一种同轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统的制作方法

本发明属于能量转换输出设备技术领域，具体涉及一种结构结构、操作简便的，以静水浮力能为动力来源的同轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统。

背景技术：

地球上可被开发利用的矿物质能源是有限的，随着人类生活、生产活动对能源的消耗却日益增加，矿物质能源日渐枯竭。寻求可持续的绿色能源是人类不断追寻的目标。自然水力资源、太阳能、风能、潮汐能等都是可持续利用的绿色能源，但是，这类能源均受制于自然条件的影响，分布不均，要么时间上分布不均，要么空间分布不均。还有其能量不稳定的先天不足，都给人类的利用带来了这样或那样的困难。

水力资源丰富，且能量巨大。然后，天然水力能量的利用受到自然条件的限制，严重的分布不均。水能载舟，亦能覆舟。也就是说，水既有动水之能，也有静水之能。水作为清洁能源，其中蕴涵着巨大的浮力能。水的浮力能却没有得到有效的利用，至今利用浮力能的方式还主要停留在交通运输方面。现有技术能把浮力能转换成其他形式能量加以利用的设备还很少，更没有工业化应用。在能源日益紧缺的今天，开发一种能够充分利用液体浮力能转换为机械能加以利用或进一步用于动力转换装置，继而将机械能转换为电能，更便于生产应用，是具有广泛的社会学与经济学意义的。本发明人曾开发了多项利用浮力能转换机械能，乃至电能的装置，并申请了多项发明专利：一种垂直重力强压式大容量液体高效泵送装置（zl2014102484112）；一种水力自浮式大容量高扬程水提升装置（2l2015103762285）；一种水力自浮式高效动力转换输出装置（zl2015103762872）；一种助浮提升式大容量高扬程液体高效泵送装置（zl2015100223080），利用浮力与重力做功输出动力装置。发明人经过多年的潜心研究和试验测试，不断优化浮力能转换与利用的技术方案。这些发明的技术方案还可以进一步改进与优化，进一步提高浮力能的转换效率，进一步提高动力转换与输出的效率与效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单，操作简便，建造成本低廉，且能够充分利用转换静水浮力能的同轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统。

本发明的目的是这样实现的：所述的同轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，包括动力发生装置、动力转换输出装置和发电系统，所述的动力发生装置为多级组联动力发生装置，分别包括基础、主能量舱、能量转换舱，所述的主能量舱通过支撑筒柱设置于基础上，所述的主能量舱上设置能量转换舱，两者整体联通；所述的主能量舱中通过支撑座设置能量转换器，所述的能量转换器包括能量筒、浮力筒、静支撑杆和动支撑杆，所述的静支撑杆连接两能量筒，动支撑杆连接两浮力筒；所述的浮力筒之前端连接活塞杆；所述的动力转换输出装置包括能量转换器之主轴，即与动力发生装置同轴，主轴两端分别联轴节和/或连接法兰，一组以上的能量转换器之主轴通过联轴节和/或连接法兰集成联结实现动力转换与输出；所述的发电系统包括变速装置与发电机组，所述的变速装置为逐级增速传动机构，将动力输出轴增速后与发电机组主轴传动配合。

本发明基于浮力举升助推与绞轴转换原理，利用能量转换舱之浮力筒，并通过活塞-绞轴机构将浮力能同轴转换为机械能，并通过动力输出轴对外输出动力；成套-成组设置能量转换装置，保证了系统能量转换与输出的连续性。动力发生与动力转换输出同轴，简化了系统结构，减少了系统内阻能量损耗，提供能量转换与输出效率。本发明结构简单，操作简便，建造成本低廉，通过机械摇臂的配合工作，充分有效地利用静水浮力能，浮力举升产生动力，机械转换对外输出动力。本发明可单元组合构建各种功率的动力输出装置，即可实现连续动力输出；再通过变速装置将动力输出轴的转速充分提高，再驱动发电机将机械能转换为电能对外高效输出电力。

附图说明

图1为本发明之整体结构剖视示意图；

图2为图1之aa向视图；

图3为图1之bb向视图；

图4为图1之c向视图；

图中标号：1~基础；2~支撑筒柱；3~舱门，4~主能量舱，5~能量转换舱，6~主轴，7~支撑座，8~主轴承座，9~能量筒，10~浮力筒，11~静支撑杆，12~能量转换器，13~活塞杆，14~活塞杆锁，15~动支撑杆，16~活塞杆支撑轮，17~轴封，18~连接孔，19~压板，20~螺栓，21~操控手柄，22~门控阀，23~卡锁，24~联轴节，25~连接法兰，26~控制装置，27~地锚栓，28~连接件，29~变速与发电装置基座，30~四级增速齿轮，31~三级增速轴，32~三级增速齿轮，33~三级传动齿轮，34~二级增速轴，35~二级传动齿轮，36~一级传动轴，37~一级传动齿轮，38~减震垫，39~连接螺栓，40~紧固螺母，41~发电机。

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。

如附图1~4所示，本发明所述的同轴龙漩式高效动力转换输出与发电系统，包括动力发生装置、动力转换输出装置和发电系统，所述的动力发生装置为多级组联动力发生装置，分别包括基础1、主能量舱4、能量转换舱5，所述的主能量舱4通过支撑筒柱2设置于基础1上，所述的主能量舱4上设置能量转换舱5，两者整体联通；所述的主能量舱4中通过支撑座7设置能量转换器12，所述的能量转换器12包括能量筒9、浮力筒10、静支撑杆11和动支撑杆15，所述的静支撑杆11连接两能量筒9，动支撑杆15连接两浮力筒10；所述的浮力筒10之前端连接活塞杆13；所述的动力转换输出装置包括能量转换器之主轴6，即与动力发生装置同轴，主轴6两端分别联轴节24和/或连接法兰25，一组以上的能量转换器12之主轴6通过联轴节24和/或连接法兰25集成联结实现动力转换与输出；所述的发电系统包括变速装置与发电机组，所述的变速装置为逐级增速传动机构，将动力输出轴增速后与发电机组主轴传动配合。

所述的能量转换器12为圆盘式结构，其沿圆周均布一组能量转换组件，所述的能量转换组件包括能量筒9、浮力筒10、静支撑杆11和动支撑杆15，所述的能量筒9与浮力筒10两者套接配合，且成组对称于主轴6设置，静支撑杆11连接两能量筒9，动支撑杆15连接两浮力筒10；所述的浮力筒10之前端连接活塞杆13并与设置于能量筒1外侧底部的活塞杆锁14锁定配合，实现活塞杆13伸缩运动。

所述的主能量舱4为呈卧式圆筒结构，轴向呈水平状态，其径向设置能量转换舱5，其与能量转换器12上的活塞杆13工作配合。

所述的能量转换器12成对设置于主能量舱4中，且对称设置于支撑筒柱2的两侧，能量转换器12相对于主轴6旋转对称设置，即一端处于低位时另一端高位。

所述的能量转换器12之能量筒9之外侧对称设置静支撑杆11，并通过中心圆盘连接两端的能量筒11，能量筒11的中轴线穿过能量转换器中心圆盘的圆心；所述的能量转换器12之浮力筒10通过动支撑杆15固定连接，所述的动支撑杆15对称设置，通过活塞杆13上的控制锁14实现两端的浮力筒10分别在相应的能量筒9中的自由上下运动，以带动活塞杆13运动做功。

所述的能量转换器12通过主轴6、主轴承座8设置于支撑座7上，相应的支撑座7下部设置控制器26。

所述的动力转换输出装置至少包括两组能量转换器，相邻能量转换器之主轴6通过联轴节24铰接配合，或相邻能量转换器之主轴6通过连接法兰25连接配合。

所述的动力转换输出装置之包括四组能量转换器，相邻主轴6之间通过联轴节24和/或连接法兰25联结动力承接装置，并通过主轴6之任意一端或两端对外输出动力。

所述的变速装置包括不少于3级增速机构，一级传动齿轮37设置于联结主轴6的一级传动轴36上，与增速齿轮啮合，所述的增速齿轮与二级传动齿轮35同轴设置于二级增速轴34上，二级传动齿轮35与三级增速齿轮32啮合，所述的三级增速齿轮32与三级传动轮33同轴设置于三级变速轴31上，三级传动轮33与四级增速齿轮30啮合，四级增速轮30设置于发电机41之主轴上。

所述的支撑筒柱2为容水舱结构，其上设置舱门3，所述的舱门3上设置门控锁22和卡锁23，所述卡锁设置支撑筒柱2外壁上，并与舱门门卡接配合；所述的门控锁22上设置操控手柄21。

所述的活塞杆13前端设置支撑辊轮16，其与能量转换舱5之底部支撑配合。

所述的能量转换舱5为能量转换器12的运行轨道舱，顶部联通所述的动力转换装置之柱塞筒。

所述的能量转换装置对称设置两套，每套设置四组能量转换器连续-交替工作，保证了系统能量转换与输出的连续性。

所述的支撑筒柱2通过地锚栓27或直接浇筑设置于基础1上。

本发明所述的控制器、控制阀均为机械和/或电控结构，可实现双控阀模式，进一步有利于实现整体系统的自动控制。

本发明工作原理和工作过程：

本发明基于浮力举升助推与绞轴转换原理，利用能量转换舱之浮力筒，并通过活塞-绞轴机构将浮力能转换为机械能，并通过动力输出轴对外输出动力；成套-成组设置能量转换装置，保证了系统能量转换与输出的连续性。再通过变速装置将动力输出轴的转速充分提高，再驱动发电机高效发出电力对外输出；动力发生与动力转换输出同轴，简化了系统结构，减少了系统内阻能量损耗，提供能量转换与输出效率。

本发明的工作过程：开机前检查：首先全面检查主能量舱1中的各部件状态良好，支撑筒柱2上的舱门3完全关闭；系统灌注水至满足工作要求，即主能量舱4、能量转换舱5全部灌满水，保证能量转换器的平稳运行；再检查传动系统运转正常，即满足开机条件。

系统启动时的状态：图1~3所示，两组动力发生装置的能量转换器的浮力筒（活塞杆13）分别处于一个“上位”（浮力筒所受浮力已经释放），一个“下位”（浮力筒承受主能量舱水之浮力，蓄能状态）状态，活塞杆上的控制锁处于锁定状态，此时为最佳开机启动状态，即活塞杆处于下位的状态，是蓄积浮力能的待释放状态，此态势为自转驱动态势。

系统启动：此时解除对活塞杆13的锁定，同时，给予主轴一个顺时针的旋转驱动力，引导主轴顺时针方向旋转。处于下位的活塞杆13在浮力筒10的带动下回缩上行，从而将上位的浮力筒上推，上位的活塞杆伸出，同时，另一组动作相反；转过一定角度后，两组动力转换装置中后继的能量转换器分别进入“工作状态”，浮力筒上行或下行，驱动主轴6转动继续向另一状态转动（转换），一套（组）一个“跟随”一个，周期进入蓄积浮力能——释放浮力能转换为机械能，一个工作循环跟着一个工作循环……，如此循环往复。

本发明之动力发生与动力转换输出装置为组联式延伸结构，可以根据动力发生与发电功率的设计需要任意组合，可以形成小型、中型乃至大型的静水浮力能发电站。作为一个实施例，本发明设计为两组四级动力转换装置，每一级动力转换装置设有四套能量转换器，两组即有十六套能量转换器依次接替式进入工作循环，如同“龙漩”一般，翻滚时运行，多级联动，实现不间断地浮力能转换为机械能，再通过主轴与变速与发电装置传动连接，高效发出电力并对外输出。