专利名称：一种开发浮力动能的方法及双环式液体浮力自循环动力机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用地球引力产生的浮力动能做功的方法及将地球引力转化为浮力的动力机械装置。
背景技术：
当前普遍正在采用的水轮机或水轮电机组所进行的水力发电，是利用地球引力做功的一种形式。它的工作原理是利用江、河、溪的水流落差，即水的重力势能转变为动能来带动水轮机和发电机转动发电。为保证发电的需要，采用在水流量较充足，落差较大的地段修筑引水渠、水坝、水库、储积一定的水量和水位达到一定落差高度，以确保水轮发电机正常转动发它。
水轮机发电的优点水轮机结构简单，设计、制造较其它动力机械容易，发出的电能经济便宜。环保不象利用煤、石油、核能动力机械存在三废污染。也不象利用煤、石油、天然气、核物质被分解裂变后不可再生，有资源枯竭之忧，水被利用后仍然是水，流向下游湖、海之后，通过地球大气的循环，又以云、雨、雪等形式降落陆地，高原、高山又形成水流进入江、河、溪，使江河溪的水流不断，使水轮机的水流不断而循环转动发电。
水轮机发电的缺点水轮机或水轮发电机组的安装离不开流量充足，落差大的江河溪附近，受地域限制。且要修筑水坝、水库、比如长江三峡大坝前期投入巨大，而且影响坝区、库区的自然生态环境。再则水流量受季节、气候降水量的影响其制约了水力发电的规模。
发明内容
本发明的目的是提供一种开发浮力动能的方法及双环式液体浮力自循环动力机，做到不受地域和气候的限制，不影响生态环境，无三废污染，结构简单可行。
技术方案如下由固定成串浮箱的动力皮带环、空气隔离架组成动力环装置，由固定有成串活塞的被动皮带环、皮带轮、弧形滑轨组成被动环装置。动力环装置中、下部与被动环装置一起浸泡在水中，动力皮带环贴紧空气隔离架一侧的浮箱与空气隔离架内的空气室相通，另一侧的浮箱与水直接相通而变成沉箱。浮箱受到的浮力带动动力皮带环使该侧的浮箱上升、另一侧的沉箱下降。被动皮带环在弧形滑轨引导下首先使活塞插入沉箱内排出箱内的水，然后在空气隔离架下端位置牵引活塞脱离沉箱，使沉箱从空气隔离架空气室进气而变成浮箱。这样一来，将方向朝下的地球引力转化成水对浮箱产生的方向朝上的浮力，从而连续不断地带动整个装置旋转。
本发明与水轮机相比，工作原理有下列相同或相似之处1、都是利用地球引力和液体的可流动性做功。
2、水轮机利用的是地球引力对高处水产生的重力势能，重力方向朝下。本发明利用的是地球引力对沉箱内水的吸引力和对浮箱内空气的吸引力之差，即浮力动能，浮力方向朝上。
3、水对水轮机做功后从水轮机下方流出。本发明中浮箱内的空气做功后重新进入水面时，亦从水面上方排出方可变成沉箱。
4、水轮机不断循环转动的原因是因为上游有水不断补充。本发明能不断循环转动的原因是空气隔离架下端有沉箱不断地变成浮箱，不断地获得新的浮力动能予以补充。
纵上所述，本发明提供的方法是切实可行的，将为能源领域的开拓提供一条新的途径。
与已有技术相比，本发明特点是结构简单、制造容易、随处可建、不受地域限制、建造成本低、无三废之忧、无自然生态环境破坏之忧、无资源浪费及枯竭之忧。空气和水将作为人类取之不尽、用之不竭的新能源和清洁能源得到广泛应用。
图1是双环式液体浮力自循环动力机立体结构示意2是动力环和被动环装置部分结构示意3是支架部分局部示意4是浮箱立体示意图(图中52为导向弹片，53为定位卡簧)
具体实施例方式
如图所示，支架1立柱上竖直安装有空气隔离架2，空气隔离架2上、下端的纵截面为弧形且装有弧形板3，弧形板3上装有滚动轴4，固定有成串浮箱5的动力皮带环6套在空气隔离架2上，浮箱5内有活动挡液板51，空气隔离架2上端有空气进出口21，其外侧面上有被动力皮带环6及浮箱5密封的空气进入槽，支架1中、下方分别有转动轴11，转动轴11上装有被动轮12，两个被动轮12上套有被动皮带环7，成串的活塞8经伸缩皮圈81固定在被动皮带环7上，支架1上有引导和控制被动皮带环7转动的弧形滑轨10，位于空气隔离架2正下方的弧形滑轨处有充满空气的固定挡液板9。转动轴11上可外接发电机等需要动力的机器。
下面结合附图详细说明本发明的动作过程和工作原理将整套机器安装于储水池中央，然后向池中放水。当水位淹没机器使得浮箱5获得水的浮力大于各转动部件之间的转动摩擦阻力时，动力皮带环6和被动皮带环7开始转动，其它各部件开始移动。随着水位进一步上升，浮箱5所获得浮力不断增大，动力皮带环6和被动皮带环7转速加快，直到水位达到最高设计水位，停止向池中放水。此时动力皮带环6和被动皮带环7的速度达到最大。
当动力皮带环6开始转动时，空气隔离架2右侧的浮箱在所获水的浮力作用下从水下向水面进行上浮位移运动。浮出水面的浮箱5随动力皮带环6移动到空气隔离架2左侧水中时，由于浮箱5的内侧是敞开的，水从内侧自由进入箱内，箱内空气被排出，此时浮箱转变成沉箱状态，而不需要施加其它外力就能进入液下。
沉箱随动力皮带环6转动到动力皮带环的最下端，被动皮带环7上的活塞8经沉箱边缘上导向弹片52的导向作用，对准沉箱内的活动挡液板51，此时卡定活动挡液板51的定位卡簧53松开，活塞8推动活动挡液板51向沉箱内侧移动，将沉箱内的水排出。由于活塞8下面的被动皮带环7的液体压力大于上面沉箱内液体的压力，活塞在这一压差作用下而不需另外再施加其它外力，完全可以推动沉箱中的活动挡液板51向箱内移动，并将箱中的水排出。被排出水的沉箱和仍在沉箱内的活塞随动力皮带环6转动，进入空气隔离架2。空气室一侧，沉箱随动力皮带环6继续向右移动，此时活塞8和被动皮带环7进入固定挡液板9并向下移动，活塞8随之向下退出沉箱。由于此处固定挡液板9下面的液体和液体压力是被阻挡在固定挡液板9下面，作用不到被动皮带环7和活塞8下面，而上面液体作用在被动皮带环7上的液压力是向下的，加上固定挡液板9弧形斜面是向下的，与作用被动皮带环7上的液体压力同方向，活塞8在沉箱所处任何角度都能从沉箱中顺利灵活退出，所以活塞8不需要另外施加其它外力，能够顺利退出沉箱，并将空气隔离架2空气室空气随之抽进箱内。
当活塞8在退出沉箱，同时带动箱内活动挡液板51向外缘口时，定位卡簧53将活动挡液板51定位卡锁在浮箱5边缘口，此时活塞8脱离浮箱5。由于活塞8与活动挡液板51之间接触面不是很光滑的，两者之间有防渗漏松软材料隔层间隙，经实验，活塞8脱离活动挡液板51的力不大于液压力作用被动皮带环7向下的力。
活塞8完全退出沉箱后，此时沉箱完全转变成浮箱5，从而在空气隔离架2下端重新获得水的浮力，以补充浮出水面浮箱5所失去的浮力，以保持位于水下的所有浮箱5获得水的浮力恒定，让动力皮带环6和被动皮带环7在恒定的浮力作用下，克服机器自身各种摩擦阻力和水的介质阻力，进行循环转动并向外做功。
现在举例证明本发明的可行性假设浮箱的材料比重是与水相同的塑钢，每个浮箱内容积长、宽、高为5米×1米×0.6米＝3米3，箱板厚为4公分，每个重量为450公斤，设计共30个浮箱，总重量为13.5吨。
浮箱中装塑钢材料制作的活动挡液板厚为3公分，那么每块重150公斤，30个活动挡板重4.5吨。
动力皮带环为加厚加强胶皮带，长宽厚为31.5×5.1米×0.02米，由于每隔5公分有安装浮箱的孔，30个孔面积约150平方米，实际皮带面积10.6平方米，比重以4计，重量为800公斤左右。
设动力皮带环上其它附件重量200公斤。
那么动力皮带环绕空气隔离架及滚动轴转动的摩擦阻力则根据滑动磨擦阻力公式f滑＝KF式中f滑表示摩擦阻力，K表示不同物体阻力系数，F表示物体之间的压力。
一、在无水的情况下其滑动摩擦阻力是f滑＝0.3×(13.5吨+4.5吨+800公斤+200公斤)＝5.7吨二、由于空气隔离架上装有滚动轴承滚筒，将动力皮带环滑动摩擦变为滚动摩擦，而滚动摩擦阻力是滑动摩擦阻力的1/8～1/10，所以其滚动摩擦阻力是f滚＝5.7吨×1/8＝0.72吨三、又因动力皮带环大部分是浸没在水下，浮箱比重与水相同，故水下的浮箱及皮带一部分重量被水的浮力平衡抵消了，只余下水面上没有浸没的5只浮箱重量和皮带部分重量约600公斤作用于空气隔离架上，其滚动摩擦阻力只有f滚＝0.(450公斤×5只)+600公斤1/8＝0.13吨四、空气隔离架右侧动力皮带环边缘约2公分的边是嵌在密封槽板的密封槽中，它们之间的滚动摩擦阻力两边共为
f滑＝0.3×13米×2公分×13公斤×2＝0.2吨再设计被动皮带环也是加厚加强胶皮带、长、宽、厚为5.9米×5.1米×0.02米、重量650公斤。其上装有密封的活塞，活塞的重量包括连杆、连杆轴承、滚动滑轮，可伸缩的密封皮圈等。经计算每个是550公斤，15个活塞重8.25吨。而每个活塞可获水的浮力可达3吨，15个活塞可达45吨，完全可平衡抵消被动皮带环和活塞的重量，余下的力还可以用来推动活塞向上进入沉箱推动活动挡液板、将沉箱内的水排出、平衡水的压力和阻力与沉箱之间的滑动摩擦阻力及打开定位弹簧的力。如果还有剩余的力影响被动皮带环的正常转动，可通过设计减少活塞在水中所获浮力的大小进行调节。而在空气隔离架左侧下方，固定挡液板上有2-3个活塞及这段皮带是嵌放在固定挡液板中的，下面水的压力被固定挡液板挡住，作用不到这段活塞及皮带上，而上面水的压力向下作用在这段皮带上的水压力是向下的，有利于活塞退出沉箱。
现设固定挡液板长2.10米、宽5.1米、以水深13米计，作用这段皮带上水的压力是F压＝12.1米×5.1米-(5米×1米×2个)×1.3公斤/公分2＝0.92吨固定挡液板与其上面的皮带、活塞及其上面的水压力之间的滑动摩擦阻力是；
F滑2＝0.3(0.92吨+1.1吨+0.86吨)＝0.86吨被动皮带环虽然是安装在两个被动轮上，但由于处在水中，因活塞所获浮力大于其重量，加上被动轮装在滚动轴承上，其滚动摩擦阻力可见是很微小的。我们仍然可以将它与其它各运动部件、如定位弹簧、导向弹片、活塞连杆与连杆轴，滚动滑轮、被动轮这些微小的摩擦阻力合计起来f滑3＝0.01吨那么该机转动部件在水中总的摩擦阻力和是 再来设计计算该机在水中所获浮力的大小设动力皮带环至水面水位深为13.8米，其中露出水面的浮箱5个，不产生浮力，空气隔离架左侧10个是作向下沉移动的沉箱，也不产生浮力，动力皮带环最下部5个正在作由沉箱转换成浮箱形式的过程中，也不能计算其浮力，只有空气隔离架右侧在水中的10个浮箱的内容积为2.85米3(减去活动挡液板在箱内的体积)，实际只能计算浮箱内容积所获水的浮力是；F浮＝2.85米3×1吨/米3×10个＝28.5吨这28.5吨浮力减去机器转动部件总的摩擦阻力消耗1.2吨，余27.3吨的力作用机器转动。
根据流体力学、流体动力学的实验证明，流体的介(媒)质阻力与流体中运动物体截面积成正比，与流体中运动物体的速度平方成正比，其公式是f介＝Ka2v2式中；f介表示物体介质阻力，K表示不同流体的阻力系数，a2表示物体正截面积，v2表示流体中物体运动速度。
先求在水中25只浮箱的正截面积是；a21＝5.1米×0.6米×25只＝76.5米215只活塞包括活塞下面密封皮圈的正截面积是a22＝5米×0.7米×15只＝42.5米2其它转动部件正截面积为1米2。
如果以上面27.3吨向上浮的力，全部用来克服水的介质阻力，该机动力皮带环和被动皮带环在水中的转速是 若以17吨的力向外做功，以10.3吨的力作用机器介质水的介质阻力进行转动，其动力皮带环和被动皮带环的转速是
17吨的力向外做功功率是N＝FV＝17吨×0.7米/秒＝35.2吨米/秒＝345千瓦每天可生产电量为N＝345千瓦×24小时＝8080度电量以每户平均每天用电量10度计算，可供800多户村镇的日常生活用电需求。
从上面举例证明浮力自循环动力机与水轮机利用水的重力势能带动水轮机发电一样，利用液体(水)的浮力动能，完全能够带动机器进行循环转动并向外做功。
权利要求
1.一种开发浮力动能的方法，其特征在于由固定有成串浮箱的动力皮带环、空气隔离架组成动力环装置，由固定有成串活塞的被动皮带环、皮带轮及弧形滑轨组成被动环装置，动力环装置中、下部与被动环装置一起浸泡在水中，动力皮带环贴紧空气隔离架一侧的浮箱与空气隔离架内的空气室相通，另一侧的浮箱直接与水相通而变成沉箱，浮箱受到的浮力带动动力皮带环使该侧的浮箱上升，另一侧的沉箱下降，被动皮带环在弧形滑轨引导下首先使活塞插入沉箱内排出箱内的水，然后在空气隔离架下端位置牵引活塞脱离沉箱，使沉箱由空气隔离架空气室进气而变成浮箱。
2.按照权利要求1所述方法采用的双环式液体浮力自循环动力机，其特征在于支架(1)立柱上竖直安装有空气隔离架(2)，空气隔离架(2)上、下端的纵截面为弧形且装有弧形板(3)，弧形板(3)上装有滚动轴(4)，固定有成串浮箱(5)的动力皮带环(6)套在空气隔离架(2)上，浮箱(5)内有活动挡液板(51)，空气隔离架(2)上端有空气进出口(21)，其外侧面上有被动力皮带环(6)及浮箱(5)密封的空气进入槽，支架(1)中、下方分别有转动轴(11)，转动轴(11)上装有被动轮(12)，两个被动轮(12)上套有被动皮带环(7)，成串的活塞(8)经伸缩皮圈(81)固定在被动皮带环(7)上，支架(1)上有引导和控制被动皮带环(7)转动的弧形滑轨(10)，位于空气隔离架(2)正下方的弧形滑轨(10)处有充有空气的固定挡液板(9)。
全文摘要
一种开发浮力动能的方法及双环式液体浮力自循环动力机，它有由固定有成串浮箱的动力皮带环、空气隔离架组成的动力环装置，有由固定有成串活塞的被动皮带环、皮带轮及弧形滑轨组成的被动环装置，动力皮带环贴紧空气隔离架一侧的浮箱与空气室相通，另一侧的浮箱直接与水相通而变成沉箱，浮箱受到的浮力带动动力皮带环使该侧的浮箱上升，另一侧的沉箱下降，被动皮带环在弧形滑轨引导下首先使活塞插入沉箱内排出箱内的水，然后在空气隔离架下端位置牵引活塞脱离沉箱，使沉箱由空气隔离架空气室进气而变成浮箱。本发明的特点是结构简单，制造容易，随处可建，不受地域限制，建造成本低，无三废之忧，无自然生态环境破坏之忧，无资源浪费及枯竭之忧。
文档编号F03B17/04GK1712701SQ20041002338
公开日2005年12月28日 申请日期2004年6月26日 优先权日2004年6月26日
发明者张耀华 申请人:张耀华