發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水電渦輪機系統(tǒng)，例如包括安裝在基座上并由基座支撐以定位在海底或其它水下基底上的水電渦輪機，所述基座包括四個地面接觸腳以將改進的支撐和穩(wěn)定性提供給所述系統(tǒng)，所述基座另外適于確保所有四個腳接觸海底。

發(fā)明背景

近年來，可再生能源已經(jīng)嶄露頭角，其中圍繞太陽能、風(fēng)能和潮汐能開展了許多項目。在這些替代形式的能源中，潮汐能可以說是最有吸引力的，因為潮汐流是完全可預(yù)測的和恒定的，不同于風(fēng)能或太陽能，這些是相對間歇性的，且因此較不可靠。

然而，利用潮汐能確實提供了其自己的挑戰(zhàn)，特別是在潮汐發(fā)電機的安裝和維護方面，例如水電渦輪機，其通過運行特性必須位于相對較快流動的潮汐流中，并且很有可能位于海底。

已知使用“重力基座”，其適于降低到海底上并且僅由于組合的基座和渦輪機的重量或負(fù)載通過若干海底接觸腳或腿部作用在海底上而保持在適當(dāng)位置。重力基座具有在部署之前不需要任何場地準(zhǔn)備工作的優(yōu)點。然而，在極端條件下，這樣的重力基座易于側(cè)向滑動移位。這種移位可能導(dǎo)致渦輪機相對于主潮汐流錯誤地定向，從而不利地影響渦輪機的發(fā)電能力，或者在發(fā)生大的移位的情況下，會導(dǎo)致將渦輪機連接到陸上電網(wǎng)連接的電纜的損壞，經(jīng)由所述電纜從渦輪機獲取電力。

一種有利的重力基座形式采用具有三個地面接觸腳的三腳架布置，三腳架設(shè)計確保所有三個腳將自動接觸海底，從而避免在初始部署后需要進行任何補救操作，以確保腳與海底完全接觸，且因此起到承受系統(tǒng)負(fù)載的作用。

然而，除了上述極端事件之外，大量合適的潮汐地點都有所謂的“離軸”效應(yīng)，這意味著潮汐的漲退并不彼此直接相反。因此，渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸線可能與一個方向的潮汐對準(zhǔn)，但是當(dāng)潮汐沿相反方向流動時不對準(zhǔn)。當(dāng)使用三腳架型基座時，這可能是有問題的，因為三個腿通常將被布置/定向成在潮汐流與渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸線同軸時提供最大的穩(wěn)定性，這意味著當(dāng)潮汐改變方向且然后“離軸”流動時，不穩(wěn)定性可能出現(xiàn)。

為了設(shè)計能夠承受這些類型的問題并且將允許在甚至更有活力的地點部署的支撐渦輪機的基座，重力基座需要更大以便穩(wěn)定，這又意味著安裝渦輪機所需的船舶設(shè)備變得越來越大(更大的部署船只、更大的絞車、在碼頭區(qū)處所需的更深的吃水以供移動)。這導(dǎo)致更多的重量，然后意味著更多的壓艙物，除了更大的起重設(shè)備以及運輸和部署系統(tǒng)必需的其它設(shè)備的增加成本，這還增加了材料成本。找到可以處理增加尺寸的現(xiàn)有設(shè)備也更加困難。

因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。

發(fā)明概要

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種自適應(yīng)水電渦輪機系統(tǒng)，其包括：包括四個地面接觸腳的基座；特征在于所述腳中的至少一個相對于所述基座可移位。

優(yōu)選地，所述至少一個腳的移位是以所述腳相對于所述基座旋轉(zhuǎn)和/或平移的形式。

優(yōu)選地，所述至少一個腳的移位由所述至少一個腳可移位所圍繞的聯(lián)接器來促進。

優(yōu)選地，所述聯(lián)接器包括樞軸。

優(yōu)選地，所述聯(lián)接器包括無樞軸的柔性構(gòu)件。

優(yōu)選地，所述聯(lián)接器可操作以經(jīng)歷塑性變形，以便促進所述至少一個腳的移位。

優(yōu)選地，所述聯(lián)接器適于產(chǎn)生響應(yīng)于所述至少一個腳相對于所述基座的移位的反作用力矩。

優(yōu)選地，所述聯(lián)接器適于臨時使所述至少一個腳相對于所述基座移位。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括適于允許所述至少一個可移位的腳相對于所述基座固定的固定裝置(immobiliser)。

優(yōu)選地，所述固定裝置由所述聯(lián)接器限定。

優(yōu)選地，所述固定裝置包括可固化部件。

優(yōu)選地，一對腳相對于所述基座可移位同時相對于彼此固定。

優(yōu)選地，所述基座包括主框架，至少一對所述腳設(shè)置在所述主框架上，和副框架，所述至少一個可移位的腳設(shè)置在所述副框架上，所述副框架相對于所述主框架可移位。

優(yōu)選地，所述副框架繞著基本上垂直于安裝到所述基座時的水電渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸線延伸的軸線可移位。

優(yōu)選地，所述副框架繞著基本上平行于安裝到所述基座時的水電渦輪機的旋轉(zhuǎn)軸線延伸的軸線可移位。

優(yōu)選地，所述副框架包括可樞轉(zhuǎn)地安裝到所述主框架的橫向構(gòu)件，并且所述至少一個可移位的腳從該副框架延伸。

優(yōu)選地，所述基座包括四個腿，每個腿的自由端由所述地面接觸腳中的一個限定。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括限制器，其可操作以限制所述至少一個腳相對于所述基座的移動范圍。

優(yōu)選地，所述限制器適于限制所述至少一個腳的旋轉(zhuǎn)移位。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種在非均勻的水下表面上部署水電渦輪機系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟：

將基座降低到所述水下表面上，所述基座具有四個地面接觸腳；

允許所述腳中的至少一個相對于所述基座移位，使得所有所述腳都接觸所述水下表面。

優(yōu)選地，所述方法包括在允許所述腳中的至少一個移位的所述步驟中允許所述至少一個腳繞著軸線旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述方法包括臨時允許所述腳中的至少一個的移位。

優(yōu)選地，所述方法包括使所述至少一個可移位的腳相對于所述基座固定，從而接著使所有所述腳與所述水下表面接觸的步驟。

優(yōu)選地，所述方法包括允許可固化部件固化成使所述至少一個可移位的腳固定的步驟。

如本文所使用的，術(shù)語“水電渦輪機系統(tǒng)”旨在涵蓋包括用于產(chǎn)生電力的潮汐渦輪機的系統(tǒng)，和/或一個或多個用于管理和/或調(diào)節(jié)從一個或多個這種潮汐渦輪機產(chǎn)生電力的電氣部件，并且該渦輪機系統(tǒng)可以安裝在基座上，以便定位在諸如海底的水下部署基底上。

如本文所使用的，術(shù)語“腳”旨在表示地面接觸承重元件，并且可以形成在腿的其它自由端處，無論是與腿一體地作為腿的簡單自由端，還是通過某一鉸接連接的形式允許腳相對于腿移動，并且可以替代地采取一個或多個釘或類似的地面穿透元件的形式。

如本文所使用的，術(shù)語“聯(lián)接器”旨在表示系統(tǒng)的兩個或更多個部分之間的連接，該聯(lián)接器可以包括兩個或更多個相對于彼此鉸接的剛性或其它元件，另外還包括允許系統(tǒng)的兩個部分之間相對移動的單個柔性或其它可變形元件。

如本文所使用的，術(shù)語“樞軸”旨在表示由單個旋轉(zhuǎn)軸限定的常規(guī)樞軸，另外還表示虛擬樞軸，虛擬樞軸可以由一起限定虛擬樞轉(zhuǎn)點的兩個或更多個物理樞轉(zhuǎn)軸限定，其可以是固定的或可移動的，另外還涵蓋允許一個元件相對于另一個元件旋轉(zhuǎn)的任何其它布置。

如本文所使用的，術(shù)語“臨時”旨在表示相對于可能使用數(shù)年或數(shù)十年的部件的總體工作壽命的短時間段，且例如可以包括幾小時或幾天的時間段。

附圖簡述

現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的水電渦輪機系統(tǒng)的透視圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的水電渦輪機系統(tǒng)的替代實施方案的透視圖；

圖3示出了根據(jù)圖1所示的實施方案的水電渦輪機系統(tǒng)的正視圖；

圖4示出了圖3的水電渦輪機系統(tǒng)的一部分，示出了可以提供的任選部件；和

圖5示出了形成圖1或圖2的實施方案的水電渦輪機系統(tǒng)的一部分的四個地面接觸腳中的一個。

附圖的詳細(xì)描述

現(xiàn)在參考附圖的圖1和圖3至圖5，其中示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案的水電渦輪機系統(tǒng)，并且總體上表示為10。水電渦輪機系統(tǒng)10包括安裝在重力基座14上的水電渦輪機12，所述重力基座14旨在部署在海底或其它水下支撐基底上，以便以允許渦輪機12響應(yīng)于通過渦輪機12的水的潮汐流(優(yōu)選地以雙向方式)發(fā)電的方式支撐渦輪機12。然而，本發(fā)明不旨在限于與重力基座一起使用，盡管這是優(yōu)選實施方案。渦輪機14也可以被省略，以用于處理和/或調(diào)節(jié)由一個或多個渦輪機14(例如當(dāng)設(shè)置在陣列中時)產(chǎn)生的電力的一個或多個電氣部件(未示出)代替，并且為了以下描述和權(quán)利要求的目的，術(shù)語“渦輪機”應(yīng)被解釋為包括這些部件。

雖然所示的渦輪機12是具有容納在定子內(nèi)以相對于其旋轉(zhuǎn)的無軸轉(zhuǎn)子的類型，但是從以下對系統(tǒng)10的構(gòu)造和操作的描述可以理解，渦輪機12可以是任何其它合適的形式，例如具有中心支撐軸，暴露或非覆蓋的螺旋槳型轉(zhuǎn)子，或任何其它合適的替代方案。類似地，應(yīng)當(dāng)理解，雖然示出了基座14具有承載一對立柱22的互連框架構(gòu)件20的特定構(gòu)造，渦輪機12可以安裝在該對立柱22之間，但是從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體現(xiàn)在其中的任何其它合適的構(gòu)造，如下文所述，并且基座14可以用于承載除渦輪機12以外的硬件，例如涉及電力的產(chǎn)生、調(diào)節(jié)、傳輸和分配的一個或多個部件(未示出)。

基座14包括四個地面接觸腳24、24'，其中至少一個并且在該實施方案中所示其中一對24相對于基座14的剩余部分并且特別地相對于剩余的兩個固定腳24'可移位。腳24中的至少一個相對于基座14的剩余部分移位的能力確保所有四個腳24、24'都將接觸海底或其它水下支撐基底，以便確保所有四個腳24、24'在支撐渦輪機12并且對整個系統(tǒng)10提供增強的穩(wěn)定性的情況下起著承重的作用，而不管離軸的存在或其它不穩(wěn)定作用如極端天氣事件等。

在所示的實施方案中，每個腳24、24'設(shè)置在對應(yīng)腿26的下側(cè)上。在所示的實施方案中，每個腳24、24'由相應(yīng)腿26的下側(cè)限定，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，腳24、24'中的一個或多個可以被設(shè)置為與相應(yīng)腿26分離的部件，并且任選地相對于其鉸接。此外，腳24、24'中的一個或多個可以包括一個或多個釘或其它地面接合或穿透特征(未示出)，以減少或消除基座14沿著海底或其它水下基底的非預(yù)期的滑動移位，例如如圖5所示。

在所示的實施方案中，基座14包括主框架28，所述主框架28包括框架構(gòu)件20的三角形布置，并且包括一對腿26，每個腿26的下側(cè)是固定腳24'中的一個?；?4還包括副框架30，所述副框架30包括橫向構(gòu)件32，所述橫向構(gòu)件32的任一端設(shè)置腿26中的一個，每個腿26的下側(cè)限定可移位的腳24中的一個。副框架30可樞轉(zhuǎn)地或以其它方式安裝到主框架28上，以便通過旋轉(zhuǎn)、平移或其組合相對于主框架28可移位。在優(yōu)選實施方案中，副框架28樞轉(zhuǎn)地安裝在從主框架28的頂點突出的短軸34上?？梢栽诟笨蚣?0和主框架28之間設(shè)置一個或多個軸承(未示出)，以便在相對移位期間減少摩擦。在所示實施方案中，副框架30可繞著短軸34所限定的軸線旋轉(zhuǎn)，該短軸34基本上垂直于安裝到基座14上時的渦輪機12的旋轉(zhuǎn)軸線延伸。然而，應(yīng)當(dāng)理解，副框架30的軸線移位可以在任何其它合適或期望的方向設(shè)置。

雖然允許一對腳24相對于基座14的剩余部分的上述移位是有益的，但是優(yōu)選的是限制移位的程度，以便確保整個系統(tǒng)10一旦部署在海底上就將保持穩(wěn)定。因此，基座14可設(shè)置有限制器36，其可操作以限制副框架30相對于主框架28的移動(特別是旋轉(zhuǎn))范圍。盡管限制器36可以采取任何合適的形式，但是在所示的實施方案中，限制器36是一對相對的機械止動件38的形式，橫向構(gòu)件32在其之間被捕獲并且其具有多面平面，橫向構(gòu)件32可以在副框架30從一個或另一個方向上的水平位置旋轉(zhuǎn)時抵靠該多面平面進入對齊狀態(tài)。止動件38可被設(shè)計成提供副框架30的通過旋轉(zhuǎn)的可接受移位的期望范圍。

還設(shè)想限制器36可以是可固化部件的形式，其在預(yù)定時間段之后固化，以便使副框架30相對于主框架28固定。因此，例如，所述可固化部件(未示出)可被設(shè)計成允許系統(tǒng)10部署到海底或其它水下部署基底上，由此副框架30將經(jīng)歷相對于主框架28的旋轉(zhuǎn)移位，直到所有四個腳24、24'都與海底接觸。此時，可固化部件將固化，使副框架30相對于主框架28固定，以便在兩者之間提供剛性連接，同時確保所有四個腳24、24'都被允許完全接觸海底并且因此完全支撐系統(tǒng)10。

還應(yīng)當(dāng)理解，雖然通過提供由短軸34限定的樞軸來促進主框架28和副框架30之間的相對移位，但是可以采用任何其它合適的布置或設(shè)計，其允許腳24中的一個或多個相對于基座14的剩余部分特別是固定腳24'移位。例如，設(shè)想可變形元件可以設(shè)置在主框架28和副框架30之間，并且可以例如與兩個所述部件中的任一個一體成形，該可變形元件可被設(shè)計成經(jīng)歷塑性或彈性變形，例如以允許副框架30相對于主框架28移位。類似地，可以省略短軸34，使得主框架28和副框架30之間存在固定或非鉸接連接。在這種布置中，橫向構(gòu)件32或其部分可以塑性地或彈性地變形，以允許腳24中的一個或兩個相對于基座14的剩余部分移位。

現(xiàn)在參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的替代實施方案的水電渦輪機系統(tǒng)，并且總體上表示為110。在這個替代實施方案中，類似的部件已經(jīng)被賦予類似的參考標(biāo)記，且除非另有說明，否則執(zhí)行類似的功能。系統(tǒng)110包括支撐在由多個框架構(gòu)件120形成的基座114上的渦輪機112，基座114還包括四個腿126，在每個腿的自由端處是腳124、124'?；?14包括由t形構(gòu)造的框架構(gòu)件120中的兩個構(gòu)成的主框架128和包括橫向構(gòu)件132的副框架130，在橫向構(gòu)件132的任一端設(shè)置有腿126中的一個。副框架130被布置成通過聯(lián)接器134相對于主框架128經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)移位。與圖1所示的實施方案不同，圖2的系統(tǒng)110被設(shè)計成使得副框架130在操作期間可繞著基本上垂直于渦輪機112的旋轉(zhuǎn)軸線延伸的軸線移位。然而，系統(tǒng)110具有相同的功能，允許一個并且優(yōu)選地一對腳124相對于基座114的剩余部分移位，以便確保所有四個腳124、124'接觸海底并且因此在使用過程中承受系統(tǒng)110的負(fù)載。

因此，本發(fā)明的系統(tǒng)10、110提供了一種設(shè)計上面可以支撐渦輪機或其它部件的基座14、114的方式，并且該基座14、114具有四個地面接觸腳24、24'、124、124'，全部將自動接觸海底，以提供改進的承重和穩(wěn)定性，同時使得基座14、114能夠以重力基座的能力使用，該重力基座不需要預(yù)先或后部署場地準(zhǔn)備。這提供了在三腳架或三腳基座(未示出)之上的穩(wěn)定性方面的顯著改進，三腳架或三腳基座由于減少的腿數(shù)量和三腳布置的一般不穩(wěn)定性更易于沿著海底滑動移位，翻轉(zhuǎn)，特別是存在“離軸”效應(yīng)的情況下。