CN101255857B - 空鼓状活塞式浮力提水机 - Google Patents

Abstract

空鼓状活塞式浮力提水机，是利用电能控制阀门的开与关，从而控制水的流动方向，再利用自然界中固有的浮力现象，使空鼓状活塞上浮提升水位或随同水流向下运行复位。该浮力提水机类似一个巨大的圆筒体，建在水位落差较大的水库、水坝等位置，空鼓状活塞置于圆筒体内部，圆筒体外壳上设置有A(8)、B(9)、C(10)、D(11)四组功能性阀门，当阀门A(8)、C(10)关闭，B(9)、D(11)打开时，空鼓状活塞上浮提升水位；当阀门A(8)、C(10)打开，B(9)、D(11)关闭时，空鼓状活塞随外泄水流向下运行复位。加大设备尺寸，则提水量更大，增加空鼓状活塞高度，则提升水位更高。该提水机原理简单，节能，环保，有巨大的实用价值。

Description

空鼓状活塞式浮力提水机

技术领域

本发明提出的“空鼓状活塞式浮力提水机”，是利用电能控制阀门的开与关，从而控制水的流动方向，使空鼓状活塞上浮提升水位，将水从低处提至高处，或随同水流向下运行复位，为下一次上浮运行作准备。本发明属于水利机械设施设备类型开发的技术领域。

背景技术

目前，将水从低处提至高处的设施设备主要是水泵，它由电能或机械能驱动，优点是技术成熟，缺点是结构复杂，操作难度大，能耗高，提水效率低。也有专利技术利用一部分水下落的重力产生动力，带动提水设备使另一部分水提升，例《落水转换自动提水机、机组、机群》等，中国发明专利号为02129275.5、200510075084.6，均是采用这种方法，这类专利的优点是原理简单，但构造复杂，易损耗的零配件多。

发明内容

发明目的：为克服现有提水设施设备结构复杂、能耗高、提水效率低的不足，本发明利用自然界中的浮力提高水位，以达到节能、环保、结构简单、提水效率高的目的。

技术方案：本发明的基础原理是大自然中存在的浮力现象，比重比水轻的物体会上浮至水的表面，并且，物体上还可以载重，比重越轻，载重越大。如图1所示的结构中，在水库拦水坝的内侧建一个圆筒体，圆筒体的下部有与水库水体相通的连通口，在圆筒体下部放入一个30米高的空鼓状活塞，设该活塞比重为0.1，则重量相当于水柱高3米，因浮力作用，空鼓状活塞会将圆筒体中的水位相对自然水位提高27米。若在提高后水面27米的下侧开设一个出水口，则提高后的水将从出水口流出，空鼓状活塞也将继续上浮，推动活塞上部的水继续从出水口流出。假设出水口的开设位置在提高后水面下侧2米处，则本发明可提高水位25米。若空鼓状活塞上浮至最高处后，通过控制让空鼓状活塞下沉至圆筒体底部，在底部，又通过控制让空鼓状活塞上浮，继续将水库中的水提高后从出水口流出。如此往复，水库中的水会源源不断地从低处提至高处。

本发明所述的空鼓状活塞可表现为三种方式，第一种方式类似中空结构的圆柱体，表面由高强度材料组成，全密封结构，内部填充气体或者其它轻质材料，所以总体积重量的比重非常小；第二种方式类似倒立的筒体，工作时，筒体中充满空气，由空气与倒立的筒体组成空鼓状活塞；第三种方式为圆板式结构，工作时，在圆板的下方填充空气，使空气和圆板一同组成空鼓状活塞，上浮以提高水位。

有益效果：本发明在水位落差较大的水库、水坝等位置建设与使用，能将比较低的自然水位提高至一个相对较高的平面，再通过沟渠引向需要使用水源的地方。假设圆筒体在水库水体下的深度为100米，空鼓状活塞高30米，则每运行一次可提水70米，若空鼓状活塞顶面积按20平方米计算，活塞每天运行100次，则一部该设备一天可将140000立方米(70×20×100)的水提高25米，加大设备尺寸，则提水量更大，增加空鼓状活塞高度，则提升水位更高。本发明所使用的能量仅仅是开关阀门的电能，非常节能、环保，在水位落差较大的水库、水坝等位置，完全能取代现有大型提水设施设备。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是原理示意图；

图2是上浮提水运行示意图；

图3是下沉复位运行示意图；

图4是空鼓状活塞构成状态示意图；

图4-1是中空结构的空鼓状活塞示意图；

图4-2是筒体结构的空鼓状活塞示意图；

图4-3是板式结构的空鼓状活塞示意图。

图中：1.自然水面，2.提高后水面，3.出水口，4.圆筒体，5.拦水坝，6.空鼓状活塞，7.连通口，8.阀门A，9.阀门B，10.阀门C，11.阀门D，12.排水孔，13.圆柱体外壳，14.内部填充物，15.筒体外壳，16.筒腔，17.圆板，18.限位环。

具体实施方式

图1是原理示意图，说明空鼓状活塞6在圆筒体4中，能够提高水位。圆筒体4位于水库拦水坝5的内侧，圆筒体4的下部设置有与水库水体相通的连通口7，水库中的水通过连通口7能够进入圆筒体4。空鼓状活塞6装配于圆筒体4的内部，其下口位置在连通口7的上侧。设空鼓状活塞6高为30米，比重为0.1，则重量相当于水柱高3米，根据浮力原理计算，该空鼓状活塞6可提高水位27米，即提高后水面2高出自然水面1为27米。在提高后水面2下侧2米处开一出水口3，提高后水面2会从出水口3排出，因浮力作用，空鼓状活塞6会不断上浮，推动圆筒体4内部、空鼓状活塞6上部的水源源不断地从出水口3排出，自然水体中的水通过连通口7补充至空鼓状活塞6的下部。

图2是上浮提水运行示意图，说明通过控制，空鼓状活塞6上浮能够将水位提升。在圆筒体4上安装4组阀门，阀门A8的上口与自然水面1平齐；阀门B9安装在圆筒体4内部，位置在自然水面1与提高后水面2的分界线上；阀门C10安装在圆筒体4下部，位置紧靠拦水坝5，在拦水坝5下部正对阀门C10的位置开有排水孔12，阀门C10打开时，圆筒体4中的水通过阀门C10、排水孔12排至拦水坝5外侧的自然空间；阀门D11安装在连通口7的位置，取代连通口7。运行时，关闭阀门A8、关闭阀门C10，再打开阀门B9、打开阀门D11，则自然水体中的水通过阀门D11进入圆筒体4，空鼓状活塞6类同置身于自然水体中，所以它会因浮力作用上浮，推动空鼓状活塞6上部的水通过阀门B9进入提高后水面2的区域，再从排水口3流向需要使用水源的地方。通过运行，空鼓状活塞6上浮至圆筒体4上部、阀门B9下侧位置时，空鼓状活塞6运行停止。

图3是下沉复位运行示意图，说明通过控制，空鼓状活塞6能够下沉至圆筒体4下部预设区域，为下一次上浮提水运行(图2)作准备。运行时，关闭阀门B9、关闭阀门D11，再打开阀门A8、打开阀门C10，则自然水面1通过阀门A8流向空鼓状活塞6的上部，空鼓状活塞6下部的水通过阀门C10、排水孔12排至拦水坝5外侧，通过水的流动，空鼓状活塞6从圆筒体4的上部移动至圆筒体4的下部，至阀门C10、D11的顶部时，空鼓状活塞6运行停止。

图2、图3是一次提水运动的循环，只需不断重复，本发明可将水库中的自然水面1提升至提高后水面2。

图4是空鼓状活塞构成状态示意图，在本发明中，空鼓状活塞6可由中空结构(图4-1)、筒体结构(图4-2)或板式结构(图4-3)三种形态构成。

图4-1是中空结构的空鼓状活塞示意图，它的外形的一个圆柱体，由密封的圆柱体外壳13和内部填充物14组成，圆柱体外壳13可用高强度金属或合金焊接而成，内部填充物14由空气或其它发泡轻质材料组成，所以中空结构的空鼓状活塞总体积重量的比重远小于水的比重，能达到本发明的设计要求。

图4-2是筒体结构的空鼓状活塞示意图，它类似一个倒扣着的筒体，由筒体外壳15和筒腔16组成，运行时，筒体外壳15下部支撑在阀门C10、阀门D11的上口部位，关闭阀门D11，打开阀门C10，则筒腔16中的水通过阀门C10、排水孔12流至拦水坝5的外侧，拦水坝5外侧的空气反过来通过排水孔12、阀门C10进入筒腔16，待筒腔16中的水全部被空气替代后，该倒扣着的筒体即变为空鼓状活塞。

图4-3是板式结构的空鼓状活塞示意图，它由可在圆筒体4中自由上下运动的圆板17和限位环18组成，运动时，关闭阀门D11，打开阀门C10，圆形板17被限位环18阻止，不能下移，圆板17下部的水通过阀门C10、排水孔12流至拦水坝5的外侧，同时，拦水坝5外侧的空气通过排水孔12、阀门C10进入圆板17的下侧，待圆板17下侧的水全部被空气替代后，圆板17连同下侧的空气在上浮运行状态中即可视同空鼓状活塞。

Claims (7)

1.一种空鼓状活塞式浮力提水机，主要由四组功能性阀门、空鼓状活塞、提高后水面出水口、建立于自然水体中的圆筒体和圆筒体依附的拦水坝组成，其特征在于：四组功能性阀门在人为控制下，能顺序开启或关闭，从而控制水的流向，使空鼓状活塞在圆筒体中上浮提升水位或随同水流向下运行复位；四组功能性阀门中，阀门A(8)安装在自然水面(1)的下侧，是一个单向阀门，仅允许自然水面(1)通过阀门A(8)进入圆筒体(4)；阀门B(9)安装在圆筒体(4)内部，位置在自然水面(1)与提高后水面(2)的分界线上，也是一个单向阀门，仅允许圆筒体(4)内部、空鼓状活塞(6)上部的水进入提高后水面(2)；阀门C(10)安装在圆筒体(4)下部，位置紧靠拦水坝(5)，在拦水坝(5)下部正对阀门C(10)的位置开有排水孔(12)，阀门C(10)打开时，圆筒体(4)中的水通过阀门C(10)、排水孔(12)可排至拦水坝(5)外侧的空间；阀门D(11)安装在圆筒体(4)下部，位置在自然水体一侧，自然水体通过阀门D(11)能进入圆筒体(4)。

2.根据权利要求1所述的空鼓状活塞式浮力提水机，其特征在于：空鼓状活塞(6)可由中空结构、筒体结构或板式结构三种形态构成。

3.根据权利要求2所述的空鼓状活塞式浮力提水机，其特征在于：中空结构的空鼓状活塞由密封的圆柱体外壳(13)和内部填充物(14)组成，内部填充物(14)又由空气或其它发泡轻质材料组成。

4.根据权利要求2所述的空鼓状活塞式浮力提水机，其特征在于：筒体结构的空鼓状活塞类似一个倒扣着的筒体，由筒体外壳(15)和筒腔(16)组成。

5.根据权利要求2所述的空鼓状活塞式浮力提水机，其特征在于：板式结构的空鼓状活塞由可在圆筒体(4)中自由上下运动的圆板(17)和限位环(18)组成。

6.根据权利要求1所述的空鼓状活塞式浮力提水机，其特征在于：提高后水面出水口低于提高后水面，出水口的高度决定本提水机实际提升水位高度。

7.根据权利要求1所述的空鼓状活塞式浮力提水机，其特征在于：圆筒体建设地点一般在水位落差较大的水库、水坝内侧，与拦水坝结合为一个整体，建设在自然水体中。

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