CN111684153A - 用于产生电能的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文中描述一种用于从水流提取能量的垂直双转子水轮机设备和方法。所描述的设备依靠多个中心核心的新颖配置的运行来传递有利的性能，所述中心核心具有从每一核心延伸的至少一个叶片部件和导流器以增大所述装置的有效性和效率。

Description

用于产生电能的系统和方法

技术领域

本公开涉及电能产生的领域，并且更具体地说，涉及使用垂直双转子水轮机产生电能的系统和方法。

背景技术

对于能量的世界需求正不断增加，由此引起了发展和不断改善能量提取技术的需求。可再生能源由于其相对低的环境影响而为有利的。再生能源的一个实例是水电产生装置，通常被称作水轮机。

存在用于从水流提取能量的水轮机的各种配置。然而，此类装置可难以维护，因为它们典型地浸没于水下，由此对装置的使用寿命必不可少的机械组件强加了严苛的条件。此外，存在增大这些装置的有效性和效率并减小对其可运行性的最小流速要求的持续压力，使得我们这个星球的流动水资源中的较大部分可被利用以得到其能量。

这些不足和其它通过本公开中描述的各种实施例来解决。

发明内容

在一方面，本公开提供一种用于从水流提取能量的设备，所述设备包括：多个中心核心，每一个支撑于第一端和第二端处，每一核心可围绕大体上垂直的轴线旋转；至少一个叶片部件，其从所述中心核心中的每一个延伸，用于与所述水流接触以使所述中心核心旋转；和，至少一个主导流器，其定位于所述设备的前端以用于沿着所述至少一个叶片部件中的每一个朝向预定区域引导传入的水流，其中所述多个核心定位于所述至少一个主导流器后。

在另一方面，本公开提供一种用于供产生能量的涡轮机使用的叶片，所述涡轮机具有中心旋转部件，所述叶片具有夯击表面和提升表面，所述叶片包括：接近所述中心旋转部件的内部；中心部，其开始于所述内部的远端；和，外部，其开始于所述中心部的远端且终止于锐利尖部中；其中所述中心部弯曲以被提升到所述叶片的非夯击侧；且其中在所述尖部处的所述外部的曲率大体上对应于在所述中心旋转部件的旋转期间由所述叶片的所述尖部行进的圆形路径的曲率。

在另一方面，本公开提供一种从水流提取能量的方法，包括以下步骤：将设备安置到水域内；所述设备包括：多个中心核心，每一个支撑于第一端和第二端处，每一核心可围绕大体上垂直的轴线旋转；至少一个叶片部件，其从所述中心核心中的每一个延伸，用于与所述水流接触以使所述中心核心旋转；和，至少一个主导流器，其定位于所述设备的前端以用于沿着所述至少一个叶片部件中的每一个朝向预定区域引导传入的水流，其中所述多个核心定位于所述至少一个主导流器后；运行所述设备以从所述水流产生能量；和，传输所述能量以对用电装置供电。

附图说明

以下图用以图示本公开的特征的各种实施例。这些图为图示性且并不希望为限制性。

图1是根据本公开的实施例的能量提取设备的俯视图；

图2是图1中展示的能量提取设备的透视图；

图3是图1中展示的能量提取设备的主导流器、中心核心、薄片和次导流器的俯视图；

图3A是图1中展示的能量提取设备的主导流器、薄片、次导流器和中心核心的变体的俯视图；

图4是图1的能量提取设备的处于隔绝中的中心核心和叶片部件的俯视图；

图5是本公开的又一实施例的透视图；

图6展示根据本公开的另一实施例的叶片部件的横截面；

图7展示具有如在图6的实施例中描述的两个叶片部件的核心的透视图；

图8展示具有如在图6的实施例中描述的三个叶片部件的核心的透视图；

图9展示具有如在图6的实施例中描述的四个叶片部件的核心的透视图；

图10展示具有如在图6的实施例中描述的六个叶片部件的核心的透视图；

图11展示具有如在图6的实施例中描述的八个叶片部件的核心的透视图；

图12展示具有如在图6的实施例中描述的十个叶片部件的核心的透视图；

图13是根据本公开的另一实施例的具有二面肋片的能量提取设备的正视图；

图14是根据本公开的另一实施例的具有二面肋片的能量提取设备的侧视图；

图15是如在图14的实施例中描述的能量提取设备的俯视图；

图16是如在图14的实施例中描述的浸没于水体中的能量提取设备的透视图；

图17是如在图14的实施例中描述的浸没于水体中的能量提取设备的侧视图；

图18是根据本公开的又一实施例的具有二面肋片和后肋片的能量提取设备的前透视图；

图19是如在图18的实施例中描述的能量提取设备的后透视图；

图20是如在图18的实施例中描述的能量提取设备的后视图；

图21是如在图18的实施例中描述的能量提取设备的侧视图；

图22是如在图18的实施例中描述的浸没于水体中的能量提取设备的后透视图；

图23是根据本公开的另一实施例的用于浅水的能量提取设备的前透视图；

图24是在图23的实施例中描述的能量提取设备的前透视剖视图；

图25是在图23的实施例中描述的能量提取设备的前导流器的俯视图；

图26是在图23的实施例中描述的能量提取设备的顶部剖视图；

图27是在图23的实施例中描述的能量提取设备的中心核心中的一个的顶部剖视图；

图28是紧固到地板稳定器的在图23的实施例中描述的能量提取设备的前透视图；

图29是在图28的实施例中描述且紧固到水底的能量提取设备的侧视图；

图30是根据本公开的实施例的当水在方向Y上流动时的前导流器、中心核心和次导流器的配置的俯视图；

图30A是根据本公开的实施例的当水在方向Y'上流动时的前导流器、中心核心和次导流器的配置的俯视图；

图30B是根据本公开的实施例的前导流器、中心核心和次导流器的配置的俯视图，前导流器和次导流器具有制动器；

图30C是根据本公开的实施例的具有大体上V形的配置的前导流器、次导流器和多个中心核心的配置的俯视图；

图31是根据本公开的又一实施例的用于浅水的能量提取设备的顶部透视图；

图32是如在图31中描述的能量提取设备的顶部横截面透视图，所述横截面是穿过能量提取设备的中心截取；

图33是如在图31中描述的能量提取设备的横截面透视图，所述横截面是穿过屏蔽件截取；

图34是如在图31中描述的能量提取设备的顶部横截面图；

图35是根据本公开的又一实施例的用于浅水的能量提取设备的顶部透视图；

图36是如在图35中描述的能量提取设备的横截面透视图，所述横截面是穿过能量提取设备的中心截取；

图37是如在图35中描述的能量提取设备的横截面透视图，所述横截面是穿过屏蔽件截取；

图38是如在图35中描述的能量提取设备的顶部横截面图；

图39A是根据本公开的另一实施例的前导流器和中心核心的配置的俯视图；

图39B是根据本公开的另一实施例的前导流器和中心核心的配置的俯视图；

图39C是根据本公开的另一实施例的前导流器和中心核心的配置的俯视图；

图39D是根据本公开的另一实施例的前导流器和中心核心的配置的俯视图；

图39E是根据本公开的另一实施例的前导流器和中心核心的配置的俯视图；

图39F是根据本公开的另一实施例的前导流器和中心核心的配置的俯视图；

图40是根据本公开的又一实施例的无上部框的用于浅水的能量提取设备的顶部透视图；

图41是根据本公开的又一实施例的用于浅水的能量提取设备的顶部透视图；

图42是图41中展示的用于浅水的能量提取设备的侧视图；

图43是图41中展示的用于浅水的能量提取设备的透视图，其中省略屏蔽件6035；

图44是根据本公开的另一实施例的叶片状核心的顶部剖视图；

图45是如在图44中展示的叶片状核心的透视剖视图；

图46是如在图44中展示的叶片状核心的单个叶片的顶部剖视图；和，

图47是根据本公开的实施例的表示使用本文中描述的设备实施例从水流提取能量的方法的步骤的框图。

具体实施方式

以下实施例仅仅是说明性且并不希望为限制性。应了解，在不脱离本公开的情况下，可进行对本文中描述的实施例的各种修改和/或更改，并且任何此类修改和/或更改在预期公开内容的范围内。

参看图1和2，且根据本公开的实施例，展示能量提取设备10。在所述实施例中，设备10包括两个中心核心15、17。中心核心15、17中的每一个支撑于对置端部处，使得准许其围绕其相应中心轴线Z1、Z2自由旋转。在运行中，核心15、17被定位，使得其旋转轴线垂直或大体上垂直。在图示的实施例中，两个核心15、17由合适的轴承(未展示)和框12支撑。所属领域的一般技术人员将了解，支撑框12可呈各种配置，只要其用以保持设备10的各种组件之间的必要空间关系。

每一核心15、17具有从核心15、17的中心径向延伸出的多个叶片部件20、22。在优选实施例中，将设备10图示为每个核心15、17具有三个叶片；然而，所属领域的技术人员将了解，在不脱离本公开内容的情况下，每个核心可使用或小或大数目个叶片。当水在方向Y上朝向并穿过设备10流动时，由水在叶片部件20、22上产生的力使核心15、17旋转。在图示的实施例中且从图1中描绘的优势点看来，在方向Y上流动的水将使核心15逆时针旋转，且使核心17顺时针旋转。然后可必要地使用所属领域中通常已知的齿轮箱与发电机的组合将核心15、17的所得旋转能量转换成电。为了更简单起见，齿轮箱和发电机尚未包括在所述图中。

可使用电力传输组件的合适组合来确保核心15、17的旋转的同步，且避免叶片部件20、22的物理接触。举例来说，链条与链轮的组合可用来达成叶片状核心15、17在相反方向上的同步。所属领域的技术人员将了解，可使用电力传输组件的其它合适组合来使核心15、17的旋转同步。

设备10包括帮助增大系统的总功率系数的众多元件。现将继续参看图1、图2和图3来描述这些元件。主导流器30定位于设备10的前端35。如所展示，主导流器30由框12保持在适当位置。主导流器30用以按使核心15、17的所得旋转能量最大化的此方式来引导传入的水流。优选地，将传入的水流引导到叶片状核心15、17的滞流点。如所属领域中已知，当将静态物体放置于流体流的路径中时，滞流点是沿着物体将流动到物体的一侧的流体与流动到物体的另一侧的流体分开的点。在本文中描述的旋转核心15、17和叶片部件20、22的情况中，滞流点将随叶片部件20、22的旋转位置以及随流体流的方向的变化而改变。因而，滞流点将在设备10的运行期间连续地改变。通过实验，申请人已发现需要在图4中描绘为B的斑点状地带内沿着叶片部件20、22朝向一个区引导传入的流体流。地带B的边界包括两个大体上平行的平面。第一平面P1是含有讨论中的核心(在所述实例中，核心15)的旋转轴线且大体上平行于自然流方向Y的平面。第二平面P2是从平面P1在与讨论中的核心15的轴线Z1正交的方向上朝向另一核心(在所述实例中，核心17)的轴线Z2侧向平移距离0.5*R的产生的平面。将距离R定义为在旋转期间由讨论中的核心15的叶片部件20的尖部行进的圆周路径的半径。

继续参看图1、图2和图3，展示次导流器40、42紧固到框12，且紧靠着叶片状核心15、17中的每一个的旋转外围的外部定位。次导流器40、42用以把外围传入的流体流聚集在一起(通过表面95、97)，并将它朝向叶片部件20、22引导以增强由叶片部件20、22经历到的旋转诱发力。次导流器40、42亦用以含有在旋转轴线的下游退出叶片部件20、22的旋转的流体流(通过表面96、98)。含有退出设备10的流体流通过有助于流下游的重新附着来帮助在设备10上的拖曳。下游流的重新附着可进一步使用诸如薄片50的重新附着部件来诱发。薄片50是具有大体上与核心15、17和叶片部件20、22相同的高度的结构部件。薄片50定位于设备10的后端55(相对于核心15、17的下游)，且用以重新附着从叶片部件20、22流动的流体，由此诱发拖曳且增大系统的功率系数。申请人已判定导致对称翼型的泪滴几何形状是优选的。然而，所属领域的一般技术人员将了解，在设备的尾端处的拖曳的减少可通过不同于在优选实施例中图示的泪滴的变化几何形状的类似结构来实现。

参看图2，设备10的每一核心15、17可通过沿着核心15、17的旋转轴线Z1、Z2突起的轴杆60、62连接到发电机(未展示)。可使用例如各种联接配置、无钥匙锁定装置或所属领域的一般技术人员已知的其它合适方式将轴杆60、62联接到核心15、17。发电机(未展示)将用以将核心15、17的旋转能量转换成电。一般技术人员将了解，虽然本文中将轴杆60、62描述为与核心15、17分开的组件，但核心15、17可替代地按突出轴杆内置来制造(例如，每一核心与突出轴杆为整体模制部分)。

能量提取装置的描述的实施例可在实践中以允许设备的机械组件中的一个或许多个无与水的连续接触的有利方式来配置。举例来说，可将设备10从一个或更多个浮动结构66、68悬挂，使得发电机和齿轮箱(未展示)处于流体的水平面上方，且核心15、17和对应的叶片部件20、22处于流体表面下方。齿轮箱和发电机可容纳于浮动结构66、68内部，在所述情况中，浮动结构66、68还将用以将那些组件对元件掩蔽起来。图1和2中图示的实施例展示框12的上部部分，包括用于使核心15、17的旋转同步的构件，和密切接近核心15、17的任何必要支撑轴承和联接机构。然而，上部框12可替代地充当浮动结构，且可被配置使得轴承、联接件、同步构件和其它机械组件距流体表面较远。图13图示能量提取设备的此替代实施例，且将在下文进一步描述。

具体参看图3，展示核心15、17、主导流器30、次导流器40、42与薄片50的相对定位和横截面。为了易于图示，已省略框12和设备的其它组件。主导流器30的优选横截面是新月形状，具有凸前表面70和凹后表面75。主导流器30的凸前表面70用以分裂由箭头Y表示的流体的传入流，且将它朝向叶片部件20、22的合乎需要的预定部分(上文更详细地描述)引导。申请人已确定，在主导流器的侧向极端处的唇缘80的存在是合乎需要的，因为所述唇缘帮助释放在将流引导到叶片20、22内的弯曲导流器边缘的极端处的流粘附，从而通过将流稍微向外直接引导到叶片面内来优化功率，由此增大设备的性能。主导流器30定位于设备的前端35处，在核心15、17和叶片部件20、22的前方。所属领域的技术人员将了解，虽然本公开描述大体为新月形的单个主导流器30，但可变化主导流器30的数目、形状和大小，只要其用以沿着叶片部件朝向预定位置引导传入的流体流。展示中心虚线X，以表示相对于中心核心15、17的弯曲前面95、97的最下游点的位置。已发现定位次导流器40、42使得前面95、97终止于为相对于核心15、17的旋转轴线Z1、Z2的上游的点处对设备的功率系数具有积极效应。

参看图3A，在图3中描述的组件(主导流器30、次导流器40、42和薄片50)以中心叶片状核心15a、17a的替代实施例来展示。在所述替代实施例中，中心核心15a精确地包括两个叶片20a、20b，而中心核心17a也精确地包括两个叶片22a、22b。如所展示，中心核心15a、17a优选地被同步使得叶片20a、20b大体上处于水平面中，而叶片22a、22b大体上处于垂直面中。换句话说，中心核心15a、17a偏移大致90度。一个中心核心15a相对于另一中心核心17a的所述相对90度偏移确保叶片20a、20b和22a、22b在旋转期间不相互击打。在所述实施例中，次导流器40、42定位于中心核心15a、17a的中心之后，如由水平点虚线“A”描绘，且帮助将外围传入的流体流聚集在一起并将它朝向叶片20a、20b、22a、22b引导以增强由叶片部件20a、20b、22a、22b经历到的旋转诱发力。

参看图4，现将在优选实施例中描述核心15、17的相对定位。每一旋转核心15、17的叶片部件的尖部产生圆周路径。如所展示，核心15、17相对于彼此定位，使得其圆周路径重叠。叶片状核心中的每一个之间的圆圈重叠的优选范围已被确定为在半径R的50％与80％之间(即，用于核心的旋转轴线Z1、Z2之间的距离的优选范围已被判定为在1.5*R与1.2*R之间)。

图5展示本公开的替代实施例，其中使用壳板67、69“书夹”核心(未展示)与叶片部件(未展示)。这些板的使用帮助通过防止流体从设备10的上部极端和下部极端流出来将从与叶片部件(未展示)接触的传入的流体提取的能量最大化。板67、69可成形似两个并排圆盘，其合并在一起以形成花生状形状。板的盘部分的直径可变化；然而，使用具有半径R的至少125％的半径的盘已展示关于设备10的功率系数的有利结果。虽然本实施例公开两个核心，但所属领域的技术工人将了解，多个双核心系统的组合将类似地在本公开的范围内。

图6展示已发现展现作为涡轮机叶片的合乎需要性质的横截面叶片几何形状。即，具有图示的横截面的叶片85已展示当放置于流体流的路径中时诱发较低量的夯击拖曳和较高量的提升。叶片85横截面通常包括核心部分87和叶片部分90，所述核心部分包括界定叶片的旋转中心的点。叶片部分90大体由曲线撞击侧92和曲线尾侧94界定，两个侧都源自核心部分87并汇聚到有时被称作尖端96的一点，远离旋转点的中心一段距离。将在尖端96处的叶片90的两侧之间的角度最小化，由此将叶片部分90在其尖端96处的厚度最小化，且生产具有锐利刀缘极端的叶片85。叶片85的叶片部分90的尾侧94多半是平的，由此增大由叶片85在旋转期间经历到的提升。所述实施例的叶片部分90被进一步配置，使得叶片部分90的尖端96紧密匹配由旋转叶片85的尖端96的行程界定的圆周路径。换句话说，由在叶片部分90的尖端96处的点和沿着撞击侧92正好在尖端96前的点界定的第一条线与在叶片部分90的尖端96处的圆周路径的切线尽可能紧密共线。类似地，由在叶片部分90的尖端96处的点和沿着尾侧94正好在尖部96前的点界定的第二条线与在叶片85的尖端96处的圆周路径的切线尽可能紧密共线。

图7、8、9、10、11和12展示分别具有图7中图示的叶片部分中的两个、三个、四个、六个、八个和十个的核心的替代实施例的横截面图。

参看图13、14、15、16和17，且根据本公开的另一实施例，展示包括二面稳定性板215、220的能量提取设备210。稳定性板215、220定位于设备210的下端处并通过框212紧固，且具有相对于设备210的向上且向外角度。因而，稳定性板215、220帮助将设备保持于相对于水流的方向Y的合乎需要朝向上，并优化设备210的性能。以与图1和2中展示的实施例类似的方式，设备210装备有定位于设备210的后端处的薄片222。薄片222还可用以帮助保持所述设备相对于水流的最佳朝向。稳定性板215、220和薄片222还可用以减少设备210在运行期间的不想要的搅拌，所述搅拌是由水流方向的极小变化引起。为了将设备210大体紧固于水流内，设备210可例如借助于缆线230拴系到海底，所述缆线在一端附接到设备210的连接点225，并且在另一端附接到重物235(如在图16中具体展示)，诸如，搁置于海底上的混凝土块。在所述实施例中，全部设备210被配置为浮动且因此朝向水的表面偏转。浮性可例如通过选择合适的材料用于框的建造或通过并有可定位于设备210的上部端且在发电机(未展示)下方的专用浮性诱发元件(例如，263、264)来达成。

作为替代配置的部分，所述设备可被配置成使得主体(即，叶片状核心)不浮动，且设备自固定结构(诸如，类似于在海上钻井中典型使用的钻探设备)上方悬挂。可使用一个或多个缆线将本文中描述的能量提取设备自这种结构悬挂。在所述类型的替代配置中，浮性诱发元件263、264可仍然加以使用，且可被配置成使得其对位于设备的上部端处的发电机诱发浮性，而不是对设备的其余部分诱发浮性。这种浮性配置连同允许发电机独立于设备的其余部分垂直移动的机构一起将帮助防止可由水体中的潮汐活动或大的卷浪造成的发电机的浸没。举例来说，通过提供从叶片状核心的顶部延伸合适伸缩能力量到发电机的框(图13中的260、262)的部分，可达成发电机的垂直自由。举例来说，可通过使用具有用于在设备和发电机的叶片状核心之间延伸的框260、262的部分的配合的正方形中空框配置的正方形轴杆来提供伸缩能力。替代地，可使用普通可用双伸缩PTO驱动轴杆来提供发电机期望量的垂直自由。通过这种配置，涨潮将不会浸没发电机，因为浮性诱发元件将使发电机随潮汐上升。

参看图18、19、20、21和22，且根据本公开的又一实施例，展示具有二面肋片315、320和后稳定化肋片323的能量提取设备310。二面肋片315、320被类似地配置成此前参看图13、14、15、16和17描述的二面肋片215、220。后肋片323定位于设备310的后端处，从那里向后延伸，且具有大体上平坦的桨叶部分333。概念上类似于风标，可使用稳定化肋片323来帮助减轻当将设备310定位于水体中时设备310的不想要的偏转，和进一步帮助保持设备相对于水流方向的合乎需要的朝向。设备310还包括从中心核心的上部部分向上突起的截锥形塔框328。塔框328可被配置成对设备提供浮性以使设备310偏转且朝向水的表面。设备310可借助于缆线330拴系到锚定块335。图22展示朝向水体中的表面偏转且通过系绳紧固到地面的设备310的实例。缆线330的长度可被选择使得在设备的顶部处的一个或多个发电机大体保持在水的表面上方。

参看图23和24，现将描述本公开的另一实施例。设备1010大体包括框1012，框1012优选地紧固到至少两个中心核心1015、1017和主导流器1030。两个中心核心1015、1017各进一步包括从中心核心1015、1017的中心径向延伸的至少一个叶片部件1020a、1022a。在所述实施例中，展示设备1010每核心具有三个叶片(例如，1020a、1020b、1020c、1022a、1022b、1022c)；然而，所属领域的技术人员将了解，可使用多于三个或少于三个叶片。当水在方向Y上朝向并穿过设备1010流动时，由水在叶片部件1020a、1020b、1020c、1022a、1022b、1022c的撞击(或夯击)表面上产生的力使中心核心1015、1017旋转。以下将进一步描述的叶片1020a、1020b、1020c、1022a、1022b、1022c上的额外力也对诱发核心的旋转有影响。在图23和24中展示的实施例，在方向Y上流动的水将使核心1015逆时针旋转，且使核心1017顺时针旋转。可然后必要地使用机械组件(例如，齿轮箱与发电机)的组合将中心核心1015、1017的所得旋转能量转换成电。此类机械组件可包括皮带或链条驱动、动力卷片装置或所属领域中通常已知的其它合适的组件。为了简单起见，齿轮箱和发电机尚未包括在所述图中。

设备1010包括帮助增大系统的总功率系数的众多元件。举例来说，主导流器1030可定位于设备1010的前端1035。主导流器1030可紧固到框1012以确保其相对于叶片状核心1015、1017的恰当定位。主导流器1030用以按使中心核心1015、1017的所得旋转能量最大化的此方式来引导传入的水流。主导流器1030进一步包括定位于主导流器1030的侧向极端处的两个唇缘1080。此等唇缘1080帮助释放在将流引导至叶片1020a、1020b、1020c、1022a、1022b、1022c内的弯曲导流器边缘的极端处的流粘附，从而对用于设备的增大的功率系数有影响。优选地，将传入的水流引导到中心核心1015、1017的滞留点，如先前关于图1到4中展示的实施例类似地描述。

图25展示图24的主导流器1030的俯视图。主导流器1030展示为大体箭头形，具有V形前部分1040和唇缘1080，其用以向外且朝向叶片部件上的期望点改向传入的水流Y，如先前所描述。如在图24中展示，主导流器1030的中心部1037可配置有与由叶片的尖部行进的路径的曲率互补的曲率。图39A展示叶片状核心2015、2017和类似于图24中的实施例中展示的导流器的前导流器2030的俯视图。图39B、39C、39D、39E和39F展示具有前导流器的中心部和尾端的可能变体的替代实施例，包括如在图39B中展示的线形状、如在图39C中展示的弧形状、如在图39D中展示的三角形形状、如在图39E中展示的正方形形状或如在图39F中展示的尾漏斗形状。

现将参看图26和27描述所述实施例的叶片状核心的优选空间配置。类似于图4中展示的实施例，距离“R”由核心的叶片部件的尖部(例如，1050或1052)行进的圆周路径的半径定义。邻近叶片状核心(在图26中展示为虚线圆圈1051和1053)的圆周叶片尖部路径由如在图26中展示的距离“D”分开。在优选实施例中，中心核心被间隔开，使得叶片尖部路径之间的距离“D”在1倍半径“R”与4倍半径“R”之间。

图28和29展示可使用水底稳定器1060将图23和24的实施例紧固到水床底的方式。水底稳定器1060具有可变长度的腿部1062，以紧固到水底1065以对在浅水中的设备1010提供稳定性。腿部1062的可调整性允许容纳不平的水床底，且帮助确保将设备1010保持于平的水平位置中，如在图29中具体展示。

参看图30、30A和30B，且根据本公开的替代实施例，主导流器2030可为能够旋转调整，例如，围绕枢轴线2050。枢轴线2050定位于主导流器2030的第一端(或前端)处。依靠其可枢转性，前导流器2030能够适应传入的水流和核心旋转的状况，以帮助确保当叶片的滞留点变化时水的连续有利引导。具体地说，在任一给定点(其为用于如上所述的传入的水流引导的目标点)处的叶片的滞留点随水流速度和核心旋转速度变化。枢转前导流器2030允许来自导流器的水的释放点的可变性，使得可响应于贯穿设备的运行的滞留点的改变来更改释放点。在运行期间的系统的自然流体动态学性质使得前导流器2030的尖部2085将在运行期间自然地跟随改变的滞留点(即，不需要外部干涉来保持枢转前导流器的合乎需要的朝向)。

枢转前导流器还致使本公开的实施例合适于双向(或潮汐)流。图30A展示前导流器2030的段2055、2057可围绕枢轴点2050枢转以倒转V形开口的方向以允许当水流的方向从Y改变到Y'时回流经过导流器2030。还在图30B中提供并具体地展示两个前制动器2080、2082，以防止前导流器2030的每一段2055、2057枢转超出期望位置，这可阻止中心核心2015、2017在期望方向上的旋转。类似地，第一次导流器2040也包括两个后制动器2090、2092，而第二次导流器2042也包括两个后制动器2094、2096。此类制动器2090、2092、2094、2096还防止次导流器2040、2042旋转超出期望位置，这可降低设备的效率。

虽然在本公开的说明性实施例中的许多中展示了一对中心核心2015、2017，但可提供额外核心以帮助捕捉来自退出本文中描述的实施例的侧的水的残余能量。举例来说，如在图30C中展示，额外核心2015、2017、2020、2022、2025、2027可定位于外尾部配置中，使得设备可形成中心核心的大体上V形的配置。

在并有如在图30中配置和展示的叶片状核心和前导流器的实施例的运行期间，不想要的压力可增长于在由虚线圆圈P标示的区中前导流器2030后。为了帮助缓解所述不利的压力增长，现将参看图31、32、33和34描述的压力缓解特征可并入到本文中描述的各种实施例内。设备3010大体包括框3012，框3012优选地紧固至少两个中心核心3015、3017和主导流器3030。在所述压力缓解实施例中，框3012提供有孔隙3039(图33)。孔隙3039的存在引起存在流动路径以准许在大体附近处P(图34)中前导流器后的回水增长压力从设备3010内流出。贴附到框的屏蔽件3035使在设备上流动的水稍微更向上且远离孔隙3039分流，由此在屏蔽件3035的底侧上产生低压区域。所述低压区域将又辅助来自前导流器3030后的高压水的流动。屏蔽件3035的构造最佳地图示于图33中，所述图展示具有稍微在框3012上方的屏蔽件3035的剖面的图31的设备3010。

图35、36、37和38展示替代实施例，其展示关于图31到34中压力缓解构件的变体。在所述变体中，前导流器具有尾肋片4031。由于在所述实施例中的回水有效地分成两个区(图38的P和P')，因此提供两个孔隙4038和4039。可因此提供适当划分的屏蔽件4035以造成类似于参看图31、32、33和34描述的压力梯度和流体流动路径的压力梯度和期望流体流动路径。屏蔽件4035的构造最佳地图示于图37中，所述图展示具有稍微在框4012上方的屏蔽件4035的剖面的图35的设备4010。

图40展示前导流器5030的变体，其提供用于缓解在前导流器5030后的增长压力的额外方式。为了易于图示，已从图40中展示的实施例省略了上部框面板。所述实施例的前导流器5030被配置以便准许水从前导流器5030后面流动到传入的水流里。具体地说，前导流器5030具有肋形的配置，其既保持用于传入的水流的大体上平滑流动路径表面，并且又吸出在前导流器5030后增长的高压水。类似于在图31中展示的实施例的屏蔽件下产生的低压区域，在前导流器5030的槽5036上的传入水流还产生更低压力区域，这诱发来自前导流器5030后的水的流动以汇入传入的水流。可维护槽5036的定位，例如，通过将多个前导流器组件与框(未展示的上部框面板)机械贴附在一起；通过用刚性连杆机构将前导流器组件相互附接以保持槽间距；通过所属领域中将了解的其它方式，或；通过其任何组合。

图41、42和43展示本公开的又一实施例。所述实施例组合肋形前导流器与来自图35的压力缓解屏蔽件的变体。在所述实施例中，设备6010包括框6012、两个叶片状核心6015、6017、肋形前导流器6030和屏蔽件6035。框6012扩张性比不上框4012(图35)，且不涵盖全部设备6010。肋形前导流器6030具有侧壳面板6040、6042、6044以帮助含有传入的水流。前导流器6030可在其口部最宽，且可当其接近叶片状核心时逐渐变细以使传入的水流加速到叶片状核心6015、6017内。允许在前导流器6030后的水增长的流动路径由孔隙6092准许，所述孔隙由框6012与前导流器6030的壳面板6044、6046的相对间距产生(孔隙6092最佳地图示于图43中)。

图44、45和46展示可代入到本文中描述的各种设备实施例内的叶片状核心的变体。展示的替代中心核心7015具有从中心核心7015的中心向外延伸的两个叶片部件7020、7022。在叶片和核心配置的所述变体中，在叶片的结构是板状(如与具有更体积大主体相反)的意义上，所述叶片大体上无主体。举例来说，根据所述实施例的叶片可由足够强以支撑起在运行期间由水流施加于系统上的各种力的薄片金属或其它合适的薄平材料形成轮廓。每一叶片部件7020、7022终止于锐利尖端(例如，7053)中。在旋转期间，尖端7053界定圆形行进路径7060。在任一时间点，叶片终止于其尖部7053，在沿着圆形行进路径7060驻留的一点处。在所述实施例中的叶片被配置以便在叶片的尖部7053处具有切线，其与在尖部7053驻留的点处的沿着圆形路径7060的切线大体上一致。

具体参看图46，展示参看图44和45描述的实施例的单个叶片。所述实施例的叶片可大体描述为具有三个毗连段和两个表面。三个段(内部7050、中心部7055和外部7060)和两个表面(撞击表面或夯击表面7070和提升表面或非夯击表面7075)识别于图46中。内部7050接近并附接到中心核心7015。叶片7055的中心部7055开始于内部7050的端部，并且被类似于翼型配置以诱发在叶片7020的提升表面7075处的低压力和因此提升力。外部7060开始于中心部7055的远端，以弯曲方式向外延伸，且端接锐利尖部7080。外部7060由其尖部7080在先前描述的朝向上来表征(即，在叶片尖部处的切线与在叶片尖部7080与圆形路径之间的相交点处的圆形叶片尖部行进路径的切线大体上一致)。已发现叶片特征的所述组合产生有利的电力产生结果。

继续参看图44、45和46，叶片部件7020、7022可任选地特征为一个或多个流体旁路机构，诸如，放气孔7070，其可打开和关闭以允许流体在叶片状核心的某些旋转阶段期间穿过叶片7020、7022。叶片的旋转可分裂成两个循环。第一循环，我们将称之为夯击循环，是在传入的水流直接作用于叶片的撞击侧时由叶片经历到(如先前参考图6中的元件92描述)；所述循环也可描述为当叶片的撞击表面正经历夯击时。当传入的水流不再直接作用于叶片的撞击侧时(即，叶片不再经历夯击时)，叶片处于第二循环中，我们将称之为非夯击循环。当叶片处于夯击循环中时，传入的水流使放气孔7070关闭，由此产生水可作用于的大体上连续叶片表面。一旦叶片转变到非夯击循环，则使放气孔打开(或放水)，从而产生旁路以用于在叶片的旋转前方的水流过叶片(如与以其它方式扫除和由叶片移位相反)。以所述方式，当在非夯击循环中时，叶片经历较少的旋转抵抗，由此增强核心的电力产生旋转。

图47展示使用本文中描述的设备实施例从水流提取能量的方法的步骤。所述方法的步骤可按任一实际次序来执行，且不应限于在本文中描述的示范性实施例中建议的次序。在一个步骤1070中，根据本文中描述的实施例中的任一个的能量提取设备定位或安置于水体中。如所描述，这可通过将设备拴系到水体的底部(在浮动设备的情况中)或从在水的表面上方的一个或多个点处的支撑结构悬挂设备(在至少部分非浮动的设备的情况中)来达成。在任一情况中，设备被定位使得核心部分浸没于水中，使得流水使核心旋转。在另一步骤1072中，运行设备使得将来自设备的核心的机械旋转能量转换成电。这可例如通过直接使用与旋转核心连通的发电机或通过所属领域中通常已知的各种机械电力传输组件(如先前描述)来达成。在另一步骤1074中，传输产生的电以用来对任何数目个用电装置供电，和/或可用来创造或补充一个或多个电网。

本文中描述的实施例的许多修改以及其它实施例对享有在前述描述和相关联的图式中提出的教示的益处的所属领域的技术人员可为明显的。应理解，任何此类修改和额外实施例归于预期公开内容的范围之内，所述范围将不限于公开的具体实施例中的任何一个。

Claims (20)

1.一种用于从水流提取能量的设备，所述设备包括：

多个中心核心，每一个支撑于第一端和第二端处，每一个核心可围绕大体上垂直的轴线旋转；

至少一个叶片部件，其从所述中心核心中的每一个延伸，用于与所述水流接触以使所述中心核心旋转；以及，

至少一个主导流器，其定位于所述设备的前端以用于沿着所述至少一个叶片部件中的每一个朝向预定区域引导传入的水流，

其中所述多个核心定位于所述至少一个主导流器后。

2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括定位于所述设备的每一侧处的次导流器，用于朝向所述叶片部件引导额外水流。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个延伸叶片部件大体上无主体且终止于尖部，

其中所述叶片在其尖部处的曲率与由所述尖部在所述核心的旋转期间行进的圆形路径的曲率大体上一致。

4.根据权利要求1所述的设备，其包括两个中心核心，其中每一中心核心的旋转使其对应的叶片沿着定义半径“R”的圆形路径行进，且其中所述中心核心间隔开，使得由一个核心的所述叶片行进的所述圆形路径与由另一核心的所述叶片行进的所述圆形路径分开距离“X”，R≤X≤4R。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个主导流器能够旋转调整。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个主导流器具有大体上V形第一端。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个主导流器具有第二端，所述第二端的横截面具有从以下选取的形状：正方形、线形、弧形、菱形和箭头形。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个主导流器进一步包括压力调节器，所述压力调节器用于缓解在所述至少一个主导流器的所述前端后的压力增长。

9.根据权利要求1所述的设备，进一步包括至少一个流动路径，用于允许流体从前导流器后流出所述设备。

10.根据权利要求1所述的设备，其包括至少四个核心，其中所述核心具有大体上V形的配置。

11.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括发电机，其耦合到所述中心核心中的每一个，用于捕捉来自其对应的中心核心的所述旋转的能量。

12.根据权利要求11所述的设备，其进一步包括至少一个浮动结构，用于保持所述多个发电机大体上在水上方。

13.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括框以支撑所述设备，以及紧固到所述框的稳定板以将所述设备保持在相对于所述水流的向前且竖直的方向上。

14.根据权利要求11所述的设备，其进一步包括紧固到所述框的后稳定肋片，所述稳定肋片具有大体上平坦的桨叶部分以减轻所述设备的不想要的偏转，和维持所述设备相对于所述水流的有利朝向。

15.根据权利要求10所述的设备，其进一步包括截锥形塔，所述截锥形塔紧固到所述框并从所述框向上突起以有助于对所述发电机的接入。

16.根据权利要求2所述的设备，其中所述次导流器中的至少一个可旋转调整。

17.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个主导流器可围绕枢轴线旋转调整。

18.根据权利要求3所述的设备，其中所述至少一个延伸叶片部件旋转经历夯击循环和非夯击循环，所述叶片进一步包括至少一个流体流过机构，以缓解当旋转经历所述非夯击循环时在所述叶片部件上的压力。

19.一种用于供产生能量的涡轮机使用的叶片，所述涡轮机具有中心旋转部件，所述叶片具有夯击表面和提升表面，所述叶片包括：

接近所述中心旋转部件的内部；

中心部，其开始于所述内部的远端；以及，

外部，其开始于所述中心部的远端且终止于锐利尖部；

其中所述中心部弯曲以被提升到所述叶片的非夯击侧；

且其中在所述尖部处的所述外部的曲率大体上对应于在所述中心旋转部件的旋转期间由所述叶片的所述尖部行进的圆形路径的曲率。

20.一种从水流提取能量的方法，包括以下步骤：

将设备安置到水域内，所述设备包括：

多个中心核心，每一个支撑于第一端和第二端处，每一个核心可围绕大体上垂直的轴线旋转；

至少一个叶片部件，其从所述中心核心中的每一个延伸，用于与所述水流接触以使所述中心核心旋转；以及，

至少一个主导流器，其定位于所述设备的前端以用于沿着所述至少一个叶片部件中的每一个朝向预定区域引导传入的水流，

其中所述多个核心定位于所述至少一个主导流器后；

运行所述设备以从所述水流产生能量；以及，

传输所述能量以对用电装置供电。

Images