CN1007444B - 液压气压水力发动机 - Google Patents

Abstract

在底座的堰堤上安装箱体1。箱体在底座附近通过由封闭机构2、3控制的可封闭的流通水口与高水位和低水位的水流相通。在箱体中，有一个浮动的、有足够重量的浮体4。通过浮体的上下运动来带动工作缸8，该缸作为一个双作用的活塞泵，向液压压力罐13中打入液体。由此形成的高压液体10被射入一台叶轮机械中(如涡轮机20)，然后高压液体被减压。该叶轮机械主要是能驱动一台发电机。因液体直接从叶轮机械流入作为活塞泵的工作缸8的吸入侧，所以高压液体的循环是封闭的。

Description

本发明是一种液压气压水力发动机。这种水力发动机利用天然的持续缓慢运动的大量水流来推动工作缸。该工作缸是一个用来挤压高压液体的双作用活塞泵，在一个普通的液压气压双相高压罐中，将高压液体调整到规定的压力。然后，在一个普通的叶片机械中的减压室内将这种高压液体的能量转化为机械功，或者在一个与之联结的发电机中将高压液体的能量转化为电能。

几千年来，水力发动机早为人所共知。这种机械利用流动的或从高处流下的水流所产生的能量，来推动各种各样的工作机械，特别是用它来推动磨和抽水机等工作。此外，还有一种设备和装置是人们所熟悉的。它们利用海水的波浪，即由落潮和涨潮时产生的周期性的水位升降，或者世界海洋中永不停止的波浪的动能进行工作。

用叶轮驱动的水力磨机，今天仍然在许多地方被使用，尽管这种旧技术方法越来越被看作只是过去时代中的一种过时技术的残余和旧机构的一种纪念物。

在同时代的水力发动机中，最常见的是各种各样结构的水力涡轮机。为了驱动涡轮机，需要高压力和相应的高水流速度。比如说，一个普通的水力发电厂，它所需要的降落高度，即高水位和低水位之间的水位差，要大于200m，为了达到所要求的高度，以及保持足够的食用水储量，就得建造水库堤坝，以及常见的山谷中的大型水库。采用这种方法，在大多数情况下可保证获得良好的技术效果。然而它 的缺点是，在一般情况下，需要大量投资，以及在今天已被特别注意到的对环境所造成的灾难性破坏。

法国专利FR-A-2272274也涉及到一种液压水力发动设备，其中有一个能在箱体内垂直移动的浮体，该浮体通过一连杆和一液体泵相连，也就是和工作缸的活塞相连，该工作缸是一个作用于高压液体的双作用活塞泵，可在冲程的两个方向上传递力和传递运动，压力罐内的液体通过压力管和液体发动机的膨胀区（减压室）相通来传递运动，尤其是膨胀时的转动。这种水力发动设备适用于海上或大的堤坝上，当涨潮和落潮所产生的落差很大时，从经济上考虑这种设备才适于运用，但是对于水平面没有急剧变化或只有规则的不大变化的情况下（如由涨落潮或波浪引起的变化），水力发动机仍能连续运转的问题並没有解决。

本发明的目的就是提供一种能够连续运转、不受当时气候影响的液压气压水力发动设备，该设备可以利用缓慢流动的天然的大量水源（如河流）的能量。

为了完成本发明的任务，本发明的液压气压水力发动设备包括一个在箱体内垂直移动的浮体，该浮体通过连杆和一液体泵相连，也就是和工作缸的活塞相连，该工作缸的压力侧作用于液压气压罐内的高压液体上，起双作用活塞泵的作用，在冲程的两个方向上传递力和传递运动，高压罐内的液体通过高压导管和一液体发动机的膨胀区间连通，特别是和一涡轮机或通过膨胀方式传送动力的液压发动机的膨胀区间相连，其特征在于：所述的箱体在水面的溢流道范围内，在箱体溢流道的两侧，箱体带有至少一个位于水面之下的通道，並通过可分别转换的控制机构来开关该通道。

为了控制这台水力发动机，需要有一种装置。它至少要有两个测定水位变化来控制封闭机构的开关。

所发明的水力发动机的其它有利方向是，高压液体是在一个封闭的系统中循环流动的。作为双作用活塞泵的工作缸，在吸入时，可通过吸管与叶轮机械减压室的贮水池接通。该贮水池是用来收集减压后的液体的。

所发明的发动机，能够将缓慢运动的，或缓慢地从高处流下的水流能量转化为机械功（有相应扭矩的驱动轴的回转运动）。如果将叶轮机械与一台发电机联结在一起进行发电，将证明这种水力发动机是非常好的。这样叶轮机械即可以是涡轮机，也可是液力发动机。

普通的液压油或者加入了适当的添加剂的水都可作为高压液体，因为它们有足够的润滑性，并且不大容易起泡。当然，此时应注意避免出现腐蚀。

从所发明的新的水力发动机的上述实际特征中，似乎可以看到，只要有1-2米的水位差，就完全可使该机器运转起来，可毫无困难地达到机器工作所要求的高压液体的压力：6到10KP/cm²不变值。这个数值对于水力发动机来说已经是很理想的了。

此外，通过发明这种方法，还可用润滑性良好的，并完全排除因磨损引起杂质的高压液体来直接驱动液力发动机，以带动发电机发电。同时，这种液力发动机的效率要比涡轮机的    效率高若干倍。

本发明特别有利的用途首先归诸于下面几个特征：

所发明的水力发动机可以在表面水域的高水位以下，特别是河流的高水位以下的堤坝附近运转。因此，可不用专门的防护堤系统。这样，就可保持河流的自然环境，因而也就不存在破坏环境的危险。

该发明可利用水量大而水位差小的河流的能量。同时，它还可利用由海水的涨落潮形成的只有一至二米水位的很小的，有规律的海浪的动能来获得能量。

该水力发动机也可在水位交替变化的情况下运转。这就是说，它能够在所建造的堰堤两边的高水位和低水位经常改变的情况下工作。因此，在原则上，开辟了一种利用周期性的海浪，即利用海水平面在涨落潮时的周期性起落的能量的新途径。

为了在技术上实现所发明的水力发动机，不需要新的或者为此目的而发展的专门材料和新工艺。机器的全部组成部分和部件，可以使用在工业中已使用了几十年的，广泛生产并经受过考验的机件来制造。

作为一个统一体或全套部件，建造这种发明的水力发动机和能量产生系统所需投资很少，并且没有危险。这主要是由于它所要求的蓄水高度很低。

关于所发明的水力发动机的实质，工作方法和其它特征，将在下面的一个结构示例中根据所附图作较详细的说明。

在附图中，

图1是关于本发明的发动机构造的一张大大简化了的功能和部件联结图。

图2是堰堤的摘要的局部俯视图。根据本发明，在堰堤上并排排列着许多个箱体和浮体。

图1是一张大大简化了的水力发动机功能部分举例排列的剖面图。

在适当地规定的表面水域的位置上，比如说在河流上，在足够坚实的底座33上固定一个堰堤。按照本发明在这个堰堤上，至少安装一个垂直的箱体1。图2的摘要俯视图表明，在堰堤上可以安装多个上面提到的箱体1。由此，所发明的水力发动机可组成一个联合设备。堰堤可预先建造。在整个河流宽度中可以安装一排箱体。在箱体1中有一个足够重的浮体4。它借助于导轮29在垂直方向上自由运动。底座附近的箱体1的内部，通过用封闭机构2，3控制的，可关闭的流通口与高、低水位的水流彼此接通。浮体4是通过由调整缸6和齿轮泵27，28作长短调节的连杆，与工作缸8的活塞9的活塞杆7相联结。该活塞9的压力侧向高压罐13中压入高压液体10。作为双作用活塞泵，活塞9在工作缸8内可在上下方向上传递力和运动。工作缸8则通过导管11与高压罐13相联结。浮体4和活塞9之间的连杆上有一个球头节5/a，调整缸6下端也有一个球头节5/b。通过它们便可圆滑地传递运动。支脚32上面的高压缸中的液体，一方面通过压力调整阀12的导管11流入工作缸8中的两个空间;另一方面，通过排放阀14及与之相连的高压导管18流入叶轮机械中的减压室19中。在图中，叶轮机械由一个涡轮机20的叶轮作为象征性的表示。高压罐13是一个普通的高压容器。其中大部分容积为液体。在液体上面有压缩空气，其压力取决于当时的水位高度。容器下面的放水阀30用于排空，灌满和清洗工作。容器上面有压力表15，水位显示窗16和用于遥控的水位 指示器17。为了实现高压液体10的封闭循环，涡轮机20的减压室19处的贮水池21通过阀门22和吸入管23与作为双作用活塞泵的工作缸8的吸入侧接通。贮水池21用于截住和容纳减压后的液体10，（这个工作是由一个通过压力控制的止回阀以一般的工作方法完成的）。

此外，在堰堤两侧的高水位和低水位上，各有一个水位指示器25，24。它们属于机器的自由控制装置（对此不作详细介绍）。基准标誌26标明了高水位允许达到的最高位置。

图1中以停止运转的静止状态表示的上述结构的水力发动机，是按下列方式工作的：

打开封闭机构3，水从高水位一侧流入箱体1中，浮体4开始向上浮动，工作缸8的活塞9通过连接杆向上运动。高压液体10通过泵导管11，从缸的上边进入高压罐13。罐中的压缩空气继续被压缩，压力上升。高压罐13中的应有压力的一般标准值，是通过压力调整阀向上限制的。如果现在要把排放阀14打开，高压液体10便会通过高压导管18流入涡轮机20的减压室19内。在涡轮机旋转工作的同时，高压液体也被减压了。在涡轮机，或者代替涡轮机的液力发动机上可以安装一台发电机。这样便可以产生电能。打开阀门22，减压后的液体通过吸入导管23被吸入工作缸8中（每次均按照向上或向下的行程方向）。

当浮体4达到它的上端顶部位置后，通过机器自动控制装置的一个信号，封闭机构3便关闭了，此时封闭机构2打开，水从箱体1中流出。由于重力作用，浮体开始向下沉。这样便可使作为泵的工作缸8沿相反方向工作。但此时仍是给高压罐13输入液体。如果此时浮体4到达下端底部位置，则封闭机构2关闭，封闭机构3打开，上面叙述的过程重新又周期性地开始，以此来保证机器能够稳定地工作。

由于水量变化而引起的水位变化，比如发生洪水或干旱，将始终由 两个水位指示器24、25来监督。它们产生的信号的作用是，借助于齿轮泵27、28使调整缸进行工作，以使传递力和运动的连杆长度适应当时高水位和低水位的高度。齿轮泵27、28可以是一种提升能力较小的高压泵。作为浮体导向装置的导轮29是自由支承的轮子或者辊子。它们有一层弹性的，特别是用橡胶做的滚动衬面。每隔一段时间，就须通过补偿阀31将空气压入高压罐中，以补偿高压空气的损耗。

为了保证机器平稳地工作，应该由多个浮体4，以尽可能的相位差来操作多个工作缸8，以使工作缸8作为双作用活塞泵按照次序向同一个液压气压高压罐13中压入液体。由这种水力发动机组成的组合部件，可以形成完整的发电站设备。

在后面的专利要求保护范围内，当然也要包括其它的一些与上述内容略有出入的发明结构。

各部件名称

箱体    1

封闭机构    2，3

浮体    4

球形接头    5/a，5/b

调整缸    6

活塞杆    7

工作缸    8

活塞    9

高压液体    10

泵导管    11

压力调整阀    12

高压罐    13

排放阀    14

压力表    15

水位显示窗    16

水位显示器    17

高压导管    18

减压室    19

涡轮机    20

贮水池    21

阀门    22

吸入管    23

水位指示器    24，25

最高水位    26

齿轮泵    27，28

导向轮    29

放水阀    30

补偿阀    31

支脚    32

底座    33

Claims (2)

1、一种液压气压水力发动设备，该设备包括一个在箱体(1)内垂直移动的浮体(4)，该浮体通过连杆和一流体泵相连，也就是和工作缸(8)的活塞(9)相连，该工作缸的压力侧作用于液压气压罐(13)内的高压液体(10)上，起双作用活塞泵的作用，即在冲程的两个方向上传递力和传递运动，高压罐(13)内的液体通过高压导管(18)和一液体发动机的膨胀区间(减压室)(18)连通，特别是和一涡轮机或通过膨胀方式传送动力的液压发动机的膨胀区间相连，其特征在于：所述的箱体(1)在水面的溢流道范围内，在箱体溢流道的两侧，箱体(1)带有至少一个位于水面之下的通道，並通过可分别转换的控制机构(2、3)来开关该通道。

2、一种按照权利要求1所述的液压气压水力发动设备，其特征在于：在溢流道水平面两侧分别提供有上水位和下水位的水位指示器（25、24），用来自动调节浮体（4）和活塞（9）之间的连杆长度，特别是调节适于上水位的连杆长度。

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