CN87103050A - 水压气压抽水机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以水的落差能量为动力的水压气压抽水机，特别适用于山区、丘陵有落差的江河、小溪、渠道、水库、堰塘和存水田抽水，也适用于工农业提升其它液体。本发明主要工作部件为密闭的压缩器和密闭的输水器，压缩器内有能够自动控制本发明整个系统运行的液位控制器，当有落差的水进入压缩器，其内的空气受到压缩并通过导气管进入输水器，输水器内的水受压后沿抽水管提升到贮水池。若将输水器与第二水源或其它液体接通，则实现利用第一水源的落差能量提升第二水源的水或其它液体的目的。

Description

本发明涉及一种以水的落差能量为动力的水压气压抽水机，特别适用于山区、丘陵有落差的江河、小溪、渠道、水库、堰塘和存水田抽水，也适用于工农业提升其它液体。

以水的落差为动力的抽水装置是水轮泵，它利用水的落差能量推动水轮机的叶轮旋转，再带动泵体抽水，这种装置只能利用低水头大流量的水力资源，抽水高度受到一定的限制，结构复杂，成本高，效率低，适用范围小。

为了解决这个问题，通常采用高压空气作为传递能量的介质或利用真空负压的作用将水或其它液体输送到一定的高度。通过检索，并查阅现有技术资料，美国专利US3606585所述液压驱动泵、US4181470所述气动液压泵和US4021147所述气压驱动泵，均是利用机电作动力产生压缩空气达到输送液体的目的，其结构复杂，仅适用于工业上测量流体的流量;美国专利，US4339232所述压差液体输送系统是使高位密封槽内形成负压将低位槽的液体提升到高位槽内，它需要一台真空泵使高位槽内保持负压;US4231712所述海水提升装置，由多层垂直结构的密封小室组成，每个密闭小室的上部有入水口，下部有出水口和空气入口，每个小室的出水口与其上面小室的入水口相连，每个小室空气入口的进气管与浸入海水中的装置底部相连，这些进气管用来传递海浪的压力，利用海浪不断地冲击反复地压缩和抽出进气管和密闭小室中的空气，使每个小室的海水逐级向上输送，最上层的小室将海水输送到贮水槽内;US3829246所述优选的具体装置，是利用水头下落产生的吸气作用，使一系列密封容器产生负压，将水提升到一定的高度。总之，现有的抽水装置结构复杂，适用范围受到一定的限制。

本发明的目的是要提供一种以水的落差能量为动力的水压气压抽水机，避免已知技术的缺点，创造一种结构尽可能简单，成本低，效率高，耗能少，适用范围比较广的新的抽水装置。

本发明的任务是以如下方式完成的。根据帕斯卡和玻意耳-马略特定律，本发明以具有一定的落差的水源为动力，压缩密闭容器中的空气，被压缩的空气作为传递能量的介质，使密闭的输水器中的水承受一定的压力，从而实现将输水器中的水提升到一定高度的目的。

本发明主要工作部件为密闭的压缩器和密闭的输水器。压缩器的容积是输水器容积的1.1～1.2倍，将压缩器安装在具有一定落差的水源之下（最小落差应大于2米），用压力引水管与水源连通。输水器有输水管和抽水管，输水管与水源连通，并有单向阀调节水的流入，抽水管将输水器中的水输送到贮水槽内，但是输水器顶部的位置应低于或等于水源水平面的位置，抽水管的进水口和出水口最高点的垂直距离应小于水源水平面到压缩器压力引水管最低位置的落差距离。压缩器上部有导气管与输水器相连通。

抽水时，先使压缩器内充满常压空气，输水器充满水，再打开压力引水管的阀门，水源中的水流入压缩器，压缩其内的空气，被压缩的空气由导气管进入输水器，输水器内的水受到一定的压力便经抽水管流入贮水槽;当压缩器内装满水，输水器抽完水时，依靠压缩器内的液位控制器和输水管单向阀的配合，使压缩器内的水迅速排出，输水器内的压缩空气立即返回压缩器内，同时输水器又充满水，开始第二次循环。如此往复循环便实现自动抽水。

如果抽水高度要求不大于水的落差高度，可采用一个压缩器和一个输水器抽水，即上述一级压缩一级抽水。

当抽水高度大于水的落差高度时，可使用一个压缩器和多个相同的输水器（一般2～10个）进行一级压缩多级抽水。压缩器的容积应为输水器总容积的1.1～1.2倍，通过导气管将压缩器和所用输水器连通;各输水器上、下分布，其相互间垂直距离以及各抽水管的进水口与出水口最高点的垂直距离应相等，且小于水源水平面到压缩器压力引水管最低位置之间的落差距离;除第一级抽水的输水器与水源连通外，其余各级输水器的输水管与前一级贮水槽相通。

为了减少压缩器的容积，可使用一个或若干个相同的密闭容器用水管串连起来与压缩器接通，并用导气管互相连通，同样可以进行一级压缩多级抽水。该密闭容器内无液位控制器、排水管，不与压力引水管接通。

当水源的落差较大，为了充分利用落差能量，不宜采用一级压缩一级抽水时，可采用多级压缩一级抽水，即使用二个以上相同的压缩器（一般2-10个）和一个输水器串联压缩实现一级抽水。所用压缩器的总容积应为输水器容积的1.1～1.2倍;各压缩器自上而下分布，其相互间的垂直距离应小于或等于水源水平面到第一级压缩器压力引水管最低位置之间的落差距离;第一级压缩器的压力引水管与水源相通，其余各级压缩器的压力引水管与上一级的贮水池相通;通过导气管将各级压缩器与输水器连通。

如果水源落差距离较大（20米以上），为了充分利用能源，减少装置，可采用高压力一级压缩一级抽水。压缩器的位置随其内的空气预压力的增大而降低，输水器的位置相对于水源水平面也要降低相等距离，其抽水高度取决于水源的落差高度，效率的高低取决于压缩器内空气预压力的大小。抽水前压缩器内应预压一定的压力空气，抽水办法与一级压缩一级抽水相同。

本发明的具体结构由以下实施例及附图给出。

图1，是本发明的结构图。

图2，是压缩器正剖视图。

图3，是输水器正剖视图。

图4，是本发明一级压缩多级抽水结构示意图。

图5，是本发明多级压缩一级抽水结构示意图。

图6，是本发明高压力一级压缩一级抽水结构示意图。

参照图1、2、3、4、5、6，对本发明的具体结构详述如下。

参照图1，本发明由压缩器（4）、输水器（7）、压力引水管（2）、排水管（5）、导气管（6）、输水管（8）、抽水管（11）闸阀（3）、（12）、单向阀（9）、（10）、（14）和加压管（15）组成。

参照图2，压缩器（4）的外壳（4-1）是由金属或塑料制成，与底板（4-2）联成一体构成一个密闭的容器，可承受3～8个大气压力，并用螺栓（4-3）固定在支架（4-4）上。外壳（4-1）的上部有与输水器（7）连通的导气管（6）。底板（4-2）左侧有与水源（1）连通的压力引水管（2），右侧有排水管（5），后者的内经是前者内经的5-10倍。压缩器内部有一个液位控制器（16），用于关闭和开启压力引水管（2）、排水管（5）和浮筒（16-7）的进水口（16-14）、放水管（16-11），它固定在支架（4-5）上。

液位控制器（16）用塑料、橡胶或金属材料制成的浮子（16-1）、（16-2）、（16-3），由木材或橡胶制成的塞子（16-4）、（16-5）、（16-6），浮筒（16-7），拉线（16-8）、（16-9），杠杆（16-12），排气管（16-10），放水管（16-11），橡胶及金属材料制成的排水阀（16-13）和控制杆（16-14）组成。它通过支架（4-5）固定在底板（4-2）中间，也可以偏离其中间固定。

参照图3，输水器（7）的外壳（7-1）由金属材料或塑料制成，与底板（7-2）用螺栓（7-3）联接构成一个密闭的容器，可承受3～8个大气压力。它的上部有接头（7-4）与导气管（6）联接，下部的左侧有输水管（8）与水源（1）连通，右侧有抽水管（11）可将输水器（7）中的水输送到贮水槽（13）。单向阀（9）、（10）即止逆阀。

操作时，压缩器（4）充满常压空气，输水器（7）充满水，打开闸阀（12），再打开闸阀（3），水源（1）的水经压力引水管（2）流入压缩器（4），随着压缩器（4）内水位增高浮子（16-1）先浮起将放水管（16-11）关闭，并压缩其内的空气沿导气管（6）进入输水器（7）;由于输水器（7）内的水承受一定的压力，水便沿单向阀（10），抽水管（11）输送到贮水槽（13）;当压缩器（4）内的水上升到一定位置，输水器（7）中的水接近抽完时，浮子（16-2）沿控制杆（16-15）浮起将进水口（16-14）打开，水流入浮筒（16-7），气体沿排气管（16-10）排出，并牵动拉线（16-8）带动杠杆（16-12）转动一定的角度，杠杆支点固定在支架（4-5）上面，其左端使塞子（16-4）关闭进水口（3-5），其右端牵动拉线（16-9）将排水阀（16-13）打开，压缩器（4）内的水开始排出（可排往低处农田或其它需水的地方）;在压缩器（4）排水的过程中，输水器（7）内的压缩空气开始沿导气管（6）返回，使压缩器（4）从新充气（无须另外补充空气），此时输水器（7）内形成负压，单向阀（9）打开，水源（1）的水便流入输水器（7），直到其内充满水压缩空气全部返回压缩器（4）为止;当压缩器（4）内的水位逐渐降低，直到接近排完时，浮子（16-2）、（16-3）、（16-1）先后回到原来的位置，并使塞子（16-5）、（16-4）、（16-6）也先后恢复原来的位置，排水阀（16-13）关闭，便开始第二个循环。如此往复进行便将水源（1）中的水提升到贮水槽（13）。

上述为常压下一级压缩一级抽水，适用于抽水高度在10米以下，压缩器（4）的容积为输水器（7）容积的1.1～1.2倍;输水器（7）顶部的位置应低于或平行于水源（1）的水平面;抽水管（11）的进水口到其出水口最高点的垂直距离应小于水源（1）水平面到压力引水管（2）最低点的落差距离。

如果利用水源（1）的落差能量提取第二水源的水，可将输水管（8）与第二水源连通，便可将第二水源的水提升到贮水槽（13）;如果提取石油、乳化液或其它液体，可将输水管（8）与石油、乳化液或其它液体连通，同样可以达到提升的目的。

参照图4，当抽水高度大于落差高度时，可使用一个压缩器（4）和三个（或多个）相同的输水器（7）进行一级压缩三级（或多级）抽水。压缩器（4）的容积应为输水器（7a）、（7b）、（7c）总容积的1.1～1.2倍;压缩器（4）的导气管（6）分别与各级输水器（7a）、（7b）、（7c）连通;输水器（7a）与（7b）、（7b）与（7c）之间的垂直距离以及各输水器抽水管（11a）、（11b）、（11c）的进水口与其出水口最高点的垂直距离应分别等于或小于水源（1）的水平面到压缩器（4）的压力引水管（2）最低点的落差距离;各级输水器除第一级输水器（7a）的输水管（8a）与自然水源（1）相通外，其余两级输水器（7b）、（7c）的输水管（8b）、（8c）分别与前一级贮水池（13a）、（13b）连通。其抽水方法与一级压缩一级抽水相同，在抽水前输水器（7a）、（7b）、（7c）充满水，除最后一级输水器（7c）的水被抽到贮水槽（13c）被利用外，其余两级输水器（7a）、（7b）分别将水抽到贮水槽（13a）、（13b）作为输水器（7b）、（7c）的水源。

图5所示为三级（或多级）压缩一级抽水，适用于充分利用不适宜一级压缩的高落差水源，而抽水高度要求又适合一级抽水的情况。所用三个压缩器（4a）、（4b）、（4c）完全相同，总容积为输水器（7）容积的1.1～1.2倍。压缩器（4a）与（4b）、（4b）与（4c）之间的垂直距离与水源（1）水平面到压缩器（4a）的压力引水管（2a）最低位置之间的落差距离相等;第一级压缩器（4a）与水源（1）相通，其余两级压缩器（4b）、（4c）、分别通过压力引水管（2b）、（2c）与上一级贮水池（1a）、（1b）连通;压缩器（4a）、（4b）、（4c）通过导气管（6）与输水器（7）连通。其抽水方法与一级压缩一级抽水相同，先将压缩器（4a）、（4b）、（4c）充满空气。输水器（7）充满水;抽水过程中压缩器（4a）、（4b）、（4c）内的空气通过导气管（6）进入输水器（7），输水器（7）内的水便通过抽水管（11）流入贮水槽（13）;当输水器（7）内的水接近抽完时，水源（1）的水流入，其内的空气经导气管（6）流回压缩器（4a）、（4b）、（4c）;压缩器（4a）、（4b）内的水排入贮水池（1a）、（1b）分别作为压缩器（4b）、（4c）的水源;压缩器（4c）内的水则排入农田或其它需水的地方。

图6为高压力一级压缩一级抽水，适用于水源（1）落差距离较大的地方。为适应这种条件抽水，必须通过加压管（15）向压缩器（4）内输入一定的预压空气。为确保预压空气不从压缩器（4）和输水器（7）内跑掉，保证抽水正常进行，在安装时与常压下一级压缩一级抽水不同点是：若水源（1）的水平面至排水管（5）的闸阀（5-1）垂直距离为落差距离，压缩器（4）的位置随预压空气压力的增大，越要低于闸阀（5-1）（即越要低于落差距离最低点），输水器（7）也应置于水源（1）以下，用管道中的水柱来保持两个容器内的预压空气，否则预压空气是很难保持在压缩器（4）内也不能实现高压力抽水。高压力抽水主要是为了节约能源，提高效率，与多级压缩一级抽水相比减少了装置。

当压缩器（4）内为三个大气压力（高于常压空气二个大气压力），为保证整个系统正常抽水，压缩器（4）的位置应低于水源（1）30米的落差距离以下20米，即水源（1）的水平面至压力引水管（2）最低点垂直距离50米;输水器（7）的位置也应低于水源（1）水平面20米（即水源（1）的水平至抽水管（11）最低处垂直距离）;导气管（6）的高度应高于水源（1）的水平面;排水管（5）的闸阀（5-1）应低于或等于20米。其抽水高度略小于30米。

由于本发明是利用水的落差能量为动力提升水或其它液体并利用空气作为传递落差能量的介质，因此结构简单，成本低，能量损耗少，加工安装方便，适用范围比较广。

Claims (9)

1、一种由密闭的输水器、压力引水管、输水管、抽水管、导气管和单向阀组成的水压气压抽水机，其特征是：

a、具有密闭的压缩器(4)，

b、压缩器(4)内还有一个液位控制器(16)，

c、导气管(6)上有一个加压管(15)。

2、根据权利要求1规定的抽水机，其特征是压缩器（4）顶部有导气管（6）与输水器（7）连通。

3、根据权利要求1规定的抽水机，其特征是液位控制器（16）的下部有一个浮子（16-1），用于控制塞子（16-6）关闭或开启放水管（16-11）。

4、根据权利要求1规定的抽水机，其特征是液位控制器（16）的上部有一个浮子（16-2），用于控制塞子（16-5）关闭或开启进水口（16-14）。

5、根据权利要求1规定的抽水机，其特征是液位控制器（16）的中部有一个浮子（16-3），通过拉线（16-8）控制杠杆（16-12）转动一定的角度。

6、根据权利要求1、5规定的抽水机，其特征是杠杆（16-12）可以转动一定的角度，控制其左端的塞子（16-4）关闭或开启进水口（3-5），控制其右端拉线（16-9）开启或关闭闸阀（16-13）。

7、根据权利要求1、2规定的抽水机，其特征是导气管（6）与一个压缩器（4）和多个相同的、上下分布的输水器（7）连通，可进行一级压缩多级抽水。

8、根据权利要求1、2规定的抽水机，其特征是导气管（6）与一个输水器和多个相同的、上下分布的压缩器（4）连通，可进行多级压缩一级抽水。

9、根据权利要求1、2规定的抽水机，其特征是压缩器（4）内的高压空气由加压管（15）输入，可进行高压力一级压缩一级抽水。

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