用於水下移動運載體的系鏈的製作方法

2023-05-31 05:12:01 3

用於水下移動運載體的系鏈的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種系鏈，該系鏈用於將潛在液體中的移動裝置連接至支撐結構，例如包括流驅動運載體的水下發電設備，該流驅動運載體設置有用於產生電能的至少一個渦輪機。系鏈沿主方向延伸，並且系鏈的至少一個系鏈部包括沿系鏈的主方向延伸的張力支承部，其中，該系鏈部布置成在使用期間力求相對於液體的相對流動方向進行自調整。
【專利說明】用於水下移動運載體的系鏈

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種系鏈，該系鏈用於將潛在液體（諸如水）中的移動裝置連接至支 撐結構。例如，該移動裝置可為水下發電設備（power plant，發電廠，動力設備）的流驅動 的運載體（vehicle)，該運載體設置有用於產生電能的至少一個渦輪機。

【背景技術】
[0002] 流和海流（諸如潮汐流流動）提供了一種可預測且可靠的能量源，該能量源可用 於產生電能。已知穩定的或固定的發電設備系統位於水下且相對於流或流動穩固，其中，渦 輪機用於通過流的流動速度產生電能。然而，穩定的流驅動發電設備系統的缺點在於，通過 特定尺寸的單個渦輪機產生的電能量小，這可通過增加渦輪機數量或增加渦輪機有效面積 來補償。然而，這些解決方案導致固定的流驅動發電設備系統的製造、操縱以及操作麻煩且 昂貴。渦輪機還可被設計用於安裝在具有高的局部流動速度的特殊位置中。這也導致了更 複雜且昂貴的安裝和操縱。此外，接近這種高流動速度的位置相當受限制。
[0003] 為了改善通過潮汐流流動及海流產生電能的效率，已知提供了一種包括流驅動運 載體的水下發電設備系統，如在例如由本 申請人:的EP1816345中所描述的並通過引證全部 結合於此。流驅動運載體通常包括翼部，該翼部被設計成通過利用作用在翼部上的合成水 動力以及流的流動來增加運載體的速度。更詳細地，通過將運載體固定至支撐結構來抵消 作用在運載體上的水動力以及流的流動而實現運載體速度的增加，該支撐結構通常通過纜 線構件定位於海床，其中，運載體布置成遵循受限於纜線長度或範圍的特定軌道。運載體還 設置有耦接至發電機的渦輪機，該渦輪機用於在運載體穿過水移動時產生電能，其中，運載 體的速度影響並有助於在渦輪機處的相對流動速度。運載體的速度允許渦輪機處的相對流 動速度可相對於絕對流動速度而顯著地增加。因此，由於渦輪機受到高的相對水速度的影 響，該高的相對水速度產生用於發電機的足夠的或更有效率的旋轉速度，因此流驅動的水 下發電設備的運載體通常不需要使用變速箱。
[0004] 與包括流驅動運載體的發電設備系統的現有解決方案關聯的一個缺點在於，作用 在發電設備系統上的阻力降低了電能產生的效率。流驅動水下發電設備系統的另一問題在 於這些系統安裝並布置成在水下位置中進行操作，因而難以接近。因此，這些系統的操縱和 維護很麻煩。因此，現有可利用的或已知的流驅動水下發電設備系統及其部件限制了有效 地產生電能的最大能力。而且，期望進一步發展這種系統的設計和操作，以便促進更簡單的 操縱以及更有效的安裝，並提供改善的操作以及更耐用的構造。


【發明內容】

[0005] 鑑於上文所提及的以及現有技術的其他缺點，本發明的一般目標在於提供一種改 善的系鏈，用於將潛在液體中的裝置（諸如水下發電設備系統的流驅動運載體）連接至支 撐結構，其中，系鏈為水下裝置提供了更有效且更耐用的操作和操縱。
[0006] 根據本發明的一方面，提供了一種系鏈，該系鏈用於將潛在液體中的裝置連接至 支撐結構，該系鏈沿主方向延伸，其中，系鏈的至少一個系鏈部包括外部形狀和至少一個張 力支承部，該外部形狀具有前緣以及後緣的，前緣和後緣均沿主方向延伸，至少一個張力支 承部沿系鏈的主方向延伸。此外，系鏈部布置成當系鏈部穿過液體或相對於液體移動時，通 過繞與系鏈的主方向基本平行的旋轉軸線或扭轉軸線旋轉而力求相對於液體的相對流動 方向進行自調整。
[0007] 如提到的，系鏈包括沿主方向的至少一個自調整系鏈部，該系鏈部在相對於液體 流動的相對運動期間力求通過作用在系鏈的系鏈部上的相對液體流動的方向而進行調整。 因此，至少一個系鏈部將根據在該特定系鏈部處的相對局部水力條件以及其他物理條件而 自調整或力求自調整，這至少在該特定系鏈部處改善了系鏈的操作。
[0008] 系鏈部的自調整有利地減小了阻力並減小了當相對於液體運動時作用在系鏈部 上的不期望的升力。更詳細地，可減小或避免系鏈部上的不期望的升力，該升力可能會使系 鏈在升力方向上受力而使得系鏈以不期望的方式側向彎曲，例如，系鏈的彎曲可引起在操 作期間作用在系鏈上的不平衡的阻力，和/或減少系鏈以適當的方式（例如，在裝置與支撐 結構之間以基本直線的方式）支撐在裝置與支撐結構之間的張力的能力。因此，系鏈部將 以更有效的方式操作，該方式使得所支撐的水下裝置將受到作用在系鏈上的阻力以及升力 的較小影響。例如，系鏈部可組成完整系鏈的任意短或長的部分，該部分至少部分地沿主方 向延伸。系鏈部還可包括基本完整的系鏈，或者系鏈部可由沿主方向限定的長度的分離的 系鏈段構成，該段基本上作為單個單元而進行自調整或力求自調整，其中，系鏈可包括沿主 方向連續地連接的一個這種系鏈段或多個這種系鏈段。
[0009] 例如，系鏈適於連接並支撐相對於液體移動的水下裝置，其中，在裝置與液體之間 的相對運動方向隨時間變化或改變。如一實施例，系鏈可有利地用於連接水下裝置，該水下 裝置至少周期性地沿這樣的方向移動，該方向相對於液體流動方向為至少部分地橫向的或 成角度的。這種水下裝置可例如包括水下發電設備的流驅動運載體，該流驅動運載體布置 成在系鏈的範圍內沿期望的軌道（通常為合適的無限軌道）移動，其中，運載體結合系鏈的 反作用力利用作用在翼部上的水動力和流體流動來產生相對運載體速度，該相對運載體速 度是流體流動速度的至少2倍、4倍、10倍或20倍。因此，流驅動運載體可以比流體流動速 度更高或顯著更高的速度運動。
[0010] 系鏈還可有利地用於連接在基本上非移動或移動的液體中被移動或移動的水下 裝置，其中，裝置由移動支撐結構（諸如船或船體）拖動。此外，系鏈可有利地用於連接並 支撐水下裝置，該水下裝置固定或穩定在流中的基本固定的水下位置中或包括液體流動的 位置處，其中，液體流動方向可或至少不定期地改變或交替液體流動方向。
[0011] 系鏈包括主方向，也就是說，該主方向是在使用期間系鏈在裝置與支撐結構之間 延伸所沿的主方向。系鏈部（多個系鏈部）的外部形狀包括前緣和後緣，該外部形狀類似 翼的輪廓。前緣形成系鏈部的前部部分，當系鏈在操作期間以至少部分地調整狀態穿過液 體移動時，該前緣被限定在系鏈的預期向前方向或縱向方向上。換言之，前緣是系鏈部的首 先接觸理論液體成分的部分，該成分相對於系鏈部沿著系鏈部的兩個側表面或側部的任意 一側朝向後緣運動。後緣通常是系鏈部的後方邊緣，在層流狀態期間，被前緣分離的相對液 體流動在穿過系鏈部的相對側表面的外側之後可在後緣處重新結合。還可相對於系鏈部本 身來限定前緣和後緣，而不考慮系鏈部是否經歷非正常狀態或在非正常狀態下進行操作， 其中，例如後緣可相對於系鏈運動的方向而變成前緣。
[0012] 至少一個張力支承部布置成在使用過程中吸收（uptake)並支撐施加在系鏈上的 基本沿主方向的張力。張力支承部例如可包括布置在系鏈部的外部形狀內部的一個或多個 張力支承構件。張力支承部可進一步形成外部形狀的部分。而且，至少一個張力支承部可 由沿主方向延伸的一個一致的構件構成，或包括沿主方向適當連接的分離的張力構件，該 分離的張力構件形成張力支承部。
[0013] 張力支承部還可包括兩個或多個基本平行的構件，這些構件在系鏈部中基本在主 方向上沿著彼此延伸。每個這種基本平行的張力構件均可連同或獨立於其他平行張力構件 (多個張力構件）貫穿系鏈或系鏈部的全長延伸，或結合，或延長。此外，基本平行的張力構 件可在一平面中布置成相對於彼此不同的構造，該平面具有與主方向重合的法線方向。例 如，基本平行的張力構件可在系鏈部內展開，其中，一組基本平行的張力構件的組合的張力 支承性質包括或形成張力支承部的合成中心點，該合成中心點可根據該組平行張力構件相 對於彼此的相互構造而位於該組平行張力構件的外部。例如，由於較小的阻力，張力構件可 在系鏈的向前/向後方向上展開，以便獲得更薄且更有效的系鏈。張力構件的這種構造的 另一優勢在於，可在彈性彎曲和彈性扭轉性質兩方面改善系鏈的屈曲（flexing)。
[0014] 在根據本發明的實例實施方式的系鏈的使用期間，系鏈部有利地進一步構造成以 改善的方式抵抗施加在系鏈部的側面上的橫向力。因此，內部結構足夠穩固並且可包括支 撐部，這樣使得系鏈部的外部形狀在重載荷期間（例如，當系鏈受到來自周圍液體的高壓 時）可基本維持在外部形狀的預定形狀。例如，根據各個實例實施方式，系鏈部的結構設計 成支撐並抵抗由同質的適當材料形成的橫向力，或系鏈部的結構包括外部載荷支承殼體構 件，或上述的組合。在類似的方式中，系鏈部的前緣設計成抵抗在使用期間產生的重載荷或 商壓。
[0015] 根據各個實例實施方式，具有至少部分地沿向前方向定向的法線方向的前緣、或 者前緣與周圍環境和/或鄰近的外部部分可由統一的外部部分形成，並且可進一步具有例 如均勻的、基本均勻的、粗糙的和/或連續的或非連續的外表面。
[0016] 根據本發明的實例實施方式，在基本垂直於主方向的從後緣至前緣的向前方向 上，旋轉軸線位於系鏈部的水力壓力中心點的前方。
[0017] 根據本發明的另一實例實施方式，在向前方向上，張力支承部的合成中心點位於 系鏈部的水力壓力中心點的前方。
[0018] 張力支承部的合成中心點的位置部分地限定系鏈部旋轉軸線的位置，並且有利 地，如果在基本垂直於主方向的從後緣至前緣的向前方向上，系鏈部的合成旋轉軸線位於 水力壓力中心點的前方，則實現力求自調整，其中，水力壓力中心點是合成水動力相遇/交 叉所在的點且無合力矩作用的點。
[0019] 更詳細地，水力壓力中心點與系鏈部旋轉軸線之間的力臂通過主張力載荷支承部 的合成中心點的位置部分地給出，該力臂可在系鏈的使用期間通過在有流速的液體中移動 的裝置提供，該力臂在系鏈部上相對於作用在該系鏈部上的相對流體流動的方向產生繞旋 轉軸線的自調整力矩，該旋轉軸線基本平行於系鏈部的主方向。因此，水動力用於使系鏈部 基本繞著俯仰軸線穩定在系鏈部不通過相對液體流動進行調整的狀態中。
[0020] 上文所描述的合成中心點可進一步描述為例如形成張力支承部的多個張力構件 的加重（weight)中心點。因此，例如張力支承部的合成中心點不限制於位於多個張力支承 構件的幾何中心。例如，張力構件的主分擔部通常位於系鏈的前部部分中，這樣使得張力支 承部的合成中心點也位於系鏈的前部部分中。
[0021] 例如，根據本發明的各個實例實施方式，在使用期間，張力支承部的合成中心點位 於系鏈部的前三分之一部分中、或前四分之一部分中、或前五分之一部分中、或前十分之一 部分中、或前十二分之一部分中。
[0022] 此外，根據本發明的實例實施方式，系鏈部包括前部部分和後部部分，該前部部分 包括前緣，該後部部分包括後緣，其中，前部部分包括張力支承部。因此，系鏈部可至少部分 地分成形成系鏈部的兩個或更多個部分。
[0023] 例如，根據實例實施方式，在沿系鏈的向前方向中，後部部分至少部分地與前部部 分分離並且布置在前部部分的後面，其中，後部部分形成鰭部，該鰭部布置成當系鏈相對於 液體移動時使系鏈通過液體的相對流動方向進行調整。可有利地設置鰭部以便進一步改善 系鏈部的自調整能力，或以便特別地控制特定的系鏈部，該特定的系鏈部可設置有具有特 定功能的鰭部。例如，沿著系鏈的鰭部或多個鰭部可有利地用於更精確地控制期望的系鏈 部。根據另外的各個實例實施方式，鰭部可相對於系鏈部沿俯仰方向傾斜，以便實現系鏈相 對於相對液體流動方向的過度補償或進一步的扭轉。根據實例實施方式，系鏈可進一步設 置有非對稱的截面輪廓，以用於沿俯仰方向相對於相對液體流動而提供系鏈的進一步的扭 轉或過度補償。
[0024] 根據本發明的各個實例實施方式，張力支承部可包括至少一個張力構件，該至少 一個張力構件包括合成纖維、碳纖維、或鋼、或其他合適的材料和/或上述材料的組合。因 此，可使用不同類型的張力支承部構造設置自調整的、高強度的、緊湊且輕量的系鏈。根據 另外的實例實施方式，系鏈部包括形成系鏈部的外部形狀的至少一個殼體構件，該殼體構 件包括以下材料中的至少一種，即彈性材料、熱塑性材料、熱固性材料、碳纖維層板、玻璃纖 維層板、複合材料、包括聚氨酯的材料、聚氨酯彈性材料、或其他適當的材料，和/或上述材 料的組合。例如，系鏈部可包括連續的熱塑性材料，該連續的熱塑性材料可至少部分地為彈 性的。可替代地，殼體構件可包括纖維外層（多個纖維外層）、或複合外層、層板，其中，內部 區域可填充有填充材料。
[0025] 根據實例實施方式，系鏈部的外部形狀的前緣可以類似的方式形成為水翼部。例 如，至少對於一部分前緣而言，前緣是圓形的，並且前緣可進一步具有的截面的曲率半徑在 lcm與30cm之間、或在2與15cm之間、或在2與8cm之間、或在3與8cm之間。曲率半徑可 進一步沿截面變化。
[0026] 此外，系鏈部的外部形狀的後緣可具有指向向後方向的尖銳形狀。因此，外部形狀 可具有/形成翼形、或水滴形構、截面輪廓、或翼形結構。因此，根據實例實施方式，系鏈的 截面輪廓對應於翼形輪廓，該翼形輪廓與非翼形輪廓的截面相比提供了減小的阻力，該非 翼形輪廓的截面相對於液體的相對流動方向具有相同的有效厚度。此外，在翼形輪廓的前 提下，可減少相對於液體相對流動方向的有效厚度而保持張力支承部的相同截面面積，這 可進一步減小阻力。
[0027] 根據實例實施方式，系鏈部的後緣還可包括中斷的後緣。因此，在與向前方向相反 的方向上，系鏈部的後緣的側表面輪廓的延伸被中斷。
[0028] 根據本發明的實例實施方式，系鏈包括多個系鏈部或系鏈段，該多個系鏈部或系 鏈段構造成沿著系鏈的主方向連續地布置和/或連接。這是有利的，因為系鏈可以分離的 段而被操縱並輸送。特別地，分離的系鏈段有助於製造、操縱以及安裝包括系鏈的系統，其 中，根據各種實施方式的該系統可包含完整的系鏈長度，該長度在1與500米之間、或在20 與300米之間、或在30與200米之間。例如，每個系鏈段在沿主方向的每個相應的端部處 均包括緊固裝置，該緊固裝置用於連續地連接多個系鏈段以便形成完整的系鏈。每個分離 的系鏈段沿主方向例如可具有的長度在1與100米之間、或在5與40米之間。例如，連接 裝置布置成考允許在兩個連接的系鏈段或連續布置的系鏈段之間的相對旋轉和/或彎曲 運動。
[0029] 根據實例實施方式，系鏈可包括沿主方向延伸的裝置端部，其中，至少一個系鏈部 的弦長（即，沿向前方向的長度）沿朝向裝置的方向或沿朝向系鏈的裝置端部的方向增加。 因此，對於用於將移動水下裝置固定至固定的或非移動的支撐結構而言，系鏈的自調整能 力在這樣的方向上增加，即，在該方向上，液體流動與系鏈之間的相對速度差增加。這是有 利的，因為系鏈的自調整能力在系鏈的受到較高相對速度的區域中增加，從而在阻力方面 產生的較高損失。
[0030] 可替代地，系鏈的弦長沿朝向系鏈的支撐結構端部的方向增加，這改善了系鏈的 支撐結構端部的自調整能力。這可例如改善系鏈在支撐結構迴轉裝置附近的效率以及操 作。
[0031] 根據又一實例實施方式，系鏈包括沿主方向延伸的支撐結構端部，其中，該支撐端 部基本是圓形的。換言之，最接近支撐結構的且與系鏈的更接近裝置的上述部分相比通常 以較低速度移動的端部是基本圓形的，或該端部設置有基本圓形的截面輪廓。因此，可有利 地設置包括自調整上部以及圓形下部的系鏈。可替代地，系鏈的裝置端部可為圓形，以便例 如有助於製造。
[0032] 此外，根據實例實施方式，系鏈至少部分地沿著主方向構造成能夠繞沿著主方向 延伸的軸線至少部分地扭轉。因此，取決於系鏈的沿著主方向的不同部分處的不同局部狀 態以及相對液體流動方向，系鏈可扭轉以便局部地自調整，這進一步減少了阻力損失。
[0033] 根據實例實施方式，裝置包括構造成產生電能的至少一個移動運載體，其中，系鏈 進一步包括用於將所產生的電能從移動運載體分配至支撐結構的裝置。因此，系鏈與移動 運載體組合形成水下發電設備系統，其中，所產生的電能例如可通過系鏈被分配至電網和/ 或控制系統。特別地，這種組合允許改善的流驅動發電設備系統，改善的流驅動發電設備系 統由於在移動穿過液體時更少的阻力損失而具有更高的效率。
[0034] 系鏈在水下條件中使用或操作期間（其中，裝置被連接且被支撐至支撐結構），系 鏈可能需要抵抗並支撐由移動連接的水下裝置產生的大的張力。例如，根據實例實施方式， 系鏈布置成支撐至少一個水下移動運載體，從而產生張力，該張力達到1〇ΜΝ、6ΜΝ、4ΜΝ、2ΜΝ、 1MN、100kN、10kN，或達到 3, 5kN。
[0035] 此外，對於一些應用而言，系鏈可有利地布置成使得該系鏈中性地（neutrally) 或基本中性地浮在液體（諸如水）中。系鏈還可浮在或沉（heavy)在液體中。
[0036] 根據實例實施方式，系鏈部是柔性的以便允許盤繞或卷繞。
[0037] 根據本發明的另一方面，提供了一種用於產生電能的能潛入水下的設備，其中，水 下設備包括設置有渦輪機的流驅動運載體，該運載體通過如上文討論的系鏈連接至支撐結 構，並且其中，該運載體設置有至少一個流驅動翼部，該至少一個流驅動翼部布置成產生相 對於流速度的相對運載體速度，該相對運載體速度是液體流速度的至少2倍或4倍或10 倍。
[0038] 在操作期間，流驅動翼部相對於移動液體的流動方向成角度並且受到來自周圍移 動液體的力。這些力可描述為兩個正交的分量：阻力分量，該阻力分量在向後方向上相對 於且平行於翼部相對於液體的運動方向定向；以及升力分量，該升力分量正交於翼部相對 於液體的運動方向並且向上定向或遠離支撐結構定向。因此，在操作期間，升力分量相對於 支撐結構與運載體之間的理論線稍微向前傾斜。升力分量可被進一步描述為由兩個分量組 成，第一分量作用在支撐結構與運載體之間的理論線的方向上，並且向前分量作用在正交 於理論線的向前方向上，即，在相對於運載體關於地面的運動的向前方向上。例如，當升力 分量的向前分量大於系統的合成向後阻力分量時，運載體加速，並且在向前升力分量等於 系統的合成向後阻力分量的情況下，運載體以穩定的速度進行操作。升力分量以及阻力分 量的各分量作用在理論線的方向上的合成力被系鏈以及支撐結構抵消。
[0039] 本發明的其他目標、特徵以及優勢將通過下文的詳細公開、所附的從屬權利要求 以及附圖而變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 現將參考示出本發明的實例實施方式的附圖來更詳細地描述本發明，在附圖中：
[0041] 圖la是系鏈的實例實施方式的示意側視圖，該系鏈將水下移動的流驅動運載體 固定並支撐至布置在海床上的支撐結構。
[0042] 圖lb是根據本發明實例實施方式的圖la中的系鏈的示意放大圖。
[0043] 圖2是根據本發明的系鏈的實例實施方式的示意截面圖，示出了相對於流動方向 的兩個不同的角度。
[0044] 圖3a至圖3e示出了通過圖lb中的I - I截取的根據本發明的系鏈的各個實例 實施方式的示意截面圖。
[0045] 圖3f是通過圖4中的II - II截取的根據本發明的系鏈的實例實施方式的示意截 面圖。
[0046] 圖4是系鏈的實例實施方式的示意立體圖，該系鏈將水下移動的流驅動運載體固 定並支撐至布置在海床上的支撐結構。

【具體實施方式】
[0047] 在附圖中，以相同的參考標號表示類似或相同的元件。附圖僅是示意地表示而非 真實的比例，並且不應被認為限制本發明的範圍。
[0048] 在圖la中，示出了系鏈1的實例實施方式的示意側視圖，該系鏈將水下移動的流 驅動運載體2固定並支撐至布置在海床上的支撐結構3。系鏈1、運載體2以及支撐結構3 基本構成流驅動的水下發電設備系統100,其中，在運載體2中通過渦輪機和發電機產生電 能。液體（通常是水）具有流動方向FD，其中，運載體利用流動水的能量以便沿著水下軌道 (trajectory) 101或10Γ (諸如循環軌道和/或無限軌道）移動。軌道可具有環形或圓形 形狀，如由101表示的。軌道還可形成類似於數字八的形狀，如由軌道10Γ表示的。軌道 101或10Γ遵循基本球形的表面，該基本球形表面的彎曲半徑基本等於系鏈1的長度。注 意到的是，僅示意性地示出了軌道101和10Γ的區域。運載體在穿過水期間可相對於軌道 方向沿橫向方向滑行或漂移至少一些量，這可導致運載體以及系鏈至少在沿著軌道的某些 部分處受到相對於系鏈的體固定向前方向f的斜的（或傾斜的）實際速度的影響，其中，系 鏈力求相對於相對液體流動方向而進行自調整，該相對液體流動方向由系鏈的實際速度與 液體流動的實際速度所產生。因此，在運載體的操作期間有利地減少了阻力的損失。運載 體可進一步設置有轉向裝置和控制單元，該轉向裝置包括例如一個或多個轉向控制表面， 諸如可控制且可樞轉的轉向舵的操作表面，該控制單元布置成控制轉向裝置的操作以用於 根據預定軌道（諸如101或10Γ )使運載體轉向。在運載體的操作期間，運載體將通常被 伸展，這樣使得軌道布置在基本球形表面中或者布置成遵循該基本球形表面。此外，為了提 供流驅動操作，運載體的軌道與流動方向FD至少部分地交叉。
[0049] 在圖lb中，示出了根據本發明實例實施方式的圖la中的系鏈的示意放大圖。系 鏈包括第一系鏈部（或第一系鏈段）4a和第二系鏈部（或第二系鏈段）4b，兩者通過連接裝 置25連接。系鏈1還包括外部形狀5,該外部形狀包括前緣6和後緣7,前緣和後緣均沿主 方向MD延伸。在實例實施方式中，系鏈1還包括穿過系鏈部4a、4b延伸的張力支承部8,其 中，相應的系鏈部的張力支承部還連接在系鏈部4a、4b的連接端處。然而，系鏈不限於這種 設計。例如，系鏈部還可共享基本沿著系鏈的全長延伸的共用張力支承部，或者共享包括多 個張力構件的共用張力支承部，每個張力構件均基本沿著系鏈的全長延伸。
[0050] 在操作期間，系鏈1布置成當系鏈部穿過液體移動時，通過繞著基本平行於系鏈 的主方向MD的旋轉軸線R或系鏈俯仰軸線（pitch axis)旋轉而相對於液體的相對流動方 向進行自調整。如在圖lb中示出的，旋轉軸線R與張力支承部8的合成中心點或軸線基本 重合。然而，通常不會是這種情況。根據各個實例實施方式，在系鏈的體固定向前方向中， 旋轉軸線R可位於張力支承部8的合成中心點的前方或後方。
[0051] 系鏈1還包括裝置9a、9b(諸如線纜或信號線纜），該裝置用於將產生的電能經由 支撐結構中的網連接件從移動的運載體分配至電網（例如，圖4中的電網28)，並且該裝置 允許在例如運載體中的控制系統與外部控制系統之間的連通。
[0052] 在圖2中，示出了根據本發明的系鏈的實例實施方式的示意截面圖，該圖示出了 相對於流動方向的兩個不同的角度。注意到的是，在視圖中的角度、速度大小以及速度方向 並不意味著按比例繪製，並且可能為了說明的目的而誇張表示。
[0053] 在第一實例中，系鏈以實際速度VI 移動，該實際速度具有與系鏈的體固定向前 方向f重合的實際方向，其中，速度VI 表示系鏈相對於地面的速度。在第一實例位置P1 中，系鏈相對於流動速度分向量傾斜或旋轉，並且該系鏈包括前緣6、後緣7以及具有 圓形截面的張力支承部8,其中，張力支承部8的合成中心點10位於張力支承部8的幾何 中心點中，其中，至少在這種情況下，合成中心點10與系鏈的旋轉軸線重合。此外，系鏈包 括水力壓力中心點11，該水力壓力中心點是作用在系鏈上或作用在系鏈的外部形狀上的水 動力的合成作用點。如進一步示出的，在從後緣7至前緣6的體固定向前方向f中，張力支 承部8的合成中心點10和/或系鏈的旋轉軸線位於水力壓力中心點11的前方。因此，施 加在系鏈上的合成力23在相對於液體的相對運動期間將允許系鏈沿系鏈俯仰方向（如由 E示出的）通過旋轉而自調整至第二實例位置P2。特別地，合成力23的作用點產生相對於 系鏈的旋轉軸線和/或張力支承部8的合成中心點10的力臂，該合成力23力求調整系鏈， 這樣使得合成相對速度Vihg (通過νι^^= Vlse-Vsa得到）與系鏈的體固定向前方向f 之間的側滑（side-slip)角β減小。合成力23可進一步分成阻力21和升力22,該阻力相 對於合成相對速度￥1合成作用在相反的方向上，該升力與阻力21正交，如所示的，其中，阻力 和升力均可產生作用在系鏈上且力求調整系鏈的力矩。
[0054] 在第二實例位置Ρ2中，合成中心點10和水力壓力中心點11'相對於合成相對速 度VI ^^進行了更大的調整，這樣使得合成力23'包括減小的阻力分量21'和減小的升力分 量23'。例如，通過相對於合成相對速度進行調整，系鏈將具有相對於合成相對速度的減小 的有效面積或投影面積，該合成相對速度將減小系鏈的型阻（form drag)。
[0055] 根據第二實例，參考位置P1，例如由於運載體在沿著軌道的轉向運動期間的滑動 或滑行，系鏈可以通過與體固定向前方向f成角度的實際速度移動。因此，關於上文 描述的第一實例，在(通過V2m= V2se-Vsa得到）與系鏈的體固定向前方向f之 間的側滑角增大，並且由此通過力求調整系鏈的合成力所產生的力矩增大。總體上，如上所 述的兩個非限制性概念實施例所例舉出的，系鏈將力求調整成相對於流動速度以及系鏈的 實際速度VI $?或V2se的改善的或優化的俯仰定向。然而，注意到的是，上述實例是發生在 三維空間中而並非僅在系鏈的截面平面中的系鏈與液體之間的相互作用的簡化。還注意到 的是，在與流驅動運載體以及支撐結構組合的系鏈的應用期間，系鏈與液體之間的合成相 對速度將沿著系鏈的主方向改變。這意味著側滑角β也將沿著主方向改變， 其中，系鏈可沿著主方向局部調整，這樣使得局部側滑角β減小。
[0056] 在圖3a至圖3e中，示出了通過圖lb中的I - I截取的根據本發明的系鏈的各個 實例實施方式的示意截面圖。在沒有另外地指明或示出的情況下，則圖3a至圖3e中的每 個系鏈1均以對應的方式布置，並且包括具有前緣6以及後緣7的外部形狀5、從後緣7至 前緣6限定的向前方向、至少一個張力支承部8以及裝置9a、9b (諸如電力電纜和/或信號 線纜）。此外，每個系鏈1均包括旋轉軸線和/或張力支承部的合成中心點10,在體固定向 前方向f中，該合成中心點位於水力壓力中心點11的前方。
[0057] 在圖3a中，張力支承部具有圓形截面形狀，並且該張力支承部可例如由一個或多 個纜線、鋼絲、繩、碳纖維構件或其他合適的材料和/或以上材料的組合構成，其中，系鏈的 外部形狀5包括彈性材料、熱塑性材料、碳纖維層板、玻璃纖維層板、複合材料、高強度塑料 或其他合適的材料和/或這些材料的組合。如在圖3a中進一步例舉的，取決於系鏈的構造， 在體固定向前方向f中，張力支承部的中心點10可位於系鏈的前五分之一部分12c中和/ 或位於系鏈的前四分之一部分12b中和/或位於系鏈的前三分之一部分12a中。
[0058] 在圖3b中，張力支承部具有更加複雜的結構，並且該張力支承部在系鏈的前部部 分中包括至少部分地沿著相應的側面24、24'延伸的兩個側部，這些側部通過橫向構件連 接。換言之，張力支承部基本為Η形，或具有漸縮的Η形形狀。此外，合成中心點10在張力 支承部8的外側位於兩個側部的後部部分分之間。
[0059] 在圖3c中，張力支承部包括第一張力構件8以及第二張力構件8'，該第一張力構 件以及第二張力構件彼此鄰近地布置在系鏈的前部部分中，每個構件均基本為方形。
[0060] 在圖3d中，張力支承部包括第一張力構件8以及第二張力構件8'，該第一張力構 件以及第二張力構件均由帶構件構成，兩個張力構件布置成面向彼此的對稱構造。
[0061] 在圖3e中，張力支承部包括多個分離的且展開的張力構件8、8'、8"、8"'、8""。 [0062] 在圖3f中，示出了通過圖4中的II - II截取的根據本發明的系鏈的實例實施方式 的不意截面圖。系鏈包括前部部分13和後部部分14,該前部部分包括前緣6與後緣7'，該 後部部分包括前緣6'與後緣7,其中，前部部分包括張力支承部，該張力支承部包括張力構 件8和8'，這些張力構件沿著體固定向前方向f相對於彼此展開成對準構造。此外，在系鏈 的向前方向中，後部部分14至少部分地與前部部分13分尚，並且該後部部分布置在該前部 部分的後面，其中，後部部分14形成鰭部（fin)，該鰭部布置成當系鏈穿過液體移動時使系 鏈通過液體的相對流動方向進行調整。
[0063] 例如，張力構件包括多個相對薄的碳纖維複合杆，其中，在操作期間，作用在系鏈 上的張力的支承功能基本均勻地分布在多個杆之間。杆可進一步布置成能夠相對於彼此重 新定位成扁平構造或輪廓，例如通過在系鏈中提供沿主方向MD延伸的內腔，這樣使得杆例 如可以基本相同的彎曲半徑彎曲。
[0064] 張力支承部（或張力構件）可替代性地或選擇性地包括人造纖維，該人造纖維允 許柔性的系鏈，並由此允許堅固的且邏輯有益的系鏈，例如允許盤繞或卷繞。例如，張力支 承部包括UHMWPE (超高分子量聚乙烯），例如迪尼瑪（Dyneema)或類似的高性能纖維。此外， 例如在關於複合杆所描述的類似布置中，鋼絲繩或多個鋼絲繩可用作張力支承部或用作張 力構件。例如，鋼絲在長期穩定性方面具有有益的性能。
[0065] 圖4示意性地示出了系鏈1的實例實施方式的立體圖，該系鏈將水下移動流驅動 運載體2固定並支撐至布置在海床上的支撐結構3。系鏈1包括基本為圓形的下部支撐結 構端部17。在中部18a中，系鏈包括具有漸增弦長G的系鏈段或系鏈部4a、4b，在朝向運載 體端部18b的方向上該系鏈包括系鏈段4c和4d，這些系鏈段也可具有漸增的弦長，或可替 代地，這些系鏈段具有恆定的弦長或遞減的弦長。
[0066] 下部支撐結構端部17附接至支撐結構3的迴轉（swivel)裝置3a，該迴轉裝置3a 允許系鏈1在A、B以及C方向中的自由角運動，這樣使得運載體2可沿著預期的軌道移動 和轉動。如進一步示出的，系鏈包括內部裝置9a、9b，該內部裝置將運載體以及運載體的控 制單元26與支撐結構3連接。運載體2進一步包括渦輪機/發電機單元27、朝向支撐結構 成角度的翼部20以及轉向裝置，該渦輪機/發電機單元可包括連接至發電機裝置的渦輪機 裝置，該轉向裝置包括例如由控制單元26控制的一個或多個轉向控制表面。系鏈部4b、4c 以及4d進一步設置有通過鰭部支撐件15a附接的各自的鰭部15。
[〇〇67] 應該注意到的是，上文已主要參考幾個實例實施方式描述了本發明。然而，如對本 領域技術人員顯而易見的，除上文所公開的實施方式之外的其他實施方式同樣可能地落在 如由所附專利權利要求所限定的本發明的範圍內。例如，系鏈可用於在類似的或不同的相 對流速和裝置速度中支撐並操作多個不同的水下裝置。系鏈還可用於將固定的或基本固定 的水下裝置支撐在具有高流速的位置中，並且該系鏈可用作用於在拖動裝置之後被拖動的 水下裝置的拖鏈。還注意到的是，在權利要求中，詞語"包括"不排除其他元件或步驟，並且 不定冠詞"a"或"an"不排除多個。單個裝置或其他單元可實現在權利要求中敘述的一些 項目的功能。在相互不同的從屬權利要求中敘述的特定特徵或尺寸的單一事實並非指的是 這些特徵或尺寸的組合不能用於獲得優勢。
【權利要求】
1. 一種系鏈（1)，用於將潛在液體中的移動流驅動裝置（2)連接至固定支撐結構（3)， 所述系鏈沿主方向（MD)延伸，其中所述系鏈的至少一個系鏈部（4a ;4b)包括 外部形狀（5)，具有前緣（6)和後緣（7)，所述前緣和所述後緣均沿所述主方向延伸，以 及 至少一個張力支承部（8)，沿所述系鏈的所述主方向延伸， 其中，所述系鏈部布置成當所述系鏈部穿過液體移動時，通過繞與所述系鏈的所述主 方向基本平行的旋轉軸線（R)旋轉而力求相對於液體的相對流動方向（FD)進行自調整，並 且其中，所述系鏈構造成允許在不同的部分處沿著所述主方向至少部分地扭轉以局部地自 調整。
2. 根據權利要求1所述的系鏈（1)，其中，在基本正交於所述主方向的從所述後緣至所 述前緣的向前方向（f)中，所述旋轉軸線位於所述系鏈部的水力壓力中心點（11)的前方。
3. 根據權利要求2所述的系鏈（1)，其中，在使用期間，所述張力支承部的合成中心點 位於所述系鏈部的前三分之一部分（12a)中、或前四分之一部分（12b)中、或前五分之一部 分（12c)中、或前十分之一部分中、或前十二分之一部分中。
4. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈部包括前部部分 (13)和後部部分（14)，所述前部部分包括所述前緣，所述後部部分包括所述後緣，其中所 述前部部分包括所述張力支承部。
5. 根據權利要求4所述的系鏈（1)，其中，在所述系鏈的向前方向（f)中，所述後部部 分至少部分地與所述前部部分分離並且布置在所述前部部分的後面，其中所述後部部分形 成鰭部（15)，所述鰭部布置成用於當所述系鏈穿過液體移動時使所述系鏈通過液體的所述 相對流動方向進行調整。
6. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述張力支承部包括至少一 個張力構件（8, 8'），所述至少一個張力構件包括纖維、人造纖維、碳纖維或鋼和/或上述材 料的組合。
7. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈部包括至少一個殼 體構件（16)，所述至少一個殼體構件形成所述系鏈部的所述外部形狀，所述殼體構件包括 以下材料中的至少一種，即彈性材料、熱塑性材料、熱固性材料、碳纖維層板、玻璃纖維層 板、複合材料、包括聚氨酯或由聚氨酯構成的材料，和/或上述材料的組合。
8. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈部的所述外部形狀 的所述前緣形成為水翼部的前緣。
9. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈包括多個系鏈部 (4a，4b，4c，4d)，所述多個系鏈部沿著所述系鏈的所述主方向連續地布置。
10. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈包括沿所述主方向 延伸的支撐結構端部（17a ; 17b)， 其中，所述支撐結構端部基本為圓形。
11. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈布置成使得所述系 鏈中性地或基本中性地浮在液體中。
12. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述裝置包括至少一個移動 運載體（2)，所述至少一個移動運載體構造成產生電能， 其中，所述系鏈進一步包括用於將所產生的電能從所述移動運載體分配至所述支撐結 構的裝置（9a ;9b)。
13. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈部是柔性的以便允 許盤繞或卷繞。
14. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈布置成支撐成至少 一個水下移動運載體，從而產生張力，所述張力達到6MN、4MN、2MN、1MN、lOOkN、10kN，或達到 3, 5kN。
15. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈的截面輪廓是不對 稱的。
16. 根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈的弦長沿朝向所述 系鏈的所述支撐結構端部的方向增加。
17. 根據權利要求1至15中的任一項所述的系鏈（1)，其中，所述系鏈的弦長沿朝向所 述系鏈的裝置端部的方向增加。
18. -種用於產生電能的能潛入水下的設備（100)，所述設備包括設置有渦輪機（27) 的流驅動運載體（2)，所述運載體通過根據前述權利要求中的任一項所述的系鏈連接至支 撐結構， 其中，所述運載體設置有至少一個流驅動翼部（20)，所述至少一個流驅動翼部布置成 產生相對於流速度的相對運載體速度，所述相對運載體速度是液體的所述流速度的至少2 倍或4倍或10倍。
【文檔編號】F03B17/06GK104105872SQ201280065297
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月27日
【發明者】阿爾內·誇彭, 奧洛夫·馬澤柳斯 申請人:米內斯圖股份公司