风力提水系统及其实现方法与流程

本发明涉及农业灌溉技术领域，特别是属于一种风力提水系统及其实现方法。

背景技术：

我国地域辽阔，丘陵、山地、草原众多，很多地方存在用水困难，例如在丘陵地带，往往需要用水泵将水提至高位进行农田灌溉。由于需要用电，存在线路架设、电费较高及用电安全方面等问题。基于某些地区风力资源丰富，因而开发出各种利用风能来提水的风力提水机。

现有技术中，通常将水平轴风力机设立在水源地旁，利用曲柄滑块机构带动单作用活塞泵往复运动实现提水，但此种提水方式主要用于扬程不高场合，而无法解决扬程较大的提水需求。

技术实现要素：

本发明的目的即在于提供一种风力提水系统及其实现方法，以达到提高扬水可靠性以及降低了成本的目的。

本发明所提供的风力提水系统，其特征在于，包括风力空压机、低位蓄水池、连接低位蓄水池的第一水泵和中间蓄水池、连接中间蓄水池的第二水泵、高位蓄水池以及配气控制装置，风力空压机的出气端与储气筒连接，所述的储气筒分别与第一水泵、第二水泵的供气端连接，其中，第一水泵的出水端接入中间蓄水池中，第二水泵的出水端接入高位蓄水池中；所述的配气控制装置包括设置于中间蓄水池上方的换向阀、第一杠杆单元以及第二杠杆单元，所述的第一杠杆单元包括l型第一杠杆以及安装在第一杠杆近水侧杆体端部的第一浮球、配重，所述的第二杠杆单元包括l型第二杠杆以及安装在第二杠杆近水侧杆体端部的第二浮球，上述第一杠杆、第二杠杆的顶端分别与换向阀的两端接触连接且作用于换气阀的阀杆，且第一水泵的排气端、第二水泵的排气端分别连接换向阀。

进一步的，配重作用于第一杠杆的力矩与第一浮球受完全浮力时作用于第一杠杆的力矩，大小相等，方向相反。

进一步的，水泵采用气动隔膜水泵。

进一步的，在中间蓄水池中具有支架，支架上安装有高、低位两个销轴，l型的第一杠杆、l型的第二杠杆在l杆体的转角处具有连接孔，第一杠杆通过连接孔外套在低位销轴上，第二杠杆通过连接孔外套在高位销轴上，与销轴实现转动连接。

进一步的，上述第一水泵、第二水泵与储气筒连接的供气端保持供气状态。

进一步的，上述换向阀选用两位两通换向阀。

本发明所提供的一种基于风力提水系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

在中间蓄水池处于低水位时，第二浮球没有浮力，对换向阀的阀杆的推力为零，第一浮球没有浮力，配重在重力的作用下沉下，使第一杠杆逆时针回转，第一杠杆的一端推动换向阀阀杆左移，使第一排气管与大气相通，第二排气管与大气隔绝，第二水泵关闭，第一水泵正常工作，将低位蓄水池的水提至中间蓄水池中，随着中间蓄水池水位上升，待第一浮球完全没入水中，至第一浮球的浮力力矩与配重的重力力矩相等时，第一杠杆处于合力矩为零状态，第一杠杆对阀杆推力为零，换向阀的阀杆维持当前位置不变；

在中间蓄水池达到高水位时，第二浮球产生浮力，第二杠杆推动换向阀阀杆右移换向，第二排气管与大气相通，第一排气管与大气隔绝，第一水泵关闭，第二水泵正常工作，将中间蓄水池中的水提至高位蓄水池中，中间蓄水池水位随之下降，第二杠杆对换向阀阀杆的推力消失，换向阀的阀杆维持当前位置不变，中间蓄水池内的水位继续下降，至第一浮球浮力消失，配重压迫第一杠杆使换向阀的阀杆左移换向，重复上述步骤，完成再一次的风力提水过程。

本发明所提供的风力提水系统及其实现方法，在具体应用时，可安装在低洼水源地附近，风力空压机可以与水源分离，只要保证一定的风力，就能使风力空压机启动工作。通过本系统的配气控制装置控制换向阀换向，进而使连接低位蓄水池的第一水泵或连接中间蓄水池的第二水泵交替工作，从而将地势低处的水源输送至所需供水的地势较高处，解决了一般的标准隔膜水泵达不到高扬程的问题，实现了通过接力提水以满足地势较高位置的供水需求，且依托于空气动力，具有能够实现自动接续的扬水过程的积极效果。

附图说明

附图部分公开了本发明具体实施例，其中，

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中间蓄水池在低水位状态下的局部示意图；

图3为本发明中间蓄水池在高水位状态下的局部示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明所提供的风力提水系统，包括风力空压机1、低位蓄水池7、安装在低位蓄水池旁连接低位蓄水池的第一水泵4、中间蓄水池11、安装在中间蓄水池旁的连接中间蓄水池的第二水泵8、高位蓄水池12以及配气控制装置。风力空压机为现有技术，主要由风力机以及安装在风力机上的由风力机驱动的气泵构成，上述风力空压机的出气端与安装于风力机上的储气筒13相连接，储气筒又分别与第一水泵、第二水泵的供气端管路连接。特别的是，第一水泵与第二水泵采用气动隔膜水泵，且第一水泵、第二水泵的供气端保持供气状态。在垂直轴风力机的应用实施例中，风力空压机的气泵、储气筒设置在垂直轴风力机塔底的近地侧；在水平轴风力机的应用实施例中，风力空压机的气泵安装在水平轴风力机的机架上，且水平轴风力机塔筒底部做密封，并开设有与第一水泵、第二水泵管路连接的连接端，作为储气筒使用，图1即为本发明在水平轴风力机的应用实施例示意图。具体地：储气筒的进气端与气泵相连接，储气筒的出气端通过第一进气管3和第二进气管2，分别连接低位蓄水池的第一水泵4、高位蓄水池的第二水泵8，第一水泵、第二水泵的出水端分别通过第一出水管6和第二出水管10，分别连接到中间蓄水池以及高位蓄水池中。

配气控制装置包括设置于中间蓄水池上方的换向阀121、第一杠杆单元以及第二杠杆单元，换向阀选用两位两通换向阀。具体地：第一杠杆单元包括l型第一杠杆125以及安装在第一杠杆近水侧杆体端部的第一浮球127、配重126，特别的是，配重作用于第一杠杆的力矩与第一浮球完全没入水中受完全浮力时作用于第一杠杆的力矩，大小相等，方向相反。第二杠杆单元包括l型第二杠杆123以及安装在第二杠杆近水侧杆体端部的第二浮球124，其中，第一杠杆、第二杠杆的顶端分别与换向阀的两端接触连接且作用于换气阀的阀杆122。在具体实施例中，如图2-3所示，可以通过在中间蓄水池中设置支架，支架上安装销轴128的方式，将l型的第一杠杆以及l型的第二杠杆在l杆体的转角处开设的连接孔，外套在销轴上，以实现第一杆杆、第二杠杆与其相对应销轴之间的转动连接，具体地，在中间蓄水池中具有支架，支架上安装有高、低位的两个销轴，l型的第一杠杆、l型的第二杠杆在l杆体的转角处具有连接孔，第一杠杆通过连接孔外套在低位销轴上，第二杠杆通过连接孔外套在高位销轴上，与销轴实现转动连接。此外，第一水泵、第二水泵的排气端还分别通过第一排气管5、第二排气管9，与换向阀相连接。

结合图2、图3，下面对配气控制装置的工作原理做进一步的描述说明。

l型的第一杠杆、第二杠杆分别与中间蓄水池中的低位销轴、高位销轴铰接，能够绕其旋转摆动，当中间蓄水池中水位较高时，第一浮球完全没入水中，受到向上的浮力，使第一杠杆对销轴产生顺时针的力矩，而配重的重力使第一杠杆对销轴产生逆时针的力矩，而第一浮球与配重安装位置满足以下条件：配重对销轴的力矩，与第一浮球受完全浮力时对销轴的力矩大小相等，方向相反，此时，第一杠杆处于绕销轴力矩为零的状态，从而对换向阀的阀杆没有作用力，中间蓄水池内的水位高至第二浮球产生浮力，第二杠杆绕销轴顺时针摆动，第二杠杆的顶端对换向阀的阀杆产生向右的推力，并推动换向阀的阀杆向右侧移动，完成换向阀的换向；当水位下降到最低时，第二浮球没有浮力，对换向阀的阀杆的推力为零，第一浮球也失去浮力，对第一杠杆没有力矩作用，而配重的重力使第一杠杆对销轴产生逆时针的力矩，此时第一杠杆绕销轴逆时针摆动，并推动换向阀的阀杆向左侧移动，实现换向阀相反方向的再一次换向。

本发明还提供了一种基于风力提水系统的实现方法，包括以下步骤：

在中间蓄水池处于低水位时，第二浮球没有浮力，对换向阀的阀杆的推力为零，第一浮球没有浮力，配重在重力的作用下沉下，使第一杠杆逆时针回转，第一杠杆的一端推动换向阀阀杆左移，使第一排气管与大气相通，第二排气管与大气隔绝，第二水泵关闭，第一水泵正常工作，将低位蓄水池的水提至中间蓄水池中，随着中间蓄水池水位上升，待第一浮球完全没入水中，至第一浮球的浮力力矩与配重的重力力矩相等时，第一杠杆处于合力矩为零状态，第一杠杆对阀杆推力为零，换向阀的阀杆维持当前位置不变；

在中间蓄水池达到高水位时，第二浮球产生浮力，第二杠杆推动换向阀阀杆右移换向（第二杠杆对换向阀的阀杆的产生向右的推力，由于此时第一杠杆对换向阀阀杆没有推力，阀杆被推向右侧）第二排气管与大气相通，第一排气管一与大气隔绝，第一水泵关闭，第二水泵正常工作，将中间蓄水池中的水提至高位蓄水池中，中间蓄水池水位随之下降，第二杠杆对换向阀阀杆的推力消失，换向阀的阀杆维持当前位置不变，中间蓄水池内的水位继续下降，至第一浮球浮力消失，配重压迫第一杠杆使换向阀的阀杆左移换向，重复上述步骤，完成再一次的风力提水过程。

在本发明的具体应用中，可安装在低洼水源地附近，风力空压机可以与水源分离，只要保证一定的风力，就能使风力空压机启动工作。通过本系统的配气控制装置控制换向阀换向，进而使连接低位蓄水池的第一水泵或连接中间蓄水池的第二水泵交替工作，从而将地势低处的水源输送至所需供水的地势较高处。本系统使用工业标准配件产品，减少了机械加工和调试过程，便于维护更换，具有良好的互换性和可靠性。另外，本系统通过风力空压机带动第一水泵、第二水泵交替工作，所需风力空压机的风力机功率较小，风力机结构尺寸也比较小，成本小；且解决了一般的标准隔膜水泵达不到高扬程的问题，实现了通过接力提水以满足地势较高位置的供水需求。本系统依托于空气动力，具有能够实现自动接续的扬水过程的积极效果。