發(fā)電水力渦輪機(jī)組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于安裝在潮軟流中的加速器和水力滿輪機(jī)組件，其包含水力滿 輪機(jī)和水流加速器，水流加速器用于提供滿輪機(jī)驅(qū)動潮流，該滿輪機(jī)驅(qū)動潮流具有比不間 斷的環(huán)境潮軟流更快的速度。盡管運(yùn)些組件也可用于水累、空氣壓縮機(jī)和類似設(shè)備，但它們 幾乎僅用于產(chǎn)生電力。因為在許多情況下運(yùn)種水力滿輪機(jī)被放置在經(jīng)歷潮軟變化的地點 中，所W在本說明書中使用術(shù)語"潮軟流"。然而，在本說明書中的術(shù)語"潮軟流"和"潮流" 被理解為并不簡單地指經(jīng)歷潮軟變化的水流，而是指任何移動的水體，諸如河流、洋流和通 常從建筑中排出的水。進(jìn)一步，術(shù)語"潮軟流"和"潮流"可互換地被使用于本說明書中。水 電電力是最重要的可用重復(fù)利用能源之一。出于一些非常好的理由，潮軟流是未被充分利 用的運(yùn)種電力的最重要的來源。
【背景技術(shù)】
[0002] 雖然不言自明的是，在海上安裝方面尤其昂貴的基本設(shè)備成本與進(jìn)行中的維護(hù)成 本一同成為主要因素，然而，重要的是考慮對用于水利發(fā)電和類似功率輸出工作的水力滿 輪機(jī)的使用具有影響的技術(shù)因素。由于運(yùn)些技術(shù)因素對財力投入和后續(xù)的財務(wù)成果有重要 影響，過去已經(jīng)對此進(jìn)行了大量的工作，但尚未有可喜的成果。
[0003] 通常提到的不使用運(yùn)種水利發(fā)電的Ξ個主要技術(shù)原因是，第一，獲得足夠強(qiáng)的潮 軟流的問題，或更準(zhǔn)確地如本發(fā)明所述的，獲得足夠快的滿輪機(jī)驅(qū)動潮流的問題；第二，保 護(hù)水力滿輪機(jī)免受碎屑影響的需求的問題；W及，第Ξ也是最后，在不利的天氣環(huán)境下保護(hù) 組件不被損壞的問題。
[0004] 然而，主要問題是由水力滿輪機(jī)產(chǎn)生的電能的量，并且因此，正如人們所期望的， 其功率輸出直接與滿輪機(jī)所經(jīng)受的潮軟流相關(guān)，即是直接與滿輪機(jī)驅(qū)動潮流相關(guān)。明確地， 重要的是將水力滿輪機(jī)放置在可經(jīng)歷最優(yōu)的滿輪機(jī)驅(qū)動潮流的位置。更重要的是，勢能輸 出與滿輪機(jī)驅(qū)動潮流不呈線性比例，但與滿輪機(jī)驅(qū)動潮流的Ξ次幕呈線性比例。因此，滿輪 機(jī)驅(qū)動潮流的兩倍的增加引起水力滿輪機(jī)輸出時勢能的八倍的增加。眾所周知的是，在世 界上的某些地方，潮軟流的速度非常的大，但對于驅(qū)動滿輪機(jī)來說仍然相對較慢。不幸的 是，在大多數(shù)情況下都不是相對高速的潮軟流，其中不間斷的環(huán)境流不足W作為適合的滿 輪機(jī)驅(qū)動潮流。因此，得到最多的關(guān)注的主要問題是對于提高滿輪機(jī)驅(qū)動潮流的需求，并且 該問題高于其他問題。因此，將不間斷的環(huán)境流加速W提供滿輪機(jī)驅(qū)動潮流的任何事都比 其他事情更重要。同樣適用的情況是，不間斷的環(huán)境潮軟流足W提供充足的滿輪機(jī)驅(qū)動潮 流，但更重要地是不足W提供充足的滿輪機(jī)驅(qū)動潮流的情況。 陽〇化]當(dāng)認(rèn)為滿輪機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對理論最高效率是歸功于德國空氣動力學(xué)家艾伯特貝茲(A化ertBetz)的公知的極限59. 3%時，容易了解的是，當(dāng)商用水力滿輪機(jī)的效率達(dá)到大約 50%時，在水力滿輪機(jī)的設(shè)計中增加效率W增加它們的輸出效率的范圍是相對受限的。顯 然，通過非常簡單的計算，如果假設(shè)存在特定速度的、不間斷的環(huán)境潮軟流作為用于W60% 的效率、即是W理論最大效率操作的水力滿輪機(jī)的驅(qū)動潮流，并且與W40%的效率運(yùn)行的、 但在比第一驅(qū)動潮流多25%的驅(qū)動潮流中的水力滿輪機(jī)相比，則實際上后者的功率輸出增 加30%。如果在相同的條件下使得滿輪機(jī)W50%的效率運(yùn)行，則效益超過60%。因此增加 驅(qū)動潮流是最重要的問題。重復(fù)上述，如果能夠相對于不間斷的環(huán)境潮流使得驅(qū)動潮流翻 倍，則效率增益是非常大的。
[0006] 過去進(jìn)行的應(yīng)對運(yùn)些問題的多種提議基本上被分為兩個方面。第一個方面包含在 海床上有效地設(shè)置一對間隔開的障礙物，其朝向被安裝于它們之間的水力滿輪機(jī)來聚集潮 軟流。運(yùn)些障礙物還有漂浮形式，其中浮船被連接到一起，W形成文丘里漏斗，也用于聚集 水流。運(yùn)些方法并未被證明是特別地成功的。水流似乎趨向于被阻塞而不是如所期望的實 現(xiàn)必要的速度增加。在美國專利申請公開第US2005/0236843A1號（Roddier等人）中描述 了運(yùn)種裝置的傳統(tǒng)示例。
[0007] 美國專利申請公開第US2009/0226296B1號度ibeau等人）描述了使用位于海底 上的成形物，其增加了流速并且因此增加了滿輪機(jī)驅(qū)動潮流，并且位于拴住的水力滿輪機(jī) 的上游。成形物的位置有效地獨立于水力滿輪機(jī)地被安裝，并且還用于通過能夠?qū)M輪機(jī) 移到成形物后方、移入成形物后方相對停滯的尾流區(qū)中來保護(hù)滿輪機(jī)。同樣，提供滿輪機(jī)驅(qū) 動潮流的速度的增加似乎比所期望的少很多。在某些方面，該參考中公開的布置的有效性 和效率的最重要的評判實際上被包含于該參考的0068段中。其旨在將功率增加到大約6% 到17%之間的程度，對于裝置中增加的開支幾乎沒有足夠的辯述。而且，其與本發(fā)明有一些 相關(guān)性，在該參考中具有關(guān)于增加障礙物下游的素流量的必要性的大量討論，運(yùn)在本發(fā)明 中普遍地不可取或者不相關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明旨在提供加速器和水力滿輪機(jī)組件，W用于提供具有實質(zhì)上比不間斷的環(huán) 境潮軟流更大的速度的滿輪機(jī)驅(qū)動潮流。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于安裝在潮軟流中的加速器和水力滿輪機(jī)組 件，其包含水力滿輪機(jī)和水流加速器，水流加速器用于提供具有比不間斷的環(huán)境潮軟流更 大的速度的滿輪機(jī)驅(qū)動潮流，其中加速器包含加速器主體構(gòu)件，加速器主體構(gòu)件具有面向 水流的前表面和懸掛于加速器主體構(gòu)件的側(cè)表面，鄰近每個側(cè)表面的水流圍繞側(cè)表面作為 滿輪機(jī)驅(qū)動潮流，并且其中水力滿輪機(jī)被安裝為至少部分地被加速器主體構(gòu)件覆蓋，W防 止受到在加速器的側(cè)表面附近并且相對靠近加速器的側(cè)表面流動的、加速的滿輪機(jī)驅(qū)動潮 流的影響，水流在此處實質(zhì)上達(dá)到其最大速度，并且其中加速器橫向地與滿輪機(jī)驅(qū)動潮流 間隔開，W降低任何其他水流障礙物的影響。
[0010] 發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)的是，因為加速器的效果，本發(fā)明特別的適合于在潮軟流速通常很 低、即是說到達(dá)1. 5m/s的地方使用。運(yùn)是特別地有益的，因為能夠使得系統(tǒng)被部署在比已 知的系統(tǒng)更多的地點中，導(dǎo)致了可能更好且更高效地使用潮軟流。
[0011] 進(jìn)一步，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的是，本發(fā)明的加速器和滿輪機(jī)布置理想地適合于在擴(kuò)大的 (相對較寬且深的）開放水流中使用，開放水流中的流體可找到較順楊的少阻力路徑。還發(fā) 現(xiàn)的是，如果兩個加速器或障礙物太靠近在一起，它們的組合作用為單個障礙物，并且在它 們之間的區(qū)域限制了水流并且在它們之間引起素流，運(yùn)是不希望的。
[0012] 進(jìn)一步，滿輪機(jī)的尺寸可被選擇為僅經(jīng)歷比不間斷的環(huán)境潮軟流的預(yù)定的百分比 更大的速度的滿輪機(jī)驅(qū)動潮流。迄今為止，似乎沒有提供已被放置為使得滿輪機(jī)驅(qū)動潮流 所指向的滿輪機(jī)接近加速器的、基本上提供不間斷的環(huán)境流的最大加速的任何加速器設(shè) 施。例如，確保最小的滿輪機(jī)驅(qū)動潮流大約比不間斷的環(huán)境潮軟流大80%的一個主要的且 意料之外的益處是，半淹沒的/懸浮的碎屑和廢物通常通過運(yùn)種加速的滿輪機(jī)驅(qū)動潮流被 推離滿輪機(jī)。運(yùn)實際上由圍繞裝置的流體壓力的變化引起。當(dāng)接觸加速器的前表面時流體 速度變慢，導(dǎo)致流體壓力增加，從而將懸浮的碎屑推離滿輪機(jī)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一