，如此，所述外殼和所述渦輪機(jī)可根據(jù)需要升降。
[0080]圖6-10為包括特殊設(shè)計(jì)的集成式動(dòng)力輸出模塊的渦輪機(jī)組件。具體來說，所述渦輪機(jī)組件包括所述渦輪機(jī)和所述外殼，其中，所述渦輪機(jī)包括所述動(dòng)力輸出模塊的轉(zhuǎn)子，所述外殼包括所述動(dòng)力輸出模塊的定子。換句話說，無需完全分離的動(dòng)力輸出模塊。
[0081]所述橫流式渦輪機(jī)40在動(dòng)力輸出模塊41內(nèi)旋轉(zhuǎn)，電力通過輸電電纜42進(jìn)行傳輸。所述渦輪機(jī)40包括固定磁體18，因而能起到轉(zhuǎn)子的作用。所述動(dòng)力輸出模塊41上部包括線圈或初級(jí)繞組43，從而能起到定子的作用。若所述渦輪機(jī)40安裝于模塊41內(nèi)部，則所述磁體18和定子線圈43部分包覆于外殼罩44內(nèi)，所述外殼罩能防止轉(zhuǎn)子磁體18和定子線圈43在所述模塊41浸沒于液體中時(shí)進(jìn)水。
[0082]所述蓋板(罩44)為端部開孔式，能在所述模塊浸沒于水或其它流體時(shí)截留空氣，從而確保所述發(fā)電機(jī)效率不因水流引起的摩擦而降低。防止所述轉(zhuǎn)子磁體和定子線圈進(jìn)水限制了阻力，進(jìn)而增大了發(fā)電機(jī)效率并有助于所述設(shè)備在水中的浮性。
[0083]所述罩44工作原理類似于潛水鐘。使用可連接至空氣壓縮機(jī)等外部電源的進(jìn)口/出口閥(未圖示)可調(diào)節(jié)截留在所述發(fā)電機(jī)蓋內(nèi)的空氣。
[0084]已知的密封式容器熱傳導(dǎo)流體系統(tǒng)(未圖示)安裝于所述發(fā)電機(jī)蓋內(nèi)，用于根據(jù)需要減少渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)生成的熱量。
[0085]所述渦輪機(jī)動(dòng)力輸出模塊可作為無護(hù)罩設(shè)備或可容納入管道中運(yùn)作。所述模塊可為中性浮力結(jié)構(gòu)、或可連接至固定于錨定設(shè)備的容器、或可連接至承重基座或其它已知支撐裝置。
[0086]圖7為浸沒環(huán)境中所述已組裝渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子40和動(dòng)力輸出模塊41。所述設(shè)備可通過連接至模塊41上孔眼或類似附件46的電纜45固定于合適位置。截留于罩44內(nèi)的空氣可向所述設(shè)備提供浮力。
[0087]圖8為圖6中所示渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪緣的頂視圖，尤其涉及連接至所述轉(zhuǎn)子輪緣47的永磁體18。
[0088]圖9為由定子線圈盤48支撐的繞組/線圈43的頂視圖。
[0089]圖10為所述轉(zhuǎn)子輪緣上永磁體18和所述定子線圈盤48上繞組43的平面圖。
[0090]圖13-18介紹了一種能夠以相對(duì)低成本的方式生產(chǎn)橫流式渦輪機(jī)的方法。
[0091]所述渦輪機(jī)優(yōu)選由切成適當(dāng)渦輪機(jī)構(gòu)造的平板50 (見圖13)制成，進(jìn)而可使用較低成本材料以及降低成本和運(yùn)行費(fèi)用的更高效的制造方法。所述板材50(塑料、金屬等)切割成具有頂帶和底帶52的螺旋17和垂直葉片形狀16的樣板。
[0092]所述渦輪機(jī)形狀由鋼鐵、塑料、復(fù)合纖維、層壓板、凱芙拉纖維或其它合適的堅(jiān)固輕型板材等單塊結(jié)構(gòu)材料板材通過激光或水力切割而成。所述切割形狀端部51固定(見圖14)，形成適當(dāng)連接并固定于頂部或底部的汽缸，構(gòu)成圖1所示渦輪機(jī)10的基礎(chǔ)。
[0093]圖15說明了一種特殊樣板，該樣板經(jīng)切割、軋制并連接形成構(gòu)成圖2所示渦輪機(jī)基礎(chǔ)的汽缸形狀。圖15中項(xiàng)目編號(hào)分別對(duì)應(yīng)以下特征:頂部輪緣帶形狀(90)、垂直葉片形狀(92)、前傾葉片形狀(94)、后傾葉片形狀(94)、底部輪緣帶形狀(96)。
[0094]多塊可彎曲的激光切割板層壓制成，集中固定形成十分堅(jiān)固剛硬的汽缸，該汽缸為渦輪機(jī)核心部分(見圖16)?；蛘撸瑑?nèi)外激光切割板軋制固定至夾在內(nèi)外板之間的墊塊，所述內(nèi)外板在內(nèi)外周適當(dāng)密封。
[0095]如此，內(nèi)外板之間形成空隙，有利于使所述汽缸作為一次性模型使用，所述模型裝滿復(fù)合纖維和樹脂，形成堅(jiān)固剛硬的汽缸，構(gòu)成渦輪機(jī)核心部分(見圖17)。
[0096]激光切割機(jī)翼形狀由切割所述汽缸形狀剩余的廢棄物切割而來，用于形成水翼形狀，該形狀適當(dāng)固定至所述汽缸葉片形狀上(見圖18)。圖19為圍繞所述汽缸設(shè)置、具有支桿104和四片機(jī)翼102的圖18所示類型渦輪機(jī)汽缸100的平面圖。
[0097]由于機(jī)翼形狀固定至所述汽缸葉片形狀，低成本擠壓和/或注塑、熱或真空成型塑料、橡膠或其它合適的材料組分同樣適用。
[0098]需要不止一塊板材的較大尺寸渦輪機(jī)具有類似的制造過程，除了所述材料由多塊板切割而成多個(gè)部分，當(dāng)所述多個(gè)部分接合在一起，包括一個(gè)汽缸形狀，所述汽缸形狀適當(dāng)連接或?qū)訅?，或裝滿復(fù)合纖維，此時(shí)，機(jī)翼形狀連接形成前文所述渦輪機(jī)。
[0099]裝有機(jī)翼形狀和磁體的汽缸適當(dāng)固定至中心軸，以構(gòu)成橫流式渦輪機(jī)。
[0100]可彎曲的切割板材在端部軋制連接，形成加固型汽缸形狀。所述軋制汽缸配有附加板材層，以增強(qiáng)所述汽缸輕度和剛度。所述附加材料層層壓制成或以其它方式適當(dāng)固定至汽缸。
[0101]層壓或樹脂填充式汽缸葉片形狀可裝有機(jī)翼形狀。
[0102]本申請(qǐng)優(yōu)選形狀的一部分來自美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(NACA)規(guī)定的機(jī)翼形狀或其它合適形狀，所述優(yōu)選形狀適當(dāng)固定至所述汽缸層壓葉片兩側(cè)。該渦輪機(jī)制造法允許使用低成本擠壓、注塑、熱或真空成型或激光/水力切割的機(jī)翼形狀。復(fù)合纖維成型形狀還可固定至葉片。
[0103]所述渦輪機(jī)的多個(gè)垂直和螺旋葉片具有不同的攻角讀數(shù)，有利于提供時(shí)機(jī)改變水翼形狀。可根據(jù)需要改變?nèi)~片形狀，以增大提升力或阻力，同時(shí)緩和渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。所述機(jī)翼式葉片強(qiáng)度優(yōu)選在渦輪機(jī)內(nèi)改變。已知的用于增大速度、轉(zhuǎn)矩或減小搖晃和/或空化或協(xié)助渦輪機(jī)自啟動(dòng)的各種形狀可組合使用，以提供最佳性能。
[0104]圖20-25為內(nèi)部可容納渦輪機(jī)模塊的結(jié)構(gòu)式管道設(shè)備。首先參照?qǐng)D20、21，所述設(shè)備54包括渦輪機(jī)動(dòng)力輸出模塊55，該模塊可從所述設(shè)備插入并移除。所述模塊55前設(shè)有某種形式的阻隔屏56，以防止固體碎屑物進(jìn)入損壞所述渦輪機(jī)。
[0105]所述設(shè)備包括內(nèi)壁57和外壁58，具有內(nèi)流通道59。所述渦輪機(jī)模塊55安裝在所述通道59內(nèi)所述設(shè)備前，如此，流經(jīng)所述渦輪機(jī)模塊55的水能流入所述通道59。
[0106]所述設(shè)備外壁58影響流動(dòng)方向，因此，無阻流機(jī)組優(yōu)選配有至少兩條管道(如見圖 22)。
[0107]所述內(nèi)外管壁之間的空隙構(gòu)成壓載艙60，所述壓載艙同樣為裝在所述內(nèi)管流通道中的渦輪機(jī)動(dòng)力輸出裝置提供更多保護(hù)。
[0108]所述管道59充當(dāng)散流器，在出口 61處較寬，進(jìn)而流速會(huì)因文丘里效應(yīng)增加。矩形端/側(cè)板62連接所述管壁兩個(gè)尾端并伸入所述管道側(cè)的流體，以協(xié)助減小所述渦輪機(jī)后方的壓力，進(jìn)而增強(qiáng)性能。
[0109]所述內(nèi)外管壁之間的空隙通過結(jié)構(gòu)件63加以鞏固，形成起到壓載艙作用的密封艙，該密封艙可裝滿重型材料以協(xié)助固定所述設(shè)備，或根據(jù)需要充滿壓縮空氣用于漂浮操作。
[0110]所述外管壁58有利于擋住流體并使其轉(zhuǎn)向(見圖20中箭頭64)，進(jìn)而流體能以更高流速導(dǎo)入其它下游管道。
[0111]所述管道容納所述橫流式渦輪機(jī)動(dòng)力輸出模塊55，所述模塊接入所述設(shè)備并適當(dāng)固定，如此，所述模塊根據(jù)需要容易安裝和取出。該設(shè)置有利于允許在維護(hù)周期內(nèi)或發(fā)生災(zāi)難性故障時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單低成本的安裝和模塊替換。所述管道設(shè)備54包括內(nèi)部散流器形狀的流道59，所述渦輪機(jī)模塊安裝在狹窄的進(jìn)口處。
[0112]所述設(shè)備充當(dāng)加權(quán)設(shè)備。所述設(shè)備包括罩有外管道的內(nèi)部散流管道。管道間空腔用于提供混凝土、巖石或沙袋等壓倉(cāng)的重型密致材料，以協(xié)助將所述設(shè)備固定至海床。結(jié)構(gòu)性支撐件和高強(qiáng)度材料(鋼板、成型混凝土等)的外管增強(qiáng)了所述設(shè)備承受水流強(qiáng)大軸向力和惡劣海洋環(huán)境的能力。該設(shè)置減少了安裝成本，因?yàn)樗龉艿揽善⊥现连F(xiàn)場(chǎng)。所述管道可于現(xiàn)場(chǎng)裝入配重，進(jìn)而能浸沒至指定位置。所述管道可視情況連接至另外的已知重力基座錨定設(shè)備。
[0113]所述設(shè)備還可充當(dāng)浮具，其中，所述管道艙密封以構(gòu)成浮力艙，所述浮力艙可通過外部泵或壓縮機(jī)泵送，使艙內(nèi)充滿壓縮空氣或水、沙礫或其它合適材料，以實(shí)現(xiàn)理想的中性深度。外罩使所述設(shè)備更加完整，使其更好地適應(yīng)惡劣的海洋環(huán)境。
[0114]多個(gè)此類設(shè)備(管道設(shè)備)54可設(shè)置成一列，形成無阻流機(jī)組。
[0115]由密度大于水密度的混凝土等重型材料或其它合適材料制成的管道設(shè)備54重量應(yīng)適宜，以使所述設(shè)備成組永久性固定在海床上。
[0116]此類管道機(jī)組將一直留在海底，直到其停止使用。只有可交換的渦輪機(jī)動(dòng)力輸出模塊可根據(jù)需要在項(xiàng)目生命周期內(nèi)移除進(jìn)行維修或更換。
[0117]艙室管道外側(cè)壁使水流轉(zhuǎn)向下游。轉(zhuǎn)向的水流方便導(dǎo)入其它下游渦輪機(jī)管道機(jī)組。構(gòu)成管道機(jī)組的多個(gè)承重管道54阻擋了水流，進(jìn)而主導(dǎo)管將水流導(dǎo)入下游管道，潛在地增快了水流速度。圖22、23、24中對(duì)此有所說明。
[0118]一排排依次連接的導(dǎo)管構(gòu)成了一個(gè)高效的較低成本的能量提取場(chǎng)所。
[0119]具體參照?qǐng)D22，描述了包括三臺(tái)管道設(shè)備54的管道機(jī)組66，所述機(jī)組適用于單向流體，該單向流體可能出現(xiàn)在河流中。箭頭表明的是水流方向。
[0120]流體進(jìn)入所述渦輪機(jī)進(jìn)口 67，流過所述渦輪機(jī)，使其旋轉(zhuǎn)并發(fā)電。所述外管壁使外表面邊沿的流體68轉(zhuǎn)向下游進(jìn)入其它渦輪機(jī)管道，這些渦輪機(jī)管道適當(dāng)設(shè)置在轉(zhuǎn)向流體的內(nèi)部。
[0121]下游管道的設(shè)置應(yīng)允許流體流過管道，進(jìn)而多個(gè)管道內(nèi)的障礙流不會(huì)堵塞或擋住流體，但應(yīng)有足夠空隙或缺口促進(jìn)管道間的流體流動(dòng)。
[0122]至少兩個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)管道的機(jī)組構(gòu)造為流體能量提取提供了高效的無阻流機(jī)組。
[0123]圖23、24說明了更加復(fù)雜的管道設(shè)備54機(jī)組。
[0124]圖25為本發(fā)明另一實(shí)施例，包括多個(gè)安裝在碎屑遮蔽的71桁架結(jié)構(gòu)70內(nèi)的渦輪機(jī)管道設(shè)備54，構(gòu)成了浮動(dòng)機(jī)組。(為一目了然，省略頂板)。
[0125]多個(gè)艙室管道54可由輕型材料制成，以構(gòu)成能量提取機(jī)組。所述輕型渦輪機(jī)管道機(jī)組54安裝于桁架結(jié)構(gòu)70內(nèi)部，其中，所述桁架結(jié)構(gòu)起到中性浮具的作用，通過孔眼72固定至承重錨定設(shè)備(未圖示)，如此，所述結(jié)構(gòu)隨著流向改變而偏航或固定至承重錨定設(shè)備、基座、分層支撐結(jié)構(gòu)或其它支撐裝置。
[0126]圖26為圖25中所示浮動(dòng)機(jī)組73，該機(jī)組固定至承重錨定設(shè)備74并隨著流向改變而偏航。
[0127]圖27為固定至海床上的已知基座錨定設(shè)備的桁架結(jié)構(gòu)渦輪機(jī)組。所述機(jī)組還可固定至敞開式分層結(jié)構(gòu)，以獲取流體在不同深度的能量。其它已知的適用于中性浮具的安裝和錨定系統(tǒng)同樣適用，如安裝在浮箱、其它容器和其它已知支撐裝置下方。
[0128]根據(jù)相關(guān)法律，本發(fā)明所述情況僅針對(duì)結(jié)構(gòu)或方法特征。術(shù)語“包括”及類似說法，如“包括”和“由…組成”的用法在全篇均為包含性質(zhì)，但不排斥任何其它特征。需了解的是，由于本發(fā)明所述的方式僅包括使本發(fā)明有效的優(yōu)選形式，因此本發(fā)明并不限于所示或所述的具體特征。因此，該領(lǐng)域技術(shù)人員所能進(jìn)行適當(dāng)解釋的附加權(quán)利要求書適當(dāng)范圍的形式或改型均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0129]在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書(若有)中，除非上下文另有要求，否則“大體上”或“關(guān)于”將理解為不限于術(shù)語限定的范圍值。
[0130]本發(fā)明任一實(shí)施例僅用于說明，不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。因此，應(yīng)了解的是，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下，可對(duì)上述任一實(shí)施例進(jìn)行各種其它的改變和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于流體的橫流式渦輪機(jī)，包括朝旋轉(zhuǎn)方向傾斜的至少一個(gè)機(jī)翼式垂直葉片和至少一個(gè)機(jī)翼式螺旋葉片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，包括至少一個(gè)傾斜遠(yuǎn)離渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的螺旋葉片。
3.一種用于流體的橫流式渦輪機(jī)，包括至少一個(gè)傾斜朝向渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的機(jī)翼式螺旋葉片和至少一個(gè)傾斜遠(yuǎn)離渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的螺旋葉片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機(jī)，不包括垂直葉片。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，包括頂部和底部輪緣帶。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，包括中央旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多個(gè)渦輪機(jī)，可操作連接同一驅(qū)動(dòng)軸、或可操作連接多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，其中，所述驅(qū)動(dòng)軸連接至動(dòng)力輸出裝置或其它能量提取裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，包括外軸。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，包括具有外殼模塊的設(shè)備，所述渦輪機(jī)局部包括轉(zhuǎn)子，所述外殼模塊局部包括定子，如此，所述動(dòng)力輸出裝置包括部分所述設(shè)備。
10.一種結(jié)構(gòu)性管道設(shè)備，包括根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的管道設(shè)備，包括內(nèi)外壁，其中，內(nèi)壁提供內(nèi)部散流通道，該通道可裝有所述渦輪機(jī)動(dòng)力輸出模塊，管道外表面則影響流動(dòng)方向，因此，若有至少兩條管道，便可有助于形成無阻流機(jī)組。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的管道設(shè)備，還包括矩形板，該矩形板連接所述管壁尾端并伸入所述管道側(cè)的流體，以協(xié)助減小所述渦輪機(jī)后方的壓力，進(jìn)而增強(qiáng)性能。
13.一種機(jī)組或機(jī)系列，包括至少一臺(tái)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的管道設(shè)備。
【文檔編號(hào)】F03B13/10GK104160144SQ201380012869
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月6日
【發(fā)明者】彼得·約翰·基特爾 申請(qǐng)人:艾克瑟斯能源集團(tuán)有限公司