专利名称：一种水能泵的制作方法
技术领域：
本实用新型属水力机械。
江里、河里、溪里流动的水流(平流水流)，具有动能，坝上或岩上落下的水流(落差水流)，具有势能。如果有一种装置能将这些机械能用来泵水，那么，它就和由电动机或发动机带动的水泵一样，能用来提升水、输送水、喷射水。水轮泵有这种功能，但它只适合于有较大流速或较大落差的场合。
本实用新型的目的就是提供一种具有上述功能，且适合于在流速较小和落差较小的场合使用的水能泵。
其技术方案见
图1。该水能泵含有水流阀门1、大活塞室2、双连大小活塞4、小活塞室5、出水管6、单向阀件8、复位弹性件9、集水道10等。双连大小活塞的大活塞上开有泄流孔3。水流阀门装设于集水道与大活塞室之间，可利用水能的作用交替地打开和关闭。两单向阀件分别装设于小活塞室与集水道10(入水口)和与出水管6之间。复位弹性件一端与做往复运动的双连大小活塞联接(或与随双连大小活塞一起在轴向做往复运动的元件联接)，另一端联接于静止元件上。安装时，水流阀门、双连大小活塞及大、小活塞室等置于平流水流中或置于落差水流的低位水处，大、小活塞室的集水道朝向平流水流的来流方向，或与落差水流的高位水处接通。当水流阀门1打开时，水流(平流水流或落差水流，以下同)与大活塞室2接通，水流推动双连大小活塞4向小活塞室5压水(并使复位弹性件9变形)，使小活塞室与集水道之间的单向阀件关闭，并推开出水管6的单向阀件而往外泵水；当水流阀门1关闭时，水流不再流入大活塞室2而推动双连大小活塞4，双连大小活塞在复位弹性件9的作用下复位，大活塞室2内的水由泄流孔3泄放，此时，出水管6的单向阀件关闭，小活塞室5与集水道之间的单向阀件打开，水流与小活塞室5接通；水流阀门1循环地打开和关闭，该水能泵间歇地向外泵水。
为提高本水能泵的泵水效率，泄流孔3最好设计成可控泄流孔水流阀门打开时它关闭，水流阀门关闭时它打开。
当希望本水能泵向外供水为连续供水或接近连续供水时，可在出水管6上设置缓冲气室7。为使缓冲气室7内的气体不会从出水管排走，缓冲气室7与出水管6之间可设置隔膜，也可将缓冲气室设置在其与出水管连接处的上方。
图1之a中所示，双连大小活塞的大、小活塞之间由管件连接，复位弹性件采用拉伸弹性件，其一端与静止元件联接，另一端从大活塞端穿入管件，然后，将它与小活塞端联接，或在小活塞端绕过一滑轮后再与大活塞端联接(或联接于随双连大小活塞一起做往复运动的元件上离小活塞端尽量远的位置)。这样做，便于复位弹性件能采用大弹性系数(单位外力产生的长度变化)、大变形量的形式，使它在复位的后期仍有较大弹性力，而又不致使它在泵水的后期弹性力过大。
本水能泵中的单向阀件可以采用球体式、皮碗式等形式。单向阀件采用球体式时，可按常规设置小弹簧，也可不设置，球体的当量比重(指物件的重量与其包容的体积之比，以下同)接近水的比重，不设置小弹簧时，更应尽量与水的比重一致。为了使单向阀件关闭时效果更好，球体的球表面可设一层诸如橡胶、塑料之类的较软的材料，还可直接采用充水或充气的橡胶球或塑料球，或在关闭时单向阀座上与球体接触的对应部位采用较软的材料。
本水能泵中双连大小活塞的小活塞可以采用圆柱(圆板)式、皮碗式(类似打气筒里的皮碗)等形式，采用圆柱形式时，其外圆柱面上可设涨圈(活塞密封环)，或加工类似
图1之b所示的迷宫密封结构。当小活塞采用皮碗形式时，皮碗式活塞同时可是小活塞室入水道口处的单向阀件，小活塞室的入水道口可由小活塞前方的腔道代替。
当本水能泵应用于有漂浮物或悬浮物的水流时，可在有关部位设置滤网。
以下结合附图所示实施例作进一步说明。
图1，本实用新型方案原理示意图。
图2～7，本实用新型实施例结构简图或结构示意图。
图2实施例主要示出一种水流阀门的结构，这种水流阀门由当量比重接近而稍小于水的比重的浮阀11、喉口阀座12、浮阀系留件13和顶杆15构成。浮阀系留件13联接于双连大小活塞4与浮阀11之间，顶杆15设置在双连大小活塞4的中心部，突出于大活塞前、浮阀后，与双连大小活塞之间为在轴向不能相对运动的联接结构。大活塞室2非工作行程区段面向水流的一侧为整体，背向水流的一侧则开有槽14，并且，为整体的一侧在其两处结束的地方可沿切向向开槽的一侧延伸出一段尾板，将开槽的一侧夹在两尾板之间。图示本例用于平流水流的场合，安装时，双连大小活塞4等竖直放置。在图示状态，喉口阀座12被关闭，双连大小活塞4往上复位，复位完成时，顶杆15顶动浮阀11，浮阀11在浮力作用下离开而使喉口阀座12打开，双连大小活塞4随即往下泵水，泵水结束时，系留件13牵动浮阀11到达喉口阀座12，由于喉口阀座12处水的压力低于浮阀11前方水的压力，浮阀11在水的压差作用下关闭喉口阀座12，双连大小活塞4重又开始复位。如此循环往复。
本实施例的启动方法是人工打开浮阀11，本水能泵就进入运行状态。关闭本水能泵的方法是在双连大小活塞4复位时，将浮阀11上部的凹坑16对准顶杆15。
当本例用于落差水流的场合时，其与上面所述的不同之处为大活塞室2的非工作行程区段沿一周均开有槽14，浮阀11上则可不设凹坑16。安装时，双连大小活塞4等仍竖直放置，当大活塞室2的集水道接通高位水后，本水能泵就进入运行状态。关闭时，将大活塞室2的集水道移出高位水处，或堵住该集水道。
图3所示实施例示出了一种可控泄流孔结构在双连大小活塞的大活塞前设置与大活塞同心的活动板19，其上开有与泄流孔3相对应的泄流孔20(泄流孔为扇形，并可贯通至圆板件的外径)，它与泄流孔3对上时，泄流孔3为打开状态，否则，泄流孔3为关闭状态，另外，设置了叶轮17、顶杆支架18，并在双连大小活塞4的大活塞的外缘增设有凸块23(见图3之b)，在大活塞室2内壁上对应地开有形状为直线的滑槽21(凸块沿滑槽运动，从而防止双连大小活塞4相对静止元件转动)。叶轮17与顶杆15固连，并一起定心地搁置在顶杆支架18上。顶杆15与双连大小活塞4之间为同心的、在轴向可限位相对滑动、周向能相对转动的联接结构。顶杆15与活动板19之间为周向定位、轴向可以限位相对滑动的联接结构；与顶杆支架之间，为周向、轴向可相对限位运动的联接结构。顶杆支架18与顶杆15之间联有发条(或扭转弹簧，图上未画)。发条使顶杆15有如下转动趋势带动活动板19使其上泄流孔20与泄流孔3对上。双连大小活塞4泵水时，水流使叶轮17带动活动板19旋转，使其泄流孔20与泄流孔3错开，泄流孔3处于关闭状态；双连大小活塞4复位时，喉口阀座12处水不流动，叶轮不工作，发条使活动板19上泄流孔20与泄流孔3相通，泄流孔3为打开状态。这样，大活塞上的泄流孔3适时地打开和关闭，提高了泵水效率。
图示本例中，顶杆上设置有两处限位挡件，通过限位挡件，使顶杆15与活动板19和顶杆支架18之间的轴向相对滑动为特定范围，从而使其能被顶杆支架托住，以及能被双连大小活塞经活动板推动而顶动浮阀。
本例中，顶杆15与活动板19之间的联接结构，可以是在圆柱形顶杆15上设轴线方向的凸条，而在活动板中心孔上则相应地设缺口，也可以是将顶杆15做成扁轴形状，活动板的中心孔做成扁孔，对于前一种结构，顶杆支架18中心孔上对应设置比活动板中心孔上缺口更大的缺口，对于后一种结构，顶杆支架中心孔为图3之d所示的异形孔22。
本例中，为保证活动板19转动灵活，可让其外缘直径比大活塞的直径稍小，使其不与大活塞室的内壁接触；另外，还可在活动板或大活塞中心处设计如图3之c所示的小高度台阶(隔离台阶)，以使两板件在半径较大的各处不接触，使两板件间正压力产生的磨擦力矩尽量小；需要时，活动板和大活塞间处可设置推力轴承。
本例中，为使活动板与大活塞间同心，可以如图3之c所示，在活动板和大活塞的其中一件上设置圆柱形台阶(定心台阶)，另一件上设相应配合孔。
本例中，为了减小水在流过时非孔部分所受到的阻碍作用，活动板和大活塞上非孔部分在两板件不叠合的一面，可以做成类似抛物线的流线形。
本例中，活动板19还可以是两块或多块，这样，泄流孔打开时，其打开的开度可以更大(活动板为一块时，泄流孔能使大活塞打开约1/2，活动板为两块时，则泄流孔能使大活塞打开约2/3)。活动板为两块时，一块为主动件，另一块为从动件，在泄流孔关闭和打开过程中，主动件完成一半的转角后从动件开始转动。从动件可以由主动件带动，也可以由顶杆15带动。从动件由主动件带动时，主动件和从动件在一件上某径向位置设轴向小圆柱，另一件在相应径向位置上开一圆弧槽(见图3之e)，圆弧槽的张角α为主动件每次转动中转角的一半。为了防止从动件在主动件停止转动后继续转动，保持其由主动件带动所获得的角向位置，保证从动件、主动件、大活塞间正确的相对角向位置关系，可以在从动件外缘设凸块，在大活塞室内壁对应地开类似图6实施例中图6之c所示的环形滑槽。
图4所示实施例中，水流阀门由静件28和动件27及推动动件摆转的相应构件组成，动件和静件为圆板，其上对应地开有扇形过水道26。相应推动构件是在动件27上的推拉柄25，以及叶轮32、减速器31、曲轴33、推拉杆30等，减速器31设置在叶轮轴与曲轴之间，推拉杆30连接于曲轴33与推拉柄25之间，其与推拉柄25连接的部位有一扁长槽，推拉柄25是设置在动件27某径向位置的轴向小圆柱，其置于推拉杆的扁长槽内。另外，该实施例设有如图3所示类似的可控泄流孔结构活动板19，大活塞上的凸块23，大活塞室内壁上的滑槽21。动件27与活动板19之间通过轴24实现相应联接轴24与与活动板19相对固定，与动件27在轴向可相对滑动，在周向定位。活动板19和大活塞上的泄流孔与动件和静件上的过水道沿圆周的配置相一致，但相互安装位置，应分别使其开合相反错开对应。本例用于平流水流的场合时，大活塞室2连有挡板29。安装时，双连大小活塞4和叶轮32的轴线水平放置，集水道10朝向水流的来流方向。工作时，水流推动叶轮32旋转，经减速器31减速后带动曲轴33旋转，曲轴33又带动推拉杆30牵动推拉柄25往复运动，使动件27来回摆转，从而使动件27和静件28上的过水道交替地关闭和打开，及使大活塞上的泄流孔交替地打开和关闭。
本例中，减速器与推拉杆之间，也可不用曲轴而用凸轮机构传动，推拉杆与动件之间，也可不用推拉柄而用棘轮棘爪机构传动。
本例中，为降低大、小活塞间，及大、小活塞室、静件28之间同轴度的要求，在大活塞处，可以如图4之b所示，将双连大小活塞上大、小活塞间的管件断开，断开处设一球面(此时，大、小活塞间靠前面所述的由大活塞端穿入的复位弹性件9系住，或专门设一元件系住)。
本例在安装时，叶轮32最后装，其装上后，本水能泵即开始运行。关闭本水能泵的方法是取下叶轮32。
当本例用于落差水流的场合时，其与上面所述的不同之处为取消挡板29，安装时，双连大小活塞4和叶轮32的轴线可水平放置，也可竖直放置，当叶轮的集水道接通高位水后，本水能泵即开始运行。关闭时，将叶轮的集水道移出高处水位，或堵住该集水道。
图5实施例与图3实施例有类似的浮阀式水流阀门和可控泄流孔，但不同之处是取消推动可控泄流孔开合的叶轮17及其有关元件，顶杆15与双连大小活塞在轴向不能相对运动，活动板19和大活塞外缘均设置凸块23，大活塞室的内壁上对应地开滑槽21和滑槽34。滑槽21与大活塞外缘的凸块相对应，仍为直线槽。滑槽34与活动板19上的凸块相对应，其形状近似为两头有伸出段(伸出段为直线)的空间六边形，将大活塞室内壁圆柱面展开成平面后，滑槽34如图5之b所示。滑槽34的近似空间六边形由两段直线段和四段螺旋段组成，两段直线段中，一段为泵水工作段(图5之b中，右边为泵水工作段)，一段为复位工作段，分别对应于双连大小活塞的泵水过程和复位过程，与此相对应，活动板19和双连大小活塞的大活塞上的泄流孔分别错开和对上。图5之b中的A点和B点，表示双连大小活塞运动状态的变换点，分别对应于浮阀11被顶开和喉口阀座12被关闭。滑槽34的四段螺旋段为活动板19和大活塞上泄流孔相对位置发生变化的过渡段，两头伸出的直线段为缓冲段，其作用是便于A、B两点位置有一定的灵活性，以使浮阀系留件13和顶杆15的长度允许有一定的变化范围，也便于装拆时活动板19上凸块顺利出入滑槽34。
图6实施例采用圆板动静件式水流阀门，与图4实施例有不同的推动动件27摆转的相应推动构件拨动件37、横杆36，活动板19外缘上的凸块23，大活塞室内壁的滑槽34。在将大活塞室内壁圆柱面展开成平面后，滑槽34可以是如图6之c、d、e所示的形状之一。图中，右边较长的直线段为泵水工作段，左边较长的直线段为复位工作段，其余各段为过渡段。横杆36垂直装设于轴24上。拨动件37用于拨动横杆36来带动活动板19和动件27转动，它安装在支架35上，为弯曲型弹性件(也可用刚性件，将其安装端做成可绕其转动的铰接支点，另一端则用拉伸弹性件拉住)，分为关闭拨动件和打开拨动件两种(对水流阀门而言)，两种拨动件均宜设两处，以力偶形式工作。拨动件37与横杆36的位置关系示意于图6之b中，图中，右边的为关闭拨动件，左边的为打开拨动件。双连大小活塞泵水时，横杆36随双连大小活塞往下运动，使关闭拨动件积累弯曲变形，当活动板19上凸块运动到滑槽34泵水工作段的末端时，关闭拨动件拨转横杆36绕轴24中心转动，使动件27与静件28上的过水道由对上变为错开，而活动板19和大活塞上的泄流孔则从错开变为对上；双连大小活塞复位时，打开拨动件积累弯曲变形，并在复位过程结束时使动件和静件上的过水道对上。
图6之c、d、e中，滑槽34的过渡段较宽，是为了便于拨动件拨转横杆过程中，双连大小活塞在轴向能自如运动，避免因活动板上的凸块与过渡段的槽侧面接触产生较大的摩擦力矩而影响活动板的转动；以图6之d、e而言，除上述考虑外，还为了在拨动件拨转横杆过程中，一旦因双连大小活塞的轴向运动而使活动板上的凸块与过渡段的槽侧面接触时，凸块与槽侧面的作用力产生有助于活动板转动的切向分力。
为维持弹性拨动件的初始变形，即每次横杆使拨动件开始积累变形时拨动件的起始变形，也就是每次当横杆36的转动完成后拨动件的剩余变形，可以设置图6之b中所示的限位支点38。限位支点除挡住式外，也可是牵拉式，如图中虚线所示，用特定长度的牵拉件牵住。
本例在安装完后即开始运行，关闭时，将水流阀门的集水道堵住或移出水面即可。
图7实施例与图6实施例的不同之处为取消拨动件37和横杆36，另外设置如下结构在轴24上加工一中间带螺旋段、两端为轴向直线段的凸条41(见图7之b)，并设置转臂40，转臂支架39，及使转臂40摆转的弹性动力构件，图示本例的弹性动力构件是拉伸弹簧42，它分为关闭拉伸弹簧和打开拉伸弹簧(对水流阀门而言)。转臂支架39与转臂40之间为轴向不能相对运动，周向可相对转动的联接，与轴24之间为轴向和周向都能相对运动的联接。图7c为图7a从A-A处剖开后，拉伸弹簧与转臂相互联接关系的示意图，图中，下方的拉伸弹簧为打开拉伸弹簧。拉伸弹簧一端固定在大活塞室内壁上，另一端联接中间拖动件43，拖动件又联接有柔性牵拉件44，牵拉件44的另一端固定在大活塞室内壁上，其作用是维持拉伸弹簧的初始伸长量。拖动件43上有扁长槽，槽内穿入转臂40，扁长槽的长度，为轴24无轴向运动时，转臂能自由转动一特定角度所需要的长度，这里所说的特定角度，是指变换水流阀门关闭和打开状态所需的轴24的转角。
双连大小活塞刚开始泵水时，凸条41下端的直线段位于转臂40处，转臂在两拖动件43处均位于扁长槽的右头，上下两处牵拉件44均为绷紧状态(见图7之c)，当双连大小活塞运动至凸条的螺旋段到达转臂时，凸条的轴向运动带动转臂顺时钟方向转动，在下方的打开拖动件处，转臂在扁长槽内朝槽的左头自由运动，在上方的关闭拖动件处，转臂带动拖动件向右运动，使关闭拉伸弹簧伸长，而上方的牵拉件则变成松弛状态。随着双连大小活塞的继续运动，当活动板19上凸块23运动到滑槽34泵水工作段的末端时，关闭拉伸弹簧使转臂逆时钟方向转回原来的位置，并带动轴24转动而使水流阀门关闭，转臂与拖动件等的位置关系，回到图7之c所示的状态。在双连大小活塞复位回程中，与泵水过程类似，只是转臂的转摆方向相反。
本例中，为减少凸条与转臂40槽口间的摩擦作用，可以在槽口两侧设置滚轮。另外，联接拉伸弹簧42和转臂40的中间拖动件43，也可采用柔性件代替，此时，牵拉件不再通过拖动件而直接与拉伸弹簧联接。
本例中，使转臂40摆转的弹性动力构件，也可由纵向布置的拨动簧片代替拉伸弹簧42和中间拖动件43。此时，拨动簧片布置在牵拉件44的同侧，上端固定在支架35上，下端用牵拉件44拉住。
权利要求1一种水能泵，其特征是含有双连大小活塞(4)、大活塞室(2)、小活塞室(5)、出水管(6)、复位弹性件(9)、集水道(10)，大活塞上有泄流孔(3)，大活塞室(2)与集水道之间设置有利用水能的作用交替地打开和关闭的水流阀门(1)，小活塞室(5)与入水口和泵水出口之间经单向阀件(8)连通。
2按权利要求1所述的水能泵，其特征是大活塞上泄流孔为可开合控制的。
3按权利要求2所述的水能泵，其特征是水流阀门(1)由浮阀(11)、喉口阀座(12)、浮阀系留件(13)和顶杆(15)构成，浮阀(11)的当量比重接近而稍小于水的比重，系留件(13)一端系于浮阀上另一端系于双连大小活塞上，顶杆(15)设置在双连大小活塞的中心部，突出于大活塞前，浮阀后。
4按权利要求2所述的水能泵，其特征是水流阀门(1)含有动、静板件(27)、(28)及推动动件摆转的相应推动构件、动、静板件上均设有对应的过水道(26)。
5按权利要求3所述的水能泵，其特征是大活塞前叠合有活动板(19)，活动板(19)上有与大活塞上泄流孔(3)相对应的泄流孔(20)，顶杆(15)前端固连有叶轮(17)，顶杆(15)与活动板(19)之间为轴向可限位相对滑动、周向相对定位的联接，顶杆以轴向、周向限位运动的联接结构定心地搁置在顶杆支架(18)上，其与顶杆支架之间设置发条件(或扭转弹簧)、大活塞上设有凸块(23)，大活塞室内壁对应地开有形状为直线的滑槽(21)。
6按权利要求4所述的水能泵，其特征是推动动件(28)摆转的相应推动构件由叶轮(32)、减速器(31)、曲轴(33)(或凸轮结构)、推拉杆30、推拉柄(25)(或棘轮棘爪机构)构成，另外，大活塞前叠合有活动板(19)，活动板(19)上有与大活塞上泄流孔(3)相对应的泄流孔(20)，活动板上固连有轴(24)，轴(24)与动件(27)成周向相对定位的连接，大活塞上设有凸块(23)，大活塞室内壁对应地开有形状为直线的滑槽(21)，水流阀门关闭时，泄流孔(3)与(20)对上，水流阀门打开时，泄流孔(3)与(20)错开。
7按权利要求3所述的水能泵，其特征是大活塞前叠合有活动板(19)，活动板(19)上有与大活塞上泄流孔(3)相对应的泄流孔(20)，活动板(19)和大活塞外缘均设有凸块(23)，大活塞室内壁上开有形状为直线的滑槽(21)和展开形状为六边形的滑槽(34)。
8按权利要求2所述的水能泵，其特征是，水流阀门(1)含有动、静板件(27)、(28)，动、静板件上均设有对应的过水道(26)，大活塞前叠合有活动板(19)，活动板(19)上有与大活塞上泄流孔(3)相对应的泄流孔(20)，活动板上固连有轴(24)，轴(24)与动件(27)成周向相对定位的连接，大活塞和活动板(19)上设有凸块(23)，大活塞室内壁相应地设有形状为直线的滑槽(21)和展开形状基本为四边形的滑槽(34)，轴(24)上垂直装设有横杆(36)，支架35上安装有可双向拨转横杆的拨动件(37)，水流阀门关闭时，泄流孔(3)与(20)对上，水流阀门打开时，泄流孔(3)与(20)错开。
9按权利要求2所述的水能泵，其特征是，水流阀门(1)含有动、静板件(27)、(28)，动、静板件上均设有对应的过水道(26)，大活塞前叠合有活动板(19)，活动板(19)上有与大活塞上泄流孔(3)相对应的泄流孔(20)，活动板上固连有轴(24)，轴(24)与动件(27)成周向相对定位的连接，活动板(19)和大活塞上设有凸块(23)，大活塞室内壁设有形状为直线的滑槽(21)和展开形状基本为四边形的滑槽(34)，轴(24)上设有带螺旋段的凸条(41)，并设有与凸条互相作用的转臂(40)，及相应的使转臂摆转的弹性动力构件，水流阀门关闭时，泄流孔(3)与(20)对上，水流阀门打开时，泄流孔(3)与(20)错开。
10按权利要求1～9所述的水能泵，其特征是在出水管(6)上设有缓冲气室(7)。
专利摘要一种利用水流能量泵水的装置,由水流阀门1、双连大小活塞4、单向阀8、复位弹性件9等组成。大活塞上有可控泄流孔3。水流阀门借水能自动交替开关,开时,泄流孔3关闭,水流推动双连大小活塞4往出水管6泵水,关时,泄流孔3打开,复位弹性件9使双连大小活塞4复位。如此循环往复,水能泵间歇地往外泵水。本实用新型克服了水轮泵的不足,在流速较小和落差较小的场合也适合应用。
文档编号F04B9/10GK2320818SQ97239170
公开日1999年5月26日 申请日期1997年11月13日 优先权日1996年12月12日
发明者刘元轩 申请人:刘元轩