CN102678502B - 一种重力冲击泵系统 - Google Patents

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Abstract

一种重力冲击泵系统,包括有位能臂模组、动能臂模组、倾泻翻转模组、机座蓄压器模组、连结释放模组和塞柱泵,利用撷取水源落差的重力位能,将重力位能转换成动能,再使动能对塞柱泵冲击作功,将水泵至需求扬程,而达成以重力位能为驱动动力的目的。

Description

一种重力冲击泵系统
技术领域
本发明涉及一种泵机,尤指绿能泵机系统,具体而言是以利用攫取水位落差的重力位能为驱动动力,将水泵至需求扬程,借以达成无须使用能源即能泵水的目的,且具节能减碳功效之泵机系统。
背景技术
无须使用能源之绿能泵机系统中,不论中西方均有先贤戮力探究,在不可考年代中国有水车,利用水之冲击动能、风力、人力、兽力等,使水车转动汲水,唯扬程不超过水车出水口高度。
1772年在英国有John Whitehurst of Cheshire创制脉动发动机(pulsationengine),利用水槌效应之水槌泵(Hydram pump),其应用原理为将刚性管内流动之水急速停止,利用惯性造成水槌效应,使水压升高将水泵往高处,唯实务上约可造成水落差之三倍高,最高亦不超过六倍。
在本发明发想之前。本申请人对此绿能泵机系统作过深入之分析,探讨其实务运作有扬程受限之盲点,并积极寻求解决方桉,经多次研发失败后,终于创制出一种以位能为驱动动力的重力冲击泵系统,克服现有绿能泵机系统之限制,成功的达成无须消耗石化能源,泵水扬程可依需求配置,而极具绿能概念之实用泵机系统。
发明内容
本发明的主要目的在于引用自然界中固有之规律,利用产业可行的技术手段,创建一种无须消耗石化能源,以自水源攫取水位落差的重力位能为驱动动力,泵水扬程可依需求配置,而极具绿能概念的实用泵机系统。
本发明采用如下的技术方案:
一种重力冲击泵系统,包括有位能臂模组、动能臂模组、倾泻翻转模组、机座蓄压器模组、连结释放模组和塞柱泵;
该位能臂模组设有一位能臂、水槽和平衡配重;水槽开口向上,下设翻转挡块,中有水槽轴;位能臂上端有孔与水槽轴枢合,平衡配重锁固于位能臂下端,位能臂中段有孔与位能臂轴锁固,有位能输出臂锁固于位能臂轴,位能输出臂另一端有位能输出臂杆,有导引凸轮设于位能输出臂上端;
该动能臂模组设有一动能臂,有勾爪用轴设于动能臂上端,动能臂中段设有孔与动能臂轴枢合,设有击槌锁固于动能臂下端,设有能量槌锁固于击槌另一端,击槌与塞柱泵的塞柱相对应;
该倾泻翻转模组设有翻转臂,翻转臂上端设有翻转臂轴,下端设有翻转臂枢,翻转臂枢与机座的翻转臂座枢合,翻转臂轴与水槽的翻转挡块于水槽摆荡轨迹的水槽翻转倾泻碰触处相对应;
该机座蓄压器模组设有一机座和一蓄压器,该机座上端有一动能臂轴座,中端设有一勾爪脱离杆,下端设有一位能臂轴座,底端前方有一汲水槽,底端后方有一翻转臂座;位能臂模组借位能臂轴枢合于机座,动能臂模组借动能臂轴枢合于机座;该蓄压器有一入水孔和一出水孔,入水孔及出水孔均与蓄压器相互连通;
该连结释放模组有一勾爪臂,该勾爪臂上端有一勾爪轴位孔,与动能臂上端的勾爪用轴枢合,中端设有一脱离挡块,下端设有一释放勾爪;
该塞柱泵有一泵座、一泵入水口和一泵出水口,该泵座前端有一塞柱腔,塞柱腔内设有一塞柱,塞柱中心设有一复位弹簧;该泵入水口设于泵座一端,泵入水口内设有一入水阀,该入水阀使水仅能由泵入水口流向塞柱腔,汲水槽的水经此泵入水口供水给塞柱泵;该泵出水口设于泵座另一端,泵出水口内设有一出水阀,该出水阀使水仅能由塞柱腔流向泵出水口,塞柱泵经此泵出水口将水泵出;泵入水口、塞柱腔、泵出水口相互联通,因泵入水口内设有入水阀,泵出水口内设有出水阀,而使水仅能由泵入水口流向塞柱腔或由塞柱腔流向泵出水口;塞柱泵锁固于机座下端,与击槌相对应。
以下对本发明的原理进行详细说明。
本发明的泵机系统命名为一种重力冲击泵系统,其特征为透过位能臂模组、动能臂模组、倾泻翻转模组、机座蓄压器模组、连结释放模组、塞柱泵等六大模组的组合技术手段来实现上述的发明目的。
此六大模组组合后的功能为:利用水槽承接水源的位能,将此位能转存于能量槌,能量槌经释放后受地心引力下坠,而将能量槌的位能转换为动能,能量槌再透过击槌向塞柱冲击作功,使塞柱泵将水泵出,而达成借水源的重力位能为驱动动力的泵机系统。
本发明于本说明书代表图项阐述具体可行的实施范例,本范例仅用于方便进行描述。将本发明变换成任何名称,各元件、模组变换成任何位置、形状、机构、尺寸,或增减各元件、模组,当仍属本发明的申请专利范围界定内。
以下对本发明引用的自然界中的固有规律,及产业可行的技术手段阐述如下:
(一)在地球重力场中任何物质均受重力吸引,物质在重力场中由高处移动到低处,则该移动物质蕴含的能量为U=MGH(U:能量,M:质量,G:重力加速度,H:高度差)。本发明的一种重力冲击泵系统,其位能臂模组在位能臂上端设有水槽,水槽中心设有位能臂轴,下端设有平衡配重;在水槽空置状态时,位能臂的上端总重轻于下端的平衡配重造成上轻下重的稳定状态,在灌注口对水槽灌水于满灌之际,位能臂的上端总重大于下端的平衡配重,造成上重下轻的不稳定状态,因而水槽受地心引力的吸引,致位能臂以位能臂轴为旋转中心,使水槽向下摆荡,摆荡之时带动位能臂轴,锁固于位能臂轴的位能输出臂亦同步旋转,此际勾爪臂因释放勾爪与位能输出臂杆相互勾合,致勾爪臂被带动,而将此能量透过勾爪臂移转至动能臂模组。
(二)根据能量不灭定律:能量在各种不同形式间转换时,其总量不变,故位能可转变为动能。根据牛顿第二定律:质量受力作用会得到与力的方向相同,且大小与作用力成正比的加速度,其速度为MGH=1/2MV2(M:质量,G:重力加速度,H:高度差,V:速度),其力之大小为MV=FT(M:质量,V:速度,F:力之大小,T:作用力之时间)。本发明的一种重力冲击泵系统,位能臂模组借勾爪臂把能量从勾爪用轴转入动能臂模组之际,动能臂以动能臂轴为旋转中心,将动能臂下端的能量槌高举,待勾爪臂中端的脱离挡块与机座的勾爪脱离杆碰触后,释放勾爪与位能输出臂杆相互脱离,致能量槌以动能臂轴为旋转中心向下坠落,将能量槌的位能转变为动能,再以此动能透过击槌向塞柱泵的塞柱冲击,使塞柱泵作功将水泵出。
(三)根据应力定义:为单位面积受力的大小,故相同作用力对较小面积施力产生较大的应力,对较大面积施力产生较小的应力。应力为F=PA(P:单位面积应力,A:面积,F:力之大小)。本发明的一种重力冲击泵系统,动能臂模组的击槌,向塞柱泵的塞柱冲击之时,其作用力由能量槌转变成动能而取得,此动能向塞柱泵的塞柱冲击作用力为一定值;是故相同作用力对较小面积的塞柱施力产生较大的应力,亦即产生较高的泵出水压较少的泵出水量;对较大面积的塞柱施力产生较小的应力,亦即产生较低的泵出水压较多的泵出水量;值是之故,在建置本重力冲击泵系统之时,可依泵水扬程之需求,选择配置适当面积的塞柱,达成泵水扬程可依需求配置之目的。
(四)本发明的一种重力冲击泵系统,是以自水源攫取水位落差的位能为驱动动力,而位能仅能由高处往低处作功,为使泵机能持续运作,是故本泵机系统位能臂模组的水槽,在水槽灌满水向下摆荡将位能移转至动能臂模组之能量槌后,本泵机系统设置有倾泻翻转模组机构,令水槽的翻转挡块与倾泻翻转模组的倾泻翻转轴相碰触,使水槽翻转将水倾泻,因水槽的水倾空使位能臂模组呈现上轻下重的状态,而使位能臂模组恢复成泵水循环的起始状态,令水槽得以承接下一循环之灌水,值是之故,本发明的一种重力冲击泵系统,只要水源无虞,即可生生不息运作不迨。
(五)本发明的一种重力冲击泵系统,运作时是以能量槌透过击槌向塞柱泵的塞柱冲击作功,本质上泵出之水为脉动方式泵出,为将此脉动弭平,设置有蓄压器,在塞柱泵将水泵出后,经由蓄压器将脉动吸收,使泵机出水孔的输出平顺。
(六)本发明的一种重力冲击泵系统,在水槽满灌之后,会因受地心引力吸引而向下摆荡,水槽摆荡离开灌水位置后,灌注口因水槽荡离灌水位置而腾空,使灌注口的灌水,得以进入机座底端前方汲水槽之上方的过滤槽,经过滤后流入汲水槽,供塞柱泵汲水之用。
综上所述,可以理解到本发明的一种重力冲击泵系统,为一以引用自然界中固有规律,利用产业可行的技术手段,创建一种无须消耗石化能源,有效突破绿能泵机系统的限制,将大自然固有的位能,转化为动能为我等使役,供农、林、渔、牧、观光等产业利用,而成就此等创意极佳手段独特具产业利用性且极富绿能概念之创作。在本发明之前,尚无以位能为驱动动力的泵机,未有先前的技术可作为参考,乃向贵局提出申请发明专利,恳请贵局详查,并尽早为准予专利之审定,俾以保护申请人的知识产权,鼓励创新,以促进产业发展。
附图说明
图1:本发明的代表图,揭示本发明各模组间组配的相对关系。
图2:本发明的位能臂模组构成图。
图3:本发明的动能臂模组构成图。
图4:本发明的倾泻翻转模组构成图。
图5:本发明的连结释放模组构成图。
图6:本发明的机座蓄压器模组构成图。
图7:本发明的塞柱泵构成图。
图8:动作示意图,揭示本发明的动作周期待命状态。
图9:动作示意图,揭示本发明的动作周期始动状态。
图10:动作示意图,揭示本发明的动作周期水槽摆坠状态。
图11:动作示意图,揭示本发明的水槽摆坠至脱离挡块与勾爪脱离杆碰触时状态。
图12:动作示意图,揭示本发明的释放勾爪脱离后,摆坠能量槌透过击槌向塞柱冲击,使塞柱泵作功泵水的状态。
图13:动作示意图,揭示本发明的水槽与翻转臂轴接触状态。
图14:动作示意图,揭示本发明的水槽翻转倾泻状态。
图15:为本发明之简要构成立体示意图。
图16:为本发明之简要外观3D立体示意图。
主要元件符号说明:
20位能臂模组      30动能臂模组      40倾泻翻转模组
50连结释放模组    60机座蓄压器模组  70塞柱泵;
11灌注口          12过滤槽
21水槽            22水槽轴          23翻转挡块
24位能臂          25位能臂轴        26平衡配重
27位能输出臂      28位能输出臂杆    29导引凸轮;
31动能臂          32动能臂轴        33能量槌
34击槌            35勾爪用轴;
41翻转臂          42翻转臂轴        43翻转臂枢;
51勾爪轴位孔      52勾爪臂          53脱离挡块
54释放勾爪;
61机座            62动能臂轴座      63位能臂轴座
64勾爪脱离杆      65汲水槽          66蓄压器
67入水孔          68出水孔          69翻转臂座;
71泵座            72塞柱            73塞柱腔
74复位弹簧        75入水阀          76出水阀
77泵入水口        78泵出水口。
具体实施方式
为使贵审查员能进一步了解本发明之构成、特征、运作方式,乃举代表图的实施范例,分成范例代表图、范例元件配置、范例动作分析参项,佐以标示元件符号的代表图图说,阐述具体可行的本发明,同时让熟悉绿能泵机技术领域者,能够具体实施。
一、范例代表图:请参照图1,本发明实施范例各模组之相关配置。
二、范例元件配置:本发明的一种重力冲击泵系统,透过下列六大模组的组合技术手段来实现本发明的发明目的。
(一)机座蓄压器模组60:请参照图6。
有一机座61,该机座61上端有一动能臂轴座62,中端设有一勾爪脱离杆64,下端设有一位能臂轴座63,底端前方有一汲水槽65,底端后方有一翻转臂座69;有一蓄压器66,该蓄压器66有一入水孔67,有一出水孔68,入水孔67及出水孔68均与蓄压器66相互连通。
(二)位能臂模组20:请参照图2。
有一位能臂24,该位能臂24上端有一孔,能与水槽轴22枢合,中端有一孔,能与位能臂轴25相互锁固,下端设有一平衡配重26。
有一水槽21,该水槽21中心设有一水槽轴22,能与位能臂24上端之孔枢合。
有一位能输出臂27,该位能输出臂27一端能与位能臂轴25相互锁固,另一端设有一位能输出臂杆28,该杆能与释放勾爪54相互勾合或脱离,位能输出臂杆28之上设有一导引凸轮29,该凸轮能将脱离的释放勾爪54导引复归至等待勾合位置。
有一灌注口11,设于水槽21灌注位置的上方,水源从该灌注口11注入水槽21,在水槽21离开灌注位置时,可使灌注口11得以向机座61底端前方汲水槽65的上方的过滤槽12补水,经过滤后流入汲水槽65,供塞柱泵70汲水之用。
在建置本发明的一种重力冲击泵系统时,灌注口11必须与水源相连通,与泵机相连结与否,非为必要。泵机运作所产生的冲击音,则可将泵机建置于机房内将其抑制。
(三)动能臂模组30:请参照图3。
有一动能臂31,该动能臂31上端设有一勾爪用轴35,与勾爪臂52枢合,上端略下设有一动能臂轴32,与机座61上端的动能臂轴座62枢合,下端设有一击槌34,与塞柱泵70的塞柱72相对应,击槌34背后设有一能量槌33。
(四)倾泻翻转模组40:参照图4。
有一翻转臂41,该翻转臂41上端设有一翻转臂轴42,下端设有一翻转臂枢43,翻转臂枢43与机座61底端后方的翻转臂座69枢合。
(五)连结释放模组50:参照图5。
有一勾爪臂52,该勾爪臂52上端有一勾爪轴位孔51,能与动能臂31上端的勾爪用轴35枢合,中端设有一脱离挡块53,下端设有一释放勾爪54。
(六)塞柱泵70:参照图7。
有一泵座71,该泵座71前端有一塞柱腔73,塞柱腔73内设有一塞柱72,塞柱72中心设有一复位弹簧74,在未受冲力时塞柱72受复位弹簧74的力向外推伸一个泵水冲程;
有一泵入水口77,设于泵座71的一端,泵入水口77内设有一入水阀75,该入水阀75使水仅能由泵入水口77流向塞柱腔73,汲水槽65的水经此泵入水口77供水给塞柱泵70;
有一泵出水口78,设于泵座71另一端,泵出水口78内设有一出水阀76,该出水阀76使水仅能由塞柱腔73流向泵出水口78,塞柱泵70经此泵出水口78将水泵出;
泵入水口77、塞柱腔73、泵出水口78相互联通,因泵入水口77内设有入水阀75,泵出水口78内设有出水阀76,而使水仅能由泵入水口77流向塞柱腔73或由塞柱腔73流向泵出水口78。
塞柱泵70设于机座61底端,塞柱泵70的塞柱72与动能臂模组30的击槌34相对应。
三、范例动作分析:
(一)位能臂模组20:
位能臂24的上端设有水槽21,水槽21之上设有灌注口11,下端设有平衡配重26,下端的平衡配重26重于水槽21空置状态,轻于上端水槽21灌满状态,在水槽21空置状态时,位能臂24的上端总重轻于下端的平衡配重26造成上轻下重的稳定状态(请参照图8),水槽21因而就待灌水位置,在灌注口11对水槽21灌水,满灌之际位能臂24的上端总重大于下端的平衡配重26造成上重下轻的不稳定状态,因而水槽21受地心引力的吸引。致位能臂24以位能臂轴为中心使水槽21开始向下摆荡(请参照图9),摆荡之时带动位能输出臂27,而位能输出臂27末端的位能输出臂杆28,与勾爪臂52下端的释放勾爪54勾合,带动勾爪臂52向下移动。在水槽21满灌向下摆荡离开灌水位置时,由灌注口11注入之水进入机座61底端前方汲水槽65的上方的过滤槽12,经过滤后流入汲水槽65,供塞柱泵70汲水之用。
(二)动能臂模组30:
在位能臂模组20的水槽21向下摆荡下坠位能输出臂杆28向下移动时,勾爪臂52上端带动动能臂31上端的勾爪用轴35,而使动能臂31以动能臂轴32为中心旋转,使动能臂31的击槌34连同能量槌33,由低处向高处举(请参照图10),而将自21水槽取得之重力位能移转至33能量槌处。
(三)在位能臂24上端的水槽21向下摆荡下坠,在接近倾泻翻转模组40的翻转臂轴42前,勾爪臂52中段的脱离挡块53,与机座61中段设置的勾爪脱离杆64相碰触(请参照图11),迫使释放勾爪54与位能输出臂杆28脱离,使动能臂31及能量槌33不再上举并丧失拘束,使能量槌33以动能臂轴32为中心向下摆坠,在下坠至与塞柱泵70的塞柱72接触之际,达到最高速度,其内涵之能量为MGH=1/2MV2,而以此能量透过击槌34向塞柱泵70的塞柱72冲击(请参照图12),使塞柱泵70作功将水泵出。
(四)在释放勾爪54与位能输出臂杆28脱离后,位能臂24的水槽21继续下坠,在水槽21的翻转挡块23与连结释放模组50的翻转臂轴42相碰触后(请参照图13),使水槽21绕水槽轴22翻转,使水槽21内的水翻转倾泻清空(请参照图14),水槽21清空后,因位能臂24的平衡配重26侧重于水槽21侧,于是水槽21上升归位(请参照图8),完成一个泵水周期,等待水槽21再灌水进行下一泵水周期。
(五)塞柱泵70:动能臂31的能量槌33快速摆坠之时,击槌34对泵的塞柱72作功,使塞柱72动作泵水;待能量槌33的能量作功完竣,塞柱72内之复位弹簧74将塞柱72推回待命位置;在泵水之时,出水阀76开启,入水阀75闭锁使水泵出;在塞柱72复归时,出水阀76闭锁,入水阀75开启使泵汲水;泵水的流量和扬程,与塞柱72的有效面积及冲程相关,面积大则流量多扬程低,面积小则流量少扬程高,冲程则和流量成正比。
(六)蓄压器66:塞柱泵70的动作本质上为脉动式泵水,为将此等脉动弭平,故在塞柱泵70的输出处加置蓄压器66,泵出之水由蓄压器66吸收脉动,使泵机出水孔68的输出平顺,以避免水槌效应对管路造成损伤。

Claims (1)

1.一种重力冲击泵系统,其特征在于:包括有位能臂模组、动能臂模组、倾泻翻转模组、机座蓄压器模组、连结释放模组和塞柱泵;
该位能臂模组设有一位能臂、水槽和平衡配重;水槽开口向上,下设翻转挡块,中有水槽轴;位能臂上端有孔与水槽轴枢合,平衡配重锁固于位能臂下端,位能臂中段有孔与位能臂轴锁固,有位能输出臂锁固于位能臂轴,位能输出臂另一端有位能输出臂杆,有导引凸轮设于位能输出臂上端;平衡配重重于水槽空置状态,轻于水槽灌满状态;
该动能臂模组设有一动能臂,有勾爪用轴设于动能臂上端,动能臂中段设有孔与动能臂轴枢合,设有击槌锁固于动能臂下端一侧,设有能量槌锁固于动能臂下端另一侧,击槌与塞柱泵的塞柱相对应;
该倾泻翻转模组设有翻转臂,翻转臂上端设有翻转臂轴,下端设有翻转臂枢,翻转臂枢与机座的翻转臂座枢合,翻转臂轴与水槽的翻转挡块于水槽摆荡轨迹的水槽翻转倾泻碰触处相对应;
该机座蓄压器模组设有一机座和一蓄压器,该机座上端有一动能臂轴座,中端设有一勾爪脱离杆,下端设有一位能臂轴座,底端前方有一汲水槽,底端后方有一翻转臂座;位能臂模组借位能臂轴枢合于机座,动能臂模组借动能臂轴枢合于机座;该蓄压器有一入水孔和一出水孔,入水孔及出水孔均与蓄压器相互连通;
该连结释放模组有一勾爪臂,该勾爪臂上端有一勾爪轴位孔,与动能臂上端的勾爪用轴枢合,中端设有一脱离挡块,下端设有一释放勾爪;
该塞柱泵有一泵座、一泵入水口和一泵出水口,该泵座前端有一塞柱腔,塞柱腔内设有一塞柱,塞柱中心设有一复位弹簧;该泵入水口设于泵座一端,泵入水口内设有一入水阀,该入水阀使水仅能由泵入水口流向塞柱腔,汲水槽的水经此泵入水口供水给塞柱泵;该泵出水口设于泵座另一端,泵出水口内设有一出水阀,该出水阀使水仅能由塞柱腔流向泵出水口,塞柱泵经此泵出水口将水泵出;泵入水口、塞柱腔、泵出水口相互联通;塞柱泵锁固于机座下端,与击槌相对应;
水槽受地心引力的吸引,致位能臂以位能臂轴为中心使水槽开始向下摆荡,摆荡之时带动位能输出臂,而位能输出臂末端的位能输出臂杆,与勾爪臂下端的释放勾爪勾合,带动勾爪臂向下移动,在水槽满灌向下摆荡离开灌水位置时,由灌注口注入之水进入机座底端前方汲水槽的上方的过滤槽,经过滤后流入汲水槽,供塞柱泵汲水之用;在位能臂模组的水槽向下摆荡下坠位能输出臂杆向下移动时,勾爪臂上端带动动能臂上端的勾爪用轴,而使动能臂以动能臂轴为中心旋转,使动能臂的击槌连同能量槌,由低处向高处举,而将自水槽取得之重力位能移转至能量槌处;在位能臂上端的水槽向下摆荡下坠,在接近倾泻翻转模组的翻转臂轴前,勾爪臂中段的脱离挡块,与机座中段设置的勾爪脱离杆相碰触,迫使释放勾爪与位能输出臂杆脱离,使动能臂及能量槌不再上举并丧失拘束,使能量槌以动能臂轴为中心向下摆坠,在下坠至与塞柱泵的塞柱接触之际,达到最高速度,其内涵之能量为MGH=1/2MV2,而以此能量透过击槌向塞柱泵的塞柱冲击,使塞柱泵作功将水泵出。
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