一种基于静水浮力转换动力输出方法及其装置与流程

本发明属于能量转换动力输出设备技术领域，具体涉及一种结构简单、工作稳定可靠的基于静水浮力转换动力输出方法及其装置。

背景技术：

随着传统能源被人们广泛地开采利用，资源日趋枯竭，无法再生的矛盾愈来愈突出，我国目前已经成为石油天然气进口大国。太阳能、风能、水力能、潮汐能都属于可再生能源，但是这类能源存在分散度高，利用水平不高，能量转换效率低的不足。如何提高这类能源的利用效率就成了摆在人们面前的难题。水力能的利用基本上都是利用自然水流之落差，基于势能-动能转换原理进行发电。但是，水力发电受着自然条件的限制，其发电量依然是有限的。水作为清洁能源，其中蕴涵着巨大的浮力能，如何把蕴藏量巨大且无处不在的水之浮力能充分利用，以缓解现实的清洁能源需求，即开发能够充分利用液体浮力能转换为机械能或电能的方法及其设备，具有广泛的社会与经济意义。本发明人十余年来潜心研究水的浮力能转换利用，曾开发了一种浮力式动力泵（zl03135148.4）；一种强沉式浮力能转换输出装置（zl201210110047.4）；一种垂直浮升-斜沉式动力输出装置（zl201410248451.7）；一种助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置（zl201510022308.0）；一种水力自浮式高效动力转换输出装置（zl201510376287.2）等多种基于浮力能转换输出动力的装置，均能够实现利用静水浮力发电的目的。进一步提高浮力能的转换利用效率，优化设备结构，提高工作的稳定性，降低建造成本，依然是浮力能利用持续研究开发的目标。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种结构简单，工作稳定可靠的基于静水浮力转换的动力输出方法。

本发明的另一目的在于提供一种基于本发明方法的，结构简单，操作简便，建造成本低廉的静水浮力转换高效动力输出装置。

本发明的第一目的是这样实现的：本方法包括静水浮力激发、浮力转换和动力输出工序，具体包括：

a、所述的静水浮力激发包括设置竖立主水舱，其中设置可以调控平衡舱组件体积的能量泵，当主水舱中注满水后，能量泵之平衡舱组件处于体积收缩状态，所受浮力减小，因自重而沉入主水舱底部，锁定能量泵，向能量泵内注水，进入能量泵中的水首先进入平衡舱，随即将空腔式动力舱顶浮至高位，，当注水平衡后，解除对能量泵的锁定，平衡舱组件体积“膨胀”，所受浮力增大，能量泵在主水舱内自然上浮至高位；

b、所述的浮力能转换是将a工序浮力激发并将能量泵推至高位，将能量泵之平衡舱中的水导入高位水箱，形成高位水之势能，即将水之浮力能被转换为水之势能；

c、所述的动力输出是将高位水箱的水力势能直接转换为水力发电设备的动力源，将势能转换为电力对外输出，即高位水箱的水导入水轮发电机的进水管，冲击水轮机叶片发电，水从出水管流回低位水箱，再次循环利用作为主水舱的补给水源；进入下一工作循环。

本发明的另一目的是这样实现的：本装置包括浮力能转换装置和电力发生装置，所述的浮力能转换装置包括主水舱、能量泵，所述的主水舱其舱体内壁均布设置纵向平行导轨，所述的主水舱下部设置进水管路连接低位水箱，上部设置出水管路连接高位水箱；所述的能量泵纵向呈筒体，其外圆周均布设置有主水舱内壁之导轨相对应的运行构架，其上设置定向导轮，并与导轨导向性配合；所述的能量泵包括泵体、平衡舱、动力舱、承载舱，所述的平衡舱设置于泵体内舱中部固结配合，平衡舱、动力舱和承载舱三者之间相互嵌套且相邻之间密封配合；所述的承载舱底部设置有与主水舱之进水管路、出水管路配合的进出水管，平衡舱之纵向贯通式设置通气管；所述的主水舱与能量泵之间设置能量泵锁定装置，所述的能量泵之泵体内设置承载舱锁定装置。

本发明基于浮力-动力转换之原理，利用浮力转换将水提升至高位水箱，高势能水冲击水力发电机对外输出电力，从而实现静水通过浮力-重力转换而发电输出动力的目的。本发明结构简单，操作简便，建造成本低廉，通过小的动力输入，激发释放更大水力浮力能，本发明装置组合构建动力输出装置，即可实现连续输出动力。

附图说明

图1为本发明整体结构（能量泵下位状态）剖视示意图；

图2为本发明整体结构（能量泵上位状态）剖视示意图；

图3为图1之aa向视图；

图中标号：1~主水舱，2~导轨，3~能量泵，4~平衡舱，5~动力舱，6~承载舱，7~部件分配舱，8~部件缓冲舱，9~运行构架，10~密封装置，11~定向导轮，12~导气管，13~支撑导轮，14~平衡装置，15~进出气管，16~进出水管，17~进水控制器，18~高位水箱，19~水力发电机，20~低位水箱，21~离合连接器，22~进出水管，23~能量泵锁定装置，24~承载舱锁定装置，25~基座，26~地基，27~缓冲管路，28~出水控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明一种基于静水浮力转换的动力输出方法，包括静水浮力激发、浮力转换和动力输出工序，所述的静水浮力激发包括设置竖立主水舱，其中设置可以调控体积的能量泵，当主水舱中注满水后，能量泵处于体积收缩状态，所受浮力减小，因自重而沉入主水舱底部，锁定能量泵，向能量泵内注水，进入能量泵中的水首先进入平衡舱，随即将空腔的动力舱顶浮至高位，当注水平衡后，解除对能量泵的锁定，由于能量泵体积的膨胀，所受浮力增大，在主水舱内自然上浮至高位；所述的浮力能转换是将浮力激发并推能量泵至高位，将能量泵中的水导入高位水箱，形成高位水之势能，水之浮力能被转换为水之势能；所述的动力输出是将高位水箱的水力势能直接转换为水力发电设备转换为电力对外输出，即高位水箱的水导入水轮发电机的进水管，冲击水轮机叶片发电，水从出水管流回低位水箱，再次循环利用作为主水舱的补给水源；进入下一工作循环。

所述的能量泵之内部联通主水舱，其中固定设置平衡组件的动态腔体结构，其平衡组件为相互扣合的三舱室结构，包括中心的平衡舱、上部内筒密封配合的空心动力舱和下部外筒密封配合的承载舱。三者扣合，能量泵内平衡组件体积收缩，在主水舱内所受浮力减小，能量泵下沉；当经承载舱向平衡舱注水后，动力舱被浮力推出，而使得能量泵内平衡组件的体积膨胀，所受浮力增大，从而带动能量泵在主水舱内整体上浮；平衡舱内的水排出后，动力舱回缩，使得平衡组件的体积再次收缩，所受浮力减小，能量泵再次沉入主水舱底，再向能量泵平衡舱内注水，进入下一工作循环。

本发明之方法可以通过多单元系统来实现，即本发明之主水舱为一个单元组件，即若干单元组合成一个整体系统，如双单元、三单元、四单元，乃至n单元组合成系统，多单元系统有助于系统的工作的连续性、稳定性，实现持续发电。

如附图1~3所示，本发明静水浮力转换动力输出装置，包括浮力能转换装置和电力发生装置，所述的浮力能转换装置包括主水舱1、能量泵3，所述的主水舱1其舱体内壁均布设置纵向平行导轨2，所述的主水舱1下部设置进水管路连接低位水箱20，上部设置出水管路连接高位水箱18；所述的能量泵3纵向呈筒体，其外圆周均布设置有主水舱1内壁之导轨2相对应的运行构架9，其上设置定向导轮11，并与导轨2导向性配合；所述的能量泵3包括泵体、平衡舱4、动力舱5、承载舱6，所述的平衡舱4设置于泵体内仓中部固结配合，平衡舱4、动力舱5和承载舱6三者之间相互嵌套且相邻之间密封配合；所述的承载舱6底部设置有与主水舱1之进水管路、出水管路配合的进出水管22，平衡舱4之纵向贯通式设置通气管12；所述的主水舱1与能量泵3之间设置能量泵锁定装置23，所述的能量泵3之泵体内设置承载舱锁定装置24。

所述的能量泵3之泵体整体呈胶囊型，其两端设置成圆弧或锥形；泵体两端分别设置部件分配仓7或部件缓冲仓8；其泵体内中部设置平衡舱4，平衡舱4呈反向套接的双筒式结构，其向上之内筒与动力舱5密封配合；其向下之外筒与承载舱6密封配合。

所述的能量泵3之动力舱5为空心腔体结构，其贯通芯轴设置气管路12，连通主水舱1顶部；所述的承载舱6呈“u形”，与平衡舱4向下开口之外筒密封配合。

所述的能量泵3之下部泵体内壁上同圆周上均布设置承载舱锁定装置24，与承载舱6即时动态锁定配合或解锁。

所述的能量泵3之外部运行构架9上同圆周上均布设置能量泵锁定装置23，与导轨2即时动态锁定配合或解锁。

所述的承载舱6底部设置进出水管穿过能量泵3之底部的部件分配舱7或部件缓冲仓8，其端部设置离合连接器21；与设置于主水舱1之进水管路或出水管路动态连通。

所述的主水舱1之进水管路通过进水控制装置17连接低位水箱20。

所述的主水舱1之出水管路通过出水控制装置28连接高位水箱18。

所述的主水舱1设置基座25与地基26固结配合。

所述的电力发生装置包括水力发电或机械发电装置，所述的水力发电装置19之进水管连接高位水箱18，其出水管连接低位水箱20。

所述的动力舱5顶部的通气管12穿过能量泵3之顶部通道和主水舱1之顶孔，绕过设置于主水舱1顶部的支撑导轮13连接平衡装置14。

所述的密封装置10为耐磨、耐老化密封圈，可以为橡胶密封圈、尼龙密封圈。

所述的能量泵锁定装置23、承载舱锁定装置24为电磁结构、液压结构或气动结构的泵式或柱塞式结构装置，基座支撑动态活塞式工作锁定。

所述的进水控制装置17、出水控制装置28为电磁控制阀，电控气动控制阀或液压控制阀。

所述的浮力能转换装置和电力发生装置的工作时序与流程由软件与伺服机构配合完成，实现系统的自动控制。

本发明工作原理和工作过程：

本发明基于浮力能转换原理，利用能量泵平衡舱组件之特殊结构的三舱动态开合工作模式，通过其平衡舱组件之体积“膨胀”与“收缩”，调整能量泵在主水舱中的沉浮状态，利用浮力将水提升至高位水箱，形成高势能水流冲击水力发电机水轮，对外输出动力。

本发明装置工作前系统处于：能量泵3因自重而处于主水舱1下部，能量泵3之动力舱5落入固定于能量泵3之中部的平衡舱4内，承载舱6因自重而脱离平衡舱4自然下沉之低位。启动系统前，首先将水注入主水舱1中，自然进入能量泵3中水承载舱6浮升送入平衡舱4内，此时平衡舱组件整体收缩，所受浮力减少，自然沉入能量泵3之底部，能量泵之进出水管22与主水舱1之进水管路连接，同时，启动能量泵锁定装置23，开启进水控制装置17向能量泵3之承载舱6、平衡舱4中注水，由于承载舱6受到主水舱1浮力的作用而被压人平衡舱内，水首先将通过承载舱6而进入平衡舱4内，将动力舱6浮升到高位，内外部水压达到平衡后，外部水箱不再向舱内注水，即可解除能量泵锁定装置，由于平衡舱组件因注水而“体积膨胀”所受浮力增大，能量泵3随即上浮至高位，其底部进出水管路22联通主水舱1之出水管路，此时锁定能量能锁定装置23，开启出水控制装置28，能量泵中的水流入高位水箱18中，经水箱出水管连通水力发电机之进水管，冲击水轮机发电。能量泵中的水排空后，平衡舱组件的“体积”再次收缩，所受浮力减小，此时解除能量泵锁定装置，能量泵体自然下沉，至低位后再次被锁定，同时，通过进出水管路向平衡舱4内注水，动力舱6再次上升至高位，注水平衡后，释放能量泵，能量泵再次浮升至高位，连通出水管路，向高位水箱排水，水流冲击水轮继续发电。如此循环往复，可是持续转换浮力能为动力能，对外输出动力。