专利名称：一种用于u形渠的抽水装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种水利能量收集方法和装置，是用于U形渠的抽水的方法和装置。
背景技术：
在农田水利中，各种渠道都在应用，特别是近年来在新建及改造渠道工程中，U形渠被广泛采用，U形渠利于输水输砂，改善了水力条件，形成最佳的过水断面，并且具有较好的抗土基冻张能力，便于施工、省工省料，给管理单位提供了便利的管理条件，但同时，这种 U形渠道在灌溉时，对于地处较高地势的农田，还需要提水或抽水，使这种渠道的应用受到了很大的限制。同时，现有的水利能量的蕴藏十分丰富，是能源开发和利用的重要方式之一，并且具有洁净、再循环等十分显著的优点，目前水利能量的利用的主要方式是水利发电，是通过水轮机将水流所具有的动能和势能轮换成机械能来获得电力，这样，就需要大量的水利基础建设和配套专用的水轮发电机组，前期的一次性投入相当大，对环境具有一定的不良影响，特别是水轮发电机组结构复杂、设备庞大，能量转换率低，也容易出现故障和问题，因而，还需要进行改善和优化。另外，U形渠道其自身以及水利能量的利用，还有有限制多，效率低的不足。
发明内容
本发明目的就是提供一种结构简单、成本低廉并且具有较高效率的U形渠道的抽水装置和方法。一种U形渠道的抽水装置和方法，主要由U形渠道和水流能水泵组成，水流能水泵是由管道组成，并架设在U形渠道中。进一步的，是在U形渠道中利用一个水头差，即水流能水泵的气体收集装置具有上出出水口，上下出水口分别位于U形渠道中水头差的上下液面，由水流能水泵来完成抽水或提水；上述水流能水泵来完成抽水或提水的方法和装置为设置一管路，管路至少由一个或二个以上的管道组成，在每个管道上设置有小孔，将此管路放置在液体中，当管道的小孔位于液面下时，在管道内会形成一段水柱，此时向管路的小孔中通入有压气体，并当水柱两端气体压强不同时，水柱将向压强较小的一端运动，且运动到预定位置的水可被收集利用。这样，气压差能就被作为能量来源运水到高处或预定之处供利用，也就是可以在U形渠道中当作水泵使用。进一步的，进气孔到液面的高度差，小于或远小于进气孔到管道下端部的高度差。进一步的，上述的管路高于进气孔部分为直管，管道的内径为2-10mm。同时，实现本发明的另一抽水装置为设置一管路，管路至少由一个或一个以上的管道组成，在每个管道上设置有小孔，将此管路放置在液体中，管道一端在液面下，并当管道的小孔位于液面上、而另一端在液面外时，可以通负压容器，负压容器内负压气体的压强与大气压强的差值为B，液面外管道段上，设进气口通大气，进气口距液面的高度差，小于或远小于产生压强与B值相等的水柱的高度，管道高于进气孔部分为直管，负压容器底部设排水管，排水管为中空大内径管，排水管另一端通盛水容器液面下，盛水容器位置低于负压容器，与盛水容器液面到负压容器底部距离等高度的水柱，产生的压强值大于B值。调节进气口进气量到一定程度，气体、水混合进入管道到负压容器，气体被抽走，水再经排水管到盛水容器供利用，同样，也就是可以在U形渠道中当作水泵使用。进一步的，进气孔距液面的高度差，小于或远小于负压气源与大气压强所产生差值所对应液体的高度。进一步的，上述的管道高于进气孔以上为直管，管道的直径小于2mm。另外，还有两种气体产生装置一种正U形管集气装置，正U形管具有一个进水处和出水处，出水处和横管的管道直径大于进水处的管道直径，进水处也为进气处，在正U型管的横管顶端设置出气处，出气处位于正U型管的横管接近低水位的一端，这个气体收集装置的进水处和出水处分别位于 U形渠道中水头差的上下液面。另外，还有一种倒U形管集气装置，倒U形管具有一个进水处和出水处进水处处于一个水源的液面，而出水处处于泄水水道液面，出水处的管道直径大于进水处的管道直径， 在倒U型管的横管高于进水水源液面的管道壁上设置进气处，出水处也为出气处，如图1所示，进气处位于倒U型管的横管接近低水位的一端，这个气体收集装置的进水处和出水处分别位于U形渠道中水头差的上下液面。本发明效果和特点是在U形渠中可将抽水或提水至更高位置，无需供油供电，设备可自行运转，且所需设备小，能量转换率高，投资收益比小，适用范围广，免维护。
图1是本发明所述的一种用于U形渠的抽水装置的第一实施例的示意图；图2是本发明所述的一种用于U形渠的抽水装置的示意图；图3是本发明所述的一种用于U形渠的抽水装置的的液体能量收集方法和装置的正U形管结构示意图；图4是本发明所述的一种用于U形渠的抽水装置的的液体能量收集方法和装置的倒U形管结构示意图。图中说明1为管道A ；2为进气孔A ；3为管道B ；4为负压容器B ；41为抽气孔B ；5为进气口 B ；6为排水管B ；7为盛水容器B ；8为横管C ；9为进气处C ；10为出气处C ;11为进水处C ； 12为出水处C ；13为横管D ；14为进气处D ;15为出气处D ；16为出水处D ；17为出水口 D ； 101,102为U形渠。
具体实施例方式基于本发明的目的，以及已经取得的成功试验数据，从以下两个实施例来说明原理及工作情况。本发明所述的U形渠道的抽水装置和方法，主要由U形渠道和水流能水泵组成，水流能水泵是由管道组成，并架设在U形渠道101、102中，如附图1、2所示，由于U形渠道 101、102都具有落差，也就是说在U形渠道101、102中利用一个水头差，那么可以将抽水装置(水流能水泵)沿水流方向放置在U形渠道101、102内，即水流能水泵具有上出出水口， 上下出水口分别位于U形渠道101、102中水头差的上下液面，由水流能水泵来完成抽水或提水。本发明所述的水流能水泵是以有压气体来做为动力，来驱动液体进行流动的，根据气体与大气压力的差值可以分为两大类正压驱动和负压驱动，在本发明的实施例中，实施例一为正压驱动，实施例二为负压驱动，可以根据实际情况的不同来选择不同的工作方式，这两种方式都可以达到同样类似的效果。对于实施例一，共基本结构如图1所示主要结构主要由管道Al组成，管道Al — 端在液面外通大气，在本发明的实施例中液体均为水，为需要抽水或提水的预定高度 ’另一端(下端部)在液面下，图1中的波纹线表示为液体(以下同)，最上一根表示液面，管道 Al在液面下的一段上设进气孔A2，并通有压气体，有压气体的压强与大气压强的差值为A， 即这个有压气体的压强较大气压强大，并且大的数量值为A，A的计量单位为液体的管道内的高度值，进气孔A2到液面的高度差，小于或远小于有压气体产生压强与A值相等的水柱的高度，也就是进气孔A2到液面的高度差，小于或远小于进气孔A2到管道下端部的高度差。如果向管路的小孔中通入有压气体，并当水柱两端气体压强不同时，水柱将向压强较小的一端运动，管道Al在进气孔A2下的一段最低位置距进气孔的高度差，也就是进气孔A2 距管道Al的下端口的高度差，大于有压气体产生压强与A值相等的水柱的高度，这样，在进气孔A2连接有压气源时，才可能正常向上驱动液体。另外，管道Al高于进气孔A2部分为直管，是为了减少阻力，调节进气孔A2进气量到一定程度，气体、水混合进入管道Al高于进气孔A2的部分内，并在有压气体压差的作用下，在管内运动到顶端液面外的一端排出，且自动重复以上排水过程。这样水就被运到了预定处供利用，达到抽水或提水的目的。同时，由于管道Al的数量可大于2根，并且可以根据需要的水量增加数量，大于2 根的管道Al可以制造在一起，或者固定成束。因此，可以很轻松达到所需要抽水的数量。对于实施例二，如图2所示管道B3 —端在液面下；另一端在液面外，且通负压容器B4，在负压容器B4上设置有抽气孔B41，可以连接负压气源，负压容器B4内负压气体的压强与大气压强的差值为B，也就是说，负压气体的压强比大气压强较小，并且小的数量值为B，B的计量单位为液体的管道内的高度值。在液面外管道B3段上，设进气口 B5通大气。 进气口 B5距液面的高度差，小于或远小于负压气体产生压强与B值相等的水柱的高度，也就是说，进气孔B5距液面的高度差，小于或远小于负压气源与大气压强所产生差值所对应液体的高度，管道B3高于进气孔部分为直管，负压容器B4底部设排水管B6 (排水管B6为中空大内径管，内径大到靠表面张力之托，管内形不成稳定的水柱)，排水管B6另一端通盛水容器B7液面下，盛水容器B6为需水的预定处，盛水容器B7位置低于负压容器B4，与盛水容器B7液面到负压容器B4底部距离等高度的水柱，产生的压强值大于B值，调节进气口 B5进气量到一定程度，气体、水混合进入管道B3，并在压差的作用下，在管内运动到负压容器B4，气体被抽走，水再经排水管B6到盛水容器B7供利用，这样就实现了抽水或提水的目的。本装置一经启动，自动重复以上排水过程。
同样，由于管道B3的数量也可大于2根，并且可以根据需要的水量增加数量，因此，可以很轻松达到所需要抽水的数量。在本发明所涉及的所有实施例中，所述的液体或流体均为水。为了配合上述的装置完成其功能，这里也同时提供了两种供气装置，可以分别用于上述两个实施例，下面分别做说明。在上述两个实施例中，实施例一使用了正压气体，实施例二使用了负压气体，可以说就是一种气压差能，而气压差能的产生方法是，设置一管路使液体通过，并设有一与大气相通的进气处，当液体通过时，管路中的过流液体可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么液体速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当液体在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随液体运动；当液体在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体，以形成有压气体，在管路的进气处也可以产生负压，这样，液体中所蕴藏的动能、势能便被收集并转换为包括正压差或负压差的气压差能，这个气压差能量可以做为动力来驱动其它装置。现结合实施例及附图来进行说明，基于本发明所述方法所制成的装置主要由管路组成，呈正U形管或倒U形管，如图3和图4所示，其中图3为正U形管，图4为倒U形管， 这两种U形管的两个管口具有一定高差，进水口的高度高于出水口的高度，进水口位于高水位面，而出水口位于低水位面。对于实施例一，采用的是以下的装置来完成供气。对于实施例一，如果管路为正U形管，正U形管具有一个进水处Cll和出水处C12， 出水处C12和横管C8的管道直径大于进水处Cll的管道直径，进水处Cll也为进气处C9， 在正U型管的横管C8顶端设置出气处C10，如图2所示，出气处ClO位于正U型管的横管 C8接近低水位的一端，这个气体收集装置的进水处和出水处分别位于U形渠道101、102中水头差的上下液面。当进水口 Cll与出水口 C12分别位于水面的上水位和下水位时，液体会自然流过正U形管，上下游液体通过进水处Cll和出水处C12产生流动，此时大气中的气体也通过进气处C9混入到液体中去，就有气体进入到管内的液体中去，即当液体通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么液体速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当液体在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随液体运动；当到达横管C8时，因为出水处C12、横管C8的直径较大，流速逐渐降低，即当液体在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体， 以形成有压气体，并排出集中到出气处ClO即气泡溢出液体处，就形成明显的高于大气压力的正压气体，如果管内液体持续流动，就得到持续的正压差，这个压力差值就可以利用和做功，也就是说，将出气处ClO接至进气孔A2，就可以让图1所示抽水装置工作，同时，在进气处C9处有负压现象。对于实施例二，采用以下的装置进行供气(供应负压气体)。对于实施例二，如果管路为倒U形管，倒U形管具有一个进水处D16和出水处D17 进水处16D处于一个水源的液面，而出水处D17处于泄水水道液面，出水处D17的管道直径大于进水处D16的管道直径，在倒U型管的横管D13高于进水水源液面的管道壁上设置进气处D14，出水处D16也为出气处D15，如图1所示，进气处D14位于倒U型管的横管D13接近低水位的一端，这个气体收集装置的进水处和出水处分别位于U形渠道101、102中水头差的上下液面。当进水口 D16与出水口 D17分别位于水面的上水位和下水位时，使进气处D14处于关闭状态，在倒U形管内加注满水，上下游液体之间由于虹吸作用通过进水处D16和出水处D17产生流动，待液体稳定后，适当开启进气处D14，在此时进气处D14与大气相通，当液体通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么液体速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当液体在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随液体运动；当到达出水处D17时，因为出水处D17的直径较大，液体流速降低， 液体在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体，以形成有压气体，并通过出气处D15自动排出到大或收集，管内液体会并持续流动，此时就会在进气处D14就会产生连续的明显的负压气流，得到持续的负压差，这个压力差值就可以利用和做功，也就是说，将进气处D14接至抽气孔B41，就可以让图2所示抽水装置工作，同时，在出气处D15有正压现象。为了使上述的倒U形管或正U形管内的液体稳定，在倒U形管进气处D14和正U 形管进气处C9的端口，设置有进气量控制装置，可以控制管路的进气量。上述实施例中管路所用材料以PVC最为方便。但同时管路材料也可为塑料、水泥、 陶瓷等非金属材料，以及铸铁、不锈钢等金属材料。采用本发明的方法和装置，可以将液体中所蕴藏的动能、势能方便的收集并转换为气压差能以进一步利用，特别是用于U形渠道101、102的抽水或提水中去，且所需设备小，能量转换率高，投资收益比小，适用范围广，免维护。虽然这里只说明了本发明的一个优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。
权利要求
1.一种U形渠道的抽水装置，其特征在于主要由U形渠道和水流能水泵组成，水流能水泵是由管道组成，并架设在U形渠道中。
2.根据权利要求1所述的一种U形渠道的抽水装置，其特征在于在U形渠道中利用一个水头差，即水流能水泵的气体收集装置具有上出出水口，上下出水口分别位于U形渠道中水头差的上下液面，由水流能水泵来完成抽水或提水。
3.一种U形渠道的抽水方法，其特征在于在U形渠内设置的水流能水泵的构成为一管路，管路至少由一个或二个以上的管道组成，在每个管道上设置有小孔，将此管路放置在液体中，当管道的小孔位于液面下时，在管道内会形成一段水柱，此时向管路的小孔中通入有压气体，并当水柱两端气体压强不同时，水柱将向压强较小的一端运动，且运动到预定位置的水可被收集利用。这样，气压差能就被作为能量来源运水到高处或预定之处供利用，也就是可以在U形渠道中当作水泵使用。
4.根据权利要求3所述的一种U形渠道的抽水方法，其特征在于进气孔到液面的高度差，小于或远小于进气孔到管道下端部的高度差。
5.根据权利要求3所述的一种U形渠道的抽水方法，其特征在于进一步的，上述的管路高于进气孔部分为直管，管道的内径为2-10mm。
6.一种U形渠道的抽水方法，其特征在于在U形渠内设置的水流能水泵的构成为一管路，管路至少由一个或一个以上的管道组成，在每个管道上设置有小孔，将此管路放置在液体中，管道一端在液面下，并当管道的小孔位于液面上、而另一端在液面外时，可以通负压容器，负压容器内负压气体的压强与大气压强的差值为B，液面外管道段上，设进气口通大气，进气口距液面的高度差，小于或远小于产生压强与B值相等的水柱的高度，管道高于进气孔部分为直管，负压容器底部设排水管，排水管为中空大内径管，排水管另一端通盛水容器液面下，盛水容器位置低于负压容器，与盛水容器液面到负压容器底部距离等高度的水柱，产生的压强值大于B值。调节进气口进气量到一定程度，气体、水混合进入管道到负压容器，气体被抽走，水再经排水管到盛水容器供利用，同样，也就是可以在U形渠道中当作水泵使用。
7.如权利要求6所述的一种U形渠道的抽水方法，其特征在于进气孔距液面的高度差，小于或远小于负压气源与大气压强所产生差值所对应液体的高度。
8.如权利要求6所述的一种U形渠道的抽水方法，其特征在于上述的管道高于进气孔以上为直管，管道的直径小于2mm。
9.一种用于U形渠道的抽水装置的气体收集装置，其特征在于正U形管具有一个进水处和出水处，出水处和横管的管道直径大于进水处的管道直径，进水处也为进气处，在正 U型管的横管顶端设置出气处，出气处位于正U型管的横管接近低水位的一端，这个气体收集装置的进水处和出水处分别位于U形渠道中水头差的上下液面。
10.一种用于U形渠道的抽水装置的气体收集装置，其特征在于一种倒U形管集气装置，倒U形管具有一个进水处和出水处进水处处于一个水源的液面，而出水处处于泄水水道液面，出水处的管道直径大于进水处的管道直径，在倒U型管的横管高于进水水源液面的管道壁上设置进气处，出水处也为出气处，如图1所示，进气处位于倒U型管的横管接近低水位的一端，这个气体收集装置的进水处和出水处分别位于U形渠道中水头差的上下液
全文摘要
本发明涉及一种水利能量收集方法和装置，是用于U形渠的抽水的方法和装置，主要由U形渠道和水流能水泵组成，水流能水泵是由管道组成，并架设在U形渠道中，进一步的，是在U形渠道中利用一个水头差，即水流能水泵的气体收集装置具有上出出水口，上下出水口分别位于U形渠道中水头差的上下液面，由水流能水泵来完成抽水或提水。本发明效果和特点是在U形渠中可将抽水或提水至更高位置，无需供油供电，设备可自行运转，能量转换率高，适用范围广，免于维护。
文档编号F04F3/00GK102297163SQ20101020691
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者刘克明 申请人:北京银万特科技有限公司