CN1789701A - 浮体升落吸排水驱动机械运动的动力装置 - Google Patents

浮体升落吸排水驱动机械运动的动力装置 Download PDF

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Abstract

浮体升落吸排水驱动机械运动的动力装置由平台(5)、立柱(10)(或墙体)、水轮机组(1)、浮体、工作泵、蓄能泵、排水管网(8)、吸水管网(2)、高位水池(22)(或水罐)、排水管(6)、吸水管(7)、风动空气压缩机、储气罐、调速轮轴和附属部件组成。浮体由水箱(9)、浮筒(13)和附属部件组成。水轮机组(1)由水轮机和齿轮组成。调速轮轴由离合器、叶(或齿)轮及轴组成。它涉及一种利用“水涨船高”、“水落船低”的原理，带动水泵吸排水驱动水轮机旋转，水轮机带动调速轮轴，调速轮轴驱动被拖动设备转动的动力装置。它适用于水有落差(如：海洋潮汐、瀑布及河流等)的地方。该装置可作为驱动发电机等机械运转的动力源。

Description

浮体升落吸排水驱动机械运动的动力装置
技术领域
本发明是关于利用浮体随着水涨落带动水泵吸排水驱动水轮机旋转，再带动机械运动的动力装置。
背景技术
目前使用的各种机械大部分都是用水流能和热能或由这些能源转变为电能来驱动的。这些能源的开发，工程建设周期长、造价高、工艺复杂，并有一定的局限性。尤其是用燃料燃烧产生高温高压热能，将消耗大量的资源，运行费用高，安全生产要求高，对环境造成污染，且能源不能再生。
发明内容
基于上述已有技术存在的问题，本发明提供一种利用“水涨船高”、“水落船低”的原理，带动水泵吸水和挤压排水驱动水轮机旋转，再带动机械运动的动力装置。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是由浮体、平台、立柱(或墙体)、高位水池、储气罐、水轮机组、若干台工作泵、若干台蓄能泵、排水管网、吸水管网、调速轮轴、若干台风动空气压缩机和附属部件组成。浮体由水箱、浮筒和附属部件组成；水轮机组由水轮机和齿轮组成；调速轮轴由离合器、叶(或齿)轮及轴组成。其特征在于：每台工作泵排水道连通后，再用管子与水轮机进水口连通组成排水管网；每台工作泵进水道连通后，再用管子与水轮机出水口连通组成吸水管网。平台由立柱或墙体支撑固定，立柱或墙体上装有导轨或导槽。阀门安装在浮体水箱底部，水箱外部装有浮筒和滚子或滑块。浮体安装在平台下方，漂浮在水面上。水轮机组和调速轮轴安装在平台上，也可安装在浮体上。储气罐、风动空气压缩机安装在平台上。调速轮轴的离合器端与水轮机组齿轮轴连接，调速轮轴的另一端与被拖动设备轴连接。风动空气压缩机的排气道与储气罐连通。高位水池设在高于平台的位置。工作泵和蓄能泵安装在水底。水箱通过排水管与一台水轮机出水口连通；水箱通过吸水管与另一台水轮机进水口连通。高位水池的进水管与蓄能泵排水道连通，放水管与吸水管或排水管网连通。蓄能泵进水道经阀门与吸水管网或水箱连通。泵活塞连杆垂直固定在浮体底部。当风吹动叶片旋转时，空气压缩机将空气压缩到储气罐中。在水位上涨时，浮体向上运动带动工作泵吸水，水箱中的水经吸水管进入水轮机进水口驱动水轮机工作。在水位回落时，浮体向下运动带动工作泵排水，水经排水管网进入水轮机进水口驱动水轮机工作。浮体上下运动蓄能泵将水压入高位水池蓄能(或吸入泵内)。水位涨落到最高或最低点时，高位水池高落差水排出驱动水轮机工作，水轮机出口的水排放到蓄能泵进水道或水箱中。水轮机驱动调速轮轴转动，或调速轮轴由压缩空气驱动叶轮转动，或由其它动力源驱动齿轮转动。调速轮轴驱动被拖动设备转动。
将本发明技术方案中工作泵或蓄能泵或全部或部分安装在平台底部或立柱(或墙体)上。单作用往复泵可改为双作用往复泵。浮体可由若干个连为一体的浮筒和附属部件组成。水轮机组可以是一台水轮机。泵活塞连杆垂直固定在浮体底部或顶部。高位水池可改为若干个水罐。每个水罐顶部通入与储气罐连通的充气管，罐内充有空气。当水压入罐内后，空气被压缩，水罐内压力增大，从而增大排水时的压力。水罐可安装在平台上。在水位涨落时，浮体上下运动驱动泵工作。工作泵泵出的水驱动水轮机旋转，水轮机出口的水又被泵吸入。
本发明技术方案应满足：平台底部高度大于浮体顶部上升的最大高度；泵活塞的行程大于浮体的行程；浮体的重力大于向下带动泵活塞的力；浮体在水中受到的浮力≥浮体的重力与向上带动泵活塞的力之和。
本发明的有益效果是：以水的涨落为动力，带动浮体升落，再带动水泵吸排水驱动水轮机旋转，从而带动机械运动。该发明无污染、能源可再生，结构简单、安全可靠、运行成本低、适用范围广。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明技术方案实施例一示意图。
图2为本发明技术方案实施例二示意图。
图3为本发明调速轮轴和水轮机组传动示意图。
具体实施方式
图1所示本发明技术方案实施例一是由平台(5)、若干个立柱(10)(或墙体)、浮体、水轮机组(1)、若干台工作泵、排水管网(8)、吸水管网(2)、排水管(6)、吸水管(7)、高位水池(22)、若干台蓄能泵、若干台风动空气压缩机、储气罐、调速轮轴和附属部件组成。浮体由水箱(9)、浮筒(13)和附属部件组成。水轮机组(1)由多台水轮机和齿轮组成(以水轮机组由两台水轮机与齿轮组成为例)。每台工作泵排水道(18)连通后，再用管子与水轮机进水口连通组成排水管网(8)；每台工作泵进水道(20)连通后，再用管子与水轮机出水口连通组成吸水管网(2)。在本实施例中，平台(5)由垂直固定在水底(21)的若干个立柱(10)或墙体支撑固定。立柱(10)或墙体上装有导轨或导槽。水箱(9)外部装有若干个浮筒(13)和与立柱(10)或墙体上的导轨或导槽滚动或滑动配合的滚子或滑块，水箱(9)底部装有阀门(14)。浮体安装在平台(5)下方，漂浮在水面(11)上，且能借助滚子或滑块沿着立柱(10)或墙体上的导轨或导槽随着水的涨落上下运动。由泵缸(17)、活塞(16)、活塞连杆(15)(或由柱塞代替活塞和活塞连杆)组成的若干台工作泵和蓄能泵安装在水底(21)。工作泵为单作用往复泵，蓄能泵为双作用往复泵。水箱(9)经排水管(6)与一台水轮机出水口连通；水箱阀门(14)经吸水管(7)与另一台水轮机进水口连通。活塞(16)安装在泵缸(17)内，活塞连杆(15)或柱塞的一端垂直固定在浮体底部，活塞连杆(15)的另一端与活塞(16)连接。水轮机组(1)和调速轮轴安装在平台(5)上，也可安装在浮体上。储气罐和由叶片(3)、空气压缩机(4)组成的若干台风动空气压缩机安装在平台(5)上。空气压缩机(4)的排气道与储气罐连通，叶片(3)安装在空气压缩机(4)的主轴上。高位水池(22)设在高于平台(5)的位置。每台蓄能泵排水道(18)连通后再与进水管(23)连通。放水管(24)与吸水管(7)连通。每台蓄能泵进水道(20)连通后再经阀门(25)与吸水管网(2)连通。当风吹动叶片(3)旋转时，叶片(3)带动空气压缩机(4)将空气压缩到储气罐中。在水面(11)涨落时，浮体借助滚子或滑块沿着立柱(10)或墙体上的导轨或导槽随着水的涨落上下运动，带动泵工作。蓄能泵经进水管(23)将水压入高位水池(22)。工作泵吸水时，水箱(9)中的水经阀门(14)、吸水管(7)进入一台水轮机进水口驱动水轮机工作，再经吸水管网(2)吸到工作泵内；工作泵排水时，水经排水管网(8)进入另一台水轮机进水口驱动水轮机工作，水经排水管(6)排放到水箱(9)中。水箱(9)用于增大浮体重量和增大浮体相对于水底(21)上升的距离。在水面(11)回落的过程中，关闭阀门(14)，水轮机排出的水排放到水箱(9)中可增大浮体重量；在水面(11)上涨的过程中，打开阀门(14)，借助水泵抽出水箱(9)中的水(12)可减小浮体重量。在水面(11)涨落到最高或最低点时，阀门(25)打开，[否则浮体上下运动时，阀门(25)关闭，]高位水池(22)的水排出驱动水轮机工作，水轮机出口的水排放到蓄能泵进水道(20)。蓄能泵进水道(20)能容纳高位水池(22)一次排出的水。双作用往复泵上部吸水阀通过吸管(19)吸水。排水管(6)和吸水管(7)选用能自然弯曲并耐一定压力的水管。水底泵缸(17)与浮体之间用防水袋密封。
图1中蓄能泵可以是单作用往复泵。高位水池(22)放水管(24)可与排水管网(8)连通。蓄能泵进水道(20)可经阀门(14)与水箱(9)连通。高位水池(22)排出的水驱动水轮机工作后，水经排水管(6)排放到水箱(9)中。蓄能泵吸水时，将水箱(9)中的水经阀门(14)吸入。
图2所示本发明技术方案实施例二是由平台(5)、若干个立柱(10)(或墙体)、浮体、水轮机组(1)、若干台工作泵、若干台蓄能泵、排水管网(8)、吸水管网(2)、高位水池(22)、若干台风动空气压缩机、储气罐、调速轮轴和附属部件组成。浮体由若干个连为一体的浮筒(13)和附属部件组成。水轮机组(1)由多台水轮机和齿轮组成，或是一台水轮机(以水轮机组是一台水轮机为例)。每台工作泵排水道(18)连通后，再用管子与水轮机进水口连通组成排水管网(8)；每台工作泵进水道(20)连通后，再用管子与水轮机出水口连通组成吸水管网(2)。在本实施例中，平台(5)由垂直固定在水底(21)的若干个立柱(10)或墙体支撑固定。立柱(10)或墙体上装有导轨或导槽。浮体上装有与立柱(10)或墙体上的导轨或导槽滚动或滑动配合的滚子或滑块。浮体安装在平台(5)下方，漂浮在水面(11)上，且能借助滚子或滑块沿着立柱(10)或墙体上的导轨或导槽随着水的涨落上下运动。由泵缸(17)、活塞(16)、活塞连杆(15)组成的若干台工作泵和蓄能泵安装在水底(21)。工作泵和蓄能泵为双作用往复泵。活塞(16)安装在泵缸(17)内，活塞连杆(15)的一端垂直固定在浮体的底部，活塞连杆(15)的另一端与活塞(16)连接。水轮机和调速轮轴安装在平台(5)上，也可安装在浮体上。储气罐和由叶片(3)、空气压缩机(4)组成的若干台风动空气压缩机安装在平台(5)上。空气压缩机(4)的排气道与储气罐连通，叶片(3)安装在空气压缩机(4)的主轴上。高位水池(22)设在高于平台(5)的位置。每台蓄能泵排水道(18)连通后再与进水管(23)连通；每台蓄能泵进水道(20)连通后再经阀门(25)与吸水管网(2)连通。放水管(24)与排水管网(8)连通。当风吹动叶片(3)旋转时，叶片(3)带动空气压缩机(4)将空气压缩到储气罐中。在水面(11)涨落时，浮体借助滚子或滑块沿着立柱(10)或墙体上的导轨或导槽随着水的涨落上下运动，带动泵工作。工作泵排出的水驱动水轮机旋转后，经吸水管网(2)又被工作泵吸入。蓄能泵经进水管(23)将水压入高位水池(22)。在水面(11)涨落到最高或最低点时，阀门(25)打开，[否则浮体上下运动时，阀门(25)关闭，]高位水池(22)的水排出驱动水轮机工作，水轮机出口的水排放到蓄能泵进水道(20)。蓄能泵进水道(20)能容纳高位水池(22)一次排出的水。双作用往复泵上部吸水阀通过吸管(19)吸水。水底泵缸(17)与浮体之间用防水袋密封。
图1、图2中的工作泵或蓄能泵可全部或部分安装在平台(5)底部或立柱(10)(或墙体)上。工作泵或蓄能泵可以是单作用往复泵，或是双作用往复泵，泵活塞连杆(15)可垂直固定在浮体的底部或顶部。高位水池(22)可改为若干个水罐，水罐可安装在平台(5)上。每个水罐的放水管(24)相互连通，每个水罐的进水管(23)相互连通，每个水罐顶部通入与储气罐连通的充气管，罐内充有空气。当水压入水罐内后，空气被压缩，罐内压力增强，从而增大排水时的压力。
在图3中，由离合器(27)、叶(或齿)轮(28)及轴组成的调速轮轴的一端与被拖动设备轴连接，(一台水轮机)离合器(27)端直接与水轮机主轴轴连接；或(多台水轮机)离合器(27)端与齿轮(29)轴连接，齿轮(29)与齿轮(26)啮合，每台水轮机的主轴上分别装有齿轮(26)。叶(或齿)轮(28)可以是叶轮(28)或是齿轮(28)。在水轮机组工作时，离合器(27)接合，调速轮轴由水轮机直接驱动，或由水轮机带动齿轮(29)驱动。在水轮机组停止工作时，离合器(27)分离，调速轮轴由压缩空气驱动叶轮(28)转动，或由其它动力源驱动齿轮(28)转动。调速轮轴驱动被拖动设备转动。调整压缩空气喷嘴排量可驱动叶轮(28)进行调速，或用其它动力源驱动齿轮(28)进行调速。

Claims (10)

1.浮体升落吸排水驱动机械运动的动力装置由平台(5)、若干个立柱(10)(或墙体)、水轮机组(1)、浮体、若干台工作泵、若干台蓄能泵、高位水池(22)(或若干个水罐)、排水管网(8)、吸水管网(2)、若干台风动空气压缩机、储气罐、调速轮轴和附属部件组成，其中：
(1.1)平台(5)由垂直固定在水底(21)的若干个立柱(10)或墙体支撑固定；
(1.2)立柱(10)或墙体上装有导轨或导槽；
(1.3)储气罐和由叶片(3)及空气压缩机(4)组成的若干台风动空气压缩机安装在平台(5)上，
(1.3.1)空气压缩机(4)的排气道与储气罐连通，
(1.3.2)叶片(3)安装在空气压缩机(4)的主轴上；
(1.4)水轮机组(1)安装在平台(5)上，也可安装在浮体上，
(1.4.1)水轮机组(1)可以是一台水轮机，
(1.4.2)也可以由多台水轮机和齿轮(29)组成，
(1.4.2.1)每台水轮机的主轴上分别装有齿轮(26)，
(1.4.2.2)齿轮(29)与齿轮(26)啮合；
(1.5)由离合器(27)、叶(或齿)轮(28)及轴组成的调速轮轴安装在平台(5)上，也可安装在浮体上，其中：
(1.5.1)调速轮轴的一端与被拖动设备轴连接，
(1.5.2)离合器(27)端与齿轮(29)轴连接，或直接与水轮机主轴轴连接，
(1.5.3)水轮机主轴可直接驱动调速轮轴，也可经齿轮(29)驱动，
(1.5.4)叶轮(28)由压缩空气驱动，或齿轮(28)由其它动力源驱动；
(1.6)工作泵或蓄能泵为单作用往复泵，或为双作用往复泵，其中：
(1.6.1)工作泵和蓄能泵安装在水底(21)，或：
(1.6.1.1)安装在平台(5)底部，
(1.6.1.2)部分安装在水底(21)，部分安装在平台(5)底部，
(1.6.1.3)部分或全部安装在立柱(10)(或墙体)上，
(1.6.2)每台蓄能泵进水道(20)连通后，经阀门(25)与吸水管网(2)连通，或经阀门(14)与水箱(9)连通，
(1.6.3)双作用往复泵上部吸水阀通过吸管(19)吸水，
(1.6.4)蓄能泵进水道(20)能容纳高位水池(22)或水罐一次排出的水，
(1.6.5)活塞连杆(15)或柱塞的一端垂直固定在浮体底部，或浮体顶部；
(1.7)浮体由水箱(9)、若干个浮筒(13)和附属部件组成，或由若干个连为一体的浮筒和附属部件组成，
(1.7.1)水箱(9)底部装有阀门(14)，外部装有若干个浮筒(13)，
(1.7.2)浮体安装在平台(5)下方，漂浮在水面(11)上，
(1.7.3)浮体上装有滚子或滑块，
(1.7.4)浮体能随着水的涨落上下运动，
(1.7.5)浮体上下运动时，阀门(25)关闭，否则阀门(25)打开；
(1.8)每台工作泵排水道(18)连通后，再与水轮机进水口连通组成排水管网(8)；
(1.9)每台工作泵进水道(20)连通后，再与水轮机出水口连通组成吸水管网(2)；
(1.10)水轮机出水口经排水管(6)与水箱(9)连通；
(1.11)水轮机进水口经吸水管(7)与水箱阀门(14)连通；
(1.12)水轮机组(1)工作时，离合器(27)接合，否则离合器(27)分离；
(1.13)平台(5)底部高度大于浮体顶部上升的最大高度；
(1.14)泵活塞(16)的行程大于浮体的行程；
(1.15)浮体的重力大于向下带动泵活塞(16)的力；
(1.16)浮体在水中受到的浮力≥浮体的重力与向上带动泵活塞(16)的力之和；
(1.17)高位水池(22)或若干个水罐设在高于平台(5)的位置，水罐可安装在平台(5)上，
(1.17.1)每台蓄能泵排水道(18)连通后，与进水管(23)连通，
(1.17.2)放水管(24)与排水管网(8)或与吸水管(7)连通，
(1.17.3)每个水罐顶部通入充气管，罐内充有空气，
(1.17.4)每个水罐的放水管(24)相互连通，
(1.17.5)每个水罐的进水管(23)相互连通。
2.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：水箱(9)用于增大浮体重量和增大浮体相对于水底(21)上升的距离。
3.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：工作泵排出的水经排水管网(8)驱动水轮机工作，或：
(4.1)工作泵将水箱(9)中的水经阀门(14)、吸水管(7)吸入驱动水轮机工作，
(4.2)高位水池(22)或水罐中的水经放水管(24)排出驱动水轮机工作。
4.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：水轮机出口的水经吸水管网(2)吸入工作泵内，或：
(5.1)经排水管(6)进入水箱(9)，
(5.2)经阀门(25)进入蓄能泵内。
5.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：蓄能泵将水箱(9)的水经阀门(14)吸入。
6.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：蓄能泵将水压入高位水池(22)或水罐。
7.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：水压入水罐内，空气被压缩，罐内压力增强，从而增大排水时的压力。
8.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：排水管(6)和吸水管(7)选用能自然弯曲并耐一定压力的水管。
9.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：调整压缩空气喷嘴排量可驱动叶轮(28)进行调速，或用其它动力源驱动齿轮(28)进行调速。
10.根据权利要求1所述的动力装置，其特征是：水底泵缸(17)与浮体之间用防水袋密封。
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