专利名称：：液压增能潜流动力机的制作方法
技术领域：
：液压增能潜流动力机是一种新型的动力机械，属于动力机械领域，它的工作原理是对液压马达和液压泵原理的创新，按中国专利说明书发行分类是属于"发动机和泵"的
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。之所以叫做"液压增能潜流动力机"是因为这个动力机组成部分的第一个环节是液压，"液压"是由液压传动系统中储存液体工质压力能的装置"蓄能器"完成的。这种"蓄能器"在当前液压传动系统中是一种辅助装置，而在本发明"液压增能潜流动力机"中，这"蓄能器"不是辅助装置，而是"能源装置"。用它给液体工质加压，带动液压马达，是马达向外界输出功率，同时把液压马达排出的背压工质流经"注水器"增压、增能，使这液压马达排出的工质在增压增能的条件下，重新注入"蓄能器"的高压罐体之中，构成连续不断的循环系统。因此这"液压增能潜流动力机"的增能特性是由"注水器"完成的，而这"注水器"是从液压马达排出的低压工质增压增能后，又重新注入到"蓄能器"高压罐的缸体之中，致使"蓄能器"的工作液面看不出浮动，因此，又在这"液压增能潜流动力机"的名称中有了"潜流"两个字。"注水器"是"液压增能潜流动力机"的心脏，它是一种能量放大的装置。
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：参见1950年中央人民政府铁道部东北铁路总局机务部编写出版的《机车构造及检修》第54页『注水器——原理注水器为向锅炉内注水而设，种类很多，原理皆同。使锅炉内之蒸汽以极大速度由蒸汽喷口喷出，在混合喷口中与冷水冲合，蒸汽凝结于给水，汽水合体得很大之势力，胜过锅炉内的压力而得注入，今照图(l)注水器原理说明图解释其原理，先将蒸汽阀小开，使少量之蒸汽由蒸汽口喷出，此蒸汽口附近之空气亦随之由溢水管排出外部，故喷口附近发生真空，水由水箱补充到真空处(水箱之水是受大气压力的)，此时再大开蒸汽阀，使多量蒸汽喷出，此蒸汽以极大之速度，在混合喷口内与水冲合，蒸汽自身冷却，凝结与水混合，而将其极大之速度传与质量甚大之冷水，故得极大之运动量，此运动量混合水内，至送水喷口，因直径渐次扩大，混合水之速度变为压力，该压力高于锅炉内之压力以上，故押开锅炉之止回阀，而注入锅炉中。根据上述原理可分以下三段作用。a将水由水箱吸上。(故需设来水管和溢水管)b使蒸汽与水冲合，得出极大运动量之混合水(需设混合喷口)c将混合水之速度变为压力(需设送水喷口)注水器之蒸汽喷口，混合喷口，送水喷口，三者为必不可少之装置，蒸汽喷口因使蒸汽容易喷出，尖端稍为扩大。混合喷口因蒸汽凝结体积减小，故前端渐细，送水喷口因减少混合水之速度，增高其压力，故向前端渐粗。注水器之送水喷口越大，则注水能力越大。故比较注水器之能力时，以送水喷口最小部之口径用公厘表示之。』为了解"注水器"迄今为止150多年的发展历程，可参见上述同一本书的第12页『蒸汽机车的沿革为了减轻人的劳动力，使用车辆运输物体，此法自古以来就有，但那时由于人口稀少，物资不多，利用人力或畜力推挽车辆就能达到输送的目的。以后由于人口增加，大量的货物和旅客需要在短时间内向较远的距离完成输送，非常困难。因此在十七世纪的时候有人提倡，把车放在轨道上用马牵引，很觉便利，盛行一时。1769年法人「卡脑」氏发明利用铜制之^^锅炉装于车上，用以运转车辆，但因气力过小，实验结果每小时只有3.6公里的速度，同时运行15分钟就出了故障，结果废弃。以后英人「瓦特」试造数次亦未成功，至1802年英人赤雷比西此库氏努力研究的结果，完成牵引旅客列车的机车运行于伦敦市中，其后该氏继续研究，发明在烟室内装设排汽管，利用废汽排出于大气之势力，补助通风，加强火室的燃烧力，更研究车轮上的负担相当之重量，利用车轮与轨道面间的摩擦的黏着力牵引车辆，才有1804年比较完善的装有排汽管之黏着式蒸汽机车的出现，用以输送旅客和货物。到1814年经其林古瓦斯煤矿技工「斯蒂芬孙」氏的热心研究，造出"米劳道"号机车，该机车利用齿轮作回转运动轮，但齿轮易于磨耗，因而改用连杆直接回转曲拐，以后再以弹力缓和冲动之弹簧缓冲装置，此为机车使用弹簧之始，到1825年经该氏改造之机车，因质量良好，除了作为煤矿搬运煤炭外，其他铁道，亦广泛利用，该氏被聘为铁道之技师，驾驶自造^机车牵引90吨之列车，每时速^18公里，由此铁路蒸汽机车之便利，才为世人所公认。其后至1829年「曼其也斯他」与利巴布鲁间铁路筑成，该公司以英币500镑悬赏募集优良机车，在一定条件下，施行竞赛，参加竞赛的五台机车中，因有两台不合条件，结果只有三台参加，比赛的结果，其中一台走行44.2公里，一方汽筒破损及注水器故障，另一台在运转开始时锅炉板接合部破损，均归失败，惟有斯蒂芬孙氏和其子合造之「楼盖特」号，以最高时速46.6公里(平均时速22.&公里)之速度，完成规定的112.6公里的距离，获得胜利。该号机车之锅炉采用多管式，以十字头，摇杆及曲拐销等回转动轮，利用排出废汽加强通风，由于轮轨间之黏着力牵引车辆，主要构造及作用全与今日之机车相同，因此称「斯蒂芬孙」氏为蒸汽机车之发明者。自「斯蒂芬孙」氏之「楼盖特」号机车成功后，蒸汽机车之伟大，得广泛利用，逐步改进，于1842年该氏发明阀装置，1846年美国「抱路特屋印」公司制作八轮连结机车，1850年「泥叩路逊」发明复式机车，1853年比逊氏制造水槽式机车，1853年法人「恨利其福阿路」氏发明注水器，1882年英国制作三汽筒机车，1898年「休末德」氏发明过热蒸汽之装置，及其他的改进很多，所谓日新月异，尤其是社会主义的苏联对于机车的制造上，更有飞跃的进展，如近年创造的五大动轮及附带焚火机的最新大型机车，其效能更超过一切。我国自有铁路以来，己有八十余年之历史，在帝国主义和封建势力双重压迫之下，始终是萎靡不振的，至于机车之发明和创造更是一无所有，自解放后由于共产党的领导和员工的思想觉悟及苏联的帮助下，共同的将铁路打下了基础，今当新人民共和国成立之始，一切须走向建设，尤其是铁路是经济建设的先决条件，而机车更是铁路之基本动力，因此凡我机务工作同志，必须加强学习，使理论与实际配合，学习苏联铁路建设的先进经验，将人民铁路办好，这是我全体机务工作人员应有的任务。』本发明人认为"注水器"有功能把低压工质在不需外力的条件下，注入到高压锅炉的炉体中去，是一个创造压力创造能量的过程，有不遵守能量守恒定律的特性。这"注水器"的原理属于《流体力学》的范畴，因此本发明人对流动液体的能量守恒定律提出来审查和讨论。-请参见2005年化学工业出版社教材出版中心出版，孙成通主编《液压传动》(以下简称《液压传动》)第2223页『伯努利方程伯努利方程就是能量守恒定律在流动液体中的表现形式。要说明流动液体的能量问题，必须先讲述液流的受力平衡方程，即他的运动微分方程。由于问题比较复杂，在讨论时先从理想液体在微元流束中的流动情况着手，然后在扩展到实际液体在流束中的能量问题。(一)理想液体的运动微分方程如图2理想流动液体中微元体的受力情况所示在微小流束上取截面面积为dA，长为ds的微元体现研究理想液体定常流动条件下在重力场中沿流线运动时其力的平衡关系。这一微元体的受力情况如图2所示其中重力为-/7^^(15,压力作用在两端面上的力为式中*/&——沿流线方向的压力梯度。设该微元体在定常流动下的加速度为"，由于定常流动时液体的流速u只是流线弧长s的函数，即『/(s)，故<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>由牛顿定律可得i:F-wa，可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>因为&/&=<:036，代入上式化简后得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(1)这就是重力场中，理想液体沿流线作定常流动时的运动微分方程，即欧拉运动方程。它表示了单位质量液体的力平衡方程。(二)理想液体的伯努利方程将式(1)沿流线积分，便可得到理想液体微小流束的伯努利方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>两边同除g可得A+Zi+d+Z2+ii(2)式(2)就是理想液体作定常流动的能量方程或伯努利方程。在理想液体做定常流动时，沿同一条流线对运动微分方程的积分为常数，沿不同流线积分时则为另一常数。。式(2)说明，理想液体做定常流^^时液流中任意截面处液体的总比能(即单位质量液体的总能量)由比压能p/(/9g)、比位能z与比动能""(2g)组成(且均为长度量纲，因此可分别称为压力水头、位置水头和速度水头)，三者之间可互相转化，但总和为一定值。这就是能量守恒规律在流体力学中的体现。如果流动是在同一水平面内，或者流场中坐标z的变化与其他流动参数相比可以忽略不计，于是式(2)变成Apg2g上式表明，沿流线的压力越低，其速度越高。』关于伯努利方程的讨论。伯努利方程(2)是由欧拉运动微分方程(1)的积分而得。欧拉运动微分方程中，"0"的积分，为任意常数，按数学程序，这个任意常数，并不能太任意-了，它是按物理条件的初始值和边界条件确定的。那么，在伯努利方程(2)中，是按什么初始值，什么是边界条件确定的呢？显然是用了一个"能量守恒定律"。那么，在这里是伯努利方程证明了"能量守恒定律"呢？还是"能量守恒定律"证明了伯努利方程呢？如果是用能量守恒定律证明伯努利方程，然而，"是谁，在什么数理方程中证明过"能量守恒定律"呢？众所周知，"能量守恒定律"只不过是一个思辨性的说法，没有任何人用数理方程证明过它。.现在居然把"能量守恒"的条件摆在欧拉运动微分方程的积分结果中，当做积分常数使用，就连欧拉本人也没有这样使用过。因此在逻辑上，伯努利方程的这种证明方式，是以假设作为论据，倒因为果。所以，伯努利方程到底是不是能量守恒定律在流体力学中的体现，确实要做一番讨论。本发明人认为，用"能量守恒定律"直接做欧拉运动微分方程的积分常数，这个边界条件是想当然的，是靠不住的。本发明人提出一个新的边界条件来审查伯努利方程到底是不是能量守恒定律在流体力学中的体现，这个新的边界条件就是"质量守恒定律"，为此，需要引入"流量连续性方程"。请参见《液压传动》第2122页『流量连续性方程连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式，已知液体做定常流动且不可压縮。如图3流量连续性方程推导简图所示，任取一流管，两端流通截面面积为4、4，在流管中取一微小流束，流束两端的截面积分为c^和^，在微小截面上各点的速度可以认为是相等的且分别为",和A。根据质量守恒定律，在dt时间内流入此微小流束的质量应等于从此微小流束流出的质量，故有艮卩w,ii4！=2^^2对整个流管，显然是微小^l束的集合，由上式积分得^"卢1=""2^2即如用平均流速表示，得V^,"2^2(4)由于两流通截面是任意取的，故有9=1^=常数(5)式中《i，&-两6充通截面的i;充量；《——截面的流量；vpv2-两箭JI截面的平均》i速；4，4,j——截面积。式(4)、(5)称为不可压縮液体作定常流动时的连续性方程。它说明通过流管任一流通截面的流量相等，其流速与流通截面面积成反比。流量一定，面积越小，速度越大。』按能量守恒定律做伯努利方程边界条件的说法，即式(2)说明"理想液体作定常流动时，液流中任意截面处的液体的总比能由比压能、比位能与比动能组成，三者之间可以互相转化，但总和为一定值。"我们来验证这个说法是否正确。.我们来讨论图3流量连续性々程推导简图2-2截面上的比动能与比压能增长与降低的关系。按能量守恒的说法，如果在2:2截面上动能增加了某一倍数，则在这2-2截面上的比压能也一定降低与前者相对应的倍数。但前者是增加，后者是降低。为此，要把这增加与降低的关系在数学与物理方面取得一个统一的当量，以便比较增加与降低正好是可以相抵消的，建立这种当量，在数学上需先明确，',如果取动能增加方向为比较的基准，则比压能降低的值只能取其反比才能与比动能增加做比较。在图3流量连续性方程推导简图上，由于l-l截面面积大于2-2截面面积，所以有v》、，由流量连续性方程(4)有"4或《4即比动能的增加值可以来衡量又在图3流量连续性方程推导简图上，由伯努利方程可知，1-1截面上压力大于2-2截面上的压力，即a〈A，由伯努利方程可知，压力越低其流速越高，因此有户2=小截面=低流速=^A—大截面—高流速—4因为已知a〈a，所以7fe按压力降低的方向的比值，如果以比动能增加方向为基准，讨论比动能与比压能增长与降低的当量关系，应以的关系与。比动能增加值4乍比较作比比动能增加值=4—424—4H()比压能增加值—I——X由图3流量连续性方程推导简图上的己知条件是A,〉A2，所以上式的比值大于l，这证明在流体作定常流动时，任意截面处的总比能不可能守恒，即伯努利方程(2)中的比压能、比位能、比动能三者之间不可能互相转化。由(6)式可知，流体作定常流动时，在小截面处的比动能增加大于比压能的降低。(6)式可作能量不守恒的判别式。(6)式也告诉我们，流体在有流速增加的条件下，可以创造能量。这是对本发明的
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"注水器"可以创造能量，把低压液体不加外力，就可注入到高压锅炉炉体中去，找到了理论上的大方向。但是怎样把这理论进一步深化，怎样才能具体地创造出能量，把低压工质注入到高压锅炉中去，还要详细讨论。从上述的讨论中，已经'明白，用能量守恒定律做伯努利方程的边界条件是错误的，下一步的任务就是要给伯努利方程找到一个科学的，能够创造能量的边界条件，使伯努利方程在科学的园地中发挥应有的作用。为此，请参见1961年人民教育出版社出版，清华大学理论力学教研组编《理论力学》第3'77~380页『流体流过弯曲管道时的动压力作为动量定理的一个应用，我们来讨论流体流过弯曲管道时对管壁所产生的动压力。考虑弯曲管道的一段ABCD中所包括的流体为一质点系(如图4a和4b流体流经弯管时引起的动反力所示，作用在这质点系上的外力可分为两组(1)体积力。它是作用于所考虑的质系中的每一质点上的力，如流体质点上的重力，它们合力为尸。(2)表面力。它是作用于所考虑的质系表面上的力，如管壁的反力截面ab及cd处的流体压力a,/%。今考察在一极短的时间间隔」t中质系动量的变化。设在t瞬时流体占据ABCD的体积(如图4b)，经过了」t后，这一部分流体占有A'B'C'D'的体积，因此在这段时间内，液体动量的改变量为=仏n.-仏助-(G"CX>+QoXTff)-(2wCD+Q扁.S.)假设流体的流动是稳定的，亦即管内各处的流速不随时间而改变，而且流量(即单位时间流经管道横截面的流体体积，其单位为厘米7秒或米7小时)F-CT,V,-^、-常数。式中cr,与^分别为截面AB与CD的面积，而^及、分别为垂直于这两截面的流速。这样上式可表为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>且<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中/为流体的密度。应用质系的动量定理质系动量对时间的导数等于外力的主向量，即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>由于<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>而<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中管壁对于液体的反力#可&分成两部分其一为由于流体的重量尸及截面AB与CD处的流体压力A,A所引起的静反力,表为^，，另一部分则由于流体动量的变化而引起的动反力表为W动。由于户+A+A+^静=0。最后求得管壁对流体的动反力为而流体对于管壁的动压力则与yV^大小相等，方向相反。由此可知，管道弯曲越厉害，Iv2-^l越大，因而动压力也就越大。此外流量V越大，动压力也越大，高流速管道就需要考虑动压力来设计管壁的厚度。水力采煤就是利用水枪在高压下喷射出来的强力水柱冲击煤层。设所用水枪直径为30毫米，水速为56米/秒。求水柱加于煤层的压力。解设煤层作用于水流的反力为R将公式(7)投影在x轴上，如图5高速水流的冲击力所示，得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>因已知:故得:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>水流冲击煤层的压力与R大小相等，方向相反。』前面，有流量连续性方程代入伯努利方程(2)中，证明能量是不能守恒的，得出水流在同一截面上的比动能的增加与比压能的减少不能互相转化，而公式(6)大于1的关系。现在引证的"流体通过弯曲管道时的动压力:'更进一步表明"力"是可以创造的，因而能量也是可以创造的。方程(7)N^rpV(V2-vO就是具体的创造力的公式。因为方程(7)中含有两个因子，一个是Iv2-VlI，一个是pV。这两个因子都不是外力创造出来的，都与外力没有直接的关系。IV2-VlI从图4b流体流经弯管时引起的动反力中可以看出V!和V2的变化是由于流道变径所引起的，正像引文中所说，管道弯曲越厉害Iv2-VlI越大，因而动反力也就越大。"变径"也就是一种弯曲，在平直不变径的管道中就没有Iv2-VlI的产生，也就没有动反力产生。因此，这动反力不是外界施加给流体的，而是流体和管壁碰撞产生的动量变化而转化出来的。因而是人们的意志可以创造的，这也就是"注水器"为什么可以把低压工质创造出高压工质而注入到高压锅炉炉体中去的机理所在。更具体的说，在设计"注水器"时，就是按公式(7)N^pV(V2-vO把要注入多高压力的锅炉的压力，使公式(7)的动反力与之相适应就成了。至于公式(7)中的另一项因子pV,也就是流量，是属于质量守恒范畴的，更不是外界因素(外力)所能影响得了的。
发明内容本发明"液压增能潜流动力机"就是本发明人对"注水器"的理解，它具有创造能量的功能，设计一种循环工作的能量放大系统。这个系统在本发明人对能量守恒定律质疑的条件下是新颖的，然而这"注水器"是在150年前就在蒸汽机车上普遍使用，直到现在，在某些场合还在用，因此也是陈旧的。但是本发明"液压增能潜流动力机"的能源部份，使用当前《液压传动》中的"蓄能器"作为能源是用重锤(铁块子)压着"蓄能器"的活塞罐产生所需压力，驱动液压马达工作输出功率，同时用它的排液背压的压力经"注水器"增大压力，创造能量，把液压工质重新注人到"蓄能器"的高压罐体之中，从而形成连续不断的循环工作。在这样的构思条件下，这个系统等于没用任何外来能源，不消耗任何外来能量，只是用"铁块子"压"蓄能器"的活塞缸，使之产生需要压力，循环变形成了。这个循环的特点还在于从"蓄能器"输出多少工质，又从"注水器"返回到"蓄能器"多少工质，致使"蓄能器"活塞缸液面看不出浮动。因此在"液压增能潜流动力机"的名字中，有"潜流"两个字。"潜流"就是看不出工和的液面有什么浮动。该"液压增能潜流动力机"的工质可以是水，也可以是油，以及其它适宜的液压工质。图1是注水器原理说明图是从1950年中央人民政府铁道部东北铁路总局编写出版的《机车构造及检修》第54页的内容逐字逐句抄录的。是本发明做为证据的
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，如本发明说明第1页第15行至第1页倒数第4行的引号『……』所记载。这其中的内容是当时编写人的科技水平所描述的注水器原理说明图。但是，这种描述是思辩性的，没有数理方程的证明，对设计注水器没有普遍性的指导作用。应特别指出的是，这种思辨性的说明，说明她也不透彻。就是注水器是把大气压力下的冷水，经过注水器的流速变化，竟把低压创造成高压，是个"力"的创造过程；这个"力"所做的工，竟把低压冷水注入到高压锅炉之中，是个能量创造过程。因此，本发明是把注水器原理当作"创造能量"的证据，作为第一个
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提供$来的。本发明"液压增能潜流动力机"就是在注水fl原理的基础上构建出来的，其结构如图6所示。图2是理想流动液体中微元体的受力情况，是2005年化学工业出版社出版，孙成通主编《液压传动》一书第22页倒数第11行至23页倒数第6行的内容，逐字逐句地抄录在本发明说明书的第3页，第4行至第4页的第10行的『……』中。这是当今大学教科书为向学生灌注能量守恒定律所使用的一种教学方法。在这个教学方法中，使用了高等数学，还有物理方程，结果得出"伯努利方程是能理守恒定律在流动液体中的表现形式"。据知，伯努利是与牛顿同时代的人，而在这个所引录的内容中，又把这伯努利方程说成是"欧拉运动方程"。而欧拉(1707-1783)年，是彼得堡科学院士，与贝努利差半个多世纪，这二人从未一起合作过。是什么人把这二人串连在一起？这当然与本发明无关，本发明人是1958年于哈尔滨工业大学毕业的，回想起50年前学"流体力学"的时候，老师也是这么讲的。现在把过去学过的课程交叉起来，发现有很多矛盾，特别是"能量"根本不守恒。例如在"物理学"中，牛顿第一运动表述为物体在不受外力作用的条件下，静者恒静，动者恒动；而"静"是相对的，"动"则是绝对的。而只要动，就有动能，就有能量，因此就是说，物体在不受外力的条件下，就有动能，就有能量。因此物体的能量是"无中生有"的，不是外力赋予的，更不是"上帝"创造的。就不用说过去学过的课程中有多少矛盾，就是本发明说明书所引用的这本、孙成通所主编的《液压传动》中，与"伯努利方程紧相连的流量连续性方程"，这两个方程也是自相矛盾的。这就是本发明说明上中图2与图3的矛盾。图3是流量连续性方程推导简图，是孙成通主编《液压传动》第22页的教学用图，引录在本发明说明书的第4页倒数第11行至第5页第10行的引号『……』中。在这段引录中，开头所说"流量连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式"。在前面用图2证明伯努利方程时开头也说"伯努利方程是能量守恒定律在流动液体中的表现形式"。既然这两个主程都是能量守恒定律的表达形式，因此，本发明人在伯努利方程的证明过程中，在欧拉理想流体运动微分方程为积分变换中，把能量守恒定律做为微分方程的初始条件和边界条件换成用质量守恒定律的微分方程的初始条件和边界条件，发现计算结果并不一样，此时能量守恒定律就不成立了，伯努利方程就不成立了，这就是本说明的意义所在。为证明在质量守恒条件下能量守恒定律确实失效，本说明上又继续找到图4a和图4b，用以揭示能量是不守恒的。图4a和图4b和图5都是1961年人民教育出版社出版清华大学理论力学教研组编《理论力学》第377—380页"流体流过弯曲管道时的动压力一节中的教学插图，是用来介绍在质量守恒条件下，液体怎样创造"力"，创造"能量"，使本发明"液压增能潜流动力机"在不消耗任何能源的条件下得以成为现实的理论依据。"流体流过弯曲管道时的动压力"这一节的内容全部抄录在本发明说明书的第6页第15行至第7页^末尾的引号『……』中，在这引号中提出V-6iV产62Vf常数，与本发明说的第5页的(4)式ViA二V2A和(5)式G-VA:常数，其意义都是一1f的，都是在质量守恒定律条件的流量表达式。在这.一节的计算过程中，结果指出，在质i守恒的条件下，由于流体的管道弯曲而产生的流体.动反力使管道遭到破损。这破损管道的力不是外界所施加的，而是管道弯曲使流体的流速发生变化，产生了加速度，而使流体自身形成了一种力，这就是这一节计算出来的"动反力"。图5高压水流的冲击力与图4a和图4b都是《理论力学》同一章节的教学示图，是用作计算动反力的实际例题。在这个例题中，水枪冲击煤层的力，不是外界施加的，而是水流喷射到煤层上产生90°角的转弯形成了动反力。按牛顿第二运动定律，力等于质量乘加速度。流体当然有其质量，怎样使具有一定质量的流体具有加速度，这方法就是使流体的流道截面发生变形(变径)，流道截面变化就会影响流速变化，因而就会有加速度产生，因而就会有相应的"力"随之产生。因而"力"是用运动空间的造形变化造成的，能量也是如此。图6液压增能潜流动力机原理示意图，图中1一重锤，2—柱塞，3—液压油，4_蓄能器缸体，5—液压马达，6_管道，7—储压缸，8—增速锥体，9一动反力发生锥体，10一阀门，ll一逆止阀杆受力盘，12—虹吸管。其中1、2、3、4组成一个重力式蓄能器的总体。这蓄能器引自《液压传动》第124页『蓄能器是液压系统中用以储存液压油压能的装置，是比较重要的液压辅助装置之一，重力式蓄能器又称重锤式蓄能器。它利用重锤上下位置的变化来储存或释放能量。这种蓄能器结构简单，压力稳定，但质量重，体积大，目前只有少数大型固定设备使用。』图6中的5—液压马达是市购的，可任选。但它一旦选在图6的系统中，这个系统的工作压力、流量、输出功率就被限定了。一般液压马达的出口排油压力在0.5lMPa之间(还可以设定)，这个压力将液压油经管道6送至7—储压罐图6中的7—储压罐、8—增速锥体、9一动反力发生锥体这三大件是组成"注水器"总体的条件。储压罐一7是储存液压马达一5的背压能的一种过程装置，在其中的液压工质始终保持液压油的流速逐渐增加，增加至公式(7)Ng^pV(V2-力)中的最高速度Vi为止，以便供下一步在动反力产生公式(7)N动-pV(V2-^)中的(v2-Vl)，以达到由公式(7)所产生的动反力能够推开图6中的ll一逆止阀回到蓄能器的高压缸体之中，形成连续的循环工作。图6中的IO—阀门是供启动和停车之用图6中的12—虹吸管是考虑当系统停车时，在动反力发生锥体中，可能有残液不能注入到蓄能器的高压缸体中，存于逆止阀受力盘一ll之外，与此同时应使动反力发生锥体与大气相通，以便下一次启动时，使储压缸一7的压力能充分发挥作用，在增速锥体中产生高速液流。同时，由于在动反力发生锥体中有(v2-Vl)之流速，可把逆止阀11外部滞留的残液重新吸入蓄能器的高压缸体之中。这图6液压增能潜流动力机的系统中，"注水器"是心脏，今举一实例来阐明"注水器"的具体设计计算方法。假设选2QJM21—1.6L型液压马达为图6液压增压增能潜流动力机系统中的5—液压马达，其工作参数如下<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>"注水器"的任务是把液压马达出口排出的低压工质变成高压工质，注入到蓄能器的高压缸体之中。液压马达出口排出的工质的压力，低到多低，一般是由负载决定的，当今的技术现状是0.5lMPa之间，本例确定为lMPa，又蓄能器缸体的高压高到多高，在本例题中选的是2QJM21—1.6L型液压马达，其额定压力为10Mpa，因此，蓄能器缸体中的压力就定为10MPa。"注水器"的设计计算依据是前面介绍过的伯努利方程的(2)式或(3)式，为简单起见，本例题取伯努利方程的(3)式。但是，伯努利方程以能量守恒定律做边界条件是不真的，为此，把前面介绍过的流体流过弯曲管道时的动反力公式(7)做为伯利方程的边界条件，为此，就需要将伯努利方程(3)和动反力公式(7)联合起来使用，由<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>的联立方程做"注水器"的设计计算公式。若将上二式联立，还应将上二式中的文字符号做一下统一。上二式中的Ui、U2是伯努利方程中沿流体流动方向上不同两个截面上的流速，而现在是要设计"注水器"，因此这IU和U2就应是"注水器"原端(低压端)看作是伯努利方程的初始条件，因此应把伯努利方程的Ui改为UQ，pi改为po来表示；而伯努利方程中的U2注入蓄能器缸体的动反力的流速(V2-Vl)，这也就是发明人把动反力的公式看作是伯努利方程用于"注水器"设计时的边界条件，因此伯努利方程中的U2应改为(V2_Vl)，P2改为蓄能器的工作压力p蓄，为此，上面联立方程应取下面的形式。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>但是，伯努利方程是以能量守恒定律为边界条件而建立起来的，如果换成用动量方程(动反力)来做边界条件，能量就不守恒了，其中的等号就不成立了，在这样的构思条件下，上面的联立方程应取下面的一种能量反应式，以箭头"一"代替等号"="。这能量方程式如下这(8)式就是"注水器"的设计计算公式。这(8)式可以联系图6液压增能潜流动方机中的7—储压罐，8—增速锥体和9一动反力发生锥体来解释(8)式各项的意义。(8)式左端的p。和Vo是图6液压增能动力机中的7储压罐的压力和流速。这两个参数都是本发明人所称的伯努利方程的初始条件。(8)式右端的ps蓄能器的工作压力，也是图6中的5—液压马达的工作压力，而v,是液压工质注入蓄能器的必须流速，由这流速可以转化出反动力N动，从而推开蓄能器逆止阀的阀杆，使液压工质注入蓄能器的缸体之中。在(8)左右端相连的反应符号，箭头的上方标以Vl，v!是图6中的8—增速锥体中增加出来的流速，它是"注水器"的初始条件装置7—储压罐和边界条件装置9一动反力发生装置之间的中介装置，是增速锥体的物理价值的体现。这个Vl在这能量反应中的地位好象化学化应的触媒。对于(8)式建立了这样的概念之后，设计"注水器"就一蹴而就了。下面按2QJM21—1.6L型液压马达的工作参数设计一台与之配套的"注水器"，这个设计计算任务如下'首先计算图6液压增能潜流动力机中"注水器"的动反力发生锥体一9的上下两端面的面积A和A2和在这两端面上的流速Vl和(v2-Vl)。但是这动反力发生锥体的大端面A2，是蓄能器逆止阀的受力面，这个逆止阀可以预选。因为在此面上要承受较高的流速(V2-V。使之转化为动反力N动，将阀门打开，与此高速(v2-Vl)对应的面积肯定要比液压马达出口的截面要小，今预选一种公式通径D40毫米的单向阀，因此预定动反力发生锥体大端面积<==785毫米2=0785厘米244A的大小要由在其中流过的流量和流速来决定。根据公式(7)N@=pV(v2-Vl)可知v!要比(v2-Vl)流得快，才能产生反动力，而且(v2-Vl)的数值由边界条件，即必须(v2-Vl)与流量pV的乘积转化的动反力Na能推开蓄能器逆止阀为前提，此动反力N动由边界条件液压马达的工作压力和蓄能器逆止阀受力面A2已定。液压马达2QJM21—1.6L的工作压力为额定压力为Pn-10Mpa，尖锋压力pma^l6MPa为"注水器"的工作压力，如此已知液压马达2QJM21—1.6L的排量为1.65L/r，转速n=100r/min，则每秒流]式(7)N动二A2pMAx:0.785xl6^2.4xl0-4xl06牛顿己知液压马达2QJM21—1.6L的排量为1.65L/r，转速n=100r/min，则每秒流〗式(7)N动pV(V2-V1)=q(V2-V1):由公<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>:由公<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>式中103_每千升为1米3104—每104厘米为1米2，pa的单位为每平方米的牛顿力又由2QJM21—1.6L液压马达的工作参数给出其出口管径为0=33毫米得出其出口截面积<=￡^=85通米2^44故2QJM21—1.6L液压马达的出口流速为《2760「，0=;==323厘米7秒=3.23米/秒这个vo是公式(8)能量反应中的初始条件。'"注水器"的动反力发生锥体^19的尖端面积A比其底大端的面积A2也是要小，这是产生动反力的条件，由逻辑可以判定，在蓄能器逆止阀受力面上承受的射流速度(V2-Vi)的数值上，加上由液压马达出口的流速vo，就应该"注水器"动反力发生锥体一9的尖端面Ai射出的流速力,此力在动反力发生锥体中越流越慢，慢到(v2-Vl)的数值，便完成了在其中产生动反力N^的任务。因此，.有v产Iv2-ViI+v0=45+3.23=48.23米/秒从而可得动反力发生锥体一9的尖端面积^=1_=^2^=5.72厘米2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>r=、——=4.25毫米下一步计算"注水器"动反力发生锥体的两个端面A2和Ai之间的距离。也就是这锥体的高度。因为两端面A2和A的面积已定，当然这锥体越高，则体积越大。这锥体体积的大小，好比枪的子弹壳的大小，子弹壳越大，则子弹的威力也越大，子弹射出去速度快，射程远。这样比方是因为动反力锥体两端的面积大小己定，故在其中两端的速度变量已定。因为动量是mv(质量乘速度)，现速度变量已定，而质量m则因两端面积A2和A,之间的距离而变，这两端的距离越大，则其中的动量变化也大，转化的力也大。还要建立一种概念，就是公式(7)Na=pV(v2-Vl)中的(v2-Vl)在前面用它来确定推开逆止阀的动反力Na在逆止阀的阻力抵消转化为推开逆止阀的动反力Na，而此时的(v2-Vl)只是此过程之后剩下的余速度，这好比是枪的子弹在穿透木板之后的余速度，是很慢的。此时(V2-V。究竟慢到什么程度，也应当有个定量的数值。这数值可用维持图6液压增能潜流动力机的循环工作来计算。由2QJM21—1.6L，液压马达给出的工作参数知其排量为(1.65~0.825)L/r,其转速范围(2~100)r/min，故每秒钟的流量为转数x排量(2逸825)100x1.65—，，,"《、外:.(27.5~2750)厘米3"—f一60由v2.-，A)=《得(v2-v,)=+=-2^^^=(35~3500)厘米/秒4u./s》这个流量q就是从动反力发生锥体中流出的体积流量，由此可算出动反力发生锥体的高度，即A2和Ai之间的距离，已知圆锥台的体积为F。=*A(i2+一+=*/7(52+4.252+5x4.25)所以有q"$"75f)3力==-(4.25~42.5)=(4.06~406)厘米;r6.425;r这就是动反力发生锥体的高度，也就是A2和Ai两个端面的距离。在设计与2QJM21一1.6L型液压马达配套的注水器时，这个注水器动反力发生锥体的高度是应按2QJM21—1.6L液压马达的最好工况来确定这个高度。这最好工况就是这液压马达的最高效率点所对应的流量，并不是流量越大，效率越高。高于最高效率的流量可以这样想象就象枪的子弹穿透很薄的木板，很容易就穿过去了，所以速度快流量大。至此，关于注水器动反力发生锥体的几何参数、物理参数(流数)的量化问题，都有方法了，作为技术方案，条件就具备了。下面讨论"注水器"增速锥体的几何参数和物理参数的量化问题。这增速锥体与动反力发生锥体有一个共接面，就是动反力发生锥体的尖端面A,，这^面积的大小和在面上的流速Vl在动反力发生锥体的讨论中都已确定了。因此只有这增速锥体大端与"注水器"储压罐的共接面As需要个别计算。这个面积Ag与图6液压增能潜流动力机中的液压马达的出口管径不一样，因为在"注水器"储压罐的出口面积，即A增的大小要满足液压马达的最小流量所对应的流速。这个流速由现例2QJM21—1.6L的参数，最低转速i^2r/min，流量为，贝ljq=0.825L/r=2x()'825=1^=0.0275升/秒4、"60600.027527.5_,式干Ao—液压马达出口管道面积-8.55厘米2,这是"注水器"增速锥体进口的截面积，而在其出口则应符合动反力发生锥体的尖端面积A,成下列的比例关系1=4v增44=4=0.566^^=850厘米;1，.2Olv増3.21则储压罐出口，即增速锥体大端面积A^-850厘米2，其半径为="=14.9厘米BV冗在"注水器"增速锥体的两个端面A!和A^之间当然也有一个距离，这个距离应与动反力发生锥体两端面A2与Ai之间的距离对称，所谓的对称，就是西个锥体的端面半径与两端之间的距离之比，即速度梯度应取一致，因此当动反力发生锥体的速度梯度既定时，增速锥体两端面之间的距离也就是随之而定。关于储压罐的体积大小，.是无关紧要的，可根据工艺条件，取其方便。至此关于"注水器"的全部内容都讨论了，"注水器"是液压增能潜流动力机的心脏，其他两种元件，即蓄能器和液压马达都可以市购选型配套。具体实施方式本发明的
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是"注水器"而"注水器"的技术背景是150年来，"蒸汽机车的沿革"。因此，作为人类进步的连贯性，这"液压增能潜流动力机"最好也用在机车上，证明人类从蒸汽机车经过内燃机车、电力机车、走向液压增能潜流动力机车。这种新型的机车不用任何能源，只用"铁块子"(重锤)压着蓄能器的缸体，就能带动火车穿山越岭。"蓄能器"作为一种新能源，也具有发明性，应当广泛开发。在《液压传动》第12页『蓄储器分为重力式、弹簧式和充气式三种类型。(1)重力式蓄能器，它利用重锤上下位置变化储存或释放能量。它结构简单、压力稳定。(2)弹簧式蓄能器它利用弹簧变形来储存或释放能量，结构简单、反应灵敏。(3)充气式蓄能器利用气体的压縮和膨胀来储存或释放能量。按结构不同，它可分为气瓶式、活塞式和气囊式三种。』这些种类的蓄能器各有特点，各有长处，都没有得到恰当的应用。例如把充气式蓄能器作为家用电器冰箱或空调机的能源，甚至可带动小型发电机供家庭用电。对边远山区或野外的塑料大棚，甚至使农业的大田作为成为园田化，都是很现实的。由于这"液压增能潜流动力机"也可开发中国的自主知识产权的航空母舰、潜艇等等，在国防建设上有其潜在的作用。因此，本发明人不主张把"液压增能潜流动力机"交给市场开发，最好由国家计划生产。要开发航空母舰，那可不是简单的小事情，而是大型的系统工程。依据2001年山西科学技术出版社出版钱学森著《创建系统学》第451页的说法『但不论"巨型工程"还是"尖端科学技术"都是国家级的项目，要国务院总理直接抓。这不是什么社会主义的市场经济，不是产业』的确，"液压增能潜流动力机"在不消耗任何能源的条件下而作功，自己会创造能源，这个能源是本人在发明创造中"悟".出来的，是"无中生有"的，在钱学森《创建系统》第448页说"『灵感，悟都是"无中生有"，自然这"无"也不是真空，是有一切过去之"有"为基础的』"无中生有"的能源在"政治经济"中是不受"价值规律"支配的，因此，它不应该是市场经济，不是产业。不受"价值规律"支配的生产活动，已经摆脱了自然规律所赋有的必然性，因此已经由"必然"过渡到"自由"。在《哲学辞典》中解释"人类的历史就是一个不断地从必然王国向自由王国飞跃的历史"。当然，发明专利说明书上不是讲"哲学"的场所，本人只不过希望这种不受"价值规律"支配的创造能源的产品在社会主义中国由政府集中指导。因此，希望"液压增能潜流动力机"这项发明纳入保密项目，但保密不保密是国家的需要，我个人无条件地服从专利局的决定。权利要求1、本发明“液压增能潜流动力机”是一种能量创造系统。“能量”与“作功”可视为同义语。什么是“作功”呢？物理中的意义是力乘位移，什么是力呢？牛顿第二定律说，力等于质量乘加速度，什么是加速度呢？加速度是速度的变化。怎样使运动的物体发生速度的变化呢？液体在变径流道中流动，与前进方向的流道管壁碰撞就发生速度变化，因而就产生力。怎样使流道的管径变化呢？这是人为的，设计者怎样设计都行。因此，液体流动的速度变化是人创造的，流动的液体分子是速度变化的载体，因此流体分子流动的速度是可创造的，力也是可创造的，这个力是在运动速度变化中体现的，既有运动，就有位移，这个力与位移的乘积，对液体运动的分子作功，因而转化为能量，因而能量是可创造的。本发明根据这一构思，创造出“注水器”，使“注水器”的流道按创造能量的要求，设计计算出“注水器”的流道的几何参数(形状)和物理参数(流速)，使“注水器”能够把低压的流体变成高压的流体，把从液压马达排出的低压工质重新注入蓄能器的高压缸体之中，而蓄能器缸体之中的高压，是由重锤(铁块子)压迫蓄能器的活塞产生的。这高压工质促使液压马达向外界输出功率，用排出的低压工质经“注水器”又变成高压工质注入蓄能器的高压缸体之中。因此，本发明不消耗任何能量，而对外连续不断地作功，因此是创造能量的系统。当前的科技界都信奉能量守恒，本发明认识到能量不守恒，这是新颖的，本发明又对“注水器”这一能量放大元件作了具体的按创造能量的要求设计出其几何参数和物理参数，这设计计算过程具有创造性，这创造性转化出的结果是“液压增能潜流动力机”，具有实用性。因此本发明体现了发明专利的“三性”。因此，本发明的权利要求保护本发明的“三性”。本发明的“三性”是统一的“三性”第一是推翻能量守恒定律的新颖性，第二是按创造能量的目的而创造的设计计算方法的创造性，第三是对创造的产品在生产实践中的实用性。这“三性”集中的表现在本专利说明书中的公式(8)之中这公式是对《流体力学》中的伯努利方程的修正，伯努利方程是用能量守恒定律，想当然的用在欧拉运动微分方程的积分解之中，然而用质量守恒定律检查，能量并不守恒，从而修正出上式的“注水器”创造能量的设计计算方法。这是新颖性、创造性、实用性的具体表现形式。这“三性”是统一的，是本发明“液压增能潜流动力机”所体现的“三性”，不涉及其他产品。上列创造能量的反应式的左端是“注水器”创造能量的初始条件，是液压马达出口的压力和流速，在右端是按创造能量的目标而提出的边界条件，是蓄能器的压力和推开蓄能器逆止阀的动反力的流速。在上列创造能量的反应式的反应方向的箭头上标记一个“v1”，这“v1”是“注水器”由初始条件转化到边界条件而设的中介环节，代表增速锥体的增速作用，它在此创造能量的反应式中和左右两端的地位同样重要，是“注水器”设计计算中不可缺少的部分。全文摘要本发明“液压增能潜流动力机”是在揭示伯努利方程缺陷的基础上，打破能量守恒定律，使150年前在蒸汽机车上普遍使用的“注水器”用于液压传动系统。该系统是以“蓄能器”为能源，不用外界任何能源，便使液压马达工作，液压马达出口排出的工质，经“注水器”增压，重新注入到“蓄能器”的高压缸体中，使工质不断往复循环，至使“液压增能潜流动力机”在没有任何外界能源的条件下，对外输出功率。“蓄能器”有重力式、弹簧式和充气式三种型式，视工作场合可任意选择，因此“液压增能潜流动力机”的适用面很广，大功率的可牵引火车，航空母舰，小功率的可代替家用电器冰箱或空调机的液压泵。文档编号F03B17/04GK101319651SQ20071011167公开日2008年12月10日申请日期2007年6月8日优先权日2007年6月8日发明者赵玉天申请人:赵玉天