CN111207032A - 一种双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，包括动力发生装置、动力转换装置和发电系统，动力发生装置包括基础、主能量舱、能量转换舱，所述主能量舱中设置能量转换器，其浮力筒前端连接活塞杆；所述动力转换装置之柱塞与活塞杆助推式工作配合，柱塞通过连杆连接摇臂，推动动力输出轴旋转，并驱动发电机。本发明基于浮力举升助推与机械摇臂转换原理，利用能量转换舱之浮力筒并通过活塞‑柱塞‑连杆‑摇臂机构将浮力能转换为机械能，并通过动力输出轴对外输出动力；成套‑成组对称设置能量转换装置，保证了系统能量转换与输出的连续性；再通过变速装置将动力输出轴的转速充分提高，再驱动发电机将机械能转换为电能对外高效输出电力。

Description

一种双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统

技术领域

本发明属于能量转换输出设备技术领域，具体涉及一种结构结构、操作简便的，以静水浮力能为动力来源的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统。

背景技术

地球上可被开发利用的矿物质能源是有限的，随着人类生活、生产活动对能源的消耗却日益增加，矿物质能源日渐枯竭。寻求可持续的绿色能源是人类不断追寻的目标。自然水力资源、太阳能、风能、潮汐能等都是可持续利用的绿色能源，但是，这类能源均受制于自然条件的影响，分布不均，要么时间上分布不均，要么空间分布不均。还有其能量不稳定的先天不足，都给人类的利用带来了这样或那样的困难。

水力资源丰富，且能量巨大。然后，天然水力能量的利用受到自然条件的限制，严重的分布不均。水能载舟，亦能覆舟。也就是说，水既有动水之能，也有静水之能。水作为清洁能源，其中蕴涵着巨大的浮力能。水的浮力能却没有得到有效的利用，至今利用浮力能的方式还主要停留在交通运输方面。现有技术能把浮力能转换成其他形式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动力转换装置，继而将机械能转换为电能，更便于生产应用，是具有广泛的社会学与经济学意义的。本发明人曾开发了多项利用浮力能转换机械能，乃至电能的装置，并申请了多项发明专利：一种垂直重力强压式大容量液体高效泵送装置（ZL2014102484112）；一种水力自浮式大容量高扬程水提升装置（2L2015103762285）；一种水力自浮式高效动力转换输出装置（ZL2015103762872）；一种助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置（ZL2015100223080），利用浮力与重力做功输出动力装置。发明人经过多年的潜心研究和试验测试，不断优化府里能转换与利用的技术方案。这些发明的技术方案还可以进一步改进与优化，进一步提高浮力能的转换效率，进一步提高动力转换与输出的效率与效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，操作简便，建造成本低廉，且能够充分利用转换静水浮力能的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统。

本发明的目的是这样实现的：所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，包括动力发生装置、动力转换装置和发电系统，所述的动力发生装置为多级组联动力发生装置，分别包括基础、主能量舱、能量转换舱，所述的主能量舱通过支撑筒柱设置于基础上，所述的主能量舱上设置能量转换舱，两者整体联通；所述的主能量舱中通过支撑座设置能量转换器，所述的能量转换器包括能量筒、浮力筒、静支撑杆和动支撑杆，所述的静支撑杆连接两能量筒，动支撑杆连接两浮力筒；所述的浮力筒之前端连接活塞杆；所述的动力转换装置包括柱塞、连杆、摇臂和动力输出轴，所述的柱塞上设置连杆，连杆与摇臂铰接配合，摇臂设置于动力输出轴上；所述的活塞杆与柱塞助推式工作配合；所述的发电系统包括变速装置与发电机组，所述的变速装置为逐级增速传动机构，将动力输出轴增速后与发电机组主轴传动配合。

本发明基于浮力举升助推与机械摇臂转换原理，利用能量转换舱之浮力筒，并通过活塞-柱塞-连杆-摇臂机构将浮力能转换为机械能，并通过动力输出轴对外输出动力；成套-成组对称设置能量转换装置，保证了系统能量转换与输出的连续性。动力发生与动力转换输出双轴设计，有利于利用摇臂机构转动灵活的特点，提高系统运转的灵活性，提高能量转换与输出效率。本发明结构简单，操作简便，建造成本低廉，通过机械摇臂的配合工作，充分有效地利用静水浮力能，浮力举升产生动力，机械转换对外输出动力。本发明可单元组合构建各种功率的动力输出装置，即可实现连续动力输出；再通过变速装置将动力输出轴的转速充分提高，再驱动发电机将机械能转换为电能对外高效输出电力。

附图说明

图1为本发明之整体结构剖视示意图；

图2为图1之AA向视图；

图3为图1之BB向视图；

图4为图1之C向视图；

图中标号：1~基础；2~支撑筒柱；3~舱门，4~主能量舱，5~能量转换舱，6~主轴，7~支撑座，8~主轴承座，9~能量筒，10~浮力筒，11~静支撑杆，12~能量转换器，13~活塞杆，14~活塞杆锁，15~动支撑杆，16~活塞杆支撑轮，17~柱塞，18~绞轴，19~连杆，20~摇臂，21~动力轴承座，22~门控阀，23~卡锁，24~操控手柄，25~动力输出轴，26~连接法兰，27~联轴节，28~一级动力转换装置，29~二级动力转换装置，30~地锚栓，31~控制装置，32~一级传动轮，33~一级输出轴，34~二级传动轮，35~二级变速轴，36~三级传动轮，37~三级增速轮，38~三级变速轴，39~四级增速轮，40~发电机，41~四级动力转换装置，42~三级动力转换装置，43~变速与发电装置基座。

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，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如附图1~4所示，本发明所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，包括动力发生装置、动力转换装置和发电系统，所述的动力发生装置为多级组联动力发生装置，分别包括基础1、主能量舱4、能量转换舱5，所述的主能量舱4通过支撑筒柱2设置于基础1上，所述的主能量舱4上设置能量转换舱5，两者整体联通；所述的主能量舱4中通过支撑座7设置能量转换器12，所述的能量转换器12包括能量筒9、浮力筒10、静支撑杆11和动支撑杆15，所述的静支撑杆11连接两能量筒9，动支撑杆15连接两浮力筒10；所述的浮力筒10之前端连接活塞杆13；所述的动力转换装置包括柱塞17、连杆19、摇臂20和动力输出轴25，所述的柱塞17上设置连杆19，连杆19与摇臂10铰接配合，摇臂20设置于动力输出轴25上；所述的活塞杆13与柱塞17助推式工作配合；所述的发电系统包括变速装置与发电机组，所述的变速装置为逐级增速传动机构，将动力输出轴增速后与发电机组主轴传动配合。

所述的能量转换器12为圆盘式结构，其沿圆周均布一组能量转换组件，所述的能量转换组件包括能量筒9、浮力筒10、静支撑杆11和动支撑杆15，所述的能量筒9与浮力筒10两者套接配合，且成组对称于主轴6设置，静支撑杆11连接两能量筒9，动支撑杆15连接两浮力筒10；所述的浮力筒10之前端连接活塞杆13并与设置于能量筒1外侧底部的活塞杆锁14锁定配合，实现活塞杆13伸缩运动。

所述的主能量舱4为呈卧式圆筒结构，轴向呈水平状态，其径向设置能量转换舱5，其与能量转换器12上的活塞杆13工作配合。

所述的能量转换器12成对设置于主能量舱4中，且对称设置于支撑筒柱2的两侧，其活塞杆13在上位时与所述的动力转换装置中的柱塞17助推式配合，柱塞17通过连杆19、绞轴18连接摇臂20，摇臂20安装于动力输出轴25上，对应于两侧能量转换器12的摇臂20旋转对称设置，即一个处于低位时另一个高位。

所述的能量转换器12之能量筒9之外侧对称设置静支撑杆11，并通过中心圆盘连接两端的能量筒11，能量筒11的中轴线穿过能量转换器中心圆盘的圆心；所述的能量转换器12之浮力筒10通过动支撑杆15固定连接，所述的动支撑杆15对称设置，通过活塞杆13上的控制锁14实现两端的浮力筒10分别在相应的能量筒9中的自由上下运动，以带动活塞杆13运动做功。

所述的能量转换器12通过主轴6、主轴承座8设置于支撑座7上，相应的支撑座7下部设置控制器31。

所述的动力转换装置包括柱塞筒、柱塞17、绞轴18、连杆19、摇臂20和动力输出轴25，所述的柱塞筒内设置柱塞17，柱塞17上设置连杆19，连杆19通过绞轴18与摇臂10铰接配合；摇臂20设置于动力输出轴25上。

所述的动力转换装置设置于主能量舱4之顶部，通过柱塞筒与主能量舱4联通，与主能量舱4中的能量转换器12工作配合，所述的动力转换装置包括一级动力转换28和二级动力转换29，分别设置摇臂20联结动力输出轴25，对应的两个摇臂20呈旋转配合状态，以适应一对能量转换器12的交替驱动工作模式，持续将浮力能转换为机械能。

所述的动力输出轴25为分段式结构，通过联轴节27和/或连接法兰26联结为可分段承接输入能量的动力输出轴。

图1和图4示出了本发明变速与发电装置的结构，所述的变速装置包括不少于3级增速机构，一级传动轮32设置于联结动力输出轴25的一级传动轴33上，与增速齿轮啮合，所述的增速齿轮与二级传动轮34同轴设置于二级变速轴35上，二级传动轮34与增速齿轮37啮合，所述的增速齿轮37与三级传动轮36同轴设置于三级变速轴38上，三级传动轮36与四级增速轮39啮合，四级增速轮39设置于发电机40之主轴上。

所述的支撑筒柱2为容水舱结构，其上设置舱门3，所述的舱门3上设置门控锁22和卡锁23，所述卡锁设置支撑筒柱外壁上，并与舱门门卡接配合；所述的门控锁22上设置操控手柄24。

所述的活塞杆13前端设置支撑辊轮16，其与能量转换舱5之底部支撑配合。

所述的能量转换舱5为能量转换器12的运行轨道舱，顶部联通所述的动力转换装置之柱塞筒。

所述的能量转换装置对称设置两套，每套设置四组能量转换器连续-交替工作，保证了系统能量转换与输出的连续性。

所述的支撑筒柱2通过地锚栓30或直接浇筑设置于基础1上。

本发明所述的控制器、控制阀均为机械和/或电控结构，可实现双控阀模式，进一步有利于实现整体系统的自动控制。

本发明工作原理和工作过程：

本发明基于浮力举升助推与机械摇臂转换原理，利用能量转换舱之浮力筒，并通过活塞-柱塞-连杆-摇臂机构将浮力能转换为机械能，并通过动力输出轴对外输出动力；成套-成组对称设置能量转换装置，保证了系统能量转换与输出的连续性；动力发生与动力转换输出双轴设计，有利于利用摇臂机构转动灵活的特点，提高系统运转的灵活性，提高能量转换与输出效率。再通过变速装置将动力输出轴的转速充分提高，再驱动发电机高效发出电力对外输出。

本发明的工作过程：

开机前检查，先全面检查主能量舱1中的各部件状态良好，支撑筒柱2上的舱门3完全关闭；系统灌注水至满足工作要求，即主能量舱4、能量转换舱5全部灌满水，保证能量转换器的平稳运行；再检查传动系统运转正常，即满足开机条件。

系统启动时的状态：图1~3所示，两组动力发生装置的能量转换器的浮力筒（活塞杆13）分别处于一个“上位”（浮力筒所受浮力已经释放），一个“下位”（浮力筒承受主能量舱水之浮力，蓄能状态）状态，活塞杆上的控制锁处于锁定状态，此时为最佳开机启动状态，即活塞杆处于下位的状态，是蓄积浮力能的待释放状态，此态势为自转驱动态势。

系统启动：此时解除对活塞杆13的锁定，同时，给予动力输出轴一个顺时针的旋转驱动力，就会引导摇臂推动动力输出轴顺时针方向旋转。处于下位的活塞杆13在浮力筒10的带动下回缩上行，从而将上位的浮力筒上推，上位的活塞杆伸出，推动与之配合的柱塞上行，推动连杆带动摇臂摆动，进而驱动动力输出轴旋转；同时，另一级的动力转换装置中的摇臂随着动力输出轴的转动而顺时针向另一状态转动（转换），借助于连杆，推动柱塞下行，进而推动对应的活塞杆回缩，压制连接的对向的浮力筒压缩将连接的活塞杆伸出，蓄积浮力能，等待下一工作循环。

本发明之动力发生与动力转换输出装置为组联式延伸结构，可以根据动力发生与发电功率的设计需要任意组合，可以形成小型、中型乃至大型的静水浮力能发电站。作为一个实施例，本发明设计为两组四级动力转换装置，即包括一级动力转换装置28、二级动力转换装置29、三级动力转换装置42和四级动力转换装置41，每一级动力转换装置设有四套能量转换器，两组即有十六套能量转换器，各级之间通过联轴节27和连接法兰26传动配合，依次接替式进入工作循环，如同“龙漩”一般，翻滚时运行，多级联动，实现不间断地浮力能转换为机械能，再通过动力输出轴25与变速和发电装置传动连接，高效发出电力并对外输出。

Claims (10)

1.一种双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，包括动力发生装置、动力转换装置和发电系统，其特征是：所述的动力发生装置为多级组联动力发生装置，分别包括基础（1）、主能量舱（4）、能量转换舱（5），所述的主能量舱（4）通过支撑筒柱（2）设置于基础（1）上，所述的主能量舱（4）上设置能量转换舱（5），两者整体联通；所述的主能量舱（4）中通过支撑座（7）设置能量转换器（12），所述的能量转换器（12）包括能量筒（9）、浮力筒（10）、静支撑杆（11）和动支撑杆（15），所述的静支撑杆（11）连接两能量筒（9），动支撑杆（15）连接两浮力筒（10）；所述的浮力筒（10）之前端连接活塞杆（13）；所述的动力转换装置包括柱塞（17）、连杆（19）、摇臂（20）和动力输出轴（25），所述的柱塞（17）上设置连杆（19），连杆（19）与摇臂（10）铰接配合，摇臂（20）设置于动力输出轴（25）上；所述的活塞杆（13）与柱塞（17）助推式工作配合；所述的发电系统包括变速装置与发电机组，所述的变速装置为逐级增速传动机构，将动力输出轴增速后与发电机组主轴传动配合。

2.如权利要求1所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的能量转换器（12）为圆盘式结构，其沿圆周均布一组能量转换组件，所述的能量转换组件包括能量筒（9）、浮力筒（10）、静支撑杆（11）和动支撑杆15），所述的能量筒（9）与浮力筒（10）两者套接配合，且成组对称于主轴（6）设置，静支撑杆（11）连接两能量筒（9），动支撑杆（15）连接两浮力筒（10）；所述的浮力筒（10）之前端连接活塞杆（13）并与设置于能量筒（1）外侧底部的活塞杆锁（14）锁定配合，实现活塞杆（13）伸缩运动。

3.如权利要求1所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的主能量舱（4）为呈卧式圆筒结构，轴向呈水平状态，其径向设置能量转换舱（5），其与能量转换器（12）上的活塞杆（13）工作配合。

4.如权利要求1、2或3所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的能量转换器（12）成对设置于主能量舱（4）中，且对称设置于支撑筒柱（2）的两侧，其活塞杆（13）在上位时与所述的动力转换装置中的柱塞（17）助推式配合，柱塞（17）通过连杆（19）、绞轴（18）连接摇臂（20），摇臂（20）安装于动力输出轴（25）上，对应于两侧能量转换器（12）的摇臂（20）旋转对称设置，即一个处于低位时另一个高位。

5.如权利要求1、2或3所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的能量转换器（12）之能量筒（9）之外侧对称设置静支撑杆（11），并通过中心圆盘连接两端的能量筒（11），能量筒（11）的中轴线穿过能量转换器中心圆盘的圆心；所述的能量转换器（12）之浮力筒（10）通过动支撑杆（15）固定连接，所述的动支撑杆（15）对称设置，通过活塞杆（13）上的控制锁（14）实现两端的浮力筒（10）分别在相应的能量筒（9）中的自由上下运动，以带动活塞杆（13）运动做功。

6.如权利要求1、2或3所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的能量转换器（12）通过主轴（6）、主轴承座（8）设置于支撑座（7）上，相应的支撑座（7）下部设置控制器（31）。

7.如权利要求1所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的动力转换装置包括柱塞筒、柱塞（17）、绞轴（18）、连杆（19）、摇臂（20）和动力输出轴（25），所述的柱塞筒内设置柱塞（17），柱塞（17）上设置连杆（19），连杆（19）通过绞轴（18）与摇臂（10）铰接配合；摇臂（20）设置于动力输出轴（25）上。

8.如权利要求1或7所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的动力转换装置设置于主能量舱（4）之顶部，通过柱塞筒与主能量舱（4）联通，与主能量舱（4）中的能量转换器（12）工作配合，所述的动力转换装置包括一级动力转换（28）和二级动力转换（29），分别设置摇臂（20）联结动力输出轴（25），对应的两个摇臂（20）呈旋转配合状态，以适应一对能量转换器（12）的交替驱动工作模式，持续将浮力能转换为机械能；所述的动力输出轴（25）为分段式结构，通过联轴节（27）和/或连接法兰（26）联结为可分段承接输入能量的动力输出轴。

9.如权利要求1所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的变速装置包括不少于3级增速机构，一级传动轮（32）设置于联结动力输出轴（25）的一级传动轴（33）上，与增速齿轮啮合，所述的增速齿轮与二级传动轮（34）同轴设置于二级变速轴（35）上，二级传动轮（34）与增速齿轮（37）啮合，所述的增速齿轮（37）与三级传动轮（36）同轴设置于三级变速轴（38）上，三级传动轮（36）与四级增速轮（39）啮合，四级增速轮（39）设置于发电机（40）之主轴上。

10.如权利要求1所述的双轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，其特征是：所述的支撑筒柱（2）为容水舱结构，其上设置舱门（3），所述的舱门（3）上设置门控锁（22）和卡锁（23），所述卡锁设置支撑筒柱（2）外壁上，并与舱门门卡接配合；所述的门控锁（22）上设置操控手柄（24）。

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