CN103438029A - 风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气动弹簧储能循环式泵及风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统，属于潜水泵技术领域。气动弹簧储能循环式泵至少包括两级级联的用压缩空气驱动的气动弹簧泵，第一级气动弹簧泵连接压缩空气源，前一级气动弹簧泵排出的压缩空气用于驱动后一级气动弹簧泵。本发明提供的气动弹簧储能循环式泵结构简单，可以循环使用输入的压缩空气，所以它高效节能、持久耐用，同时，泵体具有自吸水功能，可以代替传统的潜水泵和离心泵，应用于需要抽水的地方。

Description

风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统

技术领域

本发明涉及一种气动弹簧储能循环式泵及风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统，属于潜水泵技术领域。

背景技术

传统的潜水泵、离心泵是用电机旋转来驱动叶轮产生离心力把水抽高，效率低、容易坏。所以行业内规定潜水泵运转2000小时左右，就要维护检修，费事费力。特别是在一些需要防爆的环境，或是石油化工方面的应用，都受到一定的制约。

为克服上述技术问题,本发明人于2011年向国家知识产权局提供了发明名称为“一种气囊式高压泵水装置及其制作方法”的发明专利申请，其申请号是201110097755.4，但是该发明在制作和应用的过程中发现了一些缺陷：

第一：设计的泵体是单一的，不能循环做功，造成了气能我浪费；

第二：设计的泵体没有自吸功能，要靠水自身的压力被动进水；

第三：控制方面，用流量开关和气动换向阀控制，过程复杂，不灵活；

第四：没有设计利用晚间的低谷电存储压缩空气来供给气动泵做功，没有风的时候不能抽水。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的目是提供了气动弹簧储能循环式泵及风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统，其可以利用压缩空气进行循环做功，将水泵压到高处，且泵体具有自吸功能。

为实现所述发明目的，本发明的一方面提供一种气动弹簧储能循环式泵，其至少包括两级级联的用压缩空气驱动的气动弹簧泵，第一级气动弹簧泵连接压缩空气源，前一级气动弹簧泵排出的压缩空气用于驱动后一级气动弹簧泵。

每一级气动弹簧泵包括两个容器和两个换向阀每个容器内的上部设置有空气气囊，空气气囊的上端和下端分别设置有第一法兰盘和第二法兰盘，第二法兰盘的下部和容器的底部设置有弹簧，每个容器的上端设置有插入容器内空气气囊的通气管，每个容器的底部设置有单向进水阀；每个容器还设置有出水管，出水管处设置有单向排水阀；换向阀的充气端口与一个容器的通气管相连通、进气端口与气源连通、排气端口与外界相连或者通过总管路与下一级的气动弹簧泵的一个换向阀的进气端口相连；两个换向阀按时分复用的方式换向。

优选地，每一级气动弹簧泵的容器的容积均相同。

优选地，换向阀为二位三通电磁换向阀。

所有容器上下垂直设置或者左右并列设置。

为实现所述发明目的，本发明的另一方面提供一种风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统，其包括用于将空气进行压缩的风力空气压缩机或者将空气进行压缩的电力压缩机以及用于存储压缩空气的储气容器，还包括上述的任一气动弹簧储能循环式泵，所述气动弹簧储能循环式泵利用储气容器所存储的压缩空气进行驱动。

与现有技术相比，本发明提供的气动弹簧储能循环式泵及风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统因为没有旋转部分，不需要像传统的潜水电泵和离心泵那样要密封、绝缘等，并且可以循环使用输入的压缩空气，所以它高效节能、持久耐用，可以代替传统的潜水泵和离心泵，应用于需要抽水的地方。

附图说明

图1是本发明提供的风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统的示意图；

图2是本发明在开始时段PLC提供的脉冲信号；

图3是本发明在工作时段PLC提供的脉冲信号。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明。相同的附图标记表示相同的部件。

图1是本发明提供的风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统的示意图。如图1所示，本发明提供的系统包括用于将空气进行压缩的风力空气压缩机或者将空气进行压缩的电力压缩机以及用于存储压缩空气的储气容器，还包括气动弹簧储能循环式泵，所述气动弹簧储能循环式泵利用储气容器所存储的压缩空气进行驱动。气动弹簧储能循环式泵包括第一级气动弹簧泵，所述第一级弹簧泵包括：第一容器1、与第一容器彼此独立且容积相同的第二容器2、第一换向阀33和第二换向阀34，其中，第一容器1内设置有第一三囊空气气囊5，第一三囊空气气囊的上端和下端分别设置有第一法兰盘和第二法兰盘12，第二法兰盘的下部和第一容器的底部设置有弹簧16，在三囊空气气囊5没有膨胀时，弹簧16呈自然状态；所述第一容器1的上端设置有插入第一容器内第一三囊空气气囊5的第一通气管25，所述第一容器的底部设置有第一单向进水阀17，第一容器还设置有第一出水管29，第一出水管处设置有第一单向排水阀21。第二容器2内设置有第二三囊空气气囊6，第二三囊空气气囊的上端和下端分别设置有第三法兰盘和第四法兰盘11，第四法兰盘的下部和第二容器的底部设置有弹簧15，在三囊空气气囊6没有膨胀时，弹簧15呈自然状态；所述第二容器2的上端设置有插入第二容器内的第二三囊空气气囊6中的第二通气管26，所述第二容器的底部设置有第二单向进水阀18；第二容器还设置有第二出水管30，第二出水管处设置有第二单向排水阀22。第一换向阀33的充气端口46与第一通气管25相连通，进气端口47与压缩气源连通，排气端口51与总管路55连通；第二换向阀34的充气端口45与第二通气管26相连通，进气端口48与压缩气源连通，排气端口52与总管路55连通。第一换向阀和第二换向阀交替换向工作。出水管29和30最终汇成一路接入总出水管38。本实施例中，将第一容器和第二容器设置成上下结构，使第二容器位于第一容器的正上方，为使它们在垂直的一条直线上。空气压缩机61或者风力空气压缩系统63将空气压缩成高压空气并通过管路60或者61存储在储气罐59中，储气罐59的开口58外设有总阀门57，储气罐59通过总阀门57和减压阀56分别连接到第一换向阀和第二换向阀的进气端口。出水管与容器做焊接处理以防止漏水或者漏气。

气动弹簧储能循环式泵还包括第二级气动弹簧泵，所述第二级气动弹簧泵包括：第三容器3、与第三容器彼此独立且容积相同的第四容器4、第三换向阀35和第四换向阀36，其中，第三容器3内设置有第三三囊空气气囊7，第三三囊空气气囊的上端和下端分别设置有第五法兰盘和第六法兰盘10，第六法兰盘的下部和第三容器的底部设置有弹簧14，在三囊空气气囊7没有膨胀时，弹簧14呈自然状态；所述第三容器的上端设置有插入第三容器内的第三三囊空气气囊的第三通气管27，所述第三容器的底部设置有第三单向进水阀19；第三容器还设置有第三出水管31，第三出水管处设置有第三单向排水阀21。第四容器4内设置有第四三囊空气气囊，第四三囊空气气囊的上端和下端分别设置有第七法兰盘和第八法兰盘9，第八法兰盘的下部和第四容器的底部设置有弹簧13，在三囊空气气囊8没有膨胀时，弹簧13呈自然状态；所述第四容器4的上端设置有插入第四容器内的第二三囊空气气囊8中的第四通气管28，所述第四容器的底部设置有第四单向进水阀20；第四容器还设置有第四出水管32，第四出水管处设置有第四单向排水阀24。第三换向阀35的充气端口44与第三通气管27相连通，进气端口49与总管路55连通，排气端口53与外界连通或者连接到下一级泵；第四换向阀36的充气端口43与第四通气管28相连通，进气端口50与气管55连通，排气端口50与外界连通或者连接到下一级泵。第三换向阀和第四换向阀交替换向工作。出水管31和32最终汇成一路接入总出水管38。本实施例中，将第三容器和第四容器设置成上下结构，使第四容器位于第三容器的正上方，第三容器位于第二容器的正上方，为使它们在垂直的一条直线上。 

第一、第二、第三和第四换向阀为二位三通电磁换向阀，它们分别由PLC 39的四个控制端40、41、42和37进行控制。

所述压缩空气可以利用风力通过风力空气压缩机63进行压缩并通过管路64存储于储气容器59中；还可以通过晚上的谷电62利用空气压缩机61进行压缩并通过管路60存储于存储容器59中，也可以是二者的结合。还可以用其它方式将空气压缩并存储于存储容器中，以供使用。

 PLC 39采用时分复用的方式控制每一级气动弹簧泵的工作状态，具体的工作过程如下：

开始时，储气罐关闭。PLC 39分别通过四个控制端40、41、42和37给第一换向阀33、第二换向阀34、第三换向阀35和第四换向阀36提供如图2所示的控制信号，其中，                                                和

的脉冲波形相同，分别由控制端40和37提供；

和

的脉冲波形相同，分别由控制端41和42提供。在

内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和排气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和进气端口接通，此时段，第一容器内的三囊空气气囊5依次通过第一气管25、第一换向阀33的充气端口46、第一换向阀33的排气端口51、总管路55、第三换向阀的进气端口49、充气端口44、第三气管27与第三容器内三囊空气气囊7连通，随着泵体的下沉，“水”通过第一容器1底部的第一单向进水阀19进入到第一容器1，第一容器内的三囊空气气囊5里面的空气随着不断升高的“水”的挤压进入到第三容器内三囊空气气囊7内。由于第一容器内三囊空气气囊7和第三容器内三囊空气气囊7相当于两个连通的密闭容器，由于空气的压强，水并没有充满第一容器。

在

内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和进气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和排气端口接通，此时段，第二容器2内的三囊空气气囊6依次通过第二气管26、第二换向阀34的充气端口45、第二换向阀34的排气端口52、总管路55、第四换向阀36的进气端口50、充气端口43、第四气管28与第四容器4内的三囊空气气囊8连通，随着泵体的下沉，“水”通过第二容器2底部的第二单向进水阀9进入到第二容器2，第二容器2内三囊空气气囊6里面的空气随着不断升高的“水”的挤压进入到第四容器4三囊空气气囊8。由于第二容器内三囊空气气囊6和第四容器内三囊空气气囊8相当于两个连通的密闭容器，由于空气的压强，水并没有充满第二容器。此时段，第三容器内的三囊空气气囊7中的部分空气经第三换向阀35排放到外界。

在

内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和排气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和进气端口接通。此时段，第一容器内的三囊空气气囊5依次通过第一气管25、第一换向阀33的充气端口46、第一换向阀33的排气端口51、总管路55、第三换向阀的进气端口49、充气端口44、第三气管27与第三容器内的三囊空气气囊7连通。由于水的压力，第三容器3的单向进水阀门打开，水充入第三容器，但此时第一容器内的三囊空气气囊5和第三容器内的三囊空气气囊7相当于两个连通的密闭容器，由于容器内空气的压强，第三容器并没有充满水。

在内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和进气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和排气端口接通，此时段，第二容器2内的三囊空气气囊6依次通过第二气管26、第二换向阀34的充气端口45、第二换向阀34的排气端口52、总管路55、第四换向阀36的进气端口50、充气端口43、第四气管28 与第四容器4内的三囊空气气囊8连通。由于水的压力，第四容器4的单向进水阀门打开，水充入第四容器，但此时第二容器内的三囊空气气囊6和第四容器内的三囊空气气囊8相当于两个连通的密闭容器，由于容器内空气的压强，第四容器并没有充满水。此时段，第三容器内的三囊空气气囊7中的部分空气排除到外界。

至此，四个容器都浸入水中。如果此时，泵体继续沿水的深度方向下移，四个容器下端的四个单向进水阀均打开，与外界没连通的容器内的空气被压缩，与外界连通的容器中的空气排放到外界。

在

内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和排气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和进气端口接通。此时段，第一容器内的三囊空气气囊5依次通过第一气管25、第一换向阀33的充气端口46、第一换向阀33的排气端口51、总管路55、第三换向阀的进气端口49、充气端口49、第三气管27与第三容器内的三囊空气气囊7连通。此时段，第一容器内的三囊空气气囊5和第三容器内的三囊空气气囊7相当于两个连通的密闭容器，第四容器内的三囊空气气囊8中的部分空气经第四换向阀23排除到外界。

在

内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和进气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和排气端口接通，此时段，第二容器2的三囊空气气囊6依次通过第二气管26、第二换向阀34的充气端口45、第二换向阀34的排气端口52、总管路55、第四换向阀36的进气端口50、充气端口43、第四气管28与第四容器4内的三囊空气气囊8连通。此时段，第二容器内的三囊空气气囊和第四容器内的三囊空气气囊8相当于两个连通的密闭容器，第三容器内的三囊空气气囊中的部分空气经第三换向阀35的排气端口53排放到外界。

多次重复

时段的过程，四个容器均充满了水。而后打开总阀门57，调节好减压阀56，接入压缩空气。PLC27将图2所示的控制信号延迟

，得到如图3所示的信号，而后分别通过四个控制端40、41、42和37给第一换向阀33、第二换向阀34、第三换向阀35和第四换向阀36施加。

在内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和进气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和排气端口接通，此时段，储气罐依次通过总阀门57、减压阀56、第一换向阀33的进气端口47、第一换向阀33的充气端口47、第一气管25与第一容器1内的三囊空气气囊5连通，第一容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第一单向进水阀17，打开第一单向排水阀21从第一排水管29泵到总水管38中，同时，弹簧16受到挤压而收缩，将部分压缩空气的气能转换的弹性势能。

在

内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和排气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和进气端口接通，此时段，第一容器内的三囊空气气囊5依次通过第一气管25、第一换向阀33的充气端口46、第一换向阀33的排气端口51、总管路55、第三换向阀的进气端口49、充气端口44、第三气管27与第三容器内的三囊空气气囊7连通，第一容器1内的三囊空气气囊5里面的压缩空气进入到第三容器内的三囊空气气囊7，第三容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第三单向进水阀19，打开第三单向排水阀23从第三排水管31泵到总水管38中，同时，弹簧14受到挤压而收缩，将部分压缩空气的气能转换的弹性势能，第一容器1内的弹簧16伸张，加速三囊空气气囊5收缩，在第一容器的底部形成负水压，第一容器1底部的第一单向进水阀17迅速打开，水又充入第一容器1。另外，储气罐依次通过总阀门57、减压阀56、第二换向阀34的进气端口48、第二换向阀34的充气端口45、第二气管26与第二容器2内的三囊空气气囊6连通，第二容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第二单向进水阀18，打开第二单向排水阀22从第二排水管30也泵到总水管38中，同时，弹簧15受到挤压而收缩，将部分压缩空气的气能转换的弹性势能。

在

内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和进气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和排气端口接通，此时段，第二容器内的三囊空气气囊6依次通过第二气管26、第二换向阀34的充气端口45、第二换向阀34的排气端口52、总管路55、第四换向阀的进气端口50、充气端口43、第四气管28与第四容器内的三囊空气气囊8连通，第二容器2内的三囊空气气囊6里面的压缩空气进入到四容器内的三囊空气气囊8，第四容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第四单向进水阀20，打开第四单向排水阀24从第四排水管32泵到总水管38中，同时，弹簧13受到挤压而收缩，将部分压缩空气的气能转换的弹性势能，第二容器2内的弹簧15伸张，加速三囊空气气囊6收缩，在第二容器的底部形成负水压，第二容器2底部的第二单向进水阀6打开，水又充入第二容器2。另外，储气罐依次通过总阀门57、减压阀56、第一换向阀33的进气端口47、第一换向阀33的充气端口46、第一气管25与第一容器1内的三囊空气气囊5连通，第一容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第一单向进水阀17，打开第一单向排水阀21从第一排水管29泵到总水管38中，同时，弹簧16受到挤压而收缩，将部分压缩空气的气能转换的弹性势能。第三容器3内的弹簧14伸张，加速三囊空气气囊7收缩，在第三容器的底部形成负水压，第三容器3底部的第三单向进水阀7打开，水充入第三容器3；第三容器3的三囊空气气囊7内的压缩空气依次通过气管28、第三换向阀的充气端口44、第三换向阀的排气端口44排放到外界或者输入下一级泵。

在

内，第一换向阀33和第四换向阀36的充气端口和排气端口接通；第二换向阀34和第三换向阀35的充气端口和进气端口接通，此时段，第一容器依次通过第一气管25、第一换向阀33的充气端口46、第一换向阀33的排气端口51、总管路55、第三换向阀的进气端口49、充气端口44、第三气管27与第三容器内的三囊空气气囊7连通，第一容器1内的三囊空气气囊5里面的压缩空气进入到第三容器内的三囊空气气囊7，第三容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第三单向进水阀19，打开第三单向排水阀23从第三排水管31泵到总水管38中，同时，弹簧14受到挤压而收缩，将部分压缩空气的气能转换的弹性势能。第一容器1内的弹簧16伸张，加速三囊空气气囊5收缩，在第一容器的底部形成负水压，第一容器1底部的第一单向进水阀5打开，水又充入第一容器1。储气罐依次通过总阀门57、减压阀56、第二换向阀34的进气端口48、第二换向阀34的充气端口45、第二气管26与第二容器2内的三囊空气气囊6连通，第二容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第二单向进水阀18，打开第二单向排水阀23从第二排水管34也泵到总水管38中，同时，弹簧15受到挤压而收缩，将部分压缩空气的气能转换的弹性势能。第四容器4内的弹簧13伸张，加速三囊空气气囊8收缩，在第四容器的底部形成负水压，第四容器4底部的第三单向进水阀8打开，水充入第四容器4；第四容器4内的三囊空气气囊8内的压缩空气依次通过28气管、第四换向阀的充气端口43、第四换向阀的排气端口54排除取外界或者输入下一级泵。

此后，重复时段的过程，水就通过总水管38泵到高处。

另外，本实施例虽然以气动弹簧储能循环式泵具有两级，每级具有两个容器的情况且进行了说明，但是，按照本发明的构思，气动弹簧储能循环式泵还可以具有n级,其中

且为整数，每级可以具有

个容器，其中

。其基本原理是：利用水的压强和压缩空气的压强来控制多级容器内水充入和排出，使多级容积相同的容器沿垂直方向设置成一列或者沿左右方向设置成一排并级联连接，给第一级的容器内的三囊空气气囊充压缩空气，使第一级容器内的弹簧压缩且第一级容器内的水受压缩空气的挤压泵到高处，而后使第一级容器内的压缩空气充入第二级的容器内的三囊空气气囊，使第二级容器内的弹簧压缩且第二级容器内的水受压缩空气的挤压泵到高处，同时第一级容器内的弹簧伸张，第一级容器再次充入水；使第二级容器内的三囊空气气囊内的压缩空气充入第三级的容器内的三囊空气气囊，使第三级容器内的弹簧压缩且第三级容器内的水受压缩空气的挤压泵到高处，同时第二级容器内的弹簧伸张，第二级容器再次充入水。依此类推，使本级容器内的三囊空气气囊内的压缩空气充入下一级的容器内的三囊空气气囊时，下一级容器内的水受压缩空气的挤压泵到高处，而本级就充入了水。

以上就是这种气动弹簧储能循环式泵的结构和工作过程，因为没有旋转部分、没有易损部件、并且形状多变、可大可小，可以适用于各种恶劣环境，传统潜水泵和离心泵的所有缺陷，都迎刃而解，再也不需要担心绝缘、漏电、防爆、防锈、轴承易损、污染水源等诸多问题。

虽然以上已结合附图对本发明作了详尽说明，但本领域技术人员应当认识到，在没有脱离本发明构思的前提下，任何基于本发明作出的改进和变换仍然属于本发明保护范围内的内容。

Claims (6)

1.一种气动弹簧储能循环式泵，其特征在于，其至少包括两级级联的用压缩空气驱动的气动弹簧泵，第一级气动弹簧泵连接压缩空气源，前一级气动弹簧泵排出的压缩空气用于驱动后一级气动弹簧泵。

2.根据权利要求1所述的气动弹簧储能循环式泵，其特征在于，每一级气动弹簧泵包括两个容器和两个换向阀,每个容器内的上部设置有空气气囊，空气气囊的上端和下端分别设置有第一法兰盘和第二法兰盘，第二法兰盘的下部和容器的底部设置有弹簧，每个容器的上端设置有插入容器内空气气囊的通气管，每个容器的底部设置有单向进水阀；每个容器还设置有出水管，出水管处设置有单向排水阀；换向阀的充气端口与一个容器的通气管相连通、进气端口与气源连通、排气端口与外界相连或者通过总管路与下一级的气动弹簧泵的一个换向阀的进气端口相连；两个换向阀按时分复用的方式换向。

3.根据权利要求2所述的气动弹簧储能循环式泵，其特征在于，所有容器的容积均相同。

4.根据权利要求3所述的气动弹簧储能循环式泵，其特征在于，换向阀为二位三通电磁换向阀。

5.根据权利要求4所述的气动弹簧储能循环式泵，其特征在于，所有容器上下垂直设置或者左右并列设置。

6.一种风力谷电气动弹簧储能循环式泵水系统，其包括用于将空气进行压缩的风力空气压缩机或者将空气进行压缩的电力压缩机以及用于存储压缩空气的储气容器，其特征在于，还包括如权利要求1-5任一所述的气动弹簧储能循环式泵，所述气动弹簧储能循环式泵利用储气容器所存储的压缩空气进行驱动。

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