CN102588202A - 利用水浮力、重力及水辅助力的发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，它包括容器、固定设置于容器内的弧形密封通道、可在密封通道内外转动的由多个浮力体串接构成的水浮力轮，在密封通道的下部设有出水口，出水口通过容器壁面延伸到容器外。本发明的目的在于提供一种能提高能量转化效率且应用范围广的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机。

Description

利用水浮力、重力及水辅助力的发电机

技术领域

本发明涉及一种利用水浮力、重力及水辅助力的发电机。

背景技术

水是人类运用较广旳发电能源，运用较多的有利用热蒸气能发电.利用水库与水坝蓄水蓄压驱动水轮机发电站。但是，现有的发电机涡轮本身自重力大，由水能转化为电能的过程中，中间需要消耗较多能量以克服发电机涡轮自重力以使其旋转，因而能量转化效率受到一定限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高能量转化效率且应用范围广的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机。

本发明的目的通过如下技术方案实现：它包括容器、固定设置于容器内的弧形密封通道、可在密封通道内外转动的由多个浮力体串接构成的水浮力轮，在密封通道的下部设有出水口，出水口通过容器壁面延伸到容器外。

较之现有技术而言，本发明的优点在于：

(1)结构简洁，易于制造，应用成本低；

(2)发电所需的水流要求低，且利用水浮力与重力使能量转换效率提高，可应用范围广。

(3)本发明装置可以代替水轮发电机，耗水量底。

(4)且由于本发明发电设备从进水到出水的环节上水流是进入弧形密封通道上部，由弧形密封通道下部出水口排出推动浮力体循环转动而发电，因此泥沙不会对本发明设备造成大的磨损，且浮力体在旋转过程中在水中产生浮力在弧度密封通道有水产生水推力与重力无水产生重力运转，而发电的效率更高。

本发明的利用水浮力.重力及水辅助力发电机的设备在使用过程中可以不受自然界的气候与环境的限制，并且使用过程中无污染.低噪声.不消耗资源.可以实现控制水源发电目的.本发明的发电设备在使用过程中不但无须事先储蓄电能也无须远距离电力输送，因而减少了电路消耗.并且利用本发明的设备，只要有水的地方就能够发电，使能源得以广泛分布，本发明在利用蓄压与水冲力进行发电的过程在，所需要的排水量比现有的水轮机的排水量少很多，大大节约了水资源；本发明的蓄压与水轮发电机综合使用还具有防泥沙磨损性更好的优点。本发明的水浮力旋转扭力稳定、在使用过程中无碳排放，本发明设备能有效控制自然界的恶劣气候对使用本发明的发电设备所产生损坏的几率降低。本发明的发电设备可应用于利用水浮力、重力的动力发电、为船舶运用水泵吸水提供喷射或螺旋推力动力的发电等等各种需要能源领域，发电能源将现有水库水坝和淡水湖旳高水位水源支流、节流、主流分流结合水辅助与无消耗水源，建造水浮力、重力及水辅助发电站，有利于提高我国淡水的储备量有效灌盖，饮用水与发电的智能化，水浮力、重力及水辅助发电机在新建造综合发展污水容器浮力、重力及水泵给水与排水发电站，自来水容器浮力、重力及水泵给水与排水发电站，水面移动海水潮汐与河流水流辅助浮力、重力及水辅助发电站，山间小溪补水浮力、重力及水辅助发电站，海水与淡水应用水泵和空压机给水与排水浮力、重力发电站，在新建水库水坝发电设备同水域层层递形水浮力、重力及水辅助发电站提高水利发电电力资源，满足人类与日俱增的用电需求，减少乃至取消碳排放量高以及利用放谢性物质进行发电的发电设备。本发明装置可以代替水轮发电机，耗水量低，且由于本发明发电设备从进水到出水的环节上水流是进入弧形密封通道里，从密封通道底部排出容器外或容器底部排出，推动浮力体循环转动而发电，因此泥沙不会对本发明设备造成大的磨损，且水力发电的效率更高。

本发明在水利水源充足的时候可采用现有的水轮机蓄压发电的方式进行发电；当水源减少时，可采用补水发电的方式发电；当水源不足时，可采用不消耗水源的方式发电。所述的补水发电是：在本发明中的容器的进水口的进水量减少的情况下，通过减少本发明中的容器的出水口的排水量，以确保容器中的水位保持在可供水浮力轮正常运转的位置。

附图说明

图1是本发明一种实施结构的结构示意图。

图2是图1中浮力体、动态轨道、拉力器及连轴器等的拆分结构示意图。

图3是图1中动态轨道、静态轨道及密封通道等的拆分结构示意图。

图4是图1中压力耐磨密封分离器的拆分结构示意图。

图5是图1中压力耐磨密封分离器的剖切示意图。

图6是本发明一种实施例的工作状态示意图。

图7是图6的A-A剖视图。

图8是本发明另一种实施例的工作状态示意图。

图9是本发明第三种实施例的工作状态示意图。

图10是本发明第四种实施例的工作状态示意图。

图11是本发明第五种实施例的工作状态示意图。

图12是本发明第六种实施例的工作状态示意图。

标号说明：1、容器，1-1、排水口，1-2、入水口，2、密封通道，2-1、静态轨道安装口，3、浮力体，3-1、弧形结构，3-2、内凹结构，4、水浮力轮，5、出水口，6、进水口，7、压力耐磨密封分离器，7-1、静态轨道安装口，8、层层间隔软性耐磨密封环，8-1、周向密封凸，9、挡水环压盖，10、静态轨道，10-1、密封槽，10-2、密封条，10-3、调节螺栓，10-4、固定圈，11、动态轨道，12、拉力器，13、连轴器，14、发电机，15、固定支撑架，16、液位最高点，17、水轮发电机，18、水泵。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：

如图1至图5所示，本发明的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机包括容器1、固定设置于容器1内的弧形密封通道2、可在密封通道2内外作圆周转动的由多个设有空心腔体的密封的浮力体3串接构成的水浮力轮4；在所述的密封通道2的上下端设有通孔；在密封通道2的下部设有出水口5，出水口5通过容器1壁面延伸到容器1外。

或者在密封通道2上设有进水口6，所述的进水口6的水位较出水口5的水位高。

在密封通道2的下端的浮力体3转出的通孔处连接有压力耐磨密封分离器7，由压力耐磨密封分离器7与密封通道2组合成略大于、等于或略小于半圆的通道。或者，在密封通道2的下端的浮力体3的出口端连接有压力耐磨密封分离器7，由压力耐磨密封分离器7与密封通道2组合成略大于或略小于半圆的通道。

在所述的压力耐磨密封分离器7的下方设置有固定支撑架15。在压力耐磨密封分离器7内设有密封环；所述密封环为层层间隔软性耐磨密封环8或为环形伸缩式金属密封环；所述的层层间隔软性耐磨密封环8的内侧设有多道周向密封凸8-1，所述的每道周向密封凸8-1之间设有间隙。所述的环形伸缩式金属密封环的结构设计原理与内燃机的活塞杆的填料函的结构设计原理相似。在密封环出口端部固定设有挡水环压盖9；所述挡水环压盖9的环形内径略大于浮力体3的外径。

所述的水浮力轮4的转动方向为浮力体3从密封通道2上端开口进入、由密封通道2下端开口转出，且在密封通道2的上端开口和下端开口处均与水浮力轮4构成转动密封连接。

所述的相邻浮力体3之间留有间隙，所述的每个浮力体3内填充有气体，所述的气体可以包含有部分氢气或其他气体，或者浮力体3为真空体；每个浮力体3的上表面为向上凸出的弧形结构3-1，下表面为向腔体内凹陷的内凹结构3-2，由此构成便于在水中产生最大浮力的浮力体3的结构。

在所述的水浮力轮4的内圈设有可供水浮力轮4转动的耐磨密封轨道，所述的耐磨密封轨道由静态轨道10和动态轨道11构成；所述的密封通道2和压力耐磨密封分离器7的内侧开设有静态轨道安装口2-1、7-1，所述的静态轨道固定10设置于静态轨道安装口处2-1、7-1；所述的静态轨道10包括上下两层密封凸，由上下两层的密封凸半包围形成密封槽10-1，在密封槽10-1内镶嵌有密封条10-2；所述的密封条10-2可以采用多种的形状结构。当所述的密封条10-2的横截面为“凸字形”结构时，在密封槽10-1内对称设置有两根密封条10-2，两根密封条10-2的平面端部背靠背相邻，动态轨道11设在两根密封条10-2的平面端部之间；所述的动态轨道11为平面式圆环形，所述动态轨道11的两侧分别与两根密封条10-2的平面端部形成动态转动的密封连接；所述动态轨道11的平面宽度略小于静态轨道安装口2-1、7-1的宽度，以便于在静态轨道安装口2-1、7-1处安装密封条10-2；动态轨道11与两根密封条10-2的平面端形成动态转动的密封连接，对容器1中的水起到密封作用，避免容器1中的水灌入密封通道2中，由此可以确保密封通道2中的水从高位的进水口6进入密封通道2，并从低位的出水口5排出密封通道2，由此可以产生定向水流推动水浮力轮4做定向转动的推力，并且由于水浮力轮4自身重力的作用，也使得水浮力轮4做与水流推力同向的定向转动。

所述动态轨道11外侧面紧贴在浮力体3的内侧面，使动态轨道11与浮力体3连接成一体，动态轨道11内侧面通过拉力器12与连轴器13连接，通过连轴器13将水浮力轮4连接到发电机14的加速箱上，可在同一发电机14的加速箱上同轴安装多台水浮力轮4，以增大输出功率，或作为蓄压水铺助增大排水量综合水轮发电机使用。

在所述的密封条10-2的凸面端面上设有调节螺栓10-3，多个密封调节螺栓10-3均匀设置于密封螺栓固定圈10-4上，固定圈10-4与密封条10-2的凸面端浇注成一体，通过调节螺栓10-3可以调节密封条10-2与动态轨道11之间的接触的松紧度，以便于保持良好的密封性能。

由上述结构构成一台本发明的发电机。

如图1所示，本发明的利用重力、水浮力及水辅助力的发电机也可以由多台同轴安装的上述发电机构成发电机组。

本发明的工作实施例有如下几种：

实施例1、消耗水源的发电原理：如图6所示：在敞开的容器内装有水位基本上始终达到水浮力轮4内圈下边缘的水量(水位下降时要补充水量)，即液位最高点16位于水浮力轮4内圈下边缘，使得水浮力轮4在最高位置处的浮力体3完全裸露在水面之外；且在密封通道2的下端部设有出水口5，在密封通道的上端还设有进水口6，水流能够源源不断地从密封通道2的进水口6流入密封通道内，从出水口5排出。当水浮力轮4在转动过程中，约半圈的水浮力轮4位于密封通道2内，此时水浮力轮4中的位于密封通道2中的浮力体3在其自身重力以及密封通道2中由进水口5和出水口5不断进出的定向水流冲力的作用下，产生向下转动的动力，直至浮力体3从压力耐磨密封分离器7的出口离开密封通道2、进入容器1中的水域中，此时，由于浮力体3为内含气体或真空的密封腔体，且浮力体3的结构为上表面为上凸的弧形结构3-1、下表面为向腔体内凹的内凹结构3-2，因此，这种结构的浮力体3有利于减少其在水中转动时水的阻力；浮力体3在容器1的水域中的水浮力的作用下，产生向上旋转的动力，推动水浮力轮4转动，驱动发电机14发电。

实施例2、不消耗水源的发电原理：如图8所示：在敞开的容器1内装有水位基本上始终达到水浮力轮4内圈下边缘的水量(水位下降时要补充水量)，即液位最高点16位于水浮力轮4内圈下边缘，使得水浮力轮4在最高位置处的浮力体3完全裸露在水面之外；且仅在密封通道2的下端部设有出水口5。当水浮力轮4在转动过程中，约半圈的水浮力轮4位于密封通道2内，此时水浮力轮4位于密封通道2外的浮力体3受到大于其自身重力的向上的浮力作用，同时水浮力轮4位于密封通道2中与水相隔离的浮力体3仅受到向下的自身重力作用，因此水浮力轮4产生向下转动的动力，驱动发电机14转动发电。

实施例3、消耗水源的发电原理：如图9所示，在敞开的容器1内，装有水位完全淹没水浮力轮4的水量，仅在密封通道2的下端部设有出水口5。水源可不断地向敞开的容器1中补水，且容器1中的高于水浮力轮4内圈下边缘的水不断地从密封通道2的上端口进入密封通道2内，使得水浮力轮4中的浮力体3在进入密封通道2后不仅在自身重力的作用下，对水浮力轮产生转动力，而且还可以在本发明的浮力体3具有较好的盛放水功能(水盛放于浮力体3的内凹结构中)的结构基础上，而能较好地受到水流的冲力和增加浮力体3重力的作用下，对水浮力轮4产生转动力。

实施例4、消耗水源的发电原理：在敞开的容器1内，装有水位完全淹没水浮力轮4的水量，且容器1中的最高水位远高于水浮力轮4的最高位，在密封通道2的下端部设有出水口5，且可以在密封通道2的出水口5安装有水轮发电机17。其余构造及工作原理与实施例3相似。

实施例1、2、3、4中，对于密封通道2和压力耐磨密封分离器7的密封性能相对要求较高，但不要求绝对密封，允许有少量的渗水，但是渗水量越少越好。

实施例5、如图10所示，在密封的容器1内，装有水位完全淹没水浮力轮4的水量，且容器1中的最高水位高于水浮力轮4的最高位，在密封通道2上设有进水口6，密封通道2的出水口5关闭，容器1底部设有排水口1-1，在排水口1-1处可安装水轮发电机17，且对密封通道2的密封要求较高。水库或经水泵输送来的具有较高水压的水通过进水口6进入密封通道2，水最后由密封通道2下端口经容器1的排水口1-1排出。通过以上操作，位于密封通道2外位于水中的浮力体3受到向上的浮力，使其具有向上运动的趋势，位于密封通道2内的浮力体3在水的冲力和重力以及浮体2自重力的作用下向下运动，从而带动水浮力轮4旋转以驱动发电机14发电。

实施例6、如图11所示，在密封的容器1内，装有水位完全淹没水浮力轮4的水量，且容器1中的最高水位高于水浮力轮4的最高位，在密封通道2上设有出水口5，容器1上部设有入水口1-2，且对密封通道2的密封要求较高。水库或经水泵输送来的具有较高水压的水通过入水口1-2进入容器1，水最后由密封通道2的排水口5排出。通过以上操作，位于密封通道2外位于水中的浮力体3受到向上的浮力，使其具有向上运动的趋势，位于密封通道2内的浮力体3在水的冲力和重力以及浮体2自重力的作用下向下运动，从而带动水浮力轮4旋转以驱动发电机14发电。在出水口5处可安装水轮发电机17，形成二级发电。

实施例7、如图12所示，在敞开的容器1内，装有水位完全淹没水浮力轮4的水量，仅在密封通道2的下端部设有出水口5，出水口5处设有水泵18。水泵18工作，对密封通道2内的水进行抽吸；水源不断地向敞开的容器1中补水；容器1中的高于水浮力轮4内圈下边缘的水在水泵的抽吸作用下不断地从密封通道2的上端口进入密封通道2内，使得水浮力轮4中的浮力体3在进入密封通道2后不仅在自身重力的作用下，对水浮力轮产生转动力，而且还可以在本发明的浮力体3具有较好的盛放水功能(水盛放于浮力体3的内凹结构中)的结构基础上，而能较好地受到水流因抽吸而形成的冲力和增加浮力体3重力的作用下，对水浮力轮4产生转动力。本实施例可应用在船舶运用水泵吸水提供喷射或螺旋推力动力的发电或潮汐与水流发电中。

本发明对于水浮力轮4的直径越大、浮力体排水量越大，则发电效果越好。

Claims (10)

1.一种利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：它包括容器(1)、固定设置于容器(1)内的弧形密封通道(2)、可在密封通道(2)内外作圆周转动的由多个设有空心腔体的密封的浮力体(3)串接构成的水浮力轮(4)；在所述的密封通道(2)的上下端设有通孔；在密封通道(2)的下部设有出水口(5)，出水口(5)通过容器(1)壁面延伸到容器(1)外。

2.根据权利要求1所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：在密封通道(2)上设有进水口(6)，所述的进水口(6)的水位较出水口(5)的水位高，旋转在密封通道(2)里的浮力体(3)转变成重力体与水流推力重力体的效果.

3.根据权利要求1或2所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：在密封通道(2)的下端的浮力体(3)的出口端连接有压力耐磨密封分离器(7)，由压力耐磨密封分离器(7)与密封通道(2)组合成略大于或略小于半圆的通道；在压力耐磨密封分离器(7)内设有密封环；所述密封环为层层间隔软性耐磨密封环(8)或为环形伸缩式金属密封环；所述的层层间隔软性耐磨密封环(8)的内侧设有多道周向密封凸(8-1)，所述的每道周向密封凸(8-1)之间设有间隙；在密封环出口端部固定设有挡水环压盖(9)；所述挡水环压盖(9)的环形内径略大于浮力体(3)的外径。

4.根据权利要求3所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：所述的浮力体(3)从密封通道(2)上端开口进入、由密封通道(2)下端开口转出，且在密封通道(2)的上端开口和下端开口处均与水浮力轮(4)构成转动密封连接。

5.根据权利要求4所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：所述的相邻浮力体(3)之间留有间隙，所述的每个浮力体(3)内填充有气体，所述的气体可以包含有部分氢气或其他气体，或者浮力体(3)为真空体；每个浮力体(3)的上表面为向上凸出的弧形结构(3-1)，下表面为向腔体内凹陷的内凹结构(3-2)，由此构成便于浮力体(3)在水中运转减小水的阻力产生最大浮力，在密封通道(2)里产生最大水辅助水的推力效果的结构。

6.根据权利要求5所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：在所述的水浮力轮(4)的内圈设有可供水浮力轮(4)转动的耐磨密封轨道，所述的耐磨密封轨道由静态轨道(10)和动态轨道(11)构成；所述的密封通道(2)和压力耐磨密封分离器(7)的内侧开设有静态轨道安装口(2-1、7-1)，所述的静态轨道(10)固定设置于静态轨道安装口(2-1、7-1)处；所述的静态轨道(10)包括上下两层密封凸，由上下两层的密封凸半包围形成密封槽(10-1)，在密封槽(10-1)内镶嵌有密封条(10-2)；当所述的密封条(10-2)的横截面为“凸字形”结构时，在密封槽(10-1)内对称设置有两根密封条(10-2)，两根密封条(10-2)的平面端部背靠背相邻，动态轨道(11)设在两根密封条(10-2)的平面端部之间；所述的动态轨道(11)为平面式圆环形，所述动态轨道的两侧分别与两根密封条(10-2)的平面端部形成动态转动的密封连接；所述动态轨道(11)的平面宽度略小于静态轨道安装口(2-1、7-1)的宽度，以便于在静态轨道安装口(2-1、7-1)处安装密封条(10-2)；动态轨道(11)与两根密封条(10-2)的平面端形成动态转动的密封连接。

7.根据权利要求6所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：所述动态轨道(11)外侧面紧贴在浮力体(3)的内侧面，其内侧面通过拉力器(12)与连轴器(13)连接，通过连轴器(13)将水浮力轮(4)连接到发电机(14)的加速箱上。

8.根据权利要求7所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：在所述的密封条(10-2)的凸面端面上设有调节螺栓(10-3)，多个密封调节螺栓(10-3)均匀设置于密封螺栓固定圈(10-4)上，固定圈(10-4)与密封条(10-2)的凸面端浇注成一体。

9.根据权利要求1或2所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：在密封通道(2)下端的通口处连接有压力耐磨密封分离器(7)，由压力耐磨密封分离器(7)与密封通道(2)组合成略大于、等于或略小于半圆的通道。

10.根据权利要求8所述的利用水浮力、重力及水辅助力的发电机，其特征在于：在所述的压力耐磨密封分离器(7)的下方设置有固定支撑架(15)。

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