CN111997828A - 一种杠杆助力式高效升水动力转换输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，包括助动升水装置和动力转换输出装置，助动升水装置为杠杆助动式升水装置，包括基础、底部水池、助力器、能量体、滑轮系统、中位水箱和上位水箱；动力转换输出装置包括水轮发电系统。本发明基于杠杆平衡原理，通过配重形成翘板式结构平衡助力系统，钢索‑滑轮组合与助力系统构成摆动助力提升机构，两个互为提升或沉降作用水箱的满水或空水，造成助力器展臂平衡状态的失衡，牵拉钢索移动，带动能量体上升或下降，能量体提升的效果在于让下位或中位水箱中的水流回底部水池中；能量体沉降的结果是再次把底部水池的水压入上位水池中，以供给水轮机驱动发电机发电，实现动力转换输出。

Description

一种杠杆助力式高效升水动力转换输出装置

技术领域

本发明属于能量转换输出设备技术领域，具体涉及一种结构简单、操作简便的，以静水浮力能为动力源的杠杆助力式高效升水动力转换输出装置。

背景技术

地球上可被开发利用的矿物质能源是有限的，随着人类对能源消耗的日益增加，矿物质能源日渐枯竭。寻求可持续的绿色能源替代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，时空分布不均，而且现有能量利用技术还存在不少缺陷，利用效率较低，都给人类绿能的综合利用和普及推广带来了诸多困难。

水能载舟，亦能覆舟。水有动水之能，更有静水之力。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更为广泛而高效的利用，至今浮力能的利用方式和途径还主要局限于在交通运输工具方面。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，更没有广泛地工业化应用。在能源日益紧缺的今天，开发能够充分利用液体浮力能转换为其他能够直接利用的能源，比如机械能或电能，以更方便地服务于人类的生产生活，具有广泛的社会学与经济学意义。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，并申请了多项国家发明专利，比如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对外输出动力。发明人经过多年的潜心试验研究，不断优化浮力能转换与利用的技术方案。实践证明这些发明的技术方案还有很大的改进与优化空间，能够进一步提高浮力能的转换效率，进而提高动力转换与输出的效率与效果，以弥补现有技术浮力能利用不足的缺陷，让静水能量可以像自然水力能那样更高效的加以利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，操作简便，能够充分利用、转换静水浮力能的杠杆助力式高效升水动力转换输出装置。

本发明的目的是这样实现的，所述所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，包括助动升水装置和动力转换输出装置，所述助动升水装置为杠杆助动式升水装置，包括基础、地下水池、地上水池、助力器、沉降水箱、能量体、压力滑轮、提升滑轮、提升钢索、提升水箱、补水软管、排水阀、进排气阀、中位水箱和上位水箱，所述基础内设置地下水池，其上设置地上水池，之上设置助力器基座，所述助力器为芯轴杠杆式结构，其两展臂端部对称设置助力水箱，各助力水箱底部通过软管连接下位水箱，下位水箱连接地上水池，助力水箱上部通过软管连接中位水箱，地上水池通过上水塔管连接上位水箱；所述助力器之芯轴中心竖直设置能量体，能量体上段两侧设置沉降滑轮，通过沉降钢索分别连接于助力器基座和助力器之一侧展臂上；固定于中位水箱底部的提升滑轮，与提升钢索配合，提升钢索一端固定于能量体上端，另一端固定于助力器另一侧的展臂上；所述的动力转换输出装置包括上位水箱、供水管、水轮机，所述供水管上端连通上位水箱，下端连接水轮机之进水管，水轮机出水口通过余水管连通中位水箱。

本发明基于杠杆平衡原理，通过配重形成翘板式结构平衡助力系统，钢索-滑轮组合与助力系统构成摆动助力提升机构，两个互为提升或沉降作用水箱的满水或空水，造成助力器展臂平衡状态的失衡，牵拉钢索移动，带动能量体上升或下降，能量体提升的效果在于让下位或中位水箱中的水流回底部水池中；能量体沉降的结果是再次把底部水池的水压入上位水池中，以供给水轮机驱动发电机发电。助力器持续上下摆动，即带动能量体提升或沉降，达到升水蓄能，势能与动能转换，实现动力转换输出。

附图说明

图1为本发明之整体结构示意图；

图2为图1之AA向半剖视示意图；

图3为图1中位横剖俯视图。

图中标号：1~基础，2~地下水池，3~地上水池，4~助力器基座，5~轴承座，6~助力器，7~助力器构架，8~沉降水箱，9~沉降补水管，10~沉降补水阀，11~能量体，12~沉降滑轮，13~提升滑轮，14~提升钢索，15、提升连接器，16~下压连接器，17~下压固定器，18~提升补水管，19~提升补水阀，20~提升水箱，21~补水软管，22~排水阀，23、进排气阀，24~水箱支架，25~中位水箱，26~上位水箱，27~供水管，28~发电供水阀，29~水轮机，30~余水管，31~芯轴，32~密封装置，33~上水塔管，34~沉降钢索，35~框架式轴结构，36~提升固定器，37~水塔上水阀，38~下位水箱，39~进水管，40~A角儿进水阀，41~B角儿进水阀，42~平衡阻尼辊。

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1~3所示，本发明所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，包括助动升水装置和动力转换输出装置，所述助动升水装置为杠杆助动式升水装置，包括基础1、地下水池2、地上水池3、助力器6、沉降水箱8、能量体11、压力滑轮12、提升滑轮13、提升钢索14、提升水箱20、补水软管21、排水阀22、进排气阀23、中位水箱25和上位水箱26，所述基础1内设置地下水池2，其上设置地上水池3，之上设置助力器基座4，所述助力器6为芯轴31杠杆式结构，其两展臂端部对称设置助力水箱，各助力水箱底部通过软管连接下位水箱38，下位水箱38连接地上水池3，助力水箱上部通过软管连接中位水箱25，地上水池3通过上水塔管33连接上位水箱26；所述助力器6之芯轴中心竖直设置能量体11，能量体11上段两侧设置沉降滑轮12，通过沉降钢索34分别连接于助力器基座4和助力器6之一侧展臂7上；固定于中位水箱25底部的提升滑轮13，与提升钢索14配合，提升钢索14一端固定于能量体11上端，另一端固定于助力器6另一侧的展臂7上；所述的动力转换输出装置包括上位水箱26、供水管27、水轮机29，所述供水管27上端连通上位水箱26，下端连接水轮机29之进水管，水轮机29出水口通过余水管30连通中位水箱25。

所述助力器6包括框架式轴结构35和两侧延伸的展臂7，所述框架式轴结构35之轴心线与两展臂7之纵向中心线相交点为助力器6之中心，所述框架式轴结构35之框架内竖直设置能量体11，且能量体11之中轴线穿过助力器6之中心。

所述助力器6之芯轴通过轴承座5设置于助力器基座4之上，所述助力器基座4设置于地上水池3之上。

所述助力器6之两展臂7的臂伸端部对称设置互为配重的翘板式水箱，一端为提升水箱20，另一端则为沉降水箱8；两水箱之进水管连通中位水箱25，出水管连通下位水箱38。所述助力器芯轴31设置平衡阻尼辊42，有助于控制助力器6之展臂7上下摆动时，助力器的转动角度不少于45°，并使得能量体11的提升或沉降幅度大于1米，以满足每一工作行程，所提升的水量能够满足系统运行所需要匹配的水量。调整提升钢索14和沉降钢索34分别相对应的提升连接器15和沉降连接器16，在两侧阻力器展臂上的固定位置，即可改变能量体11的提升或沉降幅度。

所述下位水箱38设置于地上水池3之上，下位水箱38之进水管21上设置补水阀22，且分别连通提升水箱20和沉降水箱8的出水管。

所述地上水池3之下还设置有与之连通的沉入地平面之下的地下水池2，地下水池2与能量体11容纳式配合，挤水升箱，提升水至高位。所述能量体11中部，地上水池3之上设置密封装置32，密封装置32与能量体11外壁与地上水池3之间的密封配合。所述密封装置32为橡胶密封结构件，通过地上水池顶部的限位结构与压盖装置，将橡胶密封结构件束缚与能量体11与地上水池3之间，达到动态密封之目的。

所述密封结构件32由气囊式橡胶或其他密封材料制成，起到复合密封作用。

所述中位水箱25底部设置提升滑轮13，与提升钢索14搭绕式配合，提升钢索一端系于设置在能量体11上端部的提升固定器36，另一端绕过系于助力器一侧展臂7上；相应地，所述能量体11上部两侧对应设置沉降滑轮12，沉降钢索34一端系于地上水池3上的上面，另一端绕过沉降滑轮12系于助力器另一侧展臂7上。

所述上位水箱26设置于装置顶端，其上设置进排气阀，其底部连通上水塔管33，上水塔管33下端连通地上水池3。

所述能量体11为空心柱体结构，下端呈锥体结构，利于在水池内的沉降与提升；能量体11上端部设置平衡升降助力器展臂的滑轮组，助力器之展臂的摆动，带动滑轮组的动作，提升能量体11。

所述动力转换输出装置为水轮机或水助动机械，把水力能转换为机械能，即通过供水管27将水力势能转换为机械动能，即所述上位水箱26底部还设置有供水管27连通水轮机29之进水管，水轮机29之余水管30连通中位水箱25，带动发电机发电。

本发明工作原理和工作过程：

本发明基于杠杆平衡原理，通过配重形成翘板式结构平衡助力系统，通过钢索-滑轮组合与助力系统构成摆动助力提升机构，通过两个互为提升或沉降作用水箱的满水或空水，通过能量体、上水塔管把水提升到上位水箱中，以供后续通过水轮机发电。其原理工作原理：中位水箱25中的水通过沉降补水阀10供水给沉降水箱8号，使之重载，把能量体11下压把底部水池中的水压到上位水箱26中，通过水轮发电机发电后的水再回到中位水箱25中。中位水箱25中的水通过提升补水阀19供水给提升水箱20，使之重载，通过钢索及滑轮系统把能量体11提起，使下位水箱38中的水通过其下的进水阀进入地下水池3中。沉降水箱8和提升水箱20中的水都是流入底部水池中的，又通过能量体11提升到上位水箱26中，水力能发电后，回到中位水箱，再通过阀门进入下位水箱中，实现水的泵送循环和水力发电。

本发明的工作过程：

1、系统启动前的准备：

启动前做好一切准备工作，包括：

把地下水池2、地上水池3、上位水箱26、提升水箱20、供水管27和上水塔管33中的水灌满，中位水箱25灌注一半，下位水箱38灌注一半；

（2）发电供水阀28、沉降补水阀10和A角儿进水阀40关闭；

（3）水塔上水阀37和排水阀22打开；

（4）检查调试好助力器系统、滑轮系统、能量体、密封装置及相关部件，确保安装达标、联调联试运行良好。

（5）检查调试好发电系统的供水、排水、水轮系统各设备及部件，确保运行正常。

、系统运行过程

首先打开提升补水阀19，把提水水箱20号水箱灌满水，使提升钢索14号通过提升滑轮13、提升固定器36提起能量体11到高位；此时，打开上水塔管33上的水塔上水阀37，关闭下位水箱38上的A角儿进水阀40，然后打开提升水箱20上的排水阀22，使水流入下位水箱38中。与此同时，关闭B角儿进水阀41，打开沉降补水管9上的沉降补水阀10，把沉降水箱8灌满水，使之有质量能做功，通过下压连接器16、沉降钢索34对能量体11向下施压，能量体11把地上水池3中的水通过水塔上水阀37，压入上水塔管33，并升水进入上位水箱26中，以供后续通过水轮机发电之用。能量体11下行工作行程到位后，关闭水塔上水阀37，然后打开A角儿进水阀40，同时也打开B角儿进水阀41，将沉降水箱8中的水排入地上水池和地下水池，使沉降水箱8变轻，再打开提升补水阀19，再把水灌入提升水箱20中使之变重，通过钢索和滑轮系统把能量体11提起，下位水箱38中的水顺着进水管39、通过A角儿进水阀40号，进入地下水池3中。这时，上位水箱26已有水，打开供水阀28、水轮机29带动发电机发电。流过水轮机的尾水流入中位水箱25中。如此循环往复，通过系统控制，即可实现持续提水，势能-动能转换，把机械能转换为电能输出。

Claims (10)

1.一种杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，包括助动升水装置和动力转换输出装置，其特征是：所述助动升水装置为杠杆助动式升水装置，包括基础（1）、地下水池（2）、地上水池（3）、助力器（6）、沉降水箱（8）、能量体（11）、压力滑轮（12）、提升滑轮（13）、提升钢索（14）、提升水箱（20）、补水软管（21、排水阀（22、进排气阀（23）、中位水箱（25）和上位水箱（26），所述基础（1）内设置地下水池（2），其上设置地上水池（3），之上设置助力器基座（4），所述助力器（6）为芯轴杠杆式结构，其两展臂端部对称设置助力水箱，各助力水箱底部通过软管连接下位水箱（38），下位水箱（38）连接地上水池（3），助力水箱上部通过软管连接中位水箱（25），地上水池（3）通过上水塔管（33）连接上位水箱（26）；所述助力器（6）之芯轴31）内竖直设置能量体（11），能量体（11）上段两侧设置沉降滑轮（12），通过沉降钢索（34）分别连接于助力器基座（4）和助力器（6）之一侧展臂（7）上；固定于中位水箱（25）底部的提升滑轮（13），与提升钢索（14）配合，提升钢索（14）一端固定于能量体（11）上端，另一端固定于助力器6另一侧的展臂7上；所述的动力转换输出装置包括上位水箱（26）、供水管（27）、水轮机（29），所述供水管（27）上端连通上位水箱（26），下端连接水轮机（29）之进水管，水轮机（29）出水口通过余水管（30）连通中位水箱（25）。

2.如权利要求1所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述助力器（6）包括框架式轴结构（35）和两侧延伸的展臂（7），所述框架式轴结构（35）之轴心线与两展臂（7）之纵向中心线相交点为助力器（6）之中心，所述框架式轴结构（35）之框架内竖直设置能量体（11），且能量体（11）之中轴线穿过助力器（6）之中心。

3.如权利要求1或2所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述助力器（6）之芯轴（31）通过轴承座（5）设置于助力器基座（4）之上，所述助力器基座（4）设置于地上水池（3）之上。

4.如权利要求1或2所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述助力器（6）之两展臂（7）的臂伸端部对称设置互为配重的翘板式水箱，一端为提升水箱（20），另一端则为沉降水箱（8）；两水箱之进水管连通中位水箱（25），出水管连通下位水箱（38）；所述助力器（6）之芯轴（31）上设置平衡阻尼辊（42）。

5.如权利要求4所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述下位水箱（38）设置于地上水池（3）之上，下位水箱（38）之进水管（21）上设置补水阀（22），且分别连通提升水箱（20）和沉降水箱（8）的出水管。

6.如权利要求4所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述地上水池（3之下还设置有与之连通的沉入地平面之下的地下水池（2），地下水池（2）与能量体（11）容纳式配合，挤水升箱，提升水至高位；所述能量体（11）中部，地上水池（3）之上设置密封装置（32），密封装置（32）与能量体（11）外壁与地上水池（3）之间的密封配合；所述密封装置（32）为橡胶密封结构件，通过地上水池顶部的限位结构与压盖装置，将橡胶密封结构件束缚与能量体（11）与地上水池（3）之间，达到动态密封之目的。

7.如权利要求1所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述中位水箱（25）底部设置提升滑轮（13），与提升钢索（14）搭绕式配合，提升钢索（14）一端系于设置在能量体（11）上端部的提升固定器（36），另一端绕过系于助力器（6）一侧展臂（7）上的提升连接器（15）；相应地，所述能量体（11）上部两侧对应设置沉降滑轮（12），沉降钢索（34）一端系于地上水池（3）上的上面，另一端绕过沉降滑轮（12）系于助力器（6）另一侧展臂（7）上沉降连接器（16）。

8.如权利要求1所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述上位水箱（26）设置于装置顶端，其上设置进排气阀，其底部连通上水塔管（33），上水塔管（33）下端连通地上水池（3）。

9.如权利要求1、6或7所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述能量体（11）为空心柱体结构，下端呈锥体结构，利于在水池内的沉降与提升；能量体（11）上端部设置平衡升降助力器展臂的滑轮组，助力器（6）之展臂（7）的摆动，带动滑轮组的动作，升降能量体（11）。

10.如权利要求1所述杠杆助力式高效升水动力转换输出装置，其特征是：所述动力转换输出装置为水轮机或水助动机械，把水力能转换为机械能，即通过供水管（27将水力势能转换为机械动能，即所述上位水箱（26）底部还设置有供水管（27）连通水轮机（29）之进水管，水轮机（29）之余水管（30）连通中位水箱（25），带动发电机发电。

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