专利名称：管内水力发电系统及涡轮机的制作方法
管内水力发电系统及涡轮机
技术领域：
本发明是关于水力发电领域。特别地，本发明是关于通过流体流经涡轮机进行发电的水力发电领域。
背景技术：
佐罗夫(Gorlov)的美国专利No. 5，451，137、No. 5，642，984、No. 6，o36, 443、 No. 6，155，892、No. 6，253，700B1和No. 6，293，835B2公开了用于发电系统的各种圆柱形涡轮机，这些涡轮机的刀片螺旋地延伸扫出一个敞开的圆柱形。这些专利公开了在横截面为矩形和/或方形的通道或管道内安装这些涡轮机，这些通道或管道能够运输水流使涡轮机旋转以产生水力发电的技术。佐罗夫的圆柱形涡轮机具有螺旋形弯曲/扭曲的刀片或叶片，它们通过径向支撑或者看上去任意辐射的辐条或至少为非螺旋型(例如，圆形截面)的方式安装于中心轴线上。戈德堡(Goldberg)的美国专利No. 5，405，246中心轴线揭示了一种垂直轴风力涡轮机，其具有扭转叶片，其中，两个可旋转叶片沿其整个长度方向弯曲和扭曲，而形成一个旋转体，该旋转体的描述是“美式足球的外表面”。在他发明所示的唯一实施例中，Goldberg的叶片以旋转柱所在虚拟平面与旋转轴成大约45度角的方式放射状地抵接于中央转轴。图示说明
图1是本发明的球形涡轮机的一个实施例的等距分解装配图。详图A和B为图1所示的涡轮机管道的片段侧视图，其显示了两个不同实施例的中圆形板的并排比较。具体地，详图A示出了一个用于安装所述涡轮机轴近端的平坦的圆形板，详图B示出了一个用于安装所述涡轮机轴近端的球形凹陷的圆形板。图2为已装配的实施例的正视图。图3为图1的球形涡轮机的等距分解装配图。图4为已装配的球形涡轮机的等距视图。图5为导流板本发明第二实施例的已装配的具有上游流体导流板的球形涡轮机的等距视图。
具体实施方式图1是本发明具有球形涡轮机特征的水力发电系统的第一实施例的等距分解装配图。根据本发明的一个实施例的系统10包括一个T字断面流体(大致包括例如水等液体或者空气等气体或者显示出具有有用的流体特性的类似材料等)管道12、一个舱壁或者发电机组件14以及一个球形涡轮机组件96.通过简单参考图2，本领域的技术人员可以理解的是，当所装备的涡轮机组件由流经管道12的流体驱动时，涡轮机组件96进行旋转并且系统10产生可存储、消耗或者输送入电网中的水电。管道12通常为圆柱形的且具有通常为圆形的横截面，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，管道12的横截面可以是略微椭圆形的。通常情况下，管道12是一个更长的，并且可能是更加复杂的流体输送或管道系统的一部分，并且应当理解的是，现有的管道系统可以很容易地通过进行分割和用本发明的发电系统替换去除的部分来进行本发明发电系统的改造。因此，管道12装有圆形凸缘1 和12b，以栓接固定于上游管端或下游管端(未示出)。管道12在侧壁的第一区域设置有一个小开口 12c并且在其相对的区域内设置有一个大开口 12d。可以看到的是，所述涡轮机的一个轴贯穿该小开口 12c，而所述涡轮机组件96贯穿所述大开口 12d。管道12还装有一个带凸缘的T型十字管道(所谓的“三通”)，其与管道12的长轴形成直角的形式，与大开口 12d有效配合。发电机盖组件14包括一个圆拱形板18，当系统10组装时，其有效地覆盖或关闭大开口 12d。圆拱形板18在管道12内部提供一个连续的圆形壁供流体流过，这样避免了空穴作用或者其他平滑流体流的毁坏，否则会在三通部分内形成一个口袋体积。当一个包括一个环形密封件2 和一个圆形板22b的盖板22螺栓固定于凸缘1 上时，一个具有三叶片的圆柱形垫片20将圆拱形板18保持在三通内。圆形板22b具有一个开口 22ba，一个安装块M在其内延伸安装块对。具有滚子轴承组件的第一底座沈安装于所述涡轮机组件96 的轴的远端，以供该轴在该底座内平滑旋转。一个扁平垫片221Λ可设置于安装块M与圆形板2 之间。上述圆形板22b的可供选择的替代方式显示于详图A和B中，详图A和B是显示三通12e的内部特征的片段剖视侧视图。本领域的技术人员可以理解的是，详图A和B中的绝对尺寸和相对尺寸并不是按比例的，因为它们只是用来做一般性的结构对比。以上述的平坦圆形板22b为特征的详图A与以球形凹陷圆形板22b’为特征的详图B之间的并排对比揭示了可供选择替代板22b’的一些重要优点。平坦圆形板22b必须是由相对较厚的材料形成，因此使其变得较重而且难以操作。而另一方面，可以看出球形凹陷圆形板22b’是由相对较薄的材料形成，使其在重量上大大降低并且更加容易操作。这是根据可供选择替代板22b’的曲率所得出的。此外，可以看出，平坦圆形板22b的中央区域距离涡轮机组件更远，从而使涡轮机的轴的长度不期望地增加。相反地，可以看出，球形凹陷圆形板22b’的中央区域更加靠近涡轮机组件，因此符合期望地缩短了涡轮机轴所要求的长度或垂直跨距。这也是根据可供选择替代板22b’的曲率所得出的。根据图B，可以理解的是，凹陷板22b'的形状通常为球形的，其凹面是从发电机组件(图中出于简单和清晰的目的，未示出)朝向涡轮机组件96’(在这些详图中仅通过点划线示意性地示出，并且与涡轮机组件96的唯一区别在于提供了更短的轴64’)向内延伸。 这种向内或向下凹陷的的凹陷圆板在本文中可被描述成反转拱顶(或者反转圆顶)。尽管示出并描述了球形凹陷的形状，但本领域的技术人员应当理解的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情形下，对其作出适合的修改。例如，以抛物线横截面而不是半圆形横截面为特征的反转拱顶也是可能的，而其他具有各种长宽比的(例如，各种深宽比，为了清楚起见，仅显示了其中一个故意夸大的深宽比)曲线横截面也同样是可能的。同样的，横截面为圆顶形的板可以具有一个更圆的上肩，其产生的曲率可以认为是复合曲率。在不脱离本发明的精神和范围内，所有此类合适的替代性构造都视作未脱离本发明的精神和范围。本领域的技术人员可以理解的是，可直接对这样的替代性实施例中的安装细节进行改进，来将反转圆顶形圆板22b’及其螺栓固定组件通过环形密封件2 安装到管道12的标准凸缘1 上。例如，安装块24’可包括垫片221Λ'，其球形中凸地弯曲，以配合并密封反转圆顶内部的球形凹陷弯曲。可以理解的是，发电机32直接安装至位于球形凹陷板 22b‘的中央区域开口上方的涡轮机轴的远端以与其一起旋转。其他用于安装可选择替代性球形凹陷圆板22b'的部件和技术都视作未脱离本发明的精神和范围。发电机子组件28通过螺栓穿过一个圆形孔固定于圆形板22b中。发电机子组件 28包括一个用于收容能够与涡轮机轴连接的发电机32的环形隔圈或支座30、具有第一机械提升凸出部34a的环形圈34以及具有第二机械提升凸出部36a的盖子36。本领域的技术人员可以理解的是，凸出部3 和36a能够在装配、拆卸和维修期间为抬起所有或部分的已装配的三通发电组件提供便利。本领域的技术人员可以理解的是，所述发电机可为直流电或者交流电(DC或AC)以及单相的或者三相的，同步120VAC或240VAC等，和/或是可以根据电网的要求从一种发电机转换成另一种发电机的。一个安装板12f焊接至管道12的小开口 12c周围和第二底座38上，所述第二底座38具有一个安装于涡轮机组件96的轴的远端以使其能够平滑旋转的滚子轴承组件。本领域的技术人员可以理解的是，为了适应圆柱形管道12的圆形横截面，根据本发明的一个实施例的第一底座26包括一个垫片(在相关详细内容中未示出，但是相信本领域的技术人员可以通过这些简单的描述理解)，其具有一个外部平面和一个与管道的所述外部圆柱形表面配合的内部圆柱形表面。该垫片可通过任何合适的工艺以及任何合适的材料进行加工或成型，必须能够确保所述轴与所述轴所通过的管道开口之间一致的密封啮合性。可以理解的是，本文所述和/或所示出的任一垫片都是可选择的，因为任一垫片都能很容易地合并入对应的安装块或安装板。在不脱离本发明的精神和范围的情形下，第一和第二底座沈和38可采取各种可供选择的形式，但可以肯定的是，轴向和径向推力控制最佳的是采用只产生滚动摩擦的球形滚子轴承，而不是采用其他例如套筒轴承或其他滑动摩擦设备，。可以确信的是，本文所述的滚子轴承底座使得系统10能够在管道12内的流体流速小到3至4英尺/秒(fps)的情况下，安全、可靠和持久地产生电能。本领域的技术人员可以理解的是，涡轮机组件96通过管道12的大开口 12d，并且其轴的远端固定至第二底座38上。发电机组件14螺栓固定于管道12的凸缘1 上，水力发电系统准备运转。发电系统10安装于或者设置于管道系统(未示出)的一部分上。当流体流经管道12时，发电系统10产生电力。令人惊讶的是，已经发现涡轮机组件，譬如本文所述和示出的涡轮机组件，可以在低至约3至4英尺/秒(fps)的流体流动速率下进行旋转。本领域的技术人员也可以理解的是，更广义的术语“类似球体的”可用来替代术语 “球形的”，或者反之，其中横截面为轻微或稍微不圆或者椭圆形的球状涡轮机可有效地用于对应的横截面为稍微不圆或者椭圆形的圆柱形管道中去。本发明的这些和其他变化都视作未脱离本发明的精神和范围。图2为已装配的系统10的侧视图。可以确信的是，由于参考其对应的图1的上述详细描述，图2本身就很清楚明了。从图2可以看出的是，球形涡轮机组件的“弦周比”在约 15%至30%之间，这取决于多个刀片的数量以及它们各自的构造和间距。可以理解的是， 根据本发明的一个实施例，每一个球形涡轮机刀片与所述轴的中心轴线的相交角度为约30度，虽然其他角度都视作未脱离本发明的精神和范围。例如，所述角度可选择的、但未脱离本发明的精神和范围的可在约10和45度之间，或者更优选地，在约15至35度之间，或者最优选地，在约25至35度之间。任何有效范围内的任何合适角度都视作未脱离本发明的精神和范围。本文所述的实施例为四刀片球形涡轮机组件，但是少至两刀片、多至二十刀片都视作未脱离本发明的精神和范围。更优选地，约两刀片与十一刀片之间都是可以预期的。最优选地，约三到七刀片都是可预期的。约呈180度弧形的球形涡轮机刀片的其他数量和构造都视作未脱离本发明的精神和范围。或许，本领域的技术人员通过图3会更好地进行理解，图3中，球形涡轮机组件的刀片沿其整个长度方向具有翼型横截面的特征。这为涡轮机产生水电提供了流体动力和效率。根据本发明的这种球形涡轮机实施例，在旋转的球形涡轮机组件周围以及管道内部提供足够的间隙，以避免流体在涡轮机扫动边界处的过度压缩 (见图2)。本领域的技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的精神和范围内，所述球形涡轮机刀片可由任何合适的材料以及通过任何合适的工艺制成。例如，刀片可由铝、适合的组合物或者适合的强化塑性材料制成。刀片可通过旋转成型或者注塑成型、挤压、拉挤、弯曲或者其他的与所用材料相一致的，并且与所述具有大体上横截面不变的拉伸件的符合成本效益产品相一致的成型技术制成。这些以及其他有用的材料和工艺都视作未脱离本发明的精神和范围。根据本发明的所示实施例，球形涡轮机刀片的翼型横截面符合公认的NACA20标准，可选择的翼型横截面都视作未脱离本发明的精神和范围。图3为球形涡轮机96的等距分解装配图。球形涡轮机96包括上轮毂组件98和下轮毂组件100。各轮毂组件包括毂衬102和四个安装支架104、106、108和110 (为了清楚明确，仅指出了上轮毂组件)。毂衬102为扁平的，并且其特征在于具有类似锯片式的外周边缘(交替的曲线来遵循旋转的圆形横截面轮廓，直的部分以实现刀片端部的邻接和嵌入安装)，其直线部分如图所示，用于安装安装支架。安装支架分别以指定的角度，例如，优选地以刀片所在平面与所述轴的中心轴线成大约30度的角度，按顺序安装四个球形刀片112、 114、116和118。本领域的技术人员可以理解的是，球形刀片112、114、116和118也具有翼型横截面，例如，NACA 20或者任何其他合适的标准。上分离联轴器和下分离联轴器120和 122用于将轮毂组件固定地附接至轴64。根据本发明的一个实施例，螺栓固定至复数个刀片的安装支架是使用图中所示导销和孔对准，以焊接的方式附接至毂衬上。如图所示，合适的紧固件，例如六角头螺栓、锁紧垫圈和固定螺钉，用于装配球形涡轮机组件96的剩余零部件。图4为已装配的球形涡轮机96的等距视图。可以确信的是，由于参考其对应的图 3的上述详细描述，图4本身就很清楚明了。旋转的球形涡轮机组件的动态间隙大于其静态间隙，并且动态间隙是相对于管道的内径，通过略微缩小圆柱形涡轮机的尺寸而调节的，例如，通过提供较小的、但是优选地为约0. 5厘米至5厘米之间的不变间隙，以及优选地为约 1厘米至3厘米之间的不变间隙，这取决于管道12的直径和其他特定应用。这些间隙仅是示意性的，并不旨在进行限制，因为可供选择的替代性间隔都视作未脱离本发明的精神和范围。
图5示出了根据本发明的另一个实施例的设备。供选择的系统10’与上述的系统 10类似，因此相同的部件采用相同的参考指示符以及为类似的部件采用备用参考指示符。 可进一步看出，系统10’还包括一个上游导导流板122(为了清楚明确，图5省略了涡轮机和发电机组件的细节)。根据一个实施例的导流板122是由两个或多个扁平的宽广区域形成，这些宽广区域包括一个曲线地与管道12的内部圆形横截面相符的第一较少倾斜宽广区域12 和一个产生朝向圆形横截面球形涡轮机延伸并与所述涡轮机相应凹陷弯曲内自由边缘122ba的第二较多倾斜宽广区域122b管道12。该两个宽广区域沿着一接合线焊接或者接合，所述接合线在它们相对于管道的中心轴线的倾斜角度上形成一个开口。因此，在系统10’中运转的导流板122有效地阻挡了在一个旋转电弧中所述球形涡轮机的旋转刀片的外部旋转程度，而在该旋转电弧中，它们的发电能力大多数时候较差，并且可能在低流速时出现不希望的停转。令人惊讶的是，已经发现，涡轮机组件96的上游区域附近的导流板122能够将发电率提高约14%至40%，而且更可能地，能够将管道中不存在这类上游导流板的球形涡轮机的标称输出提高约20%至30%。本领域的技术人员可以理解的是，所述导流板的覆盖范围与涡轮机的范围之间的比值可在约10%至40%之间，而且更可能地，在约20%至30%之间。本领域的技术人员还可以理解的是，导流板的覆盖范围的数量可以是特殊用途，因为它表示了容积流率与头下降之间的平衡。因此，导流板覆盖范围相对于涡轮机范围的可供选择的范围都视作未脱离本发明的精神和范围。本领域的技术人员会理解的是，导流板122可由任何合适的材料制成，例如钢，并且可以在球形涡轮机组件96的上游区域内，根据任意期望的流体流动调节对其进行尺寸和方向的调节。根据本发明的一个实施例，导流板122的自由边缘122 相对于管道12的长中心轴线呈小于90度的角度的倾斜。导流板自由边缘相对于管道12的中心轴线的所谓的出射角(exit angle)优选地为约10度至40度。根据本发明的一个实施例，宽广区域 12 和宽广区域122b相对于管道12的中心轴线分别呈约15度的角度和约30度的角度倾斜。然而，其他倾斜角度也都视作未脱离本发明的精神和范围。本领域的技术人员可以理解的是，导流板122在本发明的精神和范围内，可以以不同的形式进行呈现。例如，由于导流板122朝向管道12的中心轴线向内辐射，因此其可具有两个以上的且更短的分段式平面段，从而更好地近似形成一个平滑的、并且优选地为圆形-圆柱形的曲线，其中心轴线优选地大致与涡轮机的旋转轴相平行(即，大致与轴64 的长轴平行)。实际上，在本发明的精神和范围内，导流板122可以是在其管道接合边缘与其自由边缘之间平滑地呈圆柱形弯曲的。根据本发明的一个实施例的导流板122的自由边缘122ba通常是凹陷的弯曲的， 以使其向内延伸沿其高度方向上与球形涡轮机的刀片的大致曲线相一致。任何合适的直线型或平滑型曲线或者曲率的半径都视作未脱离本发明的精神和范围。本领域的技术人员可以理解的是，球形涡轮机除了可以用于发电也可用于电能转换系统中。例如，流体的轴向动能可转换为任何旋转机械(例如，输送机、磨机、钻子、锯子、 碾磨机和飞轮等)的旋转动能，这些旋转机械包括发电机或者合适的可选择机械。本发明的流体涡轮机的所有此类应用都视作未脱离本发明的精神和范围。
本领域的技术人员可以理解的是，本发明的系统在其许多实施例中的方向都仅是示例性的，并不应视作对本发明保护范围的限制。因此，可以理解的是，术语的使用，如上部的和下部的，只是相对性的，而不是绝对性的。换言之，在不脱离本发明的精神和范围的情形下，该系统可以假设任一垂直方向，同时收容发电机和涡轮机轴的腔壁相对于管道的长轴向上或向下延伸。实际上，该系统可假设任何其他合适的角度，在该角度下，涡轮机的轴以大约垂直于流体流动方向的方式延伸。本领域的技术人员可以理解的是，本发明系统的零部件可由任何合适的材料制成，包括钢和铝。大多数零部件都是钢制的，比如涡轮机的轴、平板以及导流板。剩余的部分，包括轮毂、连结块和刀片在内的零部件可以是由经过机械加工过的、挤压成型的或者拉挤过的铝制成(刀片然后经过辊轧成形和/或弯曲至所想要的形状)，或者由吹塑成型的强化塑料制成。任何可选择的材料和成型工艺都视作未脱离本发明的精神和范围。本领域的技术人员会理解的是，取决于其应用，本发明系统可很容易地向上或向下按比例调整尺寸。因此，尽管本文未给出尺寸，但可以理解的是，尺寸可如图所示的那样实现精确成比例调整，而在未脱离本发明的精神和范围的情形下，尺寸的绝对比例是可以变化的。本领域的技术人员可以理解的是，两个或多个水力发电系统可在输水管内部或者沿着输水管，以限定的间隔进行安装(串联的)，从而使发电能力成倍增长。本领域的技术人员还可以理解的是，两个或多个水力发电系统的并联装置可安装于输水管的支管内部， 从而可选择地或者额外地使发电能力成倍增长。本领域的技术人员可以理解的是，必要的话，发起(kick-start)机制可增加至本文所述和所示的水力发电系统中，以实现这类系统在潮水(双向的、摆动的)流动应用中的使用。本领域的技术人员还可以理解的是，在使用本发明的管内水力发电系统时，可启动失效保险模式，以阻止在轴承损坏或类似情况下的自毁。最后，本领域的技术人员可以理解的是，如上所述和所示的水力发电系统可放置于一个外部套管中，该外部套管保护该发电系统免于恶劣天气和/或有助于电力通过电缆或其他合适的输送形式分配至附近的储存装置或电网。可以理解的是，本发明不受到本文所述和所示的构造、制作、材料、应用或使用的方法或细节的限制。实际上，任何制造、使用或应用的适合性变化都视作为替代性实施例， 而且由此处于本发明的精神和范围中。本领域的技术人员应该理解来源于使用或操作的应用或方法、构造、制造方法、形状、大小或材料方面的任何变化的还未在本文所含的详细书面描述或示图中指明本发明的任何其他实施例，都属于本发明的范围。因此，尽管已经结合了本发明设备的上述实施例来对本发明进行示出和描述，但是对于本领域的技术人员来说明显的是，可在不脱离由附加权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情形下，作出其他形式和细节上的变化。
10
权利要求
1.一种通常为球形的涡轮机，包括一中心纵向轴，其配置为安装并在垂直于流体流动方向的中心轴线上旋转，以及多个通常为圆弧形的刀片，其连接于所述中心纵向轴并且从该轴径向地向外延伸，所述刀片沿该轴四周大体上均勻地间隔分离，并以大约180度弧度进行弯曲，并且所述刀片沿其实质长度方向具有翼型横截面，当所述刀片与所述轴一起旋转时，所述刀片的范围形成一个大致的球形。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其进一步包括相对的轮毂组件，每一轮毂组件包括一毂衬和多个用于将多个对应刀片的相对端附接于所述轴上的安装支架。
3.根据权利要求1所述的涡轮机，其中各毂衬具有圆形锯片式外周边缘，所述外周边缘具有组合曲线和直线边缘段的特征。
4.根据权利要求1所述的涡轮机，还包括相对的联轴器，其用于将对应的轮毂组件牢固地附接于所述轴上。
5.根据权利要求1所述的涡轮机，其中多个刀片限定的标称弦周比为约15%至50%之间。
6.根据权利要求1所述的涡轮机，其中各刀片围绕所述通常为球形的涡轮机的周缘， 以大约180度弧度进行延伸，并且其中，由各刀片限定的平面与所述轴的中心轴线以约30 度的角度相交。
7.一种发电系统，其借助流体的运动实现发电，所述系统包括一涡轮机，其包括配置为在完全相对的底座内旋转的中心纵向轴，该轴配置成大体上垂直于流体流动方向而延伸，该轴的一端配置成可有效地连结至一块旋转机械；多个轴承，所述第一轴承将所述轴的最远离发电机的一端安装至一个支撑座上以在环形方向上旋转，一个第二轴承配置为将所述轴的中间部分安装于一个支撑上，以实现旋转， 所述轴延伸通过这些轴承中的第二个轴承；以及多个刀片，其连结至所述一对轴承之间的轴，刀片从该轴径向地向外延伸，并且刀片大体上围绕该轴相互均勻地间隔分离。
8.根据权利要求7的系统，其中所述涡轮机的各刀片以大约180度弧度进行弯曲。
9.根据权利要求7的系统，其中所述涡轮机的各刀片大体上沿其整个长度方向包括一翼型横截面。
10.根据权利要求7的系统，其中所述涡轮机的整体形状通常为球形。
11.根据权利要求7的系统，其还包括一对相对的通常为圆形的轮毂，其附接至通常为球形的涡轮机的所述轴上，各轮毂具有复数个沿其圆周呈放射性间隔附接于其上安装支架，该复数个支架用于安装所述多个刀片的相对端。
12.根据权利要求7的系统，还包括一发电机，其可有效地连结至所述轴的近端，以根据流体的流动与所述轴一起旋转来产生电能。
13.根据权利要求7的系统，其中无论流体流动方向如何，所述涡轮机都配置为沿着相同的方向旋转。
14.根据权利要求7的系统，其中固定所述涡轮机轴的所述底座包括轴承。
15.一种发电系统，其通过流经管道的流体的运动产生电能，该系统包括一涡轮机，其包括在一个通常为圆柱形的管道内的完全相对的底座内旋转的中心纵向轴，所述中心纵向轴大体上垂直于所述通常为圆柱形的管道的长轴而延伸，所属中心纵向轴的一端可有效地连结至发电机；多个轴承，所述第一轴承将所述轴的最远离发电机的一端安装至所述通常为圆柱形的管道的侧壁上，以实现环形方向上的旋转，第二轴承对所述轴的中间部分进行安装，以实现在所述通常为圆柱形的管道内旋转，且所述轴延伸通过这些轴承中的第二个轴承；以及多个刀片，其连结至所述轴承之间的所述轴，刀片从所述轴径向地向外延伸，并且所述刀片大体上围绕该轴相互均勻地间隔分离。
16.根据权利要求15的系统，其中所述涡轮机的各刀片以大约180度弧度进行弯曲。
17.根据权利要求15的系统，其中所述涡轮机的各刀片大体上沿其整个长度方向包括一翼型横截面。
18.根据权利要求15的系统，其中所述涡轮机的整体形状通常为球形。
19.根据权利要求15的系统，还包括一对相对的通常为圆形的轮毂，其附接至所述通常为球形的涡轮机的所述轴上，各轮毂具有复数个沿其圆周呈放射性间隔附接于其上安装支架，该复数个支架用于安装所述多个刀片的相对端。
20.根据权利要求15的系统，还包括一通常为圆柱形的管道，其直径略微大于所述涡轮机的轴上的一对轮毂之间的距离，所述通常为圆柱形的管道将所述涡轮机安装于其内， 使其根据流经该通常为圆柱形的管道的流体流动，在其内旋转。
21.根据权利要求15的系统，还包括一通常为圆柱形的管道，其直径略微大于所述涡轮机的轴上的一对轮毂之间的距离， 所述通常为圆柱形的管道将所述涡轮机安装于其内，使其根据流经该通常为圆柱形的管道的流体流动，在其内旋转，该管道具有一个或多个导流板，其附接至紧邻该通常为球形的涡轮机的上游的侧壁上，该一个或多个导流板以与一垂直于管道的长轴的平面呈小于90度的角度的方式，沿着涡轮机的旋转方向朝向该涡轮机倾斜，该一个或多个导流板中的每一个导流板，其最远离对应的导流板与所述管道侧壁附接的位置处一侧，具有向内弯曲的、类似于涡轮机形状的边缘，并且所述一个或多个导流板覆盖所述管道的一部分横截面面积。
22.根据权利要求15的系统，还包括一发电机，其可有效地连结至所述轴的近端，以根据流体的流动与所述轴一起旋转来产生电能。
23.根据权利要求15的系统，其中无论经过管道的流体流动方向如何，所述涡轮机都沿着相同的方向旋转。
24.根据权利要求15的系统，其中固定所述涡轮机轴的所述底座包括轴承。
25.根据权利要求15的系统，还包括通常为圆柱形的三通部分，其安装于所述通常为圆柱形的管道的外侧壁上，所述三通部分收容一发电机，所述发电机可有效地与所述涡轮机的所述轴连接，在涡轮机旋转时与所述轴一起旋转，产生电能。
26.根据权利要求25的系统，还包括圆柱形拱板，其覆盖所述通常为圆柱形的管道的一个检查孔，以充分阻止水流进入所述通常为圆柱形的三通部分中。
27.根据权利要求25的系统，还包括一个圆形平板或凹板，其将进入所述通常为圆柱形的三通部分的检查孔覆盖。
28.根据权利要求27的系统，其还包括一坐在所述圆板或凹板上的发电机。
全文摘要
一种通常为球形的涡轮机构，其设置在一个圆柱管道内，在从任一方向流经该圆柱管道的流体的驱动下，可于圆柱管道内横向地旋转，其可有效地连结至一台旋转机械或者发电机以产生电能。在一个实施例中，该球形涡轮机的刀片在一平面内以大约180度弧度进行弯曲，而该平面相对于中心轴线的旋转轴形成一定的倾斜角。在另一个实施例中，导流板设置于球形涡轮机的上游并且位于圆柱管道内，以通过对一部分流体的屏蔽来控制流经球形涡轮机的流体。球形涡轮机的刀片在横截面内为螺旋桨型，以优化流体的流动、将空穴作用最小化并使得轴向能量向旋转能量的转换程度最大化。
文档编号F03B3/12GK102317618SQ201080014557
公开日2012年1月11日 申请日期2010年3月24日 优先权日2009年4月7日
发明者伊戈尔·帕利, 格雷格·斯密斯, 爱德华·库尔特, 罗德里克·A·施拉巴赫, 马克·雷德尔·寇斯比 申请人:里塞德能源有限公司