CN2294349Y - 水锤泵水压动力式发电机及原动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用水锤泵产生的压力水,驱动液压马达转子,或液压缸柱塞带动曲柄转动,并经增速齿轮传动,使末级齿轮带动发电的发电机或直接输出动力作功的原动机。它主要包括水锤泵,液压马达或缸,增速齿轮组及动力输出轴,或发电机。它能把较难利用的河、渠、溪、沟,较低水头的水能加以利用。可发出中小功率的电能,以供日常生活及小型生产用电。目前重视利用难开发的小规模水力,因而本装置实用性强,适合集体或个人投资利用,便于推广。

Description

水锤泵水压动力式发电机及原动机

本实用新型涉及一种利用水锤泵产生的压力水，驱动液压马达转子或液压缸柱塞来带动的曲柄轴转动，通过增速齿轮传动，使未级齿轮带动发电机发电。或输出旋转及直线往复等运动的装置。

现有的水力发电机及动力机。以水轮机为主，尤其经喷口的动压冲击力的冲击式，都要求较大流量或流速，客观条件要求高。如直接用水静压驱动液压马达或缸的转子和活塞，则要求高水头的水压，如压力偏低，只能靠增大有效作用面积或扭矩，来输出足够大的动力，这必然使其体积过大。

本实用新型的目的在于提供一种能直接利用水锤泵产生的较高水压，驱动液压马达转子或液压缸柱塞来带动的曲柄轴转动，经增速齿轮传动发电或直接输出动力的装置。它能有效地把水头低，只要有一定流量，流速，现在较难利用的河、渠、溪、沟水流加以利用来发电或输出动力。

本实用新型的目的是这样实现的：把高处的河渠等水流，密闭引入水锤泵的进水管。关闭进水闸或阀门，把空气室出水管与液压马达或缸入水管密闭安通后。先打开出水管阀门，再打开进水管闸或阀门，则水沿进水管流下，当泵体排水阀自动快速关闭，管内即产生正常压力10倍以上的水锤压力，将泵体空气室的单向阀冲开，使一部分水压进空气室中，则泵输出那部分压力水，并经相通的马达或缸的入水管流至其处，而驱动其转子或柱塞来带动的曲柄轴转动，经输出轴，使首个齿轮转动，并通过几组增速齿轮的传动，转速大幅提高，使未级齿轮转速达3000转/分以上，并带动发电机高速运转，产生功率最少1000瓦以上，220伏的单相交流电能。或经未级齿轮轴输出高转速动力，作功后的水则从马达或缸出口流出，上述增速齿轮组一般2-7组为宜，转轴处均用轴承，因马达及缸的叶片或柱塞面受水压有效作用面可设大，达30CM²以上，输出动力大。如设水压作用使转子或曲柄轴，带动齿轮1至少10秒一转，可保证末级齿轮带动发电机达3000转/分。液压马达虽转速较慢，但能输出很大扭矩。

本实用新型的特点：一是水锤泵与液压马达或缸，增速齿轮及发电机进行组合，成为新式利用水能的发电机及动力机。它使众多较难利用的水头较低，向下流动的河、渠、溪、沟水流得以很好利用。二是能使因地形、地势，不便安装或流量，流速不太大等，不适合安水轮机的地方的水能得以利用。尤其反击式中贯流式水轮机。三是经泵产生的压力水，采用了液压马达或缸，转化为动力。其结构特征是直接用静压水作用有效面充分利用水压，并可通过增大有效作用面或扭矩，来输出很大动力。以上特点，使它在高水压，输出功率不很大时，与动压冲力的水轮机相比，更有效利用单位水压能。四是本装置应用了增速齿轮。因马达或缸可输出很大动大，能用其传动获得高转速，则马达或缸运动速度慢，就可对液压液为水的马达或缸充分密封住，低速又使因密封导致的同一马达或缸，因高速时产生的很大摩擦力，转移到有滚动或滑动轴承的现转速快的齿轮轴上，摩擦力大为减小。五是本装置采用了水锤泵，它能输出量不很多，但压力明显提高的压力水，比直接用外界低水压，流量大，靠增大马达或缸有效作用面积或扭矩，即增大体积，保证输出大动力，来相比，明显减小了马达或缸过大的体积。

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图给出。

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2、3是图1所示动力机构液压马达。即两种常用式，其左侧壁与箱体连接固定。

图4是图1所示的动力机构液压缸，即双柱塞缸。

下面结合图1的具体实施方式对本实用新型的细节及工作情况详细说明。

图1所示装置由四大部份组成：一，动力输入机构即供给压力水的水锤泵1。二，动力机构即液压马达或液压缸2及其动力输出轴3。三、齿轮传动及增速机构即轴相连齿轮组(4、5)(6、7)(8、9)(10、11)(12、13)它于箱体18内。四，动力输出和发电机构即未级齿轮13的输出轴14和带动的发电机15。包括输出电线16和插座17。

图1是所示的实施例：外界具有较低水头的河渠等高处水流，向下封闭引入下水管101，把下水管闸门或阀门102关闭。先把下水管101与水锤泵1的进水管103密闭安通，再把水锤泵1的贮压力水空气室104的出水管105与液压马达的入水管106密闭安装接通。组装好后，先把空气室出水管阀门107打开，再把下水管闸或阀门102打开，使水经下水管101沿进水管103向下流动，流至单向排水房阀108(静重负载阀)附近时，水流冲力(流速足够大，即有足够冲力)，使阀108迅速关闭，水流突然停止流动，动能转换成压力能，使管内水压力升高，将空气室104单向阀109冲开，一部分高压力水进入空气室104，并沿出水管105，及其打开的阀门107，输向液压马达或缸。随后，由于进水管103中压力降低，排水阀108在静重作用下自动落下，回复到开启状态，同时压缩空气使单向阀109关闭，整个过程不断重复，使空气室不断压入压力水，这些压力水经相通的液压马达或缸入水管106，流至马达或缸，则驱动其转子或柱塞推、拉曲柄，使其轴连续转动，通过与首个齿轮4轴连的动力输出轴3，依次传动增速齿轮(4、5)(6、7)(8、9)(10、11)(12、13)，使未级齿轮13带动发电机15，高速运转发电，经电线16及插座17输出电能或升压后供远处用电，除发电外可经未级齿轮13及输出轴14，输出动力小，转速大的动力。可直接经马达转子输出轴3输出，转速慢，动力大的力作功。或由液压缸输出直线或回转往复运动作功，最后经马达或缸流出的水，不断经出口流向外界或可用其留有的余压通到用水处。

作用马达或缸的水压可由闸门或阀门102控制，其开大或开小，使进入泵空气室104的压力水的水量、水压，增大或减小，最终控制马达输出功率及发电功率。在下水管101口处应设过滤网，不让脏物进入马达或缸而影响工作。此外摆动马达或缸可输出往复摆动运动。

同理，在城市供水中，向需生产和生活大量用水的用户开阀供水或注入水量调节水池和减压水池，均可把供水管接通水锤泵进水管103，按上述过程发电或输出动力。此时应把进水管设长及面积大些，使供水管免受水击作用而损伤。

水锤泵进水管103安装倾斜度在1∶9至1∶4范围内，使水流制动效果最好，本装置应用效率在80％以上好的泵。因本处水锤泵承压较高，需增强泵构件的强度，来抗水锤作用。本装置在水流过大，流速过快时，可用液压蓄能器贮能，在压低时释放，使发电平衡。可把泵空气室增大或再设相通空气室，即缓冲又贮能。

本实用新型可配用，液压手动压力和流量控制阀或电液比例阀。发电规模较大，则用机液或电液伺服系统，来调节发电功率。增速齿轮可用齿轮变速器有机调速。或用机械，液压无极变速传动。机械调速器选用离心式。

现对上述实施例，在一定水流量时，发电功率的简要计算如下：

设从水锤泵进水管的水流量为300m³/h，其落差为10m。按目前较好的水锤泵，可把流动中的水15％压升到5倍落差的的高度。即可把45m³的水压升到50m。那么每小时，经泵输出压力水的总能量，等于45m³的水在50m高处的重力势能。即总能量＝Ep＝mgh＝45×10³千克×50米＝2.25×10⁶千克米＝2.205×10⁷焦

设所用液压马达或缸摩擦阻力占15％，泄漏损失占10％，传动齿轮摩擦力占5％。

则未级齿轮输出的动能＝2.205×10⁷焦×(100％-30％)≈1.54×10⁷焦

设其带动发电机发电，轴功率转化为电功率。转化率70％

则最后发出电能＝1.54×10⁷焦×70％＝10.78×10⁶焦≈2.99千瓦时即2.99度

所以外界流量300m³/h落差为10m的水流，经泵进水管通过本装置，可发出2990瓦的电能

图2所示是双作用叶片式液压马达剖面结构图。在每叶片底部可经设扭力弹簧201保证其伸出，因顺时针作用面积大而顺时针转，转子202其轴伸出为输出轴3。与首个齿轮轴连。本装置可在叶片顶部中部或两侧凸突成球状，安嵌入定子内壁凹槽圈203内运动，目的是在叶片受作用回收，弹簧压缩大，使叶片顶部与定子内壁摩擦力增大时，代替弹簧拉封叶片。在作用曲面凹槽圈203向外伸展，使叶片拉紧。非作用放松。

图3所示是径向柱塞式低速大扭矩液压马达结构图。转子204的柱塞205顶部在本装置应用时，可安设承压小滑轮206，以减少摩擦阻力和噪音。因装置功率不很大，柱塞与定子内壁压力有限，则滑轮很小，不影响内曲壁作用。

除上述液压马达外，依不同条件可采用其它式马达，如单作用叶片式，齿轮式，直轴或斜轴式轴向柱塞马达。相比本装置用径向柱塞式低速大扭矩液压马达效果很好。各式马达均选用优质橡胶等材料和对应装置密封，使水封性差改善。本装置如对出水水质要求低，可加少许油润滑，并助密封于作用部位。出水注入水箱，能使少部漏油。浮于上层以利回收。

图4所示是双柱塞液压缸工作示意图。左侧柱塞207和右侧柱塞208，来回推、拉横杆209，横杆209左侧横柱210推拉连杆211，使其带动曲柄212转动，从而带动与曲柄轴连的首个齿轮转动，并依次传动和增速。

按不同需要可用活塞式缸，或用复合式的增速及增压缸等各式液压缸。但柱塞式液压缸密封性好，易于更换密封，用于水压作用时效果最好。只是其除工作缸外，还要另设回程缸，才可完成往复运动。

本装置采用的马达或缸，均是工业液压马达或缸的结构简化型，虽因压力水比机械油压力明显小，使功率不很大，而流量相对要求大。必增大有效作用面积或扭矩。则体积相对较大。但不象工业马达或缸，制造精度高，附加控制机构多且复杂。所以结构相对简单，易造成本低。本装置应用马达或缸各有特点，马达可在低速时输出大扭矩，缸则易于封闭利用压能。有效作用面积缸相对要大。

本装置根据各处的水流量，流速不同，水锤泵效率不同，其输出压力和水量的变化或据要求输出电功率不同，来选择相应形式和型号的液压马达或缸及发电机。各组增速齿轮增速传动比可相应增减，增速齿轮组数可在5组左右增减，可用齿轮变速器调节增速幅度。使之与发电机转速要求相适应，保证一定输出功率。

本实用新型可为各用户提供日常生活或小型生产用电，或输出工作动力。即能把较难利用的河、渠、溪、沟，低水头的水能充分利用。尤其是不便安装反击式水轮机的地方应用。在目前重视利用各种小型水力资源的形势下，本装置实用性突出，它适合集体或个人投资使用，便于推广应用。

Claims (5)

1、一种利用水锤泵产生的水压为动力，驱动液压马达转子，或液压缸柱塞带动曲柄，连续转动，通过增速齿轮传动发电的发电机及直接输出动力的原动机。其特征在于它主要由下列几部分组成：a)动力输入机构即水锤泵1及其输出水管105。b)动力机构即液压马达或液压缸2及其传动或输出轴3。c)增速机构即轴连的传动齿轮组(4、5)(6、7)(8、9)(10、11)(12、13)。其位于箱体18内。d)发电或动力输出机构即未级齿轮13带动的发电机15，及其输出出轴14。

2、根据权利要求1所述的发电机及原动机，其特征在于，水锤泵1应用效率多在80％以上的高效型。其进水管103安装倾斜度在1∶9至1∶4范围。

3、根据权利要求1所述的发电机及原动机，其特征在于，液压马达或缸2，应用有效作用面积大及输出扭矩大的即适用压力较小，而流量偏大的型号。如用叶片式，叶片顶部或两侧凸突，嵌入定子内壁凹槽圈203内，并在作用曲面，圈203外伸。如用径向柱塞式，柱塞顶部设有很小的承压减阻滑轮206。

4、根据权利要求1所述的发电机及原动机，其特征在于，增速齿轮组包括2-7组组数及每组齿轮的增速传动比，随所需发电机转速要求增减。

5、根据权利要求1所述的发电机及原动机，其特征在于，配用的发电机15应用转速快，中小功率的，高效小型发电机。

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