CN104781473A - 水电涡轮机系统 - Google Patents

Abstract

根据本发明，提供了一种包括基座的水电涡轮机系统，所述基座包括框架和多个从所述框架延伸的支腿，所述基座设有一个或多个承力支架形式的承重构件，所述承力支架在使用时尤其是在极端潮汐状况期间适于抵抗所述基座翻转的位置从所述基座延伸。

Description

水电涡轮机系统

技术领域

本发明涉及将被固定在部署场所例如海床上和大潮汐流区域内的水电涡轮机系统，该系统使得涡轮机能够被牢固地定位而不会有翻转的风险，尤其是在极端天气/潮汐事件期间，但是不需要使用打桩或其它复杂的固定操作，从而显著简化了这种涡轮机系统的安装。

发明背景

基座安装式水电潮汐涡轮机的安装通常采取将桩沉入海底的形式，然后涡轮机或承载一个或多个涡轮机的辅助框架可以定位在该桩上。然而，在高潮汐流的区域中将桩沉入海底存在很大的问题且通常是一项危险的操作。此外，重要钻孔打桩装备必须运送至安装场所并在安装场所工作，这显著增加了操作的复杂度和成本。使用这种又大又重的设备在海上作业是危险且耗时的操作，任何可用于简化该任务和/或减少花费的时间的方法均非常有利。

因此近年来，已开发了用于将水电涡轮机定位在海床或其它水下支撑表面上的替代系统和方法，该替代系统和方法采用了其上安装有涡轮机的"重力基座"，重力基座利用基座和涡轮机的组合重量通过多个支腿向下压入海床以保持涡轮机系统的位置和稳定性，而无需打桩或其它复杂的固定机构。然而，为了提供足够的稳定性，基座和涡轮机的重量必须很大，且必须设计成抵抗但通常只是偶尔发生的极端潮汐事件。因此，该系统(尤其是基座)的设计基本上超越了正常工作状态。因此，涡轮机和关联的基座都成为巨大且笨重的组件，并且需要重型起吊和运送设备以实现其部署和取回进行维护。使用这种重型起重设备通常是危险的作业，且当在困难且不稳定的海上条件下操作这些设备时，就变得更加危险。

因此，本发明的目的是提供克服上述问题的水电涡轮机系统。

发明概要

根据本发明，提供了包括基座的水电涡轮机系统，基座包括框架、多个从框架延伸的支腿和至少一个承重构件，承重构件在使用时在适于抵抗基座翻转的位置从基座延伸。

优选地，基座限定在一对支腿之间延伸的翻转轴，该至少一个承重构件设置成抵抗作用于翻转轴周围的翻转力矩。

优选地，当多个支腿抵靠部署场所的表面接合并由该表面支撑时，承重构件被布置并定尺寸成处于高于表面的升高位置。

优选地，承重构件具有设置在翻转轴外侧的承重面。

优选地，承重构件包括固定至基座的支腿和位于支腿自由端的承重面。

优选地，在翻转事件期间，在承重面接触海床或支撑表面时，所述承重面被定向以便基本上与海床或其它支撑表面平行。

优选地，框架基本上为三角形，且基座包括三个支腿，三角形框架的每一个顶点处有一个支腿，或支腿与顶点相邻。

优选地，系统包括从三角形框架三个侧面的每一个延伸的承重构件。

优选地，系统包括多个从三角形框架一侧延伸的承重构件。

优选地，系统包括安装在基座上的水电涡轮机。

优选地，涡轮机包括中心开口式涡轮机。

附图简述

图1图示了根据本发明实施方案的水电涡轮机系统的透视图；

图2图示了形成本发明的水电涡轮机系统的一部分的承重构件的替代安装位置；以及

图3图示了当水电涡轮机系统位于海床上时图2中图示的布置的侧视图。

具体实施方式

现在参考附图，图示了水电涡轮机系统(总体以10表示)，其用于定位在海床或其它合适的水下支撑表面上以如本技术领域中已知从流经系统10的水流优选潮汐水流提取能量。

系统10包括用于定位在海床或其它水下支撑表面上的基座12，系统10优选进一步包括水电涡轮机14，其可通过任何合适的工具安装(优选可拆卸地安装)至基座12。因此，基座12用作支撑体以将涡轮机14固定在直立位置中，以便潮汐水流仍以已知的方式经过涡轮机14以产生电。

在图示的实施方案中，基座12包括支撑在三个支腿18上的三角形框架，每一个支腿18形成三角形框架16的一个顶点。框架16由三个横向构件20组成，每一个横向构件在一对支腿18之间延伸。此外，每一个支腿18优选包括从各支腿18的底面向下延伸的尖脚22。使用时，此脚22接触且优选刺入海床或其它水下支撑表面，以将系统10固定在适当位置并防止系统10在作用于其上的潮汐力的影响下沿海床滑动。框架16和支腿18可由任何合适的材料形成，例如可由足以支撑涡轮机14并抵抗在使用期间施加于系统10的负载两者的管状钢管形成。此外，基座12可具有任何其它合适的形状和布置，且例如可使用三个以上支腿18和脚22。

使用时，当基座12为如所图示实施方案的三角型时，优选将系统10设置在海床或其它水下支撑表面上，以便涡轮机14的旋转轴基本上与主潮汐流对准。在图示的实施方案中，涡轮机14已安装，以便旋转轴与基座12的纵轴AA基本上在一条直线上，从而在使用时，纵轴AA基本上与主潮汐流的方向对准。

为了使使用期间来自涡轮机14的功率最大，有必要将涡轮机14的前开口面和后开口面设置成垂直于潮汐流的方向。然而，这提供了很大的表面面积，潮汐水流将作用于该表面面积，向系统10施加相当大的水平负载。由于尖脚22可操作以防止系统10沿海床横向滑动，因此上述由潮汐水流施加至涡轮机14的水平负载以及施加至基座12的程度较轻的水平负载可导致系统10承受翻转力矩。虽然在设计系统10时考虑到了该翻转力矩，当系统10位于海床上时，其重量使得正常的翻转力矩无关紧要，但是在异常潮汐状况期间，该翻转力矩可克服系统10的重量。在这种情况下，翻转力矩将往往会相对于潮汐流的方向提高位于系统10上游端的脚22，且可最终导致系统10翻转。

为了抵消这种极端翻转力矩，系统10优选设有至少一个，且更优选地设有多个承力支架26形式的承重构件，承力支架26固定至基座12并从基座12向外延伸，如下所述。每一个承力支架26优选包括在其自由端以面30结束的支腿28，万一发生翻转事件，面30增大了将与海床接触的表面面积。承力支架26可从基座12周围的任何合适的位置延伸，例如从一个或多个横向构件20和/或一个或多个支腿18延伸。

承力支架26被定向和定尺寸成使得当基座12在海床上处于正常工作定向(因此基本上为水平定向)时，每一个承力支架26的面30被抬离海床，如图3所图示。这确保在系统10的安装和/回收或期间，承力支架26不会与海床接触，与海床接触可使安装/回收变复杂，且也可导致承力支架26损坏。然而，一旦基座12开始翻转，例如由于基座12绕由一对下游支腿18和关联的脚22限定的翻转轴BB旋转，这将会导致每一个承力支架26的面30与海床接触，从而防止系统10进一步翻转。

应理解，承力支架26的大小、形状和尺寸可改变，以提供更大或更小的阻力来防止系统10翻转。此外，一旦面30设置在支腿18/框架16外侧，或换言之相对于潮汐流方向设置在翻转轴BB的下游，承力支架26的数量和位置可根据需要改变。例如，如图2所图示，一个或多个承力支架26可从基座12的一个或多个支腿18延伸。每一个承力支架26的面30相对于基座12的相应翻转轴在其处定位的水平距离还将影响承力支架26抵抗系统10翻转的能力。还可以设想，例如由于不同方向的潮汐流所作用的系统10的表面面积不同，因此一个方向的潮汐流的翻转力矩可大于另一个方向潮汐流的翻转力矩。因此，有必要相应地设置承力支架26并设定其尺寸。

此外，在其下可安置每一个承力支架的面30的角度可选择，以便当面30在翻转事件期间与海床接触时，面30基本上与海床或其它支撑表面平行。如此，面30的基本上整个表面区域将与海床接触，以使对翻转力矩的阻力最大化。

因此，应理解，提供一个或多个承力支架26，可使系统10尤其是基座12的总体设计更轻，从而使成本更低，且因此在岸上的制造和运输期间以及当降至海床或从海床收回时将更容易操作和操纵。

Claims (11)

1.一种水电涡轮机系统，其包括基座，所述基座包括框架、多个从所述框架延伸的支腿；和至少一个承重构件，所述承重构件在使用时适于抵抗所述基座翻转的位置从基座延伸。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述基座限定在一对所述支腿之间延伸的翻转轴，所述至少一个承重构件设置成抵抗作用于所述翻转轴周围的翻转力矩。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中当所述多个支腿抵靠部署场所的表面接合并由所述表面支撑时，所述承重构件被布置和定尺寸成处于高于所述表面的升高位置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述承重构件具有设置在所述翻转轴外侧的承重面。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述承重构件包括固定至所述基座的支腿，和位于所述支腿的自由端的承重面。

6.根据权利要求5所述的系统，其中在翻转事件期间，所述承重面被定向以便在接触海床或支撑表面时基本上与所述海床或所述其它支撑表面平行。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述框架基本上为三角形，且所述基座包括三个支腿，三角形框架的每一个顶点处有一个支腿或所述支腿与所述顶点相邻。

8.根据权利要求7所述的系统，其包括从所述三角形框架的三个侧面的每一个延伸的承重构件。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其包括从所述三角形框架的一侧延伸的多个所述承重构件。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其包括安装在所述基座上的水电涡轮机。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述涡轮机包括中心开口式涡轮机。