CN1894501A - 铰接式假海床 - Google Patents

Abstract

一种支撑系统，其用于支撑至少一个水动涡轮机(1)，该涡轮机在工作时被浸没到水流的水柱中，该系统的特征在于：其具有一承台或浮箱(3)，其具有一固有的浮力，该浮力使得承台或浮箱(3)在浮力复原的条件下能经过水柱上浮，且系统被设置成使得相关的一个或多个涡轮机(1)可被升高到所述水柱表面的上方，以便于接近涡轮机以进行维护保养。

Description

铰接式假海床

技术领域

本发明涉及一种用于支撑涡轮机的结构，其中的涡轮机被布置成浸没到水流中，并由水流动的动能进行驱动。

背景技术

在属于申请人的英国专利GB 2256011B、GB 2311566B、GB2347976、GB 2348250B以及英国专利申请GB 2396666和GB 2400414中，申请人已经公开了属于水动涡轮机的构造，即：将一个或多个转子支撑在海洋、河流、或河口的水柱中，以使得水流的流动能转动转子，从而产生出电力或轴功率，以服务于所需的目的。如何基于这些目的使用涡轮机的技术是公知的，另外，支撑这些涡轮机的各种结构也是已知的，上述文件已对此进行了描述。

具体而言，本发明涉及这样的内容：为将要从水流中获取动能的涡轮机提供支撑结构；该结构能承载仅一台涡轮机或多台涡轮机。优选地是，所涉及的涡轮机是轴流型(即螺旋桨型)的，但也可以是横流式涡轮机(在原理上类似于Darrieus型风力涡轮机)，后者被安装成使得转轴为垂直定向或者为水平定向，但垂直于水流的方向，或者，该涡轮机实质上可以是任何类型的、实用的动能转换装置。

本发明涉及的是对涡轮机转子的支撑，涡轮机转子的类型对于本发明的新颖性而言并不重要，因而，在实际工作中，优选地是采用性价比最高、效率最好的涡轮机类型。

顺便指出的是：当涡轮机或(任何类型的)动能转换装置以由水流流动进行驱动的方式工作时，其从流动中获取能量，使得流经的水的动量减小，这反过来就使得涡轮机受到很大的反作用力，该反作用力自身主要表现为作用在流动方向上(即水平方向上)的推力，且与流经转子的平均速度的平方成比例。

发明内容

本发明一个特别的目的是提供一种支撑结构，在下文中，其被称为“铰接式假海床”，该结构的具体目的是为了(在海洋、河流或河口中，视情况而定)支撑水流涡轮机。

本发明的另一个目的是提供能支撑一个或多个水动涡轮机转子系统的结构，其中的涡轮机转子系统例如是已在如下专利文件中公开的类型：属于申请人的英国专利GB 2256011B、GB 2311566B、GB2348250B以及英国专利申请GB 2396666和GB 2400414。但是，本发明还可被应用于其它任何类型的转子，只要其能被流动的水进行驱动、并以此方式驱动发电机进行发电或带动其它一些有用的用途(例如泵或压缩机)即可。最为一般地是，所述转子可以是如下类型：

-轴流型或螺旋桨型(即转子转动所围绕的轴线与流动方向大致上对齐)；

-横流型(或Darrieus型)(转子转动所围绕的轴线被设置成基本上垂直于流动方向，且通常为垂直定向，但也可以是水平定向)。

所述的涡轮机转子不论为何种类型，都被完全浸没到流动水流的水柱中，且不论该水柱是处于海洋、河流中，还是处于河口中，涡轮机转子按照下文将要描述的各种方式来满足上述的要求。也就是说，在正常工作的整个过程中，所有活动部件都要保持完全潜没的状态。

但是，本发明的一个重要目的是提供这样的装置：利用该装置，转子和其它重要的运动部件—例如传动系能被完全升高到水面之上，以便于从水面船只安全而有效地接近这些部件，以对所述部件进行安装、维护、修理和更换。在本文中，“传动系”一词是指被转子驱动以产生出电力、对水进行泵送、或完成其它有用用途的部件；例如，在第一种情况下，传动系通常可以由与发电机相联的齿轮箱或增速器构成，其作用在于将涡轮机转子的慢速转动变换到有效发电所需的速度。

本发明的另一个目的是利用能量收集转子在快速移动的水流中横扫过尽可能大的横截面积(原因在于：总的能量俘获能力与转子所能探及的水流横截面积成正比)。本发明再一个目的是将转子定位在水柱中尽可能高的位置上，以便于接近流动速度最快的水流(由于速度最快的水流趋于位于水柱的上半部分)。因而，在本发明的大部分实施方式中，希望将多个转子在下文将要描述的支撑结构上布置成水平的一行，该水平行与流动方向垂直。但是，在特定的场合中，本发明也可被应用在仅有单个涡轮机转子的情况。

此外，在存在潮汐流的地点，流动通常是双向性的，在涨潮时水流在一个方向上流动，而在退潮时则在相反方向上流动。因而，本发明另一个重要的目的是使支撑结构以及支撑于其上的转子在被应用到海洋或河口潮汐流的场合中时能同样有效地利用来自于两相反方向的水流进行工作。

根据本发明的第一方面，本申请提供了一种支撑系统，其用于支撑至少一个水动涡轮机，该涡轮机在工作时被浸没到水流的水柱中，该系统的特征在于：具有一承台(deck)或浮箱，其具有一固有的浮力，从而如果希望将相关的一个或多个涡轮机升高到水面的上方时，该承台或浮箱适于漂浮起来。

根据本发明的第二方面，本申请提供了一种支撑系统，其用于支撑至少一个水动涡轮机，该涡轮机在工作时被浸没到水流的水柱中，该系统的特征在于：具有一承台或浮箱，其具有一固有的浮力，该浮力应使得承台或浮箱在浮力复原(reduction)的条件下能经过水柱上浮，且系统被设置成使得相关的一个或多个涡轮机可被升高到所述水柱表面的上方。

优选地是，支撑系统的特征在于固有漂浮性的承台或浮箱在水平面内的横截面为矩形。

优选地是，承台或浮箱具有一平滑表面，该表面近似为具有圆形拐角的矩形或者边缘略微弯曲的平面形式(即当从正上方进行观察时)。

在一种优选的设置形式中，所述矩形承台或浮箱的结构不会出现不利的挠曲运动，这样的设置能达到足够的结构完整性，从而不会出现过度的弯曲。

优选地是，承台或浮箱的上表面表现为平整而光滑的表面，其紧邻地位于安装在其上的涡轮机或涡轮机行列的下方，相比于水流流过自然海床基本上粗糙而不平整的表面时的情况，承台或浮箱此上表面的存在有利于增强水流流过承台或浮箱表面时的平顺性，

方便地是，平滑表面可作为支撑结构，且通过在涡轮机或涡轮机行列的紧邻下方提供了一个平整而光滑的表面而起到了“假海床”的作用，这样的设置使得其与流过自然海床基本上粗糙而不平整的表面的情况相比增强水流流过其表面时的平顺性。

在考虑本发明特定实施方式的细节情况之前，要顺便指出的是：当涡轮机或(任何类型的)动能转换装置以由水流流动进行驱动的方式工作时，其从流动中获取能量，使得流经的水的动量减小，这反过来就使得涡轮机受到很大的反作用力，该反作用力自身主要表现为作用在流动方向上(即水平方向上)的推力，且与流经转子的平均速度的平方成正比。

该现象是物理定律的结果，其来源于动量从流水向运动的涡轮机部件的转移，而且不论使用何种类型的涡轮机转子都会发生该现象。尽管在某些条件下—例如由负载缺失而造成的所谓“飞车”状况下，即使涡轮机并未向涡轮机轴输出很多功率—或者实质上未输出任何功率，也能产生很大的推力，但一般而言，涡轮机转子的功率和效率越高，需要承受的作用力越大。这一状况自然是如下事实的直接后果：将转子保持在位置上所需的作用力是传递给涡轮机转子的、以便于对其进行转动的作用力的反作用力，该作用力反过来可被用来衡量涡轮机产生轴功率的效能。

此外，在实际情况下，任何这样的涡轮机都将经受许多次循环载荷，这些循环载荷是由一些现象造成的，这些现象例如是紊流的作用、行波、水柱中的速度切变(即在深度方向上的速度变化)、以及涡旋脱离，所有这些现象都会对支撑结构施加波动变化的疲劳载荷。需要能耐受这些波动载荷，以实现足够的结构完整性。因而，对于任何这样的涡轮机，一项重要的要求就是：在运动的水柱中，获取能量的转子必须要借助于一种结构牢固地保持就位，其中的结构具有足够的强度储量，以抵御作用在转子上的静作用力以及动态作用力。

本发明的成功在于提供了一种这样的结构，在实际情况下，一些其它的常规需求使得该结构变得复杂，也就是说：

-由存在于水柱中的支撑结构所产生的尾流不应过分地影响流经一个或多个转子的水流(或者其将降低所述转子的效率)。事实上，该结构优选地需要被设计成其尾流完全绕过转子；

-该结构的制造成本应当尽可能地经济，以便于降低系统的成本；

-需要用实用且高性价比的方法将支撑结构安装到水流很强的地点处；

-需要用实用且高性价比的方法将一个或多个涡轮机转子安装到支撑结构上，且可在后来接近一个或多个转子及其相连的传动系，以便于进行维护保养，或者在必要时对它们进行修理或更换；

-需要为最终的拆除作一些设计，其中，最终的拆除是为了对支撑结构进行修理、更换或报废拆除。

为水流涡轮机提供支撑结构会涉及到许多更细节性的考虑因素，这些因素包括如下的方面：

首先，应当指出的是，在水流速度很高的地点处，水柱中的流动状况随深度而变化，使得最大速度趋于靠近水面。与此相反，水柱中靠近海床(或河口、河流底部)的下部水流的运动速度要慢得多。此外，海洋、河流、或河口底床上任何不平整的自然特征物都会对靠近海床的水流造成干扰，并形成额外的紊流，底床的自然形貌越不平整、越粗糙，流动缓慢的下部紊流层的厚度越大。

其次，需要指出的是，为了利用所提议类型的涡轮机转子有效且可靠地从水流中获取动能，希望流经所述转子的水流具有尽可能均匀的速度，并以尽可能快的速度流动，且湍流度尽可能地低，其中，此处的速度均匀性是针对于转子所横扫过的面积而言的。换言之，希望具有将活动的转子定位在速度最快、速度最均匀、且不带有紊流的水流中的装置，防止转子横切过任何边界层或尾流，其中的尾流是由水流流过不平整的海洋、河流或河口的底床而形成的。还很重要的是：支撑任何此类转子的结构能在将要经历的、最为极端的静力和动态力作用下坚持很多年。

第三，另一项重要的考虑在于：浸没在水柱水流(不论是处于海洋、河流、还是河口中)中的任何装置都需要定期地进行维护、修理或改换。而不论是对于穿着深潜设备的人员、还是对于遥控的水下作业车(ROVs)，在流速很快的水流中执行水下作业都是非常困难、甚至是不可能的。因此，本发明所关注的基本问题是，提供用于接近需要进行维护或修理的所有器件的装置，其中的器件尤其是涡轮机转子和/或水翼以及机械传动系和它们所带动的发电机，本发明通过将所述的这些物品升高到流动着的水流的上方，使得它们可被从水面船只接近，而无需潜水员或遥控潜水作业车参与水下作业，由此实现了本发明的设计。

附图说明

为了更好地理解本发明，并表示出本发明如何发挥作用，下文将参照附图进行描述，附图相对于上述的技术概念对本发明进行了表示，在附图中：

图1中的侧视图表示了涡轮机设施的支撑结构，该结构采用了本发明的概念，在图示的状态中，相关的涡轮机处于工作位置；

图2是图1所示涡轮机设施支撑结构的前视图；

图3中的侧视图表示了当涡轮机设施已被升高从而未潜没时、图1和图2所示支撑结构所处的情形；

图4是图3所示结构及相关设施的前视图；

图5中的侧视图表示了涡轮机设施支撑结构的第二实施方式，其采用了本发明的概念，在图示的的状态中，相关的涡轮机处于工作位置；

图6中的侧视图表示了当涡轮机设施已被升高从而未潜没时、图5所示支撑结构所处的情形；

图7中的侧视图表示了涡轮机设施支撑结构的第三实施方式，其采用了本发明的概念，在图示的的状态中，相关的涡轮机处于工作位置；

图8中的侧视图表示了当涡轮机设施已被升高从而未潜没时、图7所示支撑结构所处的情形；

图9中的侧视图表示了涡轮机设施支撑结构的第三实施方式，其采用了本发明的概念，在图示的的状态中，相关的涡轮机处于工作位置；

图10中的侧视图表示了当涡轮机设施部分地上浮从而未潜没时、图9所示支撑结构所处的情形；

图11中的侧视图表示了当涡轮机设施已完全上浮从而未潜没时、图9所示支撑结构所处的情形；

图12中的侧视图表示了涡轮机设施支撑结构的另一实施方式，其采用了本发明的概念，在图示的的状态中，相关的涡轮机处于工作位置；

图13是图12所示涡轮机设施支撑结构的前视图；

图14中的侧视图表示了涡轮机设施支撑结构的又一实施方式，其采用了本发明的概念，在图示的的状态中，相关的涡轮机处于工作位置；以及

图15是图14所示涡轮机设施支撑结构的前视图。

具体实施方式

下面参见图1到图4，一行五个轴流式涡轮机被独立地安装到相关的支撑塔柱或类似装置2上。五根塔柱2并排安装到一平面翼形平台或假海床结构3的上表面上。

应当指出的是，对于本发明而言，涡轮机的类型是不重要的，原因在于也可使用备选的涡轮机型式—例如Darrieus横流型涡轮机或其它类型的涡轮机。平面翼形平台或假海床结构3通过柱杆5连接到海床中的锚固点6上，柱杆5所处位置靠近假海床结构3的两相对端部区域。如图中示意性表示的那样，这些锚固点6通常是钻入到海床中的短桩或地锚，但也可以是其它形式的锚固件，只要它们与海床的接合足以抵抗水平位移/移动即可。

柱杆5被排列在水流的流动方向上(或者尽可能接近于这一方向)，并利用一铰接接头7牢固地固定到相关的锚固点6上，且利用另一个铰接接头8固定到平面翼形的平台或假海床结构3上。铰接接头7可包括销接接头、球窝接头、或其它任何能允许柱杆5铰接枢转的接头，从而使得柱杆可相对于海洋或河流的底床SB沿位于垂直方向的弧线转动。在某些情况下，接头8与对应的接头7是类似的，而在下文将要描述的一些情况中，该接头8可以包括一个不能挠曲、但可以断裂的连接件，以便于将柱杆刚性地连接到平面翼形平台或假海床结构3上。

接头8如果为铰接、销接、或球窝型柔性接头，则优选地是，该接头还可被机械锁定，从而除了当所述锁定机构被释放时之外，该结构无法进行弯转或枢转。由于如何锁定该接头的细节内容对本发明是不重要的，所以文中不对此进行介绍和描述。

在接头8处采用非柔性连接、或者采用柔性连接(可被锁定并可临时表现为不可弯曲)的主要原因在于：防止平面翼形平台或假海床结构3以及其上的涡轮机1行列在推力力矩的作用下相对于柱杆5发生倾斜或旋转，其中的推力是由转子与水流的相互作用而产生的。

为平台或海床结构3及其涡轮机1设置了一个或多个支撑体4。如图所示，支撑体可被嵌放在海床SB中，或者可将支撑体简单地放置在海床上，并利用摩擦或其它措施来保持定位。尽管在图中只表示出了一个这样的支撑体，但最好是使用两个或多个支撑体。

铰接接头7、8的设置使得平面翼形平台或海床结构3能从图1或2所示的位置上浮到图3和图4所示的位置。

在图1中，利用虚线10(虚图)表示了平面翼形结构上升到水面上的方式。该附图还表示出了柱杆5是如何沿垂直弧形转动的。

也可使用单个支撑体4(并非图示的情况)，该支撑体在横向上(即与水流方向垂直的方向上)在平面翼形平台或假海床结构3的整个宽度上延伸。这样的设计使得平面翼形平台或假海床结构3的下方未留出任何水流空间，这将有利于增大流经安装在平台上方的转子阵列的流量，但是，与采用较小的短桩状支撑体的情况相比，安装和固定这样的支撑体将困难得多。

如图1和图2所示，在平面翼形平台或假海床结构3的底侧上设置了楔形的楔合装置9，从而可在将平台或结构3放置到支撑体上时—尤其是将其下放到图1中实线所示的工作位置时，相对于海底支撑体4对其进行接合并精确地进行定位。

图2是图1所示系统的前视图，其表示了五个轴流式双叶涡轮机转子1的安装状况。该视图还表示出了一组横截面较小的水平柱杆1a，其位于转子轴线的高度上，以增大结构的强度。尽管这些柱杆1a对于本发明是非必要的要求，但其目的和功能是来自于申请人的共同待审的专利申请GB 2400414，该申请的名称是“安装在承台或假海床上的水动涡轮机”。在实际情况中，所述待审专利申请中描述的很多细节特征都可与本申请提出的方案结合起来。

图3和图4是分别与图1和图2所示系统相同的侧视图和前视图，但表示的是升高状态，从而，承台、翼体或假海床结构3被升高到水面上。从图可看出：当升高时，柱杆5实际上将起到系泊物的作用，它们的铰接接头7、8允许在波浪的作用下产生运动，但阻止系统在水流的影响下移走。

优选地是，将平面翼形平台或假海床结构3及其涡轮机1行列升高的方法可包括这样的措施：使平面翼形平台或假海床结构3成为漂浮性的，从而其趋于漂浮在水面上，但也可使用其它的装置来升高它，以完成本发明的目的，这些装置例如是船舶上的起重机或绞盘。作为备选方案，如果系统的浮力接近于中性值，则可利用很小的作用力来使涡轮机刚好处于水面以下，并利用水面船只上的起重机将涡轮机提离水面，其中的小作用力例如是由顶推器或喷水器产生的。

如果采用浮力的方法来升高平面翼形平台或假海床结构3，则可通过向其内部注水来使其下沉，并通过将水泵压出来使其上升，由此来对其进行控制，作为备选方案，可使平台或假海床结构为永久漂浮性的，在此情况下，需要使用主动装置来克服浮力的上浮作用，并将其向下拉，下文将更为详细地介绍这样的情况。

最后，优选地是，用来约束平面翼形平台或假海床结构3的铰接柱杆5的横截面是流线型的，从而当系统被升高到水面上时可降低柱杆在水流中的阻力。

图5和图6表示了这样的内容：如何按照备选方案那样将前面附图中表示的支撑体4连接到承台、翼形体或假海床结构3的下表面上，而不是连接到海洋或河流的实际底床上。在该实施方式中，支撑体4被设计成：当如图5所示那样被下放时，其落座在海床或河床上。由于海床或河床在多数情况下是不平整的，趋于受到冲刷或具有粗糙的表面，所以本实施方式中所用的支撑体最好是可调节的，以便于能延长或回缩一段较小的长度，该长度可以在1或2米的数量级上，从而对安放在海床或河床上的平面翼形平台或假海床结构3的高度进行调节。该调节功能还可被用来对平面翼形平台进行调平，以便于在使用两个或多个支撑体的条件下应对海床或海床的不平整状况。图5和图6中未表示出用于进行调节的该设施，但可利用任何普通的机构实现该功能，这些机构例如包括液压油缸、机械式螺旋千斤顶、弹簧等。

尽管承台、翼形体或假海床结构3可被设计成如上述那样通过灌注水来下沉、并通过将空气泵送到其中排出水来再次上浮，但也采用图7和图8所示的备选的位置控制方法。此条件下，设置了一条缆索10(或多条缆索)，其被连接到安放在海床中的(一个或多个)支撑体4上。如图7所示，当漂浮承台、翼形体、或假海床结构3不在时或被调走以进行更换时，该缆索可由一浮标11支撑着。当假海床结构3被连接到其柱杆5上时，则如图8所示，上述的缆索10可被连接到位于浮动承台、翼形体或假海床结构3内部的绞盘(图中未示出)上，该绞盘可克服系统的浮力将系统向下拉到海床上；图8表示了出了当结构3被部分地下拉向海床SB时的情形，图中还用虚线表示了当结构被完全绞拉到底时的最终落座位置。

可采用类似的设计形式，图8所示的缆索可由刚性的构件或柱杆、链条取代。在此情况下，如果采用的是柱杆，则可通过利用齿条和齿轮或其它合适的机构向下驱动柱杆来将结构3升高。

图9、10、11表示了一种备选的实施方式，在该实施方式中，柱杆5的端部被连接到浮动的承台、翼形体、或假海床3上，且连接点8可以是刚性连接，而不是销接连接(如上文描述的可选形式)，且此条件下，刚性连接点也可被脱开。

图9表示了系统被部署在其工作位置上时的情形，此时，其落座在支撑体4上，与图1到4所示的完全铰接的实施方式非常类似，支撑体与海床或河床相连接。图10表示出了对于这样的设计系统是如何漂浮水面上或用其它方法上升到水面上的，在图中，系统处于斜角位置，且涡轮机部分地露出水面，且平台或翼形体保持与杠杆5对齐、并与水面成一定角度的姿态。很显然，如果水流来自于右方，则其有助于系统的升高，反之则不利于系统的升高。如果系统的浮力接近于中性值，则这将是产生上浮和下降所需力的主要方法。

从而，如图11所示，如果希望将系统拆出以对其进行维护或保养，则要设置装置来将系统从柱杆上脱开。柱杆5是中空的，且可充有空气，从而在需要时可漂浮起来，由此，在进行安装或更换系统时易于重新进行连接。作为备选方案，可在柱杆上附带临时性的浮筒，并使柱杆能下降回海床或河床上。

图12和图13表示了与图1-图4中方案类似的设计。图中采用了与上文类似的标号，且上文对大部分部件的描述仍然适用于该设计，但主要的区别在于：如图所示，柱杆5和平面翼形平台或假海床结构3被连接到一巨大的基座12上，该基座被沉降到海床或河床上，这样就不需要对支撑体和锚具进行打桩和钻孔。基座可用混凝土或其它类似的耐久和低成本材料制成，且其中心可为中空的，以此使其可漂移到工作地点。在其被定位之后，可用沙石或石块13填充中空的内部，以增大重量，从而提高稳定性。一旦大而重的基座被安装就位之后，就可利用销接机构使柱杆可进行枢转，进而使得承台、翼形体或假海床结构能以图示的方式升高到水面上。

巨大的基座可仅利用其重量和摩擦作用与海床相接合，并防止出现移动，但最好还是利用成型顶尖体或锚爪(图中被示意性地表示为14)增强该功能，顶尖体或锚爪将穿入到海床中，在某些情况下，可利用地锚(图中未示出)将其牢固地销定或锚定在海床上。

最后，图14和15表示了上述概念的一种改型，在该改型中，桩杆或锚固点6的高度最好足够高，以到达海洋或河流的水面上方。这样的设计便于标识系统的位置，但桩杆或锚固点同样还可以是桥梁、防波堤、或其它此类结构的部件，因而，该设计实现了这样的可能性：无需完成大量的水下施工，就能增设发电站。可以看出，在该实施方式中，当平面翼形平台或假海床机构3处于其下降的工作位置时，柱杆5是倾斜的，当系统被升高到水面上时，柱杆为水平状态或接近于水平状态。与上述其它实施方式一样，可如图所示那样在海床或河床上设置一个或多个支撑体4，或者可如图5和图6所示那样将支撑体连接到平面翼形平台或假海床机构3的底面上。

当然也可采用这样的构造：桩柱或锚固点6的高度可以位于图1所示高度与图14所示高度之间，这样的设计也处于本发明的范围内。

在实际工作中，如附图所示的那样，基本为矩形的平板承台或浮箱的长边尺寸将足以容纳很多个单独的涡轮机的总宽度，这些涡轮机需要被连接到承台或浮箱的上表面上。另外，长边尺寸被布置成与水流的流动方向垂直，从而使连接在其上表面上的涡轮机横在水流中，所有转子的工作型廓与水流垂直，从而阻拦了尽可能多的水流。事实上，该结构类似于一个悬浮在水柱中的矩形平面“机翼”，且在其上方布置了一行涡轮机。一般情况下，涡轮机及其驱动的传动系被垂直定向的流线型塔柱支撑在承台的上方，其中的塔柱被牢固地连接到承台结构上。

基于两方面的原因矩形平台或承台的横截面或型廓(与水流方向平行的横截面)需要为流线型，也就是说，需要减小来自流经其的水流的阻力；并有助于对水流进行导向，从而减小在其表面上流过的、并流经转子的水流的湍流度。为了形成流线型的表面，将型廓相对于水流的前边缘和后边缘设计成锥缩的形状，其或者是尖锐的边缘，或者更为优选地是，边缘成为了窄而圆滑的边缘，更象是飞行器机翼、潜艇水翼、或船舶稳定翼的前边缘。在存在潮汐流且流动方向周期性改变(随着潮汐的涨潮和退潮)的情况下，表面型廓的流线型应能在任一方向上都具有最小的流动阻力。

但是，按照与申请人上述较早专利申请GB 2396666(名称为“水力涡轮机支撑结构)相同的方式，在与水流方向平行的横截面内，平板平台或承台的表面可基本上是曲面，从而其可减速或加速流经的水流，从而通过减小“速度切变”来改善速度的分布，并可选地是，通过使水流转向(不然的话该水流要从所述表面下方流过)，可增大从上表面上流过、并流经涡轮机转子的流量。为了实现该增强流动的效果，矩形平板表面或承台的横截面(在某些情况下，而非全部情况下)还可以是不对称的或上拱形的(即其一侧是凸起的，另一侧可能是凹面、平面、或凸起度至少小一些的凸面)，按照这种方式，可产生出与水流方向垂直的升力，从而更象是机翼或水翼。由于产生了升力，实际上将相对于矩形平板表面的横截面产生被流体动力学家称为“环流”的作用，相对于所述表面下方的流量而言，该作用可被用来增大所述表面上方的流量，按照这种方式，可以使流经涡轮机转子的速度获得一定的提高，从而能增大所产生的功率。尽管在多数情况下，所述的平面翼形平台可被安装成使其弦线(连接前边缘和后边缘的直线)对水流的入射角为零度，但出于某些原因，可安装成对水流的入射角为一定的小角度，以便于在改善流经转子的水流方面获得某些特殊的效果。

按照这种方式，平板表面或承台不仅可作为支撑着涡轮机转子的牢固结构，而且还被设计成可提高流经转子的水流的均匀性和速度，与水流未改动的情况相比，这能提高涡轮机性能和效率。

对于本发明的所有实施方式，一个共有的特征是：上述的平面支撑结构或翼形构造能被进行定位，使其平面在支撑体上为水平(或接近于水平状态)，从而能将其沉降到接近海床或河床的位置处，并使其纵向轴线与水流方向垂直。如果按照这样的方式进行定位，则能使沿其上表面布置的涡轮机行列定向为这样：使得涡轮机的促动盘表面或转子平面位于与水流方向垂直的横列方向上，从而，流经的水流能最为有效地驱动所述转子。

如果是河流的情况，水流只在一个方向上流动，则可使用单向转子，如果是潮汐流的双向流情况，则必须要使用能双向工作的转子。可利用申请人前期专利GB 2347976中所公开的轴流型转子来实现上述效果，这种类型的转子被认为是迄今为止最为有效的选择，通过将叶片的螺距改变180度能实现上述效果。

当涡轮机工作时，其上表面上布置了一行涡轮机的上述翼形平台表面在水流方向中将受到很大的推力，且其中的一些推力实质存在—只要水流流动就存在，即使在涡轮机不工作的情况下也如此。推力与转子的总面积以及水流速度的平方成正比。因而，很重要的是：要提供防止其被该推力移位或推翻的措施。通过设置一个、或更为普通的两个、或者多个(在某些情况下可能如此)支柱来满足该要求，这些支柱被连接在位于海床或河床上的连接点或锚固点与翼形平面表面的其中一个长边缘之间，并使得这些支柱的定向基本上平行于水流的方向。

为了清楚说明该构造，在俯视图中，翼形平面平台被布置成使其长轴线在水平面内与水流方向垂直，且用于防止平台移动或倾倒的上述支柱被连接成全部都基本上是水平的，并对称地布置，且与翼形平面平台的最长轴线为直角关系—即与水流的方向对正。各支柱的另一端部被连接到一个嵌埋在海床或河床中的锚固点上，或者被连接到足够巨大的构造上，以便于牢固地与海床或河床接合，从而不会出现任何滑移。

此外，上述的支柱(也可能是单根支柱)的各端(即在与翼形平面平台的边缘进行连接的位置点和与锚固体进行连接的位置点处)通常是借助于销接接头、铰接接头或球窝接头进行连接的，从而可相对于海床或河床上的固定锚点转动至少为90度的角度。

应用到所有实施方式的本发明另一个基本特征在于：其上表面上设置了一行涡轮机的翼形平面平台可从位于海床上的、为其设置的任何支撑体上上升，按照这种方式，平台可到达水面上，用于实现上升的方法可以是平板平台的浮力或提供垂直力以将其升高的其它外部装置，其它的装置例如是带有基于起重机或绞盘的举升系统的水面船只。用于升高和降低平板平台的另一种方法是将其浮力设计成接近于中性值，从而只需要较小的力就能将其升高或降低；因而，通过利用人工引发的举升力来使其上升，其中的举升力是利用连接到平板平台上的可铰转翼片产生的，甚至是利用连接到平板平台上的、用于实现上升和下降的动力喷水器或推进器来产生举升力。所述喷水器或推进器可被内设在平台内部。在浮力接近于中性值、或者甚至在具有很大重量的情况下，可能希望提供一锁定机构，以便于与海床支撑结构进行接合，以确保平板平台不会在涡轮机工作时意外地上升或移位。

当按照这种方式升高翼形平板平台时，上述的支柱允许这一运动，原因在于在锚固点处和支柱与翼形平板平台的连接点处设置了销接接头或铰接接头。由于支柱被销接到海床或河床上的固定锚固点上，所以其运动轨迹呈现为以在锚固点处的销或铰链为中心、在垂直平面内的弧线，因而，支柱的尺寸被设计成：其长度大于锚固点处的最大水深，由此使得支柱的相对端在其最高高度时可位于水面之上。由于支柱在其处于转动位置或升高位置时会受到水流的阻力作用，所以，本发明一个可选的特征是使其型廓为流线型，以便于减小所述的阻力。

因而，翼形平台表面受到约束，沿与其销接的支柱所描绘的弧线经过水柱上升，直到浮到水面上为止。在此情况下，涡轮机被定位在水面之上，从而可更为容易地对其进行维护、保养或修理，或者便于安装和拆卸系统，而不必求助于任何类型的水下作业。

从上文的描述可看出，本发明实现了如下的结构设计：

1.在一水平翼形平台式的支撑结构的上表面上安装了一行涡轮机，这行涡轮机被布置成与河流或潮汐流中水柱的流动方向垂直，支撑结构落座在一个或多个支撑体上，支撑体将支撑结构与海床或河床分离开；

2.利用一个、或优选为两个(或多个)水平的(或近似水平)的柱杆来防止支撑结构随同其涡轮机阵列移位或倾翻，柱杆被布置在水流方向上，以便于与安放在海床或河床中的一个或多个固定锚固点进行连接；

3.所述柱杆为销接或铰接，以便于允许平台及其涡轮机阵列沿一垂直弧形上升，直到到达水面为止，从而可接近涡轮机以进行维护、保养、修理或更换。在上升时，柱杆起到了系留装置的作用，即使潮汐或河流的流动很强，也能将平台及其涡轮机阵列保持就位。

4.在与水流平行的横截面内，上述平台的型廓使得其形状具有流线型效果(以减小阻力)，且其形状能增强从平台上方流过的水流，这部分水流流过涡轮机的转子。该增强作用的效果包括：通过使得平台上方附近的水流加速，减小了速度切变，并使水柱中位于平台下方的水流转向而增大了流经转子的有效流速。

Claims (19)

1.一种支撑系统，其用于至少一个水动涡轮机(1)，该涡轮机在工作时被浸没到水流的水柱中，该系统的特征在于：其具有一承台或浮箱(3)，用于在所述至少一个涡轮机被浸没到水中时对其进行支撑，承台或浮箱具有一固有的浮力，从而如果希望将相关的一个或多个涡轮机升高到水面的上方时，该承台或浮箱适于漂浮起来。

2.一种支撑系统，其用于至少一个水动涡轮机(1)，该涡轮机在工作时被浸没到水流的水柱中，该系统的特征在于：其具有一承台或浮箱(3)，用于在所述至少一个涡轮机被浸没到水中时对其进行支撑，承台或浮箱(3)具有一固有的浮力，该浮力使得承台或浮箱(3)在浮力复原的条件下能经过水柱上浮，且系统被设置成使得相关的一个或多个涡轮机(1)可被升高到所述水柱表面的上方。

3.根据权利要求1或2所述的支撑系统，其特征在于：承台或浮箱(3)在水平面内具有一矩形横截面。

4.根据权利要求1到3之一所述的支撑系统，其特征在于：当从正上方进行观察时，承台或浮箱(3)具有一平滑表面，其近似为具有圆形拐角的矩形或者边缘略微弯曲的平面形式。

5.根据权利要求1到4之一所述的支撑系统，其特征在于：矩形承台或浮箱(3)的结构使得系统不会出现不利的挠曲运动。

6.根据前述权利要求之一所述的支撑系统，其特征在于：承台或浮箱(3)的上表面表现为平整而光滑的表面，其紧邻地位于安装在其上的涡轮机或涡轮机行列(1)的下方，与水流流过自然海床或河床基本上粗糙而不平整的表面时的情况相比，承台或浮箱此上表面的存在有利于增强水流流过所述表面时的平顺性，

7.根据前述权利要求之一所述的支撑系统，其特征在于：承台或浮箱通过柱杆(5)与安放在河流或海洋底床上的锚固装置(6)枢转地连接着，所述柱杆连接在承台或浮箱(3)的各相对端部上，柱杆(5)的长度被设计成使得承台或浮箱可在一下降位置与一升高位置之间移动，在下降位置上时，涡轮机(1)被浸没到水中，在升高位置上时，涡轮机(1)位于水面之上。

8.根据权利要求7所述的支撑系统，其特征在于：承台或浮箱(3)被设置成在其各所述端部处落座在直立于河流或海洋底床(SB)上的支撑体(4)上，且承台或浮箱(3)被设计成当其被浸没时在河流或海洋底床(SB)的上方处于优化的位置。

9.根据权利要求7或8所述的支撑系统，其特征在于：当承台或浮箱处于其浸没状态时，支撑体(4)适于利用设置在承台或浮箱底侧的互补性定位装置(9)进行定位。

10.根据权利要求7-9之一所述的支撑系统，其特征在于：用于柱杆(5)的锚固点(6)包括短桩或地锚，它们被安置在河流或海洋的底床中。

11.根据权利要求7-10之一所述的支撑系统，其特征在于：与柱杆相联的枢转连接(7、8)便于使相关的柱杆(5)以一定方式铰接着，该方式使得柱杆(5)可相对于海洋或河流的底床(SB)沿垂直布置的弧形转动。

12.根据权利要求7-11之一所述的支撑系统，其特征在于：当承台或浮箱处于其下降位置时，柱杆被设置成相对于正在工作的涡轮机处于水流方向上的水平状态，这样的设置可抵抗所述水流产生的推力。

13.根据权利要求7-12之一所述的支撑系统，其特征在于：承台或平台的横截面为流线型，其上表面是凸起的，下表面可以是平面、凸面或凹面，这样的设置用于提高水流流经涡轮机转子的平均速度，由此来提高涡轮机的功率输出。

14.根据权利要求7-13之一所述的支撑系统，其特征在于：承台或浮箱的型廓被设计成可减小水流速的切变，由此来减弱/消除流经涡轮机转子的紊流，以增强涡轮机俘获能量的效率，并降低涡轮机转子的疲劳载荷。

15.根据权利要求7-14之一所述的支撑系统，其特征在于：支撑体(4)被设置为在高度方向上是可调的，从而可调节潜没承台或浮箱(3)的高度，以适应于海床的条件。

16.根据权利要求7-15之一所述的支撑系统，其特征在于：在设置了两个或多个支撑体(4)的情况下，设置用于对支撑体高度进行调节的装置，以对承台或浮箱(3)进行调平，从而在采用两个或多个支撑体对承台或浮箱(3)进行支撑时适应于海床的不平整状况。

17.根据权利要求7-16之一所述的支撑系统，其特征在于：为浸没的承台或浮箱(3)设置的支撑体(12)经过承台或浮箱(3)的整个宽度延伸，且在承台或浮箱(3)的下方没有明显的水流通道，从而，基本上所有流向承台或浮箱的水流都从承台或浮箱的上方流过，由此提高了水流流经涡轮机(1)的平均速度。

18.根据权利要求15所述的支撑系统，其特征在于：支撑体(12)具有大的重量负载，以提高其稳定性。

19.根据前述权利要求之一所述的支撑系统，其特征在于：承台或浮箱(3)被设置成其浮力为中性值，这样的设计有利于承台或浮箱相对于海床(SB)的上升和下降。

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