流体能抽水系统的使用方法与流程

本发明为分案申请，母案的申请号是：2015108606993。本发明涉及一种抽水系统，特别是一种利用太阳能增压的储能式微水头流体能抽水系统，属节能环保和机械设计领域。

背景技术：

传统的抽水方式是利用电能或者燃油燃烧产生的能量作为抽水装置的动力能源来驱动抽水装置实现抽水，在此过程中要浪费大量的传统能源。而且，在很多偏远的地方电能很难供应，传统燃油又很难运输到达，利用传统的方法实现抽水显然不现实，因此如果能利用水的势能实现抽水将具有广阔前景。目前有一类抽水系统是利用水流进行发电，然后再用电力驱动抽水机进行抽水，此方法对于大型河流或者具有明显落差的水流能够实现，但是面对水流平缓、水流落差较小的水流，此类系统由于发电效率较低难以达到预期发电目的。而另一类抽水系统直接采用水流驱动抽水机进行抽水，其也很难克服面对水流平缓、水流落差较小的水流无能为力的缺点。目前虽然有部分抽水系统采用变速机构将采能机构系从平缓水流处获得的转速进行增速来驱动水泵抽水或采用水锤泵来对水流进行二次增压等方式实现了利用微水头流体抽水的功能，但是此类系统仍然存在抽水效率低等缺点。

2014年3月5日公布的专利申请号为201310649113.X的发明专利公布了一种储能式微水头流体能抽水系统，该系统不但克服了传统抽水系统需要电力或燃油作为动力能源的缺点，解决了特殊地区抽水困难的问题，也克服了传统利用水能抽水的抽水机难以利用微水头作为动力源的缺点，而且由于其采用了储气筒作为储能动力源，大大提高了其工作时的效率有效解决了传统利用微水头抽水的系统抽水缓慢、瞬时功率差等缺点，但是因其仅靠微水头带动气泵为储气泵充气储能，再由储气泵内的气体驱动水锤泵抽水，当水流较小、储气泵容积有限时就很难发挥较好的效率。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种利用太阳能增压的储能式微水头流体能抽水系统，该系统克服了上述困难，利用微水头带动流体采能机构驱动气泵将气体泵进储气筒进行储能，并在太阳能跟踪装置的弧形反光面的焦点处设置气体加热腔加热从储气泵中出来的气体，再用加热过的高温气体驱动水锤泵泵水，大大提高了工作的效率，解决了传统利用微水头抽水的系统时抽水缓慢、瞬时功率差等缺点。

解决本发明的技术方案是：本发明提供了一种利用太阳能增压的储能式微水头流体能抽水系统，该系统由流体采能机构、变速机构、曲柄连杆机构、柱塞式气泵、储气筒、气压马达、太阳能跟踪装置、气体加热腔、转子式水泵、水锤泵、太阳能追踪系统、气体加热腔及管道组成，其中流体采能机构与变速机构联接，变速机构通过曲柄连杆机构与柱塞式气泵联接，柱塞式气泵的气泵出气管连接储气筒，储气筒的气筒出气管连接设置在太阳能追踪系统上的气体加热腔，气体加热腔通过腔体出气管连接到气压马达，气压马达的动力输出轴联接转子式水泵，转子式水泵的水泵出水口连接水锤泵;所述的太阳能追踪系统上设置有曲面镜，气体加热腔设置在曲面镜的焦点处，曲面镜将照射到曲面镜的阳光集中反射到气体加热腔上为气体加热腔内部的气体加热。

进一步的，所述的储气筒设置在水中，利用水降低储气筒内气体温度，实现多储存气体的目的。

进一步的，所述的太阳能追踪系统包括底座、支柱、支撑杆、曲面镜、调节杆、钢绳固定孔、钢丝绳、电动机、绞线盘、活动铰链、太阳能追踪电子采集及电机驱动部分组成;设置在底座上的支柱通过活动铰链联接调节杆，调节杆与曲面镜固定为一体，气体加热腔通过支撑杆固定在曲面镜的焦点位置;电动机固定在底座，电动机上设置有绞线盘，钢丝绳的一端连接绞线盘，钢丝绳的另一端连接钢丝绳末端的钢绳固定孔，电动机与太阳能追踪电子采集及电机驱动部分，太阳能追踪电子采集及电机驱动部分根据阳光变化驱动电动机带动绞线盘收缩或放开来调节曲面镜对准太阳，实现太阳能追踪;太阳能追踪电子采集及电机驱动部分是通过两片相互成45度设置光敏电阻采集照射到光敏电阻上的太阳光强度进行对比，并通过控制系统分析判断，最终驱动电动机带动绞线盘收缩或放开来调节曲面镜(对准太阳，实现太阳能追踪功能;所述的光敏电阻对称设置在曲面镜的上下边上。

所述的管道包括气压管道和水管，气压管道包括柱塞式气泵上的气泵进气管和气泵出气管、储气筒上的气筒出气管、气体加热腔上的腔体出气管，水管包括低压水管、中压水管、高压水管。

所述的变速机构为增速机构，其作用是将流体采能机构传递给它的转速增大后传递给曲柄连杆机构带动柱塞式气泵运动以实现柱塞式气泵向储气筒内压入大气的功能。

所述的转子式水泵和水锤泵为市售部件，其结构和原理为本技术领域的技术人员所熟知，这里不再阐述。

进一步的，所述的转子式水泵和水锤泵之间的中压水管上安装有流量控制阀。

进一步的，变速机构、曲柄连杆机构、柱塞式气泵、储气筒、气压马达、转子式水泵、水锤泵、太阳能追踪系统及太阳能追踪系统上的气体加热腔安装在趸船上，所述的流体采能机构通过稳定支架固定在趸船底部;所述的储气筒设置在趸船下方。

进一步的，所述的流体采能机构上有宽大的叶片，宽大的叶片能有效拦截微落差水流蓄积大量的水能，以实现水流推动叶片带动叶轮旋转。

进一步的，所述的流体采能机构和变速机构之间增加了蓄能飞轮，在水流流速不稳定的条件下能够有效调节输入到变速机构的转速，使转速保持均匀。

进一步的，所述的蓄能飞轮和变速机构之间安装了离合器，可方便的实现动力的接通和切断。

所述的蓄能飞轮和离合器的结构和原理为技术员人员所熟知，这里不在阐述。

进一步的，所述的气压马达和转子式水泵通过联轴器连接。

进一步的，所述的柱塞式气泵的气泵进气管连接有空气过滤器，空气过滤器能有效过滤空气中的灰尘。

进一步的，所述的柱塞式气泵的气泵进气管处安装有进气单向阀，柱塞式气泵的气泵出气管处安装有出气单向阀。进气单向阀只能使空气单向流进柱塞式气泵，出气单向阀只能使空气单向流出柱塞式气泵。进气单向阀和出气单向阀为市售元件。

进一步的，所述的气体加热腔上有高压限压阀，当气体加热腔内的气压大于高压限压阀所限定的气压范围时，高压限压阀打开放出气体加热腔内多余气体。

进一步的，储气筒与气体加热腔之间的气筒出气管上设置有气体开关，当需要抽水时，气体开关打开，气体经储气筒进入气体加热腔加热后再经腔体出气管进入气压马达由气压马达的排气孔排出并推动气压马达带动转子式水泵旋转实现抽水;所述的储气泵储气筒与气体开关的气筒出气管上设置有安全限压阀，以防止储气筒内气压过高造成安全隐患。

进一步的转子式水泵的水泵进水口连接低压水管，转子式水泵的水泵出水口通过中压水管与水锤泵的连接，水锤泵通过高压水管连接到远端蓄水池。

进一步的，所述的低压水管的一端连接一个文丘里管，文丘里管连接一个过滤器，在文丘里管和转子式水泵之间的低压水管上安装有进水控制阀。所述的文丘里管和过滤器为市售元件。由于文丘里管具有对流体阻力小等优点，更有利于利用水能。

进一步的，所述的转子式水泵的水泵进水口处安装有进水单向阀，进水单向阀只允许水流单向流向转子式水泵内部。进水单向阀为市售元件。

进一步的，所述的水锤泵与高压水管的连接处安装有出水控制阀。

本发明的工作原理是：当需要抽水时当需要抽水时，气体开关打开，气体经储气筒进入气体加热腔加热后再经腔体出气管进入气压马达由气压马达的排气孔排出并推动气压马达带动转子式水泵旋转实现抽水，水流经文丘里管、低压水管、转子式水泵、中压水管抽到水锤泵，水锤泵再将流进其内部的水流进行增压后经高压水管输送到远端蓄水池，实现抽水功能;气体加热腔设置在太阳能追踪系统的曲面镜焦点处，曲面镜将照射到曲面镜的阳光集中反射到气体加热腔上为气体加热腔内部的气体加热;储气筒设置在水中，利用水降低储气筒内气体温度，实现多储存气体的目的;太阳能追踪系统根据阳光变化实时对太阳能进行追踪，确保太阳能充分利用。

当水流落差较小时，由于流体采能机构的叶轮很宽大，其能够拦截大量水流以蓄积大量的势能来推动其旋转，最终实现利用微水头流体抽水的功能。

低压水管上的进水单向阀和中压水管上的流量控制阀能有效帮助用户调节水的流量。

本发明的有益之处是：一是采用微水头实现抽水，克服了传统抽水系统需要电力或燃油作为动力能源的缺点，解决了特殊地区抽水困难的问题：二是将气体泵进储气筒进行储能，其采用了储气筒作为储能动力源，大大提高了其工作时的效率有效解决了传统利用微水头抽水的系统抽水缓慢、瞬时功率差等缺点;三是在太阳能追踪系统的曲面镜的焦点处设置气体加热腔加热从储气泵中出来的气体，再用加热过的高温气体驱动水锤泵泵水，增加了抽水时的功率;四是储气筒设置在水中，利用水降低储气筒内气体温度，实现多储存气体的目的;五是太阳能追踪系统根据阳光变化实时对太阳能进行追踪，确保太阳能充分利用。

附图说明

图1为本发明的结构和原理图。

图2为太阳能追踪系统结构图。

图3为太阳能追踪系统中控制系统分析对比光敏电阻采集的阳光信号驱动电动机原理图。

图中各标号依次表示：流体采能机构(1),稳定支架(2)、蓄能飞轮(3)、离合器(4),变速机构(5)、曲柄连杆机构(6)、柱塞式气泵(7)、进气单向阀(8)、出气单向阀(9)、气泵出气管(10)、安全限压阀(11)、储气筒(12)、气体开关(13)、联轴器(14)、水泵出水口(15)、中压水管(16)、流量控制阀(17)、水锤泵(18)、出水控制阀(19),趸船(20)、高压水管(21)、远端蓄水池(22)、转子式水泵(23)、水泵进水口(24)、进水单向阀(25)、低压水管(26)、过滤器(27)、文丘里管(28)、气压马达(30)、气泵进气管(31)、空气过滤器(32)、气筒出气管(33),高压限压阀(34)、太阳能追踪系统(35)、气体加热腔(36)、腔体出气管(37)、底座(351)、支柱(352)、支撑杆(353)、曲面镜(354)、调节杆(355)、钢绳固定孔(256)、钢丝绳(357)、电动机(358)、绞线盘(359)、活动铰链(340)、光敏电阻(342)、控制系统(343)。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步描述，由于以下所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所想到的变化或替代，都涵盖在本发明的保护范围之内。

一种利用太阳能增压的储能式微水头流体能抽水系统，该系统由流体采能机构(1)、变速机构(5)、曲柄连杆机构(6)、柱塞式气泵(7)、储气筒(12)、气压马达(30)、转子式水泵(23)、水锤泵(18)、太阳能追踪系统(35)、气体加热腔(36)及管道组成，其中流体采能机构(1)与变速机构(5)联接，变速机构(5)通过曲柄连杆机构(6)与柱塞式气泵(7)联接，柱塞式气泵(7)的气泵出气管(10)连接储气筒(12)，储气筒(12)的气筒出气管(33)连接设置在太阳能追踪系统(35)上的气体加热腔(36)，气体加热腔(36)通过腔体出气管(37)连接到气压马达(30)，气压马达(30)的动力输出轴联接转子式水泵(23)，转子式水泵(23)的水泵出水口(15)连接水锤泵(18);所述的太阳能追踪系统(35)上设置有曲面镜(245)，气体加热腔(36)设置在曲面镜(354)的焦点处，曲面镜(354)将照射到曲面镜(354)的阳光集中反射到气体加热腔(36)上为气体加热腔(36)内部的气体加热;所述的蓄能飞轮(3)和变速机构(5)之间安装了离合器(4);所述的气压马达(30)和转子式水泵(23)通过联轴器(14)连接;所述的柱塞式气泵(7)的气泵进气管(31)连接有空气过滤器(32);所述的柱塞式气泵(7)的气泵进气管(31)处安装有进气单向阀(8)，柱塞式气泵(7)的气泵出气管(10)处安装有出气单向阀(9);进气单向阀(8)只能使空气单向流进柱塞式气泵(7)，出气单向阀(9)只能使空气单向流出柱塞式气泵(7);所述的气体加热腔(36)上有高压限压阀(34);储气筒(12)与气体加热腔(36)之间的气筒出气管(33)上设置有气体开关(13);所述的储气泵储气筒(12)与气体开关(13)的气筒出气管(33)上设置有安全限压阀(11);转子式水泵(23)的水泵进水口(24)连接低压水管(26)，转子式水泵(23)的水泵出水口(15)通过中压水管(16)与水锤泵(18)的连接，水锤泵(18)通过高压水管(21)连接到远端蓄水池(22);所述的低压水管(26)的一端连接一个文丘里管(28)，文丘里管(28)连接一个过滤器(27)，在文丘里管(28)和转子式水泵(23)之间的低压水管(26)上安装有进水控制阀;所述的转子式水泵(23)的水泵进水口(24)处安装有进水单向阀(25)，进水单向阀(25)只允许水流单向流向转子式水泵(23)内部;所述的水锤泵(18)与高压水管(21)的连接处安装有出水控制阀(19)。

进一步的，所述的太阳能追踪系统(35)包括底座(351)、支柱(352)、支撑杆(353),曲面镜(354)、调节杆(355)、钢绳固定孔(256)、钢丝绳(357)、电动机(358)、绞线盘(359),活动铰链(340)、太阳能追踪电子采集及电机驱动部分组成;设置在底座(351)上的支柱(352)通过活动铰链(340)联接调节杆(355)，调节杆(355)与曲面镜(354)固定为一体，气体加热腔(36)通过支撑杆(353)固定在曲面镜(354)的焦点位置;电动机(358)固定在底座(351)，电动机(358)上设置有绞线盘(359)，钢丝绳(357)的一端连接绞线盘(359)，钢丝绳(357)的另一端连接钢丝绳(357)末端的钢绳固定孔(256)，电动机(358)与太阳能追踪电子采集及电机驱动部分，太阳能追踪电子采集及电机驱动部分根据阳光变化驱动电动机(358)带动绞线盘(359)收缩或放开来调节曲面镜(354)对准太阳，实现太阳能追踪;太阳能追踪电子采集及电机驱动部分是通过两片相互成45度设置光敏电阻(342)采集照射到光敏电阻(342)上的太阳光强度进行对比，并通过控制系统(343)分析判断，最终驱动电动机(358)带动绞线盘(359)收缩或放开来调节曲面镜(354)对准太阳，实现太阳能追踪功能;所述的光敏电阻对称设置在曲面镜(354)的上下边上。

进一步的，所述的管道包括气压管道和水管，气压管道包括柱塞式气泵(7)上的气泵进气管(31)和气泵出气管(10)、储气筒(12)上的气筒出气管(33)、气体加热腔(36)上的腔体出气管(37)，水管包括低压水管(26)、中压水管(16)、高压水管(21)。

进一步的，所述的变速机构(5)为增速机构，其将流体采能机构(1)传递给它的转速增大后传递给曲柄连杆机构(6)带动柱塞式气泵(7)运动以实现柱塞式气泵(7)向储气筒(12)内压入大气的功能。

进一步的，所述的转子式水泵(23)和水锤泵(18)之间的中压水管(16)上安装有流量控制阀(17)。

进一步的，变速机构(5)、曲柄连杆机构(6)、柱塞式气泵(7)、储气筒(12)、气压马达(30)、转子式水泵(23)、水锤泵(18)、太阳能追踪系统(35)及太阳能追踪系统(35)上的气体加热腔(36)安装在趸船(20)上，所述的流体采能机构(1)通过稳定支架(2)固定在趸船(20)底部;所述的储气筒(12)设置在趸船(20)下方。

进一步的，所述的流体采能机构(1)上有宽大的叶片。

进一步的，所述的流体采能机构(1)和变速机构(5)之间增加了蓄能飞轮(3)。

本发明的工作原理是：水流推动流体采能机构(1)旋转，流体采能机构(1)带动蓄能飞轮(3)旋转，同时流体采能机构(1)和蓄能飞轮(3)的转动能量通过离合器(4)传递到变速机构(5)，变速机构(5)将获得的转速进行增速后传递给曲柄连杆机构(6)，曲柄连杆机构(6)带动柱塞式气泵(7)运动将外界空气压缩到储气筒(12)内保存，当需要抽水时当需要抽水时，气体开关(13)打开，气体经储气筒(12)进入气体加热腔(36)加热后再经腔体出气管(37)进入气压马达(30)由气压马达(30)的排气孔排出并推动气压马达(30)带动转子式水泵(23)旋转实现抽水，水流经文丘里管(28)、低压水管(26)、转子式水泵(23)、中压水管(16)抽到水锤泵(18)，水锤泵(18)再将流进其内部的水流进行增压后经高压水管(21)输送到远端蓄水池(22)，实现抽水功能;气体加热腔(36)设置在太阳能追踪系统(35)的曲面镜(354)焦点处，曲面镜(354)将照射到曲面镜(354)的阳光集中反射到气体加热腔(36)上为气体加热腔(36)内部的气体加热;储气筒(12)设置在水中，利用水降低储气筒(12)内气体温度，实现多储存气体的目的;太阳能追踪系统(35)根据阳光变化实时对太阳能进行追踪，确保太阳能充分利用。

当水流落差较小时，由于流体采能机构(1)的叶轮很宽大，其能够拦截大量水流以蓄积大量的势能来推动其旋转，最终实现利用微水头流体抽水的功能。

低压水管(26)上的进水单向阀(25)和中压水管(16)上的流量控制阀(17)能有效帮助用户调节水的流量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应当以权利要求为准。