基于换向阀的水压发动机的制作方法

本发明涉及水能动力机械领域，特别是一种基于换向阀的水压发动机。

背景技术：

水能作为清洁能源已被广泛利用，现有技术中水能的利用大多为将水能转化为电能，水力发电就是其应用中最为常见的水能利用方式，水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。可见将水能转化成机械能的核心部件为水轮，即通过水推动水轮旋转，旋转的水轮在带动其他部件实现水能的利用。然而在使用水轮进行水能转化成机械能时，能量转化过程水能利用率较低，而且水轮较大实际应用时需要很大的场地放置。对于水能的大面积推广使用带来了一定的阻力。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种基于换向阀的水压发动机。它解决了现有的水能发电/动力转化装置占用场地较大，水能利用率较低的问题。

本发明的技术方案是：基于换向阀的水压发动机，包括换向阀、发动机、传动组件、进水管、排水管及联通管；

换向阀包括外壳及阀芯；外壳上设有进水口、出水口A、出水口B及回水口；阀芯密封且可旋转的安装在外壳内腔中，其两端伸出在外壳外部，其上设有透水孔，阀芯通过旋转使换向阀在进水和排水两种状态之间切换；换向阀在进水状态下，阀芯的透水孔旋转至与外壳的进水口和出水口A相通，阀芯的内腔仅与外壳的进水口和出水口A连通；换向阀在排水状态下，阀芯的透水孔旋转至与外壳的出水口B和回水口相通，阀芯的内腔仅与外壳的出水口B和回水口连通；

发动机包括缸体、活塞、连杆及曲轴；缸体内设有储水腔，其外部设有连通至储水腔的水口；活塞活动安装在缸体的储水腔中，其在缸体的储水腔中做往复直线运动，进而缩小或扩大储水腔的容积；曲轴两端活动安装在缸体上，其两端伸出在缸体外部；连杆一端活动连接在活塞上，另一端活动连接在曲轴上；

传动组件设在发动机的的曲轴与换向阀的阀芯之间，其用于将来自发动机曲轴的动力传递至换向阀的阀芯；

进水管与换向阀的外壳的进水口连通；

排水管与换向阀的外壳的出水口B连通；

联通管一端与换向阀的外壳的出水口A和回水口连通，另一端与发动机的缸体的水口连通。

本发明的进一步技术方案是：传动组件包括链条、主动链轮和从动链轮；主动链轮固定安装在发动机的曲轴上，从动链轮固定安装在换向阀的阀芯端头上，链条绕设在主动链轮和从动链轮之间。

本发明再进一步的技术方案是：传动组件包括主动齿轮和从动齿轮；主动齿轮固定安装在发动机的曲轴上，从动齿轮固定安装在换向阀的阀芯端头上，并与主动齿轮啮合。

本发明更进一步的技术方案是：换向阀的数量为一个或一个以上，当换向阀的数量为一个以上，相邻的换向阀的阀芯通过齿轮副或链传动副连接；相应的，发动机的缸体、活塞、连杆的数量与换向阀的数量一致。

本发明更进一步的技术方案是：其还包括惯性轮；惯性轮固定安装在发动机的曲轴上。

本发明更进一步的技术方案是：其还包括排渣管；排渣管连接在进水管上，其上设有排渣阀。

本发明更进一步的技术方案是：联通管上设有排气阀；进水管上设有进水阀。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、提供了一种将水的动能转化为机械能的装置：本发明利用进水水压推动发动机活塞运动，活塞带动曲轴转动，曲轴转动的同时通过传动组件驱动换向阀周期性的打开或关闭，换向阀状态的改变引起管路内水压的变化，进而使活塞往复运动，曲轴持续转动输出动力。其结构简单且小型化，动力输出稳定可靠，能量转化效率高，可用于连接其它动力装置输出做功。

2、输出转速可调节：进水管上设有进水阀，通过调节进水阀的开度控制进水量，进而达到控制曲轴输出转速的目的。

3、使用范围较广泛：本发明可放置在有一定流速的河流中，使水流自然冲入进水管中，进水管也可以通过管道连接具有稳定水压的水源。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为实施例1的立体结构图；

图2为实施例1在另一视角下的立体结构图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为实施例2在另一视角下的立体结构图；

图5为换向阀的结构示意图；

图6为换向阀的阀芯的结构示意图；

图7为实施例1中发动机的剖视图；

图8为实施例2中发动机的剖视图；

图9为实施例1中的管路连接结构示意图；

图10为实施例2中的管路连接结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2、5、6、7、9所示，基于换向阀的水压发动机，包括换向阀、发动机、传动组件、进水管4、排水管5、联通管6及排渣管7。

换向阀包括外壳11及阀芯12。外壳11上设有进水口111、出水口A112、出水口B113及回水口114。阀芯12密封且可旋转的安装在外壳11内腔中，其两端伸出在外壳11外部，其上设有透水孔121，其通过旋转实现换向阀的打开或关闭。换向阀在进水状态下，阀芯12的透水孔121旋转至与外壳11的进水口111和出水口A112相通，阀芯12的内腔仅与外壳11的进水口111和出水口A112连通。换向阀在排水状态下，阀芯12的透水孔121旋转至与外壳11的出水口B113和回水口114相通，阀芯12的内腔仅与外壳11的出水口B113和回水口114连通。

发动机包括缸体21、活塞22、连杆23及曲轴24。缸体21内设有储水腔211，其外部设有连通至储水腔211的水口。活塞22活动安装在缸体21的储水腔211中，其在缸体21的储水腔211中做往复直线运动，进而缩小或扩大储水腔211的容积。曲轴24两端活动安装在缸体21上，其两端伸出在缸体21外部。连杆24一端活动连接在活塞22上，另一端活动连接在曲轴24上。

传动组件设在发动机的的曲轴24与换向阀的阀芯12之间，其用于将来自发动机曲轴24的动力传递至换向阀的阀芯12。传动组件包括链条33、主动链轮和从动链轮32；主动链轮固定安装在发动机的曲轴24上，从动链轮32固定安装在换向阀的阀芯12端头上，链条33绕设在主动链轮和从动链轮32之间。

进水管4与换向阀的外壳11的进水口111连通。

排水管5与换向阀的外壳11的出水口B113连通。

联通管6一端与换向阀的外壳11的出水口A112及回水口114连通，另一端与发动机的缸体21的水口211连通。

排渣管7连接在进水管4和联通管6上，其上设有处于常闭状态的排渣阀71，排渣阀71用于在整个装置停止运行后排出管网内的余水及杂质。

优选，排水管5的出水口高于进水管4的进水口，防止排水时管路内进入空气。

优选，其还包括惯性轮8，惯性轮8固定安装在发动机的曲轴24上，可保证曲轴24输出相对平稳。

优选，联通管6上设有排气阀61，排气阀用于通水时排出整个管网内的空气。进水管4上设有进水阀41，通过调节进水阀41的开度控制进水量，进而达到控制曲轴24输出转速的目的。

优选，进水管4上设有压力表(图中未示出)，可用于监测进水水压。

本实施例中，传动组件还可以是齿轮副(图中未示出)，传动组件包括主动齿轮和从动齿轮；主动齿轮固定安装在发动机的曲轴上，从动齿轮固定安装在换向阀的阀芯端头上，并与主动齿轮啮合。

本实施例中，换向阀的数量为一个，相应的，发动机的缸体21、活塞22、连杆23的数量均为一个。

实施例1的工作原理：换向阀有进水和排水两种状态，换向阀在进水状态下，进水管4、换向阀的阀芯12、联通管6、发动机的缸体21依次连通，活塞22运动，扩大储水腔211，采用帕斯卡裂桶工作原理，叫做功冲程。换向阀在排水状态下，排水管5、换向阀的阀芯12、联通管6、发动机的缸体21依次连通，活塞22运动，压缩储水腔211，采用不做工的工作原理，叫排水冲程。启动换向阀采用四两拨千斤的工作原理。

使用前，换向阀处在进水状态，进水管4连通具有一定水压且不含杂质的水源。使用时，打开进水阀41，水依次通过进水管4、换向阀、联通管6进入发动机的缸体21储水腔211中，推动活塞22在缸体21内移动，活塞22通过连杆23带动曲轴24转动。

曲轴24一方面与外部的动力设备关联，起到输出动力(机械能)的效果。曲轴24另一发面通过传动组件带动换向阀的阀芯12转动，进而使换向阀在打开和关闭两种状态下交替切换。

活塞22在缸体21中往复运动进而扩大或压缩储水腔211的容积。当活塞22压缩储水腔211的容积时，换向阀处在排水状态，储水腔211内的水通过联通管6、换向阀的阀芯12、排水管5排出。当活塞22扩大储水腔211的容积时，换向阀处在进水状态，外部的水通过进水管4、换向阀的阀芯12、联通管6进入储水腔211。

实施例2：

如图3、4、5、6、8、10所示，本实施例与实施例1相比，区别仅在于：换向阀的数量为两个，两个换向阀的阀芯12通过链传动副连接，相应的，发动机的缸体21、活塞22、连杆23的数量均为两个。本实施例相比实施例1，优点在于曲轴24输出更平稳。

实施例2的工作原理：本实施例的工作原理与实施例1相同，区别仅在于，两个换向阀所处的工作状态始终相反，即一个换向阀在进水状态时，另一个换向阀必定在排水状态。