CN114087144A - 沙石发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源发电技术领域，是一种将沙石重量（重力势能）转换成电力的机械装置。本发明提供一套沙石弹装填滚落控制装置（2），控制沙石弹（1）逐一通过滑道（2.1）滚落到跷板(3)的承物框（3.1）中，使跷板(3)两头做高低翘翘板运动，牵引浮力推杆（4）使浮筒（4.1）在水下深潜，动能转换成浮力，经二级杠杆（6）放大，推动单向齿轮增速组（7）带动发电机（9）运转发电，实现不间断输出电力。本发明优点在于：能量转换以小获大，清洁、高效，既能输出电力又能维持机器自身持续运转，无需借助如风、光、电、热、水流冲击等外力，沙石弹可循环利用，环保无污染；本发明结构简单，制造成本低，后期维护简便，投资建设不受地理环境条件的制约。
Description
技术领域
本发明属于新能源发电技术领域，涉及一种将沙石重量（重力势能）转换成电力的新型机械装置。
背景技术
社会发展对电力需求越来越大，清洁、低碳、环保、可再生能源的开发利用已成为当今世界各个国家发展急需，太阳能、风能、潮汐能等新能源发电投资高、建设周期长、运行维护成本高、且受地域限制。
发明内容
针对此问题，本发明公开了一种将沙石重量（重力势能）转换成电力的机械装置，利用跷板（杠杆作用）先将沙石等物体的重量转换成机械运动的动量冲力，再将动量冲力转换成人类可以完全控制的浮力，然后将浮力转换成机械旋转动力带动发电机发电，获得电力；本发明优点在于：能量转换充分利用杠杆原理，以小获大，清洁、高效，既能输出电力又能维持机器自身持续运转，无需借助如风、光、电、热、水流冲击等外力；沙石取材方便，封装的沙石（弹）可循环再利用，环保无污染；本发明结构简单，制造成本低，后期维护简便，投资建设不受任何地理环境的制约。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案。
本发明由沙石弹（1），沙石弹装填滚落控制装置（2），跷板(3)，浮力推杆（4），水箱（5），二级杠杆（6），单向齿轮增速组（7），惯性飞轮（8），发电机（9），钢丝绳（10）及支架、附属装配部件等组成，其特征在于，本发明提供一套沙石弹装填滚落控制装置（2），控制沙石弹（1）逐一通过滑道（2.1）滚落到跷板(3)的承物框（3.1）中，使跷板(3)两头做高低翘翘板运动，通过钢丝绳（10）牵引浮力推杆（4）使浮筒（4.1）在水箱（5）水中向下深潜，动能转换成浮力，经二级杠杆（6）放大，通过单向齿轮增速组（7）带动惯性飞轮（8）旋转及发电机（9）运转发电，实现不间断输出电力。
上述沙石弹（1）其特征是：球形、弹丸状石头，或用球形、圆筒形器皿，装填沙子、细石制作而成，滚动性能好，抗摔跌，不易变形，可重复回收使用，亦可使用运输工具装载沙石代替。
上述沙石弹装填滚落控制装置（2）其特征是：沙石弹装填滚落控制装置（2）包括但不限于以下机械零部件及其附属装配件：滑道（2.1），滑道闸门（2.2），闸门板机（2.3），板机推杆（2.4）。
上述沙石弹装填滚落控制装置（2）其特征是：滑道（2.1）一端高，一端稍低，沙石弹（1）装填在滑道上时，能自动从高处向低处滚动。
上述沙石弹装填滚落控制装置（2）其特征是：滑道闸门（2.2）架设在滑道（2.1）上，由前后二道闸门组成，前后闸均依靠自身重力下降闭合闸门，前闸受后闸压制，后闸上升前闸下降，后闸下降前闸上升；后闸门处于常闭，前闸门处于常开；后闸门开则前闸门闭，后闸门闭则前闸门开，如此往复循环，两闸门之间只能容纳一个沙石弹。
上述沙石弹装填滚落控制装置（2）其特征是：闸门板机（2.3）在板机推杆（2.4）的推动下，会将滑道闸门（2.2）的后闸提起，打开后闸门，让位于两闸门间的沙石弹（1）在滑道（2.1）的出口处跌进到跷板(3)的承物框（3.1）中，使跷板(3)两头做高低翘翘板运动，无外力推动，闸门板机（2.3）在自身重力作用下复位并推动所述板机推杆（2.4）回到原位，所述板机推杆（2.4）装在滑轨上可被轻松来回推动。
上述跷板(3)其特征是：跷板(3)的两端，一端带承物框（3.1），另一端带有配重（3.2），跷板(3)带配重（3.2）的一端设有一根钢丝绳（10）与浮力推杆（4）相连接，配重（3.2）的重量，刚好使跷板(3)带承物框（3.1）的一端围绕支撑轴向上旋转，与板机推杆（2.4）的一端轻碰，止于设定的最高位置，承物框（3.1）的开口此时斜朝上，跷板(3)带承物框（3.1）的一端长度（支撑旋转轴到跷板两头的距离，下同）是另一端长度的几何倍数，利用杠杆作用对力进行几何倍数放大。
上述跷板(3)其特征是：沙石弹（1）的重量使跷板(3)带承物框（3.1）的一端围绕支撑轴向下旋转，当旋转到设定的最低位置，承物框（3.1）的开口变成斜朝下，沙石弹（1）自动从承物框（3.1）中滚出，重量减轻后，跷板(3) 带承物框（3.1）的一端自动上旋复位。
上述跷板(3)其特征是：跷板(3)上旋复位接近设定最高位时，会猛烈撞击板机推杆（2.4），由此推动闸门板机（2.3）再次打开滑道闸门（2.2）的后闸门，释放已装填在滑道（2.1）的沙石弹（1），所述跷板(3) 带承物框（3.1）的一端又再次下旋、复而上旋，直到装填在滑道（2.1）的沙石弹（1）全部释放完毕，跷板(3)才会停止翘翘板运动。
上述浮力推杆（4）其特征是：浮力推杆（4）与浮筒（4.1）组装成一体，上方架设一根配重杆（4.2），配重使浮力推杆（4）以支撑旋转轴为中心的两端保持相对平衡；浮筒（4.1）的上下浮沉被控制在水箱（5）的水面下进行，确保浮力的恒定；此结构等价于弹簧装置，始终保持弹力的恒定。
上述浮力推杆（4）其特征是：跷板(3)向下旋转，产生的动量冲力通过钢丝绳（10）牵引浮力推杆（4）使浮筒（4.1）在水箱（5）水中向下深潜，当跷板(3) 上旋复位，动能转换成浮力，浮筒（4.1）上浮，通过浮力推杆（4）推动二级杠杆（6）对外做功。
上述二级杠杆（6）其特征是：二级杠杆（6）由前后、上下二根杠杆组成，选择合适重量的推杆，或进行配重，维持杠杆两端（以支撑旋转轴为平衡中心）的重量相对平衡，以减轻自身重量对动力传递的消耗，利用杠杆作用，传导动力的同时，对力进行二次放大；二级杠杆（6）的初级杠杆与浮力推杆（4）相耦合，末级杠杆与单向齿轮增速组（7）的动力输入轴相连接。
上述单向齿轮增速组（7）其特征是：单向齿轮增速组（7）与二级杠杆（6）相连接的轴为动力输入轴，此轴上安装的齿轮为单向旋转齿轮，或是通过链条带动单向飞轮旋转的链齿轮，使单向齿轮增速组（7）各旋转轴只能朝一个方向旋转，设置数组大、小啮合齿轮以增大最末动力输出轴的转速。
上述二级杠杆（6）其特征是：二级杠杆（6）推动单向齿轮增速组（7）朝一个方向高速旋转，最终通过动力输出轴带动惯性飞轮（8）旋转及发电机（9）运转发电，实现不间断输出电力。
上述发电机（9）其特征是：指适用于手摇或风力发电的直流或三相交流发电机；沙石发电系统，多套装置组合驱动发电机，发电效率更高。
本发明采取上述技术方案，其具有以下优点。
1. 本发明在能量转换充分利用杠杆作用，以小获大，清洁、高效，既能输出电力又能维持机器自身持续运转，无需借助如风、光、电、热、水流冲击等外力。
2. 本发明结构简单、制造成本低，沙石取材随处可得，后期维护简便，投资建设不受地理环境条件的制约。
3. 本发明可利用各种废置的空圆铁罐、塑胶瓶对沙石进行封装，使用后的沙石弹，可回收循环再使用，既环保又经济。
4. 本发明主要关键部件运转通过重力自动复位，机械复位结构简单，高效。
附图说明
图1是本发明的机器装配图。
图2是本发明的闸门控制系统构件关联图。
图3是本发明的重力势能转换成动量冲力构件关联图。
图4是本发明的浮力转换成机械旋转力构件关联图。
图5是本发明的整体构件关联图 。
图6、图7分别是本发明的四套装置组合驱动发电机实施例的左前侧视图、右后侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的变化与修改，皆应仍属本发明涵盖范围内。
图1是本发明的机器装配图，如图所示：本发明由沙石弹（1），沙石弹装填滚落控制装置（2），跷板(3)，浮力推杆（4），水箱（5），二级杠杆（6），单向齿轮增速组（7），惯性飞轮（8），发电机（9），钢丝绳（10）及支架、附属装配部件等组成，分为沙石弹装填作业区与发电两大区域，两大区域可以完全隔离，确保沙石弹装填作业区的生产作业安全。
图2是本发明的闸门控制系统构件关联图，如图所示：滑道闸门（2.2）由前闸门（2.5）与后闸门（2.6）二道闸门组成，前闸（2.7）与后闸（2.8）均依靠自身重力下降闭合闸门，前闸（2.7）的U形臂受后闸（2.8）的压杆（2.9）压制，后闸（2.8）上升前闸（2.7）受压解除自动下降，后闸（2.8）下降，压杆（2.9）压制前闸（2.9）上升；后闸门（2.6）处于常闭，前闸门（2.5）处于常开；后闸门（2.6）开，前闸门（2.5）则闭，后闸门（2.6）闭，前闸门（2.5）则开，如此往复循环，两闸门之间只能容纳一个沙石弹；板机推杆（2.4）装在滑轨底座（2.13）上可被轻松来回推动，闸门板机（2.3）下横杆（2.12）在板机推杆（2.4）的推动下，上横杆（2.11）反向推动后闸门后座（2.10）将后闸门（2.8）提起，打开后闸门（2.6），此时，前闸（2.7）下降阻挡住后面的沙石弹滚动，而两闸门间的沙石弹则继续向下滚落；无外力推动板机推杆（2.4），闸门板机（2.3）在自身重力作用下复位并推动所述板机推杆（2.4）回到原位。
图3是本发明的重力势能转换成动量冲力构件关联图，如图所示：跷板(3)的两端，一端带承物框（3.1），另一端带有配重（3.2），跷板(3)带配重（3.2）的一端设有钢丝绳挂钩（3.5），配重（3.2）的重量，刚好使跷板(3)带承物框（3.1）的一端上翘，背面的撞击杆（3.4）与板机推杆（2.4）的一端轻碰，止于设定的最高位置，承物框（3.1）的开口此时斜朝上，沙石弹滚落，其重量会使跷板(3)带承物框（3.1）的一端围绕支撑轴（3.3）向下旋转，此时，钢丝绳挂钩（3.5）会拉动钢丝绳牵引另一端的浮力推杆同样向下运动，当旋转到设定的最低位置，承物框（3.1）的开口变成斜朝下，沙石弹将自动从承物框（3.1）中滚出，重量减轻后，跷板(3) 带承物框（3.1）的一端自动上旋复位，此时，钢丝绳挂钩（3.5）不再拉动钢丝绳，浮力推杆失去向下牵引力，在浮力作用下，开始向上升复位。跷板(3)带承物框（3.1）的一端长度（支撑旋转轴（3.3）到跷板两头的距离，下同）设置为另一端长度的几何倍数，利用杠杆作用对力进行几何倍数放大。
图4是本发明的浮力转换成机械旋转力构件关联图，如图所示：浮力推杆（4）与浮筒（4.1）组装成一体，靠近支撑旋转轴(4.6)的一端，上方架设一根转轴（4.4）与配重杆（4.2）相连接，配重杆（4.2）的配重(4.3)抵消浮力推杆（4）及浮筒（4.1）的重量，使浮力推杆（4）以支撑旋转轴(4.6)为中心的两端保持相对平衡，浮力推杆（4）的另一端，下方设有钢丝绳挂钩（4.6），上方架设一根助推杆（4.5）；二级杠杆（6）由初级杠杆（6.1）、末级杠杆（6.4）二根杠杆组成，分别通过初级推杆（6.3）、末级推杆（6.6）进行配重，维持杠杆两端（分别以支撑旋转轴（6.2）、（6.5）为平衡中心）的重量相对平衡，初级杠杆（6.1）轻轻靠在浮力推杆（4）上；浮筒（4.1）上浮，通过浮力推杆（4）推动初级杠杆（6.1）上旋，浮力转换成机械动力，末级杠杆（6.4）再次放大，通过末级推杆（6.6）推动单向齿轮增速组（7）的动力输入轴（7.1）高速旋转。
图5是本发明的整体构件关联图，如图所示：沙石弹（1）预先装填在沙石弹装填滚落控制装置（2）的滑道（2.1）上，被滑道闸门（2.2）控制滚动，跷板(3)撞击板机推杆（2.4），由此推动闸门板机（2.3）打开滑道闸门（2.2）的后闸门，与此同时，前闸门自动落闸，每次只让一枚沙石弹（1）滚落到跷板(3)的承物框（3.1）中；沙石弹（1）的重量使跷板(3)带承物框（3.1）的一端围绕支撑轴向下旋转，另一端上翘通过钢丝绳（10）牵引浮力推杆（4）使浮筒（4.1）在水箱（5）水中向下深潜，与此同时，闸门板机（2.3）依靠自身重力复位并推动板机推杆（2.4）同时复位；当跷板(3) 向下旋转到承物框（3.1）的开口斜朝下时，沙石弹（1）自动从承物框（3.1）中滚出，重量减轻后，跷板(3) 带承物框（3.1）的一端自动上旋复位；失去牵引力后，浮筒（4.1）上浮，通过浮力推杆（4）推动二级杠杆（6）转动，对外做功；跷板(3)上旋复位会再次猛烈撞击板机推杆（2.4），重复上述机械运转过程，周而复始推动二级杠杆（6）转动，直到装填在滑道（2.1）的沙石弹（1）全部释放完毕，跷板(3)才会停止翘翘板运动；二级杠杆（6）对浮力进行二次放大后，推动单向齿轮增速组（7）朝一个方向高速旋转，带动惯性飞轮（8）旋转及发电机（9）运转发电，实现不间断输出电力。
本发明的技术核心是：沙石弹装填滚落控制装置（2），控制沙石弹（1）逐一通过滑道（2.1）滚落到跷板(3)的承物框（3.1）中，使跷板(3)两头做高低翘翘板运动，牵引浮力推杆（4）使浮筒（4.1）在水下深潜，动能转换成浮力；上述技术将沙石等物体重量（重力势能）先转换成不可控或难以控制的动量冲力，然后再将动量冲力转换成可控或易控的浮力；能量转换的机械构件：跷板(3)与浮力推杆（4），结构简单、高效、实用。
通过以上设计，本发明达到了利用沙石弹装填滚落控制装置（2），控制沙石弹（1）逐一通过滑道（2.1）滚落到跷板(3)的承物框（3.1）中，使跷板(3)两头做高低翘翘板运动，牵引浮力推杆（4）使浮筒（4.1）在水下深潜，动能转换成浮力，经二级杠杆（6）放大，通过单向齿轮增速组（7）带动发电机（9）运转发电，实现不间断输出电力的目的。
图6、图7分别是本发明的四套装置组合驱动发电机实施例的左前侧视图、右后侧视图，本发明多套装置组合驱动发电机，发电效率更高，如图所示为四套装置组合驱动一台发电机发电的实施例，组合时，将沙石弹装填滚落控制装置中的闸门板机改为循环控制：即第一台的板机推杆控制第二台的闸门板机，第二台的板机推杆控制第三台的闸门板机，第三台的控制第四台的，第四台的控制第一台的，实现机械自动循环投放沙石弹；实施例机器采用的沙石弹重3公斤，浮筒浮力（载重）25公斤，直流无刷发电机，功率标注40W，三相交流输出；机器自动连续投放沙石弹，驱动发电机发电，空载输出的电压经整流达130V左右，换算得发电机每分钟旋转达1000转左右；接12V 5W LED灯泡作负载，四台机依次接连投放一个沙石弹，共四个，时长是20秒，然后间隔65秒左右再依次投放一批四个沙石弹，如此循环，驱动发电机发电，可实现不间断输出电力，使灯泡持续点亮不灭。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、变形、等同替换和改进等，均应该包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种将沙石重量（重力势能）转换成电力的沙石发电系统，由沙石弹（1），沙石弹装填滚落控制装置（2），跷板(3)，浮力推杆（4），水箱（5），二级杠杆（6），单向齿轮增速组（7），惯性飞轮（8），发电机（9），钢丝绳（10）及支架、附属装配部件等组成，其特征在于，本发明提供一套沙石弹装填滚落控制装置（2），控制沙石弹（1）逐一通过滑道（2.1）滚落到跷板(3)一端的承物框（3.1）中，使跷板(3)两头做高低翘翘板运动，通过钢丝绳（10）牵引浮力推杆（4）使浮筒（4.1）在水箱（5）水中向下深潜，动能转换成浮力，经二级杠杆（6）放大，通过单向齿轮增速组（7）带动惯性飞轮（8）旋转及发电机（9）运转发电，实现不间断输出电力。
2.根据权利要求1所述的沙石发电系统，其特征是：所述沙石弹（1）指球形、弹丸状石头，或用球形、圆筒形器皿，装填沙子、细石制作而成，滚动性能好，抗摔跌，不易变形，可重复回收使用，亦可使用运输工具装载沙石代替。
3.根据权利要求1所述的沙石发电系统，其特征是：所述沙石弹装填滚落控制装置（2），包括但不限于以下机械零部件及其附属装配件：滑道（2.1），滑道闸门（2.2），闸门板机（2.3），板机推杆（2.4）；所述滑道（2.1）一端高，一端稍低，所述沙石弹（1）装填在滑道上时，能自动从高处向低处滚动；所述滑道闸门（2.2）由前后二道闸门组成，后闸门开则前闸门闭，后闸门闭则前闸门开，前后两闸门之间只能容纳一个沙石弹；所述闸门板机（2.3）在所述板机推杆（2.4）的推动下，会将所述滑道闸门（2.2）的后闸提起，打开后闸门，让位于两闸门间的所述沙石弹（1）在所述滑道（2.1）的出口处跌进到所述跷板(3)的承物框（3.1）中，使所述跷板(3)两头做高低翘翘板运动，无外力推动，所述闸门板机（2.3）在自身重力作用下复位并推动所述板机推杆（2.4）回到原位，所述板机推杆（2.4）装在滑轨上可被轻松来回推动。
4.根据权利要求1或3所述的沙石发电系统，其特征是：所述跷板(3)的两端，一端带承物框（3.1），另一端带有配重（3.2），所述跷板(3)带配重（3.2）的一端设有一根所述钢丝绳（10）与所述浮力推杆（4）相连接，所述配重（3.2）的重量，刚好使所述跷板(3)带承物框（3.1）的一端围绕支撑轴向上旋转，与所述板机推杆（2.4）的一端轻碰，止于设定的最高位置，所述承物框（3.1）的开口此时斜朝上，所述跷板(3)带承物框（3.1）的一端长度（支撑旋转轴到跷板两头的距离，下同）是另一端长度的几何倍数，利用杠杆作用对力进行几何倍数放大。
5.根据权利要求1或4所述的沙石发电系统，其特征是：所述沙石弹（1）的重量使所述跷板(3)带承物框（3.1）的一端围绕支撑轴向下旋转，当旋转到设定的最低位置，所述承物框（3.1）的开口变成斜朝下，所述沙石弹（1）自动从所述承物框（3.1）中滚出，重量减轻后，所述跷板(3) 带承物框（3.1）的一端自动上旋复位；所述跷板(3)上旋复位接近设定最高位时，会猛烈撞击所述板机推杆（2.4），由此推动所述闸门板机（2.3）再次打开所述滑道闸门（2.2）的后闸门，释放已装填在所述滑道（2.1）的沙石弹（1），所述跷板(3) 带承物框（3.1）的一端又再次下旋、复而上旋，直到装填在所述滑道（2.1）的沙石弹（1）全部释放完毕，所述跷板(3)才会停止翘翘板运动。
6.根据权利要求1和5所述的沙石发电系统，其特征是：所述浮力推杆（4）与所述浮筒（4.1）组装成一体，上方架设一根配重杆（4.2），配重使所述浮力推杆（4）以支撑旋转轴为中心的两端保持相对平衡；所述跷板(3)向下旋转，产生的动量冲力通过钢丝绳（10）牵引所述浮力推杆（4）使所述浮筒（4.1）在所述水箱（5）水中向下深潜，当所述跷板(3) 上旋复位，动能转换成浮力，所述浮筒（4.1）上浮，通过所述浮力推杆（4）推动所述二级杠杆（6）对外做功。
7.根据权利要求1或6所述的沙石发电系统，其特征是：所述二级杠杆（6）由前后、上下二根杠杆组成，选择合适重量的推杆，或进行配重，维持杠杆两端（以支撑旋转轴为平衡中心）的重量相对平衡，以减轻自身重量对动力传递的消耗，利用杠杆作用，传导动力的同时，对力进行二次放大；所述二级杠杆（6）的初级杠杆与所述浮力推杆（4）相耦合，末级杠杆与所述单向齿轮增速组（7）的动力输入轴相连接。
8.根据权利要求1和7所述的沙石发电系统，其特征是：所述单向齿轮增速组（7）与所述二级杠杆（6）相连接的轴为动力输入轴，此轴上安装的齿轮为单向旋转齿轮，或是通过链条带动单向飞轮旋转的链齿轮，使单向齿轮增速组（7）各旋转轴只能朝一个方向旋转，设置数组大、小啮合齿轮以增大最末动力输出轴的转速。
9.根据权利要求1和8所述的沙石发电系统，其特征是：所述二级杠杆（6）推动所述单向齿轮增速组（7）朝一个方向高速旋转，最终通过动力输出轴带动所述惯性飞轮（8）旋转及所述发电机（9）运转发电，实现不间断输出电力。
10.根据权利要求1或14所述的沙石发电系统，其特征是：所述发电机（9）指适用于手摇或风力发电的直流或三相交流发电机；沙石发电系统，多套装置组合驱动发电机，发电效率更高。
Priority Applications (1)
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| CN202111518501.5A CN114087144A (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 沙石发电系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202111518501.5A CN114087144A (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 沙石发电系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN114087144A true CN114087144A (zh) | 2022-02-25 |
Family
ID=80307125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111518501.5A Pending CN114087144A (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 沙石发电系统 |
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2021
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