[發明專利]線性水斗式水輪機

在審

• 申請號: 201780046910.5
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN109563800A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: A·D·施奈德
• 申請（專利權）人: 納特爾能源公司
• 主分類號: F03B1/00
• 分類號: F03B1/00;F03B9/00;F03B17/06;F03B1/04;F03B11/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟

提供一種與線性水輪機系統相關的系統和方法。本文描述的每種實施方式可被設計成單級、線性、脈沖水輪機系統。在一種實施方式中，線性水輪機包括沿著第一軸線延伸的第一軸；沿著第二軸線延伸的第二軸，第二軸線與第一軸線分離并大致平行于第一軸線；沿著第一平面圍繞第一軸和第二軸沿著第一連續路徑行進的多個第一水斗，第一路徑包括位于第一軸線和第二軸線之間的第一大致線性路徑分段；以及被構造成引導第一流體射流以便在第一線性路徑分段內接觸多個第一水斗的噴嘴。

本申請要求2016年7月26日提交的美國臨時專利申請No.62/367003和2017年4月14日提交的美國臨時申請No.62/485694的權益，出于所有目的，兩個申請通過其整體結合在本文中。

背景技術

水利發電通常使用水壩或其他類型的轉換結構來控制流動水，并轉換動能(通常經由水輪機)來發電。水輪機的功率輸出涉及特定位置處的豎直壓頭H(水的水平高度的豎直變化)與流量Q(給定時間量經過一點的水體積)的乘積。壓頭產生水壓力，并且壓頭越大，驅動水輪機的壓力越大。壓頭越多或流量越高，轉換功率越大。

如圖68所示，這些因素大部分確定特定位置處所使用的水輪機的類型。其他非限制因素包括水輪機必須相對于水輪機下游的水水平安裝在一項目處的深度、效率和成本。

雖然液壓水輪機機械在一個多世紀以來被廣泛使用，大多數傳統設備主要適用于高壓頭應用，其中環境影響會很嚴峻。產生大多數其他水利發電能量(可以通過相對低的環境影響開發)的可能位置位于小于10米壓頭的位置。

歷史上應用于低壓頭的水輪機包括水輪、阿基米德螺旋和多種螺旋槳式水輪機。水輪和阿基米德螺旋水輪機是漸進腔裝置，其中水斗從上部高度遞送一定量的水到下部高度，并且水量以與水斗相同的速度運動。因此，這些類型的裝置操作緩慢，并且必須非常龐大，以輸送大量的水。螺旋槳水輪機及其變型(諸如卡普蘭水輪機)可輸送大量的水，水以高速經過水輪機葉片，但是它們會需要龐大的尾水管以便在離開水輪機葉片之后回收流體內剩余的動能，并且該單元會需要相對于水輪機下游的水的水平安裝在相對低的高度處，以防止諸如氣穴的操作問題。因此，被設計成由低壓頭產生功率的傳統水輪機通常成本高，根據水輪機操作需求，必須進行深入的土建工程。

因此，需要一種簡單、高效的脈沖水輪機，其能夠以高流量和低壓頭操作，特別是在10米或以下的壓頭的情況下。另外，水力發電設施的環境影響也必須得到考慮。

發明內容

提供與線性水輪機系統相關的系統和方法。本文描述的每種實施方式可被設計成單級、線性、脈沖水輪機系統。在一種實施方式中，線性水輪機包括第一軸，其沿著第一軸線延伸；第二軸，其沿著第二軸線延伸，第二軸線與第一軸線分離并大致平行于第一軸線；多個第一水斗，其沿著第一平面圍繞第一軸和第二軸沿著第一連續路徑行進，第一路徑包括位于第一軸線和第二軸線之間的第一大致線性路徑分段；以及噴嘴，其被構造成引導第一流體射流，以便在第一線性路徑分段內接觸多個第一水斗。線性水輪機還可包括：多個第二水斗，其沿著第二平面圍繞第一軸和第二軸沿第二連續路徑行進，第二平面大致平行于第一平面，第二路徑包括位于第一軸線和第二軸線之間的第二大致線性路徑分段；其中噴嘴被構造成引導第二流體射流以便在第二線性路徑分段內接觸多個第二水斗。線性水輪機的噴嘴可定位在第一平面和第二平面之間，并被構造成向外引導第一流體射流和第二流體射流，以便接觸多個第一水斗和多個第二水斗。