CN103807091A - 地球引力与浮力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球引力与浮力发电装置。本装置可在陆地上工作也可浸没在液体下工作：装置花键轴是与水平面平行，当装置未输入工质之前，《吐纳工质装置》是不会绕轴旋转。当它在陆地工作时，装置灌进液体工质后，凡与《控压装置》联通的全部管道、储工质箱、活塞缸的前缸(即工作室)会全部充满液体。于是装置中左侧的《吐纳工质装置》的前缸全部充满液体。右侧因液体被聚能活塞重力推出并抵挡在缸外无法进入前缸，而产生轴两侧《吐纳工质装置》总体重量不平衡，驱动花键轴旋转带动变速箱、电机旋转发电输出电能。当它在液下工作时，只要缸前腿改短，后腿改为长腿，工质改为气体即可，它就会出现地球引力与浮力的联合作用下产生与前(在陆地工作时)相反方向旋转，输出电能。它是个全天候、免燃料、绿色的高效益发电装置。

Description

地球引力与浮力发电装置

技术领域

《科学》课程中的地球引力与液体浮力；液压传动；流体力学 

背景技术

发明人学习《科学》课程中的地球引力与液体浮力内容中萌发出“以地球引力与浮力发电的设想。另发明人曾研制过滑片式液压马达，承担过化肥厂铜氨液压差能回收发电科研开放项目并获得成功等。 

滑片式液压马达靠液体做为载体，传递外界的压力给叶片推动转子转动的机械，由于液体压力是没有方向性，所以这种机械的使用没有方向性的要求。 

地球引力发电也是以液体做为载体(浮力发电用气体做为载体)，活塞缸内的液体(即工质)接受地球的吸引力，把这个力传给“吐纳工质装置”推动旋转轮(即转子)带动轴转动的机械。由于地球引力总是引向地心，所以它有很强的方向性，因此它的旋转轴一定要与地球表面平行，才能有效利用它所产生的力矩。所以本装置的工作原理是与前面介绍的液压马达的工作原理是一样的，只是为了专门适应于地心引力及浮力的特殊情况下的“特种液压马达”或“浮力发电”。 

发明内容

1、创设了发电装置工作室《吐纳工质装置》。它是模拟滑片式液压马达工作室而创建的。其中设置了一个中间体——聚能活塞(包括前后缓冲弹簧)，在运行中，在地球引力的作用下打开流体通道，吸入工质进前缸(即工作室)后， 在地球引力的作用下，工质重力推动《吐纳工质装置》下落作功带动旋转轮转动对外作功。工质完成作功后，又靠聚能活塞的重力与积蓄的能量把工质送出去，并挡住工质进工作室。它的任务是迎接工质，活塞缸中的工质的重力对外作功，送出完成作功任务后的工质。在这里，聚能活塞起到相当滑片式液压马达的滑片的作用，前缸相当滑片式液压马达中进油口至出油口之间的工作室的作用，浮力发电也类同。 

2、创设了特殊转子旋转轮和落地式环形槽轨道。它的作用与滑片式液压马达的转子功能一样，协助《吐纳工质装置》完成迎送工质和工质对外作功时传递能量的作用。 

3、设置了能跟随转轴转动且与轴完全对称的《储工质箱》。它的特点是地球对它及其储存的工质的引力是轴对称的，不存在偏心力矩。它的任务是及时供应《吐纳工质装置》所需的工质和迎储它卸下的工质，实现了工质的内旋环。液压马达的工质一般情况是油，它是外界提供的，是外旋环。液体工质在工作时仅起传力作用，本身内能没有变化，或变化极小。本浮力发电中的气体工质，因工作过程，是在稳压下工作，所以内能变化很小。 

4、设置了稳定工质压强的《控压装置》。若《储工质箱》装的是液体，则它可以是“水”塔、或带配重的活塞缸、或液压泵，用以保证储液箱内工质所需的压强。若《储工质箱》装的是气体，则它是带配重的活塞缸、或压气机，用以保证《储工质箱》内气体有个稳定的设计的压强。 

5、花建轴中心设有稳压信息和输送工质的孔道。使发电装置在运行中不变影响地将《控压装置》的稳压信号传递给《储工质箱》中的工质，保持工质压强稳定，同时也随时为其补充必要的工质。本轴的主要任务是接收地球对工质作功并把功传递出去。 

附图说明

图1是《地球引力与浮力发电装置》(图1中的I、II可安装《吐纳工质装置》)在陆地上工作时的情况。 

一.《地球引力与浮力发电装置》的结构是由《旋转轮》和《吐纳工质装置》组成。 

1.旋转轮的结构： 

它是由花键轴通过两端轴承支撑。其一端与变速箱连接带动电机，另一端与控压装置相通。储工质箱通过花键套与花键轴连接，花键轴上的孔与储工质箱及花键轴的中心孔连通至控压装置，他们虽然连通，但其配合界面都有密封圈与外界密封；前支架(包括前托板)，后支架(包括后托板)通过键与花键轴连接，他们的轴向位置靠定位卡环和另一端的两个螺帽拧紧定位。以上三大构件组成整体成旋转轮，并以轴为中心可以自由转动。 

2.《吐纳工质装置》的结构： 

它由聚能活塞、前缓冲弹簧、后缓冲弹簧、活塞缸、前盖、后盖组成。前后缓冲弹簧与聚能活塞构成一个整体，聚能活塞能自由地在活塞缸内沿轴向往返滑动，但它却被聚能活塞周面上的两个密封圈隔离成前缸与后缸(靠近前盖为前缸，后盖一端为后缸)彼此互为密封。《吐纳工质装置》上装有缸前腿和缸后腿。 

《吐纳工质装置》靠缸前腿和缸后腿与旋转轮周面上的前后托板用螺栓连接在一起，由于前腿长，后腿短使《吐纳工质装置》与前后托板保持倾斜度。通过前盖板上的管道接头用管道连接到储工质箱上进出工质嘴构成《吐纳工质装置》的前缸与储工质箱连成通路。后盖有孔，使后缸与外界相通。 

《地球引力与浮力发电装置》的安装必须使花键轴的轴线与地平面平行。从装置示意图中可以看出，当储工质箱尚未灌进工质前，每个《吐纳工质装置》 的前后缸内部都是装着空气，旋转轮左侧的聚能活塞在地球引力的作用下将滑向低处至后盖，并压缩后缓冲弹簧进活塞内；右侧则倒过来聚能活塞会滑向至前盖，压缩前缓冲弹簧进活塞内。处于旋转轮顶部的《吐纳工质装置》中的聚能活塞在重力作用下而产生缸的轴向分力较小，但它与前缓冲弹簧的弹力双重作用下，还是滑向后盖，但被后缓冲弹簧顶住停在靠近后盖。同样道理，处在底部的聚能活塞会停在靠近前盖。综上所述，当这个《地球引力与浮力发电装置》尚未灌进工质时，整个旋转轮的左、右侧所受到的地球引力彼此是平衡的，整个旋转轮是不会转动的。 

二、《地球引力与浮力发电装置》的工作原理 

(一)当它在陆地上工作时：视附图1

首先将储工质箱上排气堵头拧下，从《控压装置》处往花键轴中心孔输进液体(即工质)进储工质箱直至液体从排气嘴流出时(它必须处在最高位置)将排气嘴堵上，用人工推动旋转轮，液体不断注入《吐纳工质装置》的前缸，缸内的气体也不断回流到储工质箱；由于进出工质嘴伸入储工质箱较深，所以气体不会再倒流进《吐纳工质装置》中的前缸内，只会停留在储工质箱顶部。但气体必须及时放出，当排气嘴转到处于储工质箱顶部时，必须及时拧开排气嘴堵头，将箱内气体排掉。这时《吐纳工质装置》的前缸、管道、储工质箱等全部通道内基本没有气体时再把排气嘴上用堵头堵上拧紧。《控压装置》可以是液压塔或水塔或液压泵等。若是水塔，它的水位必须高过整个《地球引力与浮力发电装置》上的《吐纳工质装置》的最高位，且要适当超过一定高度，确保液体能灌满《吐纳工质装置》的前缸。 

《吐纳工质装置》中缸内工质压强是随着《吐纳工质装置》处于不同位置而不同，缸处于旋转轮的最低位置时的工质压强最大。因此，聚能活塞的重量(包 括缓冲弹簧重量)要足够重的时候处于旋转轮右侧的它才不会被液体顶起来而始终压在《吐纳工质装置》的前盖上。 

从示意图中显而易见，旋转轮左侧三个《吐纳工质装置》活塞缸前缸内部都装满液体(工质)，而右侧三个缸仍保留发电装置充工质前的状态，即三个《吐纳工质装置》充满只是气体，导致旋转轮左右两侧的《吐纳工质装置》的整体重量不一样，左侧比右侧重，其重量差等于左侧缸内液体的重量减去右侧缸内气体的重量，在这个重量差对花键轴产生的力矩驱动花键轴旋转带动变速箱及电机发电输出电能。 

这个逆时针旋转，使右侧中的每个《吐纳工质装置》都要经历进入旋转轮的顶部位置，当它处于顶部位置的短暂时间，由于缸前腿长，后腿短，聚能活塞在地球引力的作用下产生重力的轴向分力，并与前缓冲弹簧此时积聚着最大的反弹能量而产生向左侧(后盖)轴向反弹力，两个力的合力克服聚能活塞滑动的摩擦力和气体阻力推动它向左侧后盖方向滑动、吸进液体，这个液体将加速它的滑动。随着活塞向后盖滑动和旋转轮的转动，缓冲弹簧的弹力会逐渐减小。然而活塞重力的缸轴向分力会迅速增大，前缸容积快速扩大，后缓冲弹簧将被压缩进聚能活塞内，进而液体将很快充填这个《吐纳工质装置》前缸的最大容积，此时液体即工质的势能最大进而势能转化为动能对外作功。 

当《吐纳工质装置》被旋转轮转到其底部时，需要《吐纳工质装置》的前缸中的液体(工质)及时排出，否则前缸中的液体将被提高势能，消耗装置能量。但是，这时前缸内的液体压强最大顶着聚能活塞后退。虽然《吐纳工质装置》这时是向前盖倾斜，活塞重力的轴向分力是指向前盖，后缓冲弹簧的反弹力也最大，两力的合力可能还不足以超过前缸液体压强所产生的推聚能活塞向后盖的推力，只有随旋转轮的转动，《吐纳工质装置》的轴线与地平面的夹角加大， 聚能活塞的重力的轴向分力随着增大，当这个分力大于液体的压强产生的轴向力时，液体就会被挤出前缸，后缸容积迅速增大直至于前缓冲弹簧压进聚能活塞中，聚能活塞紧靠到前盖为止。不难看出，后缓冲弹簧的弹力要设计足够的强，聚能活塞的重量要足够的重，才能保证前缸液体及时尽快挤出。显而易见，前后缓冲弹簧设计成能缩进聚能活塞里的目的是为了增大前缸的有效容积。当然，前后缓冲弹簧若不设计成固定且缩进聚能活塞里，而改固定在前后盖上也是可以的，要根据具体需要而定。 

随着《地球引力与浮力发电装置》的发电功率增大的需要，采取增大旋转轮直径是个途径。但随着其直径的增大，势必需要增厚聚能活塞的厚度才能抵挡前缸液体的压强和及时吐出前缸中液体(工质)，导致缩小前缸的有效容积，同时造成整个装置重量的加重。为了克服这个问题，除了增强后缓冲弹簧的反弹强度外，还可以设计成后缸气体不排出外界，可在后盖外设计个气罐或气囊，让后缸中的气体压缩入其中，使《吐纳工质装置》跟随旋转轮转到其接近低位处于水平状态时，气罐或气囊中的气体压强接近前缸工质压强。由于气体有压缩性有助于《吐纳工质装置》处于旋转轮底部时及时将前缸内的液体(工质)排空，以减小聚能活塞的厚度。 

至于处在旋转轮顶部和底部的《吐纳工质装置》，由于他们的重力对花键轴的力臂很短，因此，对力矩影响极为有限。每台发电装置选择安装《吐纳工质装置》的数量要视旋转轮的直径和活塞缸等制造工艺的可行性等来决定。 

图3是《地球引力与浮力发电装置》的单台发电功率很大的工作情况。当《地球引力与浮力发电装置》的单台发电功率大的时候，其整个装置的重量会很重，花键轴将难负其重。这时可采用以轴为中心建立固定的落地两个环形槽平行轨道，让《吐纳工质装置》装在托板上，而托板两端装上滑块或滚轮可以在槽内滚动或滑动，使《吐纳工质装置》在轨道上绕着花键轴旋转，在顶 部吸进工质，在底部吐出工质，与装在旋转轮上的作用一样。托板用力臂或连杆与轴连接并传递力矩带动轴，电机旋转输出电能。视附图3 

(二)、如果把《地球引力与浮力发电装置》浸泡在液体(包括水)中将会起到“地球引力与液体浮力发电”的作用。视附图2

图2是《地球引力与浮力发电装置》(图2中的I、II可安装《吐纳工质装置》)浸泡在液体(包括水)中的工作情况。 

把《吐纳工质装置》中活塞缸前腿的长腿改为短腿，后退改为长腿，旋转轮 中的“储工质箱”不输进液体，靠《控压装置》输进气体(可以是空气)，然后把《地球引力与浮力发电装置》浸没在液体(可以是水)中，这时旋转轮就会顺时针旋转输出电能。当然，这时花键轴两端在水池两侧要设计成机械密封，防止水池里的水漏出，损坏变速箱、电机等。要确保水池里的水位高度超过《吐纳工质装置》的最高位。因为《地球引力与浮力发电装置》在投入液体中时，活塞缸中的聚能活塞在地球引力的作用下，处于旋转轮左侧的它将压在活塞缸的后盖上，前缸的容积最大，里面充满着空气；处于旋转轮右侧的它，将压在活塞缸的前盖上，前缸的容积最小，里面的空气极少，后缸容积最大，里面充满着液体。因为物体在液体中的浮力等于物体排开液体的重量。因此，左侧《吐纳工质装置》比右侧《吐纳工质装置》多排开液体的重量，等于左侧前缸容积相等的液体重量。也就是说，左侧液体对《吐纳工质装置》的浮力比右侧《吐纳工质装置》的浮力大，这个力差等于左侧前缸气体容积相同的液体重量(相当)。在这个力差对花键轴的力矩的作用下推动主轴旋转带动变速箱及电机发电，输出电能。 

《吐纳工质装置》在旋转轮的带动下，旋转进入其底部时，及时排除后缸中的液体，吸进工质(气体)进前缸，以及处在其顶部时如何及时将前缸中的工质(空气)排出，这些过程与《地球引力与浮力发电装置》在陆地上使用大至类同。 

将《地球引力与浮力发电装置》放在液体下工作中，仍然靠聚能活塞，当旋转轮把《吐纳工质装置》带到底部时，地球引力使聚能活塞在活塞缸内滑动方向改变，右侧原先聚能活塞是压在活塞缸的前盖上，它调头变成压在后缸的液体上，把后缸中的液体挤出，直至压在后盖上，迅速增大前缸气体(工质)的容积。在这个容积的浮力作用下，对轴输出力矩直至到达旋转轮把它带到顶部时，聚能活塞又调头，地球对聚能活塞的引力改为压在前缸的气体(工质)上，把气体挤出前缸，直至压在前盖上，液体迅速充填后缸，至最大可充填容积。就这样周而复始把浮力作功输送出去。至于如何把工质吸进来和挤出去的更详细描述已在前面它在陆地上工作的过程详细论述过，不更多重复. 

《地球引力与浮力发电装置》浸没在液体中发电，它可降低装置压在轴上的重量，减少了《储工质箱》双倍的重量，但增加旋转轮在液下旋转的阻力及给液体池带来密封等问题。 

与前面一样《吐纳工质装置》仍然可在液下建落地固定环形槽的轨道中运行，不重复了。 

整个旋转轮的转向选择，只要改变《吐纳工质装置》在旋转轮托板上安装方向即可。 

总之《地球引力与浮力发电装置》不受气候影响，不受地理位置的限制，也不依赖外界条件的免燃料无污染稳定的绿色发电装置。单台功率可设计成几千至上万千瓦，并可拼装成各种需要功率的发电场，甚至可拼成百万千瓦的大型发电场。从示意图中不难看出他是结构简单，易制造，成本低、寿命长、易管理、用工少、用地省的全天候的发电装置。可以预测它的实施将大幅降低电费造福于民，且有利于国家用电安全。 

具体实施方式

本发电装置的构件中，除了变速箱、发电机、发电并网是成件或成熟技术外，其他均属于机械制造业中的一般机械另件和土建中的事。若是小型发电装置，它的制造不存在任何困难；若是大型发电装置，则活塞缸的制造可能有些麻烦。所以只要有经费投入和比较成熟的制造企业承担《地球引力与浮力发电装置》的试生产，就能很快实现这种发电装置的成套装备供应，并可以设计成不同型号供应全国需要，乃至出口世界各国的普遍需求。实现每千瓦功率的投资强度，肯定比光伏发电要省的多，且能产出高质量、大功率，全天候的免燃料的绿色稳定的便宜的优质电。它抗破坏能力强，有利战备是个利国利民一劳永益的高效益的好事业。 

Claims (6)

1.《地球引力与浮力发电装置》，其特征是由《吐纳工质装置》、《旋转轮》、《储工质箱》及《花键轴》构成一个以水平轴为中心对称的能同步旋转的整体。这个整体在输进工质之前是随意平衡的，不会转动。另外《控压装置》以管道接通轴的中心孔与《储工质箱》连通，保证《储工质箱》中的工质输送与压强的稳定控制，且确保《吐纳工质装置》中的工质的及时稳定快速供应。

2.地球引力与浮力发电装置，其特征是有《吐纳工质装置》。它由聚能活塞、前后缓冲弹簧、活塞缸、前盖、后盖、还有可调节活塞缸与旋转轮圆周切面夹角的倾斜度的缸前腿和缸后腿组成的。前后缓冲弹簧可以与聚能活塞构成一个整体，也可固定在前后盖上。聚能活塞能自由地在活塞缸内沿轴向往返滑动，但它被聚能活塞周面的密封圈隔离成前缸和后缸(靠近前盖为前缸，即为《吐纳工质装置》的工作塞，后盖一端为后缸)且彼此互为密封。(通过前盖上管接头用管道连接到储工质箱上进出工质嘴构成《吐纳工质装置》的前缸与储工质箱连成通路，构成工质的内循环***。后缸与外界相通或与储气囊(罐)相通。

3.本发电装置其特征是创设了特殊转子即旋转轮或配上落地式环形轨道。它包括前后支架和供安装《吐纳工质装置》的托板，根据需要它可包括《储工质箱》。它为《吐纳工质装置》能绕水平轴旋转成为可能，形成相当于滑片式液压马达中转子的作用，即协助《吐纳工质装置》完成迎送工质和工质对外作功时传递能量给旋转轴的作用。

4.本发电装置其特征是创设了能跟随主旋转轴(即花键轴)同步旋转且与主轴完全对称的《储工质箱》。它的特征是地球对它及其储存的工质的引力是轴对称的，不存在偏心力距。它的任务是及时供应《吐纳工质装置》所需的工质和迎储它卸下的工质，保证装置实现工质的内循环。

5.本发电装置其特征是设置了《控压装置》，以确保《储工质箱》内工质时刻有个稳定的压强。若《储工质箱》装的是液体，则它可以是《液压塔》，或带稳压活塞的活塞缸或液压泵。若《储工质箱》装的是气体，则它是带配重的稳压活塞的活塞缸或压气机。

6.本发电装置其特征是主轴(花键轴)中心设有稳压信息和输送工质的孔道，以及接收《吐纳工质装置》中工质位能作功与传送出去。供发电装置在运行中不受影响地将《控压装置》有一个稳压信号传递给《储工质箱》中的工质，保证工质压强稳定，同时也随时为其补充必要的工质。以及将得到的能量传递给变速箱与电机输出电能。

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