CN103527388B - 一种液压重力发电系统及其进出液控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压重力发电系统，它包括液动力发电机、可压缩储液箱、施压重物及用于提升施压重物的提升机构，施压重物与可压缩储液箱的顶部连接，施压重物向可压缩储液箱施压使其压缩或者通过被提升机构提升使可压缩储液箱复形；可压缩储液箱上开有出液口和补液口，出液口连接有导流管，导流管将液体输送至回液箱，补液口连接有回液管，回液箱通过回液管与补液口连通；液动力发电机连接到导流管内。本发明能有效利用液压重力转换液体流速以实现发电，它形成了一种新型的柔性发电系统，具有结构简单、安全性高、使用方便灵活的优点，可适应任何规模、任何范围内使用。

Description

一种液压重力发电系统及其进出液控制方法

技术领域

本发明涉及利用液压能量实现发电的技术领域，特别涉及一种通过液压重力转换液体流速以实现发电的系统装置，具体说是一种液压重力发电系统及其进出液控制方法。

背景技术

目前，现有的发电机系统通常可分为两大类：一类是消耗不可再生资源实现的发电系统，它主要包括煤炭发电机、燃油发电机、核动力发电机及由这三种发电机衍生而得的蒸汽发电机；另外一类是消耗可再生资源的发电机，它主要包括风力发电机、水力发电机、潮汐发电机、海浪发电机以及太阳能发电机。纵观这两类发电机，前者需要消耗大量的不可再生能源，工作时造成大量的废气排放到大气中，核动力发电机一旦造成泄漏更是对环境与人们的健康造成不可估量的负面影响；后者则是要依靠风力、水力、潮汐能、海浪等可再生的自然资源作为发电机的动力，但是这些动力资源存在不稳定性，加大了人们对此掌控的难度，造成所制得的发电机机构较为复杂，规模较大，成本较高，不适宜在小规模、小范围内使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液压重力发电系统，它能有效利用液压重力转换液体流速以实现发电，它形成了一种新型的柔性发电系统，具有结构简单、安全性高、使用方便灵活的优点，可适应任何规模、任何范围内使用。

本发明的发明目的是这样实现的：一种液压重力发电系统，其特征在于：它包括液动力发电机、可压缩储液箱、施压重物及用于提升施压重物的提升机构，施压重物与可压缩储液箱的顶部连接，施压重物向可压缩储液箱施压使其压缩或者通过被提升机构提升使可压缩储液箱复形，液动力发电机为由液体流动而驱动运转的发电机；

所述可压缩储液箱上开有出液口和补液口，出液口连接有导流管，导流管将液体输送至回液箱，补液口连接有回液管，回液箱通过回液管与补液口连通而为可压缩储液箱补充液体；

所述液动力发电机连接到导流管内，施压重物下压使可压缩储液箱的液体从出液口流出，驱动液动力发电机工作。

本发明所述的液压重力发电系统，其作为技术方案的进一步改进，所述可压缩储液箱的外壁面缠绕有防爆保护圈，以进一步防止可压缩储液箱的外壁出现被压爆的现象，提高系统的安全系数。

具体来说，上述的液压重力发电系统，其所述防爆保护圈为钢线圈。

本发明所述的液压重力发电系统，其在上述的任意一种技术方案中，所述可压缩储液箱的壁体为波浪形的折叠体结构。

作为技术方案的优选，上述可压缩储液箱的壁体为若干层碳纤玻璃纤维膜贴合而成。

期间，本发明所述的液压重力发电系统，所述可压缩储液箱的顶部设有与施压重物连接的刚性连接块，使得施压重物和可压缩储液箱能有较好的连接，可压缩储液箱能较均匀的受压，便于可压缩储液箱的下压和复形动作。

进一步来说，上述的液压重力发电系统，所述可压缩储液箱的底部设有用于防止施压重物过度下压的限位底座，对施压重物起到行程限位作用。

作为技术方案的优选，上述的液压重力发电系统，所述导流管上安装有可由施压重物下压驱动而关闭导流管的常开阀体机构，在本技术方案中，是设定施压重物下压到一定程度后即驱动常开阀体机构关闭，系统随即进行对可压缩储液箱进行补充液体。

进一步来说，本发明所述的液压重力发电系统，所述回液管上安装有用于防止液体从可压缩储液箱内倒流至回液箱的阀体装置，防止在可压缩储液箱受压向导流管输出液体期间发生液体向回液箱倒流的现象。

期间，本发明根据上述的液压重力发电系统，同时还提供了一种该系统的进出液控制方法，它能保证施压重物的下一次下压动作之前，可压缩储液箱内已经是被补满液体，避免产生受压重物暂定动作而等待向可压缩储液箱补液的现象。

该液压重力发电系统的进出液控制方法，通过设计回液管的管径、回液的动力等参数，保证通过回液箱向可压缩储液箱补满液体的时间在施压重物的下一次下压动作之前。

本发明所述的液压重力发电系统，其具有以下优点。

（1）本发明通过施压重物与可压缩储液箱构成的发电系统的动力源，液体在受压状态下向导流管输出高速的喷射状液流以驱动液动力发电机，有效利用液压重力转换液体流速以实现发电，该发电系统对环境完全没有任何的污染，而且，不需依靠可变、不可控的自然资源，系统的稳定性高。

（2）因刚性储液箱是不具有可压缩性，如采用刚性储液箱作为发电机的动力源配合活塞装置作为重力施压机构，那么刚性储液箱即构成活塞缸结构，在施压重物施压过程中，刚性储液箱的内壁即受到定向压力，导致刚性储液箱出现局部损伤。而本发明设计的是采取可压缩储液箱作为发电机的动力源，因可压缩储液箱在受压过程中是存在有壁体压缩的动态过程，形成了一种新型的柔性发电系统，液体受压对壁体的压力是动态可变的非定向压力，储液箱受压过程中可将收到的压力实现动态分散，能有效避免的出现局部损伤的现象，大大提高了产品的整体安全性。

（3）本发明主要通过液动力发电机、可压缩储液箱、施压重物、用于提升施压重物的提升机构、导流管、回液箱以及回液管构成的发电系统，其结构简单，无需依靠外界自然资源，可适应任何规模、任何范围内安装，使用方便灵活。

附图说明

图1为本发明的结构原理图，它处于施压重物下压、通过导流管向外输液而驱动液动力发电机工作的状态。

图2为图1所示结构原理图中，它是施压重物上提、可压缩储液箱复形时，系统处于向可压缩储液箱内补液的状态。

图3为在图1的原理结构基础上，第一种实施例的施压重物下压而驱动液动力发电机工作的状态图。

图4为图3所示实施处于向可压缩储液箱内补液的状态图。

图5为在图1的原理结构基础上，第二种实施例的施压重物下压而驱动液动力发电机工作的状态图。

图6为图5所示实施处于向可压缩储液箱内补液的状态图。

图7为在图1的原理结构基础上，第三种实施例的施压重物下压而驱动液动力发电机工作的状态图。

图8为图7所示实施处于向可压缩储液箱内补液的状态图。

图9为本发明提供另外一种向导流管输液、向可压缩储液箱补液的控制方法原理方框图。

图10为在图1的原理结构基础上，采取两组本发明所述的可压缩储液箱联合工作的状态图。

图11为图10所示结构的另一种工作状态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1、图2所示为本发明所述液压重力发电系统的结构原理，它包括液动力发电机1、可压缩储液箱2、施压重物3及用于提升施压重物3的提升机构4，本发明所述可压缩储液箱2内的液体可以是液压油，也可以是水。

在本发明中，提升机构4可采用液压油缸、电动马达、电动葫芦、汽缸，偏心轮举升器或者是杠杆抬升机构等，考虑到该机构的体积、可操控精确度等因素，采用液压油缸为佳。

施压重物3可采用铸铁块或者是注液箱机构，施压重物3与可压缩储液箱2的顶部固定连接，具体是通过焊接或者是螺栓固定连接，在成规模的发电系统中，该施压重物3需达数百吨的重量。施压重物3向可压缩储液箱2施压使其压缩或者通过被提升机构4提升使可压缩储液箱2复形，所谓的复形是指恢复原始的形状。施压重物3向可压缩储液箱2施压过程中，可以是单靠自身的重力而施压，也可以是加上提升机构4的反向动力共同施压。

液动力发电机1为由液体流动而驱动运转的发电机，所述的液动力发电机1是具有转叶轮或螺旋桨作为动力输入的发电机。该类电机可为常见的水力发电机，按照广义的液动力概念，风力发电机也是可以适用作为本发明所述液动力发电机1。

所述可压缩储液箱2上开有出液口21和补液口22，出液口21开设在可压缩储液箱2的底部并连接有导流管5，导流管5将液体输送至回液箱6。基于本发明所采用的储液箱为可压缩结构，因其在压缩过程中，其壁体存在折叠状态，故补液口22需避开可压缩储液箱2的折叠行程，设置在折叠行程以外的可压缩储液箱2的底部，补液口22连接有回液管7，回液箱6通过回液管7与补液口22连通而为可压缩储液箱2补充液体，该回液箱6内带输液泵体，能迅速往可压缩储液箱2内输送液体；

所述液动力发电机1连接到导流管5内，施压重物3下压使可压缩储液箱2的液体从出液口21流出，驱动液动力发电机1工作。为提高导流管5内液体的利用效率，液动力发电机1一般是若干台串接到导流管5内，如图1和图2所示。

在成规模的发电系统中，可压缩储液箱2的体积通常是制造达20立方米或以上的容积，导流管5的内径一般是设置为10-15厘米，通过数百吨的施压重物3的下压，可压缩储液箱2内的液体均由出液口21流出，其每秒流量可达0.1立方米；期间，根据不同工程的设置要求，可压缩储液箱2的容积、施压重物3的重量以及导流管5的内径参数均有不同要求，而且，在施压重物3的每次施压过程中，导流管5的流速也是有变化的，进而导致液体在导流管5内的输出流速时刻在变，为此，为保证发电系统能尽可能的不受参数变化的影响，本发明所采用的液动力发电机1是转速可调的风力发电机，并可将风力发电机的风叶改为适合水流推动的桨叶。

本发明所述的液压重力发电系统，可压缩储液箱2的外壁面缠绕有若干个防爆保护圈8，以进一步防止可压缩储液箱2的外壁出现被压爆的现象，提高系统的安全系数，该防爆保护圈8可以是单个的圆圈箍，如附图1所示，也可以是螺旋形式缠绕在可压缩储液箱2的外壁面。具体来说，所述防爆保护圈8为钢线圈，所述可压缩储液箱2的壁体为波浪形的折叠体结构，防爆保护圈8缠绕在波浪形折叠体结构的波谷位置。上述可压缩储液箱2的壁体为若干层碳纤玻璃纤维膜贴合而成，一般为至少10层。

期间，本发明所述可压缩储液箱2的顶部设有与施压重物3连接的刚性连接块9，使得施压重物3和可压缩储液箱2能有较好的连接，可压缩储液箱2能较均匀的受压，便于可压缩储液箱2的下压和复形动作。进一步来说，上述的液压重力发电系统，所述可压缩储液箱2的底部设有用于防止施压重物3过度下压的限位底座10，对施压重物3起到行程限位作用。本发明所述的限位底座10为圆盘形结构，刚性连接块9为圆板型结构，限位底座10的内径小于刚性连接块9的外径，以保证刚性连接块9下压出现行程过度的情况下，刚性连接块9是压在限位底座10的上端面。

同时，上述的液压重力发电系统，所述导流管5上安装有可由施压重物3下压驱动而关闭导流管5的常开阀体机构11。在本技术方案中，是设定施压重物3下压到一定程度后即驱动常开阀体机构11关闭，系统随即进行对可压缩储液箱2进行补充液体，而在施压重物3下压到未到预设行程时，该常开阀体机构11是处于开启状态，液体可顺畅地通过该阀体机构而进入导流管5驱动液动力发电机1。而且，所述回液管7上安装有用于防止液体从可压缩储液箱2内倒流至回液箱6的阀体装置12，防止在可压缩储液箱2受压向导流管5输出液体期间发生液体向回液箱6倒流的现象。

对于上述的常开阀体机构11和阀体装置12，在本发明中可有以下各种实施例。

实施例1：

参见图3和图4所示，该常开阀体机构11为设有导流通孔的阀板，阀板由设于其下的压力弹簧101顶压着，在可压缩储液箱2的限位底座10内设有一驱动杆102，驱动杆102从限位底座10的外部插入到限位底座10的内部，其外部也由设于其下的复位弹簧103顶压着，驱动杆102通过钢丝线与阀板连接，当施压重物3下压到预设行程时，即会下压驱动杆102，驱动杆102随即通过钢丝线将阀板下拉，使得阀板的常开状态转为闭合状态，如图4所示；同时，设置在回液管7上用于防止液体从可压缩储液箱2内倒流至回液箱6的阀体装置12，是采取常闭的阀块结构，该阀块与外设的驱动机构104是刚性连接，在施压重物3上设置有驱动压板105，当驱动压板105随同施压重物3下压，到达上述阀板关闭的行程位置时，驱动压板105触碰驱动机构104，驱动机构104即推动阀块结构由常闭转换为开启状态，如图4所示。上述的行程即是液体的底线位置，可压缩储液箱2需进行补液操作，此时，回液箱6迅速通过回液管7往可压缩储液箱2内补注液体，补液过程中，施压重物3同时由提升机构4而被上提，带动可压缩储液箱2复形，在施压重物3上提过程中，驱动杆由于脱离施压重物3的压力而复位，阀板也随压力弹簧的恢复力而复位重新回到常开状态。当施压重物3上提到最初位置时，可压缩储液箱2也被补满液体，随即进入下一次的下压操作。

实施例2：

参见图5和图6所示，本实施例所述的安装在导流管5上可由施压重物3下压驱动而关闭导流管5的常开阀体机构11与图3、图4所述的设置在回液管7上用于防止液体从可压缩储液箱2内倒流至回液箱6的阀体装置12一致，在此不再赘述。而在本实施中，设置在回液管7上用于防止液体从可压缩储液箱2内倒流至回液箱6的阀体装置12则是采取单向阀，该单向阀是只允许液体外可压缩储液箱2内流向的阀体。当施压重物3下压而驱动导流管5上的常开阀体机构11转换成闭合状态时，回液箱6即通过回液管7往可压缩储液箱2内补注液体，补液过程中，施压重物3同时由提升机构4而被上提随即进行下一次的下压操作。

实施例3：

参见图7和图8所示，本实施例所述的安装在导流管5上可由施压重物3下压驱动而关闭导流管5的常开阀体机构11与图3、图4所述的常开阀体机构11一致，不再赘述。而在本实施中，设置在回液管7上用于防止液体从可压缩储液箱2内倒流至回液箱6的阀体装置12与图3、图4同样是采取常闭的阀块结构，然而，稍有不同的是，本实施例在导流管5上安装有水流开关106，该水流开关106与外设的驱动机构107连接，并将该水流开关106设置为因水流停止则向该驱动机构107提供工作信号，使该驱动机构107动作，常闭的阀块结构与该驱动机构107刚性连接，当施压重物3下压使得导流管5上的常开阀体机构11转换成闭合状态时，导流管5上的液体流动停止，水流开关则向驱动机构107提供工作信号，该驱动机构107即驱动阀块结构有常闭状态转换成开启状态，使得系统进入为可压缩储液箱2补液的状态。

实施例4：

参见图9所示，本实施对常开阀体机构11和阀体装置12采取由控制中心108控制的方式，通过设有的控制中心108对提升机构4、常开阀体机构11和阀体装置12的控制，实现当施压重物3下压到预设行程时即保持常开阀体机构11为开启状态、阀体装置12为闭合状态，而当施压重物3上提进入补液状态时，由控制中心的控制而保持常开阀体机构11转换为闭合状态、阀体装置12为开启状态，以实现施压重物3下压往导流管5输液和施压重物3上提对可压缩储液箱2补液的状态切换。

此外，本发明根据上述的液压重力发电系统，同时还提供了一种该系统的进出液控制方法，它能保证施压重物3的下一次下压动作之前，可压缩储液箱2内已经是被补满液体，避免产生受压重物暂定动作而等待向可压缩储液箱2补液的现象。

该液压重力发电系统的进出液控制方法，通过设计回液管7的管径、回液的动力等参数，保证通过回液箱6向可压缩储液箱2补满液体的时间（即时刻）在施压重物3的下一次下压动作之前。

另外，本发明由于在往可压缩储液箱2补液过程中，导流管5的液体是处于停滞或者缓慢流动的状态，该状态下，液动力发电机1是停止发电的。为此，在一定规模的工程中，为了避免液动力发电机1是时开时停的现象，工程设置者往往是将若干组可压缩储液箱2联合起来为导流管5输液的模式，并且是每两组通过主控的可压缩储液箱2控制而分别向导流管5输液。如图10和图11所示则是采取两组并联的模式，其对两组可压缩储液箱2的导流管5各自导通模式采取类似如图5、图6所示的常开阀体机构11，实施该常开阀体结构设置两个导流孔，两个导流孔分别错开的导通相应的导流管5，最终实现一组可压缩储液箱2施压工作时，另一组可压缩储液箱2即是补液状态，两组轮换工作，保证导流管5是持续有满足流速的液体流过，液动力发电机1即处于连续的发电工作状态。

综上可知，本发明通过施压重物3与可压缩储液箱2构成的发电系统的动力源，液体在受压状态下向导流管5输出高速的喷射状液流以驱动液动力发电机1，有效利用液压重力转换液体流速以实现发电，该发电系统对环境完全没有任何的污染，而且，不需依靠可变、不可控的自然资源，系统的稳定性高。并且，本发明采取可压缩储液箱2作为发电机的动力源，因可压缩储液箱2在受压过程中是存在有壁体压缩的动态过程，液体受压对壁体的压力是动态可变的非定向压力，储液箱受压过程中可将收到的压力实现动态分散，能有效避免的出现局部损伤的现象，大大提高了产品的整体安全性，其结构简单，无需依靠外界自然资源，可适应任何规模、任何范围内安装，使用方便灵活。

Claims (10)

1.一种液压重力发电系统，其特征在于：它包括液动力发电机（1）、可压缩储液箱（2）、施压重物（3）及用于提升施压重物（3）的提升机构（4），施压重物（3）与可压缩储液箱（2）的顶部连接，施压重物（3）向可压缩储液箱（2）施压使其压缩或者通过被提升机构（4）提升使可压缩储液箱（2）复形，液动力发电机（1）为由液体流动而驱动运转的发电机；

所述可压缩储液箱（2）上开有出液口（21）和补液口（22），出液口（21）连接有导流管（5），导流管（5）将液体输送至回液箱（6），补液口（22）连接有回液管（7），回液箱（6）通过回液管（7）与补液口（22）连通而为可压缩储液箱（2）补充液体；

所述液动力发电机（1）连接到导流管（5）内，施压重物（3）下压使可压缩储液箱（2）的液体从出液口（21）流出，驱动液动力发电机（1）工作。

2.根据权利要求1所述的液压重力发电系统，其特征在于：所述可压缩储液箱（2）的外壁面缠绕有防爆保护圈（8）。

3.根据权利要求2所述的液压重力发电系统，其特征在于：所述防爆保护圈（8）为钢线圈。

4.根据权利要求1或2或3所述的液压重力发电系统，其特征在于：所述可压缩储液箱（2）的壁体为波浪形的折叠体结构。

5.根据权利要求4所述的液压重力发电系统，其特征在于：所述可压缩储液箱（2）的壁体为若干层碳纤玻璃纤维膜贴合而成。

6.根据权利要求1或2或3所述的液压重力发电系统，其特征在于：所述可压缩储液箱（2）的顶部设有与施压重物（3）连接的刚性连接块（9）。

7.根据权利要求6所述的液压重力发电系统，其特征在于：所述可压缩储液箱（2）的底部设有用于防止施压重物（3）过度下压的限位底座（10）。

8.根据权利要求1或2或3所述的液压重力发电系统，其特征在于：所述导流管（5）上安装有可由施压重物（3）下压驱动而关闭导流管（5）的常开阀体机构（11）。

9.根据权利要求1或2或3所述的液压重力发电系统，其特征在于：所述回液管（7）上安装有用于防止液体从可压缩储液箱（2）内倒流至回液箱（6）的阀体装置（12）。

10.一种如权利要求1至4任一权利要求所述液压重力发电系统的进出液控制方法，其特征在于：通过回液箱（6）向可压缩储液箱（2）补满液体的时间在施压重物（3）的下一次下压动作之前。