CN116783385A - 用于由空气水力生成电能的改进的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改进的用于由空气水力生成电能的系统。该系统包括：多于一个容器(104A‑104B)的串联布置，其中，容器中的每一个在中心处是圆柱形、在顶部是圆顶形结构104C并且在底部是窄圆锥形结构104D；机械驱动机102和支点组件200，支点组件200具有安置在静态支撑件102E上的作用力臂102A和阻力臂102B；喷射泵送系统300，其包括由活塞板108C分成两个隔室的喷射泵108；Y’形压力管道111，其在一端连接在窄圆锥形结构104D上并且由多于一个窄管道105A‑105B合并成单根管道106而形成；和压力管道喷射器115，其放置在压力管道上，在此喷射器被注入有气泡，该气泡将水从压力管道以高速推到培尔顿式水轮机114的培尔顿叶轮114A上，培尔顿叶轮114A转而使水轮机轴117移动以发电。

Description

用于由空气水力生成电能的改进的系统和方法

技术领域

本申请总地涉及对印度专利申请号201721045318的改进。本发明涉及一种改进的用于由空气水力发电的系统。更具体地，本发明提供了一种空气水力发电的集成，由此该系统使用支点布置并且还去除容器内的具有橡胶的重力板或活塞板，以进行更稳健和高效的设计，从而改善用于发电的系统的整体效率。

背景技术

我们通过热能、核能和水能等传统方法以及通过太阳能、风能和潮汐能等非传统方式产生大部分电力。然而，目前大多数发电厂使用可耗尽资源，如煤、柴油、天然气、核能等来发电。另一些国家则利用太阳能、风能和水能等自然资源发电。然而，这些自然资源需要巨大面积、高生产成本、沉重的基础设施成本和太多的资源，同时提供非常小的产出。一般而言，水坝是专门为水力发电而建造的。用于水力发电的水力发电机可能产生空气污染物，从而影响环境。水力发电机的使用会产生许多环境后果。水坝和水库可能会阻碍鱼类的迁徙，因为鱼类栖息地是由水位、水流速度、栖身机会和食物获取等物理因素决定的。排水会对鱼造成彻底的破坏。除此之外，水量可能对河里的鱼有不同的影响，这取决于鱼的生命周期的类型和阶段。水坝和水库还可以改变自然水温、水化学、河流特性和泥沙负荷。这些变化可能会对河中和周围的动物产生负面影响。此外，河流和水坝的水危机导致水力发电减少。

水电大坝有地理上的限制，不能建在任何地方。此外，温室气体如二氧化碳和甲烷也可在水库中形成，其可以排放到大气中。水力发电水库产生的温室气体的确切数量尚不确定。此外，水力发电厂的建设是昂贵的，并且发电厂需要非常大的面积。这也具有地理限制，并且在水力发电厂中，居民的再分配也较高，而发电量低。迄今为止，还没有这样的水力发电系统能够成功地处理这些持续存在的问题。上述传统的发电方法使用可耗尽的能源，这些能源具有有效期并且在空气和环境中造成许多污染。他们还产生巨大的生产成本，使用不同的原材料，并且维护成本也非常高。上面提到的非传统方法占用了大量的空间，并且不能在给定的一天24小时中以一致的速度运行。其建设成本很高，产出相对较小。

因此，为了克服发电中的上述障碍，在我们先前的申请201721045318中提出了一种由空气水力发电的系统。然而，需要提供一种改进的系统，其将有效地保持将水从储水器泵送到容器中。还希望简化容器中的压力维持，这可以克服现有系统的限制和缺点。

发明目的

本发明的目的是提供一种用于由空气水力发电的系统。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其不引起空气污染，从而保护环境并且是绿色能源。

然而，本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其需要非常小的空间来生产大量的电力。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其可以在所有季节和所有环境条件下产生恒定的电力。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其具有循环过程，由此相同体积的水多次发电。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其具有高效率。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其在安装上没有地理和地形限制或挑战。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其通过使用非常小的面积而具有较少的建设和维护成本。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其操作简单且经济。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其运行稳健。

本发明的另一个目的是提供一种用于由空气水力发电的系统，其可以升级以将热电厂转换为空气水力发电站。

发明内容

根据本实施例，提供了一种用于由空气水力发电的系统。该系统包括：多于一个容器的串联布置，其特征在于，其中，容器中的每一个在中心处为圆柱形、在顶部为圆顶形结构并且在底部为窄圆锥形结构，使得容器在底侧连接到喷射泵送系统并且在容器的顶部连接到空气缓冲罐，使得所有容器中的压力保持在5Bar至300Bar的范围内；机械驱动机和支点组件，支点组件具有安置在静态支撑件上的作用力臂和阻力臂，其中，作用力臂连接到驱动机构，阻力臂连接到活塞杆，其中，活塞杆连接到具有橡胶密封件的活塞板以从储液池泵送水；喷射泵送系统，其包括喷射泵，喷射泵由活塞板分成两个隔室，其中，隔室中的每一个具有入口阀和出口阀以将水从储液池泵送到容器中；Y’形压力管道，其在一端连接在窄圆锥形结构处并且由多于一个的窄管道合并成单个管道而形成，其中，压力管道以与容器从喷射泵送系统接收的相同的体积和压力连续地从容器接收加压水；和压力管道喷射器，其放置在压力管道上方，其中，喷射器通过气泡注入系统被注入有气泡，并且将水从压力管道以高速推到培尔顿式水轮机的培尔顿叶轮上，培尔顿叶轮转而使水轮机轴运动，其中，轴连接到发电机以发电。

在实施例中，当驱动机上下移动时作用力臂和阻力臂也移动，连接到阻力臂的泵活塞朝向点(a)向上移动，隔室B的入口阀打开而隔室B的出口阀关闭，同时隔室A的出口阀打开而隔室A的入口阀关闭，其中，当泵活塞朝向点(b)向下移动时，隔室A的入口阀打开而隔室A的出口阀关闭，同时隔室B的出口阀打开而隔室B的入口阀关闭。

在实施例中，空气缓冲罐使用高压空气压缩机以在高压空气下生成较小的体积，从而以所需的bar和体积将空气填充到空气缓冲罐中。来自至少一个容器或来自串联容器的加压水可以由压力管道释放到水轮机上。

在实施例中，空气滴(airdrop)注入促进压力管道喷射器提高对水轮机叶片的冲击扭矩以产生更大的转速。可以在水轮机与发电机之间使用齿轮组件来增加转速。在实施例中，发电机连接到升压变压器以将电力传输至电网。

当结合以下描述和附图考虑时，这里的实施例的这些和其他方面将得到更好的理解和领会。然而，应当理解，以下描述虽然指示了优选实施例及其许多具体细节，但是是以示例而非限制的方式给出的。在不脱离其精神的情况下，可以在本文的实施例的范围内进行许多变化和修改，并且本文的实施例包括所有这些修改。

附图说明

将参考本发明的实施例，其示例可以在附图中示出。这些附图是说明性的，而不是限制性的。尽管在这些实施例的上下文中一般地描述了本发明，但是应当理解，这并不旨在将本发明的范围限制到这些特定实施例：

参考附图从以下详细描述将更好地理解本文的实施例，其中：

图1示出根据本文所述的实施例的用于由空气水力发电的改进系统的框图；

图2A示出在根据本文所述的实施例的空气水力发电系统中使用的支点驱动机构；

图2B示出在根据本文所述的实施例的空气水力发电系统中使用的驱动机机构。

图3示出在根据本文所述的实施例的空气水力发电系统中使用的喷射泵送系统；

图4示出根据本文所述的实施例的多个容器，其布置成生成水喷射流以驱动培尔顿式水轮机；

图5示出根据本文所述的实施例的压力管道喷射器，其实现到培尔顿式水轮机的培尔顿叶轮上的喷射流；和

图6示出根据本文所述的实施例的水喷射流进入培尔顿式水轮机的叶轮和从叶轮离开的示意图。

本领域的技术人员将了解，图中的元件是出于简单和清楚的目的而说明，并且可能未按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以帮助改善对本公开的各种示例性实施例的理解。

在所有附图中，应当注意，相似的附图标记用于描述相同或相似的元件、特征和结构。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的实施例，说明其特征。“包括”、“具有”、“包含”、和“包括”以及其他形式的词语，其含义是等同的，并且是开放的，在这些词语中的任何一个之后的一个或多个项目并不意味着是对这些项目的详尽列举，或意味着仅限于所列出的项目。

本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开来，本文的术语“一”和“一个”不表示对数量限制，而是表示存在至少一个所提及的项目。

因此，仍然需要提供一种改进的系统，以便有效地保持水从储液池到容器的泵送。还希望简化容器中的压力稳定，这可以克服现有系统的限制和缺点。本文的该改进系统提供了一种空气水力发电的集成，由此该系统使用支点布置并且还去除容器内的具有橡胶的重力板或活塞板，以进行更稳健和高效的设计，从而改善用于发电的系统的整体效率。该系统还提出了其他改进，这些改进将在下文中讨论。现在参考附图，更具体地参考图1和图6，其中，在所有附图中类似的附图标记一致地表示对应的特征，示出了优选实施例。

本文提供了用于由空气水力发电的系统100。该系统不会造成空气污染，从而保护环境，提供绿色能源。而且，该系统需要非常少的空间来产生大量的电力。该系统可以在地球上的任何位置在所有季节和环境条件下产生恒定的电力。该系统占地面积小，从而具有较低的建设和维护费用。此外，该系统具有高效率。而且，该系统能够升级以将热电厂转换为空气水力发电厂。此外，该系统操作简单且经济。此外，该系统在操作上是稳健的。

图1示出了根据本文所述的实施例的用于由空气水力发电的改进系统100的框图。该系统包括多于一个容器104A-104B的串联布置、支点组件200、驱动机102、喷射泵送系统(injection pumping system)300、Y’形压力管道111、培尔顿式水轮机114和发电机118。

图2(A)示出了在根据本文所述的实施例的空气水力发电系统中使用的支点机构120。支点驱动支点组件200，支点组件200具有分成两部分的长杆，这两部分是安置在静态支撑件102E上的作用力臂102A和阻力臂102B，其中，作用力臂连接到驱动机构102，阻力臂连接到活塞杆102C，活塞杆102C连接到具有橡胶密封件108D的活塞板108C以从储液池110泵送水，其中，活塞杆连接到活塞板以从储液池泵送水。

图2(B)示出了在根据本文所述的实施例的空气水力发电系统中使用的驱动机102。在该系统中，我们使用机械驱动机器，类似于从钻机中抽取原油的抽油机。通过这一点，我们的意思是机器将作为活塞工作，通过能量的机械转换将电动马达的较高转速转换为较低转速。该机器将具有电动马达，具有齿轮系统并且大尺寸飞轴在两侧附接到驱动轴。

驱动轴随着飞轴的转动而上下移动，因此起到活塞的作用。驱动轴通过关节轴承与作用力臂连接。在该系统中，电能被转换成机械能。其可以用于产生力以使作用力臂上下移动。

部分A-电动马达与齿轮组件连接，齿轮组件与主齿轮轴连接以驱动飞轴。

部分B-两个飞轴附接到主齿轮轴，并且飞轴进一步从两侧外部附接到驱动轴，由此驱动轴将在叶轮转动时像活塞一样上下移动。

部分C-驱动轴通过关节轴承与作用力臂连接。飞轴直径将取决于作用力臂的移动距离。

当驱动轴向上移动时，所连接的作用力臂也向上移动，类似地，当驱动轴向下移动时，作用力臂也向下移动。作用力臂的一侧连接到驱动机(驱动轴)，而作用力臂的另一端连接到喷射泵送系统。在更靠近喷射泵送关节轴承处为作用力臂提供静态支撑件。

作用力臂被分成两部分，并且当作用力臂向上移动时，作为阻力臂的第二部分向下移动，而当作用力臂在向下方向上移动时，阻力臂在向上方向上移动。这是定期重复的循环。其像支点一样工作以操作喷射泵来拉动和推动泵活塞。

图3示出了喷射泵送系统300，其包括喷射泵(injection pump)，喷射泵由活塞板108C分成两个隔室，其中，隔室中的每一个具有入口阀和出口阀，以将水从储液池泵送到容器中。

如图3所示，喷射泵在两侧具有入口阀108A和出口阀108B。泵在内部由具有橡胶密封件的活塞板108C分开，当力作用在活塞板上时，活塞板作为喷射件工作。泵被分成两个隔室。隔室A-其位于活塞板上方；和隔室B-其位于活塞板下方。

每个隔室还具有单独的入口阀和出口阀。当在阻力臂的帮助下泵活塞朝向点(a)向上移动时，隔室B的入口阀打开而隔室B的出口阀关闭，同时隔室A出口阀打开而隔室A入口阀关闭。当泵活塞在向下方向上朝向点(b)移动时，隔室A的入口阀打开而隔室A出口阀关闭。同时隔室B的出口阀打开而隔室B的入口阀关闭。这是一个连续的过程并且在隔室A和隔室B之间反之亦然地运行。

两个隔室入口阀都连接到储液池而出口阀连接到高压容器。当入口阀打开时，其通过重力或抽吸将水引入泵内，当隔室A入口阀开启时，其将水引到隔室A内，同时隔室B出口阀开启，并且隔室B中的水被加压从而将水泵送到容器中。

当活塞从(b)点向上运动到(a)点时，隔室B的入口阀打开，并且水进入泵内的隔室B中，此时隔室B的出口阀关闭，并且隔室A的出口阀打开而隔室A的入口阀关闭。在该过程中，隔室A中的水被加压从而通过出口阀将水泵送到容器中。这是一个连续的过程，反之亦然。并且水被连续地向上泵送到容器中。

泵送速度和水流速度取决于驱动机的驱动速度。在活塞板的运动改变时，在泵中安装有特殊的运动稳定装置，从而其在出口阀的泵送点处的较高压力下控制系统稳定。出口阀在较高压力下连续工作，而入口阀在吸入工作期间在正常压力下工作，并且在泵送工作期间以较高的压力工作。

这种类型的泵送系统以不同的尺寸和容量装配在管线中，有助于解决在非常高的压力和巨大的水量下连续泵送的目的，而给予驱动机的输入能量非常小。上述类型的泵送方法将以非常高的百分比减少用于在这样高的压力和大的体积下将水泵送上去的输入能量(大约97％)。

在该系统中，在支点的帮助下(阿基米德定律)，使用非常少的能量来泵送容器中的高压和大体积的水。支点支撑就像杠杆一样工作，用较小的力把水泵送上去。

同样根据帕斯卡定律，由于喷射泵送容器和容器的直径不同，喷射泵送系统更高效地工作。与容器相比，泵送容器具有较小的直径，因此在高压容器中以较低的力进行泵送。

帕斯卡定律说：“当封闭流体中任一点的压力增加时，容器中每一个其他点的增加量相等。”

帕斯卡定律允许力成倍增加。左边的圆柱体显示了1平方英寸的横截面面积，而右边的圆柱体则显示了10平方英寸的截面积。左边的气缸具有向下作用在活塞上的一磅的重量(力)，这将流体降低10英寸。由于这个力，右边的活塞将10磅重量抬升1英寸的距离。

1平方英寸面积上的1磅载荷使系统中流体的压力增加。该压力均匀地分布在整个活塞上，并且作用在大活塞的10平方英寸面积的每平方英寸上。结果，较大的活塞抬起10磅的重量。第二活塞的横截面积越大，机械优势越大且其提升的重量越大。

P1＝P2(因为压力到处相等)

因为压力等于每单位面积上的力，所以

F1/A1＝F2/A2

通过带入可以表明上面显示的值是正确的。

1kg/1平方英寸＝10kg/10平方英寸

因为在左侧向下推动的流体体积等于在右侧向上抬升的流体的体积，所以下面的公式也成立：

V1＝V2

通过带入

A1 D1＝A2 D2(A＝截面积，D＝移动距离)

或A1/A2＝D2/D1

水泵送的本实施例基于上述原理工作。

图4示出了根据本文所述的实施例的布置成生成水喷射流以驱动培尔顿式水轮机的多个容器104A–104B。这些容器是一个以上容器的串联布置，其特征在于，其中，容器中的每一个在中心处为圆柱形、在顶部为圆顶形结构104C并且在底部为窄圆锥形结构104D，使得容器在底侧连接到喷射泵送系统300并且在容器的顶部连接到空气缓冲罐112，使得所有容器中的压力保持在5Bar至300Bar的范围内。

这里，设置了Y形的压力管道111，其在一端连接在窄圆锥形结构104D处并且由多于一个窄管道105A-105B合并为单个管道106而形成。在实施例中，压力管道以与容器从喷射泵送系统接收的相同的体积和压力连续从容器接收加压水。

有2个过程，通过它们我们可以显示容器的工作和方法。根据输出的方便性，这两种方法都可以使用。

过程1

这里，我们需要两个高压容器，该高压容器将在底部侧连接到喷射泵送系统并且从容器的顶部连接到空气缓冲罐。两个容器将竖直地在底部用出口阀和“Y”形压力管道连接相互连接。

通过喷射泵送系统将水填充到该容器中，达到其容量的60％，该容量在操作期间将一直保持。平衡的容器将充满空气。

一旦水填充到60％，空气将被填充到所需的压力。由于容器内存在高压，水将通过压力管道排出，并且相同体积的水将通过喷射泵被泵送到容器内。

一旦被泵送上来的水进入容器达到60％，则我们将通过在容器中填充更多的空气来将容器中的空气压力增加到所需的Bar，一旦我们通过空气缓冲罐获得所需压力的空气，其进入空闲模式。

然后打开出口阀，将Y形压力管道内的高压水放掉，以便进一步处理。这是一个连续的过程，并且在压力管道中排出的一定体积的水通过喷射泵送系统并行地填充到容器中。当空气压力产生时，其向下推动水面。

如果排出的水多于输入的水，则空气将膨胀，并且所需的空气将再次由空气缓冲罐自动填充以保持期望的压力。当输入的水量大于排量时，空气被压缩，并通过空气缓冲罐释放以保持相同的压力。

空气缓冲罐从压缩机中抽取空气，并且以所需的压力和体积储存空气，以根据容器所需的压力向两个容器供应空气和从两个容器排放空气。

如果容器内的压力稳定，则空气缓冲罐进入空闲模式。

这是一个连续的过程，其通过喷射泵送和通过压力管道的排出的协调工作。

过程2(过程2的容器设计是关键的，但输出可能比过程1更有利，但适用于较小直径容器设计)

如果容器由重力板制作，效果较好，但容器的设计是关键的，并且受限于小直径容器。需要两个高压容器，容器内有可移动的重力板，重力板上有密封严密的橡胶，用于分离水和空气。

泵送的水通过重力板下方的柔性管喷射器进入容器(参见部分B)。水压将重力板向上推。

在部分A中，空气压力由空气缓冲罐或压缩机产生。压力向下挤压重力板，并且该板挤压流体。流体压力将在重力板的帮助下通过空气压力而增加。重力板根据水压或气压分别向上或向下移动。在实施例中，空气缓冲罐使用高压空气压缩机113以在高压空气下产生较小的体积，从而以所需的bar和体积将空气填充到空气缓冲罐中。

两个容器在两个隔室中彼此连接，以在两个容器中保持相同的压力。两个容器在每个点都装配有阀。“Y”形压力管道用于在底部连接两个容器，其合并为单个压力管道，用于下一个过程。

图5示出了压力管道喷射器，其实现到培尔顿式水轮机114的培尔顿叶轮114A上的喷射流，并且两个容器通过“Y”形压力管道连接。压力管道与容器的交接处由出口阀密封。两个容器的压力管道合并成一个压力管道，并与置于培尔顿式水轮机上方的喷射器相连。

在实施例中，压力管道喷射器115可以放置在压力管道上，其中，喷射器通过气泡注入系统116被注入气泡，并且将水从压力管道高速推到培尔顿式水轮机114的培尔顿叶轮114A上，培尔顿叶轮114A转而使水轮机轴117运动，其中，该轴连接到发电机118以产生电力。

在实施例中，来自至少一个容器或来自串联容器的加压水通过压力管道在水轮机上方释放。空气滴注入促进压力管道喷射器提高对水轮机叶片的冲击扭矩以产生更大的转速。

在实施例中，可以在水轮机与发电机之间使用齿轮组件来增加转速。发电机连接到升压变压器以将电力传输至电网。

图6示出了根据本文所述的实施例的水喷射流进入培尔顿式水轮机的叶轮和水喷射流从叶轮离开的示意图。通过放置在压力管道上的喷射器，将水释放到培尔顿叶轮上。在水从压力管道喷射器中移出之前，一些气泡被注入到喷射器中。这些气泡有助于进一步推动已经是高速的水排放。由于高压，容器中已经存在的高压头势能在其通过压力管道喷射器时将其自身转化为动能。由于在排放流中添加气泡，水的动能增加，并且水喷射在水轮机的叶片上。由于该冲击，水的扭矩增加以最有效地移动水轮机。水轮机轴连接到发电机以产生电能。排出的水在重力作用下排入储液池循环使用。这种循环过程连续地产生电力。

在该方法中，输入和输出能量具有不同的形式，如在驱动机和支点的上述附图中所描述的。通过齿轮箱以较小的输入功率(即2kW)提供给使主轴转动的马达的电能将通过附接在飞臂上并且像活塞一样工作的主轴产生转动力，以在作用力臂上施加作用力，从而以支点方法在阻力臂处产生动量。

在该过程中，通过飞臂施加在上述作用力臂上的转动力是提供给驱动机的电动马达的输入功率的10倍。如果输入功率在1000RPM时为2kW，其将产生在20RPM时20kW的输出力。这种能量转换为我们提供了更高的活塞力来拉动和推动作用力臂。

根据阿基米德定律，施加在作用力臂上的力与距离相乘，这使我们从阻力臂获得更高的输出力。作为示例，如果作用力臂为10米长并且阻力臂为1米长，并且在作用力臂上施加10吨的力或质量，则阻力臂可以提升大于100吨的输出力。

该应用用于向上和向下泵送喷射泵的活塞板，以在活塞板上产生大的作用力，从而以给予驱动机的非常少的输入电能将高压和大体积的水从喷射泵泵送到容器。通过增加作用力臂长度并且减小阻力臂距离静态支撑件的长度，可以从阻力臂获得更大的输出力。

喷射泵根据帕斯卡定律的原理工作，即喷射泵的直径是400mm，容器的直径为1000mm。与来自容器的输出力相比，将相同体积和压力的水从泵泵送到容器所需的力较小。其工作方法与液压千斤顶的工作方法相同。

(输入力×面积＝输出力×面积)

容器的更大表面积从容器获得更大的输出力，即，如果对于400mm的泵直径，喷射泵的输入力大于100吨，则来自容器的输出作用力将大于1000吨。该压力在容器中储存的水的表面上产生。

在水中产生的表面压力以势能的形式储存，但由于液体是不可压缩的，而空气可以压缩或膨胀，我们通过容器中的压缩空气在储存的水的上方产生表面压力。

储存的水势能转化为动能以使水轮机转动。

水轮机基于两个基本输入工作，即水轮机叶片上方的排放流和排出水的当前压头。来自喷射泵的输入泵送水和通过喷射器排出到水轮机叶片上的水将是相同的。即，如果我们从每个泵获得每分钟3立方米，并且如果我们在管路中安装10个泵，这些泵每分钟工作20个循环，我们将在100bar的压力下以每分钟30立方米或每秒0.5立方米的速度向容器供水。

容器压力将是恒定的，因为空气由压缩机以100bar填充，并且由空气缓冲罐保持在相同的压力。这将使我们获得在100bar的压力下0.5立方米/秒的连续排放流。排放流被排放到水轮机叶片上以从发电机产生电能。

转换过程-在我们的发明中，以电力的形式提供给驱动机的马达的输入能量相对非常小。其转化为驱动机的转动力，并且像力或质量一样推动和拉动作用力臂。

施加的力乘以作用力臂和静态支撑件的距离，将高压水从泵泵送到容器。此外，当在喷射泵活塞板上施加的力与容器的直径相乘时，我们得到比喷射泵的活塞板的输入更高的输出力。

这一过程将电能转化为势能的形式并且将其储存在容器中。

容器充满高压空气，以产生所需的表面压力，并且在压力管道运行期间将其稳定在恒定的容器压力。

空气压力一旦在容器中形成，就在水上保持恒定的表面压力，以在循环泵送的储存水中保持恒定势能。

储存的水的这种势能转换成动能，以使水轮机转动并给我们电能。

提供给驱动机并用于压缩空气的输入能量不大于在该能量转换过程中产生的总输出能量的5％。

在我们的空气水力发电技术中，高压水是通过驱动机、支点和喷射式泵来泵送，并且将水注射到高压气密容器中。

在该容器中，通过装配在管路中的空气缓冲罐和空气压缩机压缩和填充容器中的空气，在容器中储存的水上方形成所需bar的压力。

高压空气在容器中储存的水的表面上方产生压力。

通过压力管道从容器排出的水通过喷射泵送系统以相同的体积和压力被连续地并行地接收到容器中。水从喷射泵送系统连续地储存在容器中，并且被释放出。

空气缓冲罐在工作期间保持相同的压力并且稳定两个容器内的过程。两个容器通过“Y”形压力管道从下方连接，然后“Y”形压力管道合并成单个压力管道。储存在容器中的高压水被释放到压力管道中。

我们可以将容器内的压力从5Bar提高到300Bar，提高的压力为储存的水形成压头。储存的水的势能转化为动能，并且通过喷射器喷射到培尔顿式水轮机上，但在此之前，气泡被添加到压力管道喷射器的端部。由于气泡的存在，已经很高速度和压力的水通过压力管道喷射器在水轮机上得到了提升。喷射的水的动能和扭矩冲击叶片以使水轮机的轴转动。

水轮机轴连接到发电机，发电机连接到变压器和电网。从培尔顿式水轮机排出的水自然地流入储液池，为下一个发电循环做好准备。

机械方程式

喷射泵-10个，直径为400mm，每个装配在管路中并且连接到容器

活塞行程-950mm

行程循环-20个

驱动力-120吨

为了驱动以上规格的喷射泵，我们需要向每台驱动机提供2kW的输入电能，并且

空气压缩机2.2kW，1.5CFM(容量高达300bar)

上述指定的泵在100bar的压力下将高达0.5立方米每秒的水泵送到容器中。

压力管道喷射器的排水量为每秒0.5立方米。

水压换算为压头，单位为米。将压力转换为bar到压头(M)。

h＝P×10.197/SG

h＝压头(M)

SG＝比重

我们认为容器中的生产压力＝100bar。

h＝P×10.197/SG

h＝100×10.197/SG

h＝1019.7米

增加加速下移压头＝10米

总压头＝1019.7+10＝1029.7米

用于由水力发电

P＝npQgh

其中，

P＝功率(瓦)

n＝水轮机的无量纲效率

p＝水的密度(千克每立方米)

Q＝流量(立方米/秒)

g＝重力加速度

h＝作为压头的以米计的入口与出口之间的高度差

培尔顿式水轮机的标准效率为85％，水密度为1000kg/m³。

流速为0.5立方米/秒。*(我们通过管线内装配的喷射泵每秒可以泵送的水量被考虑为流速)

重力为9.81米每平方秒，净压头为1029.7米。

P＝npQgh

功率(W)＝0.85×1000×0.5×9.81×1029.7

功率＝4169250瓦

＝4169.25kW

功率＝4.16MW

消耗的输入能量＝25kW。(其可以随负载设计的变化而变化，但不超过输出的5％)

通过在压力高压管道喷射器中增设空气滴系统，空气水力技术的发电效率将进一步提高。该输出方程将根据泵送流量或排放流速、容器中形成的压力和设计尺寸而变化。

以上对本发明具体实施方式的描述是为了说明和描述的目的而给出的。其并不旨在是穷举性的或将本发明限制到所公开的精确形式，并且显然，根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够最好地利用本发明和具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。应当理解，可以考虑对等同物的各种省略和替换，因为环境可能暗示或提供便利，但是这些意图是在不脱离本发明的权利要求的精神或范围的情况下覆盖该应用或实现。

Claims (7)

1.一种用于由空气水力生成电能的改进系统100，所述系统包括：

多于一个容器(104A-104B)的串联布置，其特征在于，其中，所述容器中的每一个在中心处为圆柱形、在顶部为圆顶形结构104C并且在底部为窄圆锥形结构104D，使得所述容器在底侧连接到喷射泵送系统300并且在所述容器的顶部连接到空气缓冲罐112，使得所有容器中的压力保持在5Bar至300Bar的范围内；

机械驱动机102和支点组件200，所述支点组件200具有安置在静态支撑件102E上的作用力臂102A和阻力臂102B，其中，所述作用力臂连接到驱动机102，所述阻力臂连接到活塞杆102C，其中，所述活塞杆102C连接到具有橡胶密封件108D的活塞板108C上以从储液池110泵送水；

喷射泵送系统300，其包括喷射泵108，所述喷射泵108由所述活塞板108C分成两个隔室，其中，所述隔室中的每一个具有入口阀108A和出口阀108B，以将水从所述储液池泵送到所述容器中；

Y形压力管道111，其在一端连接在所述窄圆锥形结构104D处并且由多于一个的窄管道105A-105B合并成单个管道106而形成，其中，所述压力管道以与所述容器从所述喷射泵送系统接收的相同的体积和压力连续地从所述容器接收加压水；和

压力管道喷射器115，其放置在所述压力管道上，其中，所述喷射器通过气泡注入系统116被注入有气泡，并且将水从所述压力管道以高速推到培尔顿式水轮机114的培尔顿叶轮114A上，所述培尔顿叶轮114A转而使水轮机轴117运动，其中，所述轴连接到发电机118以产生电力。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述驱动机上下移动时伴随着作用力臂和阻力臂的移动，连接到所述阻力臂的泵活塞朝向点(a)向上移动，隔室B的入口阀打开而隔室B的出口阀关闭，同时隔室A的出口阀打开而隔室A的入口阀关闭，其中，当泵活塞朝向点(b)向下移动时，隔室A的入口阀打开而隔室A的出口阀关闭，同时隔室B的出口阀打开而隔室B的入口阀关闭。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述空气缓冲罐使用高压空气压缩机113以在高压空气下生成较小的体积，从而以所需的bar和体积将空气填充到所述空气缓冲罐中。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，来自至少一个容器或来自串联容器的所述加压水由压力管道释放到所述水轮机上。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，空气滴注入促进所述压力管道喷射器提高对所述水轮机叶片的冲击扭矩以产生更大的转速。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述水轮机与所述发电机之间使用齿轮组件以增加转速。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发电机连接到升压变压器以将电力传输至电网。