一种自吸式挺水升能高效动力转换输出装置的制作方法

本发明属于能量转换输出设备技术领域，具体涉及一种结构结构、操作简便的自吸式挺水升能高效动力转换输出装置。

背景技术：

传统的矿物质能源不断被消耗，日渐枯竭，但是，人类活动消耗的能源却日益增加。寻求可持续的绿色能源是人类不断追寻的目标。自然水力资源、太阳能、风能、潮汐能等都是可持续利用的能源，但是，这类能源均受制于自然条件的影响，分布不均，要么时间上分布不均，要么空间分布不均。还有其不稳定的自然不足。都给人类的利用带来了一定的困难。

水力资源丰富，且能量巨大。自然水能的利用受到自然的限制，严重的分布不均。水能载舟，亦能覆舟。也就是说，水既有动水之能，也有静水之能。水作为清洁能源，其中蕴涵着巨大的浮力能。水的浮力能却没有得到有效的利用，至今利用浮力能的方式还主要停留在交通运输方面。现有技术能把浮力能转换成其他形式能量加以利用的设备还很少，更没有工业化应用。在能源日益紧缺的今天，开发一种能够充分利用液体浮力能转换为机械能加以利用或进一步用于动力转换装置，比如发电装置，是具有广泛的社会学与经济学意义的。本发明人曾开发了多项利用浮力能转换机械能，乃至电能的装置，并申请了多项发明专利：一种垂直重力强压式大容量液体高效泵送装置（zl2014102484112）；一种水力自浮式大容量高扬程水提升装置（2l2015103762285）；一种水力自浮式高效动力转换输出装置（zl2015103762872）；一种助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置（zl2015100223080），利用浮力与重力做功输出动力装置。发明人经过多年的潜心研究和试验测试，不断优化技术方案，这些发明的技术方案还可以进一步的优化，进而提高浮力能的转换效率，进一步提高动力输出效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单，操作简便，建造成本低廉的自吸式挺水升能高效动力转换输出装置。

本发明的目的是这样实现的：所述的自吸式挺水升能高效动力转换输出装置，包括自吸式挺水装置和电力发生装置，所述的自吸式挺水装置包括势能塔、升水舱，所述的势能塔与升水舱于下位格栅式水介质联通，所述的升水舱内设置挺水泵，所述的挺水泵底部设置聚水舱，所述的聚水舱联通泵舱，所述的泵舱内设置泵塞和封隔套，所述的泵塞顶部连接泵塞推杆，泵塞推杆连接泵塞助动舱内的泵塞浮力舱；泵塞助动舱通过助塞水管、升塞阀和沉塞阀分别连通回水舱和缓冲水舱；所述的封隔套顶部连接封隔推杆，封隔推杆连接封隔助动舱内的封隔浮力舱；所述的封隔助动舱通过助封水管、升闸阀和沉闸阀分别连通回水舱和缓冲水舱；所述的回水舱顶部连通动力转换装置的泄水管，动力转换装置进水口连接势能水管；势能水管连通势能塔顶部的势能水箱；所述的回水舱通过落水管、落水阀连通缓冲水舱，所述的缓冲水舱通过聚水管、聚水阀连通聚水舱。

本发明基于浮力提升与负压抽吸原理，利用泵塞浮力舱的提升作用在升水舱底部形成负压，将聚水舱内的水抽入泵体内，再通过挺水格栅、升水格栅进入势能塔中，并上升进入势能舱内形成高势能的水，通过势能水管冲击动力转化装置，实现动力转换并输出出去，水流入回水舱，进入下一工作循环。本发明结构简单，操作简便，建造成本低廉，通过小的动力输入，激发利用水的浮力能，升水转换为势能，高势能水冲击动力转换装置对外输出动力。本发明可单元组合构建各种功率的动力输出装置，即可实现连续动力输出。

附图说明

图1为本发明整体结构剖视示意图；

图2为图1之半剖俯视示意图；

图3为图1之aa向视图；

图4为图1之bb向视图；

图5为图1之c向视图；

图中标号：1~势能塔，101~势能水箱，1011~溢水堰，102~升水格栅，2~升水舱，201~支撑平台，3~挺水泵，4~聚水舱，5~聚水管，6~立架，7~泵塞，8~封隔套，801~泵塞密封装置，9~运行导轨，10~导向辊轮，11~挺水格栅，12~封隔推杆，13~泵塞推杆，14~缓冲水舱，1401~密封导管，1402~密封圈，15~落水管，16~工作平台，17~封隔助动舱，18~泵塞助动舱，19~封隔浮力舱，20~泵塞浮力舱，21~助塞水管，22~平衡缓冲缸，2201~缓冲柱塞，23~助封水管，24~回水舱，25~连接法兰，26~支撑架，27~动力转换装置，28~势能水管，29~泄水管，30~排气孔，f1~升闸阀，f2～沉闸阀，f3～升塞阀，f4~沉塞阀，f5~聚水阀，f6～落水阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如附图1~5所示，本发明所述的自吸式挺水升能高效动力转换输出装置，包括自吸式挺水装置和电力发生装置，所述的自吸式挺水装置包括势能塔1、升水舱2，所述的势能塔1与升水舱2于下位格栅式水介质联通，所述的升水舱2内设置挺水泵3，所述的挺水泵3底部设置聚水舱4，所述的聚水舱4联通泵舱，所述的泵舱内设置泵塞7和封隔套8，所述的泵塞7顶部连接泵塞推杆13，泵塞推杆13连接泵塞助动舱18内的泵塞浮力舱20；泵塞助动舱18通过助塞水管21、升塞阀f3和沉塞阀f4分别连通回水舱24和缓冲水舱14；所述的封隔套18顶部连接封隔推杆12，封隔推杆12连接封隔助动舱17内的封隔浮力舱19；所述的封隔助动舱17通过助封水管23、升闸阀f1和沉闸阀f2分别连通回水舱24和缓冲水舱14；所述的回水舱24顶部连通动力转换装置27的泄水管29，动力转换装置27进水口连接势能水管28；势能水管28连通势能塔1顶部的势能水箱101；所述的回水舱24通过落水管15、落水阀f6连通缓冲水舱14，所述的缓冲水舱14通过聚水管5、聚水阀f5连通聚水舱4。

所述的挺水泵3之泵体为格栅式出水结构，泵体底中心设置进水口连接聚水舱4，泵塞7底部与泵舱底部密封配合；泵体侧壁设置挺水格栅11，与升水舱2水介质连通。

所述的封隔套8为环套式结构，其内环与泵塞7柱体外壁密封式动配合；所述的封隔套8之环体内设置泵塞密封装置801，泵塞密封装置801与泵塞7外壁密封配合。

所述的升水舱2为圆筒式沉水井结构，其中部设置支撑平台201，支撑平台201之环内设置工作平台16，工作平台16下设置挺水泵3，其泵体顶部与支撑平台201顶承式固结配合，支撑平台201与缓冲水舱14承托式配合。

所述的缓冲水舱14顶部和/或底部分别设置有封隔推杆12和泵塞推杆13之密封导管1401，其中设置密封圈1402，分别与封隔推杆12和泵塞推杆13密封配合。

所述的缓冲水舱14上部设置助动水舱，其中设置有封隔助动舱17和泵塞助动舱18；所述的封隔助动舱17中设置封隔浮力舱19，封隔浮力舱19之底部连接封隔推杆12，顶部连接平衡缓冲缸22之缓冲柱塞2201；所述的泵塞助动舱18中设置泵塞浮力舱20，泵塞浮力舱20之底部连接泵塞推杆13，其顶部连接平衡缓冲缸22之缓冲柱塞2201。

所述的泵塞助动舱18顶部设置有通过升闸阀f1连通回水舱24的助塞水管21；其底部设置有通过沉闸阀f2连通缓冲水舱14的助塞水管21；所述的封隔助动舱17顶部设置用通过升塞阀f3连通回水舱24的助封水管23；其底部设置有通过沉塞阀f4连通缓冲水舱14的助封水管23；所述的缓冲水舱14通过立架6设置于支撑平台201上；缓冲水舱14底部设置有与聚水舱4连通的聚水管5，其上设置有聚水阀f5。

所述的泵塞7为自重可调的空腔式结构，其外壁与泵塞密封装置801环箍式密封配合。

所述的势能塔1之顶部设置势能水箱101，势能塔1之主水舱顶部与势能水箱101呈套接式连接，即主水舱上沿在势能水箱101内形成溢水堰1011；势能水箱101底部之低位设置出水口连通势能水管28，势能水管28连接动力转换装置27之进水口。

所述的势能塔（1）与升水舱2设置于同一基础上，其下段沉设置于地面以下，即其基座设置于沉井内，与地基固结配合；所述的势能塔（1）与升水舱2之间通过升水格栅102水介质连通。

所述的动力转换装置27为水力发电、机械发电装置或机械能转换装置。

所述的泵体进水口与聚水舱4出水口之间设置密封接口25，其间设置密封垫。

所述的封隔套8体内设置用容纳泵塞密封装置801的腔室，所述的密封环为预应力环箍式结构，即密封环外设置可以施加应力的环箍；所述的环箍为金属或非金属材质的高强度施力带。

所述的封隔套8之外壁设置有支撑辊轮10，与设置于泵舱内壁上的运行导轨9上的沟槽滚动配合。

本发明所述的闸阀均为机械和/或电控结构，可实现双控阀模式，进一步有利于实现整体系统的自动控制。

本发明工作原理和工作过程：

本发明基于浮力提升与负压抽吸原理，利用泵塞浮力舱的提升作用在泵体底部形成负压，将聚水舱内的水抽入泵体内，再通过挺水格栅、升水格栅进入势能塔中，并上升进入势能舱内形成高势能的水，通过势能水管冲击动力转换装置，实现动力转换并对外输出。若冲击水轮机即可发电，尾水流入回水舱，进入下一工作循环。

本发明装置工作前系统处于：势能塔1、势能舱101、升水舱2、缓冲水舱14中均注满水，升闸阀f1、升塞阀f3、聚水阀f5、集水阀f6处于关闭状态，沉闸阀f2、沉塞阀f4处于打开状态，泵塞7与封隔套8均处于下位。

工作时：首先打开升塞阀f3、聚水阀f5、集水阀f6，关闭沉塞阀f4，（升闸阀f1关闭，沉闸阀f2打开，封隔套8处于低位封堵挺水格栅11）回水舱24与缓冲水舱14、缓冲水舱14与聚水舱4保持连通；此时，回水舱24中的水进入泵塞助动舱18中，其中的泵塞浮力舱20在水的浮力作用下上升，同时，通过泵塞推杆13带动泵塞7上升，聚水舱4中的水被抽吸进入泵舱内，，待泵塞7上至高位时，打开升闸阀f1，关闭沉闸阀f2，同时关闭升塞阀f3、聚水阀f5、集水阀f6，打开沉塞阀f4；此时，回水舱24中的水进入封隔助动舱17中，其中的封隔浮力舱19在水的浮力作用下上升，同时，通过封隔推杆12带动封隔套8上升，打开泵舱出水口，连通挺水格栅11，泵舱内的水随着失去浮力的泵塞浮力舱20在重力作用下沉降，泵舱内的水通过挺水格栅11进入挺水舱2中，再经升水格栅102进水势能塔1中，进而推动势能塔1中的水位上升，漫过溢水堰1011进入势能水箱101中，形成高势能水，通过势能水管28冲击动力转换装置27转换为机械能或电能，“失能”后的水经过泄水管29回流入回水舱24，进入下一工作循环：关闭升闸阀f1，打开沉闸阀f2，让封隔套8回到低位，封堵挺水格栅；打开升塞阀f3、聚水阀f5、集水阀f6，关闭沉塞阀f4，让回水舱24中的水再次进入泵塞助动舱18中……。

如此循环往复，可以持续地将低位水升至高位，在势能塔顶部形成高势能水，通过动力转换装置转换为动力（尤其便于转换为电力），即充分激发利用水的浮力能，并高效地转换为势能，再转换为动力能，从而连续对外输出动力。