用于将波浪、水流或风力的动能转换为机械能的装置制造方法及图纸

一种装置包括多个横流涡轮机(9)，每个涡轮机(9)包括围绕旋转轴(A)布置成鼠笼构造的固定弯曲叶片(5，6)。涡轮机(9)安装在水上的浮动支架(10)上，直接置于流体流动(18)中，并且一个接一个地连续排布，其中涡轮机(9)的轴(A)彼此平行且垂直于流动(18)的方向。

A device for converting kinetic energy of waves, currents or wind into mechanical energy.

A device comprises a plurality of cross-flow turbines (9), each of which comprises a fixed curved blade (5, 6) arranged in a squirrel cage around a rotating shaft (A). A turbine (9) is mounted on a floating bracket (10) on water, directly placed in a fluid flow (18), and continuously arranged one after another, in which a turbine (9) axis (A) is parallel to each other and is perpendicular to the direction of flow (18).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将波浪、水流或风力的动能转换为机械能的装置
本专利技术总体上涉及一种低成本装置，其使用横流涡轮机对来自波浪、风或水流的能量进行有效利用而无需导流板。该装置特别适用于泵送海水和利用海浪产生的能量来发电。现有技术本领域中已知用于将来自波浪、风或水的流动的动能转换为旋转机械能(用于发电)的装置，包括横流涡轮机，该涡轮机设置有围绕旋转轴布置成鼠笼构造的固定弯曲叶片。这些装置的示例在文献KR100191636B1和KR101492768B1中有描述。KR100191636B1公开了一种安装在两个浮子上的涡轮机，这两个浮子保持涡轮机的下半部分浸没，从而导致通过浮子之间的流体流动旋转涡轮机。KR101492768B1中示出了一种安装在浮动装置上的涡轮机，但该涡轮机布置为完全浸没。由于该装置包括为将水引导至涡轮机下部而设置的周围壳体，装置结构复杂。通常，在液态流体中运转的具有固定叶片的鼠笼构造涡轮机具有导流板，该导流板旨在通过涡轮机的外部且仅通过涡轮机的一侧去引导流体。因此，通常，已知的使用鼠笼构造涡轮机的装置结构复杂，无法最大化地利用入射流体流动的能量。具体地，这些装置无法最优地从波浪能量即水表面的水平中提取能量，并且这些装置的结构通常复杂且繁琐。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本专利技术提出了一种用于将来自波浪、风或水流的流动的动能转换为旋转机械能(用于发电)的装置，包括多个横流涡轮机，每个涡轮机包括围绕旋转轴布置成鼠笼构造的固定弯曲叶片。根据本专利技术，涡轮机安装在水上的浮动支架上，直接置于流体流动中，并且一个接一个地连续排布，其中涡轮机的轴彼此平行且垂直于流体流动方向。由于该装置使用低成本的横流涡轮机，无需昂贵的导流板、挡板、或为将流体引导至涡轮机一部分的流动引导部件，所以该装置特别适用于有效利用来自波浪、风和水流的能量(这是非常稳定且经济的)。连续的涡轮机允许依次地减少流动能量，然后，具有能量的流体流动经过涡轮机后剩余的能量在随后的涡轮机中利用。具体地，本专利技术用来对波浪能量进行利用是非常有利的。当波前到达涡轮机时，主要包括能够被涡轮机所利用的粒子垂直运动。由于波前通过连续的涡轮机前进，发生破裂，这意味着流体的运动逐渐地获得了一个水平方向，其可以被随后的涡轮机利用。在波浪装置的情况下，水粒子垂直振荡，描述了余摆线的轨迹并以碎浪形式产生强大的表面流，本专利技术中使用的涡轮机将总是以与入射流体流动无关的相同旋转方向旋转，这样反而允许简化最终将连接到涡轮机的电气元件或下游电力电子器件。其可以用作离岸涡轮机或陆上防波板。只要技术上可以实现，几个可选的特征均可以相互组合：-当作为波浪装置运转时，涡轮机的轴相互平行且水平地安装在浮动壳体结构支架上。具体地，应理解，涡轮机的轴安装在浮动支架上，当装置置于水中，就使得该轴水平布置。这种布置特别适合利用水的垂直流和水平流产生的表面能量。这也表示在垂直方向上减少了空间占用，允许应用在浅水水域中或作为防波板，也允许利用拖船将其放入水中或拖出水中。-涡轮机的轴容纳于相同平面，从而能够最优地连续利用波浪流动能量。-浮动支架具有形成通道的U形横截面轮廓，以便形成底部壳体或壁，以及两个侧部壳体或壁，涡轮机的轴可旋转地支撑在两个侧边壳体之间。这种结构允许壳体同时支撑涡轮机以在下方保护涡轮机，并将水引导至涡轮机中并且容易地从上方进入涡轮机中。-该结构包括浮动控制部件，使得该装置能够在涡轮机完全浸没的下部位置和涡轮机完全位于水位上方的上部位置之间移动。因此，可以接触涡轮机以进行维护，并且该装置可以沿不同深度的水域移动。因此，当置于波浪中时，该装置将作为礁或防波板运转，并且可以调整其垂直位置以优化其性能或将风暴的影响降至最低。-浮动控制部件为可浸的浮子。在本专利技术的另一个变型中，涡轮机的轴相对于浮动支架垂直安装。在该变型中，涡轮机的轴可以布置在浮动支架的上方以利用风能，或放置在浮动结构的平面以下，以作为水流发电厂来操作。在描述的所有变型中，可以设想，可选地：-涡轮机的轴按照规则间隔布置。-涡轮机的叶片具有圆柱形包络。-浮动支架包括将其锚定到海床的部件，以防止任何脱离，但允许围绕锚进行一定旋转。附图说明为了完成描述以及更好地理解本专利技术，本专利技术提供了一组附图。所述附图形成了说明书的组成部分并示出了本专利技术的实施例。所述附图不应被理解为限制本申请的范围，而仅仅作为如何执行本专利技术的示例。所述附图包括以下图：图1示出了根据经典理论的圆柱体表面上的理论压力分布。图2示出了圆柱体表面上的实验压力分布。图3示出了外侧空气动力形的圆柱体上的理论压力分布。图4示出了具有弯曲片状叶片的横流涡轮机的横截面。图5示出了具有空气动力叶片的横流涡轮机的横截面。图6示出了支撑在锚定壳体浮动基座上以利用波前能量的若干涡轮机的布置。图7示出了横面或剖面视图中的上述布置，以表明存在波浪时水的振荡程度。图8示出了根据本专利技术相关研究的受空气动力形外侧边缘圆柱体影响的流动特性，强调了均匀的外部流动与变化区或受固体影响区之间的边界区。图9a示出了浮动支架和涡轮机的布置，以从水流中提取能量。图9b示出了轴容纳于相同平面的用于从波浪中提取能量的一连串涡轮机的剖面图。图9c与图9a类似，但应用于风的情况下，其中涡轮机位于上部。图10至图12分别示出了本专利技术优选实施例的侧立面视图、俯视图和正立面视图。具体实施方式从图1可以看出，根据经典理论并且在理想流体的情况下，由于固体1的前侧和后侧压力平衡，所以不存在阻力或者不会拖动置于运动流体中的固体。因此，该理论引起达朗贝尔悖论，在于，理论上，相对于流体以恒定速度运动的物体上的拖曳力为零，与相对于流体运动的物体上观察到的实质拖曳力之间直接矛盾。所以，总是根据经典理论，如果固体是一个圆柱体，则圆柱体的两半之间就不会有压力差。这将适用于鼠笼涡轮机，其外壳是圆柱体，从而根据该理论，不可能从完全面向流体流动放置的涡轮机中提取能量，即，如现有技术的文献中公开的那样，涡轮机9的两半中没有导流板或水引导部件。相反，本专利技术中的实际的实施例已经在工业上取得了良好的测试实验结果，特别是已经确定下游流动的现有抽吸动作防止了如图2中所示的在圆柱体1的背部上理论存在的正压力，也防止了用于如图3中所示的圆柱体或外侧边缘圆柱体上理论存在的正压力。这个构想基于圆柱体或其他简单形状而提出的，清楚地描述了压力分布，例如图3中的2，在外部流动方向3上具有压力梯度，从而能够推动圆柱涡轮机中的流体流动而无需导流板或分流器。任何经过圆柱涡轮机区域的流体，例如图4中的8，由于叶片弯曲而偏转，从而在叶片中产生相对于轴的符号相同的反作用，并且因此涡轮机9将总是在与流体流动无关的相同方向上旋转。这有助于其与旋转泵或发电机一起实际实施，实际上比旋转泵或发电机更好。本专利技术最普遍形式的能量回收装置19包括布置的若干横流式圆柱涡轮机9，如图4和图5所示，其中，它们的轴相互平行，距离间隔开，如图7所示插入水流中，基于上述物理原理，撞击在图4中的弯曲叶片5和图5中的弯曲叶片6上，使得涡轮机总以图4中的相同方向7旋转，而可以忽略图4中的流体流动8的方向或特征。具体地，图9b，在波浪13的情况下，所有涡轮机将以相同的旋转方向旋转。这种情况下，能量前部由水平面18来表示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将来自波浪、风或水流的流动(16，18)的动能转换为旋转机械能的装置(19)，包括多个横流涡轮机(9)，每个所述涡轮机包括围绕旋转轴(A)布置成鼠笼构造的固定弯曲叶片(5，6)，其特征在于，所述涡轮机(9)安装在水上的浮动支架(10)上，使得所述涡轮机(9)能够直接置于流体流动(18)中，并且一个接一个地连续排布，其中所述涡轮机(9)的轴(A)彼此平行且垂直于所述流动(18)的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.29 EP 15382473.51.一种用于将来自波浪、风或水流的流动(16，18)的动能转换为旋转机械能的装置(19)，包括多个横流涡轮机(9)，每个所述涡轮机包括围绕旋转轴(A)布置成鼠笼构造的固定弯曲叶片(5，6)，其特征在于，所述涡轮机(9)安装在水上的浮动支架(10)上，使得所述涡轮机(9)能够直接置于流体流动(18)中，并且一个接一个地连续排布，其中所述涡轮机(9)的轴(A)彼此平行且垂直于所述流动(18)的方向。2.如权利要求1所述的装置，其中所述涡轮机(9)的轴(A)水平安装在所述浮动支架(10)上。3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述涡轮机的轴(A)容纳在相同的平面。4.如权利要求2所述的装置，其中所述浮动支架(10)具有形成通道的U形横截面轮廓，以便形成底部壳体(12)和两个侧部壳体(12A，12B)，所述涡轮机(9)的轴(A)可旋转地支撑在所述两个侧部壳体(12A，12B)之间。5.如前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·多里亚·伊里亚特，
申请(专利权)人：阿雷西费能源系统公司，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES