CN111066625B - 一种水利工程的动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水锤泵领域，尤其涉及一种水利工程的动力装置，它包括三通座、单向阀、高压罐、出水管、进水管、动力管、动力块、轴A、动密封圈、轴B、锥齿轮、飞轮、减速器、曲柄轮、拨销、摆杆、连杆、挡板，其中高压罐通过单向阀安装在三通座的出口A处，三通座固装于地面；本发明由于挡板对动力管慢开快关的特性使得本发明具有较高的水锤压力，对本发明与所要抬升的水平面的落差要求较小，适用的落差范围较广，本发明与所要抬升的水平面之间的落差对动力管的开关影响较小，有效地提高了本发明的提水效率。

Description

一种水利工程的动力装置

技术领域

本发明属于水锤泵领域，尤其涉及一种水利工程的动力装置。

背景技术

农田水利灌溉中利用水车或水泵将水平面较低的水源处的水抬升至地势较高的农田里来实现对农田的灌溉；水车通过水流带动其运转并实现对水的搬运，其优点是节能环保，缺点是体积较大，搭建繁琐，对水的搬运和提升能力有限，效率较低。而传统使用的水泵又分为电驱泵和水锤泵两大类；电驱泵耗费电能，且对于用电不方便的地方，其使用受到限制。

而水锤泵是一种以流水为动力，通过机械作用，产生水锤效应，将低水头能转换为高水头能的高级提水装置。其构造主要有进水管，泵体，泄水阀，中心阀，压力罐，出水管六大部分组成。可以将动能转换为压力能的一种简单机械。

水锤泵不需要外部能源的驱动，其结构简单，成本较低；但是，由于传统的水锤泵对水抬升的能量来自于被抬升的水的势能转化所得，所以水锤泵必须安置于低于所要抬升的水平面的地方，对泵体与所要抬升的水平面之间的落差具有较高的要求；基于传统水锤泵的工作原理，进入泄水阀所在的动力水管的水有时携带较多的气泡，会减小水锤压力，从而降低水锤泵的提水效率，甚至导致水锤泵停止工作。

针对上述传统水锤泵存在的诸多缺点，设计一种效率较高且不受气泡影响的水锤泵很有必要。

本发明设计一种水利工程的动力装置解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种水利工程的动力装置，它是采用以下技术方案来实现的。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种水利工程的动力装置，其特征在于：它包括三通座、单向阀、高压罐、出水管、进水管、动力管、动力块、轴A、动密封圈、轴B、锥齿轮、飞轮、减速器、曲柄轮、拨销、摆杆、连杆、挡板，其中高压罐通过单向阀安装在三通座的出口A处，三通座固装于地面；高压罐侧壁靠近单向阀处安装有出水管；三通座的进口处与进水管连接，三通座的出口B处安装有动力管；动力管中竖直滑动有动力块；动力管管壁上的圆槽内旋转配合有轴A，轴A与圆槽内壁之间通过动密封圈密封配合；动力块与轴A之间传动连接，动力块的往复运动通过传动连接带动轴A形成正反旋转；轴A与旋转于L型动力管外侧壁上的轴B单向传动连接；L型动力管外侧壁上安装有减速器；减速器的输入轴上安装有飞轮，减速器的输出轴上安装有曲柄轮；飞轮上具有周向的锥齿面，锥齿面与安装在轴B上的锥齿轮啮合。

安装在曲柄轮端面边沿上的拨销通过与摆杆上滑槽D的滑动配合来带动摆杆绕固定点往复摆动；摆杆的摆动端通过与之铰接的连杆带动同连杆铰接的挡板往复滑动于动力管上的滑槽A中，以实现挡板对动力管的慢开快关。

作为本技术的进一步改进，上述挡板下表面安装有支耳，支耳与连杆铰接；动力管外侧壁上的滑槽A槽口处安装有为挡板提供导轨的导座；挡板及与连杆铰接的支耳滑动于导座中的T型槽内；减速器通过固定座B安装在动力管外侧壁上，摆杆一端与安装在固定座B上的固定座A铰接。

作为本技术的进一步改进，上述动力块的端面上安装有齿条B，齿条B与安装在轴A上的齿轮B啮合；轴B上安装有单向离合器，单向离合器上安装有齿轮D；齿轮D与安装在轴A上的齿轮C啮合。

作为本技术的进一步改进，上述L型动力管的竖直段内安装有固定条；固定条上竖直安装有齿条A；齿条A与动力块中的滑槽C滑动配合；动力块中开有与滑槽C相通的活动槽A；活动槽A安装有与齿条A啮合的齿轮A；动力块下端面开有活动槽B，活动槽B的顶面开有与活动槽A相通的滑槽B；滑槽B中竖直滑动有滑杆，滑杆上安装有与齿轮A啮合的齿板。齿板和齿条A分布于齿轮A的两侧；活动槽B的槽口处覆盖安装有弹性膜，弹性膜通过胶水与滑杆的下端连接；当动力块相对齿条A竖直向上运动时，滑杆相对于动力块竖直向上运动并拉动弹性膜向活动槽B内收缩，使得动力块下表面在动力块被水向上推动过程中，动力块的下表面为内凹状态，增大动力块下表面的受力面积，便于动力块在水的推动下快速平稳地竖直向上运动。当动力块在重力作用下相对于齿条A竖直向下运动时，滑杆相对于动力块竖直向下运动并推动弹性膜向活动槽B外外凸，使得动力块下表面在动力块竖直向下运动过程中为流线型，减小水对竖直向下运动的动力块的阻碍，使得动力块在自重作用下快速复位。

作为本技术的进一步改进，上述齿条A的侧面上安装有导向块，导向块竖直滑动于滑槽C内壁上的导向槽内。导向块与导向槽的配合限制动力块在齿条A上的行程，并防止动力块在自重作用下复位时脱离齿条A。

相对于传统的水锤泵，本发明引入了飞轮储能，挡板对动力管的开关不受到水携带的气泡的影响，本发明持续保持一定的水锤压力，有效提高本发明的提水效率。本发明中曲柄轮、拨销与摆杆构成的曲柄摆杆机构使得挡板可以实现对动力管的慢开快关，使得进入三通座和动力管中的水在挡板较缓地打开动力管的过程中得到充分有效的动能加速；当挡板由对动力管由完全打开状态进行完全关闭后，得到充分动能加速的水有足够的能量触发单向阀并经单向阀进入高压罐压缩位于高压罐内上端的密封空气，被压缩的空气再次作用于高压罐内的水并将水泵出至地势较高的农田，有效提高本发明的水锤压力，从而提高本发明的泵水效率。

本发明由于挡板对动力管慢开快关的特性使得本发明具有较高的水锤压力，对本发明与所要抬升的水平面的落差要求较小，适用的落差范围较广，本发明与所要抬升的水平面之间的落差对动力管的开关影响较小，有效地提高了本发明的提水效率。

本发明结构简单，具有较好的使用效果。

附图说明

图1是本发明及其整体剖面示意图。

图2是导座、动力管、挡板、连杆、摆杆、拨销、曲柄轮、减速器、飞轮、锥齿轮、齿轮D、齿轮C、轴A与齿轮B配合剖面示意图。

图3是齿条B、齿轮B、轴A、齿轮C、齿轮D、单向离合器、轴B、锥齿轮与飞轮配合剖面示意图。

图4是动力管、固定条、齿条A、动力块、齿轮A、齿板、滑杆与弹性膜配合剖面示意图。

图5是动力管、导座、挡板、连杆、摆杆、固定座A、固定座B、减速器与飞轮配合剖面示意图。

图6是导座示意图。

图7是动力管剖面示意图。

图8是本发明内部传动连接示意图。

图9是挡板、支耳、连杆、摆杆与固定座A配合示意图。

图10是拨销、曲柄轮、减速器与飞轮示意图。

图11是动力块剖面示意图。

图中标号名称：1、三通座；2、进口；3、出口A；4、出口B；5、单向阀；6、高压罐；7、出水管；8、进水管；9、动力管；10、滑槽A；11、圆槽；12、动力块；13、活动槽A；14、滑槽B；15、滑槽C；16、导向槽；17、活动槽B；18、齿条A；19、导向块；20、齿轮A；21、滑杆；22、齿板；23、弹性膜；24、固定条；25、齿条B；26、齿轮B；27、轴A；28、动密封圈；29、齿轮C；30、齿轮D；31、单向离合器；32、轴B；33、锥齿轮；34、飞轮；35、减速器；36、曲柄轮；37、拨销；38、摆杆；39、滑槽D；40、连杆；41、支耳；42、挡板；43、导座；44、T型槽；45、固定座A；46、固定座B；47、锥齿面。

具体实施方式

附图均为本发明实施的示意图，以便于理解结构运行原理。具体产品结构及比例尺寸根据使用环境结合常规技术确定即可。

如图1、3、8所示，它包括三通座1、单向阀5、高压罐6、出水管7、进水管8、动力管9、动力块12、轴A27、动密封圈28、轴B32、锥齿轮33、飞轮34、减速器35、曲柄轮36、拨销37、摆杆38、连杆40、挡板42，其中如图1所示，高压罐6通过单向阀5安装在三通座1的出口A3处，三通座1固装于地面；高压罐6侧壁靠近单向阀5处安装有出水管7；三通座1的进口2处与进水管8连接，三通座1的出口B4处安装有动力管9；如图1、4所示，动力管9中竖直滑动有动力块12；如图2、3、7所示，动力管9管壁上的圆槽11内旋转配合有轴A27，轴A27与圆槽11内壁之间通过动密封圈28密封配合；如图2、3、8所示，动力块12与轴A27之间传动连接，动力块12的往复运动通过传动连接带动轴A27形成正反旋转；轴A27与旋转于L型动力管9外侧壁上的轴B32单向传动连接；L型动力管9外侧壁上安装有减速器35；如图8、10所示，减速器35的输入轴上安装有飞轮34，减速器35的输出轴上安装有曲柄轮36；如图2、3、8所示，飞轮34上具有周向的锥齿面47，锥齿面47与安装在轴B32上的锥齿轮33啮合。

如图2、8、9所示，安装在曲柄轮36端面边沿上的拨销37通过与摆杆38上滑槽D39的滑动配合来带动摆杆38绕固定点往复摆动；如图2、5、9所示，摆杆38的摆动端通过与之铰接的连杆40带动同连杆40铰接的挡板42往复滑动于动力管9上的滑槽A10中，以实现挡板42对动力管9的慢开快关。

如图9所示，上述挡板42下表面安装有支耳41，支耳41与连杆40铰接；如图2、5、7所示，动力管9外侧壁上的滑槽A10槽口处安装有为挡板42提供导轨的导座43；如图2、5、6所示，挡板42及与连杆40铰接的支耳41滑动于导座43中的T型槽44内；如图2所示，减速器35通过固定座B46安装在动力管9外侧壁上，摆杆38一端与安装在固定座B46上的固定座A45铰接。

如图2、8所示，上述动力块12的端面上安装有齿条B25，齿条B25与安装在轴A27上的齿轮B26啮合；如图3所示，轴B32上安装有单向离合器31，单向离合器31上安装有齿轮D30；齿轮D30与安装在轴A27上的齿轮C29啮合。

如图4所示，上述L型动力管9的竖直段内安装有固定条24；固定条24上竖直安装有齿条A18；如图4、11所示，齿条A18与动力块12中的滑槽C15滑动配合；动力块12中开有与滑槽C15相通的活动槽A13；活动槽A13安装有与齿条A18啮合的齿轮A20；动力块12下端面开有活动槽B17，活动槽B17的顶面开有与活动槽A13相通的滑槽B14；滑槽B14中竖直滑动有滑杆21，滑杆21上安装有与齿轮A20啮合的齿板22。齿板22和齿条A18分布于齿轮A20的两侧；活动槽B17的槽口处覆盖安装有弹性膜23，弹性膜23通过胶水与滑杆21的下端连接；当动力块12相对齿条A18竖直向上运动时，滑杆21相对于动力块12竖直向上运动并拉动弹性膜23向活动槽B17内收缩，使得动力块12下表面在动力块12被水向上推动过程中，动力块12的下表面为内凹状态，增大动力块12下表面的受力面积，便于动力块12在水的推动下快速平稳地竖直向上运动。当动力块12在重力作用下相对于齿条A18竖直向下运动时，滑杆21相对于动力块12竖直向下运动并推动弹性膜23向活动槽B17外外凸，使得动力块12下表面在动力块12竖直向下运动过程中为流线型，减小水对竖直向下运动的动力块12的阻碍，使得动力块12在自重作用下快速复位。

如图4、11所示，上述齿条A18的侧面上安装有导向块19，导向块19竖直滑动于滑槽C15内壁上的导向槽16内。导向块19与导向槽16的配合限制动力块12在齿条A18上的行程，并防止动力块12在自重作用下复位时脱离齿条A18。

本发明中的挡板42与滑槽A10之间为密封配合。

本发明中的单向离合器31现有技术。

本发明中的高压罐6和单向阀5均采用现有技术。

本发明的工作流程：在初始状态，挡板42处于对动力管9的关闭状态，动力块12处于其最下端极限位置；摆杆38处于其摆动极限状态，拨销37所在曲柄轮36上的半径与摆杆38垂直；齿板22的最上端齿牙正好不与齿轮A20啮合，弹性膜23在滑杆21的推动下向下凸出活动槽B17。

当需要使用本发明将水渠里的水向地形较高的农田里泵水时，先将本发明安装于低于水渠内水位的地方，将高压罐6上的出水管7一端经过软管延伸至地形较高的农田里，接着将进水管8一端深入水渠内水面以下一定深度，使得水渠内的水经进水管8进入三通座1和动力管9内通过势能与动能的相互转换达到较高的动能并能推动位于动力管9内的动力块12进行运动。

此时，由于挡板42对动力管9处于关闭状态，所以水渠内的水不会经进水管8进入三通座1内；手动旋转飞轮34，使得飞轮34获得较高的旋转速度；飞轮34带动与之啮合的锥齿轮33旋转，锥齿轮33带动轴B32同步旋转；此时，单向离合器31发挥超越作用，轴B32不会通过单向离合器31带动齿轮D30旋转，齿轮D30保持静止状态；与此同时，飞轮34通过减速器35带动曲柄旋转，曲柄带动拨销37在摆杆38上的滑槽D39中滑动，拨销37带动摆杆38绕其与固定座A45的铰接点摆动，摆杆38通过连杆40和支耳41带动挡板42沿滑槽A10滑动并对动力管9进行打开；动力管9打开后，使得本发明中进水管8与动力管9两端形成连通状态，水渠内的水经进水管8快速进入三通座1和动力管9内并经打开的动力管9排至外面；从水渠内经进水管8、三通座1和动力管9排至外面的水得到宣泄，从而逐渐获得较大的动能和冲击力。

当飞轮34通过一系列传动带动摆杆38摆至另一个极限状态时，挡板42对动力管9完全打开，拨销37所在的曲柄轮36上的半径重新垂直于摆杆38；继续旋转的飞轮34通过一系列传动带动摆杆38绕其与固定座A45的铰接点向初始位置摆动，摆杆38通过连杆40和支耳41带动挡板42开始对动力管9进行快速关闭；当继续旋转的飞轮34通过一系列传动带动挡板42重新对动力管9完全关闭时，进入三通座1和动力管9内被处于打开状态的动力管9加速的水以较大的压强和冲击挤压单向阀5，使得单向阀5连通，位于进水管8、三通座1和动力管9内的水经单向阀5挤压入高压罐6内，进入高压罐6内的水对高压罐6内上部的空气形成挤压压缩，使得被封闭的空气的压强增大，压强瞬间增大的密封空气再次对进入高压罐6内的水进行挤压；由于单向阀5的单向性，高压罐6内的水不会经单向阀5重新进入三通座1和动力管9内，而是通过出水管7被挤压泵入较高地形的农田中，从而达到将水渠内的水抬升输送至地形较高的农田进行灌溉的目的。

在飞轮34通过一系列传动带动挡板42对动力管9进行往复打开和关闭过程中，曲柄轮36通过一系列传动带动挡板42对动力管9进行完全打开所旋转的角度远远大于曲柄轮36通过一系列传动带动挡板42对动力管9由完全打开进行完全关闭时所旋转的角度，从而达到飞轮34通过一列传动持续带动挡板42往复地对动力管9进行缓慢打开和快速关闭的目的，进而使得从水渠内经势能转化为动能的水在挡板42对动力管9缓慢打开的过程中达到足够能量转换和动能加速；进而保证当挡板42快速对动力管9进行关闭后，进入本发明中的水有足够的能量触发单向阀5并进入高压罐6压缩高压罐6内的密封空气，使得高压罐6内压缩的空气获得较高的压强并将高压罐6内的水有效地泵入地形较高的农田内。

在水进入三通座1和动力管9内后，随着挡板42对动力管9的逐渐打开，从水渠内进入本发明中的水会形成水流，水流冲击动力块12，使得动力块12克服自重产生竖直向上的运动；动力块12通过齿条B25带动齿轮B26旋转，齿轮B26通过轴A27带动齿轮C29旋转，齿轮C29带动安装于轴B32上的齿轮D30旋转；由于此时单向离合器31发挥单向驱动作用，所以齿轮D30通过单向离合器31带动轴B32继续旋转；轴B32带动锥齿轮33继续同步旋转，锥齿轮33带动飞轮34继续沿相同的方向加速旋转并储能，使得飞轮34得到能量补充并维持其旋转。

随着挡板42对动力管9的快速关闭，动力管9重归于封闭状态，待三通座1和动力管9内的具有较高动能的水经单向阀5进入高压罐6后的很短时间内，三通座1与动力管9内的水处于短暂静止状态；此时，在自重作用下，动力块12因两侧水压基本相同而快速复位；快速复位的动力块12通过一系列传动带动齿轮D30反向旋转，齿轮D30的旋转方向与继续旋转的轴B32的旋转方向开始相反；由于此时单向离合器31开始发挥超越作用，所以齿轮D30不会通过单向离合器31带动轴B32反向旋转且对轴B32在飞轮34持续带动下的持续旋转不形成干涉。

在本发明运行的整个过程中，在水的往复推动作用下，动力块12被水推动的运动间隔持续通过一系列传动带动飞轮34旋转储能；当从水渠内经进水管8进入三通座1和动力管9内的水携带有气泡时，气泡与动力块12相遇并暂时隔绝水与动力块12的联系，使得动力块12因暂时短暂失去动力来源而静止不动；动力块12暂时不再通过一系列传动带动飞轮34进行储能，但是处于储能状态的飞轮34的特性使得飞轮34持续旋转，挡块对动力管9有节奏的慢开快关不受到影响；待与动力块12相遇的气泡消失后，动力块12又重新在水的驱动下开始有效地往复运动并继续为飞轮34储能，保证本发明具有较高的可靠性，能够持续地将进入其中的水泵向地形较高的农田。

当动力块12相对齿条A18竖直向上运动时，齿条A18通过齿轮A20带动滑杆21相对于动力块12竖直向上运动，相对于动力块12竖直向上运动的滑杆21拉动弹性膜23向活动槽B17内收缩，使得动力块12下表面在动力块12被水向上推动过程中，动力块12的下表面为内凹状态，增大动力块12下表面的受力面积，便于动力块12在水的推动下快速平稳地竖直向上运动。当动力块12在重力作用下相对于齿条A18竖直向下运动时，齿条A18通过齿轮A20带动滑杆21相对于动力块12竖直向下运动，滑杆21推动弹性膜23向活动槽B17外外凸，使得动力块12下表面在动力块12竖直向下运动过程中为流线型，减小水对竖直向下运动的动力块12的阻碍，使得动力块12在自重作用下快速复位。

综上所述，本发明的有益效果为：本发明引入了飞轮34储能，挡板42对动力管9的开关不受到水携带的气泡的影响，本发明持续保持一定的水锤压力，有效提高本发明的提水效率。

本发明中曲柄轮36、拨销37与摆杆38构成的曲柄摆杆38机构使得挡板42可以实现对动力管9的慢开快关，使得进入三通座1和动力管9中的水在挡板42较缓地打开动力管9的过程中得到充分有效的动能加速；当挡板42由对动力管9由完全打开状态进行完全关闭后，得到充分动能加速的水有足够的能量触发单向阀5并经单向阀5进入高压罐6压缩位于高压罐6内上端的密封空气，被压缩的空气再次作用于高压罐6内的水并将水泵出至地势较高的农田，有效提高本发明的水锤压力，从而提高本发明的泵水效率。

本发明由于挡板42对动力管9慢开快关的特性使得本发明具有较高的水锤压力，对本发明与所要抬升的水平面的落差要求较小，适用的落差范围较广，本发明与所要抬升的水平面之间的落差对动力管9的开关影响较小，有效地提高了本发明的提水效率。

Claims (5)

1.一种水利工程的动力装置，其特征在于：它包括三通座、单向阀、高压罐、出水管、进水管、动力管、动力块、轴A、动密封圈、轴B、锥齿轮、飞轮、减速器、曲柄轮、拨销、摆杆、连杆、挡板，其中高压罐通过单向阀安装在三通座的出口A处，三通座固装于地面；高压罐侧壁靠近单向阀处安装有出水管；三通座的进口处与进水管连接，三通座的出口B处安装有动力管；动力管中竖直滑动有动力块；动力管管壁上的圆槽内旋转配合有轴A，轴A与圆槽内壁之间通过动密封圈密封配合；动力块与轴A之间传动连接，动力块的往复运动通过传动连接带动轴A形成正反旋转；轴A与旋转于L型动力管外侧壁上的轴B单向传动连接；L型动力管外侧壁上安装有减速器；减速器的输入轴上安装有飞轮，减速器的输出轴上安装有曲柄轮；飞轮上具有周向的锥齿面，锥齿面与安装在轴B上的锥齿轮啮合；

安装在曲柄轮端面边沿上的拨销通过与摆杆上滑槽D的滑动配合来带动摆杆绕固定点往复摆动；摆杆的摆动端通过与之铰接的连杆带动同连杆铰接的挡板往复滑动于动力管上的滑槽A中，以实现挡板对动力管的慢开快关。

2.根据权利要求1所述的一种水利工程的动力装置，其特征在于：上述挡板下表面安装有支耳，支耳与连杆铰接；动力管外侧壁上的滑槽A槽口处安装有为挡板提供导轨的导座；挡板及与连杆铰接的支耳滑动于导座中的T型槽内；减速器通过固定座B安装在动力管外侧壁上，摆杆一端与安装在固定座B上的固定座A铰接。

3.根据权利要求1所述的一种水利工程的动力装置，其特征在于：上述动力块的端面上安装有齿条B，齿条B与安装在轴A上的齿轮B啮合；轴B上安装有单向离合器，单向离合器上安装有齿轮D；齿轮D与安装在轴A上的齿轮C啮合。

4.根据权利要求1所述的一种水利工程的动力装置，其特征在于：上述L型动力管的竖直段内安装有固定条；固定条上竖直安装有齿条A；齿条A与动力块中的滑槽C滑动配合；动力块中开有与滑槽C相通的活动槽A；活动槽A安装有与齿条A啮合的齿轮A；动力块下端面开有活动槽B，活动槽B的顶面开有与活动槽A相通的滑槽B；滑槽B中竖直滑动有滑杆，滑杆上安装有与齿轮A啮合的齿板；齿板和齿条A分布于齿轮A的两侧；活动槽B的槽口处覆盖安装有弹性膜，弹性膜通过胶水与滑杆的下端连接。

5.根据权利要求4所述的一种水利工程的动力装置，其特征在于：上述齿条A的侧面上安装有导向块，导向块竖直滑动于滑槽C内壁上的导向槽内。

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