[发明专利]一种用来保持水力涡轮机的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来固定水力涡轮机的设备，特别是一种能够将海水水流或河水水流中的能量回收并提供电力的水力涡轮机。

背景技术

在天然的、无污染的能量资源中，有一种目前尚未被开发的能量资源，这就是自然存在于我们星球上的水流：高海流，潮汐流，湾流和入海口的水流，川流或河流。实际上，尽管那些利用水库(如大川或江河上的大坝)中水的势能发电的水电站现已被广泛应用，但直接从海流或河流的动能发电的设备目前一般还处于计划之中，并且大多数都是带有水平轴的水力涡轮机。

尽管那些能适于用海流或河流发电的场所一般都是低速流，其速度为0.5公尺/秒到6公尺/秒s，但由于这些场所规模很大，并且适合的场所又很多、因此这种能量资源仍旧特别诱人。实际上，从河流到大的海流，能用作开发的水流面积通常是在100平方公尺到100平方公里之间，当流速为2公尺/秒时，其在理论上可被利用的能量在400千瓦到400十亿瓦之间。

Gorlov(在Marine Technology，卷35，n°3，1998年7月，第175-182页上)发表的文献“Helical Turbines for the Gulf Stream：Conceptual Approach toDesign of a Large-Scale Floating Power Farm”公开了一种发电设备，其包括一组柱体，该柱体布置在海流中并通过一个硬杆系统相互连接。每一个柱体均由一组叠置的涡轮部件沿着一条垂直轴构成，其中的涡轮部件在下面均称为涡轮单元。这种涡轮机的优点是：涡轮单元的运行独立于水流的方向，由于在海流的情况下很有可能会遇到水流方向的变化，因此这一点很重要。该涡轮单元由两个平行布置的法兰的构成，该这两个平行法兰之间至少布置有两个叶片，每一叶片均有一个螺旋部分，片顶连接到法兰上、在该柱体中，两个相邻涡轮单元的法兰固定连接。当水流流过时，每一个涡轮单元均向柱体提供一个驱动转矩，柱体从而再驱动发电机。

这种结构有几个缺点。在涡轮单元中，驱动转矩由叶片和相连法兰之间的连接提供，并且，在柱体中，发电机的驱动转矩是紧挨着的两个涡轮法兰之间的连接提供。因此，一个涡轮单元中一个叶片的损坏有可能会使该涡轮单元失灵。此外，涡轮单元的叶片会接受柱体中下面涡轮单元转递过来的转动力矩。因此，紧挨着发电机的涡轮单元的叶片受到的应力最大。为了避免受力最大的叶片被损坏，可使涡轮单元根据其在柱体中相对于发电机位置的不同而具有不同的强度。然而，这样会使柱体的设计和制造更为复杂。如果想使涡轮单元都完全一样，就必须使每一个涡轮单元均能承受最大的转动力矩，这实际上就相当于使叶片足够的厚。在这种情况下，远离发电机的涡轮单元的厚度相对于其实际承受的转动力矩来说就太厚了，这样会损害柱体的流体动力性能。

此外，Gorlov这篇文献所公开的柱体组完全浸没在海水中并锚固在海底上。该柱体组中的柱体需要通过大量的杠杆所组成的格栅相互连接起来。因此这种柱体组的安装成本非常高。此外，该柱体组的维护也必须由潜水员来完成。这一点对于现有柱体的改动，如柱体的修补或增加同样如此。因此这些操作同样是花费很高，技术难度很大，并且需要潜水员承担柱体深度处海流所带来的危险。

申请人的法国专利申请04/50209公开了一种水力涡轮机，其包括一传动轴，涡轮沿着该传动轴分布。每一个涡轮均包括有多个绕着传动轴分布的驱动叶片，每一个驱动叶片的形状均是带有自由顶端的V形帆翼，其中央部分通过一臂杆连接到传动轴上，由此涡轮的叶片就不会接受相邻涡轮的转动力矩。

在上述的法国专利申请中，几例设备均对涡轮机提供固定或强化作用。在其中一个示例中，该固定或强化作用可通过在传动轴的两端或者是在一根沿着传动轴的轴线穿过传动轴的缆绳的两端加上两个相反的轴向力使涡轮机的传动轴沿其轴线张紧而获得。为此目的，涡轮机的上端可通过一浮船或一漂浮系统固定在原处，而其下端则可压载、锚固到底面上，或者是紧固到底部的位置，其自身锚固到底面上。

然而，用来使涡轮机传动轴充分强化所需的张紧力会随着传动轴长度的增加而迅速增加。因此，用来固定涡轮机上端的浮船必须非常大的提力，这就要求浮船具有非常大的体积。此外，涡轮机传动轴以及用来将涡轮机的端头固定在原处的那些设备上均会形成过大的机械力。因此，很难避免传动轴出现很大的弯矩，这种弯矩反过来会影响到涡轮机传动轴在海流或河流中的正常转动。