CN102066667B - 中心轴线式水力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种中心轴线式水力涡轮机，其包括：涡轮机本体，其具有一中心轴线；转子，其安装在该涡轮机本体上，绕该中心轴线旋转，该转子包括支撑多个叶片的中心毂，各叶片均从安装于该毂上的叶根延伸至叶梢；由该转子驱动的发生器；以及壳体，其包围该转子并适于将水流导向该转子，该壳体从该转子前方的前开口至邻近该涡轮机本体的较窄的喉部收敛；其中，上述叶片从叶根至叶梢以与垂直于该中心轴线的平面成1°到20°的倾斜角向后斜张。

Description

中心轴线式水力涡轮机

技术领域

本发明涉及通过水流产生可用能量的中心轴线式涡轮机（central axiswater turbine）。

背景技术

中心轴线式水力涡轮机通过使用水流来向涡轮机供能而从水流中获取动力，并产生其它可用形式的动力。中心轴线式水力涡轮机的设计受到使用气流来向涡轮机供能的风力涡轮机的影响。涡轮叶片传统上为直叶片，这些叶片垂直于涡轮机的中心轴线，沿径向向外延伸。

尽管风力涡轮机和水力涡轮机都是通过流体在涡轮叶片上的流动来产生动力，但是穿过涡轮机并流过叶片的水流与气流的特性之间存在显著差异。

由于上述的以及其它的原因，公知的中心轴线式水力涡轮机在典型的水流条件下并不能提供最佳的可用功率输出。

本发明力求改进上述的一个或多个缺陷。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供了一种中心轴线式水力涡轮机，其为用于从洋流发电的海底涡轮机，该海底涡轮机包括：涡轮机本体，其具有一中心轴线；转子，其安装在所述涡轮机本体上，绕所述中心轴线旋转，所述转子包括支撑多个叶片的中心毂，各叶片均从安装于所述毂上的叶根延伸至叶梢；由所述转子驱动的发生器；以及壳体，其包围所述转子并适于将水流导向所述叶片；其特征在于，所述壳体包括一个或多个邻近所述叶稍设置的内壁，以使得所述叶稍为自由的且无需由所述壳体支撑；以及所述叶片从所述叶根至所述叶梢以与垂直于所述中心轴线的平面成1°到20°的斜度角或倾斜角向下游斜伸。

根据本发明的第一方案，提出了一种中心轴线式水力涡轮机，其包括：

涡轮机本体，其具有一中心轴线；

转子，其安装在涡轮机本体上，绕该中心轴线旋转，该转子包括支撑多个叶片的中心毂（central hub），各叶片均从安装于该毂上的叶根延伸至叶梢；

由该转子驱动的发生器（发电机）；以及

壳体，其包围该转子并适于将水流导向上述叶片；

其中，上述叶片从叶根至叶梢以与垂直于该中心轴线的平面成约1°到20°的倾斜角向后斜张。

优选的是，壳体从转子前方的前开口至邻近涡轮机本体的较窄的喉部收敛。

优选的是，上述叶片从叶根至叶梢以与垂直于该中心轴线的平面成2°至10°、更优选地为4°至6°的倾斜角向后斜张。更优选的是，上述叶片以从垂直于该中心轴线的平面倾斜约5°的倾斜角向后斜张。

转子优选地包括头锥体，该头锥体安装在转子的前部以减小作用于该转子上的阻力（drag）并减弱通过壳体的湍水流。

优选的是，头锥体是中空的，以便为诸如控制系统等辅助系统或者用于辅助系统乃至主系统的储存器提供空间。

在优选的实施例中，发生器与转子容放在一起，该发生器适于通过该转子的旋转而产生电力。优选的是，该发生器直接连接至一轴。优选的是，该发生器通过花键连接装置连接至该轴。

优选的是，发生器由转子直接驱动，该布置方式可能适合于诸如多极发电机或高极发电机（high-pole electric generator）等选定的发生器所要求的输入速度。然而，在一些布置方式中，可能适于将一齿轮箱（变速箱）连接至轴或发生器，从而将该轴输入到该发生器的转速转变为适合于其它类型的发生器的转速。

叶片可以具有诸如机翼形、渐缩形或梯形、矩形、平行、弯曲形或扭曲形状等任何截面形状。在优选的布置方式中，上述机翼形是NACA4412系列的截面形状。

此外，应当明白的是，叶片可具有任何适合的形状，而且与叶片斜度角（rake angle）为0°（即，无斜度或无倾斜）的同类涡轮机相比，向下游或向后的1°至20°的倾角或斜度角能够增大具有合适壳体的中心轴线式涡轮机的功率输出。

优选的是，设置支撑柱来支撑转子和发生器。优选的是，支撑柱是中空的，以提供管道或存储器。在一种布置方式中，支撑柱在转子与发生器之间大致沿径向延伸。在优选实施例中，支撑柱的位于发生器的一端被安装成使得支撑柱大体上沿发生器的切线方向延伸。这是为了改善发生器与壳体之间的转矩传递，有助于减轻支撑柱的重量。此外，该优选布置方式的一个优点在于，由于在使用时，沿切线方向安装的支撑柱不会完全处于径向安装的叶片之后，或者说不会被径向安装的叶片完全“遮挡”，所以减小了作用于支撑柱上的疲劳荷载。

优选的是，设置制动器，用以阻止转子旋转。优选的是，该制动器是失效保护机构。优选的是，在使用时，当向制动元件施加动力时，制动促动器（braking actuator）使该制动元件保持为克服一促动力而远离转子。在使用时，当从制动促动器去除动力时，该促动力（其可以为来自弹簧或者利用其它类型的适当推动力）克服该制动促动器的力，使该制动元件作用于转子，从而使该转子的旋转减慢或停止。

优选的是，在叶根处设置套靴（boot）或插塞以覆盖任何间隙、凸起或螺栓头等物，以使该区域内的干扰最小化。

优选的是，壳体限定了一具有流动限制部的流道。有利的是，该布置方式提高了通过该流道的液体在该流道的限制部分处相对于该流道的未受限部分的流速。该流动限制部优选地包括文氏管，该文氏管可形成该流道的一部分或全部。特别地，该文氏管可包括发散-收敛-发散型文氏管，其从该流道的任一端处的开口朝向该流道的内部渐缩。

优选的是，壳体是关于该转子大致对称的。

文氏管可包括：至少一个第一截头圆锥形、截头棱锥形或喇叭形体；圆柱体（可选的）；以及至少一个第二截头圆锥形、截头棱锥形或喇叭形体。

在一种布置方式中，在第一/第二截头圆锥形、截头棱锥形或喇叭形体的其中一个的发散端与第一/第二截头圆锥形、截头角锥形或喇叭形体中的另一个的相邻的收敛端之间可设置一间隙，上述第一/第二截头圆锥形、截头角锥形或喇叭形体的其之一个的发散端的直径小于第一/第二截头圆锥形、截头角锥形或喇叭形体中的另一个的收敛端的直径。

优选的是，上述第一/第二截头圆锥形、截头角锥形或喇叭形体的其中一个的发散端与第一/第二截头圆锥形、截头角锥形或喇叭形体中的另一个的收敛端沿纵向大致吻合。

在一个优选实施例中，壳体朝向转子的后方延伸并起到扩散器的作用，壳体从喉部向该转子后方的后部开口扩展。

优选的是，转子支撑至少两个叶片。更优选的是，涡轮机具有3个或6个叶片。然而，应当明白，涡轮机可采用2、3、4、5、6或更多的任何数量的叶片。

本发明的优选实施例包括斜伸或向后斜张的叶片，这些叶片从基部至叶梢以与垂直于中心轴线的平面成约1°至20°的倾斜角斜伸或向后斜张，以利于提高由涡轮机产生的可用功率。

根据本发明的第二方案，提出了一种利用水流产生动力（发电）的方法，该方法包括：

将根据本发明第一方案的中心轴线式水力涡轮机设置到海洋或河流环境中；

允许水流过涡轮机，以使叶片旋转；和

从涡轮机获取可用动力。

根据本发明的第三方案，提出了一种中心轴线式水力涡轮机，包括：

涡轮机本体，其具有一中心轴线；

转子，其安装在该涡轮机本体上，绕该中心轴线旋转，该转子包括支撑多个叶片的中心毂，各个叶片均从安装于该毂上的叶根延伸至叶梢；

由该转子驱动的发生器；以及

壳体，其包围该转子并包括一个或多个内壁，这些内壁与该转子隔开，使得当使用时，至少在选定的时间内，这些内壁被邻近多个叶梢设置。

根据本发明的第四方案，提出由用于中心轴线式水力涡轮机的多个部件构成的（成套）装备（kit），该装备包括：动力发生器模块，其包括一中心轴线和一涡轮机本体，以及安装在该涡轮机本体上以便绕该中心轴线旋转的转子，该转子包括用于支撑多个叶片的中心毂，该动力发生器模块还包括用于安装一个或多个支撑柱的安装座和在使用时由该转子驱动的发生器；多个叶片；壳体；多个支撑柱，其用于将该动力发生器模块支撑在相对于该壳体的中心位置；其中，该壳体在使用时包围该转子并包括一个或多个内壁，这些内壁与该转子隔开，使得当使用时，至少在选定的时间内，这些内壁被邻近多个叶梢设置，该壳体还包括支撑柱安装座，用于将支撑柱安装就位，这些支撑柱可以被容易地组装成在该动力发生器模块与该壳体之间延伸。

优选的是，壳体采取包括圆柱形腔孔的主体的形式，转子和叶片布置在该腔孔内。

优选的是，叶片从叶根至叶梢以与垂直于中心轴线的平面倾斜约1°至20°的倾斜角向后斜张。

根据本发明的优选实施例的涡轮机适于应用在流动水体中，诸如海洋和河流中所存在的流动水体。本发明能够利用洋流和潮汐流来发电。

纵观本说明书，除非上下文所要求的之外，用词“包括”或者其各种形态，都应被理解为意指包括一个元件、整体或步骤，或者包括由多个元件、整体或步骤组成的群组，但并不排除任何其它的元件、整体或步骤，或者由多个元件、整体或步骤组成的群组。

任何对本发明中所包含的文献、行为、材料、装置、物品等的论述仅是为了提供本发明的背景内容。上述这些内容的任一项或全部均不应被认为是构成现有技术基础的一部分或在本申请文件的各项权利要求的优先权日之前在澳大利亚已存在的、与本发明相关的领域内的公知常识。

为了使本发明能够得到更清楚地理解，下面将结合以下附图和示例来描述优选实施例。

附图说明

图1绘示了根据本发明的一个优选实施例的中心轴线式水力涡轮机的侧向剖视图；

图2是针对不同流动条件下的各种斜度角（rake angle）或倾斜角的设置而绘出的涡轮机功率输出的图形显示；

图3是根据本发明的另一个优选实施例的中心轴线式水力涡轮机的侧向剖视图；

图4示出了根据本发明的一个优选实施例的水力涡轮机的转子的等距分解视图；

图5是根据本发明的一个优选实施例的中心轴线式水力涡轮机的正视图；

图6是根据本发明的又一个实施例的中心轴线式水力涡轮机的侧向剖视图；

图7是根据本发明的一个实施例的中心轴线式水力涡轮机的等距视图，图中为清晰起见而拆除了壳体或机罩（cowling）；

图8是根据本发明的一个实施例的中心轴线式水力涡轮机的等距视图，图中示出涡轮机处于带压载底座（ballasted foot）上的安装位置；

图9是图8中所示的安装后的涡轮机的正视图；

图10是图8中所示的安装后的涡轮机的俯视图；

图11是图8中所示的安装后的涡轮机的侧视图；

图12示出了一对安装后的根据本发明的优选实施例的中心轴线式涡轮机的立体图；

图13是壳体的正视图，示出了沿切向安装的支撑柱；

图14是壳体的等距视图，示出了支撑柱的安装座；以及

图15是用于减小叶片/头锥体界面处的干扰的半套靴或半插塞的等距视图。

具体实施方式

海水密度约为空气密度的832倍；所以，从五节（knot）的洋流中可获得的动能大约相当于风速为270km/h的风的动能。以五节的速度运动通过直径150m的圆所界定的区域的水具有大致100,000KW的动力。并且，与风不同的是，潮汐流或河流是可预测的，从而增强了负载调度/规划的机能。

潮汐技术比陆上风力设备或近海拦潮坝的干扰少；所以，本发明的优选实施例的有利之处在于，对航行或航运的潜在危胁会小于相近的公知的近海设备。

参照附图，根据本发明的一个优选实施例的中心轴线式水力涡轮机组件总体上由附图标记10表示，其包括主体12，转子14和可选的壳体或机罩16。主体12包括发电机组件18，转子14安装在轴20上以绕一中心轴线旋转。转子14包括支撑多个叶片24的毂22，所示的优选实施例为具有六个叶片，各个叶片均从安装于该毂上的叶根27延伸至叶梢28。当安装后，壳体16所处的位置使得内壁包围转子14，在一些实施例中，该壳体从该转子前方的前开口29到邻近转子14的较窄的喉部30收敛，以将水流导向叶片24。转子14的叶片24从叶根27至叶梢28以约5°的倾斜角向后斜伸，也就是说前缘31从叶根27至叶梢28，以与垂直于在叶根27处穿过前缘的中心轴线的平面35成约5°的角度向后延伸。

可采取任何适当的特征来将叶片设置成向下游或向后斜伸5°。然而，在附图中可以看到，转子14包括支撑着多达六个叶片的毂。每个毂包括有腔孔，可通过拆除前半筒体来访问该腔孔。该腔孔向后倾斜5°。叶片包括与该叶片的前缘平行地延伸的叶干（stem）。这样，叶片的前缘向后或向下游斜伸5°。

优选的倾斜角是利用计算流体动力学（CFD）建模来确定的。图2中所示的图表示出了在不同流动条件下对应于各种倾斜角的涡轮机的模型化相关功率输出。最优的点是每一速度下效率为最高的时候。这说明在已知的条件和设计标准下，为使涡轮机以最佳效率运行，叶片应当具有1°至20°之间的、优选为约5°的向后倾斜角。尽管该图表显示在倾斜角大于5°的情况下可以获得最佳效率，但是在某些机械配置下，不大于约5°的倾斜角对于叶根处的弯矩最小化是有利的。然而，可以想到的是，通过适当的安装，也可以成功采用5°以上的倾斜角，比如达到20°或更大的倾斜角。

在使用时，在一些实施例中，当设置在水流中且与水流大致平行时，水由收敛的机罩或壳体16引导，流向转子14。当水流过叶片24时，转子14受到驱动而使轴20绕中心轴线旋转，该轴进而驱动发电机18而产生电力输出。发电机组件18可以连接至一齿轮箱，该齿轮箱则会连接至该轴，但在这种优选实施例中，发电机18经由花键连接装置直接联接至轴而无需齿轮箱。

轴20的材料可以是任何能够在侵蚀性环境中抵抗腐蚀且能够支撑所需载荷的适当的材料。碳钢为优选，然而也可以使用其它材料，包括例如不锈钢。而且，出于同样的保护性目的，该轴的一些暴露部分将由套筒、护套或诸如涂层等其它防护性材料覆盖。为利于进一步保护该轴，将油脂或诸如重铬酸钡等类似物的其它保护性材料填充或注入到套筒与轴之间的间隙中。

为了使干扰最小，围绕和/或邻近叶根27设置有插塞40，以使邻近叶根27和毂的区域中的水流畅顺。插塞40可由聚亚安酯形成并可采取柔性套靴或在安装时被泵入合适位置的密封剂/粘合液的形式。图15中示出了优选的插塞40或者说该插塞的一半。

毂22以干涉配合的方式附接于轴，以便简化其与该轴的连接，并且也保持了这种连接的可靠性。

支撑柱50连接至机罩或壳体16，以便在机罩或壳体16内的大致中部的位置支撑主体12和转子。可以使用任何适当数量的支撑柱50，在附图中所示的支撑柱50为三个。支撑柱50可以是中空的，以便容纳诸如油脂、空气或液压流体等材料的储存器，或者形成供电缆或液压油管线等穿过的管道。例如，图1和图5中所示的支撑柱50沿径向从发电机和转子伸出。

此外，支撑柱50可旋转地支撑轴20。使用两个隔开的轴承，一个是上游轴承51，一个是下游轴承53，两者通过轴承套相互连接。支撑柱50以其外径连接至该轴承套。

设置制动器60，在该优选实施例中，该制动器设置在支撑柱附近。制动器60优选为失效保护机构，其中当涡轮机10在使用时，利用压力，优选为利用液压来将制动片或阻动元件（如磁铁、气动元件）保持为抵抗一接合力，不与轴20接合。如果出现诸如叶片损失、断裂，或者断电等故障情况，或其它一些问题，则供给制动器的动力被缓慢或快速地切断，从而使该接合力驱动制动片或制动元件与轴20接合或与轴20发生作用，以使轴20和转子22减速或停止。

图3是优选的涡轮机主体12和转子14的分解图。主体12容置发电机18，发电机18经由花键连接装置直接连接至轴20。在该实施例中所示的发电机18是一种感应电动机或永磁电动机，其在发电模式下将转子旋转所输出的机械动力转变为电力。旋转叶片24将机械扭矩供给到轴20，其在定子输出端感生电压。传统上，感应电动机具有外源供给的可变的转子磁通。当分别作为发动机或发电机运转时，该磁通与定子磁通相互作用，两者的旋转频率之间的差异决定了机械扭矩或感应的端电压。

转子14的毂22上安装有六个叶片24，这些叶片24可以如这里所述的具有约70°的扭转角。然而，涡轮机10可以采用多种不同形状和构造的叶片24，这并不背离本发明的精神或范围。叶片24可以采用纤维强化塑料或诸如碳纤维强化塑料等其它合成材料通过模制工艺来制造，也可以替代性地采用钢、非铁合金或纤维强化塑料制成的结构肋和薄板制造。如图中所示，叶根27处的纤维方向是纵向的，以便提高该临界点处的强度。

在转子14的毂22的前部安装有头锥体65，用以减小转子14上的阻力并促进流动附着。头锥体65可由各种材料制造，其包括但不局限于纤维强化塑料，其它合成材料或钢。头锥体可以是实心的，但在该优选实施例中所示的头锥体是中空的，并可以为储存器（如油脂槽）提供空间。如附图中所示，在该优选实施例中还可以设置一尾锥体，该尾锥体具有与头锥体相同的功能。优选的是，设置油脂槽和配给单元（dosing unit），这些部件布置在壳体的上部、喉部和叶片的外侧，以使其不会干扰用以从中获取可用能量的水流。

图12示出了布置在塔架（pylon）67上的两个涡轮机10。涡轮机10也可以采用其它方式来布置，例如但不局限于基于重力的结构或浮式结构（floating structures）。这些结构可以提供绕竖向轴线的轴向旋转，或者可以不提供绕竖向轴线的轴向旋转。附图中所示的涡轮机壳体由组合式部件构成，这些组合式部件通常由模制的纤维强化塑料分成几部分制造，然后利用结构性的紧固件联结在一起。涡轮机壳体可以替代性地用钢、非铁合金或纤维强化塑料制成的结构肋和薄板制造。该壳体使得与叶片的旋转平面不垂直的水流中的水能够汇聚到涡轮机中。

出于商业目的，涡轮机10可以具有任何尺寸。作为示例，可以预期的是，在叶片处为五米直径且在壳体口部处为约七米的涡轮机根据水流速度能够产生高达约1MW的电力。发电机单元可以产生作为交流电（AC）或直流电（DC）的电力，而且可以用电气方式进行控制，由此可以控制电力输出特征。

发生器装置（发电机）产生的电力可以储存在发生器装置中或与发生器装置分开地单独储存，例如通过一个或多个蓄电池，或者可以直接供给到电力系统，比如本地的电力系统。在后一种情况下，在将所产生的电力供给到本地的配电主系统（如电力网）之前，可以使用例如变速驱动装置（VSD）以电气方式对该电力的同步性、功率因数和电压进行调节。发生器装置可以通过电缆、例如海底电缆联接至本地的配电系统。

如上所述，优选实施例中的机罩、壳体或管道16具有穿过其中的液体或流体流道，转子14安装在该流道中用以响应于流过该流道的液体/流体（水）的流动而旋转。该流道限定了一个流动限制装置，该流动限制装置能够形成包括从流道任一端的开口朝向流道的内部逐渐收敛的收敛-发散型文氏管。壳体相对于流道内的一中点位置大致对称，而转子大致定位在该中点位置。

壳体、管道或机罩16包括单个套筒。在这种实施方案中，壳体或管道在其两端之间的外表面上具有缩窄或缩小的腰部，在这种情况下，该腰部处于这两端之间的大致中部。然而，在一变型的实施方案中，涡轮机壳体包括外部壳体套筒和内部壳体套筒，该内壳套筒限定了该流道。当使用时，壳体能够通过支撑件或安装结构被固定至水下表面，并排布成与预测的潮汐或水流的方向大致一致。壳体的实际方向与潮汐或水流的方向之间的夹角在约0°至约45°之间或更大。如附图所示，壳体包括多个段，每一段在其周部都包括凸缘，从而可以用螺栓或诸如粘结带或胶等其它紧固件使各段保持贴附于相邻的部件。

如图所示，测试显示，当入口半径大于喉部半径时，从涡轮机单元输出的电力会增大。测试和建模计算表明，当平稳地克服阻力时，当入口半径增大约10%时，在阻力被平衡的情况下，电力会增大到最佳水平，然而，也可采用诸如20%或30%等其它比例，这些比例被认为可增大电力输出。

根据所需要的发电量，流道的入口和/或出口直径范围可以为1米至25米以上。通常，涡轮机的直径为2至10米。流道或管道的长度范围可以在1米至15米以上。

涡轮机壳体16优选通过比如安装结构固定至水下表面，例如，海，洋或河流的底部或海/河床（bed），该壳体16大致对准潮汐流的方向。可替代地，涡轮机壳体16可动地固定至水下表面，从而允许移动以便面向主流或潮汐流的方向。涡轮机单元包括海底涡轮机，但是应当明白，该涡轮机单元可以应用于存在液流的任何水下环境中，例如任何潮汐流或河流的场所中。

在附图所示的优选实施例中设置有电气柜（electrical cabinet）69，该电气柜固定至发电机18的下游端。发电机室通过正向的气流压力或液流压力与该电气柜密封地隔离。

参照图13，支撑柱150沿切向被安装以改善发电机与壳体之间的转矩传递。该优选的布置方式是有利的，因为其能够有利于减小支撑柱的尺寸，而且减小了支撑柱的遮挡。也就是说，可以看到，在叶片每次经过支撑柱50时，径向延伸的支撑柱50（图5）能够被径向延伸的叶片完全遮挡在后。然而，利用沿切向延伸的叶片将使这种遮挡更为平缓，这也有助于改善流出叶片尾缘的出流（exit flow）。

在一些优选实施例中，发电机组件18、电气柜69、制动器和毂以及转子可组装成单个模块。该模块（未图示）包括转子、轴、发电机、制动器、毂和适于安装在居中布置的模块中的其它相关元件。该模块是流线型的，而且可以例如以多个部件构成的装备的方式被单独地装运。壳体可以如图14所示那样被装运，其中支撑柱的安装座可被焊接至壳体的内壁。然后，将支撑柱螺接至壁的安装座上，随后螺接至切向的模块安装座上，这样通过支撑柱将模块在其中心位置保持就位并螺接就位。由此，可以由多个部件构成的装备供给到现场，在该现场通过简单的螺栓连接将该装备组装在比如说一驳船上，然后安装在海上或其它水流场所（如河流）。

海洋环境对构成涡轮机组件的材料具有相当大的侵蚀性。所以，在所示的优选实施例中采取多种方法来减轻对涡轮机组件的损害。例如，对壳体16和主体12，以及各种其它零件涂漆或者涂覆抗污损材料，以尽可能遏制包括附着甲壳动物和其它海洋生物在内的海生物的生长。而且，将防蚀消耗阳极（sacrificial anode）（未图示）附接至金属部件或者电连接至金属部件。

优选的是，该动力发生器产生电力。

该涡轮机还可适于带动泵，该泵进而使发生器旋转，从而通过由涡轮机泵送的流体来发电。

涡轮机包括壳体，该壳体具有穿过其中的流道，至少一个涡轮机装置被安装在该流道中以响应于通过该流道的液流而旋转。该发生器装置可以与该涡轮机壳体分开地设置或者与转子一体地设置。

优选的是，液体是由涡轮机单元所潜入的水体所提供，该水体可以是海水或河流。

本领域技术人员应当明白的是，在不背离本发明的概括性描述的精神或范围的情况下，可以对具体实施方式中所示的本发明进行各种修改和/或改型。所以，从任何方面而言，本发明的这些实施例都应视作是示例性的，而非限制性的。

Claims (18)

1.一种中心轴线式水力涡轮机，其为用于从洋流发电的海底涡轮机，该海底涡轮机包括：

涡轮机本体，其具有一中心轴线；

转子，其安装在所述涡轮机本体上，绕所述中心轴线旋转，所述转子包括支撑多个叶片的中心毂，各叶片均从安装于所述毂上的叶根延伸至叶梢；

由所述转子驱动的发生器；以及

壳体，其包围所述转子并适于将水流导向所述叶片；

其特征在于，所述壳体包括一个或多个邻近所述叶稍设置的内壁，以使得所述叶稍为自由的且无需由所述壳体支撑；以及

所述叶片从所述叶根至所述叶梢以与垂直于所述中心轴线的平面成1°到20°的斜度角或倾斜角向下游斜伸。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述壳体向所述叶片的上游延伸一选定的距离，以便于将水流导向所述叶片。

3.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述壳体包括收敛段，所述收敛段从所述转子的前方的前开口至邻近所述涡轮机本体的较窄喉部收敛。

4.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述斜度角或倾斜角为4°至6°。

5.根据权利要求4所述的涡轮机，其中，所述斜度角或倾斜角为5°。

6.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，设置多个用于支撑所述转子和所述发生器的支撑柱。

7.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，设置用于阻止所述转子旋转的制动器。

8.根据权利要求7所述的涡轮机，其中，所述制动器是失效保护机构。

9.根据权利要求8所述的涡轮机，其中，当向制动元件施加动力时，所述制动元件被保持为克服一促动力而远离所述转子。

10.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述发生器直接连接至一轴。

11.根据权利要求10所述的涡轮机，其中，所述发生器通过花键连接装置连接至该轴。

12.根据权利要求1所述的涡轮机，其中该涡轮机包括3个或6个叶片。

13.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，在所述叶根处设置插塞以使得对水流的干扰最小化。

14.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，在所述转子上安装有头锥体。

15.根据权利要求1所述的涡轮机，还包括变速驱动装置。

16.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述壳体包括在被组装到所述涡轮机中时紧固在一起的多个部分。

17.一种利用水流产生动力的方法，包括：

将根据权利要求1至13中任一项所述的中心轴线式水力涡轮机设置到海洋或河流环境中；

允许水流过所述涡轮机，以使所述叶片旋转；以及

从所述涡轮机获取动力。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述涡轮机被设置到海洋环境中。