CN114008318A - 用于部署水电能源系统的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于在水下部署地点处部署有效负载的方法,包含使可潜水的涉水交通工具潜入水体中。所述可潜水的涉水交通工具承载有效负载。所述方法还包含当所述可潜水的涉水交通工具承载处于第一位置中的所述有效负载时,使所述可潜水的涉水交通工具行驶至所述水体下的部署地点。所述方法另外包含在所述部署地点处,使所述有效负载从所述第一位置运动至第二位置。所述方法进一步包含在所述部署地点处将所述有效负载从所述第二位置部署至部署位置。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年6月12日提交的美国临时申请第62/860,659号的优先权,所述美国临时申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开主要涉及用于部署水下有效负载的系统和方法。特别地,本公开涉及利用可潜水的涉水交通工具在水下环境中部署水电能源系统(包含,例如水电涡轮机)的系统和方法。
背景技术
本文中所使用的章节标题仅出于组织目的,并且不应当被解释为以任何方式限制所描述的主题。
各种技术涉及水下系统,所述水下系统的部件被输送至水下场所,比如河床或海床。这样的技术尤其包含海底采矿系统、海底监控系统、海底电池充电系统、石油钻井技术、以及水电能源系统。
关于水电能源系统,这样的系统可以利用水电涡轮机从运动的水体(例如,河流或洋流)或其它流体源中的流生成电力。例如,潮汐发电利用水的由潮汐流引起的运动,或者由于潮汐引起的海平面的上升和下降。随着水上升然后下降,生成流动、或流体流。例如,来自河流的单向流动也产生可以被用来生成电力的流。
因此,水电能源可以提供高效的、长期的无污染的电力源、氢气生产、和/或其它有用的能源形式,其可以帮助减少目前世界对石油、天然气、以及煤炭的依赖。化石燃料资源的消耗的减少进而可以有助于减少排放至世界大气中的温室气体。
使用水电涡轮机(其从流体流转换能量)进行发电是众所周知的并且可以具有多种形式。这样的涡轮机可以像水下风车一样工作,并且具有相对较低的成本和生态影响。例如,在各种水电涡轮机中,流体流与围绕轴线旋转的叶片相互作用,并且所述旋转被利用以便产生电力或其它形式的能量。
虽然水电能源和涡轮机技术的最新发展降低了这样的系统的建造和维护成本,但是与部署涡轮机以及用来支撑涡轮机的地基结构或锥端的相关联的成本可能相对较高,这进而可能影响这样的涡轮机的平准化度电成本(LCOE)。因此,水电涡轮机的相对较高的总系统LCOE可能使它们的使用比其它传统的、较便宜的电力源(亦即,可能具有较低的总系统LCOE的电源)(比如,石油、天然气、以及煤系统)更不可行。
因此,需要提供用于部署在水下技术中使用的水下有效负载的系统和方法。例如,存在为水电能源系统部署有效负载的需求,所述水电能源系统包含水电涡轮机、用于支撑这样的涡轮机的地基结构、以及这样的系统的其它组成部件,这降低了所生成的总系统LCOE。虽然浮式船舶的使用可以被用来将用于这样的水下系统的有效负载带至远程场所并且将有效负载降低至期望的深度,但是可能期望提供能够高效地使有效负载直接从陆地运动至水下地层的系统和方法。存在提供可以在水下有效负载(比如水电能源系统)的部署中提供灵活性的系统和方法的需求,这包含直接从陆地而不是水面(例如,海面)部署这样的系统的能力,这可以消除使用水上船舶进行这样的部署的需要。
发明内容
本公开的示例性实施例可以展示一个或多个上述期望的特征。从下面的描述,其它特征和/或优点将变得显而易见。
根据各种示例性实施例,一种用于在水下部署地点处部署有效负载的方法包含使可潜水的涉水交通工具潜入水体中。所述可潜水的涉水交通工具承载有效负载。所述方法还包含当所述可潜水的涉水交通工具承载处于第一位置中的所述有效负载时,使所述可潜水的涉水交通工具行驶至所述水体下的部署地点。所述方法另外包含在所述部署地点处,使所述有效负载从所述第一位置运动至第二位置。所述方法进一步包含在所述部署地点处将所述有效负载从所述第二位置部署至部署位置。
根据各种附加的示例性实施例,一种用于在水下地点处部署有效负载的系统包含可潜水的涉水交通工具,所述可潜水的涉水交通工具被构造成行驶至水体下的地层处的部署地点。所述系统还包含固定至所述可潜水的涉水交通工具的至少一个有效负载安装装置。所述有效负载安装装置被构造成在第一位置与第二位置之间转变,所述第一位置用来将所述有效负载运载至所述部署地点,所述第二位置用来定向所述有效负载以用于在所述部署地点处部署。
另外的目的和优点将在下面的描述中被部分地阐述,并且根据描述将部分地为显而易见的,或者可以通过实践本教导而被了解。本公开的至少一些目的和优点可以借助于在所附权利要求中特别地指出的元件和组合来实现和获得。
应当理解的是,前面的一般描述和下面的详细描述仅为示例性的和解释说明性的,并且不限制本公开和权利要求(包含等同物)。应当理解的是,本公开和权利要求在它们的最广泛的意义上可以在不具有这些示例性方面和实施例的一个或多个特征的情况下被实施。例如,应当理解的是,与水电涡轮机以及水电能源系统的其它部件的部署相关的以下详细描述仅为示例性的,并且如本领域普通技术人员将理解的,所公开的系统和方法可以被用来承载和部署各种其它的水下有效负载。
附图说明
并入本说明书并且组成本说明书的一部分的附图示例说明本公开的一些示例性实施例,并且与说明书一起用来解释说明某些原理。在附图中:
图1为根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的示例性实施例的侧视图;
图2为根据本公开的处于第一构造中的图1的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中所述系统具有钻孔机构;
图3为处于第二构造中的图2的用于部署水电能源系统的系统的侧视图;
图4为根据本公开的处于第一构造中的图1的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中所述系统具有地基结构和水电涡轮机;
图5为处于第二构造中的图4的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中所述地基结构正在被部署;
图6为处于第二构造中的图4的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中所述水电涡轮机正在被部署;
图7为根据本公开的部署的地基结构的顶视图;
图8为根据本公开的部署的水电涡轮机的顶视图;
图9为示例说明根据本公开的图1的系统的可潜水的涉水交通工具在水电能源系统的部署期间所行经的示例性路线的图;
图10为根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的另一个示例性实施例的顶视图;
图11为处于第二构造中的图10的用于部署水电能源系统的系统的前视图,其中钻孔机构正在被部署;
图12为根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的另一个示例性实施例的顶视图;
图13为处于第二构造中的图12的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中钻孔机构正在被部署;
图14为处于第二构造中的图12的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中地基结构正在被部署;
图15-图18示出处于第二构造中的图12的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中示出将水电涡轮机部署于所述地基结构上的示例性步骤;
图19为根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的另一个示例性实施例的前视图;
图20为图19的用于部署水电能源系统的系统的后视图;
图21为图19的用于部署水电能源系统的系统的侧视图;
图22示出图19的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,所述系统使支撑件在第一位置与第二位置之间转变以部署水电能源系统。
图23为用于承载根据本公开的水电能源系统的支撑件的示例性实施例的顶视立体图;
图24为图23的支撑件的提升框架的示例性实施例的顶视立体图;
图25为图23的支撑件的滑动框架的顶视立体图;
图26A-图26C示出图23的支撑件的有效负载载架和抓持机构的侧视图和底视图;
图27-图34示出用于部署水电能源系统的系统的另一个示例性实施例的侧视图,其中示出利用图23-图26的支撑件来部署水电能源系统的示例性步骤;
图35示出图27-图34的根据本发明的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中所述系统具有液压的调平用千斤顶;
图36示出图27-图34的根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的侧视图,其中所述系统具有注射灌浆系统;
图37示出图27-图34的根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的前视图,其中示出示例性的自主式交通工具部件;
图38示出图37的用于部署水电能源系统的系统的后视图;
图39示出图37的用于部署水电能源系统的系统的侧视图;
图40示出图37的根据本公开的用于部署水电能源的系统与控制室之间的示例性数据链路传输;
图41示出图27-图34的根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的前视图,其中所述系统具有钻孔机构;
图42示出根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的另一个示例性实施例的侧视图,其中所述系统具有履带;
图43示出根据本公开的用于部署水电能源系统的系统的又一个示例性实施例的前视图,所述系统具有压载罐;
图44示出提升和滑动框架组件的示例性实施例,所述提升和滑动框架组件利用类似于过山车技术的车轮和轨道接合;以及
图45示出根据本公开的提升和滑动框架组件的另一个示例性实施例。
具体实施方式
为了更高效地部署水下有效负载(比如与水电能源系统相关联的那些有效负载),本公开的系统和方法可以利用可潜水的涉水交通工具,所述可潜水的涉水交通工具可以通过使交通工具潜入水中并且直接从岸上或者在被从船只(例如,浮式船舶)降下之后行驶至水下部署场所来承载和部署各种有效负载,比如用于水电能源系统的地基结构和水电涡轮机。
例如,本公开设想用于部署水电能源系统的系统和方法,所述水电能源系统包含水电涡轮机,所述水电涡轮机被构造成从运动的水体(例如,河流或洋流)或其它流体源中的流生成电力。根据本公开的各种实施例,例如,这样的水电涡轮机可以包括静止构件(例如,定子)和旋转构件(例如,转子),所述旋转构件设置于所述定子的外圆周表面的径向外侧(例如,同心地围绕定子设置)并且被构造成绕旋转轴线围绕定子旋转。这样的涡轮机可以例如具有相对于转子径向向内且径向向外延伸的多个叶片部分。以这种方式,涡轮机必须定位于流体主体中,以使得具有大体平行于转子的旋转轴线的方向分量流动的流体流动可以作用于所述叶片部分上,以使转子绕旋转轴线旋转。例如,在标题为“System forGenerating Electricity from Fluid Currents”的美国专利第7,453,166B2号;标题为“Energy Conversion Systems and Methods”的美国专利第9,359,991B2号;标题为“Hydroelectric Turbines,Anchoring Structures,and Related Methods of Assembly”的美国专利第10,389,209B2号;标题为“Hydroelectric Energy Systems,and RelatedComponents and Methods”的美国专利第10,544,775B2号;标题为“Hydroelectric EnergySystems and Methods”的国际专利申请第PCT/US19/34306号;以及标题为“OrbitalMagnetic Gears and Related Systems”的国际专利申请第PCT/US19/64873号中描述这样的涡轮机的示例,所述文献中的每个的全部内容作为参考并入本文中。
然而,以上引用的水电能源系统以及它们的相关联的部件的示例为非限制性的,并且本系统和方法可以与需要被输送至水下场所的各种类型和构造的水电能源系统以及它们的相关联的组成部件一起使用。此外,本公开设想利用所公开的系统和方法来部署各种类型和构造的水下有效负载,并且不旨在限于本文中所详细讨论的示例性水电能源系统。
本公开的各种实施例设想利用可潜水的涉水交通工具,所述可潜水的涉水交通工具可以从水体下的部署地点被驱使于,例如在陆地上的场所(比如水电能源系统的组装场所)与系统的在流体主体中(例如,在河床或海床下)的水下部署场所之间。部署可以包含安装例如用于水电涡轮机的地基结构,以及将涡轮机和水电能源系统的相关联的部件部署于所述地基结构上,以使得流体流动可以作用于涡轮机的叶片上。如本领域普通技术人员将理解的,这样的可潜水的涉水交通工具另外可以被用于从水下部署场所取回已部署的有效负载(例如水电能源系统)并且将它们带回陆地,例如以用于系统的修理和/或维护。
根据本公开的一个或多个示例性实施例,部署水电能源系统(包含,例如地基结构和水电涡轮机)的系统和方法可以利用自主式可潜水的涉水交通工具,所述自主式可潜水的涉水交通工具可以被编程为(例如,利用全球定位系统(GPS)坐标)在第一组装地点与第二部署地点之间自主地行驶。可潜水的涉水交通工具的自主性可以例如容许交通工具执行去往部署地点和来自部署地点的行程,同时容许从岸上监控运行,以使得不需要交通工具操作员而在组装地点与部署地点之间来回地执行行程。这可能额外地有助于部署的安全性,因为部署人员不需要亲自到部署地点处。
为了使效率更高,根据本公开的各种实施例,可潜水的涉水交通工具可以在用于行驶的第一构造与用于部署的第二构造之间转变。当在第二部署地点处完成指定任务时,该交通工具接着可以从用于部署的第二构造转变回用于行驶的第一构造,并且驶回第一组装地点。这样的转变可以在自主式交通工具被编程为检测它的地点和各种任务的完成的情况下自主地发生、和/或通过使用无线控制系统自主地发生,所述无线控制系统可以被岸上的操作员使用以手动地将交通工具置于各种构造和运行模式中。因此,设想的是,本公开的可潜水的涉水交通工具可以采用遥控机器人技术,以允许操作员远程输入来控制可潜水的涉水交通工具的各种运动。
根据本公开的各种实施例的可潜水的涉水交通工具可以在第一地点与第二地点之间(例如,在组装场所与部署场所之间)来回行驶,以将水电能源系统的各种部件(例如,地基结构/锥端和水电涡轮机)带至部署场所以进行安装,并且以在部署场所处完成各种任务以有利于水电能源系统的部署。在各种实施例中,例如,可潜水的涉水交通工具可以在第一地点与第二地点之间进行仅一次往返行程(亦即,来回)。例如,交通工具可以将已完全组装的水电能源系统(例如,水电涡轮机和地基结构)部署至部署场所处的预钻出的孔中。在这种情况下,可以在交通工具到达部署场所之前,通过例如深海钻机或本领域普通技术人员已知的另外的水下钻孔机器钻出孔。在各种另外的实施例中,可潜水的涉水交通工具可以在第一地点与第二地点之间进行两次往返行程。例如,在第一次行程中,交通工具自身可以采用钻孔机构在部署场所处的地面中钻出孔(例如,交通工具可以在第一地点与第二地点之间来回运载钻孔机构)。而在第二次行程中,自主式涉水交通工具可以:1)将已组装的水电能源系统(例如,地基结构/锥端和水电涡轮机)运载至部署场所,以及2)将水电能源系统安装至孔中。各种另外的实施例还考虑的是,自主式交通工具可以在部署场所处组装水电能源系统的部件(例如,将涡轮机放置于地基结构的顶部上)。在各种进一步的示例性实施例中,交通工具可以进行三次往返行程,从而将地基结构/锥端和水电涡轮机的安装分成两次不同的行程。
在一个替代实施例中,可潜水的涉水交通工具可以配备和构造成承载钻孔设备和水电能源系统有效负载以用于部署。在这种情况下,可潜水的涉水交通工具可以具有钻孔构造和部署构造,并且可在两者之间转变。
然而,本领域普通技术人员将理解的是,所公开的系统和方法设想利用可潜水的自主式交通工具来进行在部署场所处完全地部署运行的水电能源系统所需的任何次数的行程。
因此,本公开的实施例设想这样的用于部署水电能源系统的系统和方法,所述系统和方法可以直接从陆地而不是水面(例如,海面)高效地部署水电能源系统,从而消除采用昂贵的船舶来部署涡轮机的需求。
现在参考图1-图6、图10-图18和图19-图42,示出了根据本公开的用于部署水电能源系统的系统100、200、300、400、500、600、700的示例性实施例。系统100、200、300、400、500、600、700包含可潜水的涉水交通工具110、210、310、410、510、610、710,例如具有类似于水下挖掘中所使用的那些构造的交通工具。系统100、200、300、400、500、600、700还包含至少一个支撑件120、320、420、520、620、720,所述至少一个支撑件固定至例如可潜水的涉水交通工具110、210、310、410、510、610、710的外表面和/或被构造成从可潜水的涉水交通工具内的壳体向外伸缩。在图1-图6的实施例中示出两个支撑件,而在图19-图42的实施例中示出仅一个支撑件,但是这样的数量仅为示例性的并且可以设想其它数量、布置和/或构造的支撑件。
根据各种实施例,可潜水的涉水交通工具110、210、310、410、510、610被构造成在第一组装场所与第二部署场所之间行驶。例如,如图9中所示,根据各种实施例,可潜水的涉水交通工具110、210、310、410、510、610(在图9中出于示例性目的示出可潜水的涉水交通工具110)被构造成在陆地上的水电涡轮机组装场所10与水下的水电涡轮机部署场所20之间来回行驶。本公开的各种实施例还设想的是,可以使用船只(例如,船或其它浮式船舶)来将可潜水的涉水交通工具运送至更靠近于部署场所20的地方,例如以避开沿着交通工具的在组装场所10与部署场所20之间的路线的在海底中的障碍物或其它死路。例如,可潜水的涉水交通工具(例如包括压载罐750的可潜水的涉水交通工具710(参见图43))可以在组装场所10处被装载至船只上并且被运送至更靠近于部署场所20的地方,然后使其在部署场所20处从船只落入水中。如本领域普通技术人员将理解的,被示出为在交通工具710的任一侧上的压载罐750可以被用来使涉水交通工具710漂浮在水中,然后被填充(例如,被填充以水或被泵送至压载罐750中的其它流体)以使可潜水的涉水交通工具710潜入水中。如果需要,可潜水的涉水交通工具710然后可以行驶剩余的距离以到达部署场所20。本领域普通技术人员将理解的是,图43中所示的交通工具710仅仅为示例性的,并且本公开的系统设想按照预期应用的条件的要求使用各种类型和构造的压载系统。
在各种实施例中,例如,可潜水的涉水交通工具110、210、310、410、510、610、710为自主的,并且可能不需要使用操作员来驾驶交通工具以及执行去往和来自水下场所的来回行程。例如,可潜水的涉水交通工具可以被编程为使用例如场所10和20和/或船只的GPS坐标而在组装场所10与部署场所20之间自主地来回行驶、或者在漂浮和从船只潜入水中之后自主地行驶至部署场所20。例如,如图37-图39的实施例中所示,可潜水的涉水交通工具510可以包含如本领域普通技术人员将理解的各种自主式交通工具部件,包含但不限于围绕交通工具510定位的多个激光雷达单元560和灯566、定位于交通工具510的第一端501(亦即,前面)处的摄像机562和视频摄像机564、沿着交通工具510的每侧定位的声纳传感器570、以及用来驱动交通工具510(例如,被构造成驱动交通工具的轮和/或履带)的电马达568(例如,带有减速齿轮的电马达)。涉水交通工具510还可以采用自主控制和监控单元,所述自主控制和监控单元构造有两个计算机:位于涉水交通工具510中的加压壳体中的远程嵌入式控制器506(参见图39)以及位于岸上、空中或由船只承载的控制室580(参见图40)中的主控制器586。远程嵌入式控制器506负责数据采集、交通工具操作(例如,运行自主式交通工具软件)、以及与控制室580中的主控制器586的通讯,而主控制器586控制和监控涉水交通工具510。例如,控制室的操作员可以监控涉水交通工具的运行,以确保一切正常工作。尽管本公开设想包含完全自主部署的所有级别的车辆和操作自动化(亦即,部分自动化、带条件的自动化、高度自动化、以及完全自动化),但是还设想控制室的操作员可能仍然希望实时见证整个部署操作的某些场景。
远程嵌入式控制器506可以包含例如电子控制单元(ECU),所述电子控制单元可以存储GPS坐标并且执行与系统500和可潜水的涉水交通工具510的操作相关的程序和功能。控制器506可以包含例如存储元件,比如磁盘驱动器、闪存驱动器、存储电路、或其它存储装置。存储元件可以存储可以在控制器506的操作和交通工具510的自主运行中使用的软件。软件可以包含计算机程序、固件、或一些其它形式的机器可读指令,这包含操作系统、实用程序、驱动程序、网络接口、应用程序等等。控制器506可以进一步包含处理元件,比如微处理器或其它电路,以从存储元件检索和执行软件。控制器506还可以包括其它部件,比如电源管理单元、控制接口单元等等。
虽然上述控制器在示例性实施例中被描绘为单个单元,但是本领域技术人员将理解的是,分布式控制器和处理器可以根据需要被用于不同的子系统中。
本文中所描述的示例性系统和方法可以在处理系统的控制下被执行,所述处理系统执行收录于计算机可读记录介质上的计算机可读代码、或通过暂时介质传输的通信信号。所述计算机可读记录介质是可以存储可由处理系统读取的数据的任何数据存储装置,并且包含易失性和非易失性介质、可移除的和不可移除的介质,并且设想可由数据库、计算机、和各种其它网络装置读取的介质。计算机可读记录介质的示例包含但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、带电可擦可编程ROM(EEPROM)、闪速存储器或其它存储器技术、全息式介质或其它光盘存储、包含磁带和磁盘的磁存储、以及固态存储装置。
为了连接两个控制器506和586,根据用于部署水电系统的所设想的系统的各种实施例,如图40中所示,涉水交通工具510配备有浮标588和天线590。例如,浮标588经由系绳584附接至交通工具510,当涉水交通工具510从岸上运动至水中(例如,沿着海底)时,系绳584被部署至水面(例如,海面)。当涉水交通工具510返回至岸上时,浮标588被接着经由绞盘582向下拉回至涉水交通工具510。如本领域普通技术人员将理解的,两个控制器506和586之间的数据链路传输借助于高频无线电信号发生,所述高频无线电信号通过光纤电缆(未示出)从海底上的涉水交通工具510传递至海面上的浮标588。无线电信号接着从天线590被广播至主控制器586。由系绳拴住的、可回收的浮标588和绞盘582组件可以例如在壳体中安装至涉水交通工具510的前部,以使得绞盘582可被构造成从壳体部署和收回浮标588。
本领域的普通技术人员将理解的是,上面描述的并且在图37-图39的实施例中示例说明的自主式涉水交通工具510仅仅为示例性的,并且根据本公开的涉水交通工具可以包含各种类型和布置的自主式交通工具部件、采用各种类型和构造的自主控制和监控单元、以及利用各种系统和方法来将涉水交通工具链接至例如控制室。本领域普通技术人员将进一步理解的是,尽管上述的示例性涉水交通工具510利用GPS坐标来进行它的自主运行,但是本公开的系统和方法考虑使用任何已知的方法来自主地在组装场所10与部署场所20之间来回引导涉水交通工具。例如,在需要可潜水的涉水交通工具行驶得更深(亦即,在水下更深的深度处行驶)并且可能超出卫星信号(其被用于GPS系统中)的范围的应用中,交通工具可以采用深海导航定位系统(POSYDON:positioning system for deep oceannavigation)。在这样的实施例中,可以在部署场所20附近安装一组轻型被动式信标,以使得涉水交通工具可以利用信标对信号进行三角测量,以推断部署场所20的地点。
而且,在各种实施例中,设想自主式涉水交通工具的遥控操作,而不是被编程为基于感测位置等等而自动地开始各种操作任务,以使得操作员可以利用与交通工具无线地通信的远程输入装置来对车辆进行转变以执行各种任务,类似于机器人控制系统技术。
上面参考图37-图40的示例性实施例描述的各种自主控制系统和部件可以用本文中所描述的任何其它示例性实施例来实施。
现在参考图1-图6的实施例,也如图9中所示,根据一个示例性实施例,示出可潜水的涉水交通工具110,所述可潜水的涉水交通工具能够在用于行驶的第一构造(例如,参见组装场所10处的交通工具110)与用于部署的第二构造(例如,参见部署场所20处的交通工具110)之间转变。以这种方式,可潜水的涉水交通工具110可以被构造成在第一构造与第二构造之间转变,所述第一构造适于行驶至部署场所20以及从所述部署场所20驶离,所述第二构造适于在部署场所20处维持稳定位置。例如,当水电能源系统正在被部署于具有潮汐流的场所20处时,可潜水的涉水交通工具110可以转变成可以更好地承受由潮汐流所施加的推力的构造,所述潮汐流例如可能达到高达大约3.5米/秒的推进速度。这可以允许可潜水的涉水交通工具110被制造得相对较轻并且具有紧凑的设计,同时仍然容许稳定的构造,所述稳定的构造使它能够承受与水下环境中的流相关联的力。
在各种实施例中,例如,涉水交通工具110包含提升机构112,所述提升机构被构造成使涉水交通工具110上升和下降,以使可潜水的涉水交通工具110在第一构造与第二构造之间转变。如图1-图6中所示,在各种示例性实施例中,提升机构112包括多个轮,在图1-图6中的示例性可潜水的涉水交通工具110的侧视图中示出四个轮112中的两个。如图1中的箭头L所示,根据各种实施例,轮112被构造成向上枢转(例如,在相应的枢轴P处经由臂113)至交通工具110中并且向下枢转至支撑表面上,例如地面50(例如,海床或河床)上,以使可潜水的涉水交通工具110在第一构造与第二构造之间转变。以这种方式,如图2和图4中所示例说明的,涉水交通工具110可以经由轮112行驶至部署场所20。然后,如图3、图5和图6中所示,并且如图1中的虚线所示,轮112可以向上枢转并且让开,以容许可潜水的涉水交通工具110在部署场所20处有效地“蹲下(hunker down)”以帮助稳定自身来抵抗流体流动F(例如,潮汐流F)。为了提供进一步的稳定,在各种示例性实施例中,可潜水的涉水交通工具110还包含锚固机构114,例如多个桩114,所述多个桩能够在第二构造中被部署。如图3、图5和图6中所示,当可潜水的涉水交通工具110下降至第二构造中时,桩114可以被驱动至部署场所20的地面50中以锚固可潜水的涉水交通工具110。
然而,本领域普通技术人员将理解的是,图1-图6中所示的可潜水的涉水交通工具110仅为示例性的,并且根据本公开的可潜水的涉水交通工具可以具有各种构造,包含容许在第一构造与第二构造之间转变的各种类型和/或数量的机构、以及使可潜水的涉水交通工具稳定于部署场所处的各种类型和/或数量的机构。例如,尽管图1-图6的可潜水的涉水交通工具被示出为具有包含四个轮112的提升机构,但是本公开的各种附加实施例设想使用仅仅两个或三个轮。然而,进一步的实施例设想使用其它类型的交通工具推进系统(例如,履带(例如,参见图42))的可潜水的涉水交通工具。
本领域普通技术人员将进一步理解的是,根据本公开的可潜水的涉水交通工具还可以利用各种技术和/或机构来在行驶时和在部署场所处提供稳定性(亦即,除了桩114之外和/或作为桩114的替代)。在各种实施例中,例如,当水下地层50对于桩来说太硬(例如,当它是坚固的岩石时)以至于不能有效地稳定可潜水的涉水交通工具时,可潜水的涉水交通工具110可以被构造成将锚固件(未示出)钻入至坚固的岩石中。在各种实施例中,例如,当可潜水的涉水交通工具110处于第二构造中时,它可以连接至锚固件以用于稳定。在各种附加实施例中,如图1中所示例说明的,交通工具110的底部边缘115可以包含脊117或其它成型表面特征,其全部沿着底部边缘115形成夹持表面。如本领域普通技术人员将理解的,这样的脊117可以增加交通工具110的底部边缘115与地面50之间的静摩擦系数,以便同样帮助稳定交通工具110。在各种进一步的实施例中,如图10-图14的示例性实施例中所示,可以从可潜水的涉水交通工具210、310部署稳定用千斤顶219、319,以在处于部署场所20处时稳定交通工具210、310。
如图1-图6中进一步示例说明的,在各种实施例中,涉水交通工具110具有空气动力学形状。例如,可潜水的涉水交通工具110具有弯曲的形状(例如,半椭圆形的或圆顶形的外表面轮廓),所述弯曲的形状例如类似于龟壳的形状。以这种方式,当可潜水的涉水交通工具110在水下行进至部署场所20并且稳定于所述部署场所处时,可潜水的涉水交通工具110的圆顶形形状容许潮汐流F在它上方流动。因此,可潜水的涉水交通工具110上方的水动力(hydrodynamic force)也可以被用来向下按压在交通工具110上,以更好地将所述交通工具锚固于部署场所20处的适当位置中。在各种进一步的实施例中,可潜水的涉水交通工具110可以根据需要包含压载材料116,以平衡、稳定以及通常压低交通工具(例如,以帮助防止交通工具在进水时漂浮)。在一个示例性实施例中,如图1中所示,可潜水的涉水交通工具110可以在交通工具110的前部部分102和后部部分104两者中包含铅坠116。本领域普通技术人员还将理解的是,图1-图6中所示的圆顶形形状仅仅是示例性的,并且根据本公开的涉水交通工具可以具有各种形状和/或使用各种压载材料和技术,而不脱离本公开和权利要求的范围。
如上所述,为了容许涉水交通工具110将部件(亦即,有效负载)运载至部署场所20以及从部署场所20运载所述部件,涉水交通工具110利用固定至涉水交通工具110的至少一个支撑件,例如有效负载支座120。根据各种实施例,有效负载支座120被构造成在第一行驶位置(参见图2和图4)与第二部署位置(参见图3、图5和图6)之间枢转(例如,经由相应的枢轴p)。在各种实施例中,例如,有效负载支座120由控制器106(例如,远程嵌入式控制器106)启动和控制。例如,有效负载支座120为自动化的,并且控制器106被编程为也操作有效负载支座120,比如在感测交通工具的位置、所经过的时间段和/或其它状态之后。然而,在各种附加实施例中,有效负载支座120经由操作员远程启动和控制,比如图40中所示的控制室580中的操作员。以这种方式,有效负载支座可以在交通工具110行驶至部署场所20时承载处于第一流体动力位置(亦即,用来使阻力最小化)中的有效负载部件,然后使有效负载部件旋转至适于部署场所20的第二位置中。
如图2和图3中所示,例如,根据各种示例性实施例,用于部署水电能源系统100的系统还包含钻孔机构130,所述钻孔机构被构造成安装至至少一个有效负载支座120。例如,钻孔机构130为钻130,所述钻可以被部署于部署场所20处以便为水电能源系统钻出孔30。在各种实施例中,例如,钻可以包含海底钻机,如本领域普通技术人员所众所周知的。在各种实施例中,钻130可以硬接线至和/或无线连接至涉水交通工具110的控制器106,以使得控制器106可以启动和控制钻130。在各种附加实施例中,钻130可以无线连接至岸上地点(例如,控制室580或组装场所10处的其它控制设施)并且被远程启动和控制。
如图2中所示,有效负载支座120将钻130保持于第一行驶位置中,在所述第一行驶位置中,所述有效负载支座相对地平行于地面承载钻130,可潜水的涉水交通工具110在行驶至部署场所20时在所述地面上行进。如图3中所示,一旦可潜水的涉水交通工具110稳定于部署场所20处,就使得有效负载支座120旋转以使钻130旋转至直立的第二部署位置,在所述第二部署位置中,所述有效负载支座使钻130上升旋转大约90度以进入钻孔位置(例如,在看到部署时,所述钻孔位置相对垂直于地面)以钻出孔30。在各种实施例中,例如,钻130被构造成将孔30钻至在大约10英尺至大约40英尺的范围内的深度,但是这样的范围为非限制性的并且钻孔的深度可以基于各种因素来确定,比如正在被钻孔的地层的类型、水下流的强度、以及正在被安装的涡轮机的构造。一旦孔30完成,就可以使有效负载支座120旋转以将钻130定位返回至第一行驶位置中,以使得可潜水的涉水交通工具110可以将钻130驱动返回至第一组装地点(亦即,水电涡轮机组装场所10),在所述第一组装地点中,例如,将钻130移除并且将另一个部件安装至至少一个有效负载支座120。
如图4-图6中所示例说明的,例如,根据各种附加实施例,用于部署水电能源系统的系统进一步包含地基结构140。地基结构140包含第一端142和相对的第二端144,所述第一端被构造成安装至至少一个有效负载支座120(参见图4)并且随后安装于钻出的孔30内(参见图5),所述第二端被构造成在部署场所20处与水电涡轮机150联接(参见图6)。地基结构140可以使用各种技术(比如但不限于铸造、模制、三维打印等等)由适于在部署场所20处支撑和锚固水电涡轮机150的任何材料制成。例如,在各种实施例中,地基结构140可以由混凝土铸造而成。在各种附加实施例中,地基结构140具有流线型设计,以更好地容许流体流动F(例如,潮汐流F)在它上方流动。例如,如图7中所示,地基结构140可以具有细长的横截面,以使得横截面的长度比横截面的宽度更长,并且所述横截面的长度通常平行于流体流动F。虽然图7示出倒圆角的矩形横截面,但是也可以设想椭圆形、倒圆角的菱形、以及其它横截面。
如图4中所示,在组装场所10处,地基结构140可以安装至可潜水的涉水交通工具110的第一有效负载支座120,并且水电涡轮机150可以安装至可潜水的涉水交通工具110的第二有效负载支座120。如上所述,有效负载支座120可以分别将地基结构140和水电涡轮机150保持于第一行驶位置中,在所述第一行驶位置中,支座120相对地平行于地面来承载部件,当可潜水的涉水交通工具110行驶至部署场所20时,可潜水的涉水交通工具110在所述地面上行进。如图5中所示,一旦可潜水的涉水交通工具110在部署场所20处被再次稳定,就使得第一有效负载支座120旋转以使地基结构140旋转大约90度以进入第二部署位置中,这使地基结构140上升至部署位置(例如,在部署场所处相对地垂直于地面)中,以将地基结构140安装于先前钻出的孔30内(例如,以将地基结构140的第一端142定位于孔30内)。本公开的各种实施例进一步设想在孔30内填充水泥和/或灌浆材料,以将地基结构锚固于孔30内。
一旦地基结构140被安装于孔30内,如图6中所示,就使第二有效负载支座120旋转以使水电涡轮机150旋转至第二部署位置中,这使水电涡轮机150上升并且转动大约90度以进入部署位置(例如,以使得涡轮机150的基座154相对地垂直于地面)中,以将水电涡轮机150安装于地基结构140上。在各种实施例中,例如,水电涡轮机150的锚固锥端154被构造成接收地基结构140的第二端144(替代地,地基结构140可以接收锚固锥端154)。如图6和图8中所示,以这种方式,地基结构140可以将水电涡轮机150支撑于流体主体中,以使得具有大体平行于涡轮机150的旋转轴线A的方向分量流动的流体流动F可以作用于涡轮机150的叶片152上,以经由叶片152使涡轮机150的转子绕旋转轴线A旋转。一旦水电涡轮机的安装完成,可潜水的涉水交通工具110就可以在不使用时行驶返回至第一组装地点或用于储存的其它地点。
如本领域普通技术人员将理解的,本公开所设想的用于部署水电能源系统的系统100可以具有各种构造和/或数量的支座和其它装置,用于在第一地点与第二地点之间来回运载有效负载并且在部署场所20处部署这样的部件;图1-图6中所示的包含有效负载支座120的系统100仅仅为示例性的。例如,本公开的各种附加实施例例如设想包含仅一个有效负载支座120的系统100,以使得涉水交通工具110必须进行独立的行程来运载和部署地基结构140和水电涡轮机150。虽然各种进一步的实施例设想系统100包含两个或更多个有效负载支座,以使得涉水交通工具110仅需要进行去往部署场所20的一次行程(亦即,系统100被构造成在一次行程中钻出孔30并且部署整个水电能源系统)。本领域普通技术人员将进一步理解的是,根据示例性实施例的有效负载支座可以具有各种结构,比如夹具等等,以牢固地保持带被驱动且部署于水下场所处的各种有效负载部件。
如图10-图18中所示,在又一个示例性实施例中,用于部署水电能源系统的系统200、300和方法可以包含有效负载支座,所述有效负载支座具有用于安装和部署有效负载构件(例如,钻孔机构(比如海底钻230、330)、地基结构340、和/或水电涡轮机350)的伸缩式构件。如图10-图14中所示,这样的伸缩式支座220、320可以缩回至交通工具的主体中并且能够从交通工具的主体伸出以分别容许承载位置和部署位置。系统可以进一步包含在伸缩式系统220、320的第一连杆221、321的远侧端处的枢转操作杆臂222、322,以在与第一连杆221、321平行的用于缩回的位置与相对于第一连杆221、321垂直的用于部署的位置之间枢转。如本领域普通技术人员将理解的,这样的实施例可以进一步包含各种类型的紧固/夹持机构,以使得伸缩式支座220、320可以牢固地将有效负载部件运载至部署场所或从部署场所运载所述有效负载构件。
现在参考图13-图18,可潜水的涉水交通工具310可以包含在交通工具310的不同位置处的第一伸缩式部署系统320、第二伸缩式部署系统325、以及伸缩式抓持臂360。例如,在可潜水的涉水交通工具310的去往部署场所20的第一次行程中,交通工具310可以利用第一伸缩式部署系统320来部署钻330,以在部署场所20处钻出孔30(参见图13)。在第二次行程中(例如,在交通工具310使钻330返回至组装场所10并且将地基结构340运送至部署场所20之后),交通工具310然后可以利用第一伸缩式部署系统320来将地基结构340安装于孔30内(参见图14)。在第三次行程中(例如,在交通工具310返回至组装场所10并且将水电涡轮机350运送至部署场所20之后),交通工具310可以利用伸缩式抓持臂360来闩锁至地基结构340上(例如,以相对于地基结构340固定交通工具310),并且利用第二伸缩式部署系统325来将涡轮机350定位和安装于地基结构340的顶部上(参见图15-图18),如以上参考图6所描述的那样。
现在参考图19-图43的实施例,根据本公开的各种附加实施例,示出用于使用具有工业拖运和倾卸卡车类型构造的可潜水的涉水交通工具来部署水电能源系统的各种系统。用于部署水电能源系统的系统400、500、600、700可以包含可潜水的涉水交通工具410、510、610、710,所述可潜水的涉水交通工具被构造成自身潜入水中并且行驶至水体40(参见图40)下的部署场所20。系统400、500、600、700还包含固定至涉水交通工具410、510、610、710的至少一个安装组件420、520、620、720,其中在系统400、500、600、700的实施例中的每个中示出一个安装组件。例如,如图22中所示,并且如下文将进一步详细描述的,安装组件420、520、620、720被构造成在第一位置与第二位置之间转变,所述第一位置用来将有效负载(例如具有锚固锥端455、555的水电涡轮机450、550)运载至部署场所20,所述第二位置用来定向和部署有效负载(在部署场所20处)。
例如,本公开的各种实施例设想利用重型挖掘卡车的整个主体和提升机构,所述重型挖掘卡车例如为,用于矿坑矿山的矿用卡车,包含但不限于Caterpillar公司制造的Caterpillar 797和785。然而,本公开的系统和方法设想可以利用各种类型的超级级别的托运卡车的整个主体和提升机构,包含但不限于:Komatsu美国公司制造的Komatsu960E-1和980E-4;BelAZ制造的BelAZ 75600和75710;Bucyrus国际公司制造的Bucyrus MT6300AC;以及Liebherr制造的Liebherr282B。例如,这样的卡车可以用支撑件420、520、620、720以及上面参考本文中所描述的可潜水的涉水交通工具510的示例性实施例描述的自主部件和控制器来改装。例如,根据各种实施例,可潜水的涉水交通工具510可以例如利用卡车的轮胎、车轮、悬架系统、车架、制动器、以及各种传动系部件;同时用支撑件520以及自主构件和控制器替换卡车的乘用驾驶舱、柴油发动机、燃料系统、以及倾卸底座。本公开设想的是,例如,可潜水的涉水交通工具510可以从电池(例如,封闭于加压室中的电池)获取它的能量,所述能量可以根据需要转换成液压压力,并且可以由电动液压马达或电动马达(例如,如图37中所示的568)推进。
例如,如图19-图43的实施例中所示例说明的,在各种示例性实施例中,可潜水的涉水交通工具410、510包括:定位于交通工具410的第一端(例如,前端)401、501处的第一组轮413、513;以及定位于交通工具410、510的第二端(例如,后端)402、502处的第二组轮413、513。涉水交通工具410、510还包含底盘411、511,所述底盘沿着交通工具410、510的纵向轴线A(参见图21、图27和图29)在第一和第二组轮413、513之间延伸。或许如在图19-图22的实施例中最好地示出的,图19-图22示出交通工具410的多个不同视图,在各种示例性实施例中,第一组轮413(例如,位于交通工具410的前部处的轮)包括两个轮413,第一组轮413中的一个轮413定位于底盘411的每侧上。并且第二组轮413(例如,位于交通工具410的后部处的轮)包括四个轮413,第二组轮413中的两个轮413定位于底盘411的每侧上。
然而,本领域普通技术人员将理解的是,类似于重型挖掘卡车的上述涉水交通工具410、510仅仅为示例性的,并且利用各种类型和构造的推进系统的各种其它类型的交通工具可以被改装成能够潜水的并且具有如在本文中所公开的支撑件以及自主部件和控制器,并且所述各种其它类型的交通工具可以被用来根据本公开的各种示例性实施例部署有效负载。如图42的实施例中所示,例如,在各种进一步的实施例中,可潜水的涉水交通工具610可以包含履带613(例如caterpillar式履带或坦克履带)来取代轮。例如,当车辆需要在软土上行进时,这样的履带系统可以被用作轮的替代品。类似于交通工具410、510,交通工具610还包含固定至履带613的底盘611,以使得底盘沿着交通工具610的纵向轴线A在交通工具610的第一端601与交通工具610的第二端602之间延伸。
如参考图23-图32中的系统500所示,根据一个实施例,安装组件520包含提升框架514、至少部分地定位于提升框架514内的滑动框架516、以及固定至滑动框架516的有效负载载架518。在各种实施例中,例如,安装组件520以及它的组成部件(亦即,提升框架514、滑动框架516、以及有效负载载架518)可以由金属或复合材料制成,而在各种附加实施例中,安装组件520以及它的部件可以为三维打印的、或者经由增材制造形成的。本领域普通技术人员将理解的是,在不脱离本公开和权利要求的范围的情况下,可以使用各种工艺和各种材料来制造安装组件520(包含提升框架514、滑动框架516、以及有效负载载架518)。
参考图24,提升框架514包括基座515,其中保持板521从基座515的每个侧向侧的顶部部分侧向向内地延伸。在一个示例性实施例中,板521从基座515的每侧的顶部延伸大约两英尺,以形成相对于提升框架514保持滑动框架516(参见图23)的盒状结构。现在参考图25,滑动框架516包括中空的盒状结构,所述盒状结构被构造成滑入和滑出提升框架514。以这种方式,如图23中所示,安装组件520可以像“火柴盒”一样工作,其中提升框架514像外盒一样运行并且滑动框架516像内盒一样运行。在各种实施例中,例如,滑动框架516具有三个中空室528,包含夹在两个密封(亦即,非淹没)室528之间的中心淹没室528。淹没室528可以例如具有容置伸缩式液压提升机构522的开口,所述伸缩式液压提升机构在提升框架514与滑动框架516之间延伸并且被构造成使滑动框架516相对于提升框架514滑动(亦即,使滑动框架516滑入和滑出提升框架514)。以这种方式,当交通工具510潜入水中时,淹没室528被水(例如,海水)淹没。
在各种附加实施例中,滑动框架516具有三个密封室528(例如,中心室528也是非淹没室)。在该实施例中,如图45中所示,伸缩式液压提升机构(例如,5级伸缩式液压缸532)定位于滑动框架516外部,例如,定位于细长盒531内,所述细长盒531可以替代地被淹没。盒531例如被固定至提升框架514的基座515和滑动框架516的端部536。如图45中所示,盒531例如被构造成容纳处于完全缩回位置的液压缸532(例如,当滑动框架完全处于提升框架内时)。在各种实施例中,例如,为了使细长盒531的尺寸最小化,所述细长盒仅略大于完全缩回的缸532,例如,仅为大约2英尺长。以这种方式,为了使滑动框架516相对于提升框架514滑动(亦即,使滑动框架516滑入和滑出提升框架514),缸532从盒531向外伸出(亦即,以推动滑动框架516)以及缩回至盒531中(亦即,以拉动滑动框架516)。根据各种实施例,例如,缸532可以在完全伸出时沿着提升框架514将滑动框架516向下推动大约10英尺,然后在缩回时可以沿着提升框架514将滑动框架516向上拉动返回至它的原始位置。然而,本领域普通技术人员将理解的是,盒531和缸532的尺寸和构造仅仅为示例性的,并且可以基于给定的应用(例如,基于给定的提升/滑动框架组件的尺寸和构造以及缸为了部署有效负载而必须沿着提升框架向下推动滑动框架的距离)来调节。
为了便于使滑动框架516相对于提升框架514滑动,在各种示例性实施例中,提升框架514可以具有被定位成减少提升框架514和滑动框架516的表面之间的摩擦的润滑衬垫525或涂层,例如,固定至(经由涂层或其它固定的衬垫)提升框架514的内表面和/或滑动框架516的外表面的热塑性材料525。例如,在各种实施例中,Vesconite材料板525可以固定至提升框架514的内表面和/或滑动框架516的外表面。然而,本领域普通技术人员将理解的是,各种材料、方法和/或技术可以与上述的伸缩式液压提升机构522和热塑性材料525结合或作为它们的替代来用于使滑动框架516相对于提升框架514滑动。此外,所示的提升框架514和滑动框架516仅为示例性的,并且可以各自具有可以相对于彼此运动的各种设计和/或构造,而不脱离本公开和权利要求的范围。本公开的各种附加实施例设想,例如,经由轮和轨道组件(比如过山车上所使用的那些)来使滑动框架516相对于提升框架514运动。例如,每个轮组件具有三个轮。对于使用这样的轮和轨道构造的示例性提升框架814/滑动框架816组件,参考图44。如图44中所示,例如,在各种示例性实施例中,这样的构造可以包含经由轮组件821可运动地固定至轨道819的轮式推车818。
如图23和图26A-图26C中所示例说明的,有效负载载架518被固定至滑动框架516的顶部并且被构造成承载有效负载,例如具有锚固锥端555的水电涡轮机550。如在图26B的底视图中最好地示出的,有效负载载架518可以具有篮状形状,所述篮状形状被构造成支撑水电涡轮机550并且包含用于锥端555的开口519。如图26A和图26C中进一步示例说明的,根据各种实施例,支撑件520还可以包含锥端支架512和夹持机构529,它们各自邻近于载架518中的开口519固定至滑动框架516。夹持机构529可以例如包含一对液压臂523,每个液压臂在其端部处具有夹持器爪521(参见图33)。如图26C和图33中所示,以这种方式,臂523可以定位于锥端支架512的彼此相对的侧上,以使得当涉水交通工具510承载和部署涡轮机550时(参见图27-图32),夹持器爪521可以牢固地保持涡轮机550的锚固锥端555。如下文进一步描述的,一旦水电涡轮机550被完全部署,例如,锚固锥端555被植入并且灌浆(参见图36)至部署场所20处的预钻出的孔30中,夹持器521就可以打开以释放锥端555(参见图33),从而从支撑件520释放涡轮机550(参见图34)。
如本领域普通技术人员将理解的,有效负载载架518、锥端支架512、和夹持机构529可以根据预期部署应用的需要来设置尺寸和构造。以这种方式,可以根据需要切换这些组成部件,以部署不同类型和尺寸的有效负载(例如,具有不同直径的涡轮机550和锥端555的不同尺寸的水电能源系统)。例如,不同的组件(包含载架518、支架512、以及夹持机构529)可以基于给定的部署应用而附接至安装组件520的滑动框架516。本领域普通技术人员将理解如何设计这样的部件以合适地配合预期的有效负载。
现在参考图27-图34,如上所述,安装组件520被构造成在第一位置与第二位置之间转变,所述第一位置用来将有效负载(例如,水电涡轮机550和锥端555)运载至部署场所20(参见图27),所述第二位置用来定向有效负载以用于部署场所20处部署(参见图29-图34)。在各种实施例中,例如,安装组件520的提升框架514在交通工具510的第二端502处经由第一铰链H1可枢转地附接至交通工具510的底盘511。伸缩式液压提升机构517也在底盘511与提升框架514之间延伸,并且经由第二铰链H2可枢转地附接至提升框架514。以这种方式,在到达部署场所20时,如图27-图29中顺序地示出的,液压提升机构517被构造成使提升框架514绕第一和第二铰链H1和H2枢转,以使提升框架514在第一水平位置(参见图27)与第二竖直位置(参见图29)之间转变,在所述第一水平位置中,提升框架514平行于交通工具510的纵向轴线A,在所述第二竖直位置中,提升框架514垂直于纵向轴线A。换句话说,在到达部署场所20时,交通工具510可以像倾卸卡车的基座一样使提升框架514朝向交通工具的第二端(亦即,后端)502向上枢转,以便将由提升框架514承载的水电涡轮机550和锚固锥端555定向于部署场所20处的地面中的预钻出的孔30上方。
如上所述,安装组件520还包含在提升框架514与滑动框架516之间延伸的伸缩式液压提升机构522。以这种方式,一旦提升框架处于第二竖直位置(亦即,使得附接至滑动框架516的水电涡轮机550和锚固锥端555被定向于孔30上方),如图29-图31中顺序地示出的,伸缩式液压提升机构522被构造成使滑动框架516相对于提升框架514滑动,以使得滑动框架516在第一竖直位置(参见图29)与第二竖直位置(参见图31)之间转变。换句话说,一旦涡轮机550的锚固锥端555被定向于孔30上方,滑动框架516就滑出提升框架并且朝向地面滑动,以将锚固锥端555降低至孔30中。
一旦锚固锥端555被植入并且固定于孔30内,如图32-图34中顺序地示出的,安装组件520的夹持机构512随后就被启动以从滑动框架516释放水电涡轮机550。如上文所讨论的,夹持机构512的夹持器521可以打开以释放锚固锥端555(参见图33),从而也释放涡轮机550。涉水交通工具510然后可以向前行驶,以使水电涡轮机550与有效负载载架分离(参见图34)。
本领域普通技术人员将理解的是,参考系统500和图27-图34的实施例所描述的上述部署步骤仅为示例性的,并且本申请中所公开的用于部署水下有效负载的方法可以由各种部署系统执行,所述各种部署系统用来部署各种类型的水下有效负载,并且可以采用利用各种附加组成部件的各种附加步骤。例如,在各种实施例中,涉水交通工具510还可以包含用于在部署场所20处调平和稳定交通工具510的电动液压系统。如图35中所示,电动液压系统可以包含定位于交通工具510的第一和第二端501和502中的每个处、例如定位于交通工具510的每个角落处的调平用千斤顶535(在图35的视图中仅一个千斤顶可见)。
在各种附加实施例中,交通工具510可以进一步包含注射灌浆系统,用于在涡轮机550的部署期间将灌浆材料泵送至孔30中,以将锚固锥端555锚固于孔30内。如图36中所示例说明的,例如,交通工具510可以包含注射灌浆泵540,所述注射灌浆泵可以经由穿过支撑件520和锚固锥端555的导管545而流体地联接至锚固锥端555中的注射灌浆端口546。
此外,尽管上述的部署方法讨论将有效负载(例如,水电涡轮机550)部署至预钻出的孔30(例如,在涉水交通工具510到达之前钻出的孔)中,如以上参考图1-图6的实施例所讨论的,但是本公开的各种实施例还设想包含钻孔机构的部署系统,以使得交通工具510也可以将钻孔机构运载至部署场所20以钻出孔30。如图41中所示,例如,钻孔机构可以安装至交通工具510的第一端(例如,前端)501,并且可以例如为海底钻机530,如本领域普通技术人员所已知的。在各种实施例中,钻机530可以硬接线至和/或无线连接至涉水交通工具510的远程嵌入式控制器506,以使得控制器506可以启动和控制钻孔机构530。在各种附加实施例中,钻530可以无线连接至岸上地点或船只(例如,控制室580)并且可以经由例如远程控制器586远程启动和控制。
本领域普通技术人员还将理解的是,利用示例性的水电涡轮机150、550的完整水电能源系统可以具有各种附加的组成部件,比如输电线路和动力输出部件,所述组成部件连接至例如能量网,在本公开中未示出和描述所述能量网。因此,系统100、500可以被构造成将水电涡轮机150、550的输电线路(未示出)连接至能量网电缆(未示出)。在各种实施例中,例如,根据示例性实施例的涉水交通工具可以包含机器人臂(未示出),以将输电线路连接至能量网电缆和/或以执行需要多自由度运动的其它功能。此外,本领域普通技术人员将理解的是,本公开的涡轮机可以被构造成以各种变化的流体流动方向运行(如图5-图8中示出的流体流动F的多向箭头所示),并且被构造成在例如潮汐流以及来自仅一个方向的流(如河流)的退潮和流动的情况下运行。
因此,如本领域普通技术人员将理解的,尽管参考经由潮汐流生成能量而大体描述了本公开,但是本文中所公开的部署系统和方法适用于在广泛围的流体流动应用中部署涡轮机和水电能源系统,包含但不限于海洋和潮汐环境、河流、和溪流、以及除水之外的流体。
本说明书和示出示例性实施例的附图不应当被视为限制性的。在不脱离本说明书和权利要求(包含等同物)的范围的情况下,可以进行各种机械、组成、结构、电气、以及操作的改变。在一些情况下,没有详细示出或描述众所周知的结构和技术,以免混淆本公开。此外,只要切实可行,参考一个实施例详细描述的元件以及它们的相关特征就可以被包含于其中它们没有被具体示出或描述的其它实施例中。例如,如果一个元件被参考一个实施例详细描述而没有被参考第二实施例描述,则所述元件仍然可能被包含于所述第二实施例中。
应当注意的是,当在本文中使用时,单数形式“一”、“一个”和“所述”以及任何单词的任何单数使用包含复数个指代物,除非明确地且毫不含糊地被限于一个指代物。当在本文中使用时,术语“包含”以及它的语法变体旨在为非限制性的,以使得对列表中的项目的列举不排除可以被替换或添加至所列举的项目的其它类似项目。
进一步,本说明书的术语不旨在限制本公开。例如,空间相对术语-比如“上游”、“下游”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”、“前方”、“前”、“后面”等等可以被用来描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系,如以图的取向所示。除了图中所示的位置和取向之外,这些空间相对术语旨在包含使用或操作中的装置的不同的位置和取向。例如,如果装置在图中被倒置,则被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将位于其它元件或特征“上方”或“之上”。因此,示例性术语“下方”可以包含上方和下方的位置和取向。装置可以被以其它方式定向(旋转90度或以其它取向),并且本文中所使用的空间相对描述符被相应地解释。
相对于本文中的公开内容,进一步的修改和替代实施例对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。例如,系统可以包含为了操作清楚而从附图和描述省略的附加部件。因此,本说明书仅被解释为示例说明性的,并且是为了教导本领域技术人员实现本公开的系统和方法的一般方式。应当理解的是,本文中所示出和描述的各种实施例应当被理解为示例性的。元件和材料、以及这些元件和材料的布置可以代替本文中所示出和描述的那些,部件和过程可以被颠倒,并且本教导的某些特征可以被独立使用,所有这些对于受益于本文中的描述的本领域技术人员而言将是显而易见的。在不脱离本公开的范围的情况下,可以对本文中所描述的元件进行改变。
应当理解的是,本文中所阐述的特定的示例和实施例为非限制性的,并且在不脱离本公开的范围的情况下,可以对结构、尺寸、材料以及方法进行修改。考虑本文中所公开的本发明的说明书和实践,根据本公开的其它实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和示例仅仅被认为是示例性的,并且被赋予它们的全部范围(包含等同物)。
Claims (30)
1.一种用于在水下的部署地点处部署有效负载的方法,所述方法包括:
使可潜水的涉水交通工具潜入水体中,所述可潜水的涉水交通工具承载有效负载;
当所述可潜水的涉水交通工具承载处于第一位置中的所述有效负载时,使所述可潜水的涉水交通工具行驶至水体下的部署地点;
在所述部署地点处,使所述有效负载从所述第一位置运动至第二位置;以及
在所述部署地点处将所述有效负载从所述第二位置部署至部署位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述可潜水的涉水交通工具潜入水中包括使所述可潜水的涉水交通工具从陆地上的地点行驶至所述水体中。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述可潜水的涉水交通工具潜入水中包括使所述可潜水的涉水交通工具从船只下降至所述水体中。
4.根据权利要求1所述的方法,进一步包括,在部署所述有效负载之后,使所述可潜水的涉水交通工具从所述部署地点行驶至陆地上的地点。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法,其特征在于,使所述可潜水的涉水交通工具行驶包括使所述可潜水的涉水交通工具自主行驶。
6.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:
在所述部署地点处,将所述可潜水的涉水交通工具从用于行驶的第一构造转变为用于部署的第二构造;
当处于所述用于部署的第二构造中时,启动承载所述有效负载的安装系统以使所述安装系统在第一位置与第二位置之间转变;
在所述部署地点处部署所述有效负载;以及
在所述有效负载的部署之后,将所述可潜水的涉水交通工具从所述用于部署的第二构造转变为所述用于行驶的第一构造。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,将所述可潜水的涉水交通工具从所述第一构造转变为所述第二构造包括降低所述可潜水的涉水交通工具的主体。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述部署地点为所述水体下的地层,并且所述方法进一步包括,当处于所述用于部署的第二构造中时,通过将所述可潜水的涉水交通工具锚固至所述地层来稳定所述可潜水的涉水交通工具。
9.根据权利要求1所述的方法,进一步包括使用由所述可潜水的涉水交通工具所承载的钻在所述部署地点处钻出孔。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在所述部署地点处待部署的有效负载包括水电涡轮机和地基结构,所述方法进一步包括:
将所述地基结构插入至所述孔中;以及
将所述水电涡轮机联接于所述地基结构上。
11.根据权利要求9-10中的任一项所述的方法,进一步包括将灌浆材料从所述可潜水的涉水交通工具注射至所述孔中。
12.一种用于在水下地点处部署有效负载的系统,所述系统包括:
可潜水的涉水交通工具,所述可潜水的涉水交通工具被构造成行驶至在水体下的地层处的部署地点;以及
至少一个有效负载安装装置,所述至少一个有效负载安装装置固定至所述可潜水的涉水交通工具,所述有效负载安装装置被构造成在第一位置与第二位置之间转变,所述第一位置用来将所述有效负载运载至所述部署地点,所述第二位置用来定向所述有效负载以用于在所述部署地点处部署。
13.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,所述可潜水的涉水交通工具为自主式交通工具。
14.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,所述可潜水的涉水交通工具具有空气动力学外表面轮廓。
15.根据权利要求14所述的系统,其特征在于,所述外表面轮廓为圆顶形的。
16.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,所述可潜水的涉水交通工具能够在用于行驶的第一构造与用于部署的第二构造之间转变。
17.根据权利要求16所述的系统,其特征在于,所述可潜水的涉水交通工具进一步包括提升机构,所述提升机构被构造成提升和降低所述可潜水的涉水交通工具,以使所述可潜水的涉水交通工具在所述第一构造与第二构造之间转变。
18.根据权利要求17所述的系统,其特征在于,所述提升机构包括多个轮。
19.根据权利要求18所述的系统,其特征在于,所述多个轮能够在用来在支撑表面上提供滚动接触的部署位置与进入所述可潜水的涉水交通工具的主体中的缩回位置之间转变。
20.根据权利要求16所述的系统,进一步包括锚固机构,所述锚固机构能够在所述可潜水的涉水交通工具的第二构造中部署,以相对于所述部署地点稳定所述可潜水的涉水交通工具。
21.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,所述有效负载包括水电涡轮机,所述水电涡轮机包括锚固锥端,以将所述水电涡轮机锚固于在所述部署地点处的水体的地层中的孔中。
22.根据权利要求21所述的系统,其特征在于:
在所述有效负载安装装置的所述第一位置中,所述有效负载安装装置保持所述水电涡轮机,以使得所述锚固锥端的纵向轴线大体平行于所述孔所在的地层的表面,以及
在所述有效负载安装装置的所述第二位置中,所述有效负载安装装置保持所述水电涡轮机,以使得所述锚固锥端的纵向轴线大体垂直于所述孔所在的地层并且被定向成被接收于所述孔中。
23.根据权利要求22所述的系统,其特征在于,所述至少一个有效负载安装装置包括:
提升框架;
滑动框架,所述滑动框架被构造成滑入和滑出所述提升框架;以及
固定至所述滑动框架的有效负载载架,所述有效负载载架被构造成承载所述水电涡轮机。
24.根据权利要求23所述的系统,其特征在于,所述至少一个有效负载安装装置进一步包括夹持机构,所述夹持机构被构造成可释放地夹持所述锚固锥端。
25.根据权利要求23所述的系统,其特征在于,所述至少一个有效负载安装装置进一步包括润滑衬垫或涂层,所述润滑衬垫或涂层被定位成减少所述提升框架的表面与所述滑动框架的表面之间的摩擦。
26.根据权利要求25所述的系统,其特征在于,所述润滑衬垫或涂层包括Vesconite材料。
27.根据权利要求23所述的系统,进一步包括可枢转地联接至所述提升框架的第一伸缩式液压提升机构,所述第一伸缩式液压提升机构被构造成使所述提升框架枢转以使所述提升框架在第一水平位置与第二竖直位置之间转变,在所述第一水平位置中,所述提升框架平行于所述纵向轴线,在所述第二竖直位置中,所述提升框架垂直于所述纵向轴线。
28.根据权利要求27所述的系统,进一步包括在所述提升框架与所述滑动框架之间延伸的第二伸缩式液压提升机构,所述第二伸缩式液压提升机构被构造成使所述滑动框架相对于所述提升框架滑动,以使所述滑动框架在第一竖直位置与第二竖直位置之间转变。
29.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,所述可潜水的涉水交通工具包括履带以使所述可潜水的涉水交通工具运动。
30.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,所述至少一个有效负载安装装置包括可运动地固定至轨道的轮式推车,所述轨道能够从在所述有效负载安装装置的所述第一位置中、平行于所述地层的一位置运动至在所述有效负载安装装置的所述第二位置中、垂直于所述地层的第二位置。
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