[发明专利]使用多个水轮的能量生成系统

说明书

技术领域

本发明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。本发明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。

背景技术

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。

发明目的

因此，本发明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。

发明内容

根据本发明，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发明的优选实施方式进行描述，其中：

图1是根据本发明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，重点突出了本发明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、以及将本发明的水轮转变成潜在的泵储存装置所必需的特性。

具体实施方式