CN107061116B - 一种基于水锤效应的动力装置及一种发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于水锤效应的动力装置，包括内部具有压力腔和工作腔的缸体，缸体的进水口与压力腔的一端通过第一单向阀连通，压力腔的另一端与缸体的出水口通过锥形阀连通，工作腔的底端与所述压力腔通过第二单向阀连通，工作腔内套有与其滑动配合的活塞，活塞的杆体从工作腔的顶端伸出，且用于与通过旋转运动对外做功的摆锤连接，工作腔底端的侧壁上安装有与出水口连通的联动阀门；本发明提供的动力装置，能够利用水锤效应，通过水流推动活塞，使活塞的杆体带动摆锤对外做功，其结构简单，能够充分利用水锤效应，将水锤能量转化为机械能，使水锤能量得以利用。本发明还公开了一种包括上述动力装置的发电装置。

Description

一种基于水锤效应的动力装置及一种发电装置

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，特别是涉及一种基于水锤效应的动力装置。此外，本发明还涉及一种包括上述动力装置的发电装置。

背景技术

水力发电是利用水的动能或势能转化为电能的技术，其环保节能，成本低，因此得到广范应用。

目前的水力发电装置主要有反击式水轮机和冲击式水轮机两大类型，水冲击水轮机的转轮，使转轮转动，将水的动能或势能转化为机械能，转轮转动再带动发电机发电，再将机械能转换为电能。

而在流体输送过程中，当打开的阀门突然关闭或水泵突然停止时，后续水流在惯性作用下，会继续流入输送管道，导致输送管道内水压会骤然增大，形成水锤，而这种效应则为水锤效应；水锤能量巨大，而目前能够利用水锤能量的装置并不多，造成能量浪费。

因此如何利用水锤能量是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于水锤效应的动力装置，其能够利用水锤能量。本发明的另一目的是提供一种包括上述动力装置的发电装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于水锤效应的动力装置，包括内部具有压力腔和工作腔的缸体，所述缸体的进水口与所述压力腔的一端通过仅允许水流从所述进水口向所述压力腔流动的第一单向阀连通，所述压力腔的另一端与所述缸体的出水口通过仅允许水流从所述压力腔向所述出水口流动的锥形阀连通，

所述工作腔的底端与所述压力腔通过仅允许水流从所述压力腔向所述工作腔流动的第二单向阀连通，所述工作腔内套有与其滑动配合的活塞，所述活塞的杆体从所述工作腔的顶端伸出，且用于与通过旋转运动对外做功的摆锤连接，

所述工作腔底端的侧壁上安装有与所述出水口连通的联动阀门，且所述活塞向所述工作腔顶端运动时，所述联动阀门关闭，所述活塞向所述工作腔底端运动时，所述联动阀门开启以用于水流从所述工作腔内流出。

优选地，所述工作腔一侧设有能够绕固定在所述缸体上的转轴左右摆动的刚性杆，所述工作腔顶端的侧壁上开有凹槽，所述凹槽处放置有能够沿所述凹槽左右滑动的卡块，所述卡块的端部设有用于与所述活塞相配合以将所述卡块顶入所述凹槽内的楔形结构，所述卡块通过贯穿所述工作腔侧壁的横杆与所述刚性杆的顶端铰接，所述联动阀门通过贯穿所述工作腔侧壁的推动杆与所述刚性杆的底端铰接，所述推动杆和所述工作腔侧壁之间设有用于密封的密封塞。

优选地，所述工作腔与所述出水口通过联动阀门连通的通道上还设有仅允许水流从所述工作腔向所述出水口流动的第三单向阀。

优选地，所述工作腔内设有用于限制所述活塞伸缩范围的限位凸起，所述活塞和所述联动阀门分别设在所述限位凸起的两侧。

优选地，所述工作腔顶端的侧壁上还设有与所述凹槽相对的安装槽，所述安装槽内设有能够沿所述安装槽左右滑动的平衡块和用于将所述平衡块推出所述安装槽的弹簧。

本发明还提供一种发电装置，包括所述动力装置和与所述动力装置相连且用于将机械能转化为电能的发电机，所述动力装置具体为上述任意一项所述的动力装置。

优选地，包括多个通过传动轴并联的所述动力装置。

本发明提供的基于水锤效应的动力装置，开始工作时，锥形阀开启，第二单向阀关闭，水流通过第一单向阀进入压力腔，并通过锥形阀所在的狭窄通道流出，锥形阀在水流作用下加速关闭，水锤产生，压力腔内水压急剧增大，在压力差的作用下，第一单向阀关闭，第二单向阀开启，水流通过第二单向阀进入工作腔，推动活塞向工作腔顶部运动，此时联动阀门为关闭状态，活塞的杆体带动摆锤对外做功；当活塞到达工作腔顶部时，在摆锤惯性作用下，活塞向工作腔底部运动，此时联动阀门为开启状态，第二单向阀为关闭状态，则工作腔内的水流通过联动阀门压出，完成一个做功冲程；在压力腔内的部分水流流入工作腔后，压力腔中的压强较低，在压力差的作用下，锥形阀开启，流体又通过第一单向阀流入压力腔，使动力装置回到初始状态，完成一个工作循环。

综上所述，本发明具体实施方式提供的动力装置，结构简单，能够充分利用水锤效应，将水锤能量转化为机械能，使水锤能量得以利用。

本发明提供的发电装置包括上述动力装置，由于上述动力装置具有上述技术效果，上述发电装置也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。

附图说明

图1为本发明所提供的动力装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中A部分的放大示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于水锤效应的动力装置，其能够利用水锤能量。本发明的另一核心是提供一种包括上述动力装置的发电装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的动力装置的一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1中A部分的放大示意图。

本发明具体实施方式提供的基于水锤效应的动力装置，包括缸体，缸体内部具有压力腔1和工作腔2，缸体的进水口3通过第一单向阀5与压力腔1的一端连通，缸体的出水口4通过锥形阀6与压力腔1的另一端连通，且第一单向阀5仅允许水流从进水口3向压力腔1内流动，锥形阀6仅允许水流从压力腔1向出水口4流动；工作腔2的底端通过第二单向阀7与压力腔1连通，在工作腔2内套有与其滑动配合的活塞8，活塞8的杆体从工作腔2的顶端伸出，且用于与通过旋转运动对外做功的摆锤连接，且第二单向阀7仅允许水流从压力腔1向工作腔2流动；另外，在工作腔2底端的侧壁上安装有联动阀门9，且工作腔2通过联动阀门9与出水口4连通，当活塞8在工作腔2内向工作腔2的顶端运动时，联动阀门9关闭，当活塞8向工作腔2底端运动时，联动阀门9开启以用于水流从工作腔2内流向出水口4。

使用时，将该动力装置放置在水流中，开始工作时，锥形阀6开启，第二单向阀7关闭，水流通过第一单向阀5进入压力腔1，并通过锥形阀6所在的狭窄通道流出，锥形阀6在水流作用下加速关闭，水锤产生，压力腔1内水压急剧增大，在压力差的作用下，第一单向阀5关闭，第二单向阀7开启，水流通过第二单向阀7进入工作腔2，推动活塞8向工作腔2顶部运动，此时联动阀门9为关闭状态，活塞8的杆体带动摆锤对外做功；当活塞8到达工作腔2顶部时，在摆锤惯性作用下，活塞8向工作腔2底部运动，此时联动阀门9为开启状态，第二单向阀7为关闭状态，则工作腔2内的水流通过联动阀门9压出，完成一个做功冲程。

在压力腔1内的部分水流流入工作腔2后，压力腔1中的压强较低，在压力差的作用下，锥形阀6开启，流体又通过第一单向阀5流入压力腔1，使动力装置回到初始状态，完成一个工作循环。

综上所述，本发明具体实施方式提供的动力装置，结构简单，能够充分利用水锤效应，将水锤能量转化为机械能，使水锤能量得以利用。

联动阀门9的启闭与活塞8的运动方向相关，在一种具体实施方式中，可以通过机械式联动装置来控制联动阀门9的启闭，具体地，联动装置包括卡块12、横杆13、刚性杆10和用于带动联动阀门9启闭的推动杆，刚性杆10设在工作腔2的一侧，且能够绕固定在缸体上的转轴11左右摆动，工作腔2顶端的侧壁上开有凹槽，卡块12放置在凹槽内且可沿凹槽左右滑动，卡块12的端部设有用于与活塞8相配合以将卡块12顶入凹槽内的楔形结构，横杆13一端连接卡块12，另一端贯穿工作腔2侧壁且与刚性杆10的顶端铰接，推动杆的一端连接联动阀门9，另一端贯穿工作腔2的侧壁且与刚性杆10的底端铰接，另外，在推动杆和工作腔2侧壁之间还设有用于密封的密封塞14。

当水流通过第二单向阀7进入工作腔2内时，在水压的作用下，联动阀门9关闭，当活塞8在水流推动作用下运动至工作腔2顶部时，活塞8向顶部推动卡块12的楔形结构，使卡块12向右运动，通过横杆13传动，使刚性杆10绕转轴11顺时针旋动，刚性杆10底端带动推动杆向左滑动，推动联动阀门9，使联动阀门9开启；随后活塞8向工作腔2底部运动时，使水流通过联动阀门9流出。

为了便于联动阀门9的安装，具体地，可以将联动阀门9的底端铰接在工作腔2内壁上，并将联动阀门9的顶端与推动杆连接，当推动杆向工作腔2内推去联动阀门9时，联动阀门9开启，当推动杆反方向拉动联动阀门9时，联动阀门9关闭。

在推动杆和工作腔2侧壁之间设有密封塞14，有效防止水流从推动杆与工作腔2侧壁的连接处泄漏，减小能量损失；具体地，密封塞14可以固定在工作腔2侧壁上，并与推动杆滑动配合连接，也可以固定套在推动杆上，并与工作腔2侧壁滑动配合连接。

另外，在活塞8设有杆体的一面可以设有凸块，通过凸块向顶部推动卡块12的楔形结构，以使卡块12向右运动，设置凸块可以防止活塞8运动到工作腔2顶部时发生偏移被卡在凹槽内。

采用机械式联动装置来控制联动阀门9的启闭，可以使动力装置不需要任何外部燃料或电力，即能实现连续运转和对外做功。

在另一种具体实施方式中，本发明具体实施方式提供的动力装置，也可以通过传感器和电路控制联动阀门9的启闭，也在本发明的保护范围之内。

在上述具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的动力装置，在工作腔2与出水口4通过联动阀门9连通的通道上还可以设有第三单向阀15，且第三单向阀15仅允许水流从工作腔2向出水口4流动；通过第三单向阀15限制水流方向，能够有效防止出水口4处的水流反向进入工作腔2内，毁坏联动装置。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的动力装置，在工作腔2内可以设有限位凸起16，限位凸起16用于限制活塞8在工作腔2内的运动范围，且活塞8和联动阀门9分别设在限位凸起16的两侧，以防止活塞8在工作腔2内运动过程中与联动阀门9发生触碰，影响活塞8运动或联动阀门9的启闭。

进一步地，在工作腔2顶端的侧壁上还可以设有与凹槽相对的安装槽，在安装槽内安装有弹簧和平衡块17，平衡块17与安装槽滑动连接，平衡块17能够沿安装槽左右滑动，弹簧设在安装槽底部和平衡块17之间，用于将平衡块17向外推出安装槽；当活塞8运动到工作腔2顶部时，活塞8同时向顶部推动卡块12和平衡块17，使卡块12向右运动，同时使平衡块17向左运动至安装槽内，压缩弹簧，活塞8反向运动时，平衡块17在弹簧的作用下从安装槽内伸出。设置平衡块17可以平衡活塞8推去卡块12时产生的反作用力，有效避免活塞8受力不均；当然，也可以不设置平衡块17，也在本发明的保护范围之内。

除了上述动力装置，本发明的具体实施方式还提供一种包括发电机和上述动力装置的发电装置，该发电装置其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

具体地，发电装置可以包括多个动力装置，动力装置可以通过一个传动轴并联，实现多冲程的复合发电，可以提高输出的稳定性。动力装置的个数可以根据实际情况调整，本申请对此不作具体限制。

在本发明申请文件的描述中，需要理解的是，在本申请中，附图1和2均为动力装置的剖视图，进水口3和出水口4可以位于同一水平位置；另外，术语“左”、“右”、“底”、“顶”等指示的方位或关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上对本发明所提供的基于水锤效应的动力装置及发电装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于水锤效应的动力装置，其特征在于，包括内部具有压力腔和工作腔的缸体，所述缸体的进水口与所述压力腔的一端通过仅允许水流从所述进水口向所述压力腔流动的第一单向阀连通，所述压力腔的另一端与所述缸体的出水口通过仅允许水流从所述压力腔向所述出水口流动的锥形阀连通，

所述工作腔的底端与所述压力腔通过仅允许水流从所述压力腔向所述工作腔流动的第二单向阀连通，所述工作腔内套有与其滑动配合的活塞，所述活塞的杆体从所述工作腔的顶端伸出，且用于与通过旋转运动对外做功的摆锤连接，

所述工作腔底端的侧壁上安装有与所述出水口连通的联动阀门，且所述活塞向所述工作腔顶端运动时，所述联动阀门关闭，所述活塞向所述工作腔底端运动时，所述联动阀门开启以用于水流从所述工作腔内流出；

所述工作腔一侧设有能够绕固定在所述缸体上的转轴左右摆动的刚性杆，所述工作腔顶端的侧壁上开有凹槽，所述凹槽处放置有能够沿所述凹槽左右滑动的卡块，所述卡块的端部设有用于与所述活塞相配合以将所述卡块顶入所述凹槽内的楔形结构，所述卡块通过贯穿所述工作腔侧壁的横杆与所述刚性杆的顶端铰接，所述联动阀门通过贯穿所述工作腔侧壁的推动杆与所述刚性杆的底端铰接，所述推动杆和所述工作腔侧壁之间设有用于密封的密封塞；

在所述活塞设有杆体的一面设有凸块，通过所述凸块向顶部推动所述卡块的楔形结构，以使所述卡块向右运动，设置所述凸块可以防止所述活塞运动到所述工作腔顶部时发生偏移被卡在所述凹槽内。

2.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于，所述工作腔与所述出水口通过联动阀门连通的通道上还设有仅允许水流从所述工作腔向所述出水口流动的第三单向阀。

3.根据权利要求2所述的动力装置，其特征在于，所述工作腔内设有用于限制所述活塞伸缩范围的限位凸起，所述活塞和所述联动阀门分别设在所述限位凸起的两侧。

4.根据权利要求3所述的动力装置，其特征在于，所述工作腔顶端的侧壁上还设有与所述凹槽相对的安装槽，所述安装槽内设有能够沿所述安装槽左右滑动的平衡块和用于将所述平衡块推出所述安装槽的弹簧。

5.一种发电装置，包括所述动力装置和与所述动力装置相连且用于将机械能转化为电能的发电机，其特征在于，所述动力装置具体为权利要求1至4任意一项所述的动力装置。

6.根据权利要求5所述的动力装置，其特征在于，包括多个通过传动轴并联的所述动力装置。

Images