CN102128182A - 水利能量收集方法及气液单向阀门联合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种将水流中所蕴藏的动能、势能方便的收集并转换为气压差能用来泵水的装置，其方法是设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时管路中的过流水可混入气体并分离成为小气泡，气泡可随着在重力加速度垂直方向的分量的变化而变化，当气泡将从水流中分离出来并向上运动，在管路此出气处收集分离出来的气体，以形成有压气体，在管路的进气处也可以产生负压，负压连接到气液单向阀门联合装置，气液单向阀门联合装置由壳体、进水管、出水管、吸气管、进气管组成，通过对气体和水流的相互联动将水流提高至预定的高度。其效果和特点是：前期所需设备投资少，能量转换率高，适用范围广，无需维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利能量收集方法及装置，特别是是一种将水流中所收集到的气压差能用来泵水的装置。
背景技术
水利能量的蕴藏十分丰富，是能源开发和利用的重要方式之一，并且具有洁净、再循环等十分显著的优点，目前水利能量的利用的主要方式是水利发电，是通过水轮机将水流所具有的动能和势能轮换成机械能来获得电力，这样，就需要大量的水利基础建设和配套专用的水轮发电机组，前期的一次性投入相当大，对环境具有一定的不良影响，特别是水轮发电机组结构复杂、设备庞大，能量转换率低，也容易出现故障和问题，因而，还需要进行改善和优化。
另外，水利能量的利用，还有采用水锤泵等方式来获得较高水头的方法，也有投入大，效率低的不足。
发明内容
本发明目的就是提供一种结构简单、成本低廉并且具有较高效率的水流能量收集方法及装置，特别是一种提高水位高度的气液单向阀门联合装置，从作用结果来看与水泵类似。
本发明的方法为：设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体，以形成有压气体，在管路的进气处也可以产生负压，通过这个负压可以通过气液单向阀门联合装置可将一部分水流的水位提高，类似于水泵的作用，这样，水流中所蕴藏的动能、势能便被收集并转换为包括负压差的气压差能，并可以做为动力来驱动泵水装置来提水做功。
进一步的，在倒U型管的横管顶端设置进气处，进气处位于U型管的横管接近低水位的一端，在此进气外并有负压气流产生，可得到负压差；在倒U型管的出水处设置出气处；
另一方面，采用上述方法所制成的装置主要由倒U形管管路和泵水装置组成，是一种水流能量收集气液单向阀门联合装置；
另一方面，上面所述的泵水装置为一种气液单向阀门联合装置；
进一步的，气液单向阀门联合装置由壳体、进水管、出水管、吸气管、进气管组成。
进一步的，气液单向阀门联合装置的进水管、吸气管、进气管设置的壳体的上部，出水管设置在壳体的底部，进水管连通水流高水位，吸水管连通看倒U形管的负压接口，进气管连通大气；出水管连通所需要泵水的高度，并呈U形状。
进一步的，出水管的垂直长度大于进水管的垂直长度，并且出水管的端口高度不高于壳体的底部；
进一步的，气液单向阀门联合装置的出水管、吸气管、进气管都各具有一个截止阀；
另一方面，气液单向阀门联合装置的工作次序为：
(1)、关闭出水管截止阀、进气管截止阀，开启吸气管截止阀，接通于倒U 形管的负压处的吸气管开始吸气，将水流自上游水面吸至壳体内；
(2)、待壳体内吸水到预定容量时，打开出水管截止阀和进气管截止阀，这时壳体内的水流向出水管，并将出水管注满及溢出；
(3)待壳体内的水放完后，关闭进气管截止阀，此时负压气体将进水管和出水管内的水流同时吸入，而由于出水管较进水管长，就只能够先吸入进水管内的水流，而进水管内的水流是来自上游水位并保持恒定，所以不会将出水管中的水流全部提起，但能够不断地从进水管中提水至壳体内；
(4)重复上述动作，不断地将水流自原水面提高到出水管管口的高度，相当于将水自原上游水位提高至出水管管口的高度。
本发明效果和特点是：这种将水流蕴藏的动能、势能收集并转换为气压差能，再利用气压差来驱动气液单向阀门联合装置以提高水位高程，前期所需设备投资少，能量转换率高，适用范围广，无机械转动部件，无需维护。
附图说明
图1是本发明所涉及的水利能量收集方法及气液单向阀门联合装置的倒U形管结构示意图。
图2是本发明所涉及的水利能量收集方法及气液单向阀门联合装置中的的气液单向阀门联合装置结构示意图。
图中说明：1为倒U形管进水处，2为倒U形管出水处，3为倒U形管横管，4为倒U形管进气处，5为倒U形管出气外，6为气液单向阀门联合装置壳体，7为气液单向阀门联合装置进水管，8为气液单向阀门联合装置出水管，9为气液单向阀门联合装置出水管阀门，10为气液单向阀门联合装置吸气管，11为气液单向阀门联合装置吸气管，12为气液单向阀门联合装置进气管，13为气液单向阀门联合装置进气管阀门。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低廉并且具有较高效率的水流能量收集方法及装置，是一种水流能量收集气液单向阀门联合装置，现结合实施例及附图来进行说明，基于本发明所述方法所制成的装置主要由管路组成，其中水流能量收集方法所对应的装置呈倒U形管状，如图1所示，倒U形管的两个管口具有一定高差，进水处1的高度高于出水处2的高度，进水处1位于高水位面，而出水处2位于低水位面。
如实施例所示，如果管路为倒U形管，倒U形管具有一个进水处1和出水处倒U型管的进水处1水源的液面水平高度高于出水处2泄水水道液面水平高度，出水处2的管道直径大于进水处1的管道直径，在倒U型管的横管3顶端设置进气处4，出水处2也为出气处5，如图1所示，进气处4位于倒U型管的横管3接近低水位的一端。
当进水口1与出水口2分别位于水面的上水位和下水位时，使进气处4处于关闭状态，在倒U形管内加注满水，上下游水流之间由于虹吸作用通过进水处1和出水处2产生流动，待水流稳定后，适当开启进气处4，在此时进气处4与大气相通，就有气体进入到管内的水流中去，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当到达出水处2时，因为出水处2的直径较大，即当水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体，以形成有压气体，气泡将从水流中分离出来并向上运动，并通过出气处5自动排出到大或收集，管内水流会并持续流动，此时就会在进气处4就会产生连续的明显的负压气流，得到持续的负压差，这个压力差值就可以利用和做功，同时，在出气处5有正压现象。
为了使上述的倒U形管或正U形管内的水流稳定，在倒U形管进气处4和正U形管进气处9的端口，设置有进气量控制装置，可以控制管路的进气量。
采用上述方法所制成的水利能量收集装置主要由倒U形管管路和泵水装置组成，所述的泵水装置为一种气液单向阀门联合装置，由壳体6、进水管7、出水管8、吸气管10、进气管12组成，如图2所示，气液单向阀门联合装置的进水管7、吸气管10、进气管12设置的壳体6的上部，出水管8设置在壳体6的底部，进水管7连通水流高水位，吸气管10连通由倒U形管进气处4，可以得到所产生的负压差，进气管12连通大气；出水管8连通所以泵水的高度以便于出水，并呈U形状。
出水管8的垂直长度大于进水管7的垂直长度，并且出水管8的端口高度不高于壳体6的底部；
气液单向阀门联合装置的出水管8具有出水管截止阀9、吸气管10具有吸气管截止阀11、进气管12具有进气管截止阀13，便于对进气、进水的控制和调节；
结合上述的结构，气液单向阀门联合装置的工作过程为
(1)、关闭出水管截止阀9、进气管截止阀13，吸气管截止阀11打开，接通于倒U形管的负压处4的吸气管10开始吸气，将水流自上游水面吸至壳体6内；
(2)、待壳体6内吸水到预定容量时，打开出水管截止阀9和进气管截止阀13，这时壳体6内的水流向出水管8，并将出水管注满及溢出；
(3)待壳体6内的水放完后，关闭进气管截止阀13，此时负压气体将进水管7和出水管8内的水流同时吸入，而由于出水管8较进水管70的垂直长度要较长，就只能够先吸入进水管7内的水流，而进水管7内的水流是来自上游水位并保持恒定，所以不会将出水管8中的水流全部提起，但能够不断地从进水管7中提水至壳体6内；
(4)重复上述过程，不断地将水流自原水面提高到出水管8管口的高度，相当于将水自原上游水位提高至出水管管口的高度。
这样，就完成了利用倒U形管所产生的负压差实现泵水的应用。
上述实施例中管路所用材料以PVC最为方便，也可以应用其它的金属和非金属材料，如铸铁、不锈钢、水泥、陶瓷等材料。
采用本发明的方法和装置，可以将水流中所蕴藏的动能、势能方便的收集并转换为气压差能以进一步利用，且所需设备小，能量转换率高，投资收益比小，适用范围广，免维护。
虽然这里只说明了本发明的一个优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。
Claims (10)
1.一种水流能量收集方法为：设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体，以形成有压气体，在管路的进气处也可以产生负压。
2.根据权利要求1所述的水流能量收集方法，其特征在于：上述的管路为U形管路，U形管可设置成正U形管路和倒U形管路。
3.根据权利要求1所述的水流能量收集方法，其特征在于：倒U形管在进气处产生的为负压差，正U形管在出气处产生的为正压差。
4.一种水流能量收集气液单向阀门联合装置，其特征在于：由倒U形管管路和泵水装置组成。
5.根据权利要求4所述的水流能量收集气液单向阀门联合装置，其特征在于：所述的泵水装置为气液单向阀门联合装置。
6.根据权利要求5所述的水流能量收集气液单向阀门联合装置，其特征在于：水流能量收集气液单向阀门联合装置由壳体、进水管、出水管、吸气管、进气管组成。
7.根据权利要求5所述的水流能量收集气液单向阀门联合装置，其特征在于：气液单向阀门联合装置的进水管、吸气管、进气管设置的壳体的上部，出水管设置在壳体的底部，进水管连通水流高水位，吸水管连通看倒U形管的负压接口，进气管连通大气；出水管连通所需要泵水的高度，并呈U形状
8.根据权利要求5所述的水流能量收集气液单向阀门联合装置，其特征在于：出水管的垂直长度大于进水管的垂直长度，并且出水管的端口高度不高于壳体的底部。
9.根据权利要求5所述的水流能量收集气液单向阀门联合装置，其特征在于：气液单向阀门联合装置的出水管、吸气管、进气管都各具有一个截止阀。
10.一种水流能量收集气液单向阀门联合装置，其特征在于：气液单向阀门联合装置的工作次序为：
(1)、关闭出水管截止阀、进气管截止阀，开启吸气管截止阀，接通于倒U形管的负压处的吸气管开始吸气，将水流自上游水面吸至壳体内；
(2)、待壳体内吸水到预定容量时，打开出水管截止阀和进气管截止阀，这时壳体内的水流向出水管，并将出水管注满及溢出；
(3)、待壳体内的水放完后，关闭进气管截止阀，不断地从进水管中提水至壳体内；
(4)、重复上述过程，不断地将水流自原水面提高到出水管管口的高度。
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