CN102704530A - 一种气压扬水远程输水系统及位能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气压扬水远程输水系统及位能发电系统，气压扬水远程输水系统包括靠近水源的高位水塔、提水装置和为所述提水装置提供能量的供能装置，所述提水装置用于将所述水源中的水提至所述高位水塔中，水源从高位水塔流向用户端，本发明的气压扬水远程输水系统使低水位水源在较低气压下实现高位能的提水，实现水源的远距离输送。

Description

一种气压扬水远程输水系统及位能发电系统

技术领域

本发明涉及水力输送及发电领域，特别涉及一种气压扬水远程输水系统及位能发电系统。

背景技术

目前水利灌溉一般是将在采用水泵将水源输送至农田，但是由于泵的电功率所限，不能实现远距离输送；另外在偏远山地丘陵地区，需要将附近的水源输送至急需要水的地方，如果依靠运输车运输或着水泵输送，不仅浪费了能源，而且其效率低下。

另外，现有的城市高位水塔的提水大都是使用电能将水提至高位水塔，其提水耗能较大。

中国专利文献CN 2240058Y公开了一种蓄能装置，包括有：一用于将定量储水之位能提升的杠杆机构；一可沿着该杠杆机构之斜面移动，用以与前述储水交换位能的传动部件；一用以拉动该传动部件的低耗功率电动部件；以及利用前述储水蓄能的发电部件；藉着前述之电动部件在非用电高锋之时，将该传动部件中的重锤移至该杠杆机构的高位能端，再利用杠杆作用而将定量之储水移至高位能处储存，形成一种在用电高锋时期以该储水推动发电部件运转的发电装置。

上述专利文献存在一下技术问题：

(1)上述专利是通过杠杆原理实现储水位能的提升，属于间断进行提水，并且每次所提升水的水量受到一定限制，其提水效率低下，要到达一定的发电量需要较长时间的提水过程；

(2)由于采用杠杆原理进行提水，其提水的高度也受到一定的限制，不可能将水提升到较高处，因此提水后的水所具有的位能较小，根据能量定律，这就势必影响其转化后的发电量。

(3)杠杆提水的过程要消耗一定的电能。

中国专利文献CN 2921395Y公开了一种气压扬水机，它包括一个带有进水口、排水管和进气口、排气口及控制进气机构和控制排气机构的以及扬水的箱体，一级扬水的排气口与带有进水口、排水管、排气口的二级扬水的箱体的进气口连通，二级扬水的箱体内设置有控制排气机构；二级扬水的排气口可与和二级扬水相同结构的三级扬水的进气口连接，三级扬水的排气口可与四级扬水的进气口连接，依次类推连接即可。上述专利文献由于采用了二级扬水箱体的进气口与一级扬水箱体的排气口连通，这样一级扬水箱体中已经做功完毕的高压气体在向二级扬水箱体中排放的过程中仍然做功，排出水，提高了高压气体的利用率。

如果利用上述技术进行提水发电则至少存在以下缺点：

(1)上述专利文献中的气压扬水机的上水方式是由第一个扬水机排气进入第二个扬水机，第二个扬水机进入第三个，这样多个扬水机所扬的水在不同的高度使用，其结构复杂，并且每一个扬水机都是间断进行扬水工作，即在排气的时候不进行排水，并且每一个气压扬水机都是间断进行扬水工作，即在排气的时候不进行排水，因此，其排水效率低下。

(2)在实现上述气压扬水的过程中，排水管中走的是只是水相，在将排水管中的水压至一定高度时需要克服排水管中水的重量进行做功，需要较高的扬程气压，若能在较低的气压下能达到同样的扬程，不但可以降低设备损耗，而且可以实现高效率扬水。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：采用一种连续排水提水方式，使低水位水源在较低气压下实现高位能的提水，实现水源的远距离输送。

本发明的另一目的是提供一种气压扬水位能发电系统。

本发明提供了一种气压扬水远程输水系统，所述技术方案如下：

一种气压扬水远程输水系统，包括靠近水源的高位水塔、提水装置和为所述提水装置提供能量的供能装置，所述提水装置用于将所述水源中的水提至所述高位水塔中，水源从高位水塔流向用户端，所述提水装置为气压扬水机，所述供能装置通过气路同所述气压扬水机的进气管连接，所述气压扬水机包括：

筒体，置于所述水源中，所述筒体内部被分成两筒体，两所述筒体上分别设有进水阀，并在两所述筒体上部分别设有排气口；

排气调节阀，分别设置于两所述筒体的排气口处；

控制进气阀，分别设置于两所述筒体内，并与连接于供能装置的进气管连通，用于分别控制进入两所述筒体内气体的排放；

出水管，其进水口分别置于靠近两所述筒体的底部，其出水口汇合形成一排水总管，所述排水总管同所述高位水塔的上水管连接；

其中一根所述出水管的进水口位置低于另一根所述出水管的进水口位置，所述排水总管的充水量大于等于进水口位置较高的所述出水管所在筒体一次所能排出的最大水量；

两所述排气口分别通过排气管同所述排水总管相连通；

两所述出水管上各设有一单向排水阀，两所述排气管上各设有一单向排气阀；

所述排气调节阀与所述控制进气阀之间设有联动机构，所述联动机构控制所述排气调节阀开通时所述控制进气阀关闭，所述控制进气阀开通时所述排气调节阀关闭。

进一步，所述排气调节阀包括排气阀体和浮球阀芯；

所述控制进气阀包括进气阀体和进气阀芯；

所述联动机构包括：一连杆和悬垂体，所述连杆分别同所述浮球阀芯和进气阀芯铰接；

所述连杆的一端相对所述筒体铰接，其可沿铰接轴上下摆动；

所述悬垂体的上端与所述连杆通过软绳连接，其下端通过软绳同一连接件固定连接。

优选地，所述进气阀芯为一滑锥杆，其一端同所述连杆铰接，其另一端设置于所述进气阀体内，所述滑锥杆的自由端成型一锥形结构；

所述进气阀体内成型一锥形开口结构和与所述筒体相连通的排气孔，所述锥形开口结构与所述锥形结构相适配；

所述排气孔为设置于所述进气阀体上的第一径向排气孔，所述第一径向排气孔靠近所述锥形开口结构的大头端设置；

所述浮球阀芯包括：阀杆和浮球，所述阀杆固定于所述浮球的上端，所述浮球的下端同所述连杆铰接；

所述排气阀体包括：阀壳和设置于所述阀壳内的胶套，所述胶套具有一中空的通气孔，所述阀杆的上端设置于所述胶套的通气孔内，所述阀杆同所述胶套相适配控制所述筒体内气体的排放。

优选地，所述筒体由上筒体和下筒体上下连接而成，所述上筒体的容水量大于或等于所述排水总管的充水量；

所述上筒体的上端设有同所述下筒体连通的密闭腔室，所述下筒体的排气口设置于所述密闭腔室上，所述控制进气阀、和连杆设置于所述密闭腔室内，所述悬垂体设置于所述下筒体内；所述下筒体同所述密闭腔室相连通的连接管上设有多个排气孔，进入所述下筒体内的气体通过所述排气孔进入所述密闭腔室内；

所述上筒体和所述下筒体之间设有过滤网层，所述下筒体的下方设有同其连接的腔室，所述腔室与所述下筒体通过单向进水阀连通，所述过滤网层内的水通过一进水管同所述腔室相连通，所述上筒体的下端通过所述单向进水阀同所述过滤网层相连通。

优选，所述供能装置为风力空气压力机，其包括：风力传动系统和空压机，所述空压机包括箱体、驱动轮和气缸，所述气缸设置于所述箱体上，所述驱动轮设置于所述箱体内并套置固定于所述风力传动系统的驱动轴上，所述驱动轮的驱动面上成型有闭合的滑轨结构，所述气缸的活塞连杆作用端约束于所述驱动轮的滑轨结构并沿所述滑轨结构滑动，所述气缸所产生的压缩气体通过排气总管输送至储气室，所述储气室通过气路同所述气压扬水机的进气管连接；

所述驱动轴设置于所述滑轨结构的中心，垂直于所述气缸活塞连杆的轴线方向上还设有一连杆导向机构，所述连杆导向机构同所述活塞连杆滚动连接；

所述连杆导向机构包括多个导向轮，所述导向轮通过连杆固定于所述气缸的缸体内壁上；多个所述导向轮均布于所述活塞连杆的外圆周上，并同所述活塞连杆滚动连接。

所述滑轨结构由多段弧形滑轨首尾连接而成，多段所述弧形滑轨连接后形成一凹凸相间分布的闭合滑轨结构；

所述弧形滑轨包括上行的排气弧形滑轨和下行的吸气弧形滑轨，所述排气弧形滑轨和吸气弧形滑轨分别由外凸圆弧段、直线段和内凹圆弧段连接而成，所述直线段分别同所述外凸圆弧段和内凹圆弧段相切，所述外凸圆弧段的端部对应于所述气缸的上止点位置，所述内凹圆弧段的端部对应于所述气缸的下止点位置。

进一步优选，所述滑轨结构成型于所述驱动轮的外圆端面上，所述的弧形滑轨为成型于所述驱动轮外圆端面上的凹槽，所述凹槽的一侧成型有防脱保持架，所述活塞连杆的作用端设有一轴承，所述轴承容置于所述凹槽内，并受所述防脱保持架约束，所述驱动轮旋转时，设置于所述活塞连杆作用端的轴承绕所述弧形滑轨作周期性往复运动。

可选择地，所述供能装置为风力空气压力机与太阳能供能装置和气泵装置，共同使用，或者只使用太阳能供能装置和气泵装置，所述气泵装置同所述太阳能供能装置电连接，所述气泵装置的排气管同所述气压扬水机的进气管连通，所述气压扬水机同所述气泵装置之间的连接气路上设有单向进气阀。

所述的气压扬水远程输水系统还包括与所述高位水塔通过管路连通的低位蓄水池，所述管路与所述高位水塔连接端的水平高度高于其与所述低位蓄水池连接端的水平高度。

一种气压扬水位能发电系统，包括所述的气压扬水远程输水系统和设置在所述高位水塔下部的水力发电机，所述水力发电机在高位水塔中的水的带动下实现发电。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

(1)本发明是通过气压扬水机将水源中的水提至高位水塔中，将双筒体气压扬水机的排水管合并为一个排水总管，各自排气管顺出水管流出方向混入排水总管内、各自排气阀的上端有单向阀，扬水机在工作过程水流助力排气，在运行过程中，由于其中一个筒体内的气体排放，所排放的气体沿排水总管上升并带动另一筒体内的水进入排水总管内同其混合，从而实现水带动气，气带动水形成互助的上升推动力，由于排水总管中的水掺杂着气体，一定程度上降低了排水总管内液体的重量，从而实现高效率扬水。

(2)本发明的两筒体进行交替排水和排气，其整个气压扬水过程是一个连续的过程，进而提高了提水效率。

(3)通过利用气压扬水机将低水位水源输送至高位水塔中，此位能的改变是通过风力空气压力机所储存的风能，通过将风能释放将低水位水源输送至高位水塔，然后利用高位水塔的高位能将水输送至远处，整个过程都是采用了自然界的风力作用，充分利用风能的作用实现水的位能提升。

(4)为了更好的利用自然资源，本发明还在系统中添加了太阳能供能装置，通过收集太阳能将光能转换为电能，然后利用所产生的电能使电动气泵进行压缩空气，然后将这部分压缩空气同风力空气压力机所产生的压缩空气一起输送至扬水机中提水，从而实现气压扬水机的高效扬水，提高了工作效率。

(5)本发明高位水塔中的水可以通过沟渠或者管路流向远处，更为优选的是在乏水区构建蓄水池供灌溉及人畜使用，还可以直接将高位水塔开放并进行发电，充分利用水资源，提高了高位水塔的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施所提供的风光互补气压扬水远程输水系统图；

图2是本发明所提供的气压扬水机结构图；

图3是图2中的联动控制进气结构图；

图4是图3中的控制进气阀结构图；

图5是图2中的排气调节阀结构图；

图6是图5中的胶套结构示意图；

图7是本发明所提供的风力空气压力机整体结构图；

图8是图7中的锁定机构处于开启状态结构图；

图9是图7中的锁定机构处于关闭状态结构图；

图10是本发明实施例一所提供的两倍增速的驱动轮结构图；

图11是本发明实施例二所提供的三倍增速的驱动轮结构图；

图12是本发明实施例三所提供的六倍增速的驱动轮结构图；

图13是本发明所提供的弧形滑轨结构线性图；

图14是图7中的调向轴座同储气室连接结构图；

图15是本发明的泄压阀结构泄压后的结构示意图；

图16是本发明的泄压阀结构泄压前的结构示意图；

图17是本发明的泄压阀的正面结构图；

图18是本发明所提供的一种带有位能发电系统的远程输水系统。

图中：

1-高位水塔；2-低位蓄水池；

3-气压扬水机；

31-筒体、311-上筒体、312-下筒体，32-进水阀、33-排气口、34排气管、351-连杆、352-悬垂体、353-支架、354、进气接头、36-进气管、37-出水管、38-控制进气阀、381-进气阀体、3811-锥形开口结构、3812-第一径向排气孔、382-滑锥杆、3821-锥形结构；

39-排气调节阀；

390-软绳、391-排气阀体、3911-阀壳、39111-凸环、39112-连接腔、39113-通气腔、3912-胶套、39121-通气孔、391211-锥形孔、391212-柱形孔、39122-第二径向排气孔；

392-浮球阀芯、3921-阀杆、3922-浮球；

310-单向排水阀、320-单向排气阀、330-排水总管、340-连接管、3401-出气孔、350-腔室、360-进水管、370-过滤网层、380-密闭腔室。

4-水力发电机；

5-风力空气压力机；

51-尾翼 52-拉绳；53-挂环；54-尾翼连杆；55-拉环；56-驱动轮；57-滑轮；58-铰接轴；59-尾翼杆固定架；591-上连接板；592-下连接板；510-锁定机构；

511-气缸；512-箱体；

513-单向排气阀；

514-风叶；515-风叶轴座；516-调向轴座；5161-旋转座；5162-固定座；517-储气室；518-连接杆；

519-套环；520-锁定空间；521-回位弹簧；522-拉杆；5221-楔形面；523-弹簧支撑托板；

524-限位板；525-套筒；526-拉杆挂环；527-活塞连杆；528-减压气孔；

529-弧形滑轨；5291-外凸圆弧段；5292-直线段；5293-内凹圆弧段；

530-驱动轴；531-连杆导向机构；5311-连杆；5312-导向轮；532-轴承；533-凹槽；534-防脱保持架；535-排气总管；536-凸轮；537-油管；538-活塞杆；539-出油口；540-液压缸；541-复位弹簧；542-滑动轴承；543-轴座进气管；544-压力气通道；546-气密元件；

547-泄压阀；5470-进气孔；5471-阀壳；5472旋转阀芯；5473-排气孔；5474-小块取风挡板；5475-旋转轴；5476-大块取风挡板；5477-碟簧；5478-限位块；5479-气流通道；

548-卡槽；549-通孔；550-排气支管；

6-太阳能采光板；7-电动气泵；8-下水管；9-电动气泵的进气管；10-上水管；12-逆变器；13-蓄电池；14水源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参照图1，一种气压扬水远程输水系统，包括靠近水源14的高位水塔1、提水装置和为所述提水装置提供能量的供能装置，所述提水装置用于将所述水源14中的水提至所述高位水塔1中，水源14从高位水塔1流向用户端，所述提水装置为气压扬水机3，所述供能装置通过气路同所述气压扬水机3的进气管36连接。所述供能装置为风力空气压力机5，或者为太阳能供能装置和气泵装置，最为优选的是二者同时使用。这里的太阳能供能装置包括太阳能采光板6、逆变器12和蓄电池13，由于这一块所采用的是现有技术，这里就不再赘述，通过太阳能采光板6采集太阳光能，并将其转化成电能通过蓄电池13储存起来，然后再通过逆变器12将其转换成电动气泵7所需要的电供其运转，并产生压力气体，电动气泵7所产生的压力气体通过电动气泵的排气管9同所述气压扬水机3的进气管36连通，气压扬水机3通过气压扬水后通过上水管10输送至高位水塔1，水源14从高位水塔1流向用户端。所述的气压扬水远程输水系统还包括与所述高位水塔1通过下水管8连通的低位蓄水池2。

其中的高位水塔1可以置于城市高层楼房房顶上，作为供居民用水或作其他用途用水的水源。

如图2所示，气压扬水机3包括：

筒体31，置于所述水源14中，所述筒体31内部被分成两筒体311、312，两所述筒体311、312上分别设有进水阀32，并在两所述筒体311、312上部分别设有排气口33；

排气调节阀39，分别设置于两所述筒体311、312的排气口33处；

控制进气阀38，分别设置于两所述筒体311、312内，并与连接于供能装置的进气管36连通，用于分别控制进入两所述筒体311、312内气体的排放；

出水管37，其进水口分别置于靠近两所述筒体311、312的底部，其出水口汇合形成一排水总管330，所述排水总管330同所述高位蓄水池1的上水管10连接；

其中一根所述出水管37的进水口位置低于另一根所述出水管37的进水口位置，两所述筒体311、312的所述出水管37汇合形成一排水总管330，所述排水总管330的充水量大于等于进水口位置较高的所述出水管37所在筒体一次所能排出的最大水量；

两所述排气口33分别通过排气管34同所述排水总管330相连通；

两所述出水管37上各设有一单向排水阀310，两所述排气管34上各设有一单向排气阀320；

所述排气调节阀39与所述控制进气阀38之间设有联动机构，所述联动机构控制所述排气调节阀39开通时所述控制进气阀38关闭，所述控制进气阀38开通时所述排气调节阀39关闭。

其中的两筒体可以采用阶梯式设置，也可以采用平行设置或其它形式的排列方式，只要保证两出水管37的进水口的位置差即可。

其中的联动机构如图2所示。

排气调节阀39包括排气阀体391和浮球阀芯392；

控制进气阀38包括进气阀体381和进气阀382；

联动机构包括：一连杆351和悬垂体352，连杆351分别同所述浮球阀芯392和进气阀芯382铰接；

连杆351的一端相对所述筒体铰接，其可沿铰接轴上下摆动；

悬垂体352的上端与连杆通过软绳390连接，其下端通过软绳同一连接件固定连接，在图1中其悬垂体352的下端通过软绳390系于出水管37上。

筒体311、312内水位上升，浮球阀芯392带动连杆351上移，浮球阀芯392关闭排气调节阀39，进气阀芯382开启控制进气阀38，实现进气排水；

筒体311、312内水位下降，悬垂体352拉动连杆351下移，浮球阀芯392开启排气调节阀39，进气阀芯382关闭控制进气阀38，实现进水排气。

图3所示为控制进气阀结构图，进气阀芯为一滑锥杆382，其上部同连杆351铰接，其下部设置于进气阀体381内，这里的进气阀体381固定于一支架353上，支架353同筒体的固定连接，滑锥杆382的下端成型一锥形结构3821，进气阀体381内成型一同锥形结构3821相适配的锥形开口结构3811和同筒体相连通的排气孔，控制进气阀38的进气接头354与进气系统通过进气管36连通，风力机所产生的压力气体通过进气管36进入同其连通的控制进气阀38内，这里的锥形开口结构可以采用橡胶等气密性材料制成，有利于气体的密封。

滑锥杆82下移时，其下端的锥形结构3821同锥形开口结构3811实现密封连接，滑锥杆382上移时，锥形开口结构3811开启，压力气体由排气孔排入筒体311、312内，其中的排气孔为设置于进气阀体381上的第一径向排气孔3812，第一径向排气孔3812靠近锥形开口结构3811的大头端设置。

滑锥杆382通过将其锥形结构3821插入控制进气阀38的锥形开口结构3811内，进而将第一径向排气孔3812密封住，实现停止向筒体311、312内排气，反之则实现向筒体内的排气。

图3和图4所示，浮球阀芯392包括：阀杆3921和浮球3922，阀杆3921固定于浮球3922的上端，浮球3922的下端同连杆351铰接，排气阀体391包括：阀壳3911和设置于阀壳3911内胶套3912，胶套3912具有一中空的通气孔39121，阀杆3921的上端设置于胶套3912的通气孔39121内，阀杆3921同胶套3912相适配控制筒体内气体的排放。

见图5和图6所示，阀壳3911内成型一凸环39111，凸环39111将阀壳3911分割为连接腔39112和通气腔39113，排气管34同连接腔39112螺纹连接，通气腔39113同筒体的排气口33相连通；胶套3912的上部卡置于凸环39111的上端面，其下部设置于所述阀壳3911的通气腔39113内，胶套3912上设有连通通气孔39121和通气腔39113的第二径向排气孔39122；浮球3922上浮并带动阀杆3921上移，阀杆3921将第二径向排气孔39122与通气孔39121阻断。

见图6所示，胶套3912的通气孔39121由锥形孔391211和同锥形孔391211的小头端相连通的柱形孔391212组成，柱形孔391212的内径小于锥形孔391211的小端直径，第二径向排气孔39122靠近锥形孔391211的小头端设置。

悬垂体352为一上部开口的塑料瓶或橡胶球。

图2中两筒体所采用最优选的布置方式，采用上下布置，两所述筒体由上筒体311和下筒体312上下连接而成，其中上筒体的容水量大于或等于排水总管330的充水量；

下筒体312上的密闭腔室380设置于所述上筒体311的上端，所述下筒体312内设有同其密闭腔室380相连通的连接340，所述连接管340贯穿所述上筒体311并插入所述下筒体312内，置于所述下筒体312内的所述连接管340上设有多个出气孔3401。

其中上筒体311和下筒体312之间还设置一个过滤网层370，在下筒体312的下方设有一同过滤网层370相连通的密闭腔室350，腔室350和下筒体312通过单向进水阀32连通，过滤网层370内的水通过一进水管360同所述腔室350相连通，所述上筒体311的下端设有同所述过滤网层370相连通的单向进水阀32，过滤网层370中的水通过所述进水阀32进入所述上筒体311内，过滤网层370的设置可以使排出来的水更加干净，避免河水中的脏东西将扬水机堵塞。

使用时，将筒体竖直放入河水中，并将水位淹没过排水总管330上的排气管34，还没有启动之前水通过过滤网层370分别通过进水阀32进入上下筒体311、312内，直至将两筒体311、312灌满为止，然后将控制进气阀38内注入压力气体，此时的排气调节阀39处于关闭状态，而控制进气阀38开启，压力气体通过进气管36分别进入两筒体311、312内，由于上筒体311内的压差大，因此上筒体311首先进行气压排水，水通过出水管37进入排水总管330，直至将水排出，随着上筒体311内的水位下降，浮球3922也跟着下降，此时的悬垂体352也跟着水位下降，悬垂体352下降到一定位置，会通过软绳390拉动连杆351使连杆351复位，进而将上筒体311的控制进气阀38关闭，即时完成进气过程，此时的上筒体311的排气调节阀39开启，同时进行进水和排气，气体沿着排气管34进入排水总管330内，由于上筒体311在排气过程中在排水总管330内形成低气压，这样会带动下筒体312内的水进入排水总管330内，使二者混合外排。

下筒体312进行进气排水，而上筒体311则进行进水排气，上筒体311排水带动下筒体312排气，下筒体312排气又要助力排水，二者相互作用；当上筒体311完成排水转为排气时，则下筒体312对应完成排气转为排水过程，上筒体311的排气带动下筒体312进行排水，下筒体312的排水助力于排气，二者相互作用周期循环下去，实现连续扬水过程。

下表是使用本发明的扬水机同对比专利的扬水机所测实验数据对照，从对照表中可以很好的看出，在相同的初始条件下，达到同样扬程，使用本发明的扬水机所用气压要低于使用对比专利的扬水机所用气压值的50％，降压效果十分明显。

本发明所用供能装置为风力空气压力机5。

如图7所示为本发明的整体结构示意图。

图中所示的一种风力空气压力机5主要包括：风力传动系统、调向轴座516、空压机、储气室517和尾翼机锁装置。

其中的风力传动系统包括：风叶514、驱动轴530、风叶轴座515和尾翼51，驱动轴贯穿风叶轴座515并同空压机箱体512内的驱动轮固定连接，尾翼51通过尾翼连杆54固定于空压机箱体512的一侧面，尾翼连杆同箱体512铰接，所述风叶轴座515同调向轴座516旋转连接。

调向轴座516，包括旋转座5161和固定座5162组成，其中的旋转座5161同所述风叶轴座515的下端固定连接，旋转座5161同固定座5162之间可旋转连接，旋转座5161的中轴线上设置一贯穿的压力气通道544和同压力气通道544相连通的进气管543，储气室517同压力气通道544连通，风力传动系统可绕调向轴座516旋转。

空压机，包括箱体512、驱动轮56和至少一个气缸511，气缸511设置于箱体512上，驱动轮56设置于箱体512内并套置固定于风力传动系统的驱动轴530上，驱动轮56的驱动面上成型有闭合的滑轨结构，气缸511的活塞连杆527作用端约束于驱动轮56的滑轨结构并沿滑轨结构滑动，每个气缸511的活塞连杆527上设置有垂直于所述气缸活塞连杆527轴线的连杆导向机构531，连杆导向机构531同活塞连杆527垂直设置，共对称设置四个连杆导向机构531，分别从四个方向上限制其摆动，气缸工作时只需其在上下方向移动，以确保气缸511在吸气和排气时的运行平稳。

所述连杆导向机构531包括多个导向轮5312，所述导向轮5312通过连杆5311固定于所述气缸511的缸体内壁上；多个所述导向轮5312均布于所述活塞连杆527的外圆周上，并同所述活塞连杆527滚动连接，这里的导向轮5312可以为滚动轴承或滑动轴承。

储气室517，设置于所述调向轴座516的下方，调向轴座516同储气室517通过气密元件546密封连接，所述固定座5162的下端固定在储气室517的上端，置于空压机上的排气总管535上设有单向排气阀513，排气总管535同旋转座5161上的轴座进气管543相连通，所述排气总管535内的气体依次通过轴座进气管543、压力气通道544排入所述储气室517内，如图14和图16所示，储气室517内的压缩气体通过气路同气压扬水机3的进气管36连通。

如图10、图11和图12所示，其中的驱动轴530设置于滑轨结构的中心，滑轨结构由多段弧形滑轨529首尾连接而成，多段所述弧形滑轨529连接后形成一凹凸相间分布的闭合滑轨结构，活塞连杆527的作用端作用于滑轨结构上并受其约束；弧形滑轨529包括上行的排气弧形滑轨和下行的吸气弧形滑轨，排气弧形滑轨和吸气弧形滑轨呈对称设置，且同气缸511的运行轨迹相适配；驱动轮56旋转并带动活塞连杆527的作用端沿着弧形滑轨529作上下周期性往复运动，实现气缸511的增速排气和吸气过程。

图10是两倍增速的驱动轮结构图，驱动轴旋转一周设置于箱体512上的气缸11需要进行两次吸排气过程，主要用于小型风机上。

图11是三倍增速的驱动轮结构图，驱动轴旋转一周设置于箱体512上的气缸11需要进行三次吸排气过程，主要用于小型风机上。

图12是六倍增速的驱动轮结构图，箱体512上设置多个气缸511，驱动轴530旋转一周，箱体512上的单个气缸511需要完成六次的吸排气过程，主要用于大型风机上。

当然也可以根据情况设置多倍增速的驱动轮56，只需改变滑轨结构上吸气弧形轨道和排气弧形轨道的数量即可设计出实现不同增速的驱动轮56。

图13所示为驱动轮56的滑轨结构线形图，排气弧形轨道和吸气弧形轨道为相同弧形的结构，即分别由外凸圆弧段5291、直线段5292和内凹圆弧段5293连接而成，其中的直线段5292分别同外凸圆弧段5291和内凹圆弧段5293相切，外凸圆弧段5291的端部对应于气缸511的上止点位置，内凹圆弧段5293的端部对应于气缸511的下止点位置。

下表对气缸511的活塞连杆在上行和下行运行至各个行速阶段的解释

行速阶段	轨迹形状	工作状态	扭矩	行程
					上行上段	外凸圆弧段	高气压储气缓冲	大	小
上行中段	直线段	气体压缩加速	小	大
					上行下段	内凹圆弧段	改变行程方向缓冲	大	小

行速阶段	轨迹形状	工作状态	扭矩	行程
					下行上段	外凸圆弧段	改变行程方向缓冲	大	小15
下行中段	直线段	吸气加速	小	大
					下行下段	内凹圆弧段	吸气还原大气压力	大	小

其中的弧形滑轨529也可以为正弦形滑轨，滑轨结构展开后形成一波形相同的正弦波结构；多个正弦形滑轨首尾连接所成型的滑轨结构内接于以驱动轮56的轴线为圆心的圆，滑轨结构上成型有多个正弦形滑轨连接凹点，其中的连接凹点为气缸511由吸气状态转为排气状态的转折点。下行凹点转为改变上行初步转折缓冲点。

如图10和图11所示，其中的滑轨结构成型于驱动轮56的外圆端面上，而弧形滑轨529为成型于驱动轮56外圆端面上的凹槽533，凹槽533的一侧成型有防脱保持架534，所述活塞连杆527的作用端设有一轴承532，轴承532容置于凹槽533内，并受防脱保持架534约束，驱动轮56旋转时，设置于活塞连杆527作用端的轴承532绕弧形滑轨529作周期性往复运动。

轴承532设置于活塞连杆527的端部，轴承532为滑动轴承或滚动轴承。

图10-12中所示的箱体512呈圆柱形，其上部圆柱面上设置有偶数个同滑轨结构滑动连接的气缸511，各个气缸511同箱体512的圆柱面垂直设置，相邻两气缸511所形成的中心夹角相等，各个所述气缸511上的排气管相串接后同排气总管连通。

图10和图11所示的气缸511活塞的润滑是通过驱动轮56运转时自动完成的，对于小型风机其行速快，仅仅依靠驱动轮56所产生的离心力即可将箱体512内的润滑油带入气缸511内，从而使气缸511得以润滑；对于大型风机，由于驱动轮56的直径较大，且旋转速度慢，位于箱体512底部的润滑油无法通过离心力的作用带入气缸511内，因此需要在箱体512内设置一液压油泵，如图12所示，其中的液压油泵由液压缸540及套置固定于驱动轴530上的凸轮536组成，液压缸540的活塞杆538端部设有滑动轴承542，滑动轴承542与液压缸540缸体之间的活塞杆538上套置有供液压缸540执行吸油动作的复位弹簧541，驱动轴530旋转并带动凸轮536旋转使液压缸540的活塞杆538端部沿凸轮536的外端面作往复运动；液压缸540上设有吸油口和出油口539，液压缸的出油口539同多个油管537连接，多个油管537同多个气缸511的缸体内腔一一对应连通，从而依靠风力所产生的动力即可实现对箱体512上各个缸体的润滑。

另外，在箱体512上设置有用于启闭空压机工作状态的尾翼机锁装置，如图8和图9所示，其包括：

尾翼杆固定架59，固定于所述箱体512上，所述尾翼杆固定架59设置于所述尾翼连杆54固定端的斜上方；

锁定机构510，设置于所述尾翼杆固定架59上；

关机时，拉动所述尾翼51，使所述尾翼连杆54沿铰接轴58旋转，使所述尾翼连杆54旋转至所述尾翼杆固定架59处，并通过锁定机构510将所述尾翼连杆54位置锁定。

尾翼杆固定架59包括两个上下水平设置的上连接板591和下连接杆592，两所述连接板591、592的一端分别同所述箱体512固定连接，两所述连接板591、592之间形成一锁定空间；

锁定机构510包括：拉杆522、套筒525和回位弹簧521；

所述套筒525的上端同所述下连接板592固定连接，所述套筒525内设置一限位板524，所述下连接板592和所述限位板524上各成型一通孔549，所述拉杆522设置于所述套筒525内并贯穿所述限位板524和所述下连接板592上的通孔549，所述拉杆522的下端设有一拉杆挂环526；

所述拉杆522上部设有一弹簧支撑托板523，所述回位弹簧521设置于所述套筒525内并套置于所述拉杆522的上部，所述回位弹簧521的上端作用于所述弹簧支撑托板523上，其下端作用于所述限位板524上，所述拉杆522上设有一同所述限位板524卡扣连接的卡槽548，回位弹簧521同拉杆522间隙配合。

尾翼连杆54上固定一套环519，为了便于关机，在拉杆522的上端设置一个楔形面5221，关机时套环519可沿着楔形面5221上移进入锁定空间。

如图9所示为关机时的状态图，在空压机的上端固定一滑轮57，在尾翼51上也设置一滑轮57，在锁定机构510的上方设置一固定于箱体512侧面的连接杆518，连接杆518的端部固定一挂环53，拉绳52的一端系于挂环53上，另一端依次绕过尾翼51和空压机上的滑轮57并在拉绳52的端部系接以拉环55。关机时可用一个上端带有拉钩的长杆拉动拉绳52端部的拉环55，尾翼连杆54带动尾翼51沿着铰接轴58向着斜上方转动，直至将尾翼连杆54上的套环519套置于下连接板592上为止，然后通过旋转位于锁定机构510下端的拉杆挂环526使卡槽548脱离限位板524，回位弹簧521的上端回弹并带动所述拉杆522上移使所述拉杆522的上端穿过所述下连接板592通孔进入锁定空间，进而将套环519锁定。

开机时如图8所示，向下拉动拉杆522下端的拉杆挂环526使拉杆522下移至卡槽548接近限位板524的位置，此时尾翼连杆54上的套环519脱离拉杆的上端，尾翼连杆54带动尾翼51沿着铰接轴58向着斜下方复位至工作状态，然后通过旋转拉杆522将卡槽548卡置于限位板524上，从而完成开机过程。

对于大型或中型空气压力机，为了减少运行时气缸511所产生的负荷，实现风力空气压力机在微风下的平稳运行，在空气压力机上设置了泄压阀547，可有效提高整套系统设置的效率，提高空气压力机的利用率，使其在微风下可以运转工作。

如图12所示，排气总管535共设置至少两路排气支管550，每路排气支管550同设置相应数量的气缸511上的排气管相连通，各路所述排气支管550汇合后同所述排气总管535连接；其中一路排气支管550通过一单向排气阀513同所述排气总管535连通；其余各路排气支管5550分别通过一泄压阀5547和单向排气阀513同所述排气总管535连通；当风力较小时，同所述风力强度相对应的一路所述泄压阀547开启，同所述泄压阀547相连接的各个气缸511所产生的压力空气外排至大气。

图12所示出了设置两路排气支管550的情况，共设置四个气缸511，其中每两个气缸511设置为一组，并分别同各自的排气支管550连接，其中一路排气支管550通过一单向排气阀513同排气总管535连通；另一路排气支管550同另外两个气缸511的排气管连接后输出，然后依次通过一泄压阀547和单向排气阀513同排气总管535连通，在箱体512上还设置了减压气孔528，如图11所示。

对于多组气缸511的大型空气压力机，也可以设置三路以上的排气支管550，若设置三路排气支管，其中一路排气支管550通过单向排气阀513直接同排气总管535连通，另外两路排气支管550分别通过一个泄压阀547和一个单向排气阀513同排气总管535连通，其中的两个泄压阀547可以针对不同风速进行设置，可以适应不同风速下的空气压力机运行，当到达一定风速时，其对应这一风速级别的泄压阀547工作并执行泄压动作。

其中的泄压阀547如图15、图16和图17所示，所述泄压阀547设置于所述箱体512上，其包括阀壳5471、旋转阀芯5472和风力操作机构，所述旋转阀芯5472设置于所述阀壳5471内，二者密封连接，所述旋转阀芯5472内部成型一气流通道5479，所述阀壳5471上设有两个呈一旋转角的排气孔5473和同所述排气支管550相连通的进气孔5470，所述旋转阀芯旋转时，所述阀壳的进气孔5470通过所述气流通道5479同两所述排气孔5473中的其一相连通。

图中所示的所述气流通道5479起始于所述旋转阀芯5472的端部并同设置于所述阀壳5471底部的进气孔5470相连通，所述气流通道5479终止于所述旋转阀芯5472的柱状弧面上，所述旋转阀芯5472旋转并使所述气流通道5479同成型于所述阀壳5471柱形侧壁上的两个呈90度旋转角的排气孔5473一一对应连通，也可呈其它角度的旋转角，这里不限于90度旋转角；

其中一个排气孔5473同所述进气管543连通，另一个排气孔5473同外界大气连通。

所述风力操作机构设置于所述旋转阀芯5472的端部，其根据风力大小操作所述旋转阀芯5472执行旋转动作。

所述风力操作机构包括：

旋转轴5475，固定于所述旋转阀芯5472端部，可以设置用于限制旋转轴5475旋转角度的限位块5478，限位块的位置可以设置在阀壳上，也可以设置于箱体512上其它可以固定的位置；

取风挡板，包括一个取风面较大的大块取风挡板5476和一个取风面较小的小块取风挡板5474，两所述取风挡板5474、5476呈90度固定于所述旋转轴5475上，所述大块取风挡板5476和小块取风挡板5474均垂直于风向设置，这里两取风挡板5474、5476所形成的角度不限于90度，也可为其它角度，其最初状态可以将大块取风挡板5474设置于竖直位置，而小块取风挡板5476设置在水平避风的位置，此时的初始位置为泄压阀547处于微风时的位置，即气缸511所产生的压力气体部分外排至大气中，当然，这里的取风挡板也可以设置一个，主要用于依靠风力启动旋转阀芯5472产生旋转；

碟簧5477，其一端固定于所述限位块5478上，其另一端绕所述旋转轴5475固定于所述其中一个取风挡板上；

风速较大时，风力驱动大块取风挡板5476，使大块取风挡板5476依次带动所述旋转轴5475、旋转阀芯5472旋转90度，使旋转阀芯5472中的气流通道5479旋转至同进气管543相连通的排气孔5473的位置，气缸511内的压力空气直接通过旋转阀芯5472内的气流通道5479进入同储气室517相连通的进气管543，然后进入压力气通道544排入储气室517内，此时所有的气缸511所排放的压力气体均被排入储气室517内。

风速较小时，两个取风挡板5474、5476在碟簧5477的作用恢复到初始位置，实现其中一组气缸511所产生的压力空气外排至大气中，从而减轻了空压机的负荷，实现空压机在风力较小环境下的正常运行。

设置多个泄压阀547时，每个泄压阀547所对应的风速不同，其工作的时机也不同，也就是说，每个泄压阀547的开启同一定的风速大小相对应。

在减少空压机的负荷的情况下，为了不破坏空压机的受力平衡，可以使气缸511在驱动轮56上呈规律性间隔设置，也可以采用其他形式的设置，只要不改变空压机的受力平衡即可，这里不再赘述。

多气缸511风力空压机的泄压阀的作用，由于风的大与小的极差很大，为了充分利用长时间的小微风，在小微风时，采用多气缸511时，用泄压阀减去1/2、1/3、2/5等部分气缸511的工作压力来实现小微风工作。在大风风速时封掉泄压阀，使其进行利用大风正常工作。

另外，在高位水塔1的下部还设置了一个水力发电机4，可以同时利用高位水塔1进行发电，从而形成一种气压扬水位能发电系统，如图18所示，当高位水塔1中的水使用不完的情况下，可以将部分水的位能转换为电能。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气压扬水远程输水系统，包括靠近水源(14)的高位水塔(1)、提水装置和为所述提水装置提供能量的供能装置，所述提水装置用于将所述水源(14)中的水提至所述高位水塔(1)中，水源(14)从高位水塔(1)流向用户端，其特征在于，

所述提水装置为气压扬水机(3)，所述供能装置通过气路同所述气压扬水机(3)的进气管(36)连接，所述气压扬水机(3)包括：

筒体(31)，置于所述水源(14)中，所述筒体(31)内部被分成两筒体(311、312)，两所述筒体(311、312)上分别设有进水阀(32)，并在两所述筒体(311、312)上部分别设有排气口(33)；

排气调节阀(39)，分别设置于两所述筒体(311、312)的排气口(33)处；

控制进气阀(38)，分别设置于两所述筒体(311、312)内，并与连接于供能装置的进气管(36)连通，用于分别控制进入两所述筒体(311、312)内气体的排放；

出水管(37)，其进水口分别置于靠近两所述筒体(311、312)的底部，其出水口汇合形成一排水总管(330)，所述排水总管(330)同所述高位水塔(1)的上水管(10)连接；

其中一根所述出水管的进水口位置低于另一根所述出水管的进水口位置，所述排水总管(330)的充水量大于等于进水口位置较高的所述出水管所在筒体一次所能排出的最大水量；

两所述排气口(33)分别通过排气管(34)同所述排水总管(330)相连通；

两所述出水管(37)上各设有一单向排水阀(310)，两所述排气管(34)上各设有一单向排气阀(320)；

所述排气调节阀(39)与所述控制进气阀(38)之间设有联动机构，所述联动机构控制所述排气调节阀(39)开通时所述控制进气阀(38)关闭，所述控制进气阀(38)开通时所述排气调节阀(39)关闭。

2.根据权利要求1所述的气压扬水蓄能系统，其特征在于，

所述排气调节阀(39)包括排气阀体(391)和浮球阀芯；

所述控制进气阀(38)包括进气阀体(381)和进气阀芯；

所述联动机构包括：一连杆(351)和悬垂体(352)，所述连杆(351)分别同所述浮球阀芯和进气阀芯铰接；

所述连杆(351)的一端相对所述筒体铰接，其可沿铰接轴上下摆动；

所述悬垂体(352)的上端与所述连杆(351)通过软绳(390)连接，其下端通过软绳同一连接件固定连接。

3.根据权利要求2所述的气压扬水蓄能系统，其特征在于，

所述进气阀芯为一滑锥杆(382)，其一端同所述连杆(351)铰接，其另一端设置于所述进气阀体(381)内，所述滑锥杆(382)的自由端成型一锥形结构(3821)；

所述进气阀体(381)内成型一锥形开口结构(3811)和与所述筒体相连通的排气孔，所述锥形开口结构(3811)与所述锥形结构(3821)相适配；

所述排气孔为设置于所述进气阀体(381)上的第一径向排气孔(3812)，所述第一径向排气孔(3812)靠近所述锥形开口结构(3811)的大头端设置；

所述浮球阀芯(392)包括：阀杆(3921)和浮球(3922)，所述阀杆(3921)固定于所述浮球(3922)的上端，所述浮球(3922)的下端同所述连杆(351)铰接；

所述排气阀体(391)包括：阀壳(3911)和设置于所述阀壳(3911)内的胶套(3912)，所述胶套具有一中空的通气孔(39121)，所述阀杆(3921)的上端设置于所述胶套(3912)的通气孔(39121)内，所述阀杆(3921)同所述胶套(3912)相适配控制所述筒体内气体的排放。

4.根据权利要求1-3任一所述的气压扬水蓄能系统，其特征在于，

所述筒体(31)由上筒体(311)和下筒体(312)上下连接而成，所述上筒体(311)的容水量大于或等于所述排水总管(330)的充水量；

所述上筒体(311)的上端设有同所述下筒体(312)连通的密闭腔室(380)，所述下筒体(312)的排气口设置于所述密闭腔室(380)上，所述控制进气阀(338)、和连杆(351)设置于所述密闭腔室(380)内，所述悬垂体(36)设置于所述下筒体(312)内；所述下筒体(312)同所述密闭腔室(380)相连通的连接管(340)上设有多个排气孔(3401)，进入所述下筒体(312)内的气体通过所述排气孔(3401)进入所述密闭腔室(380)内；

所述上筒体(311)和所述下筒体(312)之间设有过滤网层(370)，所述下筒体(312)的下方设有同其连接的腔室(350)，所述腔室(350)与所述下筒体(312)通过单向进水阀(32)连通，所述过滤网层(370)内的水通过一进水管(360)同所述腔室(350)相连通，所述上筒体(311)的下端通过所述单向进水阀(32)同所述过滤网层(370)相连通。

5.根据权利要求1所述的气压扬水蓄能系统，其特征在于，

所述供能装置为风力空气压力机(5)，其包括：风力传动系统和空压机，所述空压机包括箱体(512)、驱动轮(56)和气缸(511)，所述气缸(511)设置于所述箱体(512)上，所述驱动轮(56)设置于所述箱体(512)内并套置固定于所述风力传动系统的驱动轴(530)上，所述驱动轮(56)的驱动面上成型有闭合的滑轨结构，所述气缸(511)的活塞连杆(527)作用端约束于所述驱动轮(56)的滑轨结构并沿所述滑轨结构滑动，所述气缸(511)所产生的压缩气体通过排气总管(535)输送至储气室(517)，所述储气室(517)通过气路同所述气压扬水机(3)的进气管(36)连接；

所述驱动轴(530)设置于所述滑轨结构的中心，垂直于所述气缸(511)活塞连杆(527)的轴线方向上还设有一连杆导向机构(531)，所述连杆导向机构(531)同所述活塞连杆(527)滚动连接；

所述连杆导向机构(531)包括多个导向轮(5312)，所述导向轮(5312)通过连杆(5311)固定于所述气缸(511)的缸体内壁上；多个所述导向轮(5312)均布于所述活塞连杆(527)的外圆周上，并同所述活塞连杆(527)滚动连接。

6.根据权利要求5所述的气压扬水蓄能系统，其特征在于，

所述滑轨结构由多段弧形滑轨(529)首尾连接而成，多段所述弧形滑轨(529)连接后形成一凹凸相间分布的闭合滑轨结构；

所述弧形滑轨(529)包括上行的排气弧形滑轨和下行的吸气弧形滑轨，所述排气弧形滑轨和吸气弧形滑轨分别由外凸圆弧段(5291)、直线段(5292)和内凹圆弧段(5293)连接而成，所述直线段(5292)分别同所述外凸圆弧段(5291)和内凹圆弧段(5293)相切，所述外凸圆弧段(5291)的端部对应于所述气缸(511)的上止点位置，所述内凹圆弧段(5293)的端部对应于所述气缸(511)的下止点位置。

7.根据权利要求6所述的气压扬水蓄能系统，其特征在于，

所述滑轨结构成型于所述驱动轮(56)的外圆端面上，所述的弧形滑轨(529)为成型于所述驱动轮(56)外圆端面上的凹槽(533)，所述凹槽(533)的一侧成型有防脱保持架(534)，所述活塞连杆(527)的作用端设有一轴承(532)，所述轴承(532)容置于所述凹槽(533)内，并受所述防脱保持架(534)约束，所述驱动轮(56)旋转时，设置于所述活塞连杆(527)作用端的轴承(532)绕所述弧形滑轨(529)作周期性往复运动。

8.根据权利要求1-7任一所述的气压扬水远程输水系统，其特征在于，

所述供能装置还包括太阳能供能装置和气泵装置，所述气泵装置同所述太阳能供能装置电连接，所述气泵装置的排气管(9)同所述气压扬水机(3)的进气管(36)连通，所述气压扬水机(3)同所述气泵装置之间的连接气路上设有单向进气阀。

9.根据权利要求1-8任一所述的气压扬水远程输水系统，其特征在于，

所述的气压扬水远程输水系统还包括与所述高位水塔(1)通过管路连通的低位蓄水池(2)，所述管路与所述高位水塔(1)连接端的水平高度高于其与所述低位蓄水池(2)连接端的水平高度。

10.一种气压扬水位能发电系统，其特征在于包括权利要求1-9任一所述的气压扬水远程输水系统和设置在所述高位水塔(1)下部的水力发电机(4)，所述水力发电机(4)在高位水塔(1)中的水的带动下实现发电。

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