具有自主級(jí)的橫流式船用渦輪的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)包括疊置的級(jí)，每級(jí)包括橫流式渦輪和發(fā)電機(jī)，在該渦輪機(jī)中，每個(gè)渦輪-發(fā)電機(jī)級(jí)具有獨(dú)立的軸，且其中，每級(jí)關(guān)聯(lián)于獨(dú)立的整流罩（31-32），該整流罩相對(duì)于水流定向該級(jí)，各個(gè)整流罩為護(hù)罩類(lèi)型且具有對(duì)稱(chēng)的側(cè)翼。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有自主級(jí)的橫流式船用渦輪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由至少一列疊置的渦輪構(gòu)成的橫流式水力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)明人已經(jīng)遞交了一組關(guān)于橫流式水力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的申請(qǐng)，其中:
[0003]-在2004年2月4日遞交的法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)04/50209(B6412)，該申請(qǐng)涉及包括一列渦輪的橫流式水力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，各個(gè)渦輪包括V形翼形式的葉片；
[0004]-在2005年2月14日遞交的法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)05/50420(B6869)，該申請(qǐng)涉及用于使渦輪列牢固和避免渦輪列變形的支撐結(jié)構(gòu)；和
[0005]-在2008年10月23日遞交的專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/FR2008/051917(B8450)，該申請(qǐng)涉及由沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)雙列的組件構(gòu)成的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0006]在本文中被認(rèn)為是已知的這些專(zhuān)利申請(qǐng)描述了由至少一列疊置的渦輪構(gòu)成的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，這些疊置的渦輪牢固地附接到共用軸。該共用軸將旋轉(zhuǎn)力傳遞至與各列相關(guān)聯(lián)的單個(gè)發(fā)電機(jī)。
[0007]專(zhuān)利申請(qǐng)05/50420和PCT/FR2008/051917提供了使用由兩個(gè)中空的側(cè)壁或翼構(gòu)成的整流罩，用以使迎流集中朝向渦輪且因而增加渦輪的效率。在所有描述的情況中，整流罩是單件式的，即單個(gè)整流罩關(guān)聯(lián)于一列或兩列的全部渦輪。已知，如果各個(gè)翼的弦桿的長(zhǎng)度基本上等于渦輪直徑的三倍，則在將這種整流罩保持成對(duì)稱(chēng)地面向水流時(shí)，這種整流罩與壁為翼形的潤(rùn)輪的關(guān)聯(lián)能夠使效率基本上提聞兩倍。
[0008]海流或河流的強(qiáng)度能夠隨著時(shí)間而變化。如今，因驅(qū)動(dòng)葉片的轉(zhuǎn)速(該轉(zhuǎn)速取決于到達(dá)該驅(qū)動(dòng)葉片的水流的速度)而獲得渦輪所傳遞的最大功率。因此，提供了一種用于隨著時(shí)間控制驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速等于一列渦輪中各個(gè)渦輪的轉(zhuǎn)速。可根據(jù)到達(dá)該列渦輪的海流或河流的上游速度的測(cè)量，或者直接根據(jù)該列渦輪所提供的功率的分析而形成該調(diào)速系統(tǒng)。
[0009]除了具有可變的強(qiáng)度，水流的方向也可隨著時(shí)間而變化。在周期性換向的潮流(即單向潮流)中以及在科里奧利力(Coriolis force)的作用下旋轉(zhuǎn)的潮流中觀察這些變化，旋轉(zhuǎn)的深度大于約10米。在專(zhuān)利申請(qǐng)05/50420和PCT/FR2008/051917中，已經(jīng)設(shè)置了多個(gè)部件，用以在任何時(shí)間和地點(diǎn)，根據(jù)電流的方向推進(jìn)這種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方向:馬達(dá)輔助或利用葉片型的尾部單元的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。也可通過(guò)將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸放置在兩個(gè)合力的上游來(lái)確保自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這兩個(gè)合力施加在各個(gè)中空的側(cè)壁上且交匯于其各自的推力中心。
[0010]除了可能的吃水外，渦輪列可以利用一路向下至海底或河底的全部高度的水流。因此，渦輪列會(huì)遭遇不可避免地出現(xiàn)在下部的強(qiáng)度變化。在法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)05/50420中，涉及根據(jù)深度的水流強(qiáng)度變化，已經(jīng)在各個(gè)渦輪的轂和相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)軸部分之間設(shè)置了變速箱或任何其它能夠控制驅(qū)動(dòng)葉片的轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)。在每個(gè)渦輪的水平處布置這樣一個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)σ涣袦u輪中的每個(gè)渦輪起作用，使得各個(gè)渦輪為給定方向的水流提供最大的功率。然而，除了強(qiáng)度變化外，在大規(guī)模的流動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生能夠影響潮流的風(fēng)的海洋情況下，水流方向還可根據(jù)深度而變化。如今，在所公開(kāi)的系統(tǒng)中，整流罩形成與整列渦輪相關(guān)聯(lián)的塊，因此設(shè)想為每個(gè)渦輪最佳地調(diào)整整流罩方向是不可能的。最后，由于一個(gè)渦輪的阻塞導(dǎo)致整列渦輪的阻塞，因此該系統(tǒng)在其結(jié)構(gòu)和其操作上都不是模塊化的。
[0011]在風(fēng)力渦輪領(lǐng)域，專(zhuān)利申請(qǐng)DE-A-10065548提供了單列式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每級(jí)包括裝配在軸上的渦輪和發(fā)電機(jī)，該軸獨(dú)立于其它級(jí)的軸。由于兩個(gè)連續(xù)的級(jí)能夠沿相反的方向旋轉(zhuǎn)，因此能夠控制各個(gè)渦輪的葉片轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)的安裝不僅能夠在效率方面最佳地操作各個(gè)渦輪，而且能夠固定該組件。應(yīng)當(dāng)注意，該專(zhuān)利申請(qǐng)涉及風(fēng)力渦輪，但其中沒(méi)有設(shè)
置整流罩。
[0012]全部的這些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)都具有這樣或那樣的多個(gè)缺點(diǎn)，而且不能提供最佳的效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明的實(shí)施方式的目的在于提供一種具有多個(gè)渦輪列的橫流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)以?xún)?yōu)化效率，該結(jié)構(gòu)集中了多種現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的在理論上不兼容的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的在于提供一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)尤其易于構(gòu)成、維護(hù)、裝配和拆卸。
[0015]本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的在于提供一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，一個(gè)渦輪的阻塞不會(huì)阻塞整列渦輪。
[0016]本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的在于提供一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，各個(gè)渦輪可以以一定速度旋轉(zhuǎn)，可在任何時(shí)間最佳地調(diào)整該速度以達(dá)到在渦輪水平處的流速的有效強(qiáng)度。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的在于提供一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，各個(gè)渦輪可以以一定速度旋轉(zhuǎn)，可在任何時(shí)間最佳地調(diào)整該速度以達(dá)到在渦輪水平處的水流的有效方向。
[0018]本發(fā)明的實(shí)施方式的另一目的在于提供一種具有高度模塊性的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，即具有若干疊置的渦輪級(jí)，而并不影響發(fā)電機(jī)的選擇，從而提供更好的制造模塊性。
[0019]為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其它目的，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種包括疊置的級(jí)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，每級(jí)包括橫流式渦輪和發(fā)電機(jī)，其中，每個(gè)渦輪-發(fā)電機(jī)級(jí)具有獨(dú)立的軸，且其中，每級(jí)關(guān)聯(lián)于將該級(jí)相對(duì)于水流導(dǎo)向的整流罩，每個(gè)整流罩為護(hù)罩類(lèi)型且具有對(duì)稱(chēng)的側(cè)翼。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，各個(gè)級(jí)的發(fā)電機(jī)通過(guò)整流器相互連接。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，每個(gè)整流器的輸出端被聯(lián)接至獨(dú)立的充電部件以控制所關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或阻塞所關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，兩個(gè)相鄰的級(jí)被設(shè)計(jì)成使得該兩個(gè)級(jí)的渦輪沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，每級(jí)通過(guò)受控部件被聯(lián)接至相鄰的級(jí)，該受控裝置設(shè)置各級(jí)的相互取向。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，每個(gè)渦輪-發(fā)電機(jī)-整流罩級(jí)形成可原地疊置在另一模塊上的獨(dú)立模塊。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，每個(gè)模塊包括:框架，該框架包括護(hù)罩型整流罩的兩個(gè)壁，這兩個(gè)壁關(guān)聯(lián)于上板和下板；第一外殼，該第一外殼附接到下板且容納發(fā)電機(jī)；和第三板，該第三板相對(duì)于下板可旋轉(zhuǎn)地裝配在外殼下方，該第三板設(shè)置有附接到下部模塊的部件。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，附接部件包括可插入到下部模塊中的銷(xiāo)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，每級(jí)包括一對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的渦輪，每個(gè)渦輪關(guān)聯(lián)于容納在外殼中的發(fā)電機(jī)，每個(gè)渦輪通過(guò)對(duì)稱(chēng)的仿形件(profile)而與另一渦輪隔開(kāi)，該仿形件至少一直向下延伸至后緣，每級(jí)通過(guò)從仿形件一直延伸至整流罩的上板和下板而與相鄰的級(jí)隔開(kāi)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，每個(gè)渦輪的葉片為V形翼類(lèi)型。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0029]在以下結(jié)合附圖的【具體實(shí)施方式】的非限定性描述中，將詳細(xì)討論前述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0030]圖1A為單列式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例的透視圖；
[0031]圖1B為圖1A的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)的透視圖；
[0032]圖1C為圖1A的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)的軸向剖面圖；
[0033]圖2A為單列式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例的透視圖；
[0034]圖2B為圖2A的渦輪的剖面形式的簡(jiǎn)化的俯視圖；
[0035]圖2C為圖2A的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)的實(shí)施方式的剖面圖；
[0036]圖2D為圖2A的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)的另一實(shí)施方式的剖面圖；
[0037]圖3A為具有雙列的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例的透視圖；
[0038]圖3B為圖3A的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)的透視圖；和
[0039]圖4為具有雙列的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1A、圖1B和圖1C為分別示出單列橫流式水力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)的透視圖和該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)的局部剖面圖的簡(jiǎn)化示圖。這些視圖被簡(jiǎn)化之處尤其在于這些視圖沒(méi)有示出用于附接或連接渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)I由一組級(jí)3構(gòu)成，其中，每級(jí)包括橫流式渦輪5和發(fā)電機(jī)7。例如，各個(gè)基本的渦輪機(jī)是專(zhuān)利申請(qǐng)04/50209(B6412 )中所描述的類(lèi)型且被牢固地附接到軸8，軸8可旋轉(zhuǎn)地裝配在上凸緣9和下凸緣10之間，上凸緣9和下凸緣10通過(guò)桿11連接。各渦輪-發(fā)電機(jī)級(jí)的軸彼此獨(dú)立。各個(gè)軸8驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)7的轉(zhuǎn)子12，該轉(zhuǎn)子在定子13的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，定子13通過(guò)導(dǎo)線14提供電力供應(yīng)。
[0041]各發(fā)電機(jī)的導(dǎo)線14直接并行地相互連接，或者通過(guò)當(dāng)旋轉(zhuǎn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪時(shí)能夠提供電力供應(yīng)的其它連接部件而相互連接。該導(dǎo)線可被設(shè)置成使整流器與各個(gè)發(fā)電機(jī)的輸出端相關(guān)聯(lián)，以允許各個(gè)發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)矩和/或轉(zhuǎn)速方面的專(zhuān)用獨(dú)立控制。于是，將不同的整流器在D.C.(直流)總線上并聯(lián)。為了連接至網(wǎng)絡(luò)，需要在D.C.總線后放置單個(gè)逆變器。
[0042]此外，優(yōu)選地，將同一列的相鄰渦輪設(shè)計(jì)成在海流或河流作用于該列時(shí)沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。例如，在圖1A的實(shí)施方式中，相鄰渦輪的葉片21、葉片22、葉片23、葉片24被不同地定向，使得包括葉片21和葉片23的渦輪沿第一方向旋轉(zhuǎn)且包括葉片22和葉片24的渦輪沿另一方向旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)該列受到水流的作用時(shí)，該列僅受到牽引力，該牽引力使其沿水流方向彎曲。假設(shè)該列的兩個(gè)相鄰渦輪相向旋轉(zhuǎn)，則與水流方向正交的升力相互抵消或者至少大幅降低。進(jìn)而減小因與各個(gè)渦輪的升力相關(guān)聯(lián)的力矩的總和而導(dǎo)致的橫向起重傾覆力矩。
[0043]圖2A和圖2B分別為單列橫流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例的透視圖和渦輪及其相關(guān)聯(lián)的整流罩的簡(jiǎn)化俯視圖。
[0044]該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括與圖1A至圖1C的元件相同的元件，將不再次描述這些元件。此外，每級(jí)形成包括渦輪、發(fā)電機(jī)和框架的自容納型模塊。該框架包括整流罩，該整流罩由兩個(gè)豎向的或?qū)ΨQ(chēng)形狀的壁(或翼)31和32、上板41以及下板(在圖2A中未示出)構(gòu)成。下部的整流罩元件33保護(hù)發(fā)電機(jī)。保護(hù)元件34旨在避免渦輪葉片和致動(dòng)渦輪的水流所可能驅(qū)動(dòng)的主體之間的任何撞擊。將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)以這樣的方式(未示出)裝配在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，使得下部的級(jí)可以圍繞縱軸自由旋轉(zhuǎn)。
[0045]圖2B的俯視圖示意性地示出了渦輪的三個(gè)葉片21A、21B和21C，以及相關(guān)聯(lián)的整流罩的兩個(gè)側(cè)翼31和32。方向A對(duì)應(yīng)于模塊的對(duì)稱(chēng)軸，箭頭C指示水流方向。各個(gè)翼31、32具有的弦相對(duì)于對(duì)稱(chēng)軸的傾角為角度β。角度β在接近臨界入射角α。(分離)的入射角的值(即基本上在10°到25°之間)與其三分之一的傾角的范圍內(nèi)。在護(hù)罩內(nèi)的渦輪存在的情況下考慮此處的分離，且該分離不同于針對(duì)單獨(dú)的仿形件或一對(duì)相對(duì)的仿形件的分離。如上文所指出，這種在各級(jí)處獨(dú)立的整流罩的關(guān)聯(lián)可以?xún)?yōu)化系統(tǒng)操作。
[0046]因此，將稱(chēng)為水流的方向與系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)軸之間的角度，并且如果渦輪沿著箭頭R所指示的方向旋轉(zhuǎn)，則在隨水流上升的翼的弦與水流的方向C之間的角度a r等于ki3，且隨水流下降的翼的弦與水流的方向C之間的角度Cid等于(2-k)i3。整流罩的最佳方向在于，與逆著水流的葉片運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的側(cè)壁具有小于β的入射角aj對(duì)應(yīng)于β的分?jǐn)?shù)ki3，k值取決于所選擇的 仿形件、水流的流入速度、以及機(jī)器的轉(zhuǎn)速)。在這樣的定向下，各個(gè)葉片面臨著超速(如果相對(duì)于流入速率k〈0，則或者甚至速度不足)，當(dāng)葉片逆著水流運(yùn)動(dòng)時(shí)，該超度低于時(shí)的速度。另一方面，與葉片的下降運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的側(cè)壁具有的入射角a d ( a d=(2-k) β )必須大于β，接近但小于α。。因此在下降運(yùn)動(dòng)期間，該超速大于a d=^時(shí)的速度。在現(xiàn)有技術(shù)的示例中，塔架(各級(jí)的列)包括插入具有不均勻方向的水流中的一件式整流罩，然而，如果入射角ar比β大5度到10度，則一些級(jí)的效率將明顯下降(可下降50%)。
[0047]獨(dú)立模塊的整流罩的自然(被動(dòng))取向接近正對(duì)水流的對(duì)稱(chēng)情形，對(duì)于進(jìn)速比的一般值(在2和5之間)，ajad〈i3，進(jìn)速比為葉片尖端的速度與流速的比。這種自然取向提供的效率大于20%以?xún)?nèi)，該效率接近對(duì)應(yīng)于最佳取向的效率。因此接近渦輪的最佳效率，這顯示出自由地旋轉(zhuǎn)獨(dú)立級(jí)的優(yōu)勢(shì)。在這種情況下，最終有利于β接近于α。:護(hù)罩打開(kāi)越大，護(hù)罩中流體(僅通過(guò)孔洞限制)的加速度越大且取樣功率越大。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的變型，代替設(shè)置相對(duì)于彼此自由旋轉(zhuǎn)的級(jí)，可設(shè)置成使各個(gè)級(jí)與相鄰的級(jí)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠影響或調(diào)整兩個(gè)級(jí)之間的角位移。因此，在任何時(shí)間且對(duì)于各個(gè)級(jí)，可以通過(guò)被迫取向而有利地將被動(dòng)取向情況修改成最佳取向。于是將這種控制與渦輪轉(zhuǎn)速的控制相結(jié)合。
[0049]渦輪-發(fā)電機(jī)-整流罩級(jí)的使用是特別有利的，除了效率增益外，還提供了多個(gè)優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)包括下列幾點(diǎn):
[0050]-相對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)，可減輕各個(gè)整流罩的翼，在現(xiàn)有系統(tǒng)中，大型翼必須承受結(jié)構(gòu)的壓力。
[0051]-在潮流的變化中，可使對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的壓力隨時(shí)間變得平穩(wěn)，各級(jí)相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)給定的角位移，這避免顛簸而重新定位。于是，通過(guò)聯(lián)接疊置的框架所形成的用于支撐一列渦輪的結(jié)構(gòu)變得更輕。事實(shí)上，該結(jié)構(gòu)僅需要抵抗給定方向上的彎曲應(yīng)力，而無(wú)需抵抗正交于給定方向的附加的可變應(yīng)力。
[0052]-同一列的相鄰的渦輪可被設(shè)計(jì)成在海流或河流作用于該列時(shí)沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。如果該列的兩個(gè)相鄰渦輪相向旋轉(zhuǎn)，則與水流方向正交的施加到聯(lián)接的框架上的升力相互抵消或至少大幅降低。
[0053]圖2C為示出可用在圖2A的結(jié)構(gòu)中的渦輪-發(fā)電機(jī)-框架的示例的剖面圖。該結(jié)構(gòu)并不完全對(duì)應(yīng)于圖2A的剖面圖，而是示出對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的一些變型。
[0054]整流罩的兩個(gè)翼31和32通過(guò)上板41連接。該板包括開(kāi)口 42和開(kāi)口 43，用以接納裝配到鄰級(jí)的螺釘44。這兩個(gè)翼也通過(guò)下板45連接。渦輪5的軸8樞轉(zhuǎn)地裝配在軸承47、軸承48上，軸承47和軸承48分別被固定地附接至上板41和下板45。軸8連接至發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子50，該發(fā)電機(jī)放置在與渦輪相對(duì)的板45的一側(cè)上。例如，發(fā)電機(jī)的定子52通過(guò)外殼53附接至板45。第二板60被裝配成可在與板45的平面平行的平面上自由旋轉(zhuǎn)。例如，板60和板45之間的接合件由兩個(gè)環(huán)狀的軸承62和63構(gòu)成，軸承62和軸承63分別被裝配在板45的底部上和外殼53的側(cè)壁上。
[0055]當(dāng)然，多種替選實(shí)施方式是可行的，重點(diǎn)是在一級(jí)的整流罩和基礎(chǔ)級(jí)之間具有旋轉(zhuǎn)自由度。
[0056]圖2D為示出可用在圖2A所示的結(jié)構(gòu)中的渦輪-發(fā)電機(jī)-整流罩的另一示例的剖面圖。盡管圖2C的結(jié)構(gòu)可在浸沒(méi)之前進(jìn)行裝配(由于存在螺釘或螺銷(xiāo)44)，但圖2C的結(jié)構(gòu)要在原地逐級(jí)進(jìn)行裝配。圖2D示出與圖2C中的元件相同的元件，這些元件用相同的附圖標(biāo)記表示。關(guān)于裝配模式，開(kāi)口 42、開(kāi)口 43和裝配螺釘44被開(kāi)口 71、開(kāi)口 72以及銷(xiāo)73、銷(xiāo)74替代。因此，該結(jié)構(gòu)可在原地逐級(jí)進(jìn)行裝配。
[0057]在圖2C和圖2D的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)中，應(yīng)注意到，存在隔開(kāi)兩個(gè)相鄰級(jí)的板。這避免了一個(gè)級(jí)的元件的旋轉(zhuǎn)所引起的湍流傳播到相鄰的級(jí)。
[0058]圖3A和圖3B為具有雙列的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及這種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一級(jí)的透視圖。對(duì)于該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和不同變型的形成，可參照上述專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/FR2008/051917。在示出的示例中，整流罩的各個(gè)元件相對(duì)于彼此固定，該組件可圍繞樁80旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)，例如，樁80可旋轉(zhuǎn)地裝配在固定的底座上。
[0059]在本實(shí)施方式中，一列的元件沿與相鄰列的元件的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，以抑制作用于整個(gè)結(jié)構(gòu)的升力。每級(jí)包括一對(duì)渦輪41和42，該對(duì)渦輪與一對(duì)發(fā)電機(jī)43和44相關(guān)聯(lián)。
[0060]圖4示出具有數(shù)個(gè)渦輪-發(fā)電機(jī)-整流罩級(jí)的雙列式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為圖3A的結(jié)構(gòu)的有利修改。各個(gè)級(jí)的整流罩獨(dú)立于其它級(jí)的整流罩。通過(guò)樁(未示出)將每級(jí)與上一級(jí)接合，該樁在中央壁的高度處穿過(guò)所有級(jí)且附接至底座。該樁阻止徑向位移和軸向位移。通過(guò)圍繞樁的止推軸承在級(jí)間提供旋轉(zhuǎn)的自由度。[0061]圖4示出這樣的示例，水流的取向在結(jié)構(gòu)的下部和上部之間變化。假定水流進(jìn)行有規(guī)律地變化。因此，相對(duì)于前一級(jí)，各個(gè)級(jí)以一定角度沿相同的方向移動(dòng)。對(duì)于這種具有多個(gè)雙列的渦輪-發(fā)電機(jī)-整流罩級(jí)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，與單列式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的不同之處在于:
[0062]-整流罩的自然(被動(dòng))取向正好是“面向水流”的對(duì)稱(chēng)情形，
[0063]-整流罩的最佳取向正好是整流罩的自然取向。
[0064]已經(jīng)描述了每級(jí)都包括渦輪、發(fā)電機(jī)和整流罩的各個(gè)級(jí)，其中，這些級(jí)可以疊置和以各種方式進(jìn)行裝配。已經(jīng)描述了渦輪、發(fā)電機(jī)和整流罩的【具體實(shí)施方式】。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些元件中每個(gè)元件的形成可以具有多種變更，變更的示例尤其可在 申請(qǐng)人:的在先專(zhuān)利申請(qǐng)中發(fā)現(xiàn)，但這不作為限制。
[0065]上文所描述的渦輪-發(fā)電機(jī)-整流罩級(jí)疊置結(jié)構(gòu)組合了以下的特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0066]1、易于裝配/拆卸:各個(gè)渦輪級(jí)通過(guò)接合在另一級(jí)上可很容易地被疊置。此外，此處所描述的渦輪-發(fā)電機(jī)-整流罩級(jí)能夠形成易于拆卸和運(yùn)輸?shù)臏u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)級(jí)具有相等的重量，在實(shí)際實(shí)施中該重量將不會(huì)超過(guò)2噸到5噸之間的值。
[0067]2、電動(dòng)自主性:在電轉(zhuǎn)換方面(每個(gè)渦輪有一個(gè)發(fā)電機(jī))以及在所考慮的級(jí)處根據(jù)流入速度的值驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速方面都具有電動(dòng)自主性，以獲得最佳效率(每級(jí)有一個(gè)控制系統(tǒng))。這種獨(dú)立性能夠反應(yīng)在速度的極值強(qiáng)度方面的不均一性。這種自主性的結(jié)果在于，如果必要，則可以例如在渦輪發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)在電力上使該渦輪過(guò)度充電而使相鄰或臨近的渦輪的發(fā)電機(jī)減速。最終可以根據(jù)實(shí)施地點(diǎn)來(lái)調(diào)整級(jí)的數(shù)量，而無(wú)需修改發(fā)電機(jī)。
[0068]3、機(jī)械自主件:在渦輪阻塞的情況下,可以通過(guò)采用上文第二點(diǎn)處所提到的預(yù)警,使同一列的其它渦輪保持運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0069]4、水力操作的獨(dú)立性:由于存在隔開(kāi)相鄰級(jí)的板，在兩個(gè)疊置的渦輪之間、渦輪和其軸之間、發(fā)電機(jī)和渦輪之間等不存在會(huì)負(fù)面影響各個(gè)級(jí)的性能的相互作用。
[0070]5、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性:在單列式機(jī)器的情況下，由于一列的各級(jí)之間的旋轉(zhuǎn)方向的倒轉(zhuǎn)，因此各級(jí)組件具有抵抗因升力所引起的振動(dòng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，由此產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。
[0071]6、靜態(tài)穩(wěn)定性:各級(jí)組件具有抵抗?fàn)恳Φ撵o態(tài)穩(wěn)定性，該牽引力趨向于使整列渦輪沿水流方向彎曲或者甚至將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)沿著水流拖走。由這種力所產(chǎn)生的傾覆力矩遠(yuǎn)大于由升力所產(chǎn)生的傾覆力矩；當(dāng)需要引入標(biāo)準(zhǔn)I)、標(biāo)準(zhǔn)3)以及下面的標(biāo)準(zhǔn)7)時(shí)，這些標(biāo)準(zhǔn)難以平衡。
[0072]7、級(jí)取向的優(yōu)化:如果這些護(hù)罩導(dǎo)致各個(gè)級(jí)相對(duì)于水流方向的優(yōu)化取向，則通過(guò)使用護(hù)罩來(lái)實(shí)現(xiàn)顯著的性能增益(至少翻倍)。
[0073]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，本發(fā)明可具有各種變更和修改，本領(lǐng)域技術(shù)人員尤其可應(yīng)用發(fā)明人的在先出版物中所描述的各種變更。
[0074]已經(jīng)描述了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)相鄰渦輪沿相反方向旋轉(zhuǎn)的情況。也可提供不同組的渦輪沿相反方向旋轉(zhuǎn)。
[0075]最后，在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在液流中(水力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))的情況下描述了本發(fā)明。本發(fā)明可適用于運(yùn)行在氣流中的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(風(fēng)力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括:疊置的級(jí)(3)，每級(jí)包括橫流式渦輪(5)和發(fā)電機(jī)(7)，其中，每個(gè)渦輪-發(fā)電機(jī)級(jí)具有獨(dú)立的軸(8)，且其中，每級(jí)與將該級(jí)相對(duì)于水流導(dǎo)向的獨(dú)立的整流罩(31-32)相關(guān)聯(lián)，每個(gè)整流罩為護(hù)罩類(lèi)型且具有對(duì)稱(chēng)的側(cè)翼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，各個(gè)級(jí)的所述發(fā)電機(jī)通過(guò)整流器相互連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，各個(gè)整流器的輸出端被聯(lián)接至獨(dú)立的充電部件以控制所關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或阻斷所關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，兩個(gè)相鄰的級(jí)被設(shè)計(jì)成使得所述兩個(gè)相鄰的級(jí)的渦輪沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每級(jí)通過(guò)受控部件被聯(lián)接至相鄰的級(jí)，所述受控部件設(shè)置各級(jí)的相互取向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每個(gè)渦輪-發(fā)電機(jī)-整流罩級(jí)形成可原地疊置在另一模塊上的獨(dú)立模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每個(gè)模塊包括: 框架，所述框架包括護(hù)罩形狀的整流罩的兩個(gè)壁(31、32)，所述兩個(gè)壁關(guān)聯(lián)于上板(41)和下板(45), 第一外殼(53)，所述第一外殼附接至所述下板且容納所述發(fā)電機(jī)，和 第三板(60)，所述第三板相對(duì)于所述下板可旋轉(zhuǎn)地裝配在所述外殼的下方，所述第三板設(shè)置有附接至下部模塊的部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，附接部件包括可插入到所述下部模塊中的銷(xiāo)(65、66)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每級(jí)包括一對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的渦輪，每個(gè)渦輪關(guān)聯(lián)于容納在外殼(53)中的發(fā)電機(jī)；每個(gè)渦輪通過(guò)對(duì)稱(chēng)的仿形件與另一渦輪隔開(kāi)，所述仿形件至少一直向下延伸至后緣；每級(jí)通過(guò)從所述仿形件一直延伸至所述整流罩的上板和下板而與相鄰的級(jí)隔開(kāi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每個(gè)渦輪的葉片為V形翼類(lèi)型(21-24)。
【文檔編號(hào)】F03B13/10GK103703244SQ201180064355
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月5日
【發(fā)明者】托馬斯·雅基耶, 讓-呂克·阿夏德 申請(qǐng)人:法國(guó)電氣公司, 水之尋公司