用于水力發(fā)電的齒輪泵的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種用于水力發(fā)電的齒輪栗單元。更具體地，雙向齒輪栗單元采用經(jīng)改造的增壓器來發(fā)電。
【背景技術】
[0002]通過應用利用水來轉動渦輪機一一其繼而使發(fā)電機中的金屬軸轉動一一的簡單概念，水力發(fā)電機利用能量來產(chǎn)生電力。渦輪機是水力發(fā)電機的重要構件。渦輪機是利用流動的流體來產(chǎn)生電能的裝置。部件之一是轉輪(runner)，其是渦輪機的將落下的水的能量轉變?yōu)闄C械能的旋轉部件。
[0003]存在兩種主要類型的水力渦輪機，即沖擊式和反動式。沖擊式渦輪機利用水的速度來使轉輪移動并排出處于大氣壓下的水。渦輪機的下游側不存在抽吸，并且水在撞擊轉輪之后從渦輪機殼體的底部流出。沖擊式渦輪機通常適合于高壓頭應用。
[0004]反動式渦輪機由壓力和移動的水的組合作用產(chǎn)生動力。轉輪直接布置在流過葉片的水流中。反動式渦輪機通常用于壓頭比沖擊式渦輪機低的部位。反動式渦輪機必須被包圍以容納水壓，或它們必須完全浸沒在水流中。
[0005]現(xiàn)有的水力發(fā)電機在低(<30m)和中(30-300m)壓頭應用中使用離心裝置，比如螺旋槳和葉輪。壓頭是由于渦輪機的進水口和水力渦輪機之間的高度差而形成的壓力。許多螺旋槳和葉輪型渦輪機需要高壓頭來有效地工作，但許多地理位置不具有足夠的高度變化以形成高壓頭。
[0006]為了形成壓頭，可以使水聚集或轉移。因此，一些系統(tǒng)采用栗來使水移動，以使得它能通過渦輪機。由于設置了針對于渦輪機的一組管道和轉移機構以及用于栗的第二組這種設備，這增加了復雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出了一種能夠使大量水以雙向方式移動的改進的齒輪栗和渦輪機單元。該單元能通過沖擊式和反動式渦輪機兩者的利用屬性而在高、低壓頭應用中有效地工作。而且，該裝置能以完全或部分浸沒的方式工作并且在根本沒有浸沒時能利用虹吸效應來工作。該裝置能以任意取向安裝，從而緩解用于發(fā)電的精確對準的問題。
[0008]在一個實施例中，一種用于水力發(fā)電的齒輪栗單元可包括齒輪栗(131)。所述齒輪栗(131)包括外殼(131B)，所述外殼包括流體入口(132)和出口(135)。第一轉子(133)位于所述外殼(1318)內(nèi)，所述第一轉子包括多個徑向地隔開的第一齒(133六，1338，1330，其中所述多個徑向地隔開的第一齒沿順時針方向螺旋地包繞在所述第一轉子周圍。第二轉子
(134)位于所述外殼(131B)內(nèi)，所述第二轉子包括多個徑向地隔開的第二齒(134A，134B，134C)，其中所述多個徑向地隔開的第二齒沿逆時針方向螺旋地包繞在所述第二轉子周圍，并且其中所述多個第一齒與所述多個第二齒嚙合。軸(136)與所述第一轉子(133)和所述第二轉子(I 34)操作性地連接。發(fā)電機(138)與所述軸(136)操作性地連接?？刂颇K150與所述齒輪栗(131)操作性地連接并且構造成選擇性地使所述第一轉子沿第一方向旋轉且選擇性地使所述第二轉子沿第二方向旋轉。所述控制機構還布置成選擇性地反轉所述第一轉子的旋轉方向以及選擇性地反轉所述第二轉子的旋轉方向。
[0009]一種水力發(fā)電齒輪栗單元(130)的操作方法包括向齒輪栗(131)的外殼(131B)的入口(132)供給流體的步驟。流體通過使所述外殼(131B)內(nèi)的第一轉子(133)旋轉而移動通過所述外殼(131B)的腔室(131A)，所述第一轉子包括多個徑向地隔開的第一齒(133A，133B，133C)。流體通過同時使所述外殼(131B)內(nèi)的第二轉子(134)旋轉而移動通過所述外殼(1318)的腔室(1314)，所述第二轉子包括多個徑向地隔開的第二齒(1344，1348，1330。流體經(jīng)所述齒輪栗外殼(131B)的出口(135)排出。通過將所述第一轉子的旋轉能和所述第二轉子的旋轉能與發(fā)電機(138)耦合來產(chǎn)生電力。通過反轉所述第一轉子和所述第二轉子的旋轉以使流體從所述出口( 135)移動到所述入口( 132)來進行栗送。
[0010]應理解，前文的總體描述和下文的詳細描述只是示范性和說明性的，并非對權利要求的限制。
【附圖說明】
[0011]結合在本說明書中并構成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的原理。
[0012]圖1A是高壓頭水力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖1B是高壓頭水力發(fā)電系統(tǒng)的可選示意圖。
[0014]圖2是齒輪栗單元的示意圖。
[0015]圖3是TVS型增壓器齒輪栗單元的示意圖。
[0016]圖4是低壓頭應用的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]現(xiàn)在將詳細說明本發(fā)明的示例性實施例，其示例在附圖中被示出。在可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的附圖標記來指代相同或相似的部件。在本說明書中，上游和下游是說明流體流動環(huán)境中的部件之間的關系的相對用語。水在按照自然力量流動時從第一上游位置移動到第二下游位置。當機械裝置介入時，流動方向可以被改變，因此用語“上游”和“下游”有助于說明關于水將自然地流到的位置(下游)的自然出發(fā)點(上游)。
[0018]圖1A示出水力發(fā)電系統(tǒng)10的示意圖。在此示例中，系統(tǒng)10是具有形成水的蓄水池110的壩體100的高壓頭系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括壓力水管(penstock) 120和齒輪栗單元130。壓力水管120可以是從齒輪栗單元130的上游延伸到齒輪栗單元130的管狀結構。壓力水管120是用于水的管道。壓力水管120可被分成三個主要部分。壓力水管120的第一腿部120A布置在蓄水池110中。蓄水池110位于河流160的上游部分中。壓力水管120的頂部部分或第二部分120B位于壩體100的頂部上。壓力水管120的第三腿部120C位于蓄水池110的下游側。腿部120C延伸到齒輪栗單元130的入口端口 132以供給水。齒輪栗單元130與壓力水管120連接以向上游栗送水，從而使水返回蓄水池110。此外，齒輪栗單元130可在渦輪機模式下工作以利用經(jīng)壓力水管120從蓄水池110來到河流160的水進行水力發(fā)電。齒輪栗130可如圖所示浸沒在水中，或可以不完全浸沒。如圖1B所示，平臺170將齒輪栗單元130支承在河流160上方，并且尾水渠(tailrace)或第四腿部120D從齒輪栗單元130伸出到河流160中?？商娲?，第四腿部120D可被包括在圖1A的浸沒實施方式上。
[0019]齒輪栗單元130可以調(diào)整以用于栗送空氣、水或空氣與水的混合物。齒輪栗單元130是以羅茨式增壓器為模型的正排量栗。與自動增壓器相比，入口和出口端口被調(diào)節(jié)成用于提供具有最低限度的壓縮或不具有壓縮的流體流。轉子角度也被調(diào)節(jié)成用于適應水的速度，其基于可獲得的壓頭。由于正排量栗可針對流體流進行優(yōu)化，所以它可使水、空氣或水與空氣的混合物移動。它不需要純水流以在渦輪機模式或栗模式下工作。
[0020]齒輪栗單元130是雙向的，這意味著它可從蓄水池110接收水并將它排出到河流160。齒輪栗單元130還可從河流160進行虹吸并栗送流體回到蓄水池110。齒輪栗單元130還可以在渦輪機模式下工作以產(chǎn)生電力。
[0021]當在正向栗(forward pump)模式下工作時，齒輪栗單元130經(jīng)壓力水管120的腿部120A從蓄水池110向上抽吸水，然后將水供給到壓力水管的腿部120C。更具體地，一旦齒輪栗單元130被啟動，它便可以從腿部120A向上抽吸水。水行進通過第二腿部120B，第二腿部120B可被嵌入在壩體100中或者裝配或改裝到壩體100的頂部上，如圖所示。齒輪栗單元130進行的抽吸使得將