CN103982371A - 一种垂直浮升沉降式动力输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直浮升沉降式动力输出装置，包括浮升装置、换能装置、强力水泵和动力输出装置，所述浮升装置包括浮力管道、浮力动力器和浮升仓；所述浮力管道内管与浮力动力器动配合，所述浮力管道底部设置浮升仓，所述的浮升仓至少一侧设置换载平衡仓，所述换载平衡仓内设置换载传动装置；所述换载平衡仓与沉降塔架底部沉降仓联接；所述浮力管道顶端设置移位控制室与沉降塔架顶端的上载控制室连接。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

一种垂直浮升沉降式动力输出装置

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沉降式动力输出装置。

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沉降式动力输出装置。

本发明是这样实现的，包括浮升装置、换能装置、强力水泵和动力输出装置，所述的浮升装置包括浮力管道、浮力动力器和浮升仓；所述的换能装置包括沉降塔架和沉降控制装置；所述的动力输出装置包括传动装置和变速器，所述的浮力管道至少一侧设置沉降塔架，所述的浮力管道内管与浮力动力器动配合，所述的浮力管道底部设置浮升仓，所述的浮升仓至少一侧设置换载平衡仓，两者之间设置换载仓门，所述的换载仓门与提升机构连接，所述的换载平衡仓内设置换载传动装置；所述的浮升仓底部设置补水管连接强力水泵之排水管；所述的换载平衡仓的另一侧与沉降塔架底部沉降仓联接，两者之间设置换载仓门，所述的沉降仓内设置换载传动装置；所述的浮力管道顶端设置移位控制室，其至少一侧与沉降塔架顶端的上载控制室通过换载导轨连接，换载导轨与换载车承载式配合；所述的沉降控制装置包括滑轮、牵引索、电磁连接器和卷扬机组，所述的滑轮安装于沉降塔架顶部，所述的牵引索一端连接电磁连接器，另一端绕过滑轮连接卷扬机组，电磁连接器与浮力动力器吸着式配合；所述的动力输出装置通过变速器与卷扬机组同轴配合连接。

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为本发明整体结构半剖示意图；

图2为图1之俯视图；

图3为图1之AA向视图；

图4为图1之BB向视图；

图5为图2之CC向视图；

图6为图2之DD向视图；

图7为本发明之强力水泵整体结构示意图；

图中：1-浮力管道，2-动力器浮升轨道，3-浮力动力器，4-换载车，5-电磁连接器，6-滑轮，7-牵引索，8-沉降塔架，9-沉降轨道，10-卷扬机组，11-轴承座，12-驱动电机，13-制动器，14-离合器，15-基础，16-变速器，17-储能器，18-发电机，19-移位传动装置，20-换载传动装置，21-移位驱动电机，22-换载转运盘，23-转运盘基架，24-液压站，25-换载仓门，26-门控滑轮，27-门控牵引索，28-配重块，29-门控卷扬机，30-沉降仓，31-水压平衡管，32-调节阀，33-储水箱，34-泄压阀，35-上载控制室，36-排水管，37-排水阀，38-补水管，39-补水阀，40-换载平衡仓，41-强力水泵，411-进水仓、412-活塞仓、413-出水仓、414-配重仓、415-进水阀、416-排气阀、417-换向阀、418-密封垫、42-强力水泵机架，43-活塞提升导轮，44-导向轮，45-活塞提升装置，46-活塞牵引索，47-进水管，48-浮升仓，49-移位控制室，50-换载导轨，51-挂扣装置。

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，本发明包括浮升装置、换能装置、强力水泵和动力输出装置，所述的浮升装置包括浮力管道1、浮力动力器3和浮升仓48；所述的换能装置包括沉降塔架8和沉降控制装置；所述的动力输出装置包括传动装置和变速器13，所述的浮力管道1至少一侧设置沉降塔架8，所述的浮力管道1内管与浮力动力器3动配合，所述的浮力管道1底部设置浮升仓48，所述的浮升仓48至少一侧设置换载平衡仓40，两者之间设置换载仓门25，所述的换载仓门25与提升机构连接，所述的换载平衡仓40内设置换载传动装置20；所述的浮升仓49底部设置补水管38连接强力水泵41之排水管36；所述的换载平衡仓40的另一侧与沉降塔架8底部沉降仓30联接，两者之间设置换载仓门25，所述的沉降仓30内设置换载传动装置20；所述的浮力管道1顶端设置移位控制室49，其至少一侧与沉降塔架8顶端的上载控制室35通过换载导轨50连接，换载导轨50与换载车4承载式配合；所述的沉降控制装置包括滑轮6、牵引索7、电磁连接器5和卷扬机组10，所述的滑轮6安装于沉降塔架8顶部，所述的牵引索7一端连接电磁连接器5，另一端绕过滑轮6连接卷扬机组10，电磁连接器5与浮力动力器3吸着式配合；所述的动力输出装置通过变速器16与卷扬机组10同轴配合连接。

所述的换载平衡仓48与浮升仓40之间的换载仓门25与提升机构工作配合，所述的提升机构包括闸门平衡装置，其上方设置滑轮26，换载仓门25上端设置门控牵引索27，门控牵引索27绕过门控滑轮26连接门控卷扬机29。

所述的门控牵引索27上设置配重块28。

所述的换载平衡仓40底部设置换载转运盘22，换载转运盘22与换载车4承托式配合。

所述的沉降塔架8底部设置沉降仓30，沉降仓30内设置换载车4与沉降塔架8内的沉降管道承接配合；所述的沉降塔架8纵向侧边设置水压平衡管31，水压平衡管31的底部通过调节阀32连通沉降塔架8底部的沉降仓30，水压平衡管31顶部连接储水箱33，储水箱33上设置泄压阀34。

所述的浮升仓48底部对应浮力管道1之轴心设置定位装置，所述的定位装置为电磁结构，与换载车4底部设置铁磁性定位装置工作配合。

所述的强力水泵41包括强力水泵机架42，其上设置泵体，其内设置泵芯，所述的泵体下部设置进水仓411，与泵芯之活塞仓412套接配合，进水仓411底部设置进水管47；活塞仓412上部设置配重仓414，所述的配重仓414顶部设置进水阀415和排气阀416；所述的配重仓414与泵体上部的出水仓413套接配合；所述的进水仓411与出水仓413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417，所述的阀支架之内孔通过密封垫418与活塞仓412密封动配合；所述的阀支架上沿圆周均布设置换向阀417，换向阀417底部分别连通泵体之进水仓411；所述的换向阀417上口连通泵体之出水仓413；出水仓413顶部设置排水管36，所述的排水管36连接浮升仓48底部的补水管38；所述的配重仓414顶部连接活塞牵引索46并通过强力水泵机架42顶部的活塞提升导轮43、导向轮44连接活塞提升装置45。

所述的动力输出装置包括变速器16，储能器17和发电机18，所述的变速器16，储能器17和发电机18依次与卷扬机组10之卷扬辊同轴连接，所述的卷扬辊一端设置制动器13，两者抱闸式配合；所述的卷扬机组10之间通过离合器14同轴配合连接。

所述的换载传动装置20为液压传动装置，其油管路连接液压站24，其活塞前端设置电磁连接器5，所述的电磁连接器5为电磁控制结构，与换载车4吸着式配合。

所述的换载导轨50的一侧设置移位传动装置19与换载车4牵引式配合连接，所述的移位传动装置19与换载车4上分别设置挂扣装置51，相互扣接配合。

所述的挂扣装置51为相互配合的棘爪结构或齿条-拨齿配合结构，移位传动装置19由电机驱动。

所述的换载导轨50之间设置移位传动装置19，所述的移位传动装置19为传动齿带，与换载车4底部设置的拨齿扣接传动配合，所述的移位传动装置19与移位驱动电机21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，均可实现本发明的目的。

所述的浮力管道1可与1~4套沉降塔架，即沉降换能系统配套，即可在浮力管道1一侧设置沉降导轨支架，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。

所述的换载车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。所述的换载车4为侧边可开启结构，当其到达上载控制室，且被电磁连接器吸着后，换载车侧面打开，将换载车退回，以便浮升动力器沿沉降管道自由沉降实现将势能转换为动能，再通过牵引索带动卷扬机转换机械能。

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。

为了使发电机正常不间断发电，在设计上采用双换载塔架8、双牵引索7和双卷扬机10，两者之间通过齿式离合器14和制动器13以保证动力输出机组间的工作配合，不出现动力间歇现象。在工作介质的供给上，采用控制水压力、水流动、水补充、水循环的垂直重力强压式动力泵，利用系统排水管36、补水管38；泵之进水管47、排水管36，还有各种阀门的配合工作，对泵水进行调节，使本发明装置长期连续工作，输出机械动力或电力。

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411内注满水，然后向活塞仓412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39，启动强力水泵41，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，触动换载车内筒底部的棘爪，进入换载车，失去水的浮力后，自动被棘爪承托，此时驱动电机启动，移位传动装置19带动换载车4沿换载导轨50向换载塔架8之顶部的上载控制室35移动，到位后，牵引索7下端的电磁连接器5吸着于浮升动力器3的顶面，略微提起浮升动力器3，打开换载车的侧边，同时将换载车退回到移位控制室49，等待下一个浮升动力器的到来，开始下一工作循环；同时卷扬机组10之卷扬辊的制动解除，浮升动力器3在重力作用下沉降，牵引索7带动卷扬机组之卷扬辊转动，变速器随之转动，即可直接对外输出机械能，也可带动发电机发电，对外输出电能。浮升动力器3沉降到换载塔架之底部进入沉降仓30，被其中的换载车4承接，启动换载仓门25开启机构，同时沉降仓30侧面的换载传动装置20工作，其活塞杆前端的电磁连接器5吸着于换载车的侧面，并将换载车推入换载平衡仓40内的换载转运盘22上，关闭换载仓门25，换载平衡仓40内的换载传动装置20工作，再将换载车推入浮升仓48内，浮升动力器3在水的浮力作用下，自动上浮，离开换载车，此时即将换载车拉回到换载平衡仓40内，同时关闭浮升仓48一侧的换载仓门25，开启沉降仓30一侧的换载仓门25，沉降仓30一侧的换载传动装置20再将换载车拉回沉降仓内，等待承接下一个浮升动力器，进入下一工作循环。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。

如果动力输出系统为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，换载车来回接送浮力动力器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)

1.一种垂直浮升沉降式动力输出装置，包括浮升装置、换能装置、强力水泵和动力输出装置，所述的浮升装置包括浮力管道（1）、浮力动力器（3）和浮升仓（48）；所述的换能装置包括沉降塔架（8）和沉降控制装置；所述的动力输出装置包括传动装置和变速器（13），其特征是：所述的浮力管道（1）至少一侧设置沉降塔架（8），所述的浮力管道（1）内管与浮力动力器（3）动配合，所述的浮力管道（1）底部设置浮升仓（48），所述的浮升仓（48）至少一侧设置换载平衡仓（40），两者之间设置换载仓门（25），所述的换载仓门（25）与提升机构连接，所述的换载平衡仓（40）内设置换载传动装置（20）；所述的浮升仓（48）底部设置补水管（38）连接强力水泵（41）之排水管（36）；所述的换载平衡仓（40）的另一侧与沉降塔架（8）底部沉降仓（30）联接，两者之间设置换载仓门（25），所述的沉降仓（30）内设置换载传动装置（20）；所述的浮力管道（1）顶端设置移位控制室（49），其至少一侧与沉降塔架（8）顶端的上载控制室（35）通过换载导轨（50）连接，换载导轨（50）与换载车（4）承载式配合；所述的沉降控制装置包括滑轮（6）、牵引索（7）、电磁连接器（5）和卷扬机组（10），所述的滑轮（6）安装于沉降塔架（8）顶部，所述的牵引索（7）一端连接电磁连接器（5），另一端绕过滑轮（6）连接卷扬机组（10），电磁连接器（5）与浮力动力器（3）吸着式配合；所述的动力输出装置通过变速器（16）与卷扬机组（10）同轴配合连接。

2.根据权利要求1所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的换载平衡仓（40）与浮升仓（48）之间的换载仓门（25）与提升机构工作配合，所述的提升机构包括闸门平衡装置，其上方设置滑轮（26），换载仓门（25）上端设置门控牵引索（27），门控牵引索（27）绕过门控滑轮（26）连接门控卷扬机（29）。

3.根据权利要求1或2所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的换载平衡仓（40）底部设置换载转运盘（22），换载转运盘（22）与换载车（4）承托式配合。

4.根据权利要求1所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的沉降塔架（8）底部设置沉降仓（30），沉降仓（30）内设置换载车（4）与沉降塔架（8）内的沉降管道承接配合；所述的沉降塔架（8）纵向侧边设置水压平衡管（31），水压平衡管（31）的底部通过调节阀（32）连通沉降塔架（8）底部的沉降仓（30），水压平衡管（31）顶部连接储水箱（33），储水箱（33）上设置泄压阀（34）。

5.根据权利要求1所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的强力水泵（41）包括强力水泵机架（42），其上设置泵体，其内设置泵芯，所述的泵体下部设置进水仓（411），与泵芯之活塞仓（412）套接配合，进水仓（411）底部设置进水管47；活塞仓（412）上部设置配重仓（414），所述的配重仓（414）顶部设置进水阀（415）和排气阀（416）；所述的配重仓（414）与泵体上部的出水仓（413）套接配合；所述的进水仓（411）与出水仓（413）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（417），所述的阀支架之内孔通过密封垫（418）与活塞仓（412）密封动配合；所述的阀支架上沿圆周均布设置换向阀（417），换向阀（417）底部分别连通泵体之进水仓（411）；所述的换向阀（417）上口连通泵体之出水仓（413）；出水仓（413）顶部设置排水管（36），所述的排水管（36）连接浮升仓（40）底部的补水管（38）；所述的配重仓（414）顶部连接活塞牵引索（46）并通过强力水泵机架（42）顶部的活塞提升导轮（43）、导向轮（44）连接活塞提升装置（45）。

6.根据权利要求1所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的动力输出装置包括变速器（16），储能器（17）和发电机（18），所述的变速器（16），储能器（17）和发电机（18）依次与卷扬机组（10）之卷扬辊同轴连接，所述的卷扬辊一端设置制动器（13），两者抱闸式配合；所述的卷扬机组（10）之间通过离合器（14）同轴配合连接。

7.根据权利要求1所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的换载传动装置（20）为液压传动装置，其油管路连接液压站（24），其活塞前端设置电磁连接器（5），所述的电磁连接器（5）为电磁控制结构，与换载车（4）吸着式配合。

8.根据权利要求1所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的换载导轨（50）的一侧设置移位传动装置（19）与换载车（4）牵引式配合连接，所述的移位传动装置（19）与换载车（4）上分别设置挂扣装置（51），相互扣接配合。

9.根据权利要求8所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的挂扣装置（51）为相互配合的棘爪结构或齿条-拨齿配合结构，移位传动装置（19）由电机驱动。

10.根据权利要求1或8所述的垂直浮升沉降式动力输出装置，其特征是：所述的换载导轨（50）之间设置移位传动装置（19），所述的移位传动装置（19）为传动齿带，与换载车（4）底部设置的拨齿扣接传动配合，所述的移位传动装置（19）与移位驱动电机（21）驱动配合。