使用多个水轮的能量生成系统技术方案

提供了一种能量生成系统，该能量生成系统包括用于接收来自头部导水管或上部泵设备中的水的主水轮，主水轮包括多个能够围绕主轴线旋转的径向臂，径向臂终止在用于容纳来自头部导水管或上部泵设备中的水的水斗内，主水轮限定了头高度。该系统还包括定位在主水轮的头高度范围内的至少一个另外的水轮，另外的水轮也包括多个能够围绕轴线旋转的径向臂，径向臂终止在用于容纳来自头部导水管或上部泵设备中的过量的水或者已经自主水轮的水斗中溢出的水的水斗内。在示例实施方式中，主水轮和至少一个另外的水轮竖直地定向。在示例实施方式中，至少一个另外的水轮小于主水轮。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用多个水轮的能量生成系统，并且具体地涉及借助于多个水轮 的整体构型而对水电动力的生成的改进。本专利技术还涉及以提高水轮从流动的水中生成电能 的效率为目的而对单个水轮的整体形状和构造的改进。
技术介绍
水轮是从水流中获取动力的水动力机器。最有效的最早的水轮是所谓的上射式水 轮，并且这些水轮包括水斗或吊桶、用于接收并暂时保持从上升的水头流过水轮的水，这些 水接着使水轮转动。其它的类型包括下冲式水轮和中射式水轮，但是它们的效率很低。上 射式水轮的优点在于不但将流动水的一部分能量直接转化为它的旋转，而且将由于水的重 量所产生的力也转化为它的旋转。但是，这些上射式水轮具有多个导致大量的水被浪费/ 溢出的设计缺点，并且因此使得它们的效率相对较低。由于涡轮被证实更加有效并且在建造中成本更低，所以水轮逐渐被涡轮取代。但 是，涡轮一般需要在构筑坝墙的同时进行安装，而且它们的效率主要是它们的定位和设计 标准的函数。典型地利用导水管将来自水头的水流连接至涡轮，其中相应地，涡轮的性能也 直接是通过导水管的水流以及最终的水头的函数。因此，在结构上，基于涡轮的水动力系统 是针对具体的坝的配置的非常独特的一次性设计，这是局限的。因此，为了最优地利用水轮所具有的能量转化的优点、以及它能够在坝墙已经完 成之后进行安装的优点，需要提高在动力生成中使用水轮的效率以便与涡轮的效率相抗衡。同样认识到的是由水轮所产生的能量实际上是简单的杠杆原理的延伸，其中，在 轮中的水的重量与水轮上的轮辐的长度的乘积提供了在水轮的轮轴上旋转的能量。这一能 量在轮旋转时由各种样式的摩擦力所造成的能量损失而抵消。专利技术目的因此，本专利技术的目的是提供一种使用多个水轮的能量生成系统，利用该系统旨在 提高水轮的效率，同时也减少由摩擦力所造成的能量损失。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种能量生成系统，包括主水轮，该主水轮用于接收来自头部导水管(head penstock)的水，主水轮包括 多个能够围绕主轴线旋转的径向臂，径向臂终止在用于容纳来自头部导水管中的水的水斗 内，主水轮限定了头高度；至少一个另外的水轮，该至少一个另外的水轮定位在主水轮的头高度范围内，另 外的水轮也包括多个能够围绕轴线旋转的径向臂，径向臂终止在用于容纳来自头部导水管 中的过量的水或者已经从主水轮的水斗中溢出的水的水斗内。在示例实施方式中，主水轮和至少一个另外的水轮竖直地定向。在示例实施方式中，至少一个另外的水轮小于主水轮。在示例实施方式中，至少一个另外的水轮包括第二水轮，该第二水轮用于接收来 自头部导水管中的过量的水。在示例实施方式中，第二水轮设置成将水传送回主水轮的水 斗中。在示例实施方式中，至少一个另外的水轮包括第三水轮，该第三水轮用于接收已 经从主水轮的水斗中溢出的水。在示例实施方式中，第二水轮的水斗的宽度小于主水轮的水斗的宽度，主水轮的 水斗的宽度接着小于第三水轮的水斗的宽度。在示例实施方式中，每一个水轮的径向臂是具有锥度的，从而使得位于径向臂的 最端部处的水斗变宽以便在尽可能靠近径向臂的端部处承载最大量的水。在示例实施方式中，水斗由加重外轮缘在其端部处连接至一起以产生飞轮效果。在示例实施方式中，水斗限定有沿其边缘的通气孔。在示例实施方式中，水轮经由其中心轴线附装至齿轮机构，该齿轮机构接着连接 至交流发电机/发电机系统，每个交流发电机/发电机都能够将每个水轮的旋转动力转化 为电能。在示例实施方式中，上部泵设备定位在头部导水管的附近以便从头部导水管所装 配到的坝中提供通过头部导水管的稳定的水流。在示例实施方式中，水轮装配有用于控制其旋转的制动装置。附图说明将参照附图对仅作为示例的本专利技术的优选实施方式进行描述，其中图1是根据本专利技术的示例实施方式的使用多个水轮的能量生成系统的截面侧视 图；图2是图1所示系统的截面俯视图；图3是可以使用在图1和图2所示系统中的水轮轮辐和水斗的一部分的细节图， 重点突出了本专利技术使得水轮在其旋转时较少受到来自静止空气的阻力的特征；以及图4是与图1类似的截面侧视图，但是此处示出了期望的水流、以及将本专利技术的水 轮转变成潜在的泵储存装置所必需的特性。具体实施例方式本专利技术涉及利用下面参照上射式水轮所描述的优选实施方式从下落的水中获取 最大化的动力的问题。但是，可行的是类似的水轮构型能够使用其它类型的水轮，并且这些 构型同样包括在本专利技术的范围内。首先参照图1至3，能量生成系统10示出为包括用于接收来自头部导水管14中的 水的主水轮12，在该头部导水管14中限定有第一出口 16。头部导水管14设置成以多种已 知方式中的任一种接收来自坝15由坝墙15. 1所支承的水。例如，尽管未示出，但是可以设 置上部泵设备以将水抽至导水管14中、用于输送至系统10。主水轮12包括多个能够围绕主轴线20旋转的径向臂18，径向臂18终止在用于容 纳来自头部导水管14中的水的水斗22内。主水轮12限定了有效的头高度，该头高度由标记为“h”的虚线表示。系统10还包括一对定位在主水轮12的头高度“h”内的水轮对、26。正如将要在 本说明书中进一步进行的更加详细的描述，另外的水轮M、26典型地同样分别包括多个能 够围绕轴线32、34旋转的径向臂观、30，径向臂观、30分别终止在用于容纳来自头部导水管 14中的过量的水或者已经从主水轮12的水斗22中溢出的水的水斗36、38内。在示例实施方式中，主水轮12和另外的水轮MJ6竖直地定向。如最好在图1中示出的，另外的水轮24 J6小于主水轮12。在示例实施方式中，另外的水轮M、26中的一个包括第二水轮M，该第二水轮M 用于接收经由限定在其中的第二出口 40离开头部导水管14的过量的水并且因此由该过量 的水进行驱动。如最好在图1中示出的，第二水轮对可以设置成将水传送回主水轮12的 水斗22中。另外的水轮M和沈中的另一个限定出第三水轮沈，该第三水轮沈用于接收已经 从主水轮12的水斗22中溢出的水并且因此由该溢出的水进行驱动。因此能够看到，第二 水轮M和第三水轮沈的提供旨在使得从下落的水中获得的能量最大。如上所述，两个另外的水轮M和沈包含在主水轮12的头高度“h”内，并且因此 它们的效率将添加至主轮的效率中。在该示例中，第二水轮M能够放置介于偏离主水轮的 上止点50度至70度之间的水，因此延长了向主水轮12给水的周期，而且与此同时，第二水 轮M也在其自身的轴线上产生另外的转矩。同时，第三水轮沈设置成捕获从偏离主水轮 的上止点90度至135度的所有下落的水。如最好在图2中示出的，第二水轮M的水斗36的宽度小于主水轮12的水斗22 的宽度，主水轮12的水斗22的宽度接着小于第三水轮沈的水斗38的宽度，以便使水的捕 获达到最大。因此，本专利技术的另一特征是改变水斗22、36、38的宽度以确保在系统10中利 用尽可能多的下落的水，以便使能量的转换达到最大。因此，与在水轮旋转的同时排放出大 部分的驱动水轮的水的传统的水轮配置不同，在本专利技术中，过量的下落的水用于提供使得 已经策略性地放置在下落的水的路径中的又一个水轮2436转动所需要的力。从图中清楚地看到，水轮12、24、沈设置成彼此足够地接近并且具有设计的特征 (例如每一水斗的宽度)从而能够捕获尽可能多的来自更本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种能量生成系统，包括：主水轮，所述主水轮用于接收来自头部导水管中的水，所述主水轮包括多个能够围绕主轴线旋转的径向臂，所述径向臂终止在用于容纳来自所述头部导水管中的水的水斗内，所述主水轮限定了头高度；至少一个另外的水轮，所述至少一个另外的水轮定位在所述主水轮的所述头高度内，所述另外的水轮也包括多个能够围绕轴线旋转的径向臂，所述径向臂终止在用于容纳来自所述头部导水管中的过量的水或者已经自所述主水轮的所述水斗中溢出的水的水斗内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种能量生成系统，包括主水轮，所述主水轮用于接收来自头部导水管中的水，所述主水轮包括多个能够围绕 主轴线旋转的径向臂，所述径向臂终止在用于容纳来自所述头部导水管中的水的水斗内， 所述主水轮限定了头高度；至少一个另外的水轮，所述至少一个另外的水轮定位在所述主水轮的所述头高度内， 所述另外的水轮也包括多个能够围绕轴线旋转的径向臂，所述径向臂终止在用于容纳来自 所述头部导水管中的过量的水或者已经自所述主水轮的所述水斗中溢出的水的水斗内。2.如权利要求1所述的能量生成系统，其中，所述主水轮和所述至少一个另外的水轮 竖直地定向。3.如权利要求1或2所述的能量生成系统，其中，所述至少一个另外的水轮小于所述主 水轮。4.如前述权利要求中任一项所述的能量生成系统，其中，所述至少一个另外的水轮包 括第二水轮，所述第二水轮用于接收来自所述头部导水管中的过量的水。5.如权利要求4所述的能量生成系统，其中，所述第二水轮设置成将水传送回所述主 水轮的所述水斗。6.如前述权利要求中任一项所述的能量生成系统，其中，所述至少一个另外的水轮包 括第三水轮，所述第三水轮用于接收已经自所述主水轮的所述水...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩·布赖恩·米登，安妮玛丽·米登，
申请(专利权)人：肖恩·布赖恩·米登，安妮玛丽·米登，
类型：发明
国别省市：ZA