专利名称：落水转换自动提水机、机组、机群的制作方法
技术领域：
本发明提出“落水转换自动提水机、机组、机群”可利用一部分下落水的重力产生动力，带动提水机转动使另一部分水提升，属于水利机械设备设施类型开发技术领域。
水资源危机已成为严重影响中国(世界)经济发展和城市生活的突出问题，水资源地区、季节分布不均是问题的重要成因之一。但利用电力提水投资大、能耗高、效能低，因而大力开发“可利用水体自身具有的巨大水能进行转换，实现直接自动提水作业”的设备设施就可在一定程度上缓解、解决该问题，并可大大节省电力消耗与电力线路建设和维护的支出，因而其将具有广泛的市场需求和发展空间。目前，采用该原理方法的发明专利技术已有(1)利用河流水流流速的水力进行转换实现提水作业的“水能转换自动提水机、机组”(2)建设堰坝蓄积水能实现水力转换提水作业的“桨轮堰水能转换自动提水机、机组；(3)利用一部分落水的势能转换带动另一部分水提升的“势能转换自动提水机、机组、机群”(发明专利号02129279.5)。
中国发明专利“势能转换自动提水机、机组、机群”水利机械设施可建在河道水库、水电站坝外等一切有水流落差处，利用在其中部设置的提落水平台上分流的部分落水产生动力推动该机转动将平台上的存水提升到机顶；该类型自动提水机的落水部分是实现其提水功效的核心和保障，因为如果没有高效的落水部分结构设计提供提水动力，就难于实现高效力的提水作业目标；势能转换自动提水机的落水部分结构是由链条与在其上均布串联的降水箱(桶)配合构成，但其各个降水箱之间需有较大的串联排列密度才能积攒出较大的降水容积，形成有效的下落重力与动力产生；同时其也需有较大的各个水箱的排列密度，才能使从提落水平台落水口处下落的水流有效注入各个串联的降水箱中不致外洒流失，但采用高密度串联降水箱的设计方式同时存有“自动提水机的落水部分转动部件过多、转动部件体积过大，其运动的方便性要比转动部件少、转动部件体积小而简捷的结构设计来的困难；此外，各个高密度串联的降水箱与降水箱链条、链轮之间的配合也有一定的难度，尤其是在链轮设计直径较小、或各个串联的降水箱高与降水箱直径设计较大的情况下，该配合就更加困难，难于满足更大能力和更多规格的设计需求；另外，在降水箱体表面积需求量很大的情况下，其选材加工也较困难，成本也高，还难于维持长久完好状态；本发明的目的是提供一种通过对其进行重大改进、可完美解决上述诸多不足、并可更有效地实现“利用部分下落水实现提水作业”目标的自动提水设备设施——落水转换自动提水机、机组、机群{其名称是为了与原有技术进行专利名称上的区别，可用新技术对原有产品进行替代，因此其商品名称还可沿用重力(或势能)转换自动提水机、机组、机群}，其运行更加方便、更加高效；此外，在其机群形态中对提落水平台的支撑还可部分或全部利用新技术方案中提供的落水管替代，使其总体造价更低、结构更简捷。
本发明提出的落水转换自动提水机、机组、机群是由“落水转换自动提水机”(以下简称落水提水机)机械部分和“垂直机架”或“三层平台”设施部分相互配合构成的可适宜不同来水高度、不同水流数量、不同流量变化、不同提水高度、不同提水能力的机组和机群形态实现；
其“机组”形态是由1-几个落水提水机与“垂直机架”结合构成，其“机群”形态是由多-众多个相同规格的落水提水机与“三层平台”结合构成；机组形态应用在提水量需求较少的情况下采用，机群形态应用在中型、大型及规模化提水作业需求的情况下采用。
本发明提出的落水提水机的主要功能结构部件包括①落水阻板、②落水链条(或用钢丝绳替代链条，以下不再重复表述)、③落水链回转轮、④落水管、⑤G形提水桶、⑥提水链条(或用钢丝绳替代链条，以下不再重复表述)、⑦提水链回转轮、⑧由落水链轮、传动轴、提水链轮相互固定构成的传动轮(以下简称提、落传动轮)、⑨各链轮轴座；其中①-④部分为落水提水机的落水部分部件；⑤-⑦部分为其提水部分部件，两部分之间由⑧提、落传动轮连接、联动共同形成一个落水提水机。
以下简述上述落水提水机主要组成部件的结构特征及应用功效。
①落水阻板其一般为圆形扁平板(也可采用四、六、八边形等其它形态)，在其各个边上还可设置内凹式滑动滚轮(即设置凹形滚轮槽，通过其与滚轮配合共同形成完全的圆形)，落水阻板可与落水管内壁实现相对紧密的滑动配合，在落水阻板直径线的左右两边各设置1个可与链条配合的连接点，在落水阻板的连接点处可设置或俯视 形导向卡，通过导向卡与落水链条的固定配合，可使下落过程中的落水阻板保持与落水管、落水链条垂直的形态，也可由落水阻板自身实现与链条的方向性固定，链条截面体与落水阻板配合形成的链条凸出部分可由在落水管上设置的凹形缺口相互配合填补(见示意图5)。
②落水链条多数情况下一个落水提水机上一同设置两个并行的落水链条，共同实现对各个串联落水阻板的连接，落水链条的上部与提、落传动轮上的落水链轮配合，其下部与落水链回转轮配合形成链条的上下回转运行形态，其中间设计的距离就是落水提水机的落水高度，在两个落水链条相同位置之间的间隔距离均匀分布串联设置各个落水阻板。
③落水链回转轮通过其实现对落水链条的位置固定与运行回转，在机组形态，落水链回转轮轮轴与垂直机架配合，机群形态其轮轴与三层平台的基础平台(用轴座)配合。
④落水管其设置在落水提水机下落水方向落水链条一侧的提落水平台上、下到落水链回转轮上(见示意
图1、2)，其管口一般为敞口形导入口，其上还可设置起固定到向作用的导轮或滑辊，在落水管口上可控制流入水量的调控结构或装置(如设置可升降套管、可开闭的闸门等，也可不设置)。落水管内部面积形态与落水阻板相同，可形成相对紧密配合的顺利滑动。
落水管上需要形成的与落水链条配合的凹形缺口的形成方式可由两个半圆弧状的管壁通过外部焊接的凹形“管连接条”形成相互固定，共同形成一个与落水阻板与落水链条配合的落水管截面；(见示意图5)，为了更加方便长距离滑动配合，在“管连接条”的内部凹形壁上的多处，可分布设置与落水链条形成配合的滑辊。
落水管的管体还可同时起到支撑提落水平台的作用，因此在其上下两端一般需要辅助连接加固结构和设置桥形支撑架，其下部桥形支撑架还可与链轮轴座形成一体化的形式。
⑤提水链条多数情况下在一个落水提水机上一同设置两个并列同行的落水链条，两个链条上的相同位置之间共同与提水桶连接，使各个提水桶均布串联，提水链条的下部与提、落传动轮上的提水链轮配合，其上部与提水链回转轮配合形成链条上下回转运行形态，其中间的设计距离就是该落水提水机的提水高度；(也可采用3个链条并列共同作用，之间均并联设置提水箱，这样就可节省1条提水链条，并且因可使提水箱设计数量增多，可使各个提水桶的设计直径减小。)
⑥G形提水桶G形提水桶的两侧分别与两个提水链条连接，其顶部1/3处左右设有挡水顶板，其可使提水链轮提水启始处于倾斜状态时，使其中的水不至流出(见示意图4)。
⑦提水链回转轮其设置在卸水平台之上，由链轮轴座固定，一般情况下一个落水提水机设置两组四个轮，提水链条在两组回转轮之间处于水平状态，通过链条带动可使运动到该处的提水桶水平倾斜，卸水于卸水平台之上(见示意图2)。
⑧提、落传动轮一般情况下其是由两个提水链轮和两个落水链轮与同一个传动轴串联固定构成，落水链轮产生的动力通过传动轴带动提水链轮转动，其设置在提落水平台之上，由链轮轴座固定。
⑨各链轮轴座上述各种类的链轮轴，提、落传动轮轴均需由链轮轴座固定，机组形态的链轮轴座设置在垂直机架上，机群形态的链轮轴座设置在三层平台上。
本发明提出的落水转换自动提水机组采用的“垂直机架”设施是由两个或三个(或多个)垂直形态的机架体构成，在其上部设置卸水平台，中部设置提落水平台。
本发明提出的落水转换自动提水机群采用的“三层平台”设施是由顶部的卸水平台、中部的提落水平台、底部的基础平台组合构成，提落水平台还可由落水管支撑或辅助支撑。
垂直机架或三层平台设施可设置在河流水库的坝外，可与水坝一同设计、一同修建，也可后建，其设置高度、落差、落水量等相关自然因素众多，一般依实况与需求确定。
在提落水平台的周边设有一定高度的平台围挡，平台围挡围出的平台内可形成有固定深度的水面积存，其水深度要大于提水桶的设计直径，以确保提水桶入水后能水满；在平台上还设置升板口，其上设置围挡，其作用是在落水阻板回转上升过程中通过提落水平台时防止平台积水从升板口流下(见示意图6)。
在机群提落水平台上一般设具有一定高度的分区围挡，其作用是当河流的水流量变小达不到机群需求水量设计的最大能力时，分区围挡可保证部分分区围挡内达到水满，使其围内的落水提水机正常工作。由于水流量不足，其它分区围挡内因没水会自动停机；而当水流量充足时，充足的水流可依次越过各个分区围挡，使机群设置的全部机组正常工作。
在平台的进水口处还可设置调控闸门，以调控平台水量供应，其上需要控制的部分还可采用手动、电动等辅助调节控制方式。显见，分区围挡与进水口处设置的调控闸门的配合可自动或人工干预方式调整不同季节与时刻水量变化对机群工作状态的影响，有了分区围挡就可依河流较大水流时刻的水量充分设计机群的提水能力。落水管的内部直径和下落高度决定了该落水提水机的提水能力高低，直径大、距离长、单位时间内形成的下落水的体积就大、产生的落水重力大，提供的提水动力大，提水能力强，反之相反，因此(在许可的能力范围内)可通过落水管的设计直径调节，实现落水提水机不同提水能力的调整；在落水链条上设置的落水阻板的排列密度也与落水管能够提供的有效下落水的容积有关，排列密度越大、落水阻板下落到落水管底端部时落水阻板所能封堵的落水管的长度就越长，落水部分有效利用的落水管长度就越多，形成的有效下落水体积与重力就越大；但是排列密度也需有一个度，落水阻板排列密度大将加大落水阻板与落水管之间的摩擦机会。
可见，提水桶的设计容积与设计安装数量是由落水管与落水阻板配合所能产生的动力确定，在不考虑机械摩擦因素下，在提水桶链条上设置的提水桶的总容积和其自身重量之和，要与落水管与落水阻板所能够形成的有效落水重量相同，在提供动力不足的情况下可采用减少提水桶承载提水容积、减少提水桶安装数量等调整方式实现平衡。
因而，当提升高度与落水距离相同时，可将提落水平台上的一半水提升，随着提升高度的提高，提升水量与下落水量的比例将发生变化，提升高度设计越高，所需配合的下落的水量就越多；反之，提升高度设计越低，提升的水量会大于其下落的水量。
本发明对落水转换自动提水机组、机群运行方法的描述是可在一切有一定高度的水流落差处设置落水转换自动提水机组或机群，并通过平台围挡在提落水平台上形成可超过串联排列在提水链条上的提水桶直径的积存水面，通过落水管口的高度设置可设定并调控平台积水水面的高度，并可使平台上的部分积水通过落水管敞口可调控地注入并充满落水管中，充入落水管中的水因自重自动下行带动落水阻板向下运动，并带动落水链条和提、落传动轮转动；由提、落传动轮传动带动在提落水平台上设置的提水桶链轮、提水链条及其上串联的各个提水桶在从落水平台上的积水水面线下，到提水机机顶之间作上下环绕转动运动，当提水桶转入提落水平台上积存的水面之下时提水桶入水水满；当提水桶转至落水提水机的顶部时，提水桶水平翻倾，卸水于卸水平台之上，并通过引水槽管将提升水输至高地或远处，上述过程循环往返即可实现利用“一部分下落水带动另一部分水提升”的自动提水作业目的；其如不计机械摩擦损失可实现100％的水能转换效率。
本发明提出的落水转换自动提水机、机组、机群采用简单、轻巧、耐用的落水阻板与落水管的配合方式可有效地将从落水管中下落的水流水能全部充分利用，注入方便并且无任何流洒，并可使落水部分积攒水能的能力与运行的方便性大幅度提高，制造的结构与复杂性大幅度减少与降低，并且可利用落水管同时起到对提落水平台的支撑，实现一物两用，可通过水流与速度的自然限制实现自动运行调控，因而可完美实现发明目的目标。
下面结合示意图说明落水转换自动提水机、机组、机群的功能结构。
图1是落水转换自动提水机轴向侧视结构示意图。
图2是落水转换自动提水机轮向侧视结构示意图。
图3是落水转换自动提水机群的宏观结构示意图。
图4是G形提水桶的侧视剖面示意图(上)与其俯视示意图(下)的对应对照。
图5是落水阻板的侧视剖面示意图(上)与俯视示意图(下)的对应对照。
图6是机群提落水平台的侧视剖面示意图(上)与俯视示意图(下)的对应对照。
图1、中1.提水链回转轮 2.卸水平台与压力输水管 3.G形提水桶和其运行方向4.提水链条 5.提、落传动轮 6.链轮轴座 7.提落水平台积存水面 8.提落水平台9.落水管替代支撑平台辅助支撑板 10.落水阻板 11.落水链条 12.落水管 13.落水管水流下落与方向 14.落水链回转轮 15.水能交换后的尾水流向下游 16.基础平台 17.落水管桥形辅助支撑架图2中18.落水链回转轮 19.G形提水桶卸水及卸水平台上的水 20.卸水平台输水21.提水链条 22.G形提水桶 23.提、落传动轮 24.落水阻板 25.平台分区围挡26.提落水平台 27.落水阻板及其运动方向 28.落水管 29.落水管辅助支撑架30.基础平台及其上的尾水 31.落水链回转轮 32.落水链条 33.提水桶水满上升。
图3中34.卸水平台及其压力输水 35.落水管 36.基础平台及尾水 37.机群来水方向 38.G形提水桶提水上升。
图4中39.G形提水桶中水 40.提水链条 41.提水桶顶的挡水板。
图5中42.落水阻板 43.落水链条、固定卡和管连接条配合。
图6中44.落水管、升板口 45.分区围挡 46.平台来水方向 47.入水口水流G形提水桶控制闸门 48.平台周边围挡。
权利要求
1.一种落水转换自动提水机、机组、机群设备设施，其是由“落水转换自动提水机”(以下简称落水提水机)机械部分和“垂直机架”或“三层平台”设施部分相互配合构成的机组和机群形态实现，其特征在于其落水提水机是由①落水阻板、②落水链条(或用钢丝绳替代链条，以下不再重复表述)、③落水链回转轮、④落水管、⑤G形提水桶、⑥提水链条(或用钢丝绳替代链条，以下不再重复表述)、⑦提水链回转轮、⑧由落水链轮、传动轴、提水链轮相互固定构成的传动轮(以下简称提、落传动轮)、⑨各链轮轴座；其中①-④部分为落水提水机的落水部分部件；⑤-⑦部分为其提水部分部件，两部分之间由⑧提、落传动轮连接、联动共同形成一个落水提水机；对落水提水机主要组成部件的结构特征及应用功效的描述是①落水阻板其一般为圆形扁平板(也可采用四、六、八边形等其它形态)，在其各个边上还可设置内凹式滑动滚轮(即设置凹形滚轮槽，通过其与滚轮配合共同形成完全的圆形)，落水阻板可与落水管内壁实现相对紧密的滑动配合，在落水阻板直径线的左右两边各设置1个可与链条配合的连接点，在落水阻板的连接点处可设置或俯视 形导向卡，链条截面体与落水阻板配合形成的链条凸出部分可由在落水管上设置的凹形缺口实现相互配合填补；②落水链条多数情况下一个落水提水机上一同设置两个并行的落水链条，共同实现对各个串联落水阻板的连接，落水链条的上部与提、落传动轮上的落水链轮配合，其下部与落水链回转轮配合形成链条的上下回转运行形态，在两个落水链条相同位置之间的间隔距离均匀分布串联设置各个落水阻板；③落水链回转轮通过其实现对落水链条的位置固定与运行回转，在机组形态，落水链回转轮轮轴与垂直机架配合，机群形态其轮轴与三层平台的基础平台(用轴座)配合；④落水管其设置在落水提水机下落水方向落水链条一侧的提落水平台上、下到落水链回转轮上，其管口一般为敞口形导入口，其上还可设置起固定到向作用的导轮或滑辊，在落水管口上可控制流入水量的调控结构或装置，落水管内部面积形态与落水阻板相同，可形成相对紧密配合的顺利滑动；落水管上需要形成的与落水链条配合的凹形缺口的形成方式可由两个半圆弧状的管壁通过外部焊接的凹形“管连接条”形成相互固定，共同形成一个与落水阻板和落水链条配合的落水管截面，为了更加方便长距离滑动配合，在“管连接条”的内部凹形壁上的多处，可分布设置与落水链条形成配合的滑辊(也可不设置)；落水管的管体还可同时起到支撑提落水平台的作用，因此在其上下两端一般需要辅助连接加固结构和设置桥形支撑架，其下部桥形支撑架还可与链轮轴座形成一体化的形式；⑤提水链条多数情况下在一个落水提水机上一同设置两个并列同行的落水链条，两个链条上的相同位置之间共同与提水桶连接，使各个提水桶均布串联，提水链条的下部与提、落传动轮上的提水链轮配合，其上部与提水链回转轮配合形成链条上下回转运行形态，其中间的设计距离就是该落水提水机的提水高度；⑥G形提水桶G形提水桶的两侧分别与两个提水链条连接，其顶部1/3处左右设有挡水顶板，其可使提水链轮提水启始处于倾斜状态时，使其中的水不至流出；⑦提水链回转轮其设置在卸水平台之上，由链轮轴座固定，一般情况下一个落水提水机设置两组四个轮，提水链条在两组回转轮之间处于水平状态，通过链条带动可使运动到该处的提水桶水平倾斜，卸水于卸水平台之上；⑧提、落传动轮一般情况下其是由两个提水链轮和两个落水链轮与同一个传动轴串联固定构成，落水链轮产生的动力通过传动轴带动提水链轮转动，其设置在提落水平台之上，由链轮轴座固定；⑨各链轮轴座上述各种类的链轮轴，提、落传动轮轴均需由链轮轴座固定，机组形态的链轮轴座设置在垂直机架上，机群形态的链轮轴座设置在三层平台上；对落水提水机组、机群设施的主要结构特征及应用功效的描述是落水转换自动提水机组采用的“垂直机架”设施是由两个或三个(或多个)垂直形态的机架体构成，在其上部设置卸水平台，中部设置提落水平台；落水转换自动提水机群采用的“三层平台”设施是由顶部的卸水平台、中部的提落水平台、底部的基础平台组合构成，提落水平台还可由落水管支撑或辅助支撑；垂直机架或三层平台设施可设置在河流水库的坝外，可与水坝一同设计、一同修建，也可后建，其设置高度、落差、落水量等一般依实况与需求确定；在提落水平台的周边设有一定高度的平台围挡，平台围挡围出的平台内可形成有固定深度的水面积存，其水深度要大于提水桶的设计直径；在平台上还设置升板口，其上设置围挡，其作用是在落水阻板回转上升过程中通过提落水平台时防止平台积水从升板口流下；在机群提落水平台上一般设具有一定高度的分区围挡，在平台的进水口处还可设置调控闸门，其上需要控制的部分还可采用手动、电动等辅助调节控制方式。
2.一种落水转换自动提水机组、机群的运行方法，其特征在于可在一切有一定高度的水流落差处设置落水转换自动提水机组或机群，并通过平台围挡在提落水平台上形成可超过串联排列在提水链条上的提水桶直径的积存水面，通过落水管口的高度设置可设定并调控平台积水水面的高度，并可使平台上的部分积水通过落水管敞口可调控地注入并充满落水管中，充入落水管中的水因自重自动下行带动落水阻板向下运动，并带动落水链条和提、落传动轮转动；由提、落传动轮传动带动在提落水平台上设置的提水桶链轮、提水链条及其上串联的各个提水桶在从落水平台上的积水水面线下，到提水机机顶之间作上下环绕转动运动，当提水桶转入提落水平台上积存的水面之下时提水桶入水水满；当提水桶转至落水提水机的顶部时，提水桶水平翻倾，卸水于卸水平台之上，并通过引水槽管将提升水输至高地或远处。
全文摘要
一种“落水转换自动提水机、机组、机群”水利机械设施，其可利用一部分落水水能的转换带动另一部分水提升，其是由“落水提水机”与“垂直机架”或“三层平台”配合构成的机组和机群形态实现，其采用简单、轻巧、耐用的落水阻板与落水管配合的方式使注入与控制方便，使其水能积攒能力与运行方便性大幅提高，使结构与制造复杂性大幅度减少，使从提落水平台上下落的水流水能充分利用，并可利用落水管一同实现对提落水平台的支撑，实现一物两用；其将与利用流速水能的“水能转换自动提水机”、利用蓄积水能的“桨轮堰水能转换自动提水机”并列，共同展现“利用水体自身水能转换实现自动提水作业”创新技术方式的广泛适用性和巨大发展潜力。
文档编号F03G3/00GK1687587SQ20051007508
公开日2005年10月26日 申请日期2005年6月9日 优先权日2005年6月9日
发明者陈晓通 申请人:陈晓通