帶有氣泡的管內水力渦輪機的製作方法
2023-05-22 11:16:31 2
專利名稱：帶有氣泡的管內水力渦輪機的製作方法
技術領域：
本專利申請請求享有申請日為2010年6月16日、名稱為「水力渦輪機」的美國臨時專利申請號為61/355，173的專利申請的權益。技術領域與
背景技術：
本發明涉及用於在管道系統內的水力渦輪機的系統、裝置與方法。這樣一個系統能處理穩定和可變的流體，也能處理高頭部和低頭部。本發明的本質是一種在外殼內的氣泡結合控制系統的用途，關於壓力和流速，在所述系統的至少一個位置，優選地在整個區域，從輸入到輸出管。 氣泡的概念在以前被認為是連接管內渦輪機而不連接控制系統。在Toyama的第4488055號美國專利中，揭示了一種氣泡，但沒有控制系統，也沒有本發明所揭示的其他特徵，例如，保持葉片擺脫來自水的背壓的方法。此外，也沒有任何裝置來控制下遊壓力。這是一個至關重要的要點，需要特殊水平的下遊壓力來維持管道系統的整體性。本發明申請解決了這個問題。本系統的另一種特殊特徵是它從流體中釋放了輸入流噴嘴和葉片區域，這樣會減少撞擊在葉片上的能量的量。需要注意的是，Toyama具有無輸入的噴嘴，且沒有提升變化以保持所述流體遠離輸入流體噴嘴。本申請描述了一些系統，其中，貢獻了小量的效率以便達到這樣的情形，作為回報，獲得更高的葉片效率，該葉片面對來自在渦輪機區域內的液體的最小幹涉。需要注意的是，在本申請中，輸入流體噴嘴與輸入空氣噴嘴是不同的區別特徵，輸入流體噴嘴是調節進入渦輪機葉片的流體流的形狀，而輸入空氣噴嘴輸入空氣噴嘴是將空氣提供給所述系統。需要注意的是，第4731545號美國專利與本申請是不相關的，因為，該專利是花園灑水軟管的附屬物，而不是管道系統的一部分。而且，它不包括插入加壓空氣的裝置。發明人丹尼爾·法伯的名稱為「管內渦輪機關係」、申請號為IB2009/053611的更早的專利請求如下
「5、一種在管道系統內放置渦輪機的方法，所述管道系統具有管的向下部分，其特徵在於所述下遊渦輪機活動區域是不充滿來自下遊渦輪機的支持內容物」。本專利申請不會與之前的專利發生衝突，因為本申請描述了以一種脫離流體的渦輪機環境的實施方法，而之前的專利申請則描述了管的下遊部分，其中分離的主要因素是重力，而不是壓力。本專利申請描述了這樣一種系統，該系統能在平的管道系統內工作，也可以在向下的管道系統內工作。附圖
簡要說明
本發明在這裡僅通過實施例結合所附的附圖的方式進行說明，其中
圖I是帶有空氣泡和壓力差的管內渦輪機系統的示意圖。圖2是帶有空氣泡和針的管內渦輪機的示意圖。圖3是帶有空氣泡的管內垂直軸渦輪機的示意圖。
圖4是帶有針的輸入流噴嘴的示意圖。圖5是輸入水輪機噴嘴的針的示意圖。圖6是控制系統的示意圖。優選
具體實施例方式 本發明涉及一種採用氣泡和壓力控制來從管內渦輪機引導電力的發明。根據本發明，提供了特殊的水力渦輪機的幾種裝置和方法，它們具有共同的目標，即解決了從管道系統生產能量的問題。目前存在關於水力渦輪機的大量的專利和裝置。但是，僅在本發明中揭示了多個創新點，它們都特別涉及從管道系統產生的能源問題。在本申請中，有時「空氣」和「氣體」，「液體」和「水」可以是等同使用的術語。·本申請要解決的問題是在環繞在管外殼內渦輪的水的效果，導致效率減少。這裡提出了一個解決方案來解決這個困難。該方案保持了渦輪機是完整地或充分地脫離水或者其他洗滌渦輪機的流體。如何工作的方法涉及泵氣體的利用，並包括用於傳遞泵的任意裝置，特別是保持所述渦輪機高於所述流體。任意類型的渦輪機，例如傳統的水鬥式渦輪機，帶有本發明所述的這種氣泡系統，都能更有效地操作，
現在參考附圖，圖I顯示了在管內的水力渦輪機(1)，其中，上面的部分是空氣。在繼續每次程序之前，外殼(2)允許液體從所述渦輪機的下面排出。該圖顯示，在渦輪機的上面部分(3)的流體入口處，在空氣-流體界面的交匯處有高的空氣壓力(6)，以及在渦輪機的下面的流體收集處有低的壓力(5)，當它存在時。本發明的創新性是本系統是管道系統的一部分，並在它的附近完全封閉，以及採用空氣輸入(4)來保持渦輪機脫離周圍的流體。在一個具體實施方式
中，空氣壓力是直接施加進入杯座內，以致不會從旋轉運動中轉移。水位和壓力的控制也可以是機械的。圖2是帶有空氣泡和針(9)的管內渦輪機的示意圖。在右側是一個帶有針和可選彈簧的噴嘴。當結合所示的渦輪機系統(7)來應用時，這個部分是創新的。在渦輪機內的流體在某個區域衝擊杯座，由空氣壓力入口(10)從上面供應到這個區域。理想地，這些入口對準杯座，同時不會減緩旋轉。然後，該流體從下面(8)排出該渦輪機。在一個具體實施方式
中，流體上升到左邊。在一個具體實施方式
中，在最左邊是一個好的位置以設置單向閥來確保流體流動而沒有背壓。 圖3是帶有空氣泡的管內垂直軸渦輪機的示意圖。液體在輸入管(11)流入，輸入噴嘴是設置在輸入管內。在一個具體實施方式
中，管道系統在水位(12)處是相對平的，而液體升高到點(11)處。這意味著大氣壓的部分損失，但作為回報，它使得系統能提供能量的高效轉換。外殼(19)包括帶有葉片(13)的垂直軸渦輪機，但在其他具體實施方式
中，渦輪機可以具有其他構造。在一個具體實施方式
中，軸杆(14)將渦輪機連接到發電機(15)。這個構造的一個優點是較少需要緊密密封的發電機軸，該軸會導致能量通過摩擦而損失。接口阻斷劑(16)或用於產生水和空氣層分離的裝置可減少在空氣與水(17)之間的界面的面積，因而需要更少的能量用於維持氣泡。當然，接口阻斷劑也能用於平行軸渦輪機或其他渦輪機。在一個具體實施例中，所述接口阻斷劑能在液體的水位垂直移動，在一個具體實施例中，通過漂浮，或在另一個具體實施例中，通過滑動。輸出管是(18)。圖4是帶有針的輸入流噴嘴的示意圖。部分(20)是針。軸杆件(21)將針連接到彈簧或其他調節器(22 )，由周圍附屬裝置(23 )保持在合適的位置。圖5是輸入水輪機噴嘴的針的示意圖。針體(24)是被這樣構造以致不僅它自身能ill後移動進入嗔嘴開口，在水電能源領域所熟知，而且一部分針(25)能在流體流中如後移動，因而能得到對於壓力變化的更大控制。該部分針(25)使得水噴射形狀能改變，以便減少或增加水在旋轉葉片上施加的力量，因而控制機械扭矩和軸杆的每分鐘旋轉速度，而且它也可被用於制動目的，通過轉移從葉片的戽鬥的噴射。圖6顯示了電控制系統的一部分是如何通過微處理器與存儲器來進行控制。在最基礎的水平，在多種具體實施方式
和多種結合方式中，PLC (可編程邏輯控制器)(26)通過連接到以下裝置來控制水位和壓力空氣壓縮器(27)、空氣汽缸(28)、壓力調節器(29)、針的閥(30)、水位傳感器(31)，以形成壓力調節系統。在一個具體實施方式
中，針的位置是由這個系統來控制的。空氣壓縮器是這個系統的一個可選的部分。總的來說，權利要求所請求的是用於無流體或基本上無流體的渦輪機，該渦輪機 在外殼內連接到管，採用這裡所描述的不同裝置和方法的不同組合來保持這樣的構造。這些方法和裝置涉及將流體水位保持在最大效率點，在一個具體實施方式
中，當水位升高時，通過減少向內的流量來保持，而當水位降低時，通過增加流量來保持。用於操作本系統的另一個方法和裝置涉及相對於流體流出壓力來調整空氣壓力。在一個具體實施方式
中，在管道系統的水平區段，進入的空氣壓力將比流體流出壓力更大。在另一個具體實施方式
中，管道出口傾斜度、流體排出壓力與空氣壓力的組合將作為一組因素來控制，以便確保流體的排出。雖然本發明雖然本發明已經根據有限數量的實施例進行了說明，但應當明確的是，本發明的許多變化、修飾和其他應用都是可實現的。本
發明內容
本發明成功地通過提供一種帶有電控制下的氣泡的管內水力渦輪機來克服目前已知的構造的缺陷。本發明首次揭示了一種在包含流體的管內的水電系統，帶有用於電輸出的連接的發電機，所述系統包括
a.包封渦輪機的外殼，所述渦輪機具有至少一個葉片，並連接到至少一個輸入管和至少一個輸出管；
b.氣體壓力裝置，通過至少一個空氣噴嘴將連續氣體壓力提供到所述外殼的內部，可操作地保持所述渦輪機葉片脫離回流的水。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.在所述渦輪機的下遊的水位傳感器。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c. 一種系統，可操作地保持輸出壓力是I大氣壓或更大。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.具有對下面衰減裝置的葉片，可操作地引導至少一些水在衝擊所述葉片之後在下方變衰弱。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.液體-氣體界面面積減少裝置，該裝置在所述渦輪機葉片的下遊的機殼內，以致所述液體和氣體之間的界面面積是減少的。在一個具體實施方式
中，所述界面面積減少裝置能根據所述流體的水位來改變垂直水位。
在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.單向閥，在所述渦輪機的下遊，結合內容物的再加壓裝置。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.微處理器控制系統，通過採用來自至少一個傳感器的輸入可操作地調節上遊和/或下遊壓力，和/或調節上遊或下遊流速。根據另一個具體實施方式
，至少一個輸入氣體噴嘴是將氣體引導向所述葉片的內表面，用於去除液體的目的，在液體旋轉進入從所述輸入氣體噴嘴接受流體的位置。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.輸入流體針型噴嘴系統，包括上遊部分，包括在流體流動的方向上移動的裝置；以及下遊部分，可在流體流動的方向上從所述上遊部分分離流體。根據另一個具體實施方式
，所述輸入流體針型噴嘴系統也能擴展它的噴嘴針的直徑。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括 c.鄰近於機殼的輸入管的水位的上遊提升裝置。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.所述機殼的水位高度的衰減裝置，或者在渦輪機的下遊的管道系統從入口點到所述機殼的水位高度的衰減裝置。根據另一個具體實施方式
，所述渦輪機是在垂直軸的。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括 c.鄰近於機殼的輸入管的水位的上遊提升裝置。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.下遊單向閥。在一個具體實施方式
中，所述系統還包括
c.壓縮器裝置，可操作地對輸出液體再加壓。根據另一個具體實施方式
，至少一個渦輪葉片具有疏水塗層。本發明成功地通過提供一種將管內渦輪機系統的葉片保持在機殼內而脫離水的方法，包括以下步驟
a.放置微處理器控制系統以調節在所述管內渦輪機系統內的壓力，具有以下至少一個連接的部件液體水位傳感器、液體壓力傳感器、氣體壓力傳感器、氣體壓縮器和針閥系統；
b.引導氣泡進入所述機殼。在一個具體實施方式
中，所述方法還包括
c.提供氣體/下遊液體界面面積減少裝置。
權利要求
1.一種在包含流體的管內的水電系統，帶有用於電輸出的連接的發電機，所述系統包括 a.包封渦輪機的外殼，所述渦輪機具有至少一個葉片，並連接到至少一個輸入管和至少一個輸出管； b.氣體壓力裝置，通過至少一個空氣噴嘴將連續氣體壓力提供到所述外殼的內部，可操作地保持所述渦輪機葉片脫離回流的水。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.在所述渦輪機的下遊的水位傳感器。
3.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c. 一種系統，可操作地保持輸出壓力是I大氣壓或更大。
4.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.具有對下面衰減裝置的葉片，可操作地引導至少一些水在衝擊所述葉片之後在下方變衰弱。
5.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.液體-氣體界面面積減少裝置，該裝置在所述渦輪機葉片的下遊的機殼內，以致所述液體和氣體之間的界面面積是減少的。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於所述界面面積減少裝置能根據所述流體的水位來改變垂直水位。
7.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.單向閥，在所述渦輪機的下遊，結合內容物的再加壓裝置。
8.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.微處理器控制系統，通過採用來自至少一個傳感器的輸入可操作地調節上遊和/或下遊壓力，和/或調節上遊或下遊流速。
9.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於至少一個輸入氣體噴嘴是將氣體引導向所述葉片的內表面，用於去除液體的目的，在液體旋轉進入從所述輸入氣體噴嘴接受流體的位置。
10.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.輸入流體針型噴嘴系統，包括上遊部分，包括在流體流動的方向上移動的裝置；以及下遊部分，可在流體流動的方向上從所述上遊部分分離流體。
11.根據權利要求10所述的系統，其特徵在於所述輸入流體針型噴嘴系統也能擴展它的噴嘴針的直徑。
12.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.鄰近於機殼的輸入管的水位的上遊提升裝置。
13.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.所述機殼的水位高度的衰減裝置，或者在渦輪機的下遊的管道系統從入口點到所述機殼的水位高度的衰減裝置。
14.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於所述渦輪機是在垂直軸的。
15.根據權利要求14所述的系統，其特徵在於，還包括 c.鄰近於機殼的輸入管的水位的上遊提升裝置。
16.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.下遊單向閥。
17.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，還包括 c.壓縮器裝置，可操作地對輸出液體再加壓。
18.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於至少一個渦輪葉片具有疏水塗層。
19.一種將管內渦輪機系統的葉片保持在機殼內而脫離水的方法，包括以下步驟 a.放置微處理器控制系統以調節在所述管內渦輪機系統內的壓力，具有以下至少一個連接的部件液體水位傳感器、液體壓力傳感器、氣體壓力傳感器、氣體壓縮器和針閥系統； b.引導氣泡進入所述機殼。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，包括以下步驟 c.提供氣體/下遊液體界面面積減少裝置。
全文摘要
一種採用氣泡的管內渦輪機，具有電控制的新的和特別的構造，該構造能改善管內水力渦輪機的效率。
文檔編號F03B3/12GK102959231SQ201180029683
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月15日 優先權日2010年6月16日
發明者丹尼爾·法伯, 阿夫納·法卡什, 澤埃夫·塞翁 申請人:利維坦能源水電有限公司