從流水產生動力的裝置和方法
2023-07-01 03:18:16
專利名稱：從流水產生動力的裝置和方法
技術領域：
本申請涉及由碰撞水輪機的葉片的水流動來產生動力，包括機械動力或電力。本發明進一步涉及用於這樣的水輪機的漂浮平臺。
背景技術：
在現有技術中已知適於利用流水的動力的各種水輪機設計。這些設計包括水輪機，所述水輪機具有多個沿圓周方向間隔開的水輪機葉片，每個葉片連續地延伸大約水輪機轉子的整個長度並從水輪機轉子沿徑向向外延伸。同時，它們包括具有多組水輪機葉片的水輪機，所述水輪機葉片沿著水輪機軸彼此縱向間隔開。在每一組中，多個沿圓周方向間隔開的葉片從軸向外徑向延伸。後一種水輪機的例子可見於美國專利No.5,834,853，授權於1998年11月10日(Ruiz等人)；及美國專利No.5,946,909，授權於1999年9月7日(Szpur)。
然而，這些設計不能提供對經過水輪機葉片的水流的加強，以及由此產生的動力輸出的提高。它們也沒有提供這樣的支撐結構，該支撐結構非常適於在水體中移動，並且可被構造為能進一步提高經過葉片的水流的流動。並且，它們確實提供的結構不能被以任意的協作方式排列。
發明內容
在本發明的一個方面中，提供了一種從水體(例如，河流或運河)中的水流產生動力的裝置，該裝置包括縱向延伸的漂浮平臺，用於維持所述裝置使其漂浮在水體中；和水輪機，其被平臺可運轉地承載，以響應於水體中的水流而產生動力。所述平臺包括具有相對發散側的向前部，所述發散側從前端頂點向外和向後延伸到第一和第二細長向後部，第一向後部從向前部向後縱向延伸，第二向後部大體上平行於第一向後部且從向前部向後縱向延伸；以及在第一和第二向後部之間通過平臺的向下開口。所述水輪機包括水輪機轉子和多個水輪機葉片。所述轉子橫跨轉子相對端部之間的向下開口而縱向地延伸，並可轉動地安裝到平臺上，用於繞轉子軸線轉動。水輪機葉片從轉子向外延伸，以便通過所述開口與水流可操作地連通。
在所有情況下，通過平臺的向下開口優選被相對的向下和縱向延伸的內側壁側向地界定，用於引導與所述葉片連通的水流。
具有如上所述的向前部和第一和第二向後部的平臺可被改造以可運轉地承載多於一個水輪機。例如，所述平臺可包括第三細長向後部，其位於第一和第二向後部之間並大體上平行於第一和第二向後部且從向前部向後縱向地延伸。第一縱向開口在第一和第三向後部之間通過平臺向下延伸。第二向下開口在第二和第三向後部之間通過平臺向下延伸。如上所述的第一水輪機被安裝到平臺上，其轉子橫跨第一向下開口延伸，如上所述的第二水輪機被安裝到平臺上，其轉子橫跨第二向下開口延伸。優選的是，第一向下開口被相對的向下和縱向延伸的內側壁側向地界定，用於引導與第一水輪機的葉片連通的水流。類似地，優選的是，第二向下開口以相對的向下和縱向延伸的內側壁為側向邊界，用於引導與第二水輪機的葉片連通的水流。
根據情況，在平臺上設置多於一個水輪機被認為或不被認為是有益的。冗餘是一種可能的優點。如果一個水輪機出現故障或需要維修或只是停機，則其它水輪機可用於連續地輸送動力。在平臺上設置多於一個水輪機的一個缺點是增加了複雜性，因為每個水輪機將需要自己的固定件和相關的動力輸出裝置。
在本發明的進一步方面中，提供了一種從水體(例如河流或運河)中的水流產生動力的方法，這樣的方法包括—提供第一動力發生工作站(power generation station)，所述工作站包括縱向延伸的漂浮平臺，用於維持在水體中漂浮的工作站；和水輪機，其被平臺可運轉地承載，以響應於水體中的水流而產生動力；—使工作站漂浮在水體中，並使平臺的向前端朝向水流的上遊；和
—可控地抑制平臺向下遊移動。
根據本方法，所述平臺包括具有相對發散側的向前部，每個發散側從平臺的前端頂點向外和向後延伸到第一和第二細長向後部。第一向後部從向前部向後縱向延伸到第一遠端；第二向後部大體上平行於第一向後部且從向前部向後縱向延伸到第二遠端。縱向開口在第一和第二向後部之間通過平臺向下延伸。
所述水輪機包括水輪機轉子和多個水輪機葉片。所述轉子安裝到平臺上，以繞著轉子軸轉動，並橫跨向下開口延伸。水輪機葉片從轉子向外延伸，以便通過所述開口與水流可操作地連通。
在水流具有相當大的寬度的情況下(例如，在寬的河流中)，可採用若干這樣的工作站。有益的是，工作站可排列成工作站陣列。例如，所述方法可進一步包括—提供第二和第三動力發生工作站，每個包括大致與第一動力發生工作站的漂浮平臺相同的漂浮平臺；—使第二工作站漂浮在水體中，並使第二工作站的平臺的前端頂點位於第一工作站的平臺的第一遠端附近；和—使第三工作站漂浮在水體中，並使第三工作站的平臺的前端位於第一工作站的平臺的第二遠端附近。
為便於第二和第三動力工作站鄰近第一動力工作站的第一和第二遠端的這種定位，優選第一動力工作站的遠端具有錐角，該錐角與平臺的向前部的發散兩側從平臺前端頂點向後延伸的角度一致。
附加的動力發生工作站可以類似地定位在第二和第三動力發生工作站後面。
在本發明的另一方面中，提供了一種水輪機，所述水輪機優選與前述的裝置或方法結合使用，但是其也可以用在固定(即非漂浮安裝)位置，有益的是在該位置從水輪機轉子向外延伸的水輪機葉片是較窄的、柔性的細長葉片，並且排列在沿著轉子延伸的沿圓周方向間隔開的各排中。在每一排中，葉片彼此連續地間隔開一個間距。葉片接合併減慢水流，越靠近水輪機軸減速效果越強。所產生的結果是沿著葉片長度的水流。所述葉片被作用在葉片上的壓力向前彎曲，導致一定程度的經過葉片的和在葉片周圍的水流的均衡。水流產生渦流效果，所述渦流效果有助於水沿著葉片流動，並且與上述的減速效果相結合，有助於增加動力輸出。產生的動力隨著驅動水流的深度而增加。
優選的是，各排可以互相交錯排列，以便在給定的一排中的葉片沿著圓周方向與該給定排的沿圓周方向的緊前方的排中的葉片之間的間距以及與該給定排的沿圓周方向的緊後方的排中的葉片之間的間距對齊。這樣，與各排內的葉片不交錯的情況比，在一排中的葉片之間流動的水將以更大的速度碰撞隨後的排中的葉片。這種排列的結果是更均勻的水流減速、在葉片一側上的壓力和在葉片相對側上的抽吸力。
以下將參照附圖描述本發明的前述和其它特徵和優點。
圖1是本發明的第一實施例的透視圖；圖2是圖1示出的實施例的俯視圖；圖3是圖1示出的實施例的側視圖；圖4是透視圖，更詳細地示出了圖1示出的實施例中的水輪機轉子和傳動齒輪形成部分；圖5是透視圖，示出了圖1示出的實施例中的水輪機葉片形成部分的相對位置；圖6是透視圖，示出了圖4中示出的水輪機轉子的一部分和連接到其上的相關的水輪機葉片；圖7是圖1中示出的漂浮平臺的俯視圖；圖8是圖1中示出的平臺的前視圖；圖9是圖1中示出的平臺的端視圖；圖10是圖1中示出的平臺的側視圖；圖11是類似於圖7中示出的平臺的三個漂浮平臺的排列陣列的俯視圖，每一個平臺用於承載根據本發明的水輪機；圖12是類似於圖7中示出的平臺的六個漂浮平臺的排列陣列的俯視圖，每一個平臺用於承載根據本發明的水輪機；圖13是本發明的第二實施例的透視圖；
圖14是圖13示出的實施例的俯視圖；圖15是本發明的第三實施例的透視圖；圖16是圖15示出的實施例的俯視圖；圖17是圖13-16中示出的任一水輪機的剖面圖；圖18是圖17中示出的任一水輪機葉片的透視圖；和圖19示出了圖17中示出的水輪機之下的水流的方向和作用。
具體實施例方式
圖1-12示出了全文用100來標示的動力發生工作站，包括縱向延伸的漂浮平臺10，用於保持工作站使其漂浮在水體(未示出)中，以及全文用標號101表示的水輪機，其被平臺可操作地承載，以響應於水體中的水流產生動力。水輪機101包括水輪機轉子110和多個具有不同長度的較窄的細長水輪機葉片120，所述葉片從轉子向外延伸以便與水流操作連通。所述轉子包括軸111(圖4)。當平臺被適當定位時，水流通常沿著箭頭F的方向沿軸的橫向流動。
平臺10包括具有相對發散側13、14的向前部12，發散側從前端頂點11向後和向外延伸到第一和第二細長向後部15和18。向後部15從向前部12縱向向後延伸到錐形遠端16，並包括後面將要討論的相關的罩17。向後部18大體上平行於向後部15且從向前部12縱向向後延伸到錐形遠端19，並包括後面將要討論的相關的罩20。縱向開口21在向後部15、18之間通過平臺向下延伸。通常，平臺10關於其縱向中心線22(圖2)的任一側是對稱的，所述縱向中心線二等分前端頂點11。
通常，平臺10布置為其前端頂點11朝向上遊(即，與箭頭F相反的方向)。偏轉器25安裝在平臺上頂點11的緊前方，以保護該端部並幫助偏轉可能在水中向下遊漂浮的木頭或其它碎片。向前部12的發散側13、14(其用於在水流中提供流線型)也用於控制木頭或其它碎片使其平滑地離開平臺。這些特徵減小了漂浮碎片被迫在平臺10之下朝向水輪機葉片120的可能性。
從圖11-12將會更好地理解，平臺10的整個形狀使得動力發生工作站的陣列以這樣的方式排列，該方式提供整個的流線型，從而任意的給定平臺為從該給定平臺向下遊延伸的平臺提供碎片偏轉屏蔽或部分偏轉屏蔽。更具體而言，在圖11中示出了通常為三角形陣列的三個平臺，第一和第二尾端平臺10已經被這樣定位，其各自的前端頂點11與引導平臺10的遠端16、19緊鄰，一個尾端平臺的向後部15緊鄰另一尾端平臺的向後部18。在圖12中，圖11所示的陣列已被延伸，從而包括三個平臺的第三線，總共有六個平臺。這種陣列可用於開發較大的總能量輸出。
水輪機101的葉片120排列在沿圓周方向間隔開的八排中，即各個交錯的排125、126、125、126，等(在圖5和6中更好地示出)。每一排沿著水輪機轉子110的長度延伸。在任一給定排中的相鄰葉片彼此以間距122分開。如圖5中更好地示出的那樣，各排之間這樣交錯，即，在任一給定排中的葉片120與其緊向前方的排中的葉片之間的間距122對齊，並且與其緊向後方的排中的葉片之間的間距122對齊。這樣，當水流的一部分碰撞給定排中的葉片120而流動時，剩餘的一部分將流過在該給定排中的間距122，並且開始朝向下遊的下一排中的葉片120流動。
轉子110橫跨開口21延伸，以繞轉子軸轉動，轉子的一端可轉動地安裝到平臺10的向後部15，轉子的相對端可轉動地安裝到平臺10的向後部18。如圖4中更好地示出的那樣，轉子110具有模塊結構，包括一系列軸向對齊的圓形凸緣112，它們沿著轉子的長度沿縱向間隔開。相鄰的一對凸緣112由縱向延伸的矩形凸緣114、116鄰接，所述矩形凸緣114、116沿徑向離開轉子軸並繞轉子軸沿圓周方向間隔開。如圖6所示，凸緣114被改造以使單個水輪機葉片120能夠連接，而凸緣116被改造以使兩個水輪機葉片120能夠連接。更具體而言，每個凸緣114包括位於凸緣相對端部之間的中心處的單個螺栓孔陣列115。在徑向向內的端部處帶有相應孔陣列的葉片120被用螺栓(未示出)栓接到凸緣114上，所述螺栓通過凸緣、通過葉片和通過同樣包括相應孔陣列的保護面板119而延伸。相反，每個凸緣116包括兩個螺栓孔陣列117、118，每個陣列位於凸緣的一端處。這些陣列便於將兩個葉片120栓接到凸緣116上，方式與將單個葉片120連接到凸緣114的方式相同，包括使用面板119。(注意，在圖4中示出的面板119的位置是它們用於栓接葉片120至轉子110時所具有的位置。另一方面，它們是獨立元件)。
如圖4更好地示出地那樣，一對傳動齒輪130安裝在水輪機轉子110的相對端，以使它們在軸111上轉動。如圖1-2所示，每個齒輪130通過齒輪和傳動組件135機械連接到動力發電機140的軸上，齒輪和傳動組件135決定發電機相對於轉子的轉速和由此而產生的電能。每個齒輪和傳動裝置135包括鏈齒輪132，其在相關傳動齒輪130的輪緣上接合鏈環131。傳動齒輪本身被安裝在平臺10的相對內側上的罩17、20屏蔽。
應當注意，罩17、20不僅用於屏蔽傳動齒輪，而且用於確定平臺10的相對的向下和縱向延伸的內側壁，該內側壁橫向地限定向下開口21在平臺中的邊界。這樣的內側壁用於引導和約束或導流與水輪機葉片120連通的水流。
水輪機葉片120可被下降或升高以改變水流內的深度。具體而言，參照圖1-4，水輪機101由一對標示為60的相對升降梯運載，每個升降梯包括固定到平臺10上的框架62。每個這樣的框架包括軌道65，其相對於平臺10的表面以大約45度的上升角延伸。軸111被支撐在由軌道65可滑動地承載的軸箱內。因此，包括葉片120的水輪機101相對平臺10的上升由軸箱沿著軌道65的定位來決定。該位置可由鏈條66和滑輪67的機構來固定和改變。
每個齒輪和傳動組件135被安裝在一對全文用標號70、71標示的升降梯上，並可以沿著相關軌道與水輪機沿著軌道65的運動串聯地移動或者獨立地移動。允許這種獨立的運動使得任一個或兩個發電機140都能夠根據需要從相關傳動齒輪130拆開。
絞盤50被安裝到平臺10上，系纜51被可卷繞地卷在絞盤上，以便連接到位於水體的河床上的錨基(未示出)上，其中所述平臺在該水體中漂浮。從而抑制平臺在水體中向下遊移動。絞盤和系纜也能夠使平臺10的位置相對於錨基被調節。不僅在平臺第一次移動定位時，而且在水位隨後改變時，所述調節都是可希望的。
水輪機葉片120優選是柔性的。當在平臺10被固定的同時水流流過葉片120時，葉片阻礙和減慢流速。這種減速效果在靠近轉子110處最顯著，因為任意給定葉片的表面隨著逐漸接近轉子必須較慢地移動。因此，水的流動傾向於沿著葉片的長度從轉子向葉片的外端發展。葉片的柔性引起沿著它們的長度的一定程度的水流均衡。一部分水流同時通過間距122經過葉片周圍。通過一個排125、126中的間距122的水的流動允許直接朝向緊鄰的下遊排126、125的葉片而流動，並產生抽吸和渦漩效果，導致相對於具有剛性葉片的情況具有增加的動力傳輸效率。在葉片之間的間距122還產生湍流，該湍流提高水的氧合作用。當作用在轉子上的直接的流動力在連續的葉片排之間被分開，而不是衝擊單一表面時，排內的葉片的間距和排之間的葉片的交錯也導致更均勻的水流利用。因此，下遊排的葉片不會被上遊排的葉片直接屏蔽而經受直接的流入水流，而在每一排用連續的不間斷表面代替時會出現所述情況。
關於水輪機葉片120的改變的長度，應當注意到，在所圖示的實施例中，在任一給定排中的葉片的長度大體上平滑地從位於朝向轉子110相對端的那些葉片的較短長度變化到位於朝向轉子中心的那些葉片的較長長度。這種變化在下述情況下被認為是所希望的，即，自然水流的強度沿著工作站100的寬度方向以相應的方式改變。在工作站的影響下，當自然水流被內側壁17、20捕獲並被朝向水輪機葉片引導時，自然水流將被加速到相當的程度。這種加速具有拋物線的輪廓，朝向內側壁之間的中線具有最大值，沿著內側壁具有最小值。優選的是，葉片120的長度以相應的拋物線形式改變。
在操作中，工作站100漂浮在水體的水流中的期望位置處；平臺10的前端頂點15朝向水流的上遊(即，沿著箭頭F的相反方向)，優選的是，位於水流最大的點處。通過將系纜51固定到錨基上，而限制工作站向下遊的移動。通過從絞盤上展開纜繩或將纜繩卷回到絞盤上，能夠用絞盤50可調節地控制所述位置。
水輪機101通過它在平臺10上的安裝而被升至相對於水的表面而選擇的位置。當水輪機響應於水流而旋轉時，機械動力通過傳動齒輪130和傳動組件135被輸送到發電機140，以產生電力。為了對應給定的水流速對改變的水流速進行補償或調節轉子的動力輸出或轉速，通過升降梯60的運動，水輪機101可相對於水表面被提升或降低。這種運動改變葉片120在水中突出的深度，從而改變作用在葉片上的力。
如果需要，可提供附加的動力發生工作站，最好具有如上所述的平臺陣列。
第一實施例(圖1-12)對於可用的水流較慢(例如，1米/秒)的情況而言被認為是優選的。第二實施例示出在圖13-14中，並優選用於較快的水流。第三實施例示出在圖15-16中，也被優選用於較快的水流，此外，用於那些希望在單個漂浮平臺上提供多於一個水輪機的情況也是優選的。在第二和第三實施例的情況中，相關水輪機被它們各自的漂浮平臺可轉動地支撐在固定位置。發電機和它們至水輪機軸的聯接裝置未示出。
更具體而言，第二實施例(圖13-14)包括縱向延伸的漂浮平臺210和水輪機301，其被平臺可操作地承載，以響應於水體中的水流產生動力。水輪機301包括水輪機轉子310和多個較窄的細長水輪機葉片320，所述葉片從轉子向外延伸以便與水流操作連通。所述轉子包括軸311，其被支撐在安裝在轉子相對端處的平臺210上的軸箱313內。
類似於如上所述的平臺10的情況，平臺210包括具有相對發散側213、214的向前部212，發散側從前端頂點211向後和向外延伸到第一和第二細長向後部215和218。向後部215從向前部212縱向向後延伸到錐形遠端216。向後部218大體上平行於向後部215且從向前部212縱向向後延伸到錐形遠端219。縱向開口221在向後部215、218之間通過平臺向下延伸。
平臺210包括一對平臺開口250、251，通過所述開口系纜或錨線(未示出)可落下。與參照第一實施例指出的單個系纜和絞盤的情況相反，在水流較快的情況下，多於一個錨定點被認為是理想的。一對開口250、251提供用於兩個獨立錨定線(未示出)的通道。
應該指出的是，包括發散側213、214和錐形遠端216、219的平臺210的結構允許許多這樣的平臺以類似於圖11-12所示的方式被組裝。並且，應當指出的是，平臺210包括內側壁217、220，它們確定開口221的側向邊界，並用於引導和限制或導流與水輪機葉片320連通的水流。
第三實施例(圖15-16)包括縱向延伸的漂浮平臺410和一對水輪機501，其被平臺可操作地承載，以響應於水體中的水流產生動力。每個水輪機501包括水輪機轉子510和多個較窄的細長水輪機葉片520，所述葉片從轉子向外延伸以便與水流操作連通。每個轉子包括軸511，其被支撐在安裝在轉子相對端處的平臺410上的軸箱513內。
類似於如上所述的平臺10的情況，平臺410包括具有相對發散側413、414的向前部412，發散側從前端頂點411向後和向外延伸到第一和第二細長向後部415和418。向後部415從向前部412縱向向後延伸到錐形遠端416。向後部418大體上平行於向後部415且從向前部412縱向向後延伸到錐形遠端419。如同平臺210的情況，平臺410包括一對平臺開口450、451，通過該開口系纜或錨線(未示出)被放下。
第三實施例(圖13-14)不同於第二實施例(圖15-16)之處在於，它包括兩個水輪機501而不是單個水輪機301。並且，與平臺210相反，平臺410包括第三細長向後部460，其位於第一和第二向後部415、418之間的中路。向後部460大體上平行於第一和第二向後部415、418且從向前部412縱向向後延伸，一對縱向開口421、471通過平臺在向後部415、418之間向下延伸，並被向後部460分開。
應當指出的是，包括發散側413、414和錐形遠端416、419的平臺410的結構允許許多這樣的平臺以類似於圖11-12所示的方式被組裝。並且，應當指出的是，平臺410包括內側壁417、420和437、440，它們分別確定開口421、471的側向邊界，並用於引導和限制或導流與水輪機葉片520連通的水流。
圖17是用標號601表示的水輪機的剖面圖，其可被認為代表水輪機301或水輪機501的對應剖面。圖18是圖17所示的水輪機葉片620之一的透視圖。如圖所示，水輪機601的轉子包括大致圓柱形的外和內管650、655，它們通常繞軸(未示出)的軸線611逆時針轉動。水輪機葉片620從管650向外突出，並且每一個葉片被細長軸625支撐，所述細長軸625反過來由管650、655朝向其相對端被支撐。優選葉片被可轉動地支撐，從而在它們的表面621和水流動方向之間的入射角可被改變以對水流動提供或多或少的阻力。通過旋轉葉片，對給定的水的流速，水輪機的轉速和產生的動力輸出可被調節。類似地，可進行調節以補償水流速的改變。
在水輪機601之下流動的水的一般性質在圖19中示出。水水平地進入並與在區域680處葉片區域形成接觸，並在區域681處以上升角(即羽狀水柱角)排出。當水進入時，它與水輪機轉子(其外管650)相遇，所述水輪機轉子傾向於作為水壩將轉子前的水位從L1提升到L2。其結果是產生較高的壓頭，其用於加快作用在葉片620上並通過葉片620之間的水的流速。連續的流動遵循轉子之下的路徑，所述轉子對水施加壓力，該壓力在點P1處發展到最大值。隨著抽吸力的發展，並隨著朝向出口區681的流動的加速，壓力開始減小。
如第二和第三實施例示出的工作站的整個尺寸可以是相當大的。例如，在典型的情況中，平臺210具有大約115米的總長度，大約70米的總寬度，和大約16米的總高度。內側壁217、220之間的間距大約為50米。轉子310具有大約20米的外鼓輪直徑和大約12米的內鼓輪直徑。葉片320的尖端距離轉子軸線大約18米。第三實施例可以具有類似的尺寸範圍。當然，應當理解，總體尺寸、包括葉片長度等的水輪機尺寸可以從一種情況到另一種情況有顯著不同。適用的標準將包括水深、預期水流和期望動力輸出。
在權利要求書的實質和範圍內，各種改造、變化和修改是可能的並且對本領域技術人員是顯而易見的。本發明不限於在此描述的特定實施例。
權利要求
1.一種從水體中的水流產生動力的裝置，該裝置包括(a)縱向延伸的漂浮平臺，用於維持所述裝置使其漂浮在水體中，所述平臺包括(i)具有相對發散側的向前部，所述發散側從前端頂點向外和向後延伸到第一和第二細長向後部，所述第一向後部從所述向前部向後縱向延伸，所述第二向後部大體上平行於所述第一向後部且從所述向前部向後縱向延伸；以及(ii)在所述第一和第二向後部之間通過所述平臺向下延伸的縱向開口；和(b)水輪機，其被所述平臺可運轉地承載，以響應於所述水體中的水流產生動力，所述水輪機包括(i)水輪機轉子，所述轉子橫跨轉子相對端部之間的所述開口縱向地延伸，並可轉動地安裝到所述平臺上，用於繞轉子軸線轉動；和(ii)多個水輪機葉片，所述水輪機葉片從所述轉子向外延伸，以便通過所述向下開口與所述水流可操作地連通。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，(a)所述葉片是較窄的、柔性的細長葉片，並排列在沿所述轉子延伸的沿圓周方向間隔開的排中；(b)在每個所述排中，所述葉片彼此連續地間隔一個間距。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述各排互相交錯排列，以便在給定的一個所述排中的葉片沿著圓周方向與該給定排的沿圓周方向的緊向前方的排中的葉片之間的間距以及與該給定排的沿圓周方向的緊向後方的排中的葉片之間的間距對齊。
4.根據權利要求2或3所述的裝置，其特徵在於，所述葉片具有這樣的長度，該長度從對應朝向所述轉子的所述相對端的那些所述葉片的較短長度大體上平滑地變化到對應朝向所述相對端之間的中心的那些所述葉片的較長長度。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述葉片的所述長度大致在所述相對端之間以拋物線形式變化。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述水輪機以相對所述平臺可調高度的方式被所述平臺承載。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括用於調節所述水輪機相對所述平臺的高度的裝置。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括安裝在所述平臺上的絞盤和可卷繞在所述絞盤上的系纜，所述系纜可連接到錨基上，從而抑制所述平臺向下遊的移動。
9.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括在所述前端處安裝在所述平臺上的偏轉器，用於偏轉在所述水體中漂浮的碎片。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述開口被相對的向下和縱向延伸的內側壁側向地界定，用於引導與所述葉片連通的水流。
11.一種由水體中的水流產生動力的裝置，該裝置包括(a)縱向延伸的漂浮平臺，用於維持所述裝置使其漂浮在水體中，所述平臺包括(i)具有相對發散側的向前部，所述發散側從前端頂點向外和向後延伸到第一和第二細長向後部，所述第一向後部從所述向前部向後縱向延伸，所述第二向後部大體上平行於所述第一向後部且從所述向前部向後縱向延伸；(ii)第三細長向後部，其位於所述第一和第二向後部之間並大體上平行於所述第一和第二向後部從所述向前部向後縱向地延伸；(iii)在所述第一和第二向後部之間通過所述平臺向下延伸的第一縱向開口；和(iv)在所述第二和第三向後部之間通過所述平臺向下延伸的第二縱向開口；和(b)第一和第二水輪機，其被所述平臺可運轉地承載，以響應於所述水體中的水流產生動力，每個所述水輪機包括相關的水輪機轉子，所述轉子可轉動地安裝到所述平臺上，用於繞著相關的轉子軸線轉動，以及多個相關的水輪機葉片，其中(i)所述第一水輪機的所述轉子橫跨所述第一開口延伸，所述第一水輪機的所述葉片從所述第一水輪機的所述轉子向外延伸，以便通過所述第一開口與所述水流可操作地連通；和(ii)所述第二水輪機的所述轉子橫跨所述第二開口延伸，所述第二水輪機的所述葉片從所述第二水輪機的所述轉子向外延伸，以便通過所述第二開口與所述水流可操作地連通。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，(a)所述葉片是較窄的、柔性的細長葉片，並且排列在沿相關轉子延伸的沿圓周方向間隔開的排中；(b)在每個所述排中，所述葉片彼此連續地間隔開一個間距。
13.根據權利要求11或12所述的裝置，其特徵在於，(a)所述第一向下開口被相對的向下和縱向延伸的內側壁側向地界定，用於引導與所述第一水輪機的所述葉片連通的水流；和(b)所述第二向下開口被相對的向下和縱向延伸的內側壁側向地界定，用於引導與所述第二水輪機的所述葉片連通的水流。
14.一種水輪機，包括(a)水輪機轉子，其在轉子的相對端部之間縱向地延伸；和(b)多個較窄的、柔性的細長水輪機葉片，所述葉片從所述轉子向外延伸，以連通水流，其中(i)所述葉片排列在沿所述轉子延伸的沿圓周方向間隔開的排中；(ii)在每個所述排中，所述葉片彼此連續地間隔一個間距；和(iii)所述各排互相交錯排列，以便在給定的一個所述排中的葉片沿著圓周方向與該給定排的沿圓周方向的緊前方的排中的葉片之間的間距以及與該給定排的沿圓周方向的緊後方的排中的葉片之間的間距對齊。
15.根據權利要求14所述的水輪機，其特徵在於，所述葉片的長度從對應朝向所述轉子的所述相對端的那些所述葉片的最短長度大體上平滑地變化到對應位於所述相對端之間的中間位置的那些所述葉片中的至少一個葉片的最長長度。
16.根據權利要求15所述的水輪機，其特徵在於，所述葉片的所述長度大致在所述相對端之間以拋物線形式變化。
17.一種由水體中的水流產生動力的方法，所述方法包括(a)提供第一動力發生工作站，所述工作站包括(i)縱向延伸的漂浮平臺，用於維持所述工作站使其在水體中漂浮；所述平臺包括(A)具有相對發散側的向前部，每個所述發散側從前端頂點向外和向後延伸到第一和第二細長向後部，所述第一向後部從所述向前部向後縱向延伸到第一遠端，所述第二向後部大體上平行於所述第一向後部從所述向前部向後縱向延伸到第二遠端；以及(B)在所述第一和第二向後部之間通過所述平臺向下延伸的縱向開口；和(ii)水輪機，其被所述平臺可運轉地承載，以響應於所述水體中的水流產生動力，所述水輪機包括(A)水輪機轉子，所述轉子橫跨所述轉子的所述相對端部之間的所述開口縱向地延伸，並且可轉動地安裝到所述平臺上，用於繞轉子軸線轉動；和(B)多個水輪機葉片，所述水輪機葉片從所述轉子向外延伸，以便通過所述向下開口與所述水流可操作地連通；(b)使所述工作站漂浮在所述水體中，並使所述前端頂點朝向所述水流的上遊；和(c)可控地抑制所述平臺向下遊的移動。
18.根據權利要求17所述的方法，進一步包括(a)提供第二和第三動力發生工作站，每個包括大致與所述第一動力發生工作站的漂浮平臺相同的漂浮平臺；(b)使所述第二工作站漂浮在所述水體中，並使所述第二平臺的所述前端頂點位於所述第一平臺的所述第一遠端附近；和(c)使所述第三工作站漂浮在所述水體中，並使所述第三平臺的前端頂點位於所述第一平臺的所述第二遠端附近。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述第二和第三動力工作站的每一個包括大致與所述第一動力產生工作站的水輪機相同的水輪機。
20.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於(a)所述葉片是較窄的、柔性的細長葉片，並且排列在沿所述轉子延伸的沿圓周方向間隔開的排中；(b)在每個所述排中，所述葉片彼此連續地間隔一個間距。
21.根據權利要求20所述的方法，其特徵在於所述各排互相交錯排列，以便在給定的一個所述排中的葉片沿著圓周方向與該給定排的沿圓周方向的緊前方的排中的葉片之間的間距以及與該給定排的沿圓周方向的緊向後方的排中的葉片之間的間距對齊。
22.根據權利要求20或21所述的方法，其特徵在於，所述葉片具有這樣的長度，該長度從對應朝向所述轉子的所述相對端的那些所述葉片的較短長度大體上平滑地變化到對應朝向所述相對端之間的中心的那些所述葉片的較長長度。
23.根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，所述葉片的所述長度大致在所述相對端之間以拋物線形式變化。
24.根據權利要求17-23中任一項所述的方法，其特徵在於，所述第一和第二遠端中的每一個具有錐角，該錐角與所述平臺的向前部的所述發散兩側從所述平臺的所述前端頂點向後延伸的角度一致。
25.根據權利要求17-23中任一項所述的方法，其特徵在於，所述開口被相對的向下和縱向延伸的內側壁側向地界定，用於引導與所述葉片連通的水流。
全文摘要
一種由水體中的水流產生動力的裝置，包括縱向延伸的漂浮平臺，用於維持所述裝置使其漂浮在水體中；和水輪機，其被平臺可運轉地承載，以響應於水體中的水流產生動力。所述平臺被構造用於加強經過水輪機葉片的水流的流動，並且使各自具有相關水輪機或多個水輪機的許多相似平臺以協作的方式排列。所述水輪機可包括水輪機轉子，所述水輪機轉子帶有多個較窄的、柔性的細長葉片，所述葉片布置在沿著轉子延伸的在圓周方向間隔開的各排中。在每一排中，葉片彼此連續地間隔開一個間距。各排可以互相交錯排列，以便在給定的一排中的葉片沿著圓周方向與該給定排的沿圓周方向的緊向前方的排中的葉片之間的間距以及與該給定排的沿圓周方向的緊向後方的排中的葉片之間的間距對齊。
文檔編號F03B17/06GK1668843SQ03816394
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月7日 優先權日2002年7月8日
發明者科林·裡甘, 約翰·霍夫曼 申請人:科林·裡甘, 約翰·霍夫曼