气动循环式泵及风力谷电储能气动循环式泵水系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种气动循环式泵及风力谷电储能气动循环式泵水系统，属于潜水泵【技术领域】。气动循环式泵至少包括两级级联的用压缩空气驱动的气动泵，第一级连接压缩空气源，前一级气动循泵排出的压缩空气用于驱动后一级。本发明提供的气动循环式泵结构简单，可以循环使用输入的压缩空气，所以它高效节能、持久耐用，可以代替传统的潜水泵和离心泵，应用于需要抽水的地方。
【专利说明】气动循环式泵及风力谷电储能气动循环式泵水系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气动循环式泵及风力谷电储能气动循环式泵水系统，属于潜水泵【技术领域】。
【背景技术】
[0002]传统的潜水泵、离心泵是用电机旋转来驱动叶轮产生离心力把水抽高，效率低、容易坏。所以行业内规定潜水泵运转2000小时左右，就要维护检修，费事费力。特别是在一些需要防爆的环境，或是石油化工方面的应用，都受到一定的制约。
[0003]为克服上述技术问题，本发明人于2011年向国家知识产权局提出了发明名称为“一种气囊式高压泵水装置及其制作方法”的发明专利申请，其申请号是201110097755.4，但是该发明在制作和应用的过程中发现了一些缺陷:
第一:气囊壁设计太薄，不耐用，容易坏，没有收缩功能，不能储能；
第二:设计的泵体是单一的，不能循环做功，造成了气能浪费；
第三:设计的泵体没有自吸功能，要靠水自身的压力被动进水；
第四:控制方面，用流量开关和气动换向阀控制，过程复杂，不灵活；
第五:没有设计利用晚间的低谷电存储压缩空气来供给气动泵做功，没有风的时候不能抽水。。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术中存在的缺点，本发明的目是提供了一种气动循环式泵及风力谷电储能气动循环式泵水系统。其可以利用压缩空气进行循环做功，将水泵压到高处。
[0005]为实现所述发明目的，本发明的一方面提供一种气动循环式泵，其包括至少两级级联的用压缩空气驱动的气动泵，第一级气动泵连接压缩气源，前一级气动泵排出的压缩气体用于驱动后一级。
[0006]优选地，每一级气动泵包括两个容器和两个换向阀，其中，每个容器的上端设置有插入容器内的通气管，每个容器的底部设置有单向进水阀；每个容器还设置有出水管，出水管处设置有单向排水阀；换向阀的充气端口与一个容器的通气管相连通、进气端口与气源连通、排气端口与外界相连或者通过总管路与下一级的气动泵的一个换向阀的进气端口相连；两个换向阀按时分复用的方式换向。
[0007]优选地，每一级气动泵的两个容器的容积均相同。
[0008]优选地，换向阀为二位三通电磁换向阀。
[0009]优选地，所有容器上下垂直设置或者左右并列设置。
[0010]为实现所述发明目的，本发明的另一方面提供一种风力谷电储能气动循环式泵水系统，其包括用于将空气进行压缩的风力空气压缩机或者将空气进行压缩的电力空气压缩机以及用于存储压缩空气的储气容器，还包括如上任一所述的气动循环式泵，所述气动循环式泵利用储气容器所存储的压缩空气进行驱动。[0011]与现有技术相比，本发明提供的气动循环式泵因为没有旋转部分，不需要像传统的潜水电泵和离心泵那样要密封、绝缘等，并且可以循环使用输入的压缩空气，所以它高效节能、持久耐用，可以代替传统的潜水泵和离心泵，应用于需要抽水的地方。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明提供的风力谷电储能气动循环式泵水系统的示意图；
图2是本发明在开始时段PLC提供的脉冲信号；
图3是本发明在工作时段PLC提供的脉冲信号。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图详细说明本发明。相同的附图标记表示相同的部件。
[0014]图1是本发明提供的风力谷电储能气动循环式泵水系统的示意图。如图1所示，风力谷电储能气动循环式泵水系统包括用于将空气进行压缩的风力空气压缩机或者将空气进行压缩的电力空气压缩机以及用于存储压缩空气的储气容器，还包括气动循环式泵，所述气动循环式泵利用储气容器所存储的压缩空气进行驱动。气动循环式泵包括第一级气动泵，所述第一级气动泵包括:第一容器1、与第一容器彼此独立且容积相同的第二容器2、第一换向阀21和第二换向阀22，其中，所述第一容器I的上端设置有插入第一容器内的第一通气管13，所述第一容器的底部设置有第一单向进水阀5 ;第一容器还设置有第一出水管17，第一出水管处设置有第一单向排水阀9 ;所述第二容器2的上端设置有插入第二容器内的第二通气管14，所述第二容器的底部设置有第二单向进水阀6 ;第二容器还设置有第二出水管18，第二出水管处设置有第二单向排水阀10。第一换向阀21的充气端口 34与第一通气管13相连通，进气端口 35与气源连通，排气端口 36与总管路43连通；第二换向阀22的充气端口 33与第二通气管14相连通，进气端口 37与气源连通，排气端口 38与总管路43连通。第一换向阀和第二换向阀交替换向工作。出水管17和18最终汇成一路接入总出水管26。本实施例中,将第一容器和第二容器设置成上下结构，使第二容器位于第一容器的正上方，为使它们在垂直的一条直线上，使插入到第一容器的出水管17沿纵向穿过第二容器，第二单向排水阀9设置在第二容器的上端。储气罐47通过总阀门46和减压阀45分别连接到第一换向阀21和第二换向阀22的进气端口。出水管17穿过第一容器的地方以及穿过第二容器的地方要与容器壁进行焊接处理，出水管18穿过第二容器的地方要与容器壁进行焊接处理以防止漏水或者漏气。
[0015]空气压缩机48将空气压缩成高压空气并通过管路49存储在储气罐47 (也可以是地下储气洞)中，空气压缩机48可以是风力空气压缩机，也可以是电力空气压缩机，S卩，所述压缩空气可以利用风力通过风力空气压缩机进行压缩并存储于储气容器中；还可以通过晚上的谷电利用空气压缩机进行压缩并存储于存储容器中，也可以是二者的结合。还可以是以用其它方式将空气压缩并存储于存储容器中，以供使用。
[0016]气动循环式泵还包括第二级气动泵，第二级泵包括第三容器3、与第三容器彼此独立且容积相同的第四容器4、第三换向阀23和第四换向阀24，其中，所述第三容器的上端设置有插入第三容器内的第三通气管15，所述第三容器的底部设置有第三单向进水阀7 ;第三容器还设置有第三出水管19，第三出水管处设置有第三单向排水阀11 ;所述第四容器的上端设置有插入第四容器内的第四通气管16，所述第四容器的底部设置有第四单向进水阀8 ;第四容器还设置有第四出水管20，第四出水管处设置有第四单向排水阀12 ;第三换向阀的充气端口 32与第三通气管相连通，进气端口 39与总管路43相连，排气端口 40与外界相连，如果还包括下一级，则还可以通过总管路与连接到下一级气动泵的一个换向阀的进气端口。第四换向阀的充气端口 31与第四通气管16相连通，进气端口 41与总管路43相连，排气端口 42与外界相连，如果还包括下一级，则还可以通过总管路与连接到下一级气动泵的一个换向阀的进气端口。第三换向阀和第四换向阀交替换向工作。出水管11和12最终汇成一路接入总出水管26，总出水管26安装在第三容器和第四容器的一侧。本实施例中，将第三容器和第四容器设置成上下结构，第四容器位于第三容器的正上方，第三容器位于第二容器的正上方，使第二容器位于第一容器的正上方，为使它们在垂直的一条直线上，使插入到第三容器的出水管19沿纵向穿过第四容器，第三单向排水阀11设置在第四容器的上端。出水管19穿过第三容器的地方以及穿过第四容器的地方要与容器壁进行焊接处理，出水管20穿过第四容器的地方要与容器壁进行焊接处理以防止漏水或者漏气。
[0017]第一、第二、第三和第四换向阀均为二位三通电磁换向阀，它们分别由PLC 27的四个控制端28、29、30和25进行控制。
[0018]PLC 27采用时分复用的方式控制每一级潜水泵的工作状态，具体的工作过程如下:
开始时，储气罐47关闭。PLC 27分别通过四个控制端28、29、30和25给第一换向阀21、第二换向阀22、第三换向阀23和第四换向阀24提供如图2所示的控制信号，其中，
%和4的脉冲波形相同，分别由控制端28和25提供；《2和％的脉冲波形相同，分别由控
制端29和30提供。在0 ~ %内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和排气端口
接通；第二换向阀22和第三换向阀23的充气端口和进气端口接通，此时段，第一容器依次通过第一气管13、第一换向阀21的充气端口 34、第一换向阀21的排气端口 36、总管路43、第三换向阀的进气端口 39、充气端口 32、第三气管15与第三容器3连通，随着泵体的下沉，“水”通过第一容器I底部的第一单向进水阀5进入到第一容器1，第一容器I里面的空气随着不断升高的“水”的挤压进入到第三容器3。第一容器和第三容器相当于两个连通的密闭容器，由于空气的压强，水并没有充满第一容器。
[0019]在内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和进气端口接通；第二
换向阀22和第三换向阀23的充气端口和排气端口接通，此时段，第二容器2依次通过第二气管14、第二换向阀22的充气端口 33、第二换向阀22的排气端口 38、总管路43、第四换向阀24的进气端口 41、第四换向阀24的充气端口 31、第四气管16与第四容器4连通，随着泵体的下沉，“水”通过第二容器2底部的第二单向进水阀6进入到第二容器2，第二容器2里面的空气随着不断升高的“水”的挤压进入到第四容器4。第二容器和第四容器相当于两个连通的密闭容器，由于空气的压强，水并没有充满第二容器。此时段，第三容器内的部分空气经第三换向阀23的排气端口排放到外界。
[0020]在内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和排气端口接通；第二换向阀22和第三换向阀23的充气端口和进气端口接通。此时段，第一容器依次通过第一气管13、第一换向阀21的充气端口 34、第一换向阀21的排气端口 36、总管路43、第三换向阀的进气端口 39、第三换向阀的充气端口 32、第三气管15与第三容器连通。由于水的压力，第三容器3的单向进水阀7打开，水充入第三容器，但此时第一容器和第三容器相当于两个连通的密闭容器，由于容器内空气的压强，第一和第三容器并没有充满水。此时段，第四容器内的部分空气经第四换向阀24的排气端口排放到外界。
[0021 ] 在- 7内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和进气端口接通；第二
换向阀22和第三换向阀23的充气端口和排气端口接通，此时段，第二容器2依次通过第二气管14、第二换向阀22的充气端口 33、第二换向阀22的排气端口 38、总管路43、第四换向阀24的进气端口 41、充气端口 31、第四气管16与第四容器4连通。由于水的压力，第四容器4的单向进水阀门8都打开，水充入第四容器，但此时第二容器和第四容器相当于两个连通的密闭容器，由于容器内空气的压强，第二容器和第四容器并没有充满水。此时段，第三容器内的部分空气经第三换向阀23的排气端口排放到外界。
[0022]至此，四个容器都浸入水中。如果此时，泵体继续沿水的深度方向下移，四个容器下端的四个单向·进水阀均打开，与外界没连通的容器内的空气被压缩，与外界连通的容器中的空气排放到外界。
[0023]在7-5?内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和排气端口接通；第二
换向阀22和第三换向阀23的充气端口和进气端口接通。此时段，第一容器依次通过第一气管13、第一换向阀21的充气端口 34、第一换向阀21的排气端口 36、总管路43、第三换向阀的进气端口 39、充气端口 32、第三气管15与第三容器连通。但此时第一容器和第三容器相当于两个连通的密闭容器。第四容器内的部分空气经第四换向阀24的排气端口 42排放到外界。
[0024]在5T/a - 内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和进气端口接通；第
二换向阀22和第三换向阀23的充气端口和排气端口接通，此时段，第二容器2依次通过第二气管14、第二换向阀22的充气端口 33、第二换向阀22的排气端口 38、总管路43、第四换向阀24的进气端口 41、充气端口 31、第四气管16与第四容器4连通。但此时第二容器和第四容器相当于两个连通的密闭容器，第三容器内的部分空气经第三换向阀23的排气端口 40排放到外界。
[0025]多次重复T-时段的过程，四个容器均满了水。而后打开总阀门46，调节好减
压阀45，接入压缩空气。PLC27将图2所示的控制信号延迟,得到如图3所示的信号，而
后分别通过四个控制端28、29、30和25给第一换向阀21、第二换向阀22、第三换向阀23和第四换向阀24施加。
[0026]在0 - %内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和进气端口接通；第二
换向阀22和第三换向阀23的充气端口和排气端口接通，此时段，储气罐依次通过总阀门46、减压阀45、第一换向阀21的进气端口 35、第一换向阀21的充气端口 34、第一气管13与第一容器I连通，第一容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第一单向进水阀5，打开第一单向排水阀9从第一排水管17泵到总水管26中。
[0027]在内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和排气端口接通；第
二换向阀22和第三换向阀23的充气端口和进气端口接通，此时段，第一容器依次通过第一气管13、第一换向阀21的充气端口 34、第一换向阀21的排气端口 36、总管路43、第三换向阀的进气端口 39、充气端口 32、第三气管15与第三容器连通，第一容器I里面的压缩空气进入到三容器，第三容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第三单向进水阀7，打开第三单向排水阀11从第三排水管11泵到总水管26中，同时，第一容器I底部的第一单向进水阀5打开，水又充入第一容器I。另外，储气罐依次通过总阀门46、减压阀45、第二换向阀22的进气端口 37、第二换向阀22的充气端口 33、第二气管14与第二容器2连通，第二容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第二单向进水阀6，打开第二单向排水阀10从第二排水管18也泵到总水管26中。
[0028]在%-3内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和进气端口接通；第
二换向阀22和第三换向阀23的充气端口和排气端口接通，此时段，第二容器依次通过第二通气管14、第二换向阀22的充气端口 37、第二换向阀22的排气端口 38、总管路43、第四换向阀的进气端口 41、充气端口 31、第四气管16与第四容器连通，第二容器2里面的压缩空气进入到四容器，第四容器内的“水”受压缩空气的挤压打开第四单向排水阀12从第四排水管20泵到总水管26中，同时，第二容器2底部的第二单向进水阀6打开，水又充入第二容器2。另外，储气罐依次通过总阀门46、减压阀45、第一换向阀21的进气端口 35、第一换向阀21的充气端口 34、第一气管13与第一容器I连通，第一容器内的“水”受压缩空气的挤压关闭第一单向进水阀5，打开第一单向排水阀9从第一排水管17泵到总水管26中。第三容器3内的压缩空气依次通过第一气管15、第三换向阀的充气端口 32、第三换向阀的排气端口 40排放取外界，第三容器3底部的第三单向进水阀7打开，水充入第三容器3。
[0029]在- 7内，第一换向阀21和第四换向阀24的充气端口和排气端口接通；第二
换向阀22和第三换向阀23的充气端口和进气端口接通，此时段，第一容器依次通过第一气管13、第一换向阀21的充气端口 34、第一换向阀21的排气端口 36、总管路43、第三换向阀的进气端口 39、充气端口 32、第三气管15与第三容器连通，第一容器I里面的压缩空气进入到三容器，第三容器内的“水”受压缩空气的挤压闭第三单向进水阀7，打开第三单向排水阀11从第三排水管11泵到总水管26中。同时，第一容器I底部的第一单向进水阀5打开，水又充入第一容器I。储气罐依次通过总阀门46、减压阀45、第二换向阀22的进气端口37、第二换向阀22的充气端口 33、第二气管14与第二容器2连通，第二容器内的“水”受压缩空气的挤压闭第二单向进水阀6，打开第二单向排水阀I从第二排水管18也泵到总水管26中。第四容器4内的压缩空气依次通过第四气管16、第四换向阀的充气端口 31、第四换向阀的排气端口 42排放取外界，第四容器4底部的第三单向进水阀8打开，水充入第四容器4。
[0030]此后，重复T时段的过程，水就不断地通过总水管26泵到高处。
[0031]另外，本实施例虽然以气动循环式泵具有两级，每级具有两个容器的情况进行了说明，但是，按照本发明的构思，气动循环式泵还可以具有n级，其中《22且为整数，每级可以具有《个容器，其中。其基本原理是:利用水的压强和压缩空气的压强来控制多级容器内水充入和排出，使多级容积相同的容器沿垂直方向设置成一列或者沿左右方向设置成一排并级联连接，给第一级的容器充压缩空气，第一级容器内的水受压缩空气的挤压泵到高处，而后使第一级容器内的压缩空气充入第二级的容器，第二级容器内的水受压缩空气的挤压泵到高处，同时第一级容器内再次充入水；使第二级容器内的压缩空气充入第三级的容器，第三级容器内的水受压缩空气的挤压泵到高处，同时第二级容器内再次充入水。使本级容器内的压缩空气充入下一级的容器时，下一级容器内的水受压缩空气的挤压泵到高处，同时本级容器也再次充入了水。
[0032]以上就是这种气动泵的结构和工作过程，因为没有旋转部分、没有易损部件、并且形状多变、可大可小，可以适用于各种恶劣环境，传统潜水泵和离心泵的所有缺陷，都迎刃而解，再也不需要担心绝缘、漏电、防爆、防锈、轴承易损、污染水源等诸多问题。
[0033]虽然以上已结合附图对本发明作了详尽说明，但本领域技术人员应当认识到，在没有脱离本发明构思的前提下，任何基于本发明作出的改进和变换仍然属于本发明保护范围内的内容。
【权利要求】
1.一种气动循环式泵，其特征在于，其包括至少两级级联的用压缩空气驱动的气动泵，第一级气动泵连接压缩气源，前一级气动泵排出的压缩气体用于驱动后一级气动泵。
2.根据权利要求1所述的气动循环式泵，其特征在于，每一级气动泵包括两个容器和两个换向阀，其中，每个容器的上端设置有插入容器内的通气管，每个容器的底部设置有单向进水阀；每个容器还设置有出水管，出水管处设置有单向排水阀；换向阀的充气端口与一个容器的通气管相连通、进气端口与气源连通、排气端口与外界相连或者通过总管路与下一级的气动泵的一个换向阀的进气端口相连；两个换向阀按时分复用的方式换向。
3.根权利要求2所述的气动循环式泵，其特征在于，每一级气动泵的两个容器的容积均相同。
4.根据权利要求3所述的气动循环式泵，其特征在于，换向阀为二位三通电磁换向阀。
5.根据权利要求4所述的气动循环式泵，其特征在于，所有容器上下垂直设置或者左右并列设置。
6.一种风力谷电储能气动循环式泵水系统，其包括用于将空气进行压缩的风力空气压缩机或者将空气进行压缩的电力空气压缩机以及用于存储压缩空气的储气容器，其特征在于，还包括如权利要求1-5任一所述的气动循环式泵，所述气动循环式泵利用储气容器所存储的压缩空气进行驱动。
【文档编号】F04F1/10GK103438030SQ201310405352
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】刘典军 申请人:青岛格兰德新能源有限公司