CN1800627A - 桨轮式落水转换自动提水机 - Google Patents

Abstract

一种桨轮式落水转换自动提水机，属水利机械与设施产品类型开发技术领域，其通过“引水压水管”使落水与压力切向作用于桨轮的桨叶上使其产生旋转动力，通过“一体化传动轴”的传动带动“提水链回转轮”及“提水链条串联的G形提水桶”进行上下循环运动提水，其可完全自动运行；其通过长大桨轮的设置可将落水集成形成巨大动力，只需带动1个高密度串联的提水装置即可，与原有技术比较可使设备设施的结构大幅简化，效率大幅提高，建设规模大幅减小，并可通过引水压水管、桨轮与提水桶的规格设计变化，形成可适宜不同引水高度、不同提水水量、不同提水高度的全新落水转换自动提水工程形态，其在全球范围均具有巨大的产业化发展空间。

Description

桨轮式落水转换自动提水机

本发明提出“桨轮式落水转换自动提水机”属水利机械与设施产品类型开发技术领域。

水资源危机已成为严重影响中国(世界)经济发展和城市乡村生产生活的突出问题，水资源的地区、季节分布不均是问题的重要成因。而在丰水季节进行广泛大规模的提水、调水、蓄水作业就可在一定程度上有效解决缺水问题，并可同时产生出“生态、减洪、灌溉、水产养殖”等诸多综合经济社会效益。

但如用电力进行广泛大规模的提水、调水、蓄水作业能耗高、效能低，并需昂贵的电力设施配备，综合投资与日常运行费用均十分巨大；在夏季丰水季节用电力大量提水蓄水还将受到每年同时期到来的用电高峰期的限制，因而研究开发“利用水体自身具有的巨大水能进行即时转换，实现直接自动提水调水作业”的水利机械设施产品就可在一定程度上缓解、解决该问题。

目前，采用落水转换自动提水作用原理与方法，并可实现规模化运行的发明专利技术已有：落水转换自动提水机、机组、机群(中国发明专利：200510075084.6)。但是其要形成落水转换动力需设置较为复杂的由链条、链轮、落水阻板与落水管配合形成的复杂落水动力设施，并且一个上述落水动力设施所能产生的动力十分有限，不能将大量落水动力集成合一，因此在需要大量提水或高扬程提水设计时，就需要设置较多的落水动力设施，同时需要配合相同多的提水设施及落水与提水之间的动力传递转换设施，从而形成由上述中小型落水转换自动提水机联合构成的“落水提水机群”设施形态，这就会使该落水转换提水设备与设施的设备结构分散，总体体积庞大，运行控制困难，建设费用高昂，因而其还难于实现更加理想的、规模化的、简单、高效、大力的、可形成集成出力的“落水转换自动提水作业”机械的理想目标要求。

本发明的目的是提供一种可更有效地实现“利用落水转换实现自动提水作业”目标的全新种类的设备设施——桨轮式落水转换自动提水机，与原有落水转换自动提水机、机群比较，其设计形态简单美观，可形成集成巨大的落水出力与转换能力，可使落水转换方式更为高效，可使运行控制更加方便，并可在实现相同提水能力的条件下，使落水转换提水设备设施的体积大幅度减小，使建设规模大量减少，使建设费用大幅度降低，并可形成适宜不同引水高度、不同提水水量、不同提水高度、不同提水能力的设计形态与使用需求的要求。

本发明提出的“桨轮式落水转换自动提水机”是由“机械”部分和与其配合的“设施”部分相互结合构成；

其“机械”部分的主要功能部件包括：①引水压水管或引水压水排管及其调控阀门、②桨轮与桨轮机壳、③一体化传动轴、④上、下提水链回转轮、⑤G形提水桶、⑥提水链条(下简称：提水链；或用钢丝绳替代提水链)；

其中①-②为落水及其产生动力的功能部分；④-⑥为提水及其消耗动力的功能部分，在两部分之间由③连接形成一体化联动与传动，从而实现落水转换提水运行的目标，并通过规格设计实现产生动力与消耗动力之间的运行平衡。

以下简述其“机械”部分主要功能部件的结构特征及其应用功效：

①引水压水管或引水压水排管

“桨轮式落水转换自动提水机”通过引水压水管或引水压水排管与水坝的配合，将水库中的水引向桨轮并在引水压水管内形成水压；在一般情况下引水压水管为圆管(见示意图3右)，在一个长大桨轮上可联合配合设置多个引水压水管，引水压水排管(见示意图3左)是将一个长方管作为引水压水管，在其中部分布均匀设置可起到连接、支持、分隔长方管作用的管中隔板；引水压水管还可根据需要设置为其它需要的形态，如：使其形成1-2个直径巨大的管路，在其下部与桨轮连接的部位形成扁状“爪”形分散体形态设计。

多数情况下，在引水压水管上(或管头部位)设置引水压水管闸门或阀门，通过其开闭控制引水压水管的下泻水量。

引水压水管的下部与桨轮与桨轮机壳配合形成的“卧式桨轮机体”配合，使引水压水管的落水水压与水流动力准确切向作用在桨轮的桨叶上，推动桨轮旋转形成落水转换动力，引水压水管可以纵向冲击桨轮(如示意图1所示)，也可以横向冲击桨轮(如示意图2所示)，引水压水管的设计数量与规格尺寸和形态可以根据具体的工程需要确定。

②桨轮与桨轮机壳

桨轮与桨轮机壳配合形成卧式桨轮机体(见示意图5)；桨轮的中部为圆柱体形桨轮辊，在其辊面上间隔均匀分布设置多个桨叶；桨轮的直径、长度，桨叶的设置数量与规格，桨轮辊的直径与规格等设计参数可依具体工程的提水量、提水规模、提水高度等不同的需要进行具体设计，桨轮的规格还可形成标准化、系列化，以满足不同的应用需求与规模化连续生产。

可见，桨轮的设计形态与规格是与其要实现的提水能力相关，如：建设地点水库下落水的高度低，河流水量大，而需要转换提水的高度高，设计的提水量大，则桨轮需要采用较长、较大直径的形态，并由多个或众多个引水压水管与其形成共同配合的形态(如示意图3所示)；

设置的桨轮机壳可使引水压水管的高压水能够有效地作用在桨轮上，不至于产生出巨大的喷射性冲击与喷射性泄漏，桨轮机壳与旋转桨轮的各个桨叶的端头形成紧密配合；

桨轮机壳也可形成不完全封闭的形态，即只在与引水压水管配合的一端设置半覆盖的桨轮机壳，尤其是在建设地点引水压水管低压的情况下，更可使其形成桨轮机壳的半覆盖形态。

此外，可将一个共同设置共同出力的超长桨轮“分割”形成由若干个中小长度桨轮一体化串联运行的形态；并在一个串联的长桨轮机壳内设置隔板，隔板的中部设置的轴孔可使超长“分割”桨轮的轴在中间得到阶段性固定。

在中长桨轮的各个桨叶之间，可设置若干个连接支撑板(见示意图5所示)。

③一体化传动轴

“一体化传动轴”将“桨轮”与“下提水链回转轮”同轴固定连接，形成固定一体化的形态；通过“一体化传动轴”的传动将桨轮产生的动力传递给“下提水链回转轮”，并通过“下提水链回转轮”的转动形成提水动力，带动“一组上、下提水链回转轮”循环转动。

④上、下提水链回转轮：

卸水平台与水库水面之间的距离就是设计的落水提水机的提水高度。

在多数情况下，“一套提水链回转轮”是由左右两个间隔并列设置的链轮通过1个轮轴的串联固定构成，其两链轮之间的设计距离为G形提水桶的运行空间(见示意图3)，因此2个间隔并列设置的回转轮的直径、间距和强度要参考与其配合的提水桶的规格尺寸和其单机提水能力设计。

“一组上、下提水链回转轮”可完成从下部取水到上部卸水的完整循环运行提水作业。在多数情况下，“一组上、下提水链回转轮”是由1套与桨轮形成一体化联动的“下提水链回转轮”和并列设置在卸水平台之上的2套“上提水链回转轮”联合构成(见示意图4)，因此，“一组上、下提水链回转轮”是由3套“提水链回转轮”构成。

因为桨轮式落水转换自动提水机的长大桨轮可形成强大的联合集成落水转换动力，因此在多数情况下，在一个桨轮式落水转换自动提水机上可以只设“一组上、下提水链回转轮”即可满足大量提水的需要，如果需要单机的提水能力更大，或提水扬程过高也可设置2组(或多组)，以满足提水链条强度设计的要求。

在“下提水链回转轮”的下部设置“提水蓄水池”，提水蓄水池中的水是由桨轮换能后的尾水通过横向流动进行不断补充，因此“提水蓄水池”可始终保持水满(见示意图3)。

两套“上提水链回转轮”并列设置在卸水平台之上，通过其作用可使运动到该处的提水链条带动的“G形提水桶”实现水平侧倾，将提水桶中的提水卸于卸水平台之上(见示意图4)。

⑤提水条链(提水链)：多数情况下，在“一组上、下提水链回转轮”上一同设置两个并列同步运行的提水链，即：两个提水链分别与“一组上、下提水链回转轮”配合；两个并列提水链的相同位置之间共同与G形提水桶进行左右连接，使各个提水桶均布串联于提水链上，提水链的下部与“下提水链回转轮”配合，其上部与“上提水链回转轮”配合，从而形成提水链带动串联的各个提水桶形成上、下回转循环运行提水的形态(见示意图1、2、3、4)；

⑥G形提水桶：G形提水桶的两侧中部位分别与两个提水链连接(见示意图3所示)，G形提水桶的顶部1/3处左右设有挡水顶板，其可使提水链轮提水启始处于倾斜状态时，使其中的水不至流出。

其“设施”部分主要包括：(1)桨轮与上、下链条回转轮需要的轴座、(2)上述“机械”部分的支撑架、(3)卸水平台及其连接的输水设施与支撑架、(4)与水坝配合的落水引水工程设施等。

以下简述“设施”部分的主要功能部件的结构特征及其应用功效：

(1)桨轮与链条回转轮的轴座：桨轮与上、下链条回转轮均需由轴座固定。

(2)支撑架：其支撑引水压水管与桨轮机壳等设备部分，其设计高度是由桨轮设备的设计安置高度决定；可见在相同水库提供的落水高度情况下，桨轮设备设置高度越低，则引水压水管所能提供的水压就越大，尤其是在多引水压水管设置(引水压水管多设置说明有充沛的水量进行换能)、高程提水、大量提水的情况下，将桨轮低位置设置更可有效、充分利用落水水能。

(3)卸水平台及其连接的输水设施与支撑架：卸水平台设置于两套平行并列设置的上提水链回转轮之间，其上连接提水输水管，卸水平台的设置高度决定提水高度，卸水平台由支撑架支撑，其支撑架还可与山体或坡体及输水管道设施实现一体化设计。

(4)与水坝配合的落水引水工程设施：引水压水管与水坝配合方式包括：

1.与原有的水库水坝配合安装，还可在水库水坝的泻水口处设置引水压水管；

2.在新建设的水坝上直接设计设置，这可更加方便自由设计，并可将引水压水管的引水高度设计较低(引水压水管长度短)，利用水库水面的压力形成提水动力。

3.通过改建水坝设置引水压水管。

本发明对“桨轮式落水转换自动提水机”运行方法的描述是：可在一切有一定水流高度落差处建设“桨轮式落水转换自动提水机”，并在与其配合的水坝上设置1个、或多个、或众多个“引水压水管”或设置形成“引水压水排管”的形态，通过“引水压水管”与“桨轮”与“桨轮机壳”配合形成的“卧式桨轮机体”的作用，使落水水流切向作用于桨轮桨叶上，推动桨轮不断旋转，通过“一体化传动轴”的动力传递使“下提水链回转轮”共同转动，并带动“提水链”和其串联排列的各个“G形提水桶”在上、下提水链回转轮之间进行循环转动，当“G形提水桶”运动到“下提水链回转轮”之下设置的“提水蓄水池”的水面之下时提水桶载水，当提水桶运动到卸水平台之上时，G形提水桶在两套“上提水链回转轮”之间形成横向运动形态，将提水桶中的提升水倾斜自动卸于卸水平台之上并通过输水管将提升水输往高地远处；

对桨轮式落水转换自动提水机的运行调控方式有：

1.通过阀门调控：通过调控引水压水管阀门或闸门进行引水量的控制，实现调控，其为对水库水面提高，引水压力过大的调控方式。

2.通过提水桶调控：调整提水链串联的提水桶的排列密度或数量实现调控，其可在来水量过小，提水桶高密度排列无法运行的季节进行的及时、方便、大幅度提水能力调整；

3.通过自动运行平衡调控：因为落水转换自动提水机实现运行平衡的基础是实现落水产生的动力与提水消耗的动力之间的作用力平衡，因此当落水动力加大的情况下，桨轮运动速度必然加快，在相同提水设施规格不变的情况下，其带动的单位时间提水量必然加大，从而使提水需求动力同时快速加大，反之相反，因此在提水链运动速度许可的宽泛速度范围内，即可通过提水机运动速度的自然自动调整，实现自动调控运行。

本发明提出的桨轮式桨轮式落水转换自动提水机通过采用简单、轻巧、耐用、可集成力量的多个引水压水管与长大桨轮的配合设计形态与作用方式，可有效地将落水水能集成产生出巨大的动力，只需带动1-2个提水机械运行完成提水作业目标；与原有技术比较，在实现相同提水能力的条件下，其可将设备设施的结构大幅度简化，效率大幅度提高，使建设规模大幅减小，建设投资大幅度减少；并可通过引水压水管的设置数量、桨轮的设置规格、提水桶的设置数量与规格等设计参数的简单变化，形成适宜不同引水高度、不同提水水量、不同提水高度、不同提水能力的设计形态，满足不同的使用需求，并可实现自动运行调控，因而可完美实现发明目的的理想目标，其在全球范围也均同样具有广泛的市场需求和巨大的产业发展空间。

下面结合示意图说明桨轮式落水转换自动提水机的功能结构。

图1是桨轮轴向侧视结构的桨轮式落水转换自动提水机宏观示意图。

图2是下提水链回转轮轮向侧视结构的桨轮式落水转换自动提水机宏观示意图。

图3是横向主视桨轮式落水转换自动提水机的宏观结构示意图。

图4是上、下提水链回转轮轮轴向提水与卸水运行状态的示意图。

图5是桨轮的侧视图。

图1中：1.上提水链回转轮  2.卸水平台与山体高度  3.G形提水桶  4.提水链5.水库中水  6.水库水坝  7.引水压水管阀门或闸门  8.引水压水管  9.桨轮机壳10.桨轮  11.一体化传动轴  12.通过桨轮换能后的尾水(其可通过不同途径泻出)13.支撑架  14.流向下游的换能尾水  15.建设基础。

图2中：16.上提水链回转轮  17.卸水平台与压力输水管  18.G形提水桶19.与桨轮同轴一体化连接的下提水链回转轮  20.一体化传动轴  21.提水蓄水池22.支撑架  23.水库中水  24.水库水坝  25.建设基础  26.建设地山体背景与其高度。

图3中：27.上提水链回转轮  28.轴座式卸水平台及其连接的输水设施  29.G形提水桶30.提水链(或采用钢丝绳)  31.建设地点山体背景与高度  32.水库水坝  33.引水压水管形态  34.引水压水排管形态  35.卧式桨轮与桨轮机壳  36.一体化连接轴37.提水蓄水池(尾水可纵向不断流入提水蓄水池)  38.支撑架  39.下提水链回转轮。

图4中：40.G形提水桶  41.卸水平台及其连接的输水设施与其支撑架  42.提水链与其串联的提水桶  43.一体化连接轴  44.下提水链回转轮  45.提水蓄水池和桨轮换能后的尾水。

图5中：46.桨轮轴  47.桨轮辊  48.桨轮桨叶  49.桨叶支撑固定板。

Claims (2)

1、一种桨轮式落水转换自动提水机设备设施，其是由“机械”部分和与其配合的“设施”部分相互结合构成，其特征在于：

其“机械”部分主要功能部件包括：①引水压水管或引水压水排管及其调控阀门、②桨轮与桨轮机壳、③一体化传动轴、④上、下提水链回转轮、⑤G形提水桶、⑥提水链条(下简称：提水链；或用钢丝绳替代提水链)；其中①-②为落水及其产生动力的功能部分；④-⑥为提水及其消耗动力的功能部分，在两部分之间由③连接形成一体化联动，从而实现落水转换提水运行目标，并通过设计实现产生动力与消耗动力之间的运行平衡。

其“机械”部分主要功能部件的结构特征及其应用功效是：

①引水压水管或引水压水排管：通过引水压水管或引水压水排管与水坝的配合，将水库中的水引向桨轮并在引水压水管内形成水压；在一般情况下引水压水管为圆管，在一个长大桨轮上可联合配合设置多个引水压水管；引水压水管还可根据需要设置为其它需要的形态。

多数情况下，在引水压水管上(或管头部位)设置引水压水管闸门或阀门，通过其开闭控制引水压水管的下泻水量。

引水压水管的下部与桨轮与桨轮机壳配合形成的“卧式桨轮机体”配合，使引水压水管的落水水压与水流动力准确切向作用在桨轮的桨叶上，推动桨轮旋转形成落水转换动力，引水压水管可以纵向冲击桨轮，也可以横向冲击桨轮，引水压水管的设计数量与规格尺寸和形态可以根据具体的工程需要确定。

②桨轮与桨轮机壳：桨轮与桨轮机壳配合形成卧式桨轮机体；桨轮的中部为圆柱体形桨轮辊，在其辊面上间隔均匀分布设置多个桨叶；桨轮的直径、长度，桨叶的设置数量与规格，桨轮辊的直径与规格等设计参数可依具体工程的提水量、提水规模、提水高度等不同的需要进行具体设计，桨轮的规格还可形成标准化、系列化。

设置的桨轮机壳可使引水压水管的高压水能够有效地作用在桨轮上，桨轮机壳与旋转桨轮的各个桨叶的端头形成紧密配合，桨轮机壳也可形成不完全封闭的形态。

此外，可将一个共同设置共同出力的超长桨轮“分割”形成由若干个中小长度桨轮一体化串联运行的形态；并在一个串联的长桨轮机壳内设置隔板，隔板的中部设置的轴孔可使超长“分割”桨轮的轴在中间得到阶段性固定。在中长桨轮的各个桨叶之间，可设置若干个连接支撑板。

③一体化传动轴：其将“桨轮”与“下提水链回转轮”同轴固定连接，形成固定一体化的形态；通过“一体化传动轴”的传动将桨轮产生的动力传递给“下提水链回转轮”，并通过“下提水链回转轮”的转动形成提水动力，带动“一组上、下提水链回转轮”循环转动。

④上、下提水链回转轮：在多数情况下，“一套提水链回转轮”是由左右两个间隔并列设置的链轮通过1个轮轴的串联固定构成，其两链轮之间的设计距离为G形提水桶的运行空间。

“一组上、下提水链回转轮”可完成从下部取水到上部卸水的完整循环运行提水作业。在多数情况下，“一组上、下提水链回转轮”是由1套与桨轮形成一体化联动的“下提水链回转轮”和并列设置在卸水平台之上的2套“上提水链回转轮”联合构成。

在“下提水链回转轮”的下部设置“提水蓄水池”，提水蓄水池中的水是由桨轮换能后的尾水通过横向流动进行不断补充。

两套“上提水链回转轮”并列设置在卸水平台之上，通过其作用可使运动到该处的提水链条带动的“G形提水桶”实现水平侧倾，将提水桶中的提水卸于卸水平台之上。

⑤提水条链(提水链)：多数情况下，在“一组上、下提水链回转轮”上一同设置两个并列同步运行的提水链；两个并列提水链的相同位置之间共同与G形提水桶进行左右连接，使各个提水桶均布串联于提水链上，提水链的下部与“下提水链回转轮”配合，其上部与“上提水链回转轮”配合，从而形成提水链带动串联的各个提水桶形成上、下回转循环运行提水的形态；

⑥G形提水桶：G形提水桶的两侧中部位分别与两个提水链连接，G形提水桶的顶部1/3处左右设有挡水顶板。

其“设施”部分主要包括：(1)桨轮与上、下链条回转轮需要的轴座、(2)上述“机械”部分的支撑架、(3)卸水平台及其连接的输水设施与支撑架、(4)与水坝配合的落水引水工程设施等。

其“设施”部分的主要功能部件的结构特征及其应用功效是：

(1)桨轮与链条回转轮的轴座：桨轮与上、下链条回转轮均需由轴座固定。

(2)支撑架：其支撑引水压水管与桨轮机壳等设备部分，其设计高度是由桨轮设备的设计安置高度决定。

(3)卸水平台及其连接的输水设施与支撑架：卸水平台设置于两套平行并列设置的上提水链回转轮之间，其上连接提水输水管，卸水平台的设置高度决定提水高度，卸水平台由支撑架支撑，其支撑架还可与山体或坡体及输水管道设施实现一体化设计。

(4)与水坝配合的落水引水工程设施：引水压水管与水坝配合方式包括：

(1)与原有的水库水坝配合安装；(2)在新建设的水坝上直接设计设置；(3)通过改建水坝设置引水压水管。

2、一种桨轮式落水转换自动提水机的运行方法，其特征在于：可在一切有一定水流高度落差处建设“桨轮式落水转换自动提水机”，并在与其配合的水坝上设置1个、或多个、或众多个“引水压水管”或设置形成“引水压水排管”的形态，通过“引水压水管”与“桨轮”与“桨轮机壳”配合形成的“卧式桨轮机体”的作用，使落水水流切向作用于桨轮桨叶上，推动桨轮不断旋转，通过“一体化传动轴”的动力传递使“下提水链回转轮”共同转动，并带动“提水链”和其串联排列的各个“G形提水桶”在上、下提水链回转轮之间进行循环转动，当“G形提水桶”运动到“下提水链回转轮”之下设置的“提水蓄水池”的水面之下时提水桶载水，当提水桶运动到卸水平台之上时，G形提水桶在两套“上提水链回转轮”之间形成横向运动形态，将提水桶中的提升水倾斜自动卸于卸水平台之上，并通过输水管将提升水输往高地远处；

对桨轮式落水转换自动提水机的运行调控方式有：

(1)通过阀门调控。

(2)通过提水桶调控；

(3)通过自动运行平衡调控。

Images