用于产生电力的系统.pdf

用于产生电力的系统，其特征在于，所述系统包括：成列的涡轮机，各列涡轮机包括多个水平轴涡轮机设备(2)，所述多个水平轴涡轮机设备能够彼此连接并定位在使其旋转的液体流中；支撑结构，包括能够将所述成列的涡轮机保持在浸没运行位置的漂浮设备(5)。此外，所述系统包括旋转传递设备，所述旋转传递设备将所述涡轮机的运动传递至液面装置(8)，所述液面装置设有至少一个连接至所述成列的涡轮机的发电机。

1.  一种用于产生电力的系统，其特征在于，所述系统包括
至少一列涡轮机，每一列涡轮机包括多个水平轴涡轮机设备(2)，所述多个水平轴涡轮机设备能够彼此连接并定位于使其旋转的液体流中，
支撑结构，其包括能够将所述至少一列涡轮机保持在浸没的运行位置的漂浮设备(5)，
旋转传递设备，其将所述至少一列涡轮机的运动传递至液面装置(8)，所述液面装置设有至少一个连接至所述至少一列涡轮机的发电机。

2.  根据权利要求1所述的系统，其包括彼此平行的两列涡轮机。

3.  根据权利要求1所述的系统，其包括彼此平行且大致设置成三角形的三列涡轮机。

4.  根据权利要求1所述的系统，其包括彼此平行且大致设置成矩形的四列涡轮机。

5.  根据权利要求1所述的系统，其中每列涡轮机包括多个水平轴涡轮机设备(2)，所述多个水平轴涡轮机设备安装在通过适当的接头彼此连接的各部件或节段所形成的单个铰接轴(3)上。

6.  根据权利要求5所述的系统，其中各涡轮机借助于轮毂(4)刚性地连接至其轴，并且所述轴的各节段通过卡丹接头连接至位于所述各节段之前和之后的部分。

7.  根据权利要求5所述的系统，其中各涡轮机设备由专用漂浮物(5)支撑，所述专用漂浮物(5)借助于连接至一支承件的绳索(6)而连接至所述轴。

8.  根据权利要求5所述的系统，其中用于各列涡轮机的旋转传递设备包括至少一个卡丹接头和刚性管状元件(7)，所述刚性管状元件连接至设置在这种液面工作站上的发电机。

用于产生电力的系统
技术领域
本发明涉及用于产生电力的系统。
特别是，本发明涉及利用流动的水流(例如海中的水流或河中的水流)产生电力的系统，其中所述水流能够使得一设备旋转，从而将水流的动能首先转化为机械能，然后再使用任何种类的发电机将之转化为电力。
背景技术
现有技术中已知的是利用气流产生电力的设备，例如所谓的“水平轴风力发电机”，其是设有连接至轮毂的叶片的设备，其中轮毂的旋转轴平行于风的方向，所述叶片本身由风旋转且将其旋转传递至发电机。
显然，这种结构具有本质上的地理限制。特别地，如果这种设备安装在具有恒定且强劲的风的区域(诸如例如岛屿或山脉区域)，则它们是高效的。
在这种类型的结构中，经常使用水平轴涡轮机。这种涡轮机通常从中小尺寸(直径为10米至20米，功率为从20KW至100KW)到具有80米转子的大型2MW发电机大小不等。
发明内容
申请人想到了如何在液体流中(例如在水面下的水流中)操作这种类型的叶片。特别是，申请人想到了如何制造涡轮机或设有数个涡轮机的结构以及将之安放在能够利用水流的环境中，例如，安放在海中、在河流中、在运河中等、或者安放在可以利用液体流的运动的任何其它环境中。
通常，水平轴涡轮机在被流体流(空气或水)冲击时产生能量。适当设计的所述叶片(能够是两个、三个或更多)产生力(在空气中对应于空气动力学，在水中对应于流体力学)，所述力提供发电机轴上的扭矩。
与给定的旋转速度相关联的扭矩被转化成改进的机械功率。然后此功率整体上通过发电机而被利用，所述发电机将机械能转化成电力。
相对于风流，在水流中可以观察到的有利特征在于流体的密度(在相同体积下，水的重量比空气重约820倍)。事实上，涡轮机能够获取的功率与下面的等式相关联：
P＝η·(0.5·ρ·S·V³)
其中：
η是效率，在0.20和0.40之间变化，
V是流体的速度，
ρ是流体介质的密度，
S是由涡轮机转子所影响的面积(相当于直径与转子相当的圆的面积)。
从而清楚的是，即使对于达到3-4m/s(在空气中，速度通常使其3倍)的海中的水流，假设水的密度是空气密度的820倍，则可获取的功率是借助于相同尺寸风力涡轮机所获取功率的至少30倍(820/3³＝820/27＝30.7)。
还清楚的是，相对于风力发电机转子，液流转子的叶片所涉及的力大很多，并且液流转子的叶片的结构尺寸也更为复杂。
本申请人提供了一种用于产生电力的系统，所述系统包括多个水平轴涡轮机设备，所述涡轮机设备能够彼此连接以形成定位在液体流中的至少一列涡轮机。这种“涡轮机列”被约束于支撑结构，所述支撑结构包括能够将所述至少一列涡轮机保持在工作位置的漂浮设备。旋转传递设备将所述涡轮机的运动传递至诸如船舶或其它适当装置的液面装置。
这种液面装置能够容纳至少一个由上述涡轮机所产生的运动来致动的发电设备。
本发明的一个方面涉及根据所附权利要求1的特征部分所述的用于产生电力的系统。
附图说明
基于仅仅是出于示例和非限制目的所提供的下述说明和附图，本发明的其它特征将是清楚的，在所述附图中：
图1示意性地示出根据本发明的以示例方式包括五个涡轮机设备的单列系统；
图2示意性地示出设有两列涡轮机的根据本发明的系统的实施例；
图3示意性地示出设有三列涡轮机的根据本发明的系统的实施例。
具体实施方式
参见上述附图，所述系统整体上包括一列涡轮机或多列涡轮机，每列涡轮机包括多个水平轴涡轮设备2(例如，转子直径示例性地在40m和60m之间)，所述多个水平轴涡轮设备2安装在由数个通过适当接头彼此连接的部件或节段所组成的单个铰接轴3上。这种轴传递运动并传递由涡轮所产生的扭矩和力。
每个涡轮通过轮毂4刚性地连接至其轴上。各轴节段借助于卡丹(cardan)接头连接至设置在其前和其后的节段。所述接头允许使得设有数个节段的所述系统能刚性地传递扭矩，以此方式来确保由各单个涡轮机所产生的扭矩向上游的传送。同时，卡丹接头允许提供大体上柔性的链式结构，并且其能够适应例如由于水下水波运动而引起的运动或非对准(即使是临时的)的情形。
以此方式，成列的涡轮机简单地沿着平行于水流方向的方向设置。此外，所述系统包括支撑结构，所述支撑结构包括能够将成列的涡轮机保持在运行位置的漂浮设备。优选地，每个涡轮设备由专用漂浮物5支撑，专用漂浮物5借助于连接至一支承件的绳索6连接至所述轴，连接方式使得所述轴相对于带漂浮物的连接绳索能够自由地旋转。
总之，这些涡轮从前至后地运行。通过以彼此间隔至少相当于3倍直径的距离设置涡轮，由于尾流导致的损失效率将降低至20-30％。换句话说，设置在第一个涡轮机之后的涡轮机的效率将降低至少20-30％。这将不会显著地减少该系统所能够产生的功率。
在水面上，各个漂浮物有利地通过一系列刚性元件(例如管)和一系列铰链而彼此连接。漂浮物的铰链(接头)应该具有相当于10°的最大旋转角度，以此方式来避免所述链式结构在不存在水流的情况下或甚至在水流反向的情况下可能不再是直列结构。
这种(连接至水面上的漂浮物的)成列的结构通过旋转传递设备而将涡轮机的运动传递至液面装置8(例如船舶)，所述旋转传递设备包括卡丹接头和刚性管状元件7，刚性管状元件7连接至设置在这种液面工作站上的发电机。
所述船舶设想为如下方式，即：具有宽的甲板，从而在到达成列涡轮机的锚定和布设位置之前，所有列的涡轮机和管能够容纳在所述甲板上。一旦其达到位置并且被锚定，整个成列的涡轮机借助于适当的起重设备从所述船舶降下——每次一个。一旦所有列的涡轮机处在水中，则刚性的管元件7连接至发电机(其锚接至所述甲板)。
根据本发明的系统能够设置一列或多列涡轮机。例如，图2示出双列涡轮机的系统，而图3示出三列涡轮机的系统，每列涡轮机连接至适当的发电机，这将允许通过一艘船舶进行更多和更有效的发电。
在双列涡轮机系统的情况下，这两列涡轮机可以有利地在相同深度彼此平行地设置。有利地，三列涡轮机系统能够呈三角形设置，也就是两列涡轮机在相同的深度，而第三列涡轮机定位成比其它两列涡轮机更深。
此外，可行的四列涡轮机系统能够是矩形设置，也就是，两列涡轮机在相同的深度平行设置且另两列涡轮机在比前述两列涡轮机更深的位置处平行设置。在所有具有多列涡轮机的情况中，所述多列涡轮机能够有利地通过多个横向刚性管9(优选地与所述多列涡轮机本身正交地设置)彼此连接。
所述四列涡轮机系统还具有如下优点(相对于单列涡轮机系统)：更加稳定与更好的刚性(显而易见，其具有由接头保证的所需的可变形能力，以适应水波运动，并且适应与设置在单列涡轮机中的涡轮机以及不同列涡轮机的涡轮机之间的差异相关联的涡轮机的安全的差异性运行)
连接单列或多列用于发电的涡轮机的水面工作站(例如船舶)通过适当的锚定系统(锚链、锚块等)锚接至海洋的底部。这将能够抵消由于流体流的存在而在船舶自身上产生的所有力，以及在多列涡轮机上产生的力(其传递至所述船舶)——其由于涡轮机在以全容量运行时所产生的阻力(推力)而产生。