由流体动力阵列支撑的高架桥的制作方法
专利名称：由流体动力阵列支撑的高架桥的制作方法
由流体动力阵列支撑的局架桥
背景技术：
地球是个71%的表面都由海洋覆盖的水世界，甚至其大陆也被江河切割开来。所有海水的周期性涨落被称为潮汐，这源于月球、太阳和地球之间的万有引力。虽然这种万有引力导致水位竖直涨落，但是对可再生能源产业来说，特别让人感兴趣的是各种各样的水平或者横向运动——通常称为潮汐流，用它可以产生大量的电能。可再生能源，例如潮汐能，的出现对于将来的文明意义重大，因为对化石燃料的依赖不可能支撑到下一个世纪。向可再生能源技术过渡会迎来一个崭新的时代，以取代化石燃料时代，并且解决石油储量减少、破坏性的环境影响和棘手的宗教冲突等问题。概要提供本概要是为了用简要的形式介绍一系列概念，下面还将在详细说明中进行说明。本概要不打算鉴别要求保护的主题的关键特征，也不打算用于帮助确定要求保护的主题的范围。 本主题的一个方面包括用流体动力发电的系统。该系统包括供车辆跨越的高架桥。该系统还包括流体动力阵列，该流体动力阵列被配置用来支撑高架桥，还被配置用来利用海洋潮汐或者河流的运动和作用于流体动力阵列上的力发电，它被浸没在海洋潮汐或者河流中，并且相对于海洋潮汐或者河流运动。附图的简要说明通过参照下面的详细说明，同时结合附图，本发明的上述方面和许多附属的优点会变得更容易理解，同时会被更好地理解，其中图I是位于典型的流体动力阵列顶上的组装好的典型的高架桥的等距截面视图；图2是位于典型的流体动力阵列顶上的典型的高架桥的侧视图；图3是位于典型的流体动力阵列顶上的典型的高架桥的前视截面图；图4是位于一部分典型的流体动力阵列顶上的一部分典型的高架桥的前视截面图；图5是典型的嵌入式机器室的前视截面图；图6是典型的流体动力阵列的顶视截面图；图7是典型的流体动力阵列的顶视截面图；图8是典型的上部平台/轴承组件的侧视截面图；图9是典型的上翅片的等距视图；
图10是典型的上翅片的侧视图；图11是典型的上翅片的顶视图；图12是典型的转子组件的顶视图；图13是典型的环状夹和典型的刀片支架臂的顶视图；图14是典型的转子组件的一部分的侧视截面图；图15是典型的中部平台/轴承组件的侧视截面图；图16是典型的下翅片的等距视图17是典型的下翅片的顶视图；图18是典型的下翅片的侧视图；图19是典型支柱的侧视图；图20是典型的高架桥的一部分和流体动力阵列的典型部分的一部分的侧视截面图；图21是典型的底板块的局部剖开的等距视图；图22是典型的底板块的侧视图；图23是典型的支柱和典型的底板块的一部分的局部剖开的等距视图；·
图24是典型的支柱和典型的底板块的一部分的组装好的等距视图；图25是位于典型的流体动力阵列顶上的典型的高架桥的侧视图；而图26是典型的底部平台/轴承组件的侧视截面图。详细说明本主题的各种各样的实施方式涉及被配置用来不仅用海洋潮汐而且用河流发电的流体动力阵列。高架桥被设置在流体动力阵列顶部的适当位置，它被配置用于机动车运输，同时还用作流体动力阵列的零部件，包括其结构性的、机械的、电气的以及电子支援装备，的构造、组装、拆卸、安装、移除和维护。流体动力阵列的每个元件可以与另一个元件等相互连接，以形成跨过海峡、通道、河口、运河、水道或者河流的多孔的流体动力阵列。图I展示了高架桥100，它包括被中央分隔带140隔开的长的高架路面138a、138b。高架桥100由一系列短的与中间跨段(spans)相互连接且由流体动力阵列200的支柱支撑的路面跨段构成。更具体地说，高架桥100是一组高架桥元件。每个高架桥元件是一组元件，每个元件包括两个对应的路面跨段(例如跨段101a、101b)。每个对应的路面跨段IOlaUOlb与一个中间跨段(例如中间跨段140a)相互连接。每个高架桥元件借助锁销(latches)与其他高架桥元件相互连接，以形成高架桥100 (这在下文论述)。为了清楚起见，以下评述集中在该套路面跨段101a、101b。因为高架桥100由多套路面跨段组成，本领域熟练技术人员会理解论述与形成高架桥100的其他各套的路面跨段有关。流体动力阵列200是一组流体动力元件。每个流体动力元件是一套构件,包括四个支撑高架桥元件的支柱(例如支柱122a、122b、122c和122d)。这四个支柱122a、122b、122c和122d被搁在四个钻入底板块132顶部的凹槽126上。底板块132有许多支脚134，以搁在海底。除四个支柱122a、122b、122c和122d以及底板块132之外，流体动力元件还包括嵌入式机器室118 ;转子组件204a、204b ;翅片308a、308b、312a、312b ;以及平台/轴承组件310、314、2600。在一个实施方式中，流体动力元件包括机械的、电气的和电子的构件，以形成立轴液力涡轮，用于用海洋潮汐或者河流产生能量。每个流体动力元件借助锁销与其他流体动力元件相互连接，以形成流体动力阵列100 (这在下文论述)。路面跨段101a、IOlb包括护栏110a、110b、IIOc和110d，当机动车和人穿过高架桥100时，用于保护它们远离危险。在一个实施方式中，每个护栏110a、110b、IIOc和IlOd是用合适材料，例如钢丝绳，制成的隔离物，沿路面跨段101a、IOlb的边和中间跨段140a的边设置。每个路面跨段IOlaUOlb包括边沟136a、b，以允许路面跨段IOlaUOlb上的降水排出。每个路面跨段IOlaUOlb包括一个人孔盖102，允许通过人孔106到达穿过高架桥100的套管和其他导管，例如电缆，的三角形内腔108。
每个路面跨段IOlaUOlb设有一个平台，它上面紧挨着吊车轨道112a、112b安装有护栏110b、110c，吊车轨道由原钢制造而成，形成载有吊车的轮式车辆的轨道，吊车用于借助由吊车轨道112a、112b支撑的起重设备举起、移动或者降低流体动力元件的构件。靠近吊车轨道112a、112b的是设备铁轨114a、114b，用于形成轮式车辆的轨道，以运载各种机器。中间跨段140a设有机器室舱盖116，舱盖一移除，就允许流体动力元件的构件被举起、移动和降低。靠近机器室舱盖116的是人孔盖104，它允许接近通往嵌入式机器室118的各种空间的梯子。中间跨段140a是嵌入式机器室118的顶部。每个支柱，例如支柱122a、122b、122c和122d，都包括上搁板，例如上搁板120a、120b、120c和120d (以保持上翅片308a、308b)，和下搁板，例如下隔板124a、124b、124c和124d(以保持下翅片312a、312b)。每个支柱的支脚被放进位于底板块132内的凹槽126内。每个底板块借助多个支脚134被搁在海底。每个底板块借助锁销末端128a、128b与另一个底板块相互连接，以将流体动力元件联在一起，最终形成流体动力阵列200。在一个实施方式中，一组四个支柱122a、122b、122c和122d由安装在海底上的底 板块下面的许多支脚134支撑，每个支柱都用增强的海用混凝土制造，做得很厚，且具有椭圆形的或者其他合适的横截面形状。这一设置形成底座，用于稳定流体动力元件的其他构件。在一个实施方式中，四个一组的支柱122a、122b、122c和122d引导水流通过立轴水翼涡轮，以便从跨越涡轮水翼并且从一个涡轮管到另一个涡轮管的水流的不同方向获得附加功率。为了促进这一效应，一个涡轮叶片与另一个涡轮叶片的关系是同步的。每个涡轮沿与其相邻涡轮的旋转方向相反的方向转动，后者被另外四个一组的支柱支撑。支柱的这一设置消除或者减少了涡轮叶片和管壁之间的干扰效应，这可以导致转矩波动以及管壁或者涡轮叶片的可能的疲劳，最终的结果是功率损失或者结构损坏。图2展示了跨越水路202延伸以连接陆地边界206a、206b的高架桥100，从而方便载有乘客的机动车和载有流体动力元件构件的车辆通过水路208。填充的渣石202为高架桥100提供支撑，以到达陆地边界206a、206b。如上所述，高架桥100包括与多个中间跨段(例如中间跨段104a)相互连接的多个路面跨段(例如路面跨段101a、101b)。高架桥100下方是流体动力阵列200，其中的流体动力元件设置在四个一组的、支撑一对路面跨段和单个中间跨段的支柱(例如支柱122a、122b、122c和122d)之间。流体动力阵列200的每个流体动力元件包括一个或多个由四个一组的支柱支撑的转子组件，转子组件座在底板块132上，配置用来承受海洋潮汐或者河流作用在每个流体动力元件上的运动，从而发电。四个一组的支柱充当顶部、中部和底部平台310、314和2600的支撑结构，它们还容纳轴承组件，并且在某些实施方式中，增加水翼的长宽比。如上所述，四个一组的支柱支撑着嵌入式机器室118，该室容纳有用来机械连接到转子组件上的轴颈和推力轴承。在一个实施方式中，高架桥100借助用流体动力元件建造的流体动力阵列200跨越水路208,流体动力元件包括单个或者两个(叠在一起的)转子组件。在该实施方式中，不需要陆上设备或者基础支撑结构。流体动力阵列200的多孔结构允许海洋潮汐或者河流在涨潮之后退潮。淤泥被清除或者减少，海洋生物可以不受伤害地通过。在该实施方式中，由于浸没在水中的轴承被水润滑，因此污染得以防止。大功率的高压电缆被适当地屏蔽，防止电磁福射，以保护电子设备、车辆和维护人员。发电机(容纳在发电机室544内)由空气冷却。在同一个实施方式中，嵌入式机器室118装有空气调节设备，以防设备过热。嵌入式机器室118还可以隔热和隔音，以免打扰当地居民和野生动植物，包括海洋生物。图3展示了由支柱(例如支柱122a、122b、122c和122d)支撑的高架桥100，这些支柱是一个流体动力元件的构件，该流体动力元件是许多流体动力元件中的一个，包括流体动力阵列200。如上所述,高架桥100包括路面跨段,例如路面跨段101a、101b。每个路面跨段101a、IOlb彼此相互平行，它包括安全壁316a、316b，安全壁上面安装有护栏110a、110d，下方钻有边沟136a、136b，以允许路面跨段101a、IOlb上的降水排出。每个路面跨段IOlaUOlb设置有平台，平台上安装有护栏110b、110c，安装有吊车轨道112a、112b，还设置有设备钢轨114a、114b，以形成轮式车辆的轨道，以沿中央分隔带140将设备运送到各个位置。机器室舱盖116允许通向嵌入式机器室118中的机器，以便维护等等。人孔盖104允许工程师和其他人员接近嵌入式机器室118中的机器。每个路面跨段IOlaUOlb都有一个人孔盖102，提供有一个人孔106，以供到达放有电缆和其他东西的三角形内腔108。
每个路面跨段101a、IOlb都有一个或多个配置用来横着搁在支柱122a、122b的顶上的支脚318a、318b以及一个或多个凸榫。凸榫304b、304d从路面跨段110a、IlOb的底部伸出，插入支柱122a、122b的榫眼304a、304c中。从嵌入式机器室118从上往下伸出的是扭矩驱动轴306，它耦合到上转子组件204a和下转子组件204b上。扭矩驱动轴306还与上平台/轴承组件310和中部平台/轴承组件314同轴对正。将上平台/轴承组件310刚性地保持在四个一组的支柱中间位置的是上翅片308a、308b。同样，下翅片312a、312b也将中部平台/轴承组件314刚性地保持在四个一组的支柱中间的位置，支柱位于底板块132的顶部，底板块本身被搁在海底130上的多个支脚134上。在一个实施方式中，四个一组的支柱122a、122b、122c和122d的每个构件的宽度以及从支脚134到嵌入式机器室118的高度，有助于清除或者减少水流堵塞。四个一组的支柱122a、122b、122c和122d的高度还保持嵌入式机器室118高于因极端天气类型引起的罕见波浪的高度。这一布置隔离了嵌入式机器室118，防止或者减少因罕见的波浪高度而引起的倾覆力。还在该实施方式中，嵌入式机器室118的底部实质上为低潮位下方几米处的转子组件提供了上端板效应，以防止水翼的汽蚀。在一个实施方式中，底板块132被配置用来进一步稳定流体动力元件，底板块的凹槽形成蛋盒状结构，支脚134形成工字梁腹结构。工字梁腹结构还防止或者减少海水在底板块下方流动。为了便于举起、移动和降低流体动力元件的构件，每个轴承支架结构(例如上平台/轴承组件310，中部平台/轴承组件314，以及下平台/轴承组件2600)的构造被设计成加入轴承一部分，扭矩驱动轴穿过该轴承。由这些轴承支撑结构限定的孔口大于扭矩驱动轴的直径。此外，低于上方轴承支撑结构的轴承支撑结构适当小于高于它的轴承支撑结构，以允许上升、移动和下降到合适的位置。作为流体动力元件的构件，嵌入式机器室118适合用钢筋混凝土元件制造。嵌入式机器室118可以用合适的吊车被举起、移动或者下放到穿过机器室舱盖116，用吊车轨道112a、112b移动到位。在拆卸流体动力元件的构件的过程中，由上机器室514容纳的发电机室适合首先被拆除。接下来，吊车拆除上机器室514，接着是容纳在下机器室516内的设备的零件、下机器室516本身、以及与扭矩驱动轴306相连的组件，例如上平台/轴承组件310，上转子组件204a，中部平台/轴承组件314，下转子组件204b以及下平台/轴承组件2600。每个组件依次被拆卸，又依次被取出，随后被吊车移动到位于设备钢轨114a、114b上的设备车辆上，以便运输。本领域熟练技术人员不难理解，组装流体动力元件的构件的过程按照与上述作业顺序相反的顺序进行。图4更详细地展示了路面跨段(例如路面跨段IOla)和支柱(例如支柱122a)之间的相互连接。如上所述，路面跨段IOla包括护栏110a、110b，以防止机动车侵犯安全壁316a或者转向驶入中间跨段140。路面138a上是人孔盖102，允许通过人孔106到达到三角形内腔108，该内腔被配置用来安装电力电缆和通信电缆、淡水干线以及其他不易燃且不易爆炸的物体。边沟136允许路面138上的降水排出。中间跨段140还包括吊车轨道112a和设备钢轨114a。横向的锁销末端402允许路面跨段IOla与中间跨段140a配合和啮合，以便固定在中间跨段140a上。更具体地说，路面跨段IOla的横向的锁销末端402与嵌入式机器室118 (其顶部是中间跨段140a)的横向的配合末端508a配合。从路面跨段IOla伸出的支脚318a横着座在支柱122a的顶部上。此外，从路面跨段IOla的底部伸出的是与支柱122a顶部上的U形榫眼304a配合的凸榫304b。凸缘406借助矩形榫眼404被连接到支柱122a 的顶部，矩形榫眼404与嵌入式机器室118的底部配合，以可靠地支撑它。图5展示了嵌入式机器室118。在其顶端，嵌入式机器室118被机器室舱盖116盖住，舱盖一打开，就允许进入设备内部。嵌入式机器室118的侧面以横向锁销末端508a、508b结束，该锁销末端与对应的横向锁销末端，例如路面跨段IOla的横向锁销末端402配合，以便在结构上将嵌入式机器室118紧固到一对路面跨段IOlaUOlb的下方由四个一组的支柱，例如支柱122a、122b、122c和122d限定的开口内。一套人孔盖104a、104b、104c提供通向上梯子506a、中间梯子506b和下梯子506c的入口，每个梯子依次让人员进入嵌入式机器室118。靠近下人孔盖104c的是舱口 512,通向一个或多个相互连接的嵌入式机器室118。一套防火钢门510、510b、510c更是特别允许人员接近和维护与流体动力元件相连的设备的零件。嵌入式机器室118包括上机器室514和下机器室516。下机器室516具有增强的轮廓(contoured)凸缘，该凸缘与上机器室514上的凸缘配合，以将两个室紧固在一起。借助人孔盖104a和梯子506a可以到达上机器室514。上机器室514内有发电机室544。打开机器室舱盖116，可以借助带眼螺栓538a、538b将发电机室544放在上机器室514内，带眼螺栓用于将发电机室544吊起慢慢地放到上机器室514内。发电机室544的顶部被保护罩546盖住。装在保护罩546顶上的是励磁机548，这要么是发电机，要么是电池组，它们供应电流，用于在同步发电机502中产生磁场。发电机502将来源于推力轴承504的机械能转换为电能。推力轴承504借助高速齿轮联轴器542被机械耦合到齿轮箱540。在这里，齿轮箱540在一个实施方式中用作例证性的目的。但是，任何合适的传动机构或者传动装置都可以使用，例如直接传动的永磁体变速发电机。带眼螺栓538c、538d允许齿轮箱540被吊到它在下机器室516内的位置。凸耳518a、518b允许一部分下机器室516被吊到嵌入式机器室518内的合适位置。耦合到齿轮箱540上的是行星齿轮链536，这允许变速，它包括一系列移动的机械部件，用于传递和改变由齿轮箱540传送到推力轴承504的机械能。带眼螺栓538e、538f允许行星齿轮链536被下放到下机器室516内。行星齿轮链536借助低速齿轮联轴器534被机械耦合到扭矩轴头524。盘式制动器532通过由压在扭矩轴头524侧面上的卡钳(caliper)提供摩擦力来调节扭矩轴头524的速度。颈部528借助球面滚柱推力轴承530a、530b同轴定位扭矩轴头。供应油以润滑球面滚柱推力轴承530a、530b。油封522a、522b防止油渗入扭矩轴壳526，从而保护扭矩轴306。颈部528借助螺杆520a、520b被固定在下机器室516上。下机器室516的剩余部分借助凸耳518c、518d被吊到位。在一个实施方式中，嵌入式机器室118用合适的材料制造。一种合适的材料包括增强的海蚀混凝土。另一种合适的材料包括耐蚀金属。发电机室544用合适的材料制造。一种合适的材料包括超配钢筋的混凝土。发电机室544以及上、下支撑凸缘被可靠地嵌入到上机器室514中。发电机室544适合形成柱状构造,万一发电机502出故障,例如因结构损坏或者因速度异常而导致解体时，它起安全壳的左右。发电机室544的顶保护发电机502免受碎石或者工具等等的伤害。对于油润滑的球面滚柱推力轴承530a、530b，油由附近的加压润滑油箱(未显示)供应，润滑油箱具有在除去扭矩轴花键驱动器之前用于冷却、循环和泵出油的装置。润滑系统还为上转子组件和下转子组件接合处的扭矩轴供油。润滑系统与用于泵送、冷却、调理和 检测杂质、以及盐水清除、过热和液体报警的其他系统整合在一起。图6是在上平台/轴承组件310下方的流体动力阵列200的剖视图。四个一组的支柱的两个构件平行于四个一组的支柱的剩余的其他两个构件。例如，支柱122a、122b平行于支柱122c、122d。展示了四个支柱122a、122b、122c和122d的横截面。一套下翅片312a、312b搁在四个支柱122a、122b、122c和122d的搁板上。更具体地说，下翅片312a被紧固在支柱122a、122c之间。下翅片312b被紧固在支柱122b、122d之间。还展示了转子组件204a。靠近转子组件204a的其他转子组件适合沿与转子组件204a的方向相反的方向转动。图7是在中部平台/轴承组件314下方的流体动力阵列200的剖视图。四个一组的支柱的两个构件平行于四个一组的支柱的另两个剩余的构件。例如，支柱122a、122b平行于支柱122c、122d。展示了四个支柱122a、122b、122c和122d的横截面。凹槽126a、126b、126c和126d容纳支柱122a、122b、122c和122d的支脚。还展示了 T形锁销构件702。下转子组件204b与T形锁销构件702顶上的附近的转子组件有45度的相位差，说明下转子组件204b相对于它附近的相邻下转子组件反方向转动。图8展示了上部平台/轴承组件310的侧视截面图；扭矩轴306与上平台/轴承组件310同轴对正。扭矩轴套802包括吊耳，该吊耳允许将上平台/轴承组件310举起、移动或者下放到靠着凸缘上翅片308a、308b的凸缘的位置。扭矩轴306周围是沿轴向与板条轴承元件804对正的轴承圆筒806。轴承圆筒806借助C形夹具810被机械耦合到轴段808上。在一个实施方式中，上平台/轴承组件310的轴承组件部分由厚壁圆筒以及圆片和肋条组成，它们嵌入上平台/轴承组件310。圆筒的内部被加工为支撑板条轴承元件804，它适合由重型复合水润滑结构制造。虽然它们在例如因高波动负载、砂砾和其他杂质、未对正以及水流堵塞引起的极端违章条件下还可以起作用，但板条轴承元件仍然要避免过热。让海水循环通过板条轴承元件804适合减少过热。上、下转子组件204a、204b使水循环变得更为方便，因为它们将板条轴承元件804之间的海水抽上来，并通过扭矩轴套802上的排水孔(未显示)将海水排出。由于温暖的海水往往因板条轴承元件804的加热而升温，这有助于海水通过板条轴承元件804之间的空间循环。图9、10和11展示了典型的上翅片，其具体实施方式
包括上翅片对308a、308b，它们被紧固到四个一组的支柱122a、122b、122c和122d的搁板120a、120b、120c和120d上。上翅片308a包括远端1008和近端1010。在近端1010处，伸出一个突起1004，而在上翅片308a的末端处，形成凸缘1006。许多孔1002容纳有螺杆，将上翅片紧固到支柱122a、122b、122c 和 122d 的搁板 120a、120b、120c 和 120d 上。在一个实施方式中，上翅片成对使用。成对的上翅片有助于消除或者减少汽蚀和波浪转向(diversion)。每个上翅片适合由钢筋混凝土组成。每个上翅片被螺杆固定到四个一组的支柱的两个构件的每个侧面，螺杆适合在抗腐蚀的角落处。该对上翅片(例如上翅片对308a、308b)保持四个一组的支柱的间隔，并且稳定其对齐，以及支撑上平台/轴承组件310。该对上翅片具有向上弯曲的末端1008，用于引导海洋潮汐或者河流在上翅片之下一定的深度流动，以消除或者减少汽蚀，同时为上/下转子组件提供换气。远端1008的高度能让正常的海洋潮汐和河流被引导通过上/下转子组件，同时由极端天气模式驱动的波·浪通过(与上平台/轴承组件310结合在一起的)上翅片上方和嵌入式机器室118的底部。图12和13展示了一级转子组件的顶视图，例如上转子组件204a或者下转子组件204b。转子组件的一级包括四个叶片1420a、1420b、1420c和1420d，它们借助叶片支撑臂1408a、1408b、1408c和1408d被耦合到环状夹1202上。每个转子组件包括通过一个或多个轴段彼此相互连接的多级。一个转子组件适合具有四级，但也可以有任意级数。转子组件(上/下转子组件204a、204b )在流体动力元件中是能动元件，由叶片1420a、1420b、1420c和1420d捕获海洋潮汐能或者河流的能量。叶片(或者翼片)1420a、1420b、1420c和1420d产生巨大的升力。提升力中的机械能通过叶片支撑臂被传递到驱动轴作扭矩。并且该机械能被流体动力元件的各种构件进一步传送和转换，以通过变速箱540驱动发电机502。图14更详细地展示了转子组件的一部分，例如上转子组件204a。轴段1402，1404借助叶片支架臂1408的C形末端1406被结合在一起。C形末端1406借助一个或多个穿过环状夹1202上预钻的孔的螺杆1416被紧固。一个或多个对齐螺杆1412使轴段1402与轴段1404定位。一个或多个密封1410提供紧密的闭合，以防止流体进入轴段1402，1404。一个或多个叶片1420借助一个或多个螺杆1418被耦合在叶片支架臂1408的远端。图15更详细地展示了中部平台/轴承组件314的剖视图。扭矩轴306定位成相对于中部平台/轴承组件314同轴。转子提升盖1502包括允许中部平台/轴承组件314被举起、移动或者降低的凸耳，并且与一对下翅片312a、312b的凸缘末端配合。轴承圆筒1506借助C形夹具1508被耦合到轴段1510上。轴承圆筒1506与板条轴承元件1504啮合。中部平台/轴承组件314适合由一个圆形形成，该圆形被配置用来允许中部平台/轴承组件314通过由上翅片对308a、308b提供的开口。中部平台/轴承组件314具有与下翅片312a、312b配合的锥形凸缘末端，以便允许下翅片312a、312b承载中部平台/轴承组件314和下转子组件204b的重量。在一个实施方式中，中部平台/轴承组件314的轴承组件部分由厚壁圆筒以及圆片和肋条组成，它们嵌入中部平台/轴承组件314。圆筒的内部被加工为支撑板条轴承元件1504，它适合由重载复合水润滑结构制造。虽然它们在极端违章条件下还可以起作用，例如由于高波动负载、砂砾和其他杂质、未对正和水流堵塞，但板条轴承元件仍然要避免过热。让海水循环通过板条轴承元件1504适合减少过热。上、下转子组件204a、204b使水循环变得更为方便，因为它们将板条轴承元件1504之间的海水抽上来，并通过扭矩轴套1502上的排水孔(未显示)将海水排出。由于温暖的海水往往因板条轴承元件1504的加热而升温，因此这有助于海水通过板条轴承元件1504之间的空间循环。图16-18更详细地展示了下翅片，例如下翅片312a、312b。下翅片包括远端1704和近端1702，它们结尾于一个弧，并且分叉形成凸缘末端1706。许多孔1708容纳有螺杆，以将下翅片紧固到支柱122a、122b、122c和122d的下搁板124a、120b、120c和120d上。在一个实施方式中，下翅片成对使用。成对的下翅片有助于消除或者减少汽蚀和波浪转向。每个下翅片适合由钢筋混凝土组成。每个下翅片被螺杆固定到四个一组的支柱的两个构件的每个侧面，螺杆适合位于抗腐蚀的角落处。该对下翅片(例如下翅片对312a、312b)保持四个一组的支柱的间隔，并且稳定其对齐，并支撑下平台/轴承组件314。那对下翅片成水平方向，起转子组件的端板的作用，引导海洋潮汐或者河流向着转子组件流动。 图19展示了支柱，例如支柱122a的侧视图。支柱122a的顶部具有U形的榫眼304b，它与从路面跨段，例如路面跨段IOla伸出的凸榫304a配合。支柱122a具有凸缘406，它被插入一个矩形榫眼404。支柱122a的凸缘406与矩形榫眼404 —起，以及安装在底板块上的四个一组的支柱的其他三个构件，支撑着嵌入式机器室118。搁板120a允许上翅片被紧固，以支撑上平台/轴承组件310。另一块搁板124a为下翅片312a、312b提供支撑。支柱122a具有支脚1902，它装配在底板块上的凹槽内。支脚1902适合被集合到底板块上的凹槽内，并且用螺杆固定。如前所示，支柱的横截面显示为流线形，被说明性地描绘成椭圆，但也可以使用任何合适的横截面形状。一个合适的横截面形状包括一个后缘朝向中部的对称的翼面。另一合适的横截面形状包括具有圆形端部的矩形。支柱122a的上部被设置成支撑嵌入式机器室118和一个路面跨段，并将其锁在合适的位置。在一个实施方式中，支柱122a的横截面如先前所示的那样表现为由钢筋混凝土和整体梁形成的笨重的壁结构，这形成三个空间，里面可以充满掺合料或者沙子。图20展示了高架桥100和支柱的一部分的侧视截面图。更具体地说，这里展示的那部分高架桥100包括路面跨段101a，其顶上是护栏110a。路面跨段IOla借助匹配的机械构件与其他路面跨段相互连接，例如借助纵向凸锁销末端2002a或者形成纵向凹锁销末端2002b的空隙，所有这些都被配置用来啮合到彼此固定在一起。路面跨段IOla被进一步设置成具有支脚2204a、2204b，它们搁在支柱122a、122c的顶上。图21、22更详细地展示了几块底板块132和它们的相互关系。每块底板块132都有许多搁在海底的支脚134。工字形横梁130和海底一起为底板块132进一步提供支撑。每块底板块132的顶部有四个凹槽126，每个凹槽126容纳支柱，例如支柱122a、122b、122c和122d，的一个支脚。在底板块132的中部是容纳底部平台/轴承组件2600的钻孔2104。在底板块132的任一侧是被配置用来与相邻底板块132的锁销末端紧靠在一起的锁销末端128。T形锁销构件702与相邻底板块132的锁销末端128啮合，从而使相邻的块132配合，并使其相互紧固在一起。在顶上，在T形锁销构件的中部，是优选与钻孔2104拥有相似尺寸的钻孔2102，用于容纳底部平台/轴承组件2600。本主题的各种实施方式的支柱和底板块提供排列，以根据海底组成、水深、当地最大波浪的大小、当地支撑构造的类型、地震活动、流体动力阵列的转子阻力、如果涉及公路或者铁路交通的话还有顶部负载，支撑海底支撑结构的稳定装置。在一个实施方式中，一个底板块支撑一组四个支柱，其中心设有上平台/轴承组件、中部平台/轴承组件和底部平台/轴承组件。图23展示了支柱和底板块132之间的相互关系的局部分解等距视图。每个底板块132借助一个或多个T形锁销构件702被相互固定在相邻的底板块132上。每个底板块132包括四个凹槽126，每个凹槽容纳支柱的一个支脚。图24展示了支柱122和底板块132之间的相互关系的组装好的等距视图。图25展不了闻架桥及其与流体动力阵列的相互关系的侧视图。如图所不，闻架桥100包括多个彼此相互连接同时搁在支柱122顶部的路面跨段101。从侧视图中看出，每个支柱122之间是嵌入式机器室118。每个嵌入式机器室118下方伸出的是局部被上翅片308隐藏的扭矩驱动轴306。上翅片308下方是一个或多个上转子组件204a。介于上转子组件204a和下转子组件204b之间的是一个或多个下翅片312。下转子组件204b和支柱122搁在一个或多个底板块132上。 图26展示了底部平台/轴承组件2600的侧视截面图。轴段2602借助C形夹具2604被耦合到轴承圆筒2606上。轴承圆筒2606被压住轴承圆筒2606的盖板2610保持到底部平台/轴承组件2600上。轴承圆筒2606被板条轴承2608啮合到底部平台/轴承组件上。在一个实施方式中，下平台/轴承组件2600的轴承组件部分由厚壁圆筒以及圆片和肋条组成，它们嵌入下下平台/轴承组件2600。圆筒的内部被加工为支撑板条轴承元件2608，它适合用重型复合水润滑结构制造。虽然它们在例如因高波动负载、砂砾和其他杂质、未对正以及水流堵塞引起的极端违章条件下还可以起作用，但轴承板条元件仍然要避免过热。让海水循环通过轴承板条元件2608适合减少过热。虽然已经展示和描述了例证性的实施方式，但不难被理解只要不脱离本发明精神和范围的，就可以做出各种改变。
权利要求
1 一种依靠水动力发电的系统，包括 供车辆通过的高架桥；和 流体动力阵列，它被配置用来支撑高架桥，还被配置用来利用海洋潮汐或者河流的运动和作用于流体动力阵列上的力发电，它被浸没在海洋潮汐或者河流中，并且相对于海洋潮汐或者河流运动。
2.根据权利要求I的系统，其中高架桥由多对路面跨段组成，每个路面跨段包括护栏、安全壁、边沟、吊车轨道、设备钢轨、人孔盖、人孔、以及被配置用来承载动力电缆的三角形内腔。
3.根据权利要求I的系统，其中高架桥由多对路面跨段组成，每个路面跨段包括横向锁销末端、纵向凸锁销末端、纵向凹锁销末端、两个支脚、以及两个凸榫。
4.根据权利要求3的系统，其中流体动力阵列由多个流体动力元件组成，第一流体动力元件包括第一组四个一组的支柱，它沿横向支撑第一对路面跨段。
5.根据权利要求4的系统，其中第一组四个一组的支柱中的每个支柱包括具有U形榫眼的顶部和被矩形榫眼连接到支柱上的凸缘。
6.根据权利要求5的系统，其中第一对路面跨段中的第一路面跨段被第一组四个一组的支柱中的两根支柱支撑，第一路面跨段的两个支脚横着搁在这两根支柱的顶部上，同时第一路面跨段的凸榫与这两根支柱的U形榫眼配合。
7.根据权利要求6的系统，其中第一组四个一组的支柱的这两根支柱与两根另外的支柱一起形成第二组四个一组的支柱，它们沿横向支撑第二对路面跨段。
8.根据权利要求7的系统，其中第二对路面跨段的第二路面跨段被第二组四个一组的支柱中的两根支柱支撑，第二路面跨段的纵向凸锁销末端与第一路面跨段的纵向凹锁销末端配合。
9.根据权利要求4的系统，其中流体动力元件包括嵌入式机器室，嵌入式机器室的顶部限定一个中间跨段。
10.根据权利要求9的系统,其中中间跨段包括第一和第二横向锁销末端,第一横向锁销末端与第一对路面跨段中的一个路面跨段的横向锁销末端配合，第二横向锁销末端与第一对路面跨段中另一个路面跨段的横向锁销末端配合。
11.根据权利要求10的系统，其中嵌入式机器室容纳有发电机室，发电机室装有用于将机械能转换成电能的发电机，发电机被连接到扭矩轴上。
12.根据权利要求11的系统，其中嵌入式机器室包括称为中间跨段的顶部，它包括通向嵌入式机器室的机器舱盖和人孔盖。
13.根据权利要求11的系统，其中扭矩轴与大致为矩形且具有两个端部的上平台/轴承组件同轴啮合，这两个端部与一对上翅片的凸缘末端配合，上翅片的向上弯曲的末端引导海洋潮汐或者河流在该对上翅片的下方流动。
14.根据权利要求13的系统，其中扭矩轴与位于上平台/轴承组件和该对上翅片下方的上转子组件同轴啮合。
15.根据权利要求14的系统，其中扭矩轴与大致为圆形的中部平台/轴承组件同轴啮合，中部平台/轴承组件与由一对下翅片近端的两个弧形成的凸缘末端配合，这对下翅片大致处于水平方向。
16.根据权利要求15的系统，其中扭矩轴与位于中部平台/轴承组件和该对下翅片下方的下转子组件同轴啮合。
17.根据权利要求16的系统，其中该扭矩轴结束于一个下平台/轴承组件，该组件座在一个底板块的钻孔中或者一个T形锁销构件的钻孔中。
18.根据权利要求17的系统，其中该底板块有四个凹槽来容纳第一组四个一组的支柱的支脚，该底板块的侧面有锁销末端。
19.根据权利要求18的系统，其中该底板块靠近另一底板块，并且两者被所述T形锁销构件相互固定在一起。
20.根据权利要求4的系统，其中支柱的横截面的形状选自于椭圆面、后缘朝向中部的对称翼面、以及具有圆形端部的矩形。
全文摘要
全世界的海洋和河流中有许多场所可以提供巨大的、可行的、且经济合算的可再生能源。有许多出于策略考虑位于居民区附近，这些场所可以利用对生态有利的流体动力技术来产生能量。一种流体动力阵列包括多个流体动力元件，它借助海洋潮汐或者河流的运动和作用于流体动力阵列上的力来发电，它被浸没在海洋潮汐或者河流中，并且相对于海洋潮汐或者河流运动。
文档编号E01D18/00GK102892957SQ201080042824
公开日2013年1月23日 申请日期2010年6月2日 优先权日2009年9月2日
发明者M·波根, N·里德 申请人:加拿大蓝色能量有限公司
由流体动力阵列支撑的局架桥
背景技术：
地球是个71%的表面都由海洋覆盖的水世界，甚至其大陆也被江河切割开来。所有海水的周期性涨落被称为潮汐，这源于月球、太阳和地球之间的万有引力。虽然这种万有引力导致水位竖直涨落，但是对可再生能源产业来说，特别让人感兴趣的是各种各样的水平或者横向运动——通常称为潮汐流，用它可以产生大量的电能。可再生能源，例如潮汐能，的出现对于将来的文明意义重大，因为对化石燃料的依赖不可能支撑到下一个世纪。向可再生能源技术过渡会迎来一个崭新的时代，以取代化石燃料时代，并且解决石油储量减少、破坏性的环境影响和棘手的宗教冲突等问题。概要提供本概要是为了用简要的形式介绍一系列概念，下面还将在详细说明中进行说明。本概要不打算鉴别要求保护的主题的关键特征，也不打算用于帮助确定要求保护的主题的范围。 本主题的一个方面包括用流体动力发电的系统。该系统包括供车辆跨越的高架桥。该系统还包括流体动力阵列，该流体动力阵列被配置用来支撑高架桥，还被配置用来利用海洋潮汐或者河流的运动和作用于流体动力阵列上的力发电，它被浸没在海洋潮汐或者河流中，并且相对于海洋潮汐或者河流运动。附图的简要说明通过参照下面的详细说明，同时结合附图，本发明的上述方面和许多附属的优点会变得更容易理解，同时会被更好地理解，其中图I是位于典型的流体动力阵列顶上的组装好的典型的高架桥的等距截面视图；图2是位于典型的流体动力阵列顶上的典型的高架桥的侧视图；图3是位于典型的流体动力阵列顶上的典型的高架桥的前视截面图；图4是位于一部分典型的流体动力阵列顶上的一部分典型的高架桥的前视截面图；图5是典型的嵌入式机器室的前视截面图；图6是典型的流体动力阵列的顶视截面图；图7是典型的流体动力阵列的顶视截面图；图8是典型的上部平台/轴承组件的侧视截面图；图9是典型的上翅片的等距视图；
图10是典型的上翅片的侧视图；图11是典型的上翅片的顶视图；图12是典型的转子组件的顶视图；图13是典型的环状夹和典型的刀片支架臂的顶视图；图14是典型的转子组件的一部分的侧视截面图；图15是典型的中部平台/轴承组件的侧视截面图；图16是典型的下翅片的等距视图17是典型的下翅片的顶视图；图18是典型的下翅片的侧视图；图19是典型支柱的侧视图；图20是典型的高架桥的一部分和流体动力阵列的典型部分的一部分的侧视截面图；图21是典型的底板块的局部剖开的等距视图；图22是典型的底板块的侧视图；图23是典型的支柱和典型的底板块的一部分的局部剖开的等距视图；·
图24是典型的支柱和典型的底板块的一部分的组装好的等距视图；图25是位于典型的流体动力阵列顶上的典型的高架桥的侧视图；而图26是典型的底部平台/轴承组件的侧视截面图。详细说明本主题的各种各样的实施方式涉及被配置用来不仅用海洋潮汐而且用河流发电的流体动力阵列。高架桥被设置在流体动力阵列顶部的适当位置，它被配置用于机动车运输，同时还用作流体动力阵列的零部件，包括其结构性的、机械的、电气的以及电子支援装备，的构造、组装、拆卸、安装、移除和维护。流体动力阵列的每个元件可以与另一个元件等相互连接，以形成跨过海峡、通道、河口、运河、水道或者河流的多孔的流体动力阵列。图I展示了高架桥100，它包括被中央分隔带140隔开的长的高架路面138a、138b。高架桥100由一系列短的与中间跨段(spans)相互连接且由流体动力阵列200的支柱支撑的路面跨段构成。更具体地说，高架桥100是一组高架桥元件。每个高架桥元件是一组元件，每个元件包括两个对应的路面跨段(例如跨段101a、101b)。每个对应的路面跨段IOlaUOlb与一个中间跨段(例如中间跨段140a)相互连接。每个高架桥元件借助锁销(latches)与其他高架桥元件相互连接，以形成高架桥100 (这在下文论述)。为了清楚起见，以下评述集中在该套路面跨段101a、101b。因为高架桥100由多套路面跨段组成，本领域熟练技术人员会理解论述与形成高架桥100的其他各套的路面跨段有关。流体动力阵列200是一组流体动力元件。每个流体动力元件是一套构件,包括四个支撑高架桥元件的支柱(例如支柱122a、122b、122c和122d)。这四个支柱122a、122b、122c和122d被搁在四个钻入底板块132顶部的凹槽126上。底板块132有许多支脚134，以搁在海底。除四个支柱122a、122b、122c和122d以及底板块132之外，流体动力元件还包括嵌入式机器室118 ;转子组件204a、204b ;翅片308a、308b、312a、312b ;以及平台/轴承组件310、314、2600。在一个实施方式中，流体动力元件包括机械的、电气的和电子的构件，以形成立轴液力涡轮，用于用海洋潮汐或者河流产生能量。每个流体动力元件借助锁销与其他流体动力元件相互连接，以形成流体动力阵列100 (这在下文论述)。路面跨段101a、IOlb包括护栏110a、110b、IIOc和110d，当机动车和人穿过高架桥100时，用于保护它们远离危险。在一个实施方式中，每个护栏110a、110b、IIOc和IlOd是用合适材料，例如钢丝绳，制成的隔离物，沿路面跨段101a、IOlb的边和中间跨段140a的边设置。每个路面跨段IOlaUOlb包括边沟136a、b，以允许路面跨段IOlaUOlb上的降水排出。每个路面跨段IOlaUOlb包括一个人孔盖102，允许通过人孔106到达穿过高架桥100的套管和其他导管，例如电缆，的三角形内腔108。
每个路面跨段IOlaUOlb设有一个平台，它上面紧挨着吊车轨道112a、112b安装有护栏110b、110c，吊车轨道由原钢制造而成，形成载有吊车的轮式车辆的轨道，吊车用于借助由吊车轨道112a、112b支撑的起重设备举起、移动或者降低流体动力元件的构件。靠近吊车轨道112a、112b的是设备铁轨114a、114b，用于形成轮式车辆的轨道，以运载各种机器。中间跨段140a设有机器室舱盖116，舱盖一移除，就允许流体动力元件的构件被举起、移动和降低。靠近机器室舱盖116的是人孔盖104，它允许接近通往嵌入式机器室118的各种空间的梯子。中间跨段140a是嵌入式机器室118的顶部。每个支柱，例如支柱122a、122b、122c和122d，都包括上搁板，例如上搁板120a、120b、120c和120d (以保持上翅片308a、308b)，和下搁板，例如下隔板124a、124b、124c和124d(以保持下翅片312a、312b)。每个支柱的支脚被放进位于底板块132内的凹槽126内。每个底板块借助多个支脚134被搁在海底。每个底板块借助锁销末端128a、128b与另一个底板块相互连接，以将流体动力元件联在一起，最终形成流体动力阵列200。在一个实施方式中，一组四个支柱122a、122b、122c和122d由安装在海底上的底 板块下面的许多支脚134支撑，每个支柱都用增强的海用混凝土制造，做得很厚，且具有椭圆形的或者其他合适的横截面形状。这一设置形成底座，用于稳定流体动力元件的其他构件。在一个实施方式中，四个一组的支柱122a、122b、122c和122d引导水流通过立轴水翼涡轮，以便从跨越涡轮水翼并且从一个涡轮管到另一个涡轮管的水流的不同方向获得附加功率。为了促进这一效应，一个涡轮叶片与另一个涡轮叶片的关系是同步的。每个涡轮沿与其相邻涡轮的旋转方向相反的方向转动，后者被另外四个一组的支柱支撑。支柱的这一设置消除或者减少了涡轮叶片和管壁之间的干扰效应，这可以导致转矩波动以及管壁或者涡轮叶片的可能的疲劳，最终的结果是功率损失或者结构损坏。图2展示了跨越水路202延伸以连接陆地边界206a、206b的高架桥100，从而方便载有乘客的机动车和载有流体动力元件构件的车辆通过水路208。填充的渣石202为高架桥100提供支撑，以到达陆地边界206a、206b。如上所述，高架桥100包括与多个中间跨段(例如中间跨段104a)相互连接的多个路面跨段(例如路面跨段101a、101b)。高架桥100下方是流体动力阵列200，其中的流体动力元件设置在四个一组的、支撑一对路面跨段和单个中间跨段的支柱(例如支柱122a、122b、122c和122d)之间。流体动力阵列200的每个流体动力元件包括一个或多个由四个一组的支柱支撑的转子组件，转子组件座在底板块132上，配置用来承受海洋潮汐或者河流作用在每个流体动力元件上的运动，从而发电。四个一组的支柱充当顶部、中部和底部平台310、314和2600的支撑结构，它们还容纳轴承组件，并且在某些实施方式中，增加水翼的长宽比。如上所述，四个一组的支柱支撑着嵌入式机器室118，该室容纳有用来机械连接到转子组件上的轴颈和推力轴承。在一个实施方式中，高架桥100借助用流体动力元件建造的流体动力阵列200跨越水路208,流体动力元件包括单个或者两个(叠在一起的)转子组件。在该实施方式中，不需要陆上设备或者基础支撑结构。流体动力阵列200的多孔结构允许海洋潮汐或者河流在涨潮之后退潮。淤泥被清除或者减少，海洋生物可以不受伤害地通过。在该实施方式中，由于浸没在水中的轴承被水润滑，因此污染得以防止。大功率的高压电缆被适当地屏蔽，防止电磁福射，以保护电子设备、车辆和维护人员。发电机(容纳在发电机室544内)由空气冷却。在同一个实施方式中，嵌入式机器室118装有空气调节设备，以防设备过热。嵌入式机器室118还可以隔热和隔音，以免打扰当地居民和野生动植物，包括海洋生物。图3展示了由支柱(例如支柱122a、122b、122c和122d)支撑的高架桥100，这些支柱是一个流体动力元件的构件，该流体动力元件是许多流体动力元件中的一个，包括流体动力阵列200。如上所述,高架桥100包括路面跨段,例如路面跨段101a、101b。每个路面跨段101a、IOlb彼此相互平行，它包括安全壁316a、316b，安全壁上面安装有护栏110a、110d，下方钻有边沟136a、136b，以允许路面跨段101a、IOlb上的降水排出。每个路面跨段IOlaUOlb设置有平台，平台上安装有护栏110b、110c，安装有吊车轨道112a、112b，还设置有设备钢轨114a、114b，以形成轮式车辆的轨道，以沿中央分隔带140将设备运送到各个位置。机器室舱盖116允许通向嵌入式机器室118中的机器，以便维护等等。人孔盖104允许工程师和其他人员接近嵌入式机器室118中的机器。每个路面跨段IOlaUOlb都有一个人孔盖102，提供有一个人孔106，以供到达放有电缆和其他东西的三角形内腔108。
每个路面跨段101a、IOlb都有一个或多个配置用来横着搁在支柱122a、122b的顶上的支脚318a、318b以及一个或多个凸榫。凸榫304b、304d从路面跨段110a、IlOb的底部伸出，插入支柱122a、122b的榫眼304a、304c中。从嵌入式机器室118从上往下伸出的是扭矩驱动轴306，它耦合到上转子组件204a和下转子组件204b上。扭矩驱动轴306还与上平台/轴承组件310和中部平台/轴承组件314同轴对正。将上平台/轴承组件310刚性地保持在四个一组的支柱中间位置的是上翅片308a、308b。同样，下翅片312a、312b也将中部平台/轴承组件314刚性地保持在四个一组的支柱中间的位置，支柱位于底板块132的顶部，底板块本身被搁在海底130上的多个支脚134上。在一个实施方式中，四个一组的支柱122a、122b、122c和122d的每个构件的宽度以及从支脚134到嵌入式机器室118的高度，有助于清除或者减少水流堵塞。四个一组的支柱122a、122b、122c和122d的高度还保持嵌入式机器室118高于因极端天气类型引起的罕见波浪的高度。这一布置隔离了嵌入式机器室118，防止或者减少因罕见的波浪高度而引起的倾覆力。还在该实施方式中，嵌入式机器室118的底部实质上为低潮位下方几米处的转子组件提供了上端板效应，以防止水翼的汽蚀。在一个实施方式中，底板块132被配置用来进一步稳定流体动力元件，底板块的凹槽形成蛋盒状结构，支脚134形成工字梁腹结构。工字梁腹结构还防止或者减少海水在底板块下方流动。为了便于举起、移动和降低流体动力元件的构件，每个轴承支架结构(例如上平台/轴承组件310，中部平台/轴承组件314，以及下平台/轴承组件2600)的构造被设计成加入轴承一部分，扭矩驱动轴穿过该轴承。由这些轴承支撑结构限定的孔口大于扭矩驱动轴的直径。此外，低于上方轴承支撑结构的轴承支撑结构适当小于高于它的轴承支撑结构，以允许上升、移动和下降到合适的位置。作为流体动力元件的构件，嵌入式机器室118适合用钢筋混凝土元件制造。嵌入式机器室118可以用合适的吊车被举起、移动或者下放到穿过机器室舱盖116，用吊车轨道112a、112b移动到位。在拆卸流体动力元件的构件的过程中，由上机器室514容纳的发电机室适合首先被拆除。接下来，吊车拆除上机器室514，接着是容纳在下机器室516内的设备的零件、下机器室516本身、以及与扭矩驱动轴306相连的组件，例如上平台/轴承组件310，上转子组件204a，中部平台/轴承组件314，下转子组件204b以及下平台/轴承组件2600。每个组件依次被拆卸，又依次被取出，随后被吊车移动到位于设备钢轨114a、114b上的设备车辆上，以便运输。本领域熟练技术人员不难理解，组装流体动力元件的构件的过程按照与上述作业顺序相反的顺序进行。图4更详细地展示了路面跨段(例如路面跨段IOla)和支柱(例如支柱122a)之间的相互连接。如上所述，路面跨段IOla包括护栏110a、110b，以防止机动车侵犯安全壁316a或者转向驶入中间跨段140。路面138a上是人孔盖102，允许通过人孔106到达到三角形内腔108，该内腔被配置用来安装电力电缆和通信电缆、淡水干线以及其他不易燃且不易爆炸的物体。边沟136允许路面138上的降水排出。中间跨段140还包括吊车轨道112a和设备钢轨114a。横向的锁销末端402允许路面跨段IOla与中间跨段140a配合和啮合，以便固定在中间跨段140a上。更具体地说，路面跨段IOla的横向的锁销末端402与嵌入式机器室118 (其顶部是中间跨段140a)的横向的配合末端508a配合。从路面跨段IOla伸出的支脚318a横着座在支柱122a的顶部上。此外，从路面跨段IOla的底部伸出的是与支柱122a顶部上的U形榫眼304a配合的凸榫304b。凸缘406借助矩形榫眼404被连接到支柱122a 的顶部，矩形榫眼404与嵌入式机器室118的底部配合，以可靠地支撑它。图5展示了嵌入式机器室118。在其顶端，嵌入式机器室118被机器室舱盖116盖住，舱盖一打开，就允许进入设备内部。嵌入式机器室118的侧面以横向锁销末端508a、508b结束，该锁销末端与对应的横向锁销末端，例如路面跨段IOla的横向锁销末端402配合，以便在结构上将嵌入式机器室118紧固到一对路面跨段IOlaUOlb的下方由四个一组的支柱，例如支柱122a、122b、122c和122d限定的开口内。一套人孔盖104a、104b、104c提供通向上梯子506a、中间梯子506b和下梯子506c的入口，每个梯子依次让人员进入嵌入式机器室118。靠近下人孔盖104c的是舱口 512,通向一个或多个相互连接的嵌入式机器室118。一套防火钢门510、510b、510c更是特别允许人员接近和维护与流体动力元件相连的设备的零件。嵌入式机器室118包括上机器室514和下机器室516。下机器室516具有增强的轮廓(contoured)凸缘，该凸缘与上机器室514上的凸缘配合，以将两个室紧固在一起。借助人孔盖104a和梯子506a可以到达上机器室514。上机器室514内有发电机室544。打开机器室舱盖116，可以借助带眼螺栓538a、538b将发电机室544放在上机器室514内，带眼螺栓用于将发电机室544吊起慢慢地放到上机器室514内。发电机室544的顶部被保护罩546盖住。装在保护罩546顶上的是励磁机548，这要么是发电机，要么是电池组，它们供应电流，用于在同步发电机502中产生磁场。发电机502将来源于推力轴承504的机械能转换为电能。推力轴承504借助高速齿轮联轴器542被机械耦合到齿轮箱540。在这里，齿轮箱540在一个实施方式中用作例证性的目的。但是，任何合适的传动机构或者传动装置都可以使用，例如直接传动的永磁体变速发电机。带眼螺栓538c、538d允许齿轮箱540被吊到它在下机器室516内的位置。凸耳518a、518b允许一部分下机器室516被吊到嵌入式机器室518内的合适位置。耦合到齿轮箱540上的是行星齿轮链536，这允许变速，它包括一系列移动的机械部件，用于传递和改变由齿轮箱540传送到推力轴承504的机械能。带眼螺栓538e、538f允许行星齿轮链536被下放到下机器室516内。行星齿轮链536借助低速齿轮联轴器534被机械耦合到扭矩轴头524。盘式制动器532通过由压在扭矩轴头524侧面上的卡钳(caliper)提供摩擦力来调节扭矩轴头524的速度。颈部528借助球面滚柱推力轴承530a、530b同轴定位扭矩轴头。供应油以润滑球面滚柱推力轴承530a、530b。油封522a、522b防止油渗入扭矩轴壳526，从而保护扭矩轴306。颈部528借助螺杆520a、520b被固定在下机器室516上。下机器室516的剩余部分借助凸耳518c、518d被吊到位。在一个实施方式中，嵌入式机器室118用合适的材料制造。一种合适的材料包括增强的海蚀混凝土。另一种合适的材料包括耐蚀金属。发电机室544用合适的材料制造。一种合适的材料包括超配钢筋的混凝土。发电机室544以及上、下支撑凸缘被可靠地嵌入到上机器室514中。发电机室544适合形成柱状构造,万一发电机502出故障,例如因结构损坏或者因速度异常而导致解体时，它起安全壳的左右。发电机室544的顶保护发电机502免受碎石或者工具等等的伤害。对于油润滑的球面滚柱推力轴承530a、530b，油由附近的加压润滑油箱(未显示)供应，润滑油箱具有在除去扭矩轴花键驱动器之前用于冷却、循环和泵出油的装置。润滑系统还为上转子组件和下转子组件接合处的扭矩轴供油。润滑系统与用于泵送、冷却、调理和 检测杂质、以及盐水清除、过热和液体报警的其他系统整合在一起。图6是在上平台/轴承组件310下方的流体动力阵列200的剖视图。四个一组的支柱的两个构件平行于四个一组的支柱的剩余的其他两个构件。例如，支柱122a、122b平行于支柱122c、122d。展示了四个支柱122a、122b、122c和122d的横截面。一套下翅片312a、312b搁在四个支柱122a、122b、122c和122d的搁板上。更具体地说，下翅片312a被紧固在支柱122a、122c之间。下翅片312b被紧固在支柱122b、122d之间。还展示了转子组件204a。靠近转子组件204a的其他转子组件适合沿与转子组件204a的方向相反的方向转动。图7是在中部平台/轴承组件314下方的流体动力阵列200的剖视图。四个一组的支柱的两个构件平行于四个一组的支柱的另两个剩余的构件。例如，支柱122a、122b平行于支柱122c、122d。展示了四个支柱122a、122b、122c和122d的横截面。凹槽126a、126b、126c和126d容纳支柱122a、122b、122c和122d的支脚。还展示了 T形锁销构件702。下转子组件204b与T形锁销构件702顶上的附近的转子组件有45度的相位差，说明下转子组件204b相对于它附近的相邻下转子组件反方向转动。图8展示了上部平台/轴承组件310的侧视截面图；扭矩轴306与上平台/轴承组件310同轴对正。扭矩轴套802包括吊耳，该吊耳允许将上平台/轴承组件310举起、移动或者下放到靠着凸缘上翅片308a、308b的凸缘的位置。扭矩轴306周围是沿轴向与板条轴承元件804对正的轴承圆筒806。轴承圆筒806借助C形夹具810被机械耦合到轴段808上。在一个实施方式中，上平台/轴承组件310的轴承组件部分由厚壁圆筒以及圆片和肋条组成，它们嵌入上平台/轴承组件310。圆筒的内部被加工为支撑板条轴承元件804，它适合由重型复合水润滑结构制造。虽然它们在例如因高波动负载、砂砾和其他杂质、未对正以及水流堵塞引起的极端违章条件下还可以起作用，但板条轴承元件仍然要避免过热。让海水循环通过板条轴承元件804适合减少过热。上、下转子组件204a、204b使水循环变得更为方便，因为它们将板条轴承元件804之间的海水抽上来，并通过扭矩轴套802上的排水孔(未显示)将海水排出。由于温暖的海水往往因板条轴承元件804的加热而升温，这有助于海水通过板条轴承元件804之间的空间循环。图9、10和11展示了典型的上翅片，其具体实施方式
包括上翅片对308a、308b，它们被紧固到四个一组的支柱122a、122b、122c和122d的搁板120a、120b、120c和120d上。上翅片308a包括远端1008和近端1010。在近端1010处，伸出一个突起1004，而在上翅片308a的末端处，形成凸缘1006。许多孔1002容纳有螺杆，将上翅片紧固到支柱122a、122b、122c 和 122d 的搁板 120a、120b、120c 和 120d 上。在一个实施方式中，上翅片成对使用。成对的上翅片有助于消除或者减少汽蚀和波浪转向(diversion)。每个上翅片适合由钢筋混凝土组成。每个上翅片被螺杆固定到四个一组的支柱的两个构件的每个侧面，螺杆适合在抗腐蚀的角落处。该对上翅片(例如上翅片对308a、308b)保持四个一组的支柱的间隔，并且稳定其对齐，以及支撑上平台/轴承组件310。该对上翅片具有向上弯曲的末端1008，用于引导海洋潮汐或者河流在上翅片之下一定的深度流动，以消除或者减少汽蚀，同时为上/下转子组件提供换气。远端1008的高度能让正常的海洋潮汐和河流被引导通过上/下转子组件，同时由极端天气模式驱动的波·浪通过(与上平台/轴承组件310结合在一起的)上翅片上方和嵌入式机器室118的底部。图12和13展示了一级转子组件的顶视图，例如上转子组件204a或者下转子组件204b。转子组件的一级包括四个叶片1420a、1420b、1420c和1420d，它们借助叶片支撑臂1408a、1408b、1408c和1408d被耦合到环状夹1202上。每个转子组件包括通过一个或多个轴段彼此相互连接的多级。一个转子组件适合具有四级，但也可以有任意级数。转子组件(上/下转子组件204a、204b )在流体动力元件中是能动元件，由叶片1420a、1420b、1420c和1420d捕获海洋潮汐能或者河流的能量。叶片(或者翼片)1420a、1420b、1420c和1420d产生巨大的升力。提升力中的机械能通过叶片支撑臂被传递到驱动轴作扭矩。并且该机械能被流体动力元件的各种构件进一步传送和转换，以通过变速箱540驱动发电机502。图14更详细地展示了转子组件的一部分，例如上转子组件204a。轴段1402，1404借助叶片支架臂1408的C形末端1406被结合在一起。C形末端1406借助一个或多个穿过环状夹1202上预钻的孔的螺杆1416被紧固。一个或多个对齐螺杆1412使轴段1402与轴段1404定位。一个或多个密封1410提供紧密的闭合，以防止流体进入轴段1402，1404。一个或多个叶片1420借助一个或多个螺杆1418被耦合在叶片支架臂1408的远端。图15更详细地展示了中部平台/轴承组件314的剖视图。扭矩轴306定位成相对于中部平台/轴承组件314同轴。转子提升盖1502包括允许中部平台/轴承组件314被举起、移动或者降低的凸耳，并且与一对下翅片312a、312b的凸缘末端配合。轴承圆筒1506借助C形夹具1508被耦合到轴段1510上。轴承圆筒1506与板条轴承元件1504啮合。中部平台/轴承组件314适合由一个圆形形成，该圆形被配置用来允许中部平台/轴承组件314通过由上翅片对308a、308b提供的开口。中部平台/轴承组件314具有与下翅片312a、312b配合的锥形凸缘末端，以便允许下翅片312a、312b承载中部平台/轴承组件314和下转子组件204b的重量。在一个实施方式中，中部平台/轴承组件314的轴承组件部分由厚壁圆筒以及圆片和肋条组成，它们嵌入中部平台/轴承组件314。圆筒的内部被加工为支撑板条轴承元件1504，它适合由重载复合水润滑结构制造。虽然它们在极端违章条件下还可以起作用，例如由于高波动负载、砂砾和其他杂质、未对正和水流堵塞，但板条轴承元件仍然要避免过热。让海水循环通过板条轴承元件1504适合减少过热。上、下转子组件204a、204b使水循环变得更为方便，因为它们将板条轴承元件1504之间的海水抽上来，并通过扭矩轴套1502上的排水孔(未显示)将海水排出。由于温暖的海水往往因板条轴承元件1504的加热而升温，因此这有助于海水通过板条轴承元件1504之间的空间循环。图16-18更详细地展示了下翅片，例如下翅片312a、312b。下翅片包括远端1704和近端1702，它们结尾于一个弧，并且分叉形成凸缘末端1706。许多孔1708容纳有螺杆，以将下翅片紧固到支柱122a、122b、122c和122d的下搁板124a、120b、120c和120d上。在一个实施方式中，下翅片成对使用。成对的下翅片有助于消除或者减少汽蚀和波浪转向。每个下翅片适合由钢筋混凝土组成。每个下翅片被螺杆固定到四个一组的支柱的两个构件的每个侧面，螺杆适合位于抗腐蚀的角落处。该对下翅片(例如下翅片对312a、312b)保持四个一组的支柱的间隔，并且稳定其对齐，并支撑下平台/轴承组件314。那对下翅片成水平方向，起转子组件的端板的作用，引导海洋潮汐或者河流向着转子组件流动。 图19展示了支柱，例如支柱122a的侧视图。支柱122a的顶部具有U形的榫眼304b，它与从路面跨段，例如路面跨段IOla伸出的凸榫304a配合。支柱122a具有凸缘406，它被插入一个矩形榫眼404。支柱122a的凸缘406与矩形榫眼404 —起，以及安装在底板块上的四个一组的支柱的其他三个构件，支撑着嵌入式机器室118。搁板120a允许上翅片被紧固，以支撑上平台/轴承组件310。另一块搁板124a为下翅片312a、312b提供支撑。支柱122a具有支脚1902，它装配在底板块上的凹槽内。支脚1902适合被集合到底板块上的凹槽内，并且用螺杆固定。如前所示，支柱的横截面显示为流线形，被说明性地描绘成椭圆，但也可以使用任何合适的横截面形状。一个合适的横截面形状包括一个后缘朝向中部的对称的翼面。另一合适的横截面形状包括具有圆形端部的矩形。支柱122a的上部被设置成支撑嵌入式机器室118和一个路面跨段，并将其锁在合适的位置。在一个实施方式中，支柱122a的横截面如先前所示的那样表现为由钢筋混凝土和整体梁形成的笨重的壁结构，这形成三个空间，里面可以充满掺合料或者沙子。图20展示了高架桥100和支柱的一部分的侧视截面图。更具体地说，这里展示的那部分高架桥100包括路面跨段101a，其顶上是护栏110a。路面跨段IOla借助匹配的机械构件与其他路面跨段相互连接，例如借助纵向凸锁销末端2002a或者形成纵向凹锁销末端2002b的空隙，所有这些都被配置用来啮合到彼此固定在一起。路面跨段IOla被进一步设置成具有支脚2204a、2204b，它们搁在支柱122a、122c的顶上。图21、22更详细地展示了几块底板块132和它们的相互关系。每块底板块132都有许多搁在海底的支脚134。工字形横梁130和海底一起为底板块132进一步提供支撑。每块底板块132的顶部有四个凹槽126，每个凹槽126容纳支柱，例如支柱122a、122b、122c和122d，的一个支脚。在底板块132的中部是容纳底部平台/轴承组件2600的钻孔2104。在底板块132的任一侧是被配置用来与相邻底板块132的锁销末端紧靠在一起的锁销末端128。T形锁销构件702与相邻底板块132的锁销末端128啮合，从而使相邻的块132配合，并使其相互紧固在一起。在顶上，在T形锁销构件的中部，是优选与钻孔2104拥有相似尺寸的钻孔2102，用于容纳底部平台/轴承组件2600。本主题的各种实施方式的支柱和底板块提供排列，以根据海底组成、水深、当地最大波浪的大小、当地支撑构造的类型、地震活动、流体动力阵列的转子阻力、如果涉及公路或者铁路交通的话还有顶部负载，支撑海底支撑结构的稳定装置。在一个实施方式中，一个底板块支撑一组四个支柱，其中心设有上平台/轴承组件、中部平台/轴承组件和底部平台/轴承组件。图23展示了支柱和底板块132之间的相互关系的局部分解等距视图。每个底板块132借助一个或多个T形锁销构件702被相互固定在相邻的底板块132上。每个底板块132包括四个凹槽126，每个凹槽容纳支柱的一个支脚。图24展示了支柱122和底板块132之间的相互关系的组装好的等距视图。图25展不了闻架桥及其与流体动力阵列的相互关系的侧视图。如图所不，闻架桥100包括多个彼此相互连接同时搁在支柱122顶部的路面跨段101。从侧视图中看出，每个支柱122之间是嵌入式机器室118。每个嵌入式机器室118下方伸出的是局部被上翅片308隐藏的扭矩驱动轴306。上翅片308下方是一个或多个上转子组件204a。介于上转子组件204a和下转子组件204b之间的是一个或多个下翅片312。下转子组件204b和支柱122搁在一个或多个底板块132上。 图26展示了底部平台/轴承组件2600的侧视截面图。轴段2602借助C形夹具2604被耦合到轴承圆筒2606上。轴承圆筒2606被压住轴承圆筒2606的盖板2610保持到底部平台/轴承组件2600上。轴承圆筒2606被板条轴承2608啮合到底部平台/轴承组件上。在一个实施方式中，下平台/轴承组件2600的轴承组件部分由厚壁圆筒以及圆片和肋条组成，它们嵌入下下平台/轴承组件2600。圆筒的内部被加工为支撑板条轴承元件2608，它适合用重型复合水润滑结构制造。虽然它们在例如因高波动负载、砂砾和其他杂质、未对正以及水流堵塞引起的极端违章条件下还可以起作用，但轴承板条元件仍然要避免过热。让海水循环通过轴承板条元件2608适合减少过热。虽然已经展示和描述了例证性的实施方式，但不难被理解只要不脱离本发明精神和范围的，就可以做出各种改变。
权利要求
1 一种依靠水动力发电的系统，包括 供车辆通过的高架桥；和 流体动力阵列，它被配置用来支撑高架桥，还被配置用来利用海洋潮汐或者河流的运动和作用于流体动力阵列上的力发电，它被浸没在海洋潮汐或者河流中，并且相对于海洋潮汐或者河流运动。
2.根据权利要求I的系统，其中高架桥由多对路面跨段组成，每个路面跨段包括护栏、安全壁、边沟、吊车轨道、设备钢轨、人孔盖、人孔、以及被配置用来承载动力电缆的三角形内腔。
3.根据权利要求I的系统，其中高架桥由多对路面跨段组成，每个路面跨段包括横向锁销末端、纵向凸锁销末端、纵向凹锁销末端、两个支脚、以及两个凸榫。
4.根据权利要求3的系统，其中流体动力阵列由多个流体动力元件组成，第一流体动力元件包括第一组四个一组的支柱，它沿横向支撑第一对路面跨段。
5.根据权利要求4的系统，其中第一组四个一组的支柱中的每个支柱包括具有U形榫眼的顶部和被矩形榫眼连接到支柱上的凸缘。
6.根据权利要求5的系统，其中第一对路面跨段中的第一路面跨段被第一组四个一组的支柱中的两根支柱支撑，第一路面跨段的两个支脚横着搁在这两根支柱的顶部上，同时第一路面跨段的凸榫与这两根支柱的U形榫眼配合。
7.根据权利要求6的系统，其中第一组四个一组的支柱的这两根支柱与两根另外的支柱一起形成第二组四个一组的支柱，它们沿横向支撑第二对路面跨段。
8.根据权利要求7的系统，其中第二对路面跨段的第二路面跨段被第二组四个一组的支柱中的两根支柱支撑，第二路面跨段的纵向凸锁销末端与第一路面跨段的纵向凹锁销末端配合。
9.根据权利要求4的系统，其中流体动力元件包括嵌入式机器室，嵌入式机器室的顶部限定一个中间跨段。
10.根据权利要求9的系统,其中中间跨段包括第一和第二横向锁销末端,第一横向锁销末端与第一对路面跨段中的一个路面跨段的横向锁销末端配合，第二横向锁销末端与第一对路面跨段中另一个路面跨段的横向锁销末端配合。
11.根据权利要求10的系统，其中嵌入式机器室容纳有发电机室，发电机室装有用于将机械能转换成电能的发电机，发电机被连接到扭矩轴上。
12.根据权利要求11的系统，其中嵌入式机器室包括称为中间跨段的顶部，它包括通向嵌入式机器室的机器舱盖和人孔盖。
13.根据权利要求11的系统，其中扭矩轴与大致为矩形且具有两个端部的上平台/轴承组件同轴啮合，这两个端部与一对上翅片的凸缘末端配合，上翅片的向上弯曲的末端引导海洋潮汐或者河流在该对上翅片的下方流动。
14.根据权利要求13的系统，其中扭矩轴与位于上平台/轴承组件和该对上翅片下方的上转子组件同轴啮合。
15.根据权利要求14的系统，其中扭矩轴与大致为圆形的中部平台/轴承组件同轴啮合，中部平台/轴承组件与由一对下翅片近端的两个弧形成的凸缘末端配合，这对下翅片大致处于水平方向。
16.根据权利要求15的系统，其中扭矩轴与位于中部平台/轴承组件和该对下翅片下方的下转子组件同轴啮合。
17.根据权利要求16的系统，其中该扭矩轴结束于一个下平台/轴承组件，该组件座在一个底板块的钻孔中或者一个T形锁销构件的钻孔中。
18.根据权利要求17的系统，其中该底板块有四个凹槽来容纳第一组四个一组的支柱的支脚，该底板块的侧面有锁销末端。
19.根据权利要求18的系统，其中该底板块靠近另一底板块，并且两者被所述T形锁销构件相互固定在一起。
20.根据权利要求4的系统，其中支柱的横截面的形状选自于椭圆面、后缘朝向中部的对称翼面、以及具有圆形端部的矩形。
全文摘要
全世界的海洋和河流中有许多场所可以提供巨大的、可行的、且经济合算的可再生能源。有许多出于策略考虑位于居民区附近，这些场所可以利用对生态有利的流体动力技术来产生能量。一种流体动力阵列包括多个流体动力元件，它借助海洋潮汐或者河流的运动和作用于流体动力阵列上的力来发电，它被浸没在海洋潮汐或者河流中，并且相对于海洋潮汐或者河流运动。
文档编号E01D18/00GK102892957SQ201080042824
公开日2013年1月23日 申请日期2010年6月2日 优先权日2009年9月2日
发明者M·波根, N·里德 申请人:加拿大蓝色能量有限公司
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