CN113574268A - 用于流体动力涡轮的多级段罩部 - Google Patents

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CN113574268A CN202080020885.5A CN202080020885A CN113574268A CN 113574268 A CN113574268 A CN 113574268A CN 202080020885 A CN202080020885 A CN 202080020885A CN 113574268 A CN113574268 A CN 113574268A
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Abstract

在遵照由流体动力涡轮可以浸入其中的浅的水体(例如河流)所提供的尺寸限制的同时，本文所描述的多级段罩部使得能够使流体动力涡轮的流道横截面处的水质量流和压力降增大并且最大化，从而使产生的功率输出最大化。因此，本文所描述的多级段罩部可以被构造成使得水能够以基本上稳定的水质量流流动穿过流体动力涡轮，从而消除不稳定性、消免涡旋、使空穴最小化并且将流体分离消免到可忽略的水平，并且多级段罩部可以包括入口、出口以及可以在入口和出口之间延伸的多个级段，使得水可以在水流方向上流动穿过多级段罩部。

Description

用于流体动力涡轮的多级段罩部
相关专利申请
本申请要求如下专利申请的优先权：于2019年3月14日递交的、名称为“用于涡轮的引流管组件”、编号为62/818.252的美国临时专利申请，该专利申请的公开内容通过引用被并入本文中。
技术领域
技术领域总体涉及涡轮，更具体地，涉及用于流体动力涡轮的多级段罩部。
背景技术
流体动力涡轮(也被称为无坝涡轮)被构造成浸入在水体中，在水体中水可以在水流方向上自然地流动。流体动力涡轮可以包括转子、毂以及叶片，叶片可以从毂径向延伸，例如以形成流道横截面。因此，水可以从流道横截面上游的部段朝向流道横截面下游的部段来流动穿过涡轮，因此叶片可以捕获包含在水流中的动能。这种动能可以转变为动力输出，从而产生能量。
众所周知，在流体动力涡轮的下游安装引流管组件或罩部，以增大在涡轮的流道横截面处的水流和压力降，从而实现提高涡轮的整体效率和涡轮功率输出的目的。然而，这些引流管组件或罩部的尺寸被设计成不能浸入在浅的水体(例如河流)中。事实上，降低这种组件的总体高度会导致在涡轮的流道横截面处的空穴体积和长度，这在操作上和经济上都不可行。
因此，在遵照由流体动力涡轮可以浸入其中的浅的水体(例如河流)提供的尺寸限制的同时，需要改进引流管组件或罩部，该引流管组件或罩部可以被构造成在流体动力涡轮的流道横截面处增大水流和压力降，以使产生的功率输出最大化。
发明内容
在一些实施方式中，提供了多级段罩部，该多级段罩部用于接纳流体动力涡轮的至少一部分，该流体动力涡轮包括毂和叶片，该叶片从毂径向延伸，该多级段罩部包括：入口；出口；以及多个级段，该多个级段在入口和出口之间延伸，以用于在多个级段中接纳流体动力涡轮，级段限定水流动通道，该水流动通道用于使水沿水流方向从入口朝出口流动穿过水流动通道；其中，级段限定了沿水流方向基本上恒定的高度；并且其中，这些级段中的至少一个限定了沿水流方向增大的宽度。
在一些实施方式中，多个级段包括入口引流管，该入口引流管包括：入口引流管入口；入口引流管出口；以及入口外围壁，该入口外围壁在入口引流管入口和入口引流管出口之间延伸，并限定了入口水流动通道，该入口水流动通道用于使水沿着水流方向从入口引流管入口朝入口引流管出口流动穿过入口水流动通道，入口外围壁包括内表面和外表面。
在一些实施方式中，多个级段进一步包括中间引流管，该中间引流管包括：中间引流管入口，该中间引流管入口被构造成接纳入口引流管出口；中间引流管出口；以及中间外围壁，该中间外围壁在中间引流管入口和中间引流管出口之间延伸，并限定了中间水流动通道，该中间水流动通道用于使水沿着水流方向从中间引流管入口朝中间引流管出口流动穿过中间水流动通道，中间外围壁包括内表面和外表面。
在一些实施方式中，多级段罩部包括中间引流管入口处的第一水通路，该第一水通路形成在入口外围壁的外表面和中间外围壁的内表面之间，以用于使水从中间引流管入口朝中间引流管出口流动穿过第一水通路。
在一些实施方式中，中间引流管入口处的横截面大于入口引流管出口处的横截面。
在一些实施方式中，第一水通路沿着入口引流管入口的外围延伸。
在一些实施方式中，多个级段进一步包括出口引流管，该出口引流管包括：出口引流管入口，该出口引流管入口被构造成接纳中间引流管出口；出口引流管出口；以及出口外围壁，该出口外围壁在出口引流管入口和出口引流管出口之间延伸，并限定了出口水流动通道，该出口水流动通道用于使得水沿着水流方向从出口引流管入口朝出口引流管出口流动穿过出口水流动通道，出口外围壁包括内表面和外表面。
在一些实施方式中，多级段罩部进一步包括出口引流管入口处的第二水通路，该第二水通路形成在中间外围壁的外表面和出口外围壁的内表面之间，以用于使水从出口引流管入口朝出口引流管出口流动穿过第二水通路。
在一些实施方式中，出口引流管入口处的横截面大于中间引流管出口处的横截面。
在一些实施方式中，第二水通路沿着中间引流管入口的外围延伸。
在一些实施方式中，中间引流管限定了中间引流管宽度，该中间引流管宽度沿水流方向根据第一非线性关系增大。
在一些实施方式中，出口引流管限定了出口引流管宽度，该出口引流管宽度沿水流方向根据第二非线性关系增大。
在一些实施方式中，出口引流管宽度从出口引流管入口朝出口引流管出口增大。
在一些实施方式中，入口引流管限定了入口引流管长度和入口引流管宽度，该入口引流管宽度沿着入口引流管长度的节段根据第三非线性关系增大。
在一些实施方式中，出口处的宽度大于出口处的高度。
在一些实施方式中，多级段罩部进一步包括基座，该基座用于支撑基座上的多个级段。
在一些实施方式中，基座限定了敞开的构造，以用于使水能够在水流方向上沿着多个级段的长度在多个级段下方流动。
在一些实施方式中，基座包括用于支撑多个级段的主框架，以及从主框架向下延伸的多个支撑腿部。
在一些实施方式中，基座进一步包括调平机构，该调平机构被构造成使多个级段相对于水流方向调平。
在一些实施方式中，多级段罩部进一步包括毂支撑结构件，该毂支撑结构件从多个级段延伸，以用于支撑在级段中的流体动力涡轮的至少一部分，该毂支撑结构件包括多个间隔开的毂支撑构件，这些支撑构件各自在入口引流管的内表面和毂之间延伸。
在一些实施方式中，多级段罩部进一步包括外加强结构件，该外加强结构件用于加强多个级段并且从多个级段延伸，该外加强结构件包括多个间隔开的上肋部，该上肋部各自从内引流管的外表面、中间引流管的外表面以及出口引流管的外表面向上延伸。
在一些实施方式中，多级段罩部进一步包括用于加强多个级段的内加强结构件，该内加强结构件包括多个间隔开的支杆，支杆各自在出口引流管的内表面的下部分和出口引流管的内表面的上部分之间延伸。
附图说明
图1是根据一个实施方式的多级段罩部的正面透视图；
图2是图1的多级段罩部的等距侧面透视图。
图3是图1的多级段罩部的正视图。
图4是图1的多级段罩部的后视图。
图5是图1的多级段罩部的侧视图。
图6是沿图7的线A-A截取的多级段罩部的横截面图。
图7是图1的多级段罩部的顶部平面图。
图8是沿图5的线B-B截取的多级段罩部的横截面图。
具体实施方式
在此所描述的多级段罩部使得能够在遵照由流体动力涡轮可以浸入其中的浅的水体(例如河流)提供的尺寸限制的同时，增大流体动力涡轮的流道横截面处的水流和压力降，从而使产生的功率输出最大化。因此，在此所描述的多级段罩部可以被构造成使得水能够以基本上稳定的水流流动穿过流体动力涡轮。
在一个实施方式中，多级段罩部被构造成至少部分地在多级段罩部中接纳流体动力涡轮，并且可以包括入口、出口以及可以在入口和出口之间延伸的多个级段，使得水可以在水流方向上流动穿过多级段罩部。流体动力涡轮可以包括转子、毂以及叶片，叶片可以从毂径向延伸，以形成流道横截面。毂可以至少部分地在流动方向上延伸，使得功率输出能够最大化。多级段罩部限定了使得级段(和涡轮)能够完全浸入在水体中的高度。例如，多级段罩部的高度可以沿着多级段罩部的长度或沿着水流方向保持基本上恒定，使得多级段罩部和流体动力涡轮装置可以在浅的河流中运行。此外，级段或级段中的一些的宽度可以沿其长度(或其长度的节段)增大，使得基本上稳定的水流可以流动穿过级段或级段中的一些，更具体地，使得基本上稳定的水流可以在流体动力涡轮的流道横截面处流动穿过级段或级段中的一些。因此，多级段罩部的该构造可以在水流动穿过级段时将流体分离消免到可以忽略的水平，并可以使流体动力涡轮周围的涡旋的产生最小化以达到可以忽略的水平。因此，在涡轮的流道横截面处可以产生显著的水流和压力降。
在一个实施方式中，多级段罩部可以包括多个引流管(例如两个或两个以上的引流管)，多个引流管可以被构造成使得水能够在水流方向上流动穿过多个引流管。在一种情况下，多级段罩部可以包括入口引流管和出口引流管。可选择地，多级段罩部可以是三级段罩部，并且在内引流管的下游处和出口引流管的上游处包括中间引流管。例如，流体动力涡轮的毂和叶片可以至少部分地被接纳在内引流管中。如下面将更详细地描述的，每个引流管具有入口和出口，出口可以被接纳在对应的下游引流管的入口中。例如，内引流管的出口可以被构造成被接纳在中间引流管的入口中，类似地，中间引流管的出口可以被构造成被接纳在出口引流管的入口中，使得多级段罩部可以进一步包括在中间引流管的入口处的第一水通路，以及在出口引流管的入口处的第二水通路。在一种情况下，第一水通路可以设置在入口引流管的外表面和中间引流管的内表面之间，例如在内引流管的外围，而第二水通路可以设置在中间引流管的外表面和出口引流管的内表面之间，例如在中间引流管的外围。因此，第一水通路和第二水通路可以使得未被供应到流体动力涡轮的流道横截面的水能够流动穿过第一水通路和第二水通路，以例如在水流方向上与流动穿过多级段罩部的水结合。罩部的这种特征可以使得稳定的水流能够穿过引流管，从而能够在涡轮的流道横截面处产生稳定且增大的水流。由于得益于引流管(主要是400和500)的宽度的增大以及通过第一水通路和第二水通路，多级段罩部能够在入口引流管的内表面周围保持准层流流动，因此，在罩部可以具有在操作上和经济上可行的长度的情况下，可以通过引流管来保持有效的无涡旋流动和无分离流动，并且更重要的是，在涡轮的流道横截面处保持有效的无涡旋流动和无分离流动。在涡轮的流道横截面处的空穴体积也可以最小化。
现在参照附图，更具体地参照图1至图8的实施方式，提供了多级段罩部(100)，该多级段罩部被构造成在多级段罩部中接纳流体动力涡轮(200)。多级段罩部(100)可以被构造成使得该多级段罩部能够与涡轮(200)一起完全浸入在水体中。例如，多级段罩部(100)可以被固定到水体的床体。流体动力涡轮(200)可以包括引入鼻部(210)、外转子(220)、叶片(230、232、234、236)和转子内侧的内定子，叶片可以从外转子径向延伸，以形成流道横截面。应当注意，流体动力涡轮(200)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要流体动力涡轮可以至少部分地被引入到多级段罩部(100)中，使得从流道横截面向下游流动的水可以流动穿过罩部(100)的至少一部分。因此，转子(220)的形状、尺寸或构造，引入鼻部(210)的形状、尺寸或构造，以及叶片(230、232、234、236)和转子(220)的尺寸和构造可以改变。此外，尽管在图1至图4中示出流体动力涡轮(200)包括四个叶片(230、232、234、236)，但应当注意从毂(220)延伸的叶片的数量可以变化。
仍然参照图1至图8的实施方式，多级段罩部(100)包括入口(110)和出口(120)，出口可以与入口(110)相对布置。多级段罩部(100)进一步包括多个级段(130)，该多个级段可以在入口(110)和出口(120)之间延伸。如上所述，级段(130)可以被构造成至少部分地在级段中接纳流体动力涡轮(200)，因此水可以从级段(130)的位于叶片(230、232、234、236)上游(即，流道横截面上游)的部段朝向级段(130)的位于叶片(230、232、234、236)下游(即，流道横截面下游)的部段流动穿过级段(130)，然后流动穿过出口(120)。多个级段(130)一起限定了流动通道(135)，流动通道限定了水流方向(WF)。多级段罩部(100)进一步限定了高度(H)和长度(L)，而级段(130)可以限定多级段罩部(100)的入口(110)处的宽度(Wi)，以及多级段罩部的出口(120)处的宽度(Wo)。在一个实施方式中，罩部(100)的高度(H)可以使得级段(130)(和涡轮(200))能够完全浸入基本上浅的水体中。例如，罩部(100)的高度(H)可以沿罩部的长度(L)(或沿水流方向(WF))基本恒定，而罩部(100)的出口(120)处的宽度(Wo)可以大于罩部(100)的入口(110)处的宽度(Wi)。更具体地，级段(130)中的一个或多个级段的宽度(或级段的宽度的节段)可以沿着水流方向(WF)从级段的入口朝向级段的出口而增大，如下面将更详细地描述的。如在图6和图8中最好示出的，转子(220)可以在水流方向(WF)上延伸，使得水可以基本上流动到涡轮(200)的流道横截面，这可以增大来自涡轮的功率输出。
仍然参照图1至图8的实施方式，多级段罩部(100)可以包括多个引流管，例如引流管(300、400、500)(即级段(130))。实际上，多级段罩部(100)可以包括入口引流管或第一级段引流管(300)。入口引流管(300)可以包括外围壁(312)，外围壁限定入口(320)、出口(330)以及流动通道(310)，该流动通道用于使水沿水流方向(WF)流动穿过该流动通道。换言之，入口引流管(300)可以沿水流方向(WF)延伸，并且外围壁(312)可以界定流动通道(310)。如在图6和图8中最好地示出的，水(水流700)可以因此从入口(320)穿过入口引流管(300)的上游部段(322)(即，叶片(230、232、234、236)或流道横截面的上游)、穿过入口引流管(300)的下游部段(324)(即，叶片(230、232、234、236)或流道横截面的下游)、然后穿过出口(330)来流动穿过由外围壁(312)形成的流动通道(310)。入口引流管(300)的外围壁(312)包括内表面(332)以及与内表面(332)相对的外表面(334)。入口引流管(300)限定总体高度(H1)、长度(L1)、入口(320)处的宽度(Wi1)、出口(330)处的宽度(Wo1)、入口(320)处的高度(Hi1)以及出口(330)处的高度(Ho1)。在一个实施方式中，入口引流管(300)可以限定高度(H1)使得入口引流管可以完全浸入到浅的水体中。更具体地，入口引流管(300)可以限定高度(H1)，该高度可以沿入口引流管的长度(L1)(或沿水流方向(WF))基本恒定。换言之，入口(320)处的高度(Hi1)可以基本上对应于出口(330)处的高度(Ho1)。然而，应当注意出口(330)处的宽度(Wo1)可以大于入口(320)处的宽度(Wi1)。例如，入口引流管(300)的宽度可以沿入口引流管的长度(L1)从入口(320)朝出口(330)而增大，或可替代地，沿入口引流管的长度(L1)的节段而增大。然而应当注意，入口(320)处的宽度(Wi1)可以基本对应于出口(330)处的宽度(Wo1)，或可替代地，入口引流管(300)的宽度可以沿入口引流管的长度(L1)保持基本恒定。在一个实施方式中，入口引流管(300)的高度可以沿着入口引流管的长度(L1)、按照水力学剖面来增大或减小，水力学剖面被设计和优化以稳定穿过涡轮流道的流动、消除穿过涡轮流道的流动振荡和流体分离，同时出口引流管(500)的宽度可以沿着出口引流管的长度(L1)的节段、按照另一水力学剖面来增大，另一水力学剖面被设计和优化以稳定在入口引流管(300)、中间引流管(400)和出口引流管(500)中的流动、同时消除穿过涡轮流道的振荡和流体分离。
仍参照图1至图8的实施例，多级段罩部(100)可以进一步包括毂支撑结构件(336)，毂支撑结构件可以被构造成沿轴线(X)支撑涡轮(200)的毂(220)，因此一旦罩部(100)和涡轮(200)装置已经被浸入到水体中，毂支撑结构件可以在水流方向(WF)上延伸。毂支撑结构件(336)可以包括毂支撑构件(338、344、350、356)，毂支撑构件可以在入口引流管(300)的内表面(332)和毂(220)的静止部分(即，内定子)之间延伸。在一个实施方式中，如在图1中最好地示出的，毂支撑构件(338)可以在入口(320)处的内表面(332)的右下部段和毂(220)的下部分的右前部段之间延伸。毂支撑构件(344)可以在入口(320)处的内表面(332)的左下部段和毂(220)的下部分的左前部段之间延伸。毂支撑构件(350)可以在出口(330)处的内表面(332)的右下部段和毂(220)的下部分的右后部段之间延伸。最后，毂支撑构件(356)可以在出口(330)处的内表面(332)的左下部段和毂(220)的下部分的左后部段之间延伸。在一种情况下，毂支撑构件(338、344、350、356)可以朝中心轴线(X)(即，朝入口引流管(300)的中心)以一角度向内倾斜。如图所示，引流管端部(340、346、352、358)可以被固定到内表面(332)的下部段，而毂端部(342、348、354、360)可以被固定到毂(220)的静止部段。可以使用适当的机械紧固件将毂支撑构件(338、344、350、356)的端部(342、348、354、360)和端部(340、346、352、358)固定到毂(220)和入口引流管(300)。可替代地，可以使用紧固件或其他已知的技术(例如，通过焊接)将毂支撑构件(338、344、350、356)的端部(342、348、354、360)和端部(340、346、352、358)固定到毂(220)和入口引流管(300)。应当进一步注意，毂支撑结构件(336)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要毂支撑结构件能够支撑涡轮(200)和涡轮的毂(220)至少部分地在水流方向(WF)上延伸，并且只要水能够在纵向阻碍尽可能少的情况下流动穿过入口引流管(300)，从而可以通过罩部(100)来增强水流。例如，在一个实施方式中，毂支撑结构件(336)可以沿水流方向(WF)具有水力学剖面。在另一种情况下(未示出)，例如毂支撑结构件可以从河床延伸，使得水可以流动穿过入口引流管(300)，而不会被例如为毂支撑构件(338、344、350、356)的部件阻碍。毂支撑结构件(336)可以进一步包括被构造成接纳电动的水下电缆的通路，以输出由涡轮毂(220)内侧的涡轮的发电机(未示出)和其它电线产生的电功率，其它电线包括从流体动力涡轮(200)延伸的光纤(未示出)。
仍参照图1至图8的实施例，多级段罩部(100)可以进一步包括中间引流管或第二级段引流管(400)，中间引流管或第二级段引流管可以位于入口引流管(300)的下游。中间引流管(400)可以包括外围壁(412)，该外围壁限定入口(420)、出口(430)以及流动通道(410)，该流动通道用于使水沿水流方向(WF)流动穿过该流动通道。换言之，中间引流管(400)可以沿水流方向(WF)延伸，并且外围壁(412)可以界定流动通道(410)。如在图6和图8中最好地示出的，水(水流700)可以因此从入口引流管(300)的出口(330)朝中间引流管(400)的出口(430)流动穿过由外围壁(412)形成的流动通道(410)。中间引流管(400)也具有内表面(432)以及与内表面(432)相对的外表面(434)。中间引流管(400)限定高度(H2)、长度(L2)、入口(420)处的宽度(Wi2)、出口(430)处的宽度(Wo2)、入口(420)处的高度(Hi2)以及出口(430)处的高度(Ho2)。在一个实施方式中，中间引流管(400)可以限定高度(H2)使得中间引流管可以完全浸入到浅的水体中。更具体地，中间引流管(400)可以限定高度(H2)，该高度可以沿中间引流管的长度(L2)(或沿水流方向(WF))基本恒定。例如，入口(420)处的高度(Hi2)可以基本上对应于中间引流管(400)的出口(430)处的高度(Ho2)。如在图5和图6中最好地示出的，入口(420)处的高度(Hi2)可以略大于出口(430)处的高度(Ho2)。更具体地，中间引流管或第二级段引流管(400)的高度(H2)可以沿中间引流管或第二级段引流管的长度(L2)(或沿水流方向(WF))从入口(420)朝出口(430)而减小，或可替代地，沿长度(L2)的节段而减小。中间引流管(400)的其它构造也是可能的。然而，如在图7和图8中最好地示出的，应当注意出口(430)处的宽度(Wo2)可以大于入口(420)处的宽度(Wi2)。更具体地，中间引流管(400)的宽度可以沿中间引流管的长度(L2)(或沿水流方向(WF))从入口(420)朝出口(430)而增大，或可替代地，沿中间引流管的长度(L2)的节段而增大。在一个实施方式中，中间引流管(400)的高度可以沿着中间引流管的长度(L2)、按照水力学剖面来增大或减小，水力学剖面被设计和优化以消免引流管(300、400、500)的内侧的流体分离并且稳定流动，同时中间引流管(400)的宽度可以沿着中间引流管的长度(L2)、按照另一水力学剖面来增大，该另一水力学剖面被设计和优化以消免引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离并且稳定流动。
仍参照图1至图8的实施例，多级段罩部(100)还可以包括出口引流管或第三级段引流管(500)，出口引流管或第三级段引流管可以位于中间引流管(400)的下游。出口引流管(500)可以包括外围壁(512)，该外围壁限定入口(520)、出口(530)以及流动通道(510)，该流动通道用于使水沿水流方向(WF)流动穿过该流动通道。换言之，出口引流管(500)可以沿水流方向(WF)延伸，并且外围壁(512)可以界定流动通道(510)。如在图6和图8中最好地示出的，水(水流700)可以因此从中间引流管(400)的出口(430)朝出口引流管(500)的出口(530)流动穿过由外围壁(512)形成的流动通道(510)。出口引流管(500)也包括内表面(532)以及与内表面(532)相对的外表面(534)。出口引流管(500)限定高度(H3)、长度(L3)、入口(520)处的宽度(Wi3)、出口(530)处的宽度(Wo3)、入口(520)处的高度(Hi3)以及出口(530)处的高度(Ho3)。如在图5和图6中最好地示出的，在一个实施方式中，出口引流管(500)可以限定高度(H3)使得出口引流管可以完全浸入到浅的水体中。更具体地，高度(H3)可以沿出口引流管的长度(L3)(或沿水流方向(WF))基本恒定。例如，入口(520)处的高度(Hi3)可以基本上对应于出口引流管(500)的出口(530)处的高度(Ho3)。具体地参照图5和图6，出口(530)处的高度(Ho3)可以略大于入口(520)处的高度(Hi3)。更具体地，出口引流管(500)的高度可以沿出口引流管的长度(L3)(或沿水流方向(WF))从出口引流管(500)的入口(520)朝出口引流管的出口(530)而增大，或者沿长度(L3)的部段而增大。出口引流管(500)的其它构造也是可能的。然而，如在图7和图8中最好地示出的，应当注意出口(530)处的宽度(Wo3)可以大于入口(520)处的宽度(Wi3)。更具体地，出口引流管(500)的宽度可以沿出口引流管的长度(L3)(或沿水流方向(WF))从出口引流管(500)的入口(520)朝出口引流管的出口(530)而增大，或者可替代地，沿出口引流管的长度(L3)的节段而增大。在一个实施方式中，出口引流管(500)的高度可以沿着出口引流管的长度(L3)按照水力学剖面来而增大或减小，该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动，同时出口引流管(500)的宽度可以沿着出口引流管的长度(L3)按照另一水力学剖面而增大，该另一水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400以及500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。
现在更具体地参照图6和图8，在一个实施方式中，入口引流管(300)可以至少部分地接合在中间引流管(400)的流动通道(410)中，而中间引流管(400)可以至少部分地接合在出口引流管(500)的流动通道(520)中。实际上，内引流管(300)的出口(330)可以被接纳在中间引流管(400)的入口(420)中，而中间引流管(400)的出口(430)可以被接纳在出口引流管(500)的入口(520)中，使得多级段罩部(100)可以进一步包括在中间引流管(400)的入口(420)处的第一水通路(140)、以及在出口引流管(500)的入口(520)处的第二水通路(142)。在一个实施方式中，第一水通路(140)可以设置在入口引流管(300)的出口(320)的外围，使得水(水流(800))可以流动穿过如下通路：该通路形成在入口引流管(300)的在入口引流管的出口(330)处的外表面(334)和中间引流管(400)的在中间引流管的入口(420)处的内表面(432)之间。另一方面，第二水通路(142)可以设置在中间引流管(400)的出口(430)的外围，使得水(水流(900))可以流动穿过如下通路：该通路形成在中间引流管(400)的在中间引流管的出口(430)处的外表面(434)和出口引流管(500)的在出口引流管的入口(520)处的内表面(532)之间。因此，在一种情况下，入口(420)处的高度(Hi2)可以大于出口(330)处的高度(Ho1)，并且入口(520)处的高度(Hi3)可以大于出口(430)处的高度(Ho2)，而入口(420)处的宽度(Wi2)可以大于出口(330)处的宽度(Wo1)，并且入口(520)处的宽度(Wi3)可以大于出口(430)处的宽度(Wo2)。引流管(300、400、500)的其它构造是可能的，只要水能够流动穿过引流管(400、500)的入口(420、520)。
现在更具体地参照图8，应当注意入口引流管(300)可以包括基本笔直部分(361)(即，左基本笔直部分和右基本笔直部分(361))和围绕出口(330)的发散壁部分(362)(即，左发散壁部分和右发散壁部分(362))，发散壁部分可以从笔直部分(361)(或水流方向(WF))以发散角(θ1)延伸。例如，发散角(θ1)可以介于大约2°至大约60°之间、介于大约10°至大约40°之间、或者介于大约25°至大约35°之间。例如，入口引流管(300)的宽度可以沿入口引流管的长度(L1)的节段按照如下水力学剖面增大：该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。然而，应当注意在另一种情况下，入口引流管(300)的宽度可以沿入口引流管的长度(L1)的节段按照如下水力学剖面来增大：该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。应当进一步注意，外围壁(312)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要入口引流管(300)的宽度可以沿入口引流管的长度(L1)的至少一个节段增大。例如，该节段可以布置在出口(330)周围、第一水通路140附近。
现在更具体地参照图6，应当注意入口引流管(300)可以包括基本笔直部分(363)(即，上基本笔直部分和下基本笔直部分(363))以及例如在流道横截面和出口(330)之间的聚拢壁部分(364)(即，上聚拢壁部分和下聚拢壁部分(364))，聚拢壁部分可以从笔直部分(363)以聚拢角(θ2)延伸。例如，聚拢角(θ2)可以介于大约1°至大约20°之间、介于大约5°至大约15°之间、或者介于大约8°至大约12°之间。例如，聚拢壁部分(364)可以具有水力学剖面，该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。因此，入口引流管(300)的高度可以沿入口引流管的长度(L1)的节段按照如下水力学剖面而减小：该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400以及500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。然而，应当注意在另一种情况下，入口引流管(300)的高度可以沿入口引流管的长度(L1)的节段按照如下水力学剖面而增大：该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。应当进一步注意，外围壁(312)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要入口引流管(300)的高度可以使得罩部(100)能够完全浸入到水体中，并且只要出口(330)可以被接纳在入口(420)中以形成水通路(140)。
现在更具体地参照图8，应当注意中间引流管(400)可以包括围绕入口(420)的入口部分(461)(即，左入口部分和右入口部分(461))，以及围绕出口(430)的出口部分(462)(即，左出口部分和右出口部分(462))。例如，出口部分(462)可以从水流方向(WF)或轴线(X)以发散角(θ3)延伸。在一些实施方式中，发散角(θ3)可以介于大约8°至大约90°之间、介于大约10°至大约60°之间、或者介于大约45°至大约55°之间。例如，出口部分(462)可以具有水力学剖面，该水力学剖面被设计和优化以消免引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离并且稳定流动。因此，如上所述，中间引流管(400)的宽度可以沿中间引流管的长度(L2)或中间引流管的长度(L2)的节段按照如下水力学剖面而增大：该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。应当进一步注意，外围壁(412)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要中间引流管(400)的宽度可以沿中间引流管的长度(L2)的至少一个节段而增大。例如，该节段可以布置在出口(430)周围、第二水通路142附近。还应当注意，中间引流管(400)的出口部分(462)的宽度增大率可以大于中间引流管(400)的入口部分(461)的宽度增大率。
现在更具体地参照图6，应当注意中间引流管(400)可以包括上部分(463)和下部分(464)。上部分(463)和下部分(464)中的每一个可以从水流方向(WF)或轴线(X)以聚拢角(θ4)延伸。例如，聚拢角(θ4)可以介于大约1°至大约20°之间、介于大约5°至大约15°之间、或者介于大约8°至大约12°之间。如上所述，上部分(463)和下部分(464)可以具有基本笔直的剖面。因此，中间引流管(400)的高度可以沿中间引流管的长度(L2)按照如下水力学剖面而减小：该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。然而，应当注意在另一种情况下，中间引流管(400)的高度可以沿中间引流管的长度(L2)或者中间引流管的长度的节段按照如下水力学剖面而增大：该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。应当进一步注意，外围壁(412)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要中间引流管(400)的高度可以使得罩部(100)能够完全浸入到水体中，并且只要出口(430)可以被接纳在入口(520)中以形成水通路(142)。
再来参照图8，应当注意出口引流管(500)可以包括围绕入口(520)的入口部分(576)(即，左入口部分和右入口部分(576))、以及围绕出口(530)的出口部分(577)(即，左出口部分和右出口部分(577))。例如，出口部分(577)可以从水流方向(WF)或轴线(X)以发散角(θ5)延伸。在一些实施方式中，发散角(θ5)可以介于大约8°至大约90°之间、介于大约10°至大约85°之间、或者介于大约60°至大约60°之间。例如，出口部分(577)可以具有水力学剖面，该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。因此，如上所述，出口引流管(500)的宽度可以沿出口引流管的长度(L3)或出口引流管的长度(L3)的节段按照如下水力学剖面来而增大：该水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。应当进一步注意，外围壁(512)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要出口引流管(500)的宽度可以沿出口引流管的长度(L3)的至少一个节段来增大。例如，该节段可以布置在出口(530)周围。还应当注意，出口引流管(500)的出口部分(577)的宽度增大率可以大于出口引流管(500)的入口部分(576)的宽度增大率。
再来参照图6，应当注意出口引流管(500)可以包括上部分(578)和下部分(579)。上部分(578)和下部分(579)中的每一个可以从水流方向(WF)或轴线(X)以发散角(θ6)延伸。例如，聚拢角(θ6)可以介于大约1°至大约85°之间、介于大约2°至大约60°之间、或者介于大约4°至大约40°之间。如上所述，上部分(578)和下部分(579)可以具有基本笔直的剖面。因此，出口引流管(500)的高度可以沿出口引流管的长度(L3)、按照水力学剖面略微减小：水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。然而，应当注意在另一种情况下，出口引流管(500)的高度可以沿出口引流管的长度(L3)或者出口引流管的长度的节段按照如下水力学剖面而增大：水力学剖面被设计和优化以将引流管(300、400、500)的内侧和流道横截面处的流体分离消免到可忽略的水平并且稳定流动。应当进一步注意，外围壁(512)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要出口引流管(500)的高度可以使得罩部(100)能够完全浸入到水体中。应当注意，入口引流管(300)、中间引流管(400)和/或出口引流管(500)的宽度可沿入口引流管、中间引流管和/或出口引流管的长度或者入口引流管、中间引流管和/或出口引流管的长度的一个或多个节段，按照基本线性关系和/或非线性关系而增大。类似的，入口引流管(300)、中间引流管(400)和/或出口引流管(500)的高度可沿入口引流管、中间引流管和/或出口引流管的长度或者沿入口引流管、中间引流管和/或出口引流管的长度的一个或多个节段，按照基本上线性的关系和/或非线性关系而增大和/或减小。
因此，如图6和图8最好地示出的，一旦多级段罩部(100)和涡轮(200)装置已经完全浸入到水体中并且涡轮(200)处于运行状态，水(流(700))可以流动穿过入口引流管(300)的入口(320)，穿过入口引流管(300)的上游部段(322)，穿过入口引流管(300)的下游部段(324)，然后穿过入口引流管(300)的出口(330)。当从出口(330)排出的水可以朝中间引流管的出口(430)流动穿过中间引流管(400)时，未进入入口引流管(300)的水(即流(800))可以流动穿过设置在入口引流管(300)的外围的入口(420)处的第一水通路(140)，并且可以与沿着水流方向(WF)流动穿过中间引流管(400)的水流(700)合并。例如，水流(800)可以沿着外围壁(412)的内表面(432)的入口部分(461)和出口部分(462)。类似地，当从中间引流管(400)的出口(430)排出的水(即水流(700、800))可以朝出口(530)流动穿过中间引流管(500)时，未进入入口引流管(300)或中间引流管(400)的水(流(900))可以流动穿过设置在中间引流管(400)外围的入口(520)处的第二水通路(142)，并且可以与沿着水流方向(WF)流动穿过出口引流管(500)的水流(700、800)合并。例如，水流(900)可以沿着外围壁(512)的内表面(532)的入口部分(576)和出口部分(577)。
因此，在此所描述的多级段罩部(100)使得能够在遵照由涡轮(200)可以浸入其中的浅的水体(例如河流)提供的尺寸限制的同时，增大涡轮(200)的流道横截面处的水流和压力降，以使产生的功率输出最大化。因此，由多级段罩部(100)提供的多级段效应(在出口(330、430)的外围)可以使得水能够以基本稳定的水流(没有振荡，具有可忽略的涡旋和流体分离)流动穿过涡轮(200)。多级段罩部(100)的高度(H)可以沿着多级段罩部的长度(L)或沿着水流方向(WF)保持基本上恒定，使得多级段罩部(100)和涡轮(200)装置可以在浅的河流中运行。引流管(300、400、500)的宽度可以沿引流管的长度(L1、L2、L3)的至少一个节段来增大，使得优化的水质量流能够流动穿过引流管，更具体地说，在涡轮(200)的流道横截面处流动穿过引流管。因此，多级段罩部(100)的该构造可以在水流动穿过引流管(300、400、500)时消免流体分离并阻止涡轮(200)周围涡旋的产生以使其达到可以忽略的水平。因此，在涡轮(200)的流道横截面处可以产生显著的水流和压力降。水通道(140、142)进一步使得未被供应到涡轮(200)的流道横截面的水能够与流动穿过引流管(400、500)的水结合。罩部(100)的这种特征可以使得稳定的水流能够穿过引流管(300、400、500)，从而能够在涡轮(200)的流道横截面处产生稳定且增大的水流，以增大涡轮的功率输出。由于得益于沿着引流管的长度(L2、L3)增大的宽度以及通过第一水通路(140)和第二水通路(142)，多级段罩部(100)能够在引流管(400、500)的内表面(432、532)周围保持准层流流动，因此，在罩部(100)的长度(L)在操作上和经济上可行的情况下，可以通过引流管(300、400、500)来保持有效的无涡旋流动和无分离流动，并且从而在涡轮(200)的流道横截面处保持有效的无涡旋流动和无分离流。在涡轮(200)的流道横截面处已经通过设计使空穴体积最小化以达到可以忽略的水平。
多级段罩部(100)的构造以及多级段罩部的不同的级段(130)(例如，入口引流管(300)、中间引流管(400)和出口引流管(500))提供了对于优化的多级段罩部(100)的这种短的长度而言，在现有技术中不存在的、最宽的横向范围，这可以使得能够在涡轮(200)的流道横截面处产生显著的压力降和水流速率。当具有积极的横向梯度开口、特别地在中间引流管(400)和出口引流管(500)中具有横向梯度开口时，在入口(420、520)处形成的第一水通路(140)和第二水通路(142)可以通过防止涡旋的产生和将流体分离消除到可忽略的水平，来帮助在涡轮(200)的流道横截面处获得基本稳定的质量流。因此，由于在中间引流管(400)的内表面(432)和外表面(434)附近产生的高速水流、以及在出口引流管(500)的内表面(532)和外表面(534)附近产生的高速水流，流动穿过多级段罩部(100)的水能够基本上无分离且无涡旋。因此，基本稳定的水流可以流通穿过引流管(300、400、500)(和涡轮(200))，而湍流的不稳定的水可以在多级段罩部(100)的入口(110)处流动。此外，罩部(100)可以增大出口(120)处的压降，并且可以将流动通道(310、410、510)内以及叶片(230、232、234、236)尖端处的空穴限制到可忽略的水平。
再来参照图1至图8的实施例，可选择地，多级段罩部(100)可以包括用于在多级段罩部上和在水道床体上方支撑级段(130)(例如，引流管(300、400、500))的基座(10)。基座(10)可以包括主框架(12)、面向地面的表面(16)以及侧壁(30、32)，主框架可以限定引流管接纳表面(14)。基座(10)可以进一步包括多个支撑腿部(22、24、26、28)，支撑腿部可以从主框架(12)向下延伸，使得基座(10)可以沿着水流方向(WF)敞开(即，水也可以沿着罩部(100)的总体长度(L)在级段(130)下方流通)。基座(10)的这种敞开的构造使得水能够在引流管(300、400、500)周围流动。使得水能够在水的方向上沿着罩部(100)的长度(L)在引流管(300、400、500)下方、例如在左支撑腿部(24、28)和右支撑腿部(22、26)之间流动，可以对穿过涡轮(200)的总体水流产生重要影响，因为缺少穿过涡轮(200)的底部的流实际上可以在罩部(100)的出口(120)处产生更少的负压力场，并因此在涡轮(200)的出口处产生更少的负压力场，从而减小涡轮的功率输出。因此，基座(10)的这种敞开的构造可以使得在引流管(400、500)的出口(430、530)处产生那些负场。
应当注意，基座(10)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要基座能够支撑在水道的床体上方的级段(130)(例如，引流管(300、400、500))，并且对下方的流造成最小的压力降。在一种情况下，基座(10)可以设计成向沿水流方向(WF)在引流管(300、400、500)下方流动的水提供尽可能少的纵向阻碍。例如，支撑腿部(22、24、26、28)可以沿水流方向(WF)具有水力学剖面。
此外，在一个实施方式中，支撑腿部(22、24、26、28)可以独立地调节，使得基座(10)和因此引流管(300、400、500)可以在适当的3-轴线位置处被调平，以使涡轮功率输出最大化。通过对支撑腿部(22、24、26、28)提供可调节腿部类型的机构，使得一旦涡轮(200)和罩部(100)装置已经降低到所期望的位置和定向，锁定机构就可以被释放，并且可以使得能够将涡轮(200)和罩部(100)装置锁定在相对于水道的床体的最佳位置处。考虑到河流中有时存在强大的涌流、以及河流床体的深度和不均匀性，安装常规的涡轮可能是劳动密集型的，并且可能需要专门的技能。事实上，可能需要有经验的潜水员，这可能非常昂贵并且风险大。这种可调节腿部类型的机构可以克服这些缺点。
返回参照图1、图4、图6和图8，在一个实施方式中，可则选地，多级段罩部(100)可以包括加强结构件(562)，该加强结构件用于增强流动稳定性和/或为多级段罩部(100)提供结构稳定性，更具体地，为出口引流管或第三级段引流管(500)提供结构稳定性。例如，加强结构件(562)还可以帮助防止水流振荡。加强结构件(562)可以包括间隔开的支杆(564、570)，该支杆可以在内表面(532)的下部分和内表面的上部分之间延伸。如在图1中最好地示出的，支杆(564)可以在位于出口引流管的入口(520)和出口(530)之间的出口引流管(500)的内表面(532)的右侧下部分和内表面(532)的右侧上部分之间延伸。另一方面，支杆(570)可以在位于出口引流管的入口(520)和出口(530)之间的出口引流管(500)的内表面(532)的左侧下部分和内表面(532)的左侧上部分之间延伸。例如，支杆的下端部(566、572)可以被固定到出口引流管(500)的内表面(532)的下部分，而支杆的上端部(568、574)可以被固定到出口引流管(500)的内表面(532)的上部分。在一种情况下，支杆(564、570)可以朝中心轴线(X)(即，朝出口引流管(500)的中心)以一角度向内倾斜。可以使用任何适合的机械紧固件将支杆(564、570)的支杆下端部(566、572)和支杆上端部(568、574)固定到出口引流管(500)的内表面(532)的下部分和上部分。可替代地，可以使用其他已知技术(例如，通过焊接)将支杆(564、570)的支杆下端部(566、572)和支杆上端部(568、574)固定到出口引流管(500)。还应当注意，支杆(564、570)可以与外围壁(512)整体地形成。应当进一步注意，加强结构件(562)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要加强结构件能够在结构上加强涡轮(100)和/或至少部分地帮助增强水流稳定性，并且只要水能够在纵向阻碍尽可能少的情况下流动穿过出口引流管(500)，从而可以通过多级段罩部(100)来增强水流。例如，在一个实施方式中，加强结构件(562)可以沿水流方向(WF)具有水力学剖面。应当进一步注意，加强结构件(562)可以联接到入口引流管(300)和/或中间引流管(400)，而不是设置在出口引流管(500)上。最后，应当注意支杆(564、570)可以被构造成消免流动共振并削减引流管(500)中的某些湍流流动引起的频率。
仍参照图1至图8的实施方式，可选择地，多级段罩部(100)可以包括加强结构件(155)，加强结构件可以沿多级段罩部(100)的长度(L)从级段向上延伸，或可替代地沿长度(L)的节段从级段向上延伸。在一种情况下，加强结构件(155)可以包括间隔开的上肋部(160、170)。除了通过将引流管(300、400、500)连接在一起来给多级段罩部(100)提供结构稳定性之外，肋部(160、170)可以进一步增强引流管周围、流动通道(135)上方的水流，从而增强在多级段罩部和涡轮的流道横截面处穿过多级段罩部(100)和涡轮(200)的水流。因此，肋部(160、170)可以有助于增大流体动力涡轮(200)的功率输出。每个肋部(160、170)可以从位于多级段罩部(100)的入口(110)和出口(120)之间的、引流管(300、400、500)的外表面(334、434、534)向上延伸。实际上，肋部(160、170)的上游端部(172)可以布置在入口引流管(300)的入口(320)周围，而肋部(160、170)的下游端部(174)可以布置在出口引流管(500)的出口(530)周围。
在一种情况下，内引流管(300)可以包括可从外表面(334)向上延伸的连接构件(370)，中间引流管(400)可以包括可从外表面(434)向上延伸的连接构件(470)，而外引流管(500)可以包括可从外表面(534)向上延伸的连接构件(580)。连接构件(370、470、580)可以使用合适的机械紧固件或其他已知技术(例如，通过焊接)固定到引流管(300、400、500)的外表面(334、434、534)。还应当注意，连接构件(370、470、580)可以与外围壁(312、412、512)整体地形成。
如在图7中最好地示出的，每个上肋部(160、170)可以包括上游节段(176)以及下游节段(180)，该上游节段可以从位于入口引流管(320)的入口(320)和中间引流管(400)之间的外表面(334、434)向上延伸，该下游节段可以从位于中间引流管(400)和出口引流管(500)的出口(530)之间的外表面(434、534)向上延伸。如图所示，下游节段(180)可以从上游节段(176)以发散角(θ7)延伸。因此，下游节段(180)可以从引流管(300、400、500)的中心轴线(X)以一角度向外倾斜。在一种情况下，每个上肋部(160、170)可以包括：用于与外围壁(312)连接的下部段(182)、用于与外围壁(412)连接的下部段(184)，以及用于与外围壁(512)连接的下部段(186)。实际上，下部段(182)可以固定到从外围壁(312)延伸的连接构件(370)，下部段(184)可以固定到从外围壁(412)延伸的连接构件(470)，并且下部段(186)可以固定到从外围壁(512)延伸的连接构件(580)。上肋部(160、170)的下部段(182、184、186)可以使用合适的机械紧固件或其他已知技术(例如，通过焊接)固定到连接构件(370、470、580)。还应当注意，上肋部(160、170)可以与外围壁(312、412、512)整体地形成。上肋部(160、170)可以采用任何形状、大小或构造，只要上肋部能够将级段或引流管中的至少一些连接在一起，同时上肋部能够增强引流管上方的水流，和/或只要水能够在纵向障碍尽可能少的情况下在引流管上方流动。例如，在一种情况下，上肋部(160、170)可以至少部分地沿水流方向(WF)具有水力学剖面。
在一个实施方式中，多级段罩部(100)的高度(H)可以介于大约1米至大约10米之间、介于大约2米至大约6米之间，或者介于大约3米至大约5米之间。例如，入口引流管(300)总体高度(H1)可以介于大约1米至大约10米之间、介于大约2米至大约6米之间、或者介于大约3米至大约5米之间，中间引流管(400)总体高度(H2)可以介于大约1米至大约10米之间、介于大约2米至大约6米之间、或者介于大约3米至大约5米之间，而出口引流管(500)总体高度(H3)可以介于大约1米至大约10米之间、介于大约2米至大约6米之间、或者介于大约3米至大约5米之间。此外，如上所述，入口引流管(300)的入口(320)处的高度(Hi1)可以略大于出口(330)处的高度(Ho1)。例如，高度(Hi1)可以比出口(330)处的高度(Ho1)大大约104％以上、大大约108％以上、或者大大约112％以上。此外，中间引流管(400)的高度可以沿中间引流管的长度(L2)或沿水流方向(WF)而减小。例如，入口(420)处的高度(Hi2)可以比出口(430)处的高度(Ho2)大大约104％以上、大约108％以上、大约112％以上、或者大约115％以上。此外，在一种情况下，出口(530)处的高度Ho3可以大于出口(430)处的高度Ho2，并且可以基本上对应于在中间引流管(400)的入口(420)处的高度Hi2。在一个实施方式中，中间引流管(400)的入口(420)处的高度(Hi2)可以基本上对应于入口引流管(300)的入口(320)处的高度(Hi1)，而中间引流管(400)的出口(430)处的高度(Ho2)可以基本上对应于入口引流管(300)的出口(430)处的高度(Ho1)。
在一个实施方式中，入口(110)处的宽度(Wi)可以介于大约1米至大约10米之间、介于大约2米至大约6米之间、或者介于大约3米至大约5米之间，而出口(120)处的宽度(Wo)可以介于大约2米至大约20米之间、介于大约8米至大约15米之间、或者介于大约10米至大约13米之间。
在一个实施方式中，入口(110)处的宽度(Wi)可以基本上对应于多级段罩部(100)的高度(H)，而多级段罩部(100)的在出口(120)处的的宽度(Wo)可以大于多级段罩部(100)的高度(H)。例如，出口(120)处的宽度(Wo)可以比多级段罩部(100)的高度(H)大至少大约1.5倍、大至少大约2倍、或者大至少大约3倍。在一种情况下，多级段罩部(100)的出口(120)处的宽度(Wo)可以比入口(110)处的宽度(Wi)大至少1.5倍、大至少大约2倍、或者大至少大约3倍。
在一个实施方式中，入口(320)处的宽度(Wi1)可以基本上对应于入口(320)处的高度(Hi1)，而出口(330)处的宽度(Wo1)可以大于出口(330)处的高度(Hi1)。出口(330)处的宽度(Wo1)可以大于入口(320)处的宽度(Wi1)。例如，出口(330)处的宽度(Wo1)可以比入口(320)处的宽度(Wi1)大至少大约105％、至少大约110％、或者至少大约115％。
在一个实施方式中，入口(420)处的宽度(Wi2)可以大于入口(420)处的高度(Hi2)，而入口(420)处的宽度Wi2可以大于出口(330)处的宽度(Wo1)。而且，入口(420)处的高度(Hi2)可以大于出口(330)处的高度(Hi1)。此外，出口(430)处的宽度(Wo2)可以大于出口(430)处的高度(Ho2)。在一种情况下，出口(430)处的宽度(Wo2)可以比入口(420)处的宽度(Wi2)大至少大约108％、至少大约115％、至少大约120％、至少大约130％或者至少大约140％。
在一个实施方式中，入口(520)处的宽度(Wi3)可以大于入口(520)处的高度(Hi3)，而入口(520)处的宽度(Wi3)可以大于出口(430)处的宽度(Wo2)。而且，入口(520)处的高度(Hi3)可以大于出口(430)处的高度(Ho2)。此外，出口(530)处的宽度(Wo3)可以大于出口(530)处的高度(Ho3)。例如，出口(530)处的宽度(Wo3)可以比入口(520)处的宽度(Wi3)大至少大约108％、至少大约115％、至少大约120％、至少大约130％或者至少大约140％。
在一个实施方式中，多级段罩部(100)的长度(L)可以比多级段罩部(100)的高度(H)大至少大约10倍以下、大至少大约6倍以下、大至少大约4倍以下、或者大至少大约2倍以下。应当注意，由于多级段罩部(100)的特殊几何形状(即引流管(300)、(400)、(500)的特殊几何形状)，多级段罩部(100)的长度(L)和高度(H)之间的比(也称为长度与涡轮直径比)可以相对于已知的多级段罩部或引流管组件而减小。例如，多级段罩部(100)的长度(L)可以介于大约2米至大约4米之间、介于大约3米至大约6米之间、或者介于大约4米至大约8米之间。此外应当注意，入口引流管(300)的长度(L1)可以为多级段罩部(100)的长度(L)的至少大约15％、至少大约20％、或者至少大约30％，中间引流管(400)的长度(L2)可以是多级段罩部(100)的长度(L)的至少大约5％、至少大约15％、或者至少大约25％，并且出口引流管(500)的长度(L3)可以是多级段罩部(100)的长度(L)的至少大约5％、至少大约15％、或者至少大约25％。
在一个实施方式中，中间引流管(400)的长度(L2)可以小于入口引流管(100)的长度(L1)。例如，长度(L2)可以至少小于长度(L1)的大约80％、至少小于长度(L1)的大约70％、至少小于长度(L1)的大约60％、至少小于长度(L1)的大约50％、或者至少小于长度(L1)的大约40％。类似地，出口引流管(500)的长度(L3)可以小于入口引流管(300)的长度(L1)。例如，长度(L3)可以至少小于长度(L1)的大约80％、至少小于长度(L1)的大约70％、至少小于长度(L1)的大约60％、至少小于长度(L1)的大约50％、或者至少小于长度(L1)的大约40％。在一种情况下，出口引流管(500)的长度(L3)可以基本上对应于中间引流管(400)的长度(L2)。
因此，在一个实施方式中，如在图1、图3和图4中最好地示出的，级段(130)中的上游级段的入口(110)可以具有基本上圆形的横截面，而级段(130)中的下游级段的出口(120)可以具有基本上椭圆形的横截面。实际上，例如，入口引流管(300)的入口(320)可以具有基本上圆形的横截面，入口引流管(300)的出口(330)可以具有基本上椭圆形的横截面，中间引流管(400)的入口(420)可以具有基本上椭圆形的横截面，中间引流管(400)的出口(430)可以具有基本上椭圆形的横截面，出口引流管(500)的入口(520)可以具有基本上椭圆形的横截面，并且出口引流管(500)的出口(530)可以具有基本上椭圆形的横截面。
还应当注意，内引流管(300)的出口(330)处的横截面可以是中间引流管(400)的入口(420)处的横截面的百分比的一部分，因此水可以流动穿过中间引流管的入口(420)。同样，中间引流管(400)的出口(430)处的横截面可以是出口引流管(500)的入口(520)处的横截面的百分比的一部分，因此水可以流动穿过出口引流管的入口(520)。
还应当注意，在一个实施方式中，外围壁(312、412、512)的厚度可以沿外围壁的长度(L1、L2、L3)(或外围壁的长度的节段)而变化，或者可替代地，可以沿外围壁的长度(L1、L2、L3)保持基本恒定。例如，形成入口引流管(300)的外围壁(312)在入口(320)处的厚度可以大于在出口(330)处的厚度。应当进一步注意，外围壁(312、412、512)可以采用任何形状、尺寸或构造，只要外围壁能够提供所需的结构和质量流动稳定性、消除涡旋并消免流体分离，特别地，在多级段罩部(100)的流道截面处提供所需的结构和质量流动稳定性、消除涡旋并消除流体分离。
如上所述，尽管在图1至图8中示出了三个级段(300、400、500)，但应当注意，可以提供两个或两个以上的级段来形成多级段罩部。例如，多级段罩部可以包括第一级段引流管和第二级段引流管，使得在第二级段引流管的入口处只能形成一个水通路。在其他情况下，也可以提供多于三个的级段。例如，可以提供(n)个级段，以便在(n)个级段之间形成(n-1)个水通路。
在下面的描述中，相同的附图标记代表相似的元件。此外，为了简便和清楚，即为了不使附图由于多个附图标记而过度繁杂，不是所有的附图都包含对所有部件和特征的附图标记，并且一些部件和特征的附图标记可能仅出现在一个附图中，并且在其他附图中示出的本公开的部件和特征可以容易地从这些附图中推断出。附图中所示的实施例、几何构造、所述材料和/或尺寸是可选择的，并且仅为举例的目的而给出。
此外，应理解，除非另有说明，否则例如“上方”、“下方”、“上游”、“下游”、“左”、“右”等位置描述应仅用于在附图的情况下，并且不应被认为是限制性的。此外，附图是为了示出引流管组件的某些特征，不一定是按比例绘制的。
为了提供更简洁的描述，本文中给出的定量表述中的一些可以用术语“大约”来限定。应该理解，无论术语“大约”是否被明确地使用，本文中给出的每个量都是为了代表实际给定值，并且还用于代表基于本领域普通技术人员将合理地推断出的这种给定值的近似值，包括由于用于这种给定值的实验和/或测量条件而产生的近似值。
应当理解，本文中使用的措辞和术语不应被解释为限制性的，而是仅为了描述目的。参考所附的描述、附图和示例，可以更好地理解本公开的教导的原理和使用。应当理解，本文阐述的细节不应被解释为对本公开的应用的限制。
此外，应当理解，本公开可以以各种方式来执行或实施，并且本公开可以在除了上述描述中所概述的实施例之外的实施例中实现。应当理解，术语“包括”、“包含”及其语法上的变型并不排除增加一个或多个部件、特征、步骤或整体或其群组，并且这些术语应被解释为说明部件、特征、步骤或整体。如果说明书或权利要求涉及“附加”元件，这并不排除存在多于一个的附加元件。应当理解，在权利要求或说明书涉及“一”或“一个”元件的情况下，这种引用不应解释为只有一个该元件。应当理解，在说明书陈述部件、特征、结构或特征“可以”、“可能”、“能够”或“有可能”被包括的情况下，不一定包括该特定的部件、特征、结构或特点。
在权利要求和说明书中提供的描述、示例、方法和材料不应被解释为限制性的，而应解释为仅说明性的。除非另外限定，在本文中使用的技术术语和科学术语的含义与本发明所属的领域的一个普通技术人员通常所理解的含义相同。应当理解，本文描述的方法可以按照所描述的顺序来执行，或者以任何合适的顺序来执行。
本文中描述且示出了多个可替代的实施例和示例。上文描述的本发明的实施例仅是示例性的。本领域普通技术人员将理解各个实施例的特征以及部件的可能的组合和变型。本领域普通技术人员将进一步理解，任何实施例都可以被提供以与本文中公开的其他实施例任意组合。应当理解，本发明可以在不偏离本发明的中心特征的情况下以其他特定的形式来体现。因此，本发明的示例和实施例在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明不限于本文中给定的细节。因此，尽管已经示出并描述了特定的实施例，但仍然能想到许多修改。因此，本发明的范围旨在被所附的权利要求的范围所限制。

Claims (22)

1.一种多级段罩部，所述多级段罩部用于接纳流体动力涡轮的至少一部分，所述流体动力涡轮包括毂和叶片，所述叶片从所述毂径向延伸，所述多级段罩部包括：
入口；
出口；以及
多个级段，所述多个级段在所述入口和所述出口之间延伸，以用于在所述多个级段中接纳所述流体动力涡轮，所述级段限定水流动通道，所述水流动通道用于使水沿水流方向从所述入口朝所述出口流动穿过所述水流动通道；
其中，所述级段限定了沿所述水流方向基本上恒定的高度；并且
其中，所述级段中的至少一个限定了沿所述水流方向增大的宽度。
2.根据权利要求1所述的多级段罩部，其中，至少两个级段包括入口引流管，所述入口引流管包括：
入口引流管入口；
入口引流管出口；以及
入口外围壁，所述入口外围壁在所述入口引流管入口和所述入口引流管出口之间延伸，并限定了入口水流动通道，所述入口水流动通道用于得水沿着所述水流方向从所述入口引流管入口朝所述入口引流管出口流动穿过所述入口水流动通道，所述入口外围壁包括内表面和外表面。
3.根据权利要求2所述的多级段罩部，其中，所述多个级段进一步包括中间引流管，所述中间引流管包括：
中间引流管入口，所述中间引流管入口被构造成接纳所述入口引流管出口；
中间引流管出口；以及
中间外围壁，所述中间外围壁在所述中间引流管入口和所述中间引流管出口之间延伸，并限定了中间水流动通道，所述中间水流动通道用于使水沿着所述水流方向从所述中间引流管入口朝所述中间引流管出口流动穿过所述中间水流动通道，所述中间外围壁包括内表面和外表面。
4.根据权利要求3所述的多级段罩部，所述多级段罩部包括所述中间引流管入口处的第一水通路，所述第一水通路形成在所述入口外围壁的外表面和所述中间外围壁的内表面之间，以用于使水从所述中间引流管入口朝所述中间引流管出口流动穿过所述第一水通路。
5.根据权利要求4所述的多级段罩部，其中，所述中间引流管入口处的横截面大于所述入口引流管出口处的横截面。
6.根据权利要求5所述的多级段罩部，其中，所述第一水通路沿着所述入口引流管入口的外围延伸。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的多级段罩部，其中，所述多个级段进一步包括出口引流管，所述出口引流管包括：
出口引流管入口，所述出口引流管入口被构造成接纳所述中间引流管出口；
出口引流管出口；以及
出口外围壁，所述出口外围壁在所述出口引流管入口和所述出口引流管出口之间延伸，并限定了出口水流动通道，所述出口水流动通道用于使水沿着所述水流方向从所述出口引流管入口朝所述出口引流管出口流动穿过所述出口水流动通道，所述出口外围壁包括内表面和外表面。
8.根据权利要求7所述的多级段罩部，所述多级段罩部进一步包括所述出口引流管入口处的第二水通路，所述第二水通路形成在所述中间外围壁的外表面和所述出口外围壁的内表面之间，以用于使水从所述出口引流管入口朝所述出口引流管出口流动穿过所述第二水通路。
9.根据权利要求8所述的多级段罩部，其中，所述出口引流管入口处的横截面大于所述中间引流管出口处的横截面。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的多级段罩部，其中，所述第二水通路沿着所述中间引流管入口的外围延伸。
11.根据权利要求7至权利要求10中任一项所述的多级段罩部，其中，所述中间引流管限定了中间引流管宽度，所述中间引流管宽度沿所述水流方向根据第一非线性关系增大。
12.根据权利要求7至权利要求11中任一项所述的多级段罩部，其中，所述出口引流管限定了出口引流管宽度，所述出口引流管宽度沿所述水流方向根据第二非线性关系增大。
13.根据权利要求12所述的多级段罩部，其中，所述出口引流管宽度从所述出口引流管入口朝所述出口引流管出口增大。
14.根据权利要求7至权利要求13中任一项所述的多级段罩部，其中，所述入口引流管限定了入口引流管长度和入口引流管宽度，所述入口引流管宽度沿着所述入口引流管长度的节段根据第三非线性关系增大。
15.根据权利要求7至权利要求14中任一项所述的多级段罩部，其中，所述出口处的宽度大于所述出口处的高度。
16.根据权利要求7至权利要求15中任一项所述的多级段罩部，所述多级段罩部进一步包括基座，所述基座用于支撑所述基座上的所述多个级段。
17.根据权利要求16所述的多级段罩部，其中，所述基座限定了敞开的构造，以用于使水能够在所述水流方向上沿着所述多个级段的长度在所述多个级段下方流动。
18.根据权利要求17所述的多级段罩部，其中，所述基座包括用于支撑所述多个级段的主框架，以及从所述主框架向下延伸的多个支撑腿部。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的多级段罩部，其中，所述基座进一步包括调平机构，所述调平机构被构造成使所述多个级段相对于所述水流方向调平。
20.根据权利要求7至权利要求19中任一项所述的多级段罩部，所述多级段罩部进一步包括毂支撑结构件，所述毂支撑结构件从所述多个级段延伸，以用于支撑在所述级段中的所述流体动力涡轮的至少一部分，所述毂支撑结构件包括多个间隔开的毂支撑构件，所述支撑构件各自在所述入口引流管的内表面和所述毂之间延伸。
21.根据权利要求7至权利要求20中任一项所述的多级段罩部，所述多级段罩部进一步包括外加强结构件，所述外加强结构件用于加强所述多个级段并且从所述多个级段延伸，所述外加强结构件包括多个间隔开的上肋部，所述上肋部各自从所述内引流管的外表面、所述中间引流管的外表面以及所述出口引流管的外表面向上延伸。
22.根据权利要求7至权利要求21中任一项所述的多级段罩部，所述多级段罩部进一步包括用于加强所述多个级段的内加强结构件，所述内加强结构件包括多个间隔开的支杆，所述支杆各自在所述出口引流管的内表面的下部分和所述出口引流管的内表面的上部分之间延伸。
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