CN103982370A - 一种垂直浮升-斜沉式动力输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直浮升-斜沉式动力输出装置，包括结构装置、浮升装置、换能装置、强力水泵和动力输出装置，所述沉降导轨支架设置于所述的浮力管道任意一侧；所述浮力管道底部设置动力器浮升仓所述的沉降导轨支架上端对称设置于浮力管道顶端平台上，其下端设置于基架上；所述沉降导轨支架上设置挂载连接器，所述挂载连接器与浮力动力器动态连接；所述浮力管道顶端平台上设置位移导轨与转载车工作配合。本发明采用大容量高效强力泵与浮力能转换系统组合，实现了电能低消耗前提下的浮力能高效、大功能转换为机械能，进而转换为电能的目的。本发明结构简单，操作简便，工作稳定可靠，耗能低，能量转换效率高，是一种开发潜力巨大的能源设备。

Description

一种垂直浮升-斜沉式动力输出装置

技术领域

本发明属于能源转换设备动力技术领域，具体涉及一种结构简单，工作稳定可靠，能够将液体浮力能高效转换为机械能的垂直浮升-斜沉式动力输出装置。 

背景技术

传统的矿物质能源被人们广泛的开采利用，但是这类资源无法再生，日趋枯竭。我国目已经成为石油进口大国。油价的不断上涨，无不时时传递着能源危机的信号。可再生能源如太阳能、风能、水力能、潮汐能都属于可再生能源，但是这类能源存在分散度高，利用水平不高，能量转换效率低的不足。如何提高这类能源的利用效率就成了摆在人们面前的难题。水力能的利用基本上都是利用水的重力势能进行发电。然而，水力发电受着自然条件的限制，其发电量依然是有限的。水作为清洁能源，其中蕴涵着巨大的浮力能。至今利用浮力能的方式还主要停留在交通运输方面。把其转换成其他形式的能量加以利用的设备还很少，更没有工业化应用。在能源日益紧缺的今天，开发一种能够充分利用液体浮力能转换为机械能加以利用或进一步用于发电的装置，是具有广泛的社会学与经济学意义的。本发明人曾开发了一种浮力式动力泵（专利号ZL 031 35148.4），是专为开发的两种利用浮力与重力做功输出动力装置，即浮力式动力机（ZL03234212.8）和重力式动力机（ZL03234209.8）而设计的专用设备，也可以单独作为泵水装置使用。这套设备的效率还有提高的空间，为此，本发明人开发了一种强沉式浮力能转换输出装置（专利号ZL 2012 1 0110047.4），其浮力能的大大提高，然后，该发明装置所需要的大容量水（液体）泵送装置确实现有技术的泵无法满足快速提升大容量水至高势能位的要求，使得该发明无法发挥最佳效能。本发明人研制开发了一种结构简单，工作稳定可靠，可在很短的时间内提升大量的水到高势能位，以满足强沉式浮力能转换输出装置对大容量泵的需要。为了进一步开发利用清洁的浮力能资源，研制开发一种结构更简单，工作更简便的浮力能高效转换动力输出装置是缓解危机，减少矿物质能源给环境带来的污染是有利的，具有广泛的现实意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、操作简便、工作稳定可靠，能够将液体浮力能高效转换为机械能的垂直浮升-斜沉式动力输出装置。 

本发明是这样实现的，本发明包括结构装置、浮升装置、换能装置、强力水泵和动力输出装置，所述的结构装置包括基架和沉降导轨支架，所述的浮升装置包括浮力管道、浮力动力器和动力器浮升仓，所述的换能装置包括转载导轨、转载传动装置、动力器转载隧道和换载平衡仓，所述的动力输出装置包括传动装置和变速器，所述的沉降导轨支架设置于所述的浮力管道任意一侧，且与基架相固结；所述的浮力管道底部设置动力器浮升仓，浮力管道内管与浮力动力器动配合，所述的沉降导轨支架上端对称设置于浮力管道顶端平台上，其下端设置于基架上，且与动力器转载隧道上口承接式配合，动力器转载隧道下口通过换载平衡仓联通动力器浮升仓；所述的沉降导轨支架上设置挂载连接器，所述的挂载连接器与浮力动力器动态连接；所述的动力器转载隧道底部设置转载导轨和转载传动装置，转载导轨上设置转载车，所述的转载车与浮力动力器承接配合；所述的动力器浮升仓底部设置补水管连通强力水泵之排水管；所述的换载平衡仓底部设置排水管；所述的动力输出装置之传动装置包括设置在沉降导轨支架上下端的牵引导轮、转换导轮、牵引索，所述的转换导轮联接能量转换装置；所述的浮力管道顶端平台上设置位移导轨与转载车工作配合。 

本发明采用大容量高效强力泵与浮力能转换系统组合，实现了电能低消耗前提下的浮力能高效、大功能转换为机械能，进而转换为电能的目的。本发明利用静态水实现了水利资源的电能转化，为人们提供清洁无污染的能源。本发明结构简单，操作简便，工作稳定可靠，耗能低，能量转换效率高，是一种新型无污染、环保型动力输出设备，可为社会提供取之不尽用之不竭的清洁能源，是一种开发潜力巨大的能源设备。 

附图说明

图1为本发明整体结构剖视示意图； 

图2为图1之A向示意图；

图3为图1之B向示意图；

图4为图1之C-C向示意图；

图5为图1之D-D向示意图；

图6为发明之转载传动装置另一种实施方式结构示意图；

图7为本发明之强力水泵结构示意图；

图中：1-浮力管道、2-动力器浮升轨道、3-浮力动力器、4-转载车、5-挂载连接器、6-牵引导轮、7-牵引索、8-沉降运载车、9-沉降导轨、10-沉降导轨支架、11-转向导轮、12-转换导轮、13-变速器、14-发电机、15-变速器、发电机基座、16-动力器转载隧道、17-转载导轨、18-转载传动装置、19-换载平衡仓、20-动力器浮升仓、21-换载仓门、22-浮升仓门、23-闸门平衡装置、24-仓门提升索、25-仓门提升导轮、26-仓门提升装置、27-排水管、28-补水管、29-排水管闸、30-补水管闸、31-传动变速器、32-传动电机、33-基架、34-强力水泵、341-进水仓、342-活塞仓、343-出水仓、344-配重仓、345-进水阀、346-排气阀、347-换向阀、348-密封垫、35-机架、36-活塞牵引索、37-活塞提升导轮、38-导向轮、39-卷扬机组、40-进水管、41-移位传动装置、42-位移导轨、43-棘爪、44-定位挡围、45-定位装置、46-传动齿带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，依据本发明的教导所作的任何变更或替换，均属于本发明的保护范围。 

如图1~图5所示，本发明包括结构装置、浮升装置、换能装置、强力水泵和动力输出装置，所述的结构装置包括基架33和沉降导轨支架10，所述的浮升装置包括浮力管道1、浮力动力器3和动力器浮升仓20，所述的换能装置包括转载导轨17、转载传动装置18、动力器转载隧道16和换载平衡仓19，所述的动力输出装置包括传动装置和变速器13，所述的沉降导轨支架10设置于所述的浮力管道1任意一侧，且与基架33相固结；所述的浮力管道1底部设置动力器浮升仓20，浮力管道1内管与浮力动力器3动配合，所述的沉降导轨支架10上端对称设置于浮力管道1顶端平台上，其下端设置于基架上，且与动力器转载隧道16上口承接式配合，动力器转载隧道16下口通过换载平衡仓19联通动力器浮升仓20；所述的沉降导轨支架10上设置挂载连接器5，所述的挂载连接器5与浮力动力器3动态连接；所述的动力器转载隧道16底部设置转载导轨17和转载传动装置18，转载导轨17上设置转载车4，所述的转载车4与浮力动力器3承接配合；所述的动力器浮升仓20底部设置补水管28连通强力水泵34之排水管27；所述的换载平衡仓19底部设置排水管27；所述的动力输出装置之传动装置包括设置在沉降导轨支架10上下端的牵引导轮6、转换导轮12、牵引索7，所述的转换导轮12联接能量转换装置；所述的浮力管道1顶端平台上设置位移导轨42与转载车4工作配合。 

所述的浮力管道1顶端平台上与位移导轨42配合的转载车4上设置位移传动装置41，所述的位移传动装置41设置于转载车4的侧面，且与传动装置上的棘爪驱动配合；或者设置于转载车4的底部，且与位移导轨42间布设的传动齿带驱动配合，所述的传动装置或传动齿带由电机驱动。 

所述的换载平衡仓19底部联通排水管27和动力器浮升仓20底部联通补水管28上分别设置排水管阀29和补水管阀30。 

所述的换载平衡仓19设置有换载仓门21，所述的换载仓门21与闸门平衡装置23工作配合，所述的闸门平衡装置23设置有仓门提升索24和仓门提升导轮25，仓门提升索24和仓门提升导轮25连接仓门提升装置26。 

所述的动力器浮升仓20设置有浮升仓门22，所述的浮升仓门22与闸门平衡装置23工作配合，所述的闸门平衡装置23设置有仓门提升索24和仓门提升导轮25，仓门提升索24和仓门提升导轮25连接仓门提升装置26。 

所述的仓门提升装置26包括仓门提升电动机和仓门提升卷扬机，两者同轴配合。 

所述的动力器浮升仓20底部对应浮力管道1之轴心设置定位装置45，所述的定位装置45为电磁结构，与转载车4底部设置铁磁性定位装置工作配合。 

所述的强力水泵34包括机架35，其上设置泵体34，其内设置泵芯，所述的泵体下部设置进水仓341，与泵芯之活塞仓342套接配合；活塞仓342上部设置配重仓344，所述的配重仓344顶部设置进水阀345和排气阀346；所述的配重仓344与泵体上部的出水仓343套接配合；所述的进水仓341与出水仓343之间设置换向阀装置，所述的换向阀装置包括阀支架和换向阀347，所述的阀支架之内孔通过密封垫348与活塞仓342密封动配合；所述的阀支架上沿圆周均布设置换向阀347，换向阀347底部分别连通泵体之进水仓341；所述的换向阀347上口连通泵体之出水仓343；出水仓343顶部设置排水管27，所述的排水管27连接动力器浮升仓20底部的补水管28；所述的配重仓344顶部连接活塞牵引索36并通过机架35顶部的活塞提升导轮37、导向轮38连接卷扬机组39。 

所述的动力输出装置之转换导轮12与设置于沉降导轨9下端变速器同轴传动配合，转换导轮12与设置于沉降导轨9上端的牵引导论6轮通过牵引索7闭合传动配合。 

所述的牵引索7上均布设置挂载连接器5，所述的挂载连接器5与浮力动力器3吸着式或卡接式配合。 

所述的转载传动装置18为链条传动或索传动，其上设置棘爪43与转载车4侧面设置的棘爪动配合，转载传动装置18由电机驱动。 

所述的动力器转载隧道16向换载平衡仓19倾斜设置，其底部设置转载导轨17与转载车4轨道式配合，所述的转载车4在动力器转载隧道16的高位端与设置于基架上的定位挡围44精确定位承接配合，所述的定位挡围44纵向呈“U”形，与浮力动力器3包围式工作配合；所述的动力器转载隧道16内设置转载传动装置18与转载车4上的棘爪或拨齿挂接配合，所述的转载传动装置18与电机驱动配合。 

所述的强力水泵的排水管之纵向位置高于浮力管道之管口上沿位置5~30%，或两者的位置差不小于1m；或利用基础的安装地势形成两者的位置差，不影响本发明目的的实现。 

所述的浮力管道1可与1~4套斜沉换能系统配套，即在浮力管道1一侧设置沉降导轨支架10，也可对称的两侧设置或两组交叉对称设置，均可实现本发明的目的。 

所述的转载车4为无底笼形结构，外框呈正方形，中心设置与浮力动力器相适应的圆筒，圆筒之内圆周底部均布设置单向向上开启的棘爪，以便浮力动力器能够从底部进入，并在失去浮力时，能被棘爪承托，以备转载。 

本发明的工作原理与工作过程：

本发明采用大容量高效强力泵与浮力能转换系统组合，实现了电能低消耗前提下的浮力能高效、大功能转换为机械能，进而转换为电能的目的。本发明可借助于地势进行安装，比如，山体斜坡等，有助于降低建造成本，提高产能效率。本发明可独立建造，也可借助于山形因地制宜，因势而建，提高浮力管道的高度，以及配套的斜沉换能装置的数量，可提高动力输出装置的功率。

工作过程是这样的，首先经将强力水泵调整到可以泵水的工作状态，即先向泵体之进水仓341内注满水，然后向活塞仓342内注水至活塞可自由下降为止，进入泵水准备状态。打开系统的补水阀28，启动强力水泵34，向浮力管道内注水，其中的浮力动力器在浮力作用下上浮，上升至浮力管道1之出口时，触动转载车内筒底部的棘爪，进入转载车，失去水的浮力后，自动被棘爪承托，此时驱动电机启动，位移传动装置41带动转载车4向沉降导轨支架10一侧移动，到达挂载连接器5下方时，在电磁作用下，浮力动力器被吸着，并在重力作用，将浮力动力器3的势能转换为动能，通过牵引索7带动转换导轮12转动，或通过变速器直接输出机械动力；也可直接通过发电机发电，以电的形式对外输出动力。浮力动力器3继续下行进入沉降导轨支架10下方设置的定位挡围44中，此时浮力动力器3正好对着动力器转载隧道16高位的空转载车，接触挂载连接器的磁力吸着，浮力动力器3在重力作用下，自动落入转载车4内；与此同时，动力器浮升仓20之仓门关闭，换载平衡仓19之仓门开启，多余的水从排水管27排出，流入缓冲池内备用；动力器转载隧道16内的转载传动装置18在驱动电机的驱动下，带动转载车4下行，并将转载车4送过换载仓门，由换载平衡仓19内的转载传动装置18继续将转载车4拖至换载平衡仓19内，此时，关闭换载平衡仓门，打开动力器浮升仓20的仓门，转载传动装置18将转载车4送过浮升仓门，由浮升仓内的传动装置18将转载车4拖至浮升管道1的正下方，可借助于磁性定位装置进行精确定位，浮力动力器3在浮力作用下，沿浮升管道1依次上行，进入下一工作循环；换载车4被转载传动装置18拖回到换载平衡仓19内，关闭浮升仓门，开启换载仓门，换载车4被转载传动装置18拖回到动力器转载隧道16的高位，承接下一个到来浮力动力器；与此同时，浮升管道1顶端平台上的换载车4也回到浮升管道1正上方，承接浮出浮升管道口的浮力动力器3，如此往复，周而复始，连续通过浮力动力器将浮力能转换为机械能或电能。 

如果系统是附图所示的对称系统，则两侧的浮力动力器换载交替进行，以使浮升仓内的工作处于连续工作状态，避免单侧系统，换载车回到隧道接下一个浮力动力器3时所造成的间歇停顿状态，有助于充分浮力管道的工作效率，进而提高系统的能量转换效率。 

Claims (10)

1.一种垂直浮升-斜沉式动力输出装置，包括结构装置、浮升装置、换能装置、强力水泵和动力输出装置，所述的结构装置包括基架（33）和沉降导轨支架（10），所述的浮升装置包括浮力管道（1）、浮力动力器（3）和动力器浮升仓（20），所述的换能装置包括转载导轨（17）、转载传动装置（18）、动力器转载隧道（16）和换载平衡仓（19），所述的动力输出装置包括传动装置和变速器（13），其特征是：所述的沉降导轨支架（10）设置于所述的浮力管道（1）任意一侧，且与基架相固结；所述的浮力管道（1）底部设置动力器浮升仓（20），浮力管道（1）内管与浮力动力器（3）动配合，所述的沉降导轨支架（10）上端对称设置于浮力管道（1）顶端平台上，其下端设置于基架（33）上，且与动力器转载隧道（16）上口承接式配合，动力器转载隧道（16）下口通过换载平衡仓（19）联通动力器浮升仓（20）；所述的沉降导轨支架（10）上设置挂载连接器（5），所述的挂载连接器（5）与浮力动力器（3）动态连接；所述的动力器转载隧道（16）底部设置转载导轨（17）和转载传动装置（18），转载导轨（17）上设置转载车（4），所述的转载车（4）与浮力动力器（3）承接配合；所述的动力器浮升仓（20）底部设置补水管（28）连通强力水泵（34）之排水管（27）；所述的换载平衡仓（19）底部设置排水管（27）；所述的动力输出装置之传动装置包括设置在沉降导轨支架（10）上下端的牵引导轮（6）、转换导轮（12）、牵引索（7），所述的转换导轮（12）联接能量转换装置；所述的浮力管道（1）顶端平台上设置位移导轨（42）与转载车（4）工作配合。

2.根据权利要求1所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的浮力管道（1）顶端平台上与位移导轨（42）配合的转载车（4）上设置位移传动装置（41），所述的位移传动装置（41）设置于转载车（4）的侧面，且与传动装置上的棘爪驱动配合；或者设置于转载车（4）的底部，且与位移导轨（42）间布设的传动齿带驱动配合，所述的传动装置或传动齿带由电机驱动。

3.根据权利要求1或2所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的换载平衡仓（19）设置有换载仓门（21），所述的换载仓门（21）与闸门平衡装置（23）工作配合，所述的闸门平衡装置（23）设置有仓门提升索（24）和仓门提升导轮（25），仓门提升索（24）和仓门提升导轮（25）连接仓门提升装置（26）。

4.根据权利要求1所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的动力器浮升仓（20）设置有浮升仓门（22），所述的浮升仓门（22）与闸门平衡装置（23）工作配合，所述的闸门平衡装置（23）设置有仓门提升索（24）和仓门提升导轮（25），仓门提升索（24）和仓门提升导轮（25）连接仓门提升装置（26）。

5.根据权利要求6所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的动力器浮升仓（20）底部对应浮力管道（1）之轴心设置定位装置（45），所述的定位装置（45）为电磁结构，与转载车（4）底部设置铁磁性定位装置工作配合。

6.根据权利要求1所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的强力水泵（34）包括机架（35），其上设置泵体（34），其内设置泵芯，所述的泵体下部设置进水仓（341），与泵芯之活塞仓（342）套接配合；活塞仓（342）上部设置配重仓（344），所述的配重仓（344）顶部设置进水阀（345）和排气阀（346）；所述的配重仓（344）与泵体上部的出水仓（343）套接配合；所述的进水仓（341）与出水仓（343）之间设置换向阀装置，所述的换向阀装置包括阀支架和换向阀（347），所述的阀支架之内孔通过密封垫（348）与活塞仓（342）密封动配合；所述的阀支架上沿圆周均布设置换向阀（347），换向阀（347）底部分别连通泵体之进水仓（341）；所述的换向阀（347）上口连通泵体之出水仓（343）；出水仓（343）顶部设置排水管（27），所述的排水管（27）连接动力器浮升仓（20）底部的补水管（28）；所述的配重仓（344）顶部连接活塞牵引索（36）并通过机架（35）顶部的活塞提升导轮（37）、导向轮（38）连接卷扬机组（39）。

7.根据权利要求1所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的动力输出装置之转换导轮（12）与设置于沉降导轨（9）下端变速器同轴传动配合，转换导轮（12）与设置于沉降导轨（9）上端的牵引导论（6）轮通过牵引索（7）闭合传动配合。

8.根据权利要求4所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的牵引索（7）上均布设置挂载连接器（5），所述的挂载连接器（5）与浮力动力器（3）吸着式或卡接式配合。

9.根据权利要求1所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的转载传动装置（18）为链条传动或索传动，其上设置棘爪（43）与转载车（4）侧面设置的棘爪动配合，转载传动装置（18）由电机驱动。

10.根据权利要求1所述的垂直浮升-斜沉式动力输出装置，其特征是：所述的动力器转载隧道（16）向换载平衡仓（19）倾斜设置，其底部设置转载导轨（17）与转载车（4）轨道式配合，所述的转载车（4）在动力器转载隧道（16）的高位端与设置于基架上的定位挡围（44）精确定位承接配合，所述的定位挡围（44）纵向呈“U”形，与浮力动力器（3）包围式工作配合；所述的动力器转载隧道（16）内设置转载传动装置（18）与转载车（4）上的棘爪或拨齿挂接配合，所述的转载传动装置（18）与电机驱动配合。