CN109083804A - 一种能量转换装置 - Google Patents
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Abstract
技术领域：本发明涉及一种能源开发转换装置。在液体池5中，将环形带1排出气体后，安装在上下转轮6、22上，上下两组密封轴9、12及25、28把环形带1的A、B截面夹紧密封，对A、B两截面之间的空间充入高压气体3形成气囊2，液体4浮力使气囊2向上移动，两组密封轴将高压气体3强制保留在气囊2中，仅气囊2的表皮通过A截面后又恢复到环形带1的带状，同时，环形带1也通过了B处的密封截面，气囊2的体积不变，持续输出浮力能。为了解决现有能源开发转换技术的不足，本发明设计一种输入一定数量的高压气体为启动能量，持续把液体的浮力能转换为机械能的装置。本发明结构简单，造价成本低，制造安装周期短，不受地理环境限制，不影响生态环境。
Description
技术领域：本发明涉及一种能源开发转换装置。
技术背景：不可再生能源如煤炭，石油，核能等开发转换成本高，污染环境，开采存量日益枯竭。可再生能源如太阳能，风能，水利发电等开发转换受环境，地理等因素影响，开发成本高。
发明目的：为了解决现有能源开发转换技术的不足，本发明提供一种输入一定数量的高压气体为启动能量，持续把液体的浮力能转换为机械能的装置。
发明内容：下面结合附图1、附图2、附图3对本发明内容做详细说明。
发明附图：图1是本发明的主视图和局部放大图；
图2是本发明的侧视图和俯视图；
图3是本发明的受力示意图。
图1中各部件的名称和标号：环形带1；气囊2；高压气体3；液体4；液体池5；上转轮6；轴承7；轴承座8；上密封轴9；轴承10；轴承座11；上密封轴12；轴承13；轴承座14；上张紧轮15；轴承16；轴承座17；气嘴18；下张紧轮19；轴承20；轴承座21；下转轮22；轴承23；轴承座24；下密封轴25；轴承26；轴承座27；下密封轴28；轴承29；轴承座30。
环形带1设计为中空密封环型结构，外层采用高强度薄钢管与内层耐曲挠、高强度的复合材料粘接结构，将环形带1装配在上转轮6和下转轮22上，环形带1中空结构内的气体，在装配前通过气嘴18排出，处于带状低真空状态。环形带1的作用是传送能量。
上转轮6和轴承7，用轴承座8固定在液体池5的基座上，下转轮22和轴承23，用轴承座24固定在液体池5的基座上，上转轮6和下转轮22表面涂覆摩擦阻力大材料或粘接薄橡胶层，用以增加与环形带1的摩擦阻力。上转轮6和下转轮22的作用是支撑环形带1，并向外输出机械能。用铸铁或其它材质制造。
上密封轴9、12和下密封轴25、28分别是由中心线互相平行，直径一样的两组轴构成，上密封轴9、12和轴承10、13，用轴承座11、14固定在液体池5的基座上，下密封轴25、28和轴承26、29，用轴承座27、30固定在液体池5的基座上，环形带1在上密封轴9、12和下密封轴25、28之间穿过，上密封轴9、12和下密封轴25、28之间的间隙略小于环形带1表皮的两倍厚度，分别具有对环形带1的A、B两处截面密封作用。A、B两点分别是上密封轴9、12和下密封轴25、28表面，与环形带1表皮内表面的切点，上密封轴9、12和下密封轴25、28采用钢制造，整体热处理，表面光滑，高耐磨性。
气囊嘴18焊接密封在环形带1钢管内表面，作用是充气和放气，数量不少于一个。
液体池5的宽度和深度根据本发明装置设计功率确定。为节省制造成本，长度方向设计为可以安装多套本发明装置的连通结构。作用是盛放液体4及做为安装固定各轴承座的基座。采用钢筋混凝土结构或钢结构制造。
上张紧轮15和轴承16，用轴承座17固定在液体池5的基座上。下张紧轮19和轴承20，用轴承座21固定在液体池5的基座上。作用是涨紧环形带1，增加环形带1与上转轮6和下转轮22的摩擦阻力。提高能量输出效率。用铸铁、钢或其他材质制造。
由于上密封轴9、12和下密封轴25、28对环形带1的密封作用，使得环形带1在A、B两点的密封截面之间部分，形成独立的密封空间，对此空间通过气囊嘴18充入高压气体3，形成圆柱状气囊2。高压气体3的压强值大于或等于B点处液体4的压强值，采用高压空气或其它气体。
液体4作用是对气囊2产生浮力，液体4表面高于或等于A点，采用水或其他液体。
气囊2在液体4的浮力作用下，向上移动至A截面时，高压气体3被上密封轴9、12的密封作用，强制保留在气囊2中，仅让气囊2的表皮向上通过A截面，气囊2表皮通过A截面后，由于没有了高压气体3的作用，又恢复到环形带1的带状低真空状态，同时，环形带1也通过了B处下密封轮25、28的密封截面，在高压气体3作用下，保持气囊2的体积不变，并持续向上移动，使环形带1保持向上的力，进而又带动上转轮6和下转轮22持续转动作功。本发明装置中各零部件均采用传统技术制造或使用标准件。
轴承7、23型号一致，共4个。轴承座8、24型号一致，共4个；
轴承10、13、26、29型号一致，共8个。轴承座11、14、27、30型号一致，共8个；
轴承16、20型号一致，共4个，轴承座17、21型号一致，共4个。
下面结合图1、图2对本发明其中一种具体实施方式做说明：
设液体池5采用钢筋混凝土结构，长度60米，宽度5米，深度21米；
设环形带1采用厚度1.5毫米20CrMo，抗拉强度大于885MPa的无缝合金钢管，钢管内表面与耐曲挠的橡胶管粘接复合，橡胶管内壁加高强度涤纶网线，橡胶管接口整体硫化，钢管接口激光焊接，表皮总厚度设计为1.5厘米，环形带1通过A、B两点时，钢管两端的内弯曲R角为R12。如果采购不到20CrMo大直径薄壁无缝钢管，可以采用20CrMo钢板激光拼焊，焊口磨光，焊口的抗拉强度不低于850MPa；
设气囊嘴18焊接在环形带1的钢管内表面上，向内高度不突出橡胶管内壁，数量一个；
设A、B两点之间高度为15.1米，液体4采用水，则A点处水压强为0.1MPa，B点处水压强为0.25MPa；
设上转轮6和下转轮22的直径为4米。材质为铸铁，表面车削加工并粘接2毫米耐磨橡胶；
设上张紧轮15和下张紧轮19的直径为1.2米，材质为铸铁，表面热处理，表面磨削加工；
设上密封轴9、12和下密封轴25、28直径为0.2米；材质为钢，整体热处理，表面磨削加工；
设高压气体3压强为0.25MPa，高压气体3选用高压空气；
在高压气体3压强作用下，气囊2中段部分涨成圆柱体，设上下A、B两端以60度逐渐被上密封轴9、12和下密封轴25、28密封；设气囊2中段部分截面面积为1平方米，则气囊2圆柱体直径为1.13米，周长为3.55米，即环形带的宽度为1.77米。
下面结合图3对本发明装置受力状态做说明：a点是气囊2受力接触点，b点是受力消失点，c点是受力中点。因为下密封轴25的ac弧与下密封轴28的ac弧贴合在气囊2的外表皮上，所以在下密封轴25的a点与下密封轴28的a点距离宽度为6厘米，长度为1.13米的面积上，不受液体4的浮力作用，所占空间为：1.13×0.06×15＝1立方米，即气囊2减少浮力1吨。
气囊2所受力有：
a、液体4对气囊2的浮力P，数值P＝15.1-1＝14.1吨。方向向上；
b、气囊2内表面受到高压气体3与液体4及大气压的压强合力作用，由A点处的0.25-0.1＝0.15MPa逐渐减少至B点处的0.25-0.25＝0MPa；
c、上密封轴9、12和下密封轴25、28数值相同，方向左右相反，上下相反的4处径向压力F；
d、上密封轴9、12和下密封轴25、28数值相同4处滚动摩擦阻力f，f的分力fy，方向向下；
e、各轴承的滚动摩擦阻力。方向向下。数值很小，可以忽略不计。
因为径向力F大小相同，方向左右上下相反，对于气囊2相互抵消。即对气囊2阻力值为零。
根据无缝钢管强度计算公式，20CrMo合金钢管1130×1.5能承受的压强为：壁厚×2×钢管材质的抗拉强度/钢管外径×系数，即1.5×2×885/1130×8＝0.29MPa，大于气囊2所受压强0.15MPa。
滚动摩擦阻力f计算如下：ac之间弧长5.5厘米，f与浮力方向的夹角为13度，正压力是1.77×0.055×25＝2.43吨，查机械设计手册环形带1与上密封轴9、12和下密封轴25、28滚动摩擦系数为0.06，滚动摩擦阻力f＝2.43×0.06＝0.15吨，f对气囊2浮力方向的分力fy＝0.15×COS13°＝0.15×0.97＝0.14吨，气囊2受到总滚动摩擦力为4fy＝4×0.14＝0.56吨，方向向下。因为环形带1与气囊2是一个整体，所以环形带1同样受到向上合力为P-4fy＝14.1-0.56＝13.54吨，即本实施列有13.54吨力可以做功。
调节张紧轮15、19，加上环形带1自重产生的重力与水对环形带1浮力的合力，使环形带1与上转轮6，下转轮22摩擦力加大。在环形带1与上转轮6、下转轮22转动不打滑的状态下，输出机械能。
本发明的有益效果是：结构简单，开发成本低，可以工业化生产，不受地理环境限制，不影响生态环境。输入一定数量的高压气体为启动能量，持续把液体的浮力能转换为机械能。
Claims (8)
1.一种能量转换装置，其特征在于：它是由环形带1；气囊2；高压气体3；液体4；液体池5；上转轮6；轴承7；轴承座8；上密封轴9；轴承10；轴承座11；上密封轴12；轴承13；轴承座14；上张紧轮15；轴承16；轴承座17；气嘴18；下张紧轮19；轴承20；轴承座21；下转轮22；轴承23；轴承座24；下密封轴25；轴承26；轴承座27；下密封轴28；轴承29；轴承座30，构成的装置。
2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于：环形带1设计为中空密封环型结构，外层采用高强度薄钢管与内层耐曲挠、高强度的复合材料粘接结构，将环形带1装配在上转轮6和下转轮22上，环形带1中空结构内的气体，在装配前通过气嘴18排出，处于带状低真空状态。
3.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于：上转轮6和轴承7，用轴承座8固定在液体池5的基座上，下转轮22和轴承23，用轴承座24固定在液体池5的基座上，上转轮6和下转轮22表面涂覆摩擦阻力大材料或粘接薄橡胶层。
4.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于：上密封轴9、12和下密封轴25、28分别是由中心线互相平行，直径一样的两组轴构成，上密封轴9、12和轴承10、13，用轴承座11、14固定在液体池5的基座上，下密封轴25、28和轴承26、29，用轴承座27、30固定在液体池5的基座上，环形带1在上密封轴9、12和下密封轴25、28之间穿过，上密封轴9、12和下密封轴25、28之间的间隙略小于环形带1表皮的两倍厚度，分别具有对环形带1的A、B两处截面密封作用。
5.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于：气囊嘴18焊接密封在环形带1钢管内表面。
6.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于：由于上密封轴9、12和下密封轴25、28对环形带1的密封作用，使得环形带1在A、B两点的密封截面之间部分，形成独立的密封空间，对此空间通过气囊嘴18充入高压气体3，形成圆柱状气囊2，高压气体3的压强值大于或等于B点处液体4的压强值。
7.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于：液体4表面高于或等于A点。
8.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于：气囊2在液体4的浮力作用下，向上移动至A截面时，高压气体3被上密封轴9、12的密封作用，强制保留在气囊2中，仅让气囊2的表皮向上通过A截面，气囊2表皮通过A截面后，由于没有了高压气体3的作用，又恢复到环形带1的带状低真空状态，同时，环形带1也通过了B处下密封轮25、28的密封截面，在高压气体3作用下，保持气囊2的体积不变，并持续向上移动。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11441533B2 (en) * | 2017-08-30 | 2022-09-13 | Fernando Gracia Lopez | Power generation by continuous floatation |
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2018
- 2018-07-23 CN CN201810855059.7A patent/CN109083804A/zh not_active Withdrawn
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