CN212838168U - 一种转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，包括动力发生装置和动力转换输出装置，动力发生装置为转轮式动力发生装置，包括基座、动力器塔架和转轮动力器，转轮动力器通过动力轴设置于动力器塔架上；动力转换输出装置包括动力轴、变速机构和发电机。本装置基于转轮动力器上均布的多能量舱内之浮力器在水的浮力作用下，各自处于不同位态，使得整个动力器处于“准稳态”，控制系统的锁定，这种状态即可以被打破，系统失去“平衡”，转轮（动力器）即开始围绕动力轴之轴心旋转，动力轴传动输出动力，并将动力传递给动力转换系统，通过变速机构带动发电机发电。本实用新型结构紧凑，操作简便，系统自动控制运行，可对外高效输出动力。

Description

一种转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置

技术领域

本实用新型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转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置。

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。本实用新型人曾开发了多项利用浮力能转换机械能乃至电能的装置，并申请了多项国家实用新型专利，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。实用新型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。实践证明这些实用新型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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单，操作简便，能够充分利用、转换静水浮力能的转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置。

本实用新型的目的是这样实现的，所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，包括动力发生装置和动力转换输出装置，所述动力发生装置为转轮式动力发生装置，包括基座、动力器塔架和转轮动力器，所述转轮动力器通过动力轴设置于所述动力器塔架上；所述转轮动力器包括能量舱、转轮盘和轮盘轴，所述轮盘轴上对称设置所述转轮盘，所述能量舱一端通过支杆沿圆周均布设置于转轮盘上；所述能量舱内设置动力器导轨，其内设置主动浮力器和被动浮力器，动力器导轨两端分别设置导向滑轮和可制动滑轮，可制动滑轮设置于能量舱的近轴端，动力器导轨两端滑轮之间通过传动软索传动配合，且传动软索穿过主动浮力器和被动浮力器轴向设置的索孔而传动配合；可制动滑轮外侧同轴设置刹车盘，刹车盘与外置的刹车装置工作配合；所述动力转换输出装置包括动力轴、变速机构和发电机；所述变速机构通过动力轴连接动力发生装置，通过变速齿轮组连接发电机。

本实用新型基于转轮式动力器上均布的多能量舱内之浮力器在水的浮力作用下，各自处于不同位态，使得整个动力器处于“准稳态”，控制系统的锁定，这种状态即可以打破，系统失去“平衡”，转轮（动力器）即开始围绕动力轴轴心旋转，动力轴传动输出动力，并将动力传递给动力转换系统，通过变速机构带动发电机发电。本实用新型结构紧凑，操作简便，系统自动控制运行，可对外高效输出动力。

附图说明

图1为本实用新型之整体结构示意图；

图2为图1之AA向半剖视示意图；

图3为本实用新型主动浮力器12纵向结构及其状态半剖示意图；

图4为图3之俯视示意图；

图5为本实用新型之被动浮力器13纵向结构及其状态半剖示意图；

图6为本实用新型之助动浮力器14环状结构示意图；

图7为本实用新型之动力器刹车系统结构示意图；

图8为与图7所示刹车系统配合的施力装置之纵向剖视示意图；

图9为另一施力装置及其与动力器刹车盘配合关系局部剖视示意图。

图中标号：1~基座，2~动力器塔架，3~转轮动力器，4~能量舱，41~制动舱，42~动力舱，43~导向舱，44~法兰，5~动力轴，6~转轮盘，7~转轮轴，8~支杆，9~导向滑轮，10~端板，11~动力器导轨，12~主动浮力器，13~被动浮力器，14~助动浮力器，15~可制动滑轮，16~传动软索，17~刹车盘，18~传动软索扣件，19~施力杆，20~刹车片，21~施力弹簧，22~解除索，23~解除杆，24~变速机构，25~变速齿轮组，26~发电机，27~施力装置，271~外筒，272~内筒，273~推拉杆，274~下档杆，275~上档凸缘，276~隔板，277~联动软索，28~轴承座，29~联轴器，30~~进出水管，31~进出气管，32~刹车装置，33~电机座，34~芯孔，35~索孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变换或替换，均属于本实用新型的保护范围。

如附图1、图2所示，本实用新型所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，包括动力发生装置和动力转换输出装置，所述动力发生装置为转轮式动力发生装置，包括基座1、动力器塔架2和转轮动力器3，所述转轮动力器3通过动力轴5设置于所述动力器塔架2上；所述转轮动力器3包括能量舱4、转轮盘6和轮盘轴7，所述轮盘轴7上对称设置所述转轮盘6，所述能量舱4一端通过支杆8沿圆周均布设置于转轮盘6上；所述能量舱4内设置动力器导轨11，其内设置主动浮力器12和被动浮力器13，动力器导轨11两端分别设置导向滑轮9和可制动滑轮15，可制动滑轮15设置于能量舱4的近轴端，动力器导轨两端滑轮之间通过传动软索16传动配合，且传动软索16穿过主动浮力器12和被动浮力器13轴向设置的索孔35而传动配合；可制动滑轮15外侧同轴设置刹车盘17，刹车盘17与外置的刹车装置工作配合；所述动力转换输出装置包括动力轴5、变速机构24和发电机26；所述变速机构24通过动力轴5连接动力发生装置，通过变速齿轮组25连接发电机26。

所述能量舱4包括近轴端的制动舱41、中段的动力舱42和远轴端的导向舱43，相邻舱室之间通过法兰44密封联结。

图3~6示出了本实用新型能量舱内主动浮力器12、被动浮力器13和助动浮力器14及其工作状态，以及与传动软索16的配合关系。

所述主动浮力器12、被动浮力器13分别于其近中心轴线对称设置平行于轴线的索孔35，两浮力器上的索孔同轴贯通式配合；且主动浮力器12与传动软索16通过传动软索扣件18固结配合；所述被动浮力器13与传动软索16自由滑动配合。

所述能量舱4的动力舱42之近制动舱段底部设置环套式助动浮力器14，其设置于动力器导轨11外圆周外，两者套装式配合。

所述能量舱4设置的动力器导轨11，其轴心端伸入制动舱41内，外圆端伸入导向舱43内。

所述动力器导轨11为纵向格栅式结构，即两端板10之间至少平行设置4根导杆，导杆之间形成浮力器的运行通道，导向舱43内端板10外侧设置导向滑轮9；制动舱内端板外侧设置可制动滑轮15，滑轮外侧同轴设置刹车盘17，所述刹车盘17与刹车装置工作配合，通过刹车装置的弹簧加力处于常刹状态。

图7示出了本实用新型一种方式的刹车系统，所述刹车装置为对称夹持双向施力结构，包括施力杆19、刹车片20、施力弹簧21、解除索22和解除杆23，所述施力杆19对称设置，并在其解除段两者通过铰轴铰接式配合，两施力杆之施力端通过拉力弹簧施力态配合，以使施力杆内侧设置的刹车片20与刹车盘17两侧紧密贴合，且处于刹车状态；两施力杆之解刹端通过解除索22张紧式连接，所述解除索22横向穿过解除杆23施力段，解除杆23前端支点与设置于动力器导轨之端板10上的支座铰轴式配合；解除杆23加力端与动态施力装置27之推拉杆273铰接配合，有条件地向解除杆23施力，解除杆23或上或下，拉动或推动解除索22，以牵动解刹端收拢，克服弹簧拉力解除刹车状态。

图8示出了与刹车系统配套的施力装置，所述动态施力装置27为套筒式结构，其外筒271与制动舱41外筒相固结，其内筒272为偏心配重式结构，一端为实心，一端为空心，空心端与推拉杆273动态推拉式配合，推拉杆273顶端与解除杆23加力端铰接式配合，推拉杆273设置下档凸缘274和上档凸缘275，分别与内筒272和外筒271限位配合。

图9示出了本实用新型刹车系统配套的另一种施力装置及其与动力器刹车盘的配合关系，所述动态施力装置27为套筒式结构，其外筒与制动舱外筒相固结，其内筒272为分体结构，上下各置一个，两者之间设置上下两块隔板276，两内筒直接通过传动软索277连接，传动软索277中间节点连接于解除杆23的加力端。

所述动力发生装置可通过动力组联装置组合成大功率动力系统，所述动力组联装置包括对称设置的动力器塔架2，设置动力器塔架2之上的轴承座28和动力传递之联轴器29组成，每组动力发生装置通过自身的动力轴5设置于轴承座28上，轴伸通过联轴器29连接相邻的动力发生装置或通过变速装置联接发电机。

本实用新型工作原理和工作过程：

本实用新型基于转轮式动力器上均布的多能量舱内之浮力器在水的浮力作用下，各自处于不同位态，使得整个动力器处于“准稳态”，能量舱内始终处于上升趋势，使动力器八个不同位态的能量舱内浮力器之重心处于以动力轴为圆心的不同圆周上。由于能量舱中主动浮力器12和助动浮力器14两者能量较大发挥主动性作用，被动浮力器13能量较小，处于被动协同运行状态；当一组能量舱处于竖直状态时，其中的主动浮力器12和助动浮力器14就向上提升，通过传动软索16的牵动作用，把被动浮力器13向下压制而沉降。下位能量舱中的被动浮力器13空舱态就落到下位了，形成了下轻的态势。而上位能量舱中的主动浮力器12和助动浮力器14这时也向上浮升，也就把被动浮力器13带压下去了，形成了空舱向下，水位向上的上重态势。因此，本实用新型动力系统之动力来源于能量舱中水的浮力能与物体质量间的能量转换，通过系统初始水力能的输入，把系统内调整到“上重下轻”的“准稳态”，通过浮力能转换为物体质量的势能，成组能量舱内物体（质量）势能的依次转换，推动转轮动力器带动动力轴旋转，如同杂技演员在滚轮内脚踏滚轮内壁驱动滚轮旋转，滚轮转动形成驱动力一样。通过机械能带动发动机发电，对外输出动力。实用新型人称之为质量能转换动力机。

本实用新型的工作过程：

系统启动前的准备：认真细致的检查好动力发生和动力转化系统各种部件状态，以及配件的质量等是否达到启动要求，达到设计标准状态就可以启动。先把制动器刹车刹紧，然后打开进出气阀，通过进出水阀向能量舱内灌水，同时排除舱内气体，舱内满水后，关闭能量舱上的进出气阀和进出水阀；各能量舱逐一灌满水，动力器即进入工作准备状态。

通过刹车装置调整能量内的各浮力器的位态。首先将处于正下位的能量舱内各动力器进行调整：让主动排水器12调整到高位，被动排水器13处于低位，辅助排水器14处于上位。然后，再将处于高位的能量舱内的各动力器进行调整：让主动排水器12调整到低位，被动排水器13处于下位，辅助排水器14处于上位。这样两个竖直相对的能量舱使系统处于“上重下轻”的状态（如图1所示状态）。按此规则，把其他各组能量舱均调整至这样的状态。通过刹车系统保持这样的“蓄势待发”高位势能蓄能状态，即动力发生系统进入工作准备，待启动状态；动力转换输出系统也处于良好状态。

系统运行状态（动力转换与输出）

控制刹车装置，使得动力器失去约束，按顺时针方向旋转，当能量舱处于竖直状态时，上位能量舱中的主动浮力器12和助动浮力器14就向上提升，通过传动软索16的牵动作用，把被动浮力器13向下压制而沉降。下位能量舱中的被动浮力器13空仓就落到下位了，形成了下轻的态势。而上位能量舱中的主动浮力器12和助动浮力器14这时也向上浮升，也就把被动浮力器13带压下去了，形成了空仓向下，水位向上的上重态势。当上位能量舱各浮力器位置交换到位后，制动舱41内的制动系统自动锁位。直到上位能量张旋转180°到达竖直态的下位时，其制动舱内的制动系统自动解锁。相应地，转到上位的能量舱内浮力器位态转换后，制动系统又重新锁位。整套系统程序化自动控制运行，各能量舱组依次旋转，如此循环动作，在浮力能转换中推动动力机旋转，带动动力轴将动力传递给动力转换系统，驱动发电机发电。

Claims (11)

1.一种转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，包括动力发生装置和动力转换输出装置，其特征是：所述动力发生装置为转轮式动力发生装置，包括基座（1）、动力器塔架（2）和转轮动力器（3），所述转轮动力器（3）通过动力轴（5）设置于所述动力器塔架（2）上；所述转轮动力器（3）包括能量舱（4）、转轮盘（6）和轮盘轴（7），所述轮盘轴（7）上对称设置所述转轮盘（6），所述能量舱（4）一端通过支杆（8）沿圆周均布设置于转轮盘（6）上；所述能量舱（4）内设置动力器导轨（11），其内设置主动浮力器（12）和被动浮力器（13），动力器导轨（11）两端分别设置导向滑轮（9）和可制动滑轮（15），可制动滑轮（15）设置于能量舱（4）的近轴端，动力器导轨两端滑轮之间通过传动软索（16）传动配合，且传动软索（16）穿过主动浮力器（12）和被动浮力器（13）轴向设置的索孔而传动配合；可制动滑轮（15）外侧同轴设置刹车盘（17），刹车盘（17）与外置的刹车装置工作配合；所述动力转换输出装置包括动力轴、变速机构（24）和发电机（26）；所述变速机构（24）通过动力轴连接动力发生装置，通过变速齿轮组（25）连接发电机（26）。

2.如权利要求1所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述能量舱（4）包括近轴端的制动舱（41）、中段的动力舱（42）和远轴端的导向舱（43），相邻舱室之间通过法兰（44）密封联结。

3.如权利要求1所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述主动浮力器（12）、被动浮力器（13）分别于其近中心轴线对称设置平行于轴线的索孔（35），两浮力器上的索孔同轴贯通式配合；且主动浮力器（12）与传动软索（16）通过传动软索扣件（18）固结；所述被动浮力器（13）与传动软索（16）自由滑动配合。

4.如权利要求1或2所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述能量舱（4）的动力舱（42）之近制动舱段底部设置环套式助动浮力器（14），其设置于动力器导轨（11）外圆周外，两者套装式配合。

5.如权利要求1或2所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述能量舱（4）设置的动力器导轨（11），其轴心端伸入制动舱（41）内，外圆端伸入导向舱（43）内。

6.如权利要求1所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述动力器导轨（11）为纵向格栅式结构，即两端板（10）之间至少平行设置4根导杆，导杆之间形成浮力器的运行通道，导向舱（43）内端板外侧设置导向滑轮（9）；制动舱内端板外侧设置可制动滑轮（15），滑轮外侧同轴设置刹车盘（17），所述刹车盘（17）与刹车装置工作配合，通过刹车装置的弹簧加力处于常刹状态。

7.如权利要求1所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述刹车装置为对称夹持双向施力结构，包括施力杆（19）、刹车片（20）、施力弹簧（21）、解除索（22）和解除杆（23），所述施力杆（19）对称设置，并在其解除段两者通过铰轴铰接式配合，两施力杆之施力端通过拉力弹簧施力态配合，以使施力杆内侧设置的刹车片（20）与刹车盘（17）两侧紧密贴合，且处于刹车状态；两施力杆之解刹端通过解除索（22）张紧式连接，所述解除索（22）横向穿过解除杆（23）施力段，解除杆（23）前端支点与设置于动力器导轨之端板（10）上的支座铰轴式配合；解除杆（23）加力端与动态施力装置（27）之推拉杆（273）铰接配合，有条件地向解除杆（23）施力，解除杆（23）或上或下，拉动或推动解除索（22），以牵动解刹端收拢，克服弹簧拉力解除刹车状态。

8.如权利要求7所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述动态施力装置（27）为套筒式结构，其外筒（271）与制动舱（41）外筒相固结，其内筒（272）为偏心配重式结构，一端为实心，一端为空心，空心端与推拉杆（273）动态推拉式配合，推拉杆（273）顶端与解除杆（23）加力端铰接式配合，推拉杆（273）设置下档凸缘（274）和上档凸缘（275），分别与内筒（272）和外筒（271）限位配合。

9.如权利要求7所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述动态施力装置（27）为套筒式结构，其外筒与制动舱外筒相固结，其内筒（272）为分体结构，上下各置一个，两者之间设置上下两块隔板（276），两内筒（272）直接通过联动软索（277）连接，联动软索（277）中间节点连接于解除杆（23）的加力端。

10.如权利要求8所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述动态施力装置（27）内筒（272）为分体结构，上下各置一个，两者之间设置上下两块隔板（276），两内筒（272）直接通过联动软索（277）连接，联动软索（277）中间节点连接于解除杆（23）的加力端。

11.如权利要求1所述转轮式浮力驱动高效动力转换输出装置，其特征是：所述动力发生装置可通过动力组联装置组合成大功率动力系统，所述动力组联装置包括对称设置的动力器塔架（2），设置动力器塔架（2）之上的轴承座（28）和动力传递之联轴器（29）组成，每组动力发生装置通过自身的动力轴（5）设置于轴承座（28）上，轴伸通过联轴器（29）连接相邻的动力发生装置或通过变速装置联接发电机。

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