CN105190025A - 水重力回路发电装置（wglpp） - Google Patents

水重力回路发电装置（wglpp） Download PDF

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Abstract

WGLPP是一种非河中/堤坝式的、完全的微型水电发电装置，其可以是附接的/集成的安装设施、非附接的安装设施、或便携式的安装设施(车辆)，其将对任何民用建筑物、商用建筑物或军用建筑物进行连续(24/7)供电。WGLPP由水重力能量回路(势能到动能到势能...)来驱动，其是一种清洁(零排放和零环境影响)且可再生的能源。

Description

水重力回路发电装置（WGLPP）
技术领域
发明人的研究表明，“建筑物占2010年美国主要能源消耗的41％(40份)，大于归因于交通的份额(28％)或归因于工业的份额(31％)。这代表了2010年大约4000亿美元的成本。建筑物耗用了美国发电的74％，耗用了天然气生产的34％。这导致建筑物应对美国40％的二氧化碳排放负责，或者对7.4％的全球总二氧化碳排放负责[2011BuildingsEnergyDataBook,EREN,USDOE]”。
WGLPP是一种非河中/堤坝型的、完全的微型水电发电装置，其能够产生清洁的(零二氧化物排放和零环境影响)、可再生的能源，因为是通过将水重力/能量转换成机械动力来产生的。
背景技术
WGLPP可以是一种附接/集成的系统安装设施、非附接式系统安装设施或者便携式系统安装设施(在移动平台或车辆上)。GWLPP可以在结构上以及在外观上与能够改进、而具有安装WGLPP所需水头和所需结构的新的或改进的民用建筑物、商业建筑物或军用建筑物集成在一起。WGLPP水重力能源回路连续能量转换部和部件将针对终端用户或购买者性能要求来定制(形状、尺寸、容量、材料...)和优化。
发明人的想法和本发明的目标是，WGLPP将产生所需电力来为任何民用建筑物、商用建筑物或军用建筑物(多层建筑物；任何工业厂房或工厂；任何数据中心建筑物；任何农场；任何便携式建筑物；以及任何其他可行的应用/集成)连续(24/7)供电。
发明人的想法是使得WGLPP的用户自给自足、能源独立。WGLPP将以具有成本效益的价格来提供，将基于终端用户性能要求定制构建以获得最佳性能，经济上可持续并且环境友好(零排放、可再生能源，以及零环境影响)。
发明人的发明使用、集成且应用了水储存技术；水力学原理；水动力学原理；流体力学和流体动力学原理；流体传送技术(金属和非金属)；推进器和叶轮科学与技术；发电科学与技术；无润滑轴承技术；无线技术；太阳能发电技术；风力发电技术；传感器技术；计算机科学技术；预测分析；任何其他可应用的原理/技术；以及测量-记录、监控-警告、配置、控制和管理WGLPP所需最佳实践架构、工艺和技术。为连续地改进WGLPP，我将使用任何新的可应用的和可行的技术、新的发现、以及用户/操作员所吸取的教训以及监控的性能反馈。
发明概述
WGLPP是一种非河中/堤坝、完全的微型水力发电装置，其能够是附接/集成、非附接、或者便携(车载)系统安装设施，由水重力能量回路来驱动(势能到动能到势能...)；由五(5)个或更多个清洁(零排放以及零环境影响)且可再生的能量转换区段或模块构成，利用额外宽的高性能轴向流(AF)推进器和叶轮将降落的水能转换成机械动力。这些区段或模块为：1.水头部；2.驱动-发电-加速部；3.加速-驱动-泵送部；4.抽吸-泵送-返回部；5.金属结构部。所有这些区段将针对终端用户或购买者的性能要求来定制(形状、尺寸、容量、金属...)。参见图1，项1、2、3、4和5。
附图说明
图1-总体概览
该图显示出了WGLPP的五个区段，它们是：1.水头区段；2.驱动-发电-加速区段；3.加速-驱动-泵送区段；4.抽吸-泵送-返回区段；5.金属结构区段。还显示出了：6.流体传送装置；7.AF推进器；9.推进器-发电机轴；10.吊舱；11.互连线缆；12.叶轮。区段1、2、3、4和5的设计和位置将基于终端用户或购买者的性能要求来定制。
图2-区段2
该图显示出了区段2，其中通过推进器的轴的旋转来完成发电机轴(9)的驱动，这最终使得产生电力；同时，AF推进器(7)将水加速(泵送)到区段3。该区段将根据要求来定制。
图3-区段2和区段3
该图显示出了区段2和区段3的区段，其包括区段2的吊舱(10)和区段3的AF推进器(7)。区段2中的吊舱的位置将根据要求来定制，区段2和区段3的部件根据要求定制(形状、尺寸、容量、材料...)。
图4-区段3
该图显示出了区段3，其中来自区段2的加速的水再次被加速，连接到区段4的互连线缆(11)旋转以驱动叶轮(12)，水被泵送到区段4，而在区段4中，水被泵送给区段1。设计和位置将根据要求来定制。
图5-支杆轴承系统
该图显示出推进器和叶轮支撑系统，其包括无润滑轴承以及支撑其的金属或类似强度的支杆(8)。将根据需求来定制。
图6-额外宽的高性能轴向流(AF)推进器
该图显示出额外宽的高性能AF推进器，其由金属或类似强度的材料制成。设计将根据要求来定制(形状、尺寸、容量、材料...)。
发明详述
WGLPP是一种非河中/堤坝式的、完全的微型水力发电装置，其可以是与其将供给动力的建筑物附接/集成的系统安装设施、非附接的系统安装设施、或者便携式的系统安装设施(移动平台，车辆)。WGLPP由水能回路(势能到动能到势能...)来驱动；由五(5)个或更多个清洁(零排放以及零环境影响)且可再生的能源转换区段或模块构成，这些区段或模块利用额外宽的高性能轴向流(AF)推进器和叶轮将降落的水能转换成机械动力。这些区段或模块为：
1.水头区段；2.驱动-发电-加速区段；3.加速-驱动-泵送区段；4.抽吸-泵送-返回区段；5.金属结构区段；参见图1。
WGLPP将降落的水流/压力(能量)转换成机械动力以便：
a)通过由推进器产生且由其互连的动力轴传递的机械动力旋转的发电机轴的旋转来产生电力。
b)利用额外宽的高性能轴向流(AF)推进器来加速以及推送/泵送水。
c)利用高性能推进器来泵送/抽吸水以使水返回水箱，从而完成一个完整的回路循环且开始新的回路循环。
WGLPP集成且安装在区段5上，区段5可以是金属结构或类似强度的结构(所需框架)，其附接到地面或者适当的表面或移动平台上的所需基脚或地基。如果安装WGLPP，该结构可以设计且构建为建筑物结构的一区段。参见图1。
区段1位于区段5的顶部且由所需(形状、尺寸、容量、材料...)架高的绝热锥形底的水箱(附接/集成到或者非附接到其将供给动力的建筑物)及其监测和控制系统(传感器和控制器、溢流口/通风口、过滤器、排水管、截断阀、单向流控制阀、预测分析系统、所需的软件、集中式的可视与控制仪表板以及所需的系统网络)构成。参见图1。
区段2由如下构成：由单向流控制止回阀、截断阀和排水管/通风系统控制的所需(形状、尺寸、容量、材料...)绝热传送管道；额外宽的高性能AF推进器及其支杆-轴承(无润滑)安装组件和系统；推进器到发电机接口驱动器动力轴组件和系统；封闭发电机及其供给和与建筑物的接口系统的发电机吊舱以及所需的监测和控制系统(类似于区段1)，用于进行连续的、高质量的、安全的、和受控的电力供应。吊舱的设计和定位将根据要求来定制(形状、尺寸、容量、材料...)。参见图2和图3。
区段3由如下构成：所需(形状、尺寸、容量、材料...)的绝热传送管道(比区段2更宽)，其由单向流控制止回阀、截断阀和排水管/通风系统控制；额外宽的高性能AF推进器及其支杆-轴承(无润滑)安装组件和系统；用来驱动区段4中的叶片的推进器到叶片的互连挠性线缆或适当的互连系统和组件及其监测与控制系统(类似于区段1)。参见图4。
区段4由如下构成：所需(形状、尺寸、容量、材料...)的绝热传送管道(比区段2更宽)，其由单向流控制止回阀、截断阀和排水管/通风系统控制；水箱处的叶轮-返回端口组件及其支杆-轴承(无润滑)安装组件和系统，包括根据需要由WGLPP产生的电力和/或太阳能或风能供给电力的附加的叶轮及其监测与控制系统(类似于区段1)。参见图1。
用于实施WGLPP的最佳方式
为了构建成本效益高的、针对用户性能要求优化的以及可持续的系统，WGLPP将针对购买车或终端用户的具体要求来定制，应当满足所有适用的法律要求以及最佳的工业实践。
这些指导对于获得集成和实现的正确的工艺是关键步骤。工艺应当针对用户需求经过测试和验证，在完成到正常操作的转变之前根据要求进行评估和改进。推荐的是经验工艺控制，其包括可视化(透明)、检查和调适。
1.基于当前的和未来的需求、天气状况以及适用的最佳实践和规则来确定24/7服务的每小时千瓦数的电力需求。
2.构建区段2：确定能够产生所需KW/hr.的发电机或交流发电机；确定与推进器驱动器轴的所需接口(发电机轴-推进器轴)；所需的电压调节器；确定所需的监测与控制系统；所需的安全/保护系统，以及所需的与将被供应电力的建筑物的接口系统(WGLPP-建筑物)。基于操作因素和环境因素如天气、地形、区域限制、可用空间以及所需因素来设计发电机吊舱以提供最优的和安全的操作。
3.构建区段1和区段2：确定所需水头、水流/容量、管道尺寸、推进器、单向止回阀、以及支杆-轴承(无润滑)系统，以产生符合发电机要求的所需RPM和扭矩。
4.构建区段1：确定所需水箱以及监测与控制系统，以便为系统提供所需连续水流以及补偿水损失的安全量。设计供水与控制系统来确保基于24/7的要求水位。
5.构建区段3：确定正确的推进器、管道尺寸(比区段2大)、轴承-支杆系统、单向止回阀以及到区段4的叶轮的互连线缆或适当的互连链路，以便能够将水泵送回区段1中的水箱。
确定所需监测与控制系统。
6.构建区段4：确定正确的叶轮、管道尺寸(比区段2大)、支杆-轴承系统、单向止回阀以及到区段3的线缆的连接。确定根据需要由WGLPP或太阳能和/或风能供给动力的附加叶轮的需求和适用性。确定所需监测与控制系统。
7.安装监测与控制系统-所有区段：确定区段1、2、3、4和5中的监测与控制系统(传感器与控制器、溢流口/通风口、过滤器、排水管、截断阀、单向流控制阀、预测分析系统、所需软件、集中式可视与控制仪表板、以及所需系统网络)的以及为维护目的的正确位置。
8.构建区段5：设计所需结构来适应所有的区段；确定所需安全性和安全测试实践以保护WGLPP及其用户/操作员。
9.系统集成：a)安装或构建所述结构，b)安装水箱，c)根据需要安装所有其他区段，d)安装和集成监测与控制系统。在组装/集成之前，单独地测试并验证所有区段。
如何操作WGLPP
从WGLPP的安装转变到其操作，合格的技术人员将解释并教导用户系统如何工作，如何操作系统(正常程序和应急程序)以及前摄/预防维护指导。
1.验证所需监测与控制系统、集中式可视与控制仪表板、所需系统网络、所需安全与防护系统以及与待供给动力的建筑物的所需系统接口的操作正常运转。验证已经符合正确的法律要求。
2.关闭(手动地或者电动地)位于水箱底部的截断阀。
3.打开水箱的供水装置以将其填充到所需水位。
4.当水箱达到要求水位(通过传感器控制)时，打开截断阀以开始发电。
检查所有的监控器和指示器以确认正确的操作并相应地调整。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种WGLPP，其是非河中、自足式的水电发电装置，其能够构建为集成或者非集成到其将供给动力的建筑物上，所述WGLPP可以是移动的或者便携的，可以将其集成到经设计或改进而能安装所述WGLPP的所有区段的移动平台或车辆上；所述WGLPP将产生所需电力以连续地为可以是多层建筑物的任何民用建筑物、商用建筑物或军用建筑物；任何工业厂房或工厂；任何数据中心建筑物；任何农场；任何便携建筑物；以及任何其他可行的应用供给动力；所述WGLPP还能够与任何现有的连续供水系统集成，所述现有的连续供水系统如以连续水流产生所需电力的具有所需水头的水塔；所述WGLPP由从势能循环到动能、再循环回到势能的水重力能量回路来驱动；所述WGLPP由五个或更多个定制的清洁(零二氧化物排放以及零环境影响)且可再生的能量转换区段或模块构成，这些区段或模块利用额外宽的高性能轴向流推进器和叶轮将降落的水能或水力转换成机械动力，所得到的机械动力将驱动所需发电机且加速/泵送水到下一区段，转换或传送区段或模块及其所需部件为：
水头-区段1：
所述区段1为水力源，其驱动其他区段且通过能够集成或者非集成到建筑物的所需绝热锥形底水箱及其所需部件的集成构建而成；所需部件为无线监测与控制系统、传感器、控制器、供给管道、溢流通风口/管道、传送管道、过滤器、排水管、截断阀、单向流控制阀、预测分析系统、所需软件程序、可视与控制仪表板、所需系统网络以及任何其他所要求的部件；
驱动-发电-加速-区段2：
水力被转换成机械动力，所述机械动力驱动发电机，而且加速/移送水到区段3，该区段2由如下的集成构建而成：所需绝热传送管道；单向流控制止回阀；截断阀；排水管/通风系统；额外宽的高性能轴向流推进器；支杆-轴承安装组件和系统；推进器到发电机驱动器的接口动力轴组件和系统；所需发电机；发电机吊舱，其封装发电机；为建筑物接口系统供电的装置，以及无线监测与控制系统；
加速-驱动-泵送-区段3：
加速的水再次被加速/泵送，区段4中的叶轮被区段3中的额外宽的高性能轴向流推进器驱动，该区段由如下的集成构成：所需绝热传送管道；单向流控制止回阀；截断阀；排水管/通风系统；额外宽的高性能轴向流推进器；支杆-轴承安装组件和系统；推进器到叶轮的互连挠性线缆或者驱动区段4中的叶轮的适当的互连系统和组件；以及无线监测与控制系统；
抽吸-泵送-返回-区段4：
所述区段4将旋转动能转换成流体流的水动力能，水将几乎同时被推动且被抽吸然后返回区段1，完成了从势能到动能回到势能的一个完整循环，区段4由如下的集成构成：所需绝热传送管道；单向流控制止回阀；截断阀；过滤器；排水管/通风系统；水箱处的叶轮和返回端口组件；支杆-轴承安装组件，其由来自区段3的推进器到叶轮的互连挠性线缆或者适当的互连系统构成；以及包括根据需要由所述WGLPP和/或太阳能或者风能产生的电力来供给动力的附加叶轮的系统；以及无线监测与控制系统；
金属结构-区段5：
金属或类似强度的结构，其集成并支撑所有其他四(4)个或更多个区段，该结构能设计和构建为将要安装WGLPP的建筑物结构的一区段或者构建为独立的安装设施，该结构将附接到适当的表面或者移动平台或车辆上；
所述WGLPP能量回路连续转换区段和/或部件将被定制以提高WGLPP发电容量、优化其性能，并且对便携式建筑物或车辆的要求进行调节；
所述WGLPP将水力或水能转换成机械动力以便：
a)通过由推进器产生且由其互连的动力轴传递的机械动力旋转的发电机轴的旋转来产生电力；
a)利用额外宽的高性能轴向流推进器来加速、推送以及泵送水；
b)利用高性能推进器来泵送和抽吸水以使水返回水箱，从而完成一个完整的回路循环且开始新的可再生能源回路循环。
2.如权利要求1所述的WGLPP，其中，所述WGLPP能够被定制且与任何大型的车辆集成，这些车辆可以是公共汽车、房车、卡车或其他可用车辆；并且所述WGLPP能够产生所需电力以旋转或驱动所需电动机，电动机将电力转换成机械动力(扭矩)且将推进车辆，所述WGLPP电力能够直接供给给电动机和/或用来对将为电动机供给动力的所需电池进行充电。
3.如权利要求1或2所述的WGLPP，其中，所述WGLPP产生的机械动力或扭矩能够用来对适合由WGLPP进行驱动、供给动力或推进的任何机器、工具或任何发动机进行驱动、供给动力或推进。

Claims (3)

1.一种WGLPP，其是非河中/堤坝式的、完全的微型水力发电装置，其能够构建为附接(集成)或者非附接到其将供给动力的建筑物上，所述WGLPP可以是移动的或者便携的，可以将其安装/集成到经改进而能安装所述WGLPP的所有区段的移动平台(车辆)上，所述WGLPP将产生所需的电力以连续地(24/7)为任何民用建筑物、商用建筑物或军用建筑物(多层建筑物；任何工业厂房或工厂；任何数据中心建筑物；任何农场；任何便携建筑物；以及任何其他可行的应用)供给电力，所述WGLPP能够与任何现有的连续供水系统集成，所述现有的连续供水系统如以连续(24/7)水流产生所需电力的、具有所需的水头的水塔，所述WGLPP由从势能循环到动能、再循环到势能的水重力能量回路来驱动，所述WGLPP包括五个(5)或更多个定制的清洁(零二氧化物排放以及零环境影响)、且可再生的能量转换区段或模块，这些区段或模块利用额外宽的高性能轴向流(AF)推进器和叶轮将降落的水能(水力)转换成机械动力，所述机械动力将驱动所需发电机且加速/泵送水到下一区段，转换区段或模块及其部件为：
水头-区段1：
所述区段1为水力源，其驱动其他区段且通过能够附接/集成或者非附接到建筑物的所需(容量、形状、尺寸、材料...)的绝热锥形底水箱及其无线监测与控制系统(传感器、控制器、供给管道、溢流通风口/管道、传送管道、过滤器、排水管、截断阀、单向流控制阀、预测分析系统、所需软件程序、可视与控制仪表板、所需系统网络...)的集成构建而成，参见图1；
驱动-发电-加速-区段2：
水力被转换成机械动力，所述机械动力驱动发电机，而且加速/移送水到区段3，所述区段2由如下的集成构建而成：由单向流控制止回阀、截断阀、和排水管/通风系统控制的所需(容量、形状、尺寸、材料...)的绝热传送管道；额外宽的高性能AF推进器及其支杆-轴承(无润滑)安装组件和系统；推进器到发电机驱动器的接口动力轴组件和系统；所需发电机；发电机舱，其封装(容纳)发电机及其与建筑物的供给-接口系统及其无线监测与控制系统(类似于区段1)，参见图2和图3；
加速-驱动-泵送-区段3：
加速的水再次被加速/泵送，且区段4中的叶轮被驱动，所述区段3由如下的集成构成：所需(容量、形状、尺寸、材料...)的绝热传送管道(比区段2中的宽)，其由单向流控制止回阀、截断阀、和排水管/通风系统控制；额外宽的高性能AF推进器及其支杆-轴承(无润滑)安装组件和系统；推进器到叶轮的互连挠性线缆或者驱动区段4中的叶轮的适当互连系统和组件，及其无线监测与控制系统(类似于区段1)，参见图3和图4；
抽吸-泵送-返回-区段4：
所述区段4是旋转动能到流体流的水动力能的转换，该区段由如下的集成构成：所需(容量、形状、尺寸、材料...)的绝热传送管道(比区段2中的宽)，其由单向流控制止回阀、截断阀、过滤器、和排水管/通风系统控制；水箱处的叶轮-返回端口组件及其支杆-轴承(无润滑)安装组件(来自区段3的、推进器到叶轮的互连挠性线缆或者适当的互连系统)、以及包括根据需要由WGLPP和/或太阳能或者风能产生的电力来供给动力的附加叶轮的系统，及其无线监测与控制系统(类似于区段1)，参见图1；
金属结构-区段5：
金属或类似强度的结构，其集成并支撑所有其他四(4)个或更多个区段，该结构能设计和构建为将要安装WGLPP的建筑物结构的一区段或者构建为独立的安装设施，该结构将附接到适当的表面或者移动平台(车辆)上，所述WGLPP能量回路连续转换区段和/或部件将被定制以提高WGLPP发电容量、优化其性能，并且按照便携式建筑物或车辆的要求进行调节，参见图1；
所述WGLPP将水力(水能)转换成机械动力，以便：
a)通过由推进器产生且由其互连的动力轴传递的机械动力旋转的发电机轴的旋转来产生电力；
a)利用高性能轴向流(AF)推进器来加速以及推送/泵送水；
b)利用高性能推进器来泵送/抽吸水以使水返回水箱，从而完成一个完整的回路循环且开始新的能量回路循环(可再生能源)。
2.如权利要求1所述的WGLPP，所述WGLPP能够被定制且与任何大型的车辆(公共汽车、房车、卡车或其他可用车辆)集成，并且能够产生所需电力以移动(旋转)所需电动机，电动机将电力转换成机械动力且将推进车辆，所述WGLPP电力能够直接为电动机供给动力和/或用来对将为电动机供给动力的所需电池进行充电。
3.如权利要求1或2所述的WGLPP，所述WGLPP产生的机械动力能够用来对适合由WGLPP进行驱动、供给动力或推进的任何机器、工具或任何发动机进行驱动、供给动力或推进。
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