专利名称：水能转换自动提水机、机组、机群的制作方法
技术领域：
本发明提出的“水能转换自动提水机、机组、机群”设备设施可利用河流自身拥有的水流能量直接进行提水作业，属于农机、水利设备设施产品新种类开发技术领域。
今年的《政府工作报告》已将农村、山区饮水解困工程列为国家未来将长期大力实施的重点工程；日前新修订实施的国家《生活饮用水卫生标准》提出的众多新增严格指标对于许多城市、乡镇生活饮用水清洁水源的供应也增加了更多需要。因此实施与实现高效、长效、低耗、低投入的提水、引水、蓄水工程建设是中国许多地区未来将长期面对的重要任务。
临近或靠近滚滚急流的河流而无水可用，饮水、用水、灌溉时常发生困难是我国多数山区和许多城市、乡镇的现实写照，世界许多国家和地区也同样存在着上述尴尬处境。但是真正有效解决该问题其实并不容易，因为如果采用电力提水引水，需要的超高提水高程所产生的电费消耗额度巨大，超高扬程提水也极易使水泵产生气蚀破坏，使设备的运行损耗很大，长期检修与更换形成的累计费用也将十分可观；此外，电力提水还需供电设备、线路设施的紧密配合，这在农村山区建设，其投资和维护的支出将十分巨大。
而如果采用建设“势能转换自动提水机、机组、机群”(中国发明专利号02129279.5)进行提水作业则需要建设河道水坝，使其形成一定的水流落差才能实现其通过势能转换提水的原理要求。但是在许多河流，尤其是在大中型河流上建设该提水方式需要的水坝，对该河流的行洪能力和其它影响会很大，建坝的投资巨大，因此单纯为了少量提水建坝也难于达到现实经济性要求，其最好是在已有水坝的基础上顺便建设该提水设施，或是在小河流上建坝，因此其适用的范围还较有限，难于满足更多地区的更多需求。
面对巨大迫切的现实需求，我们急需一种适用性更为广泛，建设投资更少的提水调水设备设施来解决。
本发明的目的就是提供一种可满足上述需求的全新种类的提水设备设施——水能转换自动提水机、机组、机群，其可直接利用河流自身水流拥有的水能进行直接转换，进行提水输水作业，并可方便地实现对不同提水高度、对不同提水水量总体需求的工程设计和其运行的自动或方便调控。
本发明提出的“水能转换自动提水机”是由“水能机”和“提水机”两大功能结构通过同轴联动的传动方式(或是通过齿轮、或链条的传动方式)进行传动实现的；即通过水能机各个水力板所承接的河流水能形成其出力，直接传动作用于提水机上使其带动提水箱上下循环转动完成提水作业，因此水能转换自动提水机是由(1)水能机部分、(2)提水机部分、(3)传动机构等三大功能结构组合构成，通过对其不同形式、不同能力的组合设计可实现该机的“机组、机群”形式。
(1)水能机部分——其水能机是将河流水能有效收集、产生动力并提供转化的主要机械，其包括①串联的水力板、②水力板链条、③传动轮与定位导轨、④水能机基础设施等功能部件。由水流推动的“往去”部分设置于水平面之下，逆流而上的“复来”部分设置在水面之上，对水能机结构及功能的具体描述是①多个或众多个串联的水力板其水力板可为平板形状，但其更多的是采用C、L、E、F、∑等更加有利于使其集中水力、同时有利于其自身强度加强的结构或结构组合。在一个水能机组上设置的水力板的数量、规格、排列密度、设计强度、选择材料等可依该机站建设地点拥有的水流强度、可利用流程、提水高度、提水能力等的实际要求确定。
水力板一般采用玻璃钢为内部主体材料，其上还可设置可与定位导轨配合的滑轮或滑块水力板在加工时还可在其内部设置可使其自身产生浮力的封闭空间，即通过其作用可使水力板在入水后自动产生浮力，其浮力大小的设计可正好抵消水力板自身的重量和与其配合的链条重量为佳，该设计可使水力板在水下运动过程中无非水力因素对设备运行产生的阻力与影响。
其水力板与水力板链条的配合方式主要有 形方式或 形方式， 形方式更可方便水力板保持水力的作用平衡(见示意图6的举例)，但是对于排列机组型(排列水能机机组即是由多个链轮与链条和一体化排列形式的水力板进行配合构成的水能机形式(见示意图8、5)来讲，其 形水力板的下部(在水下即运行为上部)在与传动轮进行回转配合时必须留出水力板传动轮缺口，因此从中可导致部分水流流失，因此与 形方式水力板配合的定位导轨的下部一般设计为整体板式导轨形式，即其导轨围绕的中下部面积为整体板式(见示意图7)，这样水力板在水下的前进中，水力板缺口就可由整体板式导轨完全填补，或是还采用一般导轨在水力板缺口处设置可实现开启与关闭的活动门堵，两种方式均可消除从缺口处导致的水力流失；水力板的定位平衡还可借助定位导轨上设置的定位沟槽或滑轮与水力板上设置的滑轮与滑块滑轨配合共同辅助实现。
②水力板链条水力板链条或是采用钢丝绳或钢丝绳上附带有间隔固定结(结即在其上附加设置的凸出物体)的钢丝绳代替链条(以下不重复说明“或采用钢丝绳”)，其作用是将各个排列的水力板进行串联连接与位置、方向的辅助平衡固定，其链条可采用防锈结构设计，水力板链条的设计强度与设备的能力要求与水能条件应该对应。
⑨传动轮与定位导轨传动轮与定位导轨可与水力板链条实现配合，可使水力板及链条规范实现设计规定位置的运行、回转往复的上下循环转动。
在一个水能机侧视或俯视平面上可设置一套、两套或多套链条构成水能机机组形式。即对于应用在吃水较深的或是吃水很深(同时河道较窄)位置的水能机，可设计为在同一个侧视平面内从内到外设置一套以上的水能机，形成“内外组合形态的水能机机组”(见示意图4)；对于应用在水面较宽或很宽的水能机，可在同一个俯视平面内排列设置一体化的多套水能机，从而形成“排列组合形态的水能机机组”(见示意图5、8)，其两者还可相互融合，构成综合机组形式；
传动轮直径可依需要设计，选择范围宽泛，小型的水能机或是非内外型水能机可用前后各一个传动轮(即共由两个传动轮完成传动)，大型及内外综合形式的水能机一般更多采用四轮传动，或采用两与四轮相互结合的形式；在河流水位经常变化且幅度较大的地点设计安装的水能机最好采用四轮水能机形式，其可在不调整设备高度的情况下方便地适应河流正常水位的任意升降改变(见示意图3)；水能机定位导轨的作用是规范引导、支撑定位水力板链条和各个串联的水力板。
可见，水能机、机组的设计长度与规格、安装数量可依不同的实际需要进行具体设计，也可形成标准化的系列规格，并进行标准化的生产。
④水能机基础设施其主要作用是实现规范设置安装水能机的河道与调节控制其水流，使水流有效、可控地作用于水能机的水力板上，在基础设施上可建设分流水道和控制闸门或溢水闸门，其可实现在河流水流量出现变化的情况下进行分流减少与堵截增加水流的自动实现或人工调控，从而实现对通过水能机水流量的自动调节变化；对于大中型河流其还可只利用水面的水能，不建设河床式、河道式水能机完善基础设施，其基础设施只要能够实现水能机的安装固定与顺利运行即可。
(2)提水机部分——其是将从水能机上获得的传动动力，直接带动提水箱链条及其串联的提水箱在从河水水面之下、到提水机卸水平台上之间进行上下循环转动实现提水的机械部分，主要是由①串联的提水箱、②提水箱链条(或钢丝绳)、③传动轮、④提水机机架、卸水平台和引水输水管道设施等主要功能部件构成，对提水机结构部件及其功能的具体描述是①提水箱提水箱的侧剖面形状如同G形(见图示意
图10)，可使其通过水面下入水水满后的提水箱在轮轨适当倾斜的情况下顺利提出水面并保持水满。其可采用圆、方等形式与不同的容积规格设计。
②提水箱链条或采用钢丝绳或钢丝绳上附带有间隔固定结(固定结即在钢丝绳上附加固定设置的凸出物体)的钢丝绳代替链条。在一个提水机提水箱上一般左右设置两个提水链条共同带动串联提水箱，其设计强度、节距、长度等可依该提水机的提水能力、传动轮直径和提水高度实际需要确定。
③传动轮其包括取水轮和卸水轮，取水轮的下部设置在水面下，卸水轮的上部设置在卸水平台上，其两者之间的距离是该提水机设计的最大扬程。
④提水机机架、卸水平台和引水输水管道设施等功能部件提水机机架还可依山坡建设，使提水水箱直接上山，这可大大减少提水机建设与施工的成本。可在斜型机架上设置必要的导轨。提水机机架还包括提水机安装基础与安装机架、机座等；卸水平台和引水输水管道设施的功能包括其可承接提水箱反转后卸出的水流，并且将其压力输水到用水处或长远输水。
(3)传动机构一般采用同轴联动的机械传动方式，也可采用传动齿轮，或传动链条传动，但是采用齿轮的结构复杂、成本高，采用传动链条形成的传动力较小，因此其更多是采用同轴联动的传动方式(见1、5、8示意图)。
本发明对于水能转换自动提水机、机组、机群设备设施基本运行方法的描述是将水能机的顺流运动部分设置在水面之下，逆流运动部分设置在水面之上，通过面对水流具有一定面积的各个水力板的出力作用形成整体出力，顺流移动共同带动水力板链条进行循环往复转动，并通过水力板链条带动与其配合的传动轮转动，并带动提水机实现上下循环转动，使提水机上的提水箱实现从河流水面下到卸水平台上之间的循环往复转动，从而实现提水箱从下面取水到上面卸水的提水工作的连续完成过程；相当设计长度的水能机可将其安装流程内的水能转化为提水动力；可在一切有水流坡度或有较强水流条件的河流上建设水能转换自动提水机、机组、机群设备设施，并依水流与地理情况设计成为并列型与内外型等多种机组形成，还可采用通过其基础设施的建设，将全部或主要水流可调节控制地作用于水能机的水力板上，其基础设施还可设计出分流通道进行水流流量的调控；在工程设计过程中可对水能转换自动提水机、机组出力能力与提水能力进行安排，即其设计的提水高度越高、单位时间内单机设计的提水能力越大，河流单位长度、宽度拥有的水能量越小，则该机的设计能力(包括水能机设计长度、宽度，水力板面积、数量、排列密度等)就需要适当增加，反之则适当减少，或者在因客观情况无法提高水能机设计能力的情况下，就应该减小与其配合的提水机的提水设计能力。
在运行使用过程中对于水能转换自动提水机、机组出力能力和提水能力、运行稳定性的调节方法有①其可实现自动调节控制，无须人工干预因为水力板与水流的配合出力方式是非刚性的，况且河流水流的运行速度有一个度的(有一个范围值)，因此水能机在遇到更大输出阻力下所能提供的输出力能力值也有一个范围，水能机出力能力加大就会导致水能机运行速度加快，导致提水机运行速度的加快，导致提水能力的提高，单位时间内提水能力的提高又需要有更大的动力配合，因此相互抵消制约的结果是在一个设备能力允许的机械运行速度范围值内，可达到水能机与提水机的动态平衡，从而实现自动调控；②在低水能季节或时刻，可通过减少提水机上提水箱的悬挂数量(比较麻烦)或是调节提水箱的可承载水位，即可在各个提水箱的中部设置可方便开闭的卸水口，实现使其可控制地实现减少提水机提水能力的需求(比较方便，见图示意图10)，反之则可增加调节其提水能力。
③通过设有分流机构的水能机基础设施的调节，可将多余的水流分流，减少过流水力与水量，反之则增加出力能力。
在一个水能转换自动提水机机站内可依需要排列、并列设置多组机组并单独运行，从而形成其机群形式。水能机机组、机群与其不同出力能力的综合设计可实现水能转换自动提水机站更强的出力能力、形成对其要求的更广的适应能力。
本发明提出的水能转换自动提水机、机组、机群具有强大的过流能力，并可形成串联与排列形式，因此可将其设计安装长度所处坡段内形成的水能高效转换形成提水出力利用；其机组的多设计形态可适合多种不同的复杂情况需求，从而可实现“建设投资小、见效快、出力效率高、运行成本低，建设适用条件广泛、建设方式灵活多样，对自然河流与水流无实质性影响与改变等诸多优势功效集合”的设计目的。
下面结合示意图说明水能转换自动提水机及其设施的主要功能结构。
图1为同轴联动式该机中的水能机与提水机传动部分的侧视结构示意图。
图2为该机的提水机上部分与卸水平台配合卸水、输水的结构示意图。
图3为四轮式水能机的侧视示意图及其与不同水位配合。
图4为内外组合型水能机的侧视结构示意图。
图5为两轮水能机并联型机组的侧视和与其对应的俯视结构示意图。
图6为水力板与水力板链条的 形配合方式结构示意图(一种举例)。
图7为与 形水力板配合的定位导轨中下部面积为整体板式示意图。
图8为并联组合式水能机组的(河流)纵向侧视结构示意图。
图9为该机水能机与提水机齿轮传动方式的传动部分结构侧视示意图。
图10为具有可卸出部分水结构的提水箱的侧视剖面和其对应的俯视图示意图。
图1中1.提水机链条运行方向2.满水上升中的提水箱3.提水箱链条4.水能机与提水机实现同轴传动的传动轴5.水流方向6.水能机链条的运行方向7.水能机链条8.水能机水力板图1表示水能机通过水力板吸收水流能量形成出力，通过同轴传动使提水机转动带动提水箱循环转动，并从河水水面下通过，使提水箱水满后提升。
图2中9.提水机上部回转的卸水传动轮10.卸水输水平台11.压力输水管12.提水箱链条13.满水上升的提水箱14.提水箱运动方向15.卸空下行的提水箱16.提水箱在两个回转卸水传动轮中横行卸水17.提水箱卸水于卸水平台上。
图2的下部与图1的上部删除部分对接即可形成一个完整的提水机。
图3中18.水力板链条19.传动轮20.水力板21.河流水位上升后的增加水位22.原有的基本水位。
图3表示四轮式水能机可适应正常变化的各种水位变化。
图4中23. 形水力板24.水力板链条25.水平面26.水流方向27.水能机基础设施(有些情况下也可不设置河床基础设施)图5中28.传动轮29.水力板30.水能机基础设施31.传动轴32.提水机提水箱(一个水满、一个卸空。)图6中33.水流方向34. 形水力板一种形式举例35.水平面36.水力板链条链条37.水能机基础设施。
图7中38.水力板链条和其配合的导轨39.下部整体板式导轨40.水平面41.水力板[顺流往去]42.传动轮43.传动轴44.水力板链条运动方向图8中45.提水箱46.提水箱链条47.提水箱链轮48.水能机链轮49.水力板[往去]50.同轴传动的传动轴51.水平面52.水力板[复来]图9中53.提水机链条运动方向54.提水机链条55.提水箱56.传动齿轮57.水流方向58.水能机链条运动方向59.水能机链条60.水力板61.水能机轮。
图10中62.可方便开启与关闭操作的卸水口63.在运行中卸出的水体积64.提水箱65.提水机链条66.提水箱中剩余的水。
权利要求
1.一种水能转换自动提水机、机组、机群，其特征在于是由水能机和提水机两大功能结构通过同轴联动或齿轮、链条的传动方式实现，其主要功能结构包括(1)水能机部分——其水能机是将河流水能有效收集、产生动力并提供转化的机械，主要包括①多个或众多个串联的水力板，在一个水能机组上设置的水力板的数量、规格、形状、排列密度、设计强度、选择材料等可依该机站建设地点拥有的水流强度、可利用流程、提水高度、提水能力等的实际要求确定；②水力板链条水力板链条或是采用钢丝绳或钢丝绳上附带有间隔固定结(结即在其上附加设置的凸出物体)的钢丝绳代替链条，水力板链条的设计强度与设备的能力要求与水能条件应该对应；③传动轮与定位导轨传动轮与定位导轨可与水力板链条实现配合，可使水力板及链条规范实现设计规定位置的运行、回转往复的上下循环转动，水能机定位导轨的作用是规范引导、支撑定位水力板链条和各个串联的水力板；在一个水能机侧视或俯视平面上可设置一套、两套或多套链条构成水能机机组形式，形成“内外组合形态的水能机机组”或形成“排列组合形态的水能机机组”，其两者还可相互融合，构成综合机组形式；水能机可采用四轮传动，或采用两轮及其相互结合的形式；④水能机基础设施其可实现规范设置安装水能机的河道与调节控制其水流，使水流有效、可控地作用于水能机的水力板上，在基础设施上可建设分流水道和控制闸门或溢水闸门，实现水流量的分流减少与堵截增加水流的自动实现或人工调控；对于大中型河流其还可只利用水面的水能，不建设河床式、河道式水能机完善基础设施，其基础设施只要能够实现水能机的安装固定与顺利运行即可；(2)提水机部分——其是将从水能机上获得的传动动力，直接带动提水箱链条及其串联的提水箱在从河水水面之下、到提水机卸水平台上之间进行上下循环转动实现提水的机械部分，主要是由①串联的提水箱、②提水箱链条(或钢丝绳)、③传动轮、④提水机机架、卸水平台和引水输水管道设施等主要功能部件构成，对提水机结构部件及其功能的具体描述是①提水箱提水箱的侧剖面形状如同G形，可使其通过水面下入水水满后的提水箱在轮轨适当倾斜的情况下顺利提出水面并保持水满；其可采用圆、方等形式与不同的容积规格设计；②提水箱链条或采用钢丝绳，在一个提水机提水箱上一般左右设置两个提水链条共同带动串联提水箱，其设计强度、节距、长度等可依该提水机的提水能力、传动轮直径和提水高度实际需要确定；③传动轮其包括取水轮和卸水轮，取水轮的下部设置在水面下，卸水轮的上部设置在卸水平台上，其两者之间的距离是该提水机设计的最大扬程；④提水机机架、卸水平台和引水输水管道设施等功能部件提水机机架还可依山坡建设，使提水水箱直接上山，这可大大减少提水机建设与施工的成本；可在斜型机架上设置必要的导轨，提水机机架还包括提水机安装基础与安装机架、机座等；卸水平台和引水输水管道设施的功能包括其可承接提水箱反转后卸出的水流，并且将其压力输水到用水处或长远输水；(3)传动机构一般采用同轴联动的机械传动方式，也可采用传动齿轮，或传动链条传动。
2.一种水能转换自动提水机、机组、机群设备设施基本运行方法，其特征在于将水能机的顺流运动部分设置在水面之下，逆流运动部分设置在水面之上，通过面对水流具有一定面积的各个水力板的出力作用形成整体出力，顺流移动共同带动水力板链条进行循环往复转动，并通过水力板链条带动与其配合的传动轮转动，并带动提水机实现上下循环转动，使提水机上的提水箱实现从河流水面下到卸水平台上之间的循环往复转动，从而实现提水箱从下面取水到上面卸水的提水工作的连续完成过程；相当设计长度的水能机可将其安装流程内的水能转化为提水动力；可在一切有水流坡度或有较强水流条件的河流上建设水能转换自动提水机、机组、机群设备设施，并依水流与地理情况设计成为并列型与内外型等多种机组形成，还可采用通过其基础设施的建设，将全部或主要水流可调节控制地作用于水能机的水力板上，其基础设施还可设计出分流通道进行水流流量的调控；在工程设计过程中可对水能转换自动提水机、机组出力能力与提水能力进行安排，即其设计的提水高度越高、单位时间内单机设计的提水能力越大，河流单位长度、宽度拥有的水能量越小，则该机的设计能力就需要适当增加，反之则适当减少，或者在因客观情况无法提高水能机设计能力的情况下，就应该减小与其配合的提水机的提水设计能力；在运行使用过程中对于水能转换自动提水机、机组出力能力和提水能力、运行稳定性的调节方法有①其可实现自动调节控制；②在低水能季节或时刻，可通过减少提水机上提水箱的悬挂数量或是调节提水箱的可承载水位，实现使其可控制地实现减少提水机提水能力的需求，反之则可增加调节其提水能力；③通过设有分流机构的水能机基础设施的调节，可将多余的水流分流，减少过流水力与水量，反之则增加出力能力。
全文摘要
一种“水能转换自动提水机、机组、机群”设备设施，其可利用河流自身拥有的水流能量直接进行提水作业，其是通过串联的水力板所承接的河流水能形成出力直接传动作用于提水机上，使其带动提水箱上下循环转动完成提水作业，其可通过水流出力与提水能力需力之间自动形成的相互平衡制约实现其自动运行调控、无须人工干预的理想目的；并可实现不同提水能力、不同提水高度的设计。其具有建设投资小、出力效率高、运行成本低，建设适用广、灵活多样，对河流水流无实质性改变与影响等诸多优势，可广泛用于农村、山区、城镇、工矿企业的饮水解困、用水调水和农田水利基本建设工程，广泛采用可大大节省提水所产生的电力消耗。
文档编号F03B13/14GK1687583SQ20051006310
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月4日 优先权日2005年4月4日
发明者陈晓通 申请人:陈晓通