CN201111552Y - 风力提水机 - Google Patents

Abstract

一种风力提水机，是由新型风车带动揉动式水泵构成，其新型风车是由风叶、尾翼、侧翼、配重、三角支撑架、旋转台、变速箱、离合器、刹车装置、塔架等结构构成，其可使风叶始终面向风向并可形成多方面的自动调控；其揉动式水泵是由偏心主轴、泵体、揉动轮及进、出水口等结构构成，该水泵采用的揉动式结构在工作时泵体膛内表面与揉动轮外表面相切所形成的相对转动摩擦力很低，在较小功率且运行不稳定的情况下也可工作；从而使该风力提水机具有转速低、流量大、压力高、高效节能、结构简单、自动调控、运行稳定等其它产品无法比拟的性能优势，可广泛用于农业灌溉、深井提水等领域。

Description

风力提水机

技术领域

本实用新型涉及一种高效能风力提水机，尤其是以新型风车带动揉动式水泵构成的风力提水机技术。

背景技术

各种类型的风力提水机均是由风车与提水泵(或提水机具)两个主要功能部分配合构成，而其中对泵的性能要求往往更为重要，其决定了该机的整体性能优劣。当前，国内外研究、开发、生产的风力提水机普遍采用往复式水泵，这是致使风力提水机效率与性能始终没有很大改进与提高的重要原因，因此其都满足不了同时具备流量大、扬程高的应用性能要求。

本实用新型采用的复合式揉动式水泵使其性能发生了变化，其克服了采用往复式水泵的缺点。此外，本实用新型采用的新型风车同样突破了现有技术难于实现自动控制等多方面的不足，从而形成了独特的性能优势。

发明内容

本实用新型的目的旨在针对现有风力提水机所存在的问题和应用限制，提供出一种适合于低速或在转速不稳定情况下也能正常工作的新型风力提水机，使其形成转速低、流量大、压力高、简捷高效、自动控制、应用方便等诸多方面的独特优势，可应用的领域广泛。

本实用新型风力提水机采用的技术方案是：将揉动式水泵的偏心主轴(1)与新型风车的下传动轴(30)进行配合连接传动后实现；

揉动式水泵部分：

其揉动式水泵具有与动力源相连的偏心主轴(1)，用于安装偏心主轴的泵体(2)，装配在偏心主轴上的揉动轮(3)，以及设置在泵体上的进水口(4)和出水口(5)；该水泵一般是由泵体及安在泵体两端的端盖构成，为了保证其密封，在两者安装结构中可设置油封等结构；另外，其偏心主轴安装在泵体两端的盖上；

所述泵体(2)内具有圆柱形的膛(6)，偏心主轴(1)通过轴承可转动地安在泵体上，其偏心主轴中心线与泵体所围成的膛的中心线重合。所述的揉动轮(3)为圆柱形且可转动地安装在偏心主轴上并且置于膛内，它的外径r与偏心主轴的偏心距D、膛的内径R之间具有以下关系：R＝D+r，以保证偏心主轴旋转时，揉动轮受偏心主轴的约束作圆周运动，且其外表与膛内表之间始终具有一相切线Q，当偏心主轴转动时，该相切线Q将随揉动轮的运动绕膛内表面作周期性的圆周变化。

所述的进水口和出水口分别用于低压水径管道进入揉动式水泵的膛内和经过加压后的高压水从膛内压出，在偏心主轴反方向转动时，揉动式水泵的进水口与出水口的作用功效互换(参见图2和图3)。在上述的泵体(2)和揉动轮(3)之间设有固定在泵体上的一隔板(7)隔离，隔板(7)的另一边插入揉动轮中对揉动轮起约束作用，使之在揉动运动的同时又允许揉动轮既能沿隔板移动又能让隔板左右摆动一定幅度；泵体上的进水口(4)和出水口(5)位于隔板(7)的两侧(参见图3和图4)。上述的揉动轮(3)上设有一装配槽(8)，用于插入隔板，该装配槽为内大外小且相互交叉的两个圆柱形态构成，其截面类似葫芦状，其内圆柱形用于满足揉动轮沿隔板移动所需的空间，同时可设置弹性密封件起密封作用，以隔开隔板两侧水防止相互渗水；其外圆柱形的开口满足揉动轮绕板摆动所需空隙；在外圆柱形装配槽内的隔板两侧插入有两个半圆柱形的滑板(9)，起着阻断隔板两侧的水路作用，同时又保证揉动轮摆动或移动自如。

在其揉动式水泵泵体的偏心主轴上可一同安有2个或3个或4个或5个揉动轮形成复合联动揉动式水泵，从而形成“复合联动式”形态(见图5)，图示的“复合联动揉动式水泵”所联动的揉动轮数为2个。

在所述的复合联动揉动式水泵的泵体内可设有隔段(10)，该隔段将泵体内的膛形式上分成多个部分，各部分的偏心主轴(1)上均安有揉动轮(3)，各自的揉动轮处的泵体上均有进水口和出水口，且各自揉动轮处的进水口和出水口相对布置，即互成180度。

新型风车部分：

新型风车的主要功能部件包括：

风叶、尾翼、侧翼、配重、刹车装置、三角支撑架、旋转台、塔架、上下传动轴与离合器、上下变速箱等；以下分别简要说明其结构与功能。

风叶：新型风车的风叶(11)采用6-10片(主要是8片)，通过风叶采集风能，并将风能转换为机械能以提供提水动力，各个风叶是由风叶杆(12)与连接套(13)固定并通过连接套(13)与风车主轴(16)和上变速箱(15)相互连接。

尾翼：尾翼(18)的主要功能导向是自动寻找风的方向，让风车与风向垂直，使风车受风面最大，尾翼通过操纵杆与三角支撑架连接。

侧翼：侧翼(14)的主要功能是实现风车的大风避让。当风力大于七级以上时，由于侧翼的不对称性，通过侧翼的受力带动风车偏向，风力越大则偏移程度越大，由于尾翼(18)与三角支撑架系铰链连接，使其尾翼仍然可以顺着风向；在风力的作用下，尾翼和侧翼形成夹角，即风车和尾翼形成夹角，如此就实现了大风避让。

配重：配重(21)的主要功能是实现平衡风力、自动调控风车运行。即：在风力小于或等于七级时，尾翼在配重部分的作用下与尾翼操纵杆紧贴；当风力大于七级时，风车在侧翼的作用下可以克服配重重量，这时尾翼与风车形成夹角，当风力越大时，夹角就越小，风车的受力面也就越小。

刹车装置：刹车装置(17)的作用是在大风避让时停止风轮系统工作，避免飞车，造成不应有的事故。

三角支撑架：以上各部分结构共同安装在三角支撑架(19)上，三角支撑架可辅助变速箱支撑风车部分，并且支撑尾翼(18)与侧翼(14)。

旋转台：三角支撑架(19)与其下的旋转台(20)配合使之可实现灵活旋转。

塔架：塔架(22)固定在水泥地基上，其支撑高举以上所述的各部分结构。

上、下传动轴与离合器：上传动轴(23)与下传动轴(30)的作用是将上部动力向下传递，其之间的离合器(27)的作用是在不需要提水的时候使传动轴脱离向下传递的动力。

上、下变速箱：由上变速箱(15)传递风车主轴(16)输出的动力于上传动轴(23)，并且改变其转速；然后再由下变速箱(28)传递上传动轴(23)的动力于下传动轴(30)，并且继续改变其转速后将动力输出至揉动式水泵(31)的偏心主轴(1)上。

因此可见，上、下变速箱的共同作用是将风轮的转速从低速提高到高速(如：23转/分钟——380转/分钟)，从而带动揉动式水泵提水。

由上可见，新型风车由风叶、尾翼、侧翼、配重、刹车装置、三角支撑架、旋转台结构共同构成了风能承接与风向导航和大风避让系统；由塔架、上下传动轴与离合器、上下变速箱等结构可实现上述系统装置的高举乘风，并将风能动力加速传递到与风车配合的揉动式水泵的偏心主轴(1)上实现风力提水目的。

本实用新型风力提水机采用的揉动式水泵，其揉动轮式结构在其工作时泵体内表面与揉动轮的外表面之间的相对转动产生的摩擦力很低，工作时功率消耗很小，效率很高；其结构简单，其具有转速低、无泄漏、压力高、流量大、高效节能、稳定性极高的优势，在较小功率的情况下即可带动水泵工作，既使是在不稳定的工作条件下也能稳定可靠地工作，其尤其适合低速风车带动；

本实用新型风力提水机采用的新型风车具有简单高效、自动避让大风控制等诸多优势，从而使其结合形成的本风力提水机可同时具有转速低、流量大、压力高、高效节能、结构简单、自动调控、运行稳定的性能，从而使本风力提水机拥有独特优势，其可广泛用于农业灌溉、深井提水等领域。

附图说明

图1是本实用新型揉动式水泵的侧面剖面结构示意图。

图2是图1的右视图。

图3是图1的A-A剖视结构示意图。

图4是图3的B部局部结构放大示意图。

图5是本实用新型复合联动揉动式水泵的侧面剖面结构示意图。

图6是揉动式水泵工作原理和运行方式的演变过程图示图，其中图6a～图6d分别表示水泵在0度或360度、90度、180度、270度时的工作状态情况。

图7是新型风车与揉动式水泵通过偏心主轴与新型风车的下传动轴连接传动配合形成的风力提水机整体结构示意图。

对各附图标记的说明：

1.偏心主轴    2.泵体    3.揉动轮    4.进水口    5.出水口    6.内膛7.隔板    8.装配槽    9.滑板    10.隔段    11.风叶    12.风叶杆    13.连接套14.侧翼    15.变速箱(上)    16.风车主轴    17.刹车装置    18.尾翼    19.三角支撑架    20.旋转台    21.配重    22.塔架    23.传动轴(上)    24.出水输水管25.蓄水箱    26.备用转动装置    27.离合器    28.变速箱(下)    29.井口30.传动轴(下)    31.揉动式水泵    32.进水过滤器。

具体实施方式

下面结合实用新型风力提水机的(图6、图7)说明其工作原理和运行方式。

本实用新型风力提水机的揉动式水泵的运行方式是：当揉动轮与膛内表面的相切线处于在隔板位置时，即图示中所示0或360度时(图6a)，其膛内被揉动轮分为单一工作腔，此时为不做工状态；随着偏心主轴的转动，揉动轮受偏心主轴的带动使揉动轮产生初始位移时，由隔板与相切线将膛分割成进水腔和出水腔，此时为做工状态(图6b)，使原来单一的工作腔由于揉动轮的位移使其容积逐步变小，形成压力做工，即：压力腔；借助流体介质传导开始从出水口压出水，同时由相切线、隔板构成的进水腔容积开始变大，使进水口进水；

由于整体工作腔的总容积不变，其做功的状态是按照正弦曲线的正波作功运动；当揉动轮位移速度不变时，揉动轮位移从0度至180度时做工，压力逐步增大，180度时其做功、压力为最大值(图6c)。揉动轮位移从180度至360度过程中继续做功，压力逐渐减小(图6d)，360度时也就是第二周期的0度时不做工、无压力，上述过程为一个周期。在一个周期的工作中，采用将多个不同步的非平稳输出并联在一起形成“复合联动揉动式水泵”时，即可形成基本平稳的合并水流输出。以此往复运动可实现持续输出高压水的目的。

(图7)表示，风力提水机由风叶、尾翼、侧翼、配重、刹车装置及三角支撑架与旋转台结构配合，共同构成了风能承接与风向导航系统，使风叶始终面向风向，能够最大程度地采集风能，其侧翼、尾翼、旋转台在自然界风力超过额定风速时能够实现大风避让的自动运行调控；其塔架、传动轴(上下)、上下变速箱可实现风轮装置的高举乘风，并且将风能动力加速传递到与风车配合的揉动式水泵的偏心主轴(1)上提水实现上面描述的揉动式水泵的运行过程，并且由出水输水管(24)将提水于蓄水箱(25)中，从而实现风力提水的运行过程。

下面概要说明本实用新型风力提水机的部分设计数据和实验效果。

1、水深：6-26米      风车直径：6.5米    塔高：9米

2、水深：25-50米     风车直径：7.0米    塔高：9米

3、水深：60-100米    风车直径：8.0米    塔高：10米

4、水深：100-150米   风车直径：9.0米    塔高：10米

风力提水≤26米水位提升标准

风力等级	水泵转速r/min	1升容量T/H	1.2升容量T/H	1.5升容量T/H
					2级	≥80	4.5	5.5	6.5
3级	≥120	7	8.5	10.5
					4级	≥170	10	12	15
5级	≥230	13.5	16	20

注：当风力大于七级时，风车在侧翼的作用下可以克服配重，这时尾翼与风车形成夹角，当风力越大时，夹角就越小，风车的受力面也就越小(以下同)。

风力提水26-60米水位提升标准

风力等级	水泵转速r/min	0.8升容量T/H	1升容量T/H	1.2升容量T/H
					2级	≥80	3.5	4.5	5.5
3级	≥120	5.5	7	8.5
					4级	≥170	8	10	15
5级	≥230	11	13.5	16

风力提水60-100米水位提升标准

风力等级	水泵转速r/min	0.6升容量T/H	0.8升容量T/H	1升容量T/H
					2级	≥80	2.5	3.5	4.5
3级	≥120	4	5.5	7
					4级	≥170	6	8	10
5级	≥230	8	11	13.5

风力提水100-150米水位提升标准

风力等级	水泵转速r/min	0.4升容量T/H	0.6升容量T/H	0.8升容量T/H
					3级	≥120	2.8	4	5
4级	≥170	4	6	8
					5级	≥230	5.5	8	11

本实用新型风力提水机实际应用产品各种性能均达到上述指标。

Claims (3)

1. 一种风力提水机，其特征在于：其是将揉动式水泵的偏心主轴(1)与新型风车的下传动轴(30)进行配合连接传动；以下分别描述其结构：

揉动式水泵部分：其具有与动力源相连的偏心主轴(1)，用于安装偏心主轴的泵体(2)，装配在偏心主轴上的揉动轮(3)，以及设置在泵体上的进水口(4)和出水口(5)，在其泵体(2)内具有圆柱形的膛(6)，偏心主轴(1)可转动地安在泵体上，其偏心主轴中心线与所述膛的中心线重合；所述的揉动轮(3)为圆柱形且可转动地安装在偏心主轴上并且置于膛内，它的外径r与偏心主轴的偏心距D、膛的内径R之间具有以下关系：R＝D+r；其泵体(2)和揉动轮(3)之间设有固定在泵体上的一隔板(7)隔离，泵体上的进水口(4)和出水口(5)位于隔板(7)的两侧；

新型风车部分：新型风车由风叶、尾翼、侧翼、配重、刹车装置、三角支撑架、旋转台结构共同构成了风能承接与风向导航和大风避让系统。

2. 根据权利要求1所述的风力提水机，其特征在于：上述的揉动轮(3)上设有一装配槽(8)，该装配槽为相互交叉的内、外两个圆柱形构成，在外圆柱形装配槽内的隔板两侧插入有两个半圆柱形的滑板(9)。

3. 根据权利要求1所述的风力提水机，其特征在于：在其揉动式水泵泵体的偏心主轴上可一同安有2个或3个或4个或5个揉动轮形成复合联动揉动式水泵，在复合联动揉动式水泵的泵体内设有隔段(10)，其进水口与出水口即设计成为互成180度的形态。

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