一種浮力平衡助動式重力轉換動力輸出裝置的製作方法

2023-09-20 08:03:35

本發明屬於水力能動力轉換輸出設備技術領域，具體涉及一種以平衡式浮力助動提升勢能，並帶動動能轉換的高效浮力平衡助動式重力轉換動力輸出裝置。

背景技術：

水不僅是人們賴以生存的基礎，水力能更是一種可再生的能源，為人類的生產、生活提供了極大的便利。傳統的水力能利用方式通常是利用江河之自然落差形成的勢能，即通過水力勢能向動能的轉換，衝擊低位的水輪機進行發電。當然，還有利用海洋潮汐能來發電的水力能利用方式。但是，這些利用方式，都依賴於自然地理條件，客觀上這些資源都是非常有限的。為了進一步開發水力能並使之應用於更廣大缺乏能夠形成水力自然落差資源的地區，本申請人曾開發了將靜水提升到高處形成高位勢能，進而轉換為動能並通過機械方式為發電機提供能量，進而達到利用靜水進行動力輸出與發電的目的。這種技術的關鍵是需要大容量，低能耗的高揚程水泵送裝置。為此，本申請人開發了一系列利用水力能提升重力體從而將勢能轉換為動能的動力轉換輸出裝置，由於這些技術方案在浮力能轉換為勢能的過程中，均需外輸動力驅動，加之部件之間的「不協調運行」形成的阻力消耗，導致輸入功率過大，從而降低了動力輸出效率。為此，研製開發一種系統啟動運行能耗低，能夠高效利用浮力能助動重力體將浮力能轉換為機械動力或電力輸出技術是非常必要的，且具有巨大的應用潛力。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種結構簡單，運行效率高，以平衡式浮力助動形成勢能，並促使動能轉換的高效浮力平衡助動式重力轉換動力輸出裝置。

本發明的目的是這樣實現的，包括平衡基座、平衡臂、浮力艙、浮動重力體、傳導軸、動力輸入助動裝置、動力傳動裝置和動力轉換輸出裝置，所述的平衡基座上設置平衡臂，平衡臂兩端分別設置浮力艙，所述的浮力艙中設置浮動重力體，且兩者通過浮力介質浮動配合，所述的浮動重力體頂部設置傳導軸，所述的傳導軸與設置於機架上的導向裝置動配合；所述的平衡臂或浮力艙分別連接動力輸入助動裝置；所述的浮動重力體通過傳導軸連接動力傳動裝置，動力傳動裝置聯接動力轉換輸出裝置。

本發明基於平衡式浮力助動結構，使得浮力艙在較小的動力驅動下即可因失衡而上下擺動，上升端的浮力艙通過浮力介質將其中的浮動重力體浮升至高位，積蓄勢能，同時在上升時重力體也會帶動動力傳動裝置，進而驅動動力轉換輸出裝置對外輸出動力；與此同時，下降端的浮力艙下降，解除對助動重力體的浮力支撐，浮動重力體積蓄的勢能隨著其快速下落轉換為動能，浮動重力體帶動動力傳動裝置，進而驅動動力轉換輸出裝置對外輸出動力。系統翻轉，平衡臂兩端的浮力艙交替上升或下降，浮力助動重力體浮升或下落，循環往復，實現低能耗利用浮力能提升重力勢能，往復做功轉換為動能，對外輸出動力。本發明結構簡單，工作穩定可靠，平衡臂的作用下使得系統僅需要消耗較小的電力，即可充分調動發揮浮力能的作用，從而通過勢能與動能的轉換實現動力的輸出。可在無自然落差水資源地方利用水力發電，可建造大型靜水電站，是一種高效動力轉換輸出設備。

附圖說明

圖1為本發明一種實施方式整體結構半剖示意圖；

圖2為圖1之aa向視圖；

圖3為圖1之bb向視圖；

圖4為本發明另一種實施方式整體結構半剖示意圖；

圖5為圖4之aa向視圖；

圖6為圖5之bb向視圖；

圖中：1-平衡基座，2-平衡臂，3-浮力艙，4-浮動重力體，5-傳導軸，6-平衡控制裝置，7-減速器，8-牽拉驅動軸，9-牽拉卷揚輥，10-牽拉索，11-緩衝助力裝置，12-動力轉換輪，13-平衡吊索，14-傳導軸鎖控裝置，15-驅動齒輪，16-從動齒輪，17-驅動鏈條，18-浮力艙支撐滾輪，19-重力體支撐滾輪，20-重力體導軌，21-浮力艙導軌，22-機架，23-驅動輪，24-從動輪，25-驅動索，26-配重錘，27-吊索滑輪，28-牽拉索扣，29-傳動齒條，30-導向裝置，31-傳導軸滑輪，32-傳導軸鎖定套，33-牽拉卷揚輪，34-平衡臂控制電機，35-高位平臺，36-發電機，37-牽拉驅動電機，38-動力輸出軸。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但不以任何方式對本發明加以限制，依據本發明的教導所作的任何變更或替換，均屬於本發明的保護範圍。

如圖1~圖3所示，本發明所述的浮力平衡助動式重力轉換動力輸出裝置，包括平衡基座1、平衡臂2、浮力艙3、浮動重力體4、傳導軸5、動力輸入助動裝置、動力傳動裝置和動力轉換輸出裝置，所述的平衡基座1上設置平衡臂2，平衡臂2兩端分別設置浮力艙3，所述的浮力艙3中設置浮動重力體4，且兩者通過浮力介質浮動配合，所述的浮動重力體4頂部設置傳導軸5，所述的傳導軸5與設置於機架22上的導向裝置30動配合；所述的平衡臂2或浮力艙3分別連接動力輸入助動裝置；所述的浮動重力體4通過傳導軸連接動力傳動裝置，動力傳動裝置聯接動力轉換輸出裝置。

所述的平衡臂2兩端分別與浮力艙3鉸接配合，浮力艙3通過平衡臂2與平衡基座1間的動配合實現升降運行。

所述的平衡臂2兩端之浮力艙3分別連接動力輸入助動裝置，並實現浮力艙3的翹式聯動；所述的動力輸入助動裝置包括牽拉驅動電機37、減速器7，牽拉驅動軸8，牽拉卷揚輥9和牽拉索10，所述的牽拉驅動電機37通過減速器7驅動牽拉驅動軸8和牽拉卷揚輥9，通過牽拉索10連接浮力艙3。

所述的平衡臂2通過平衡基座1上設置的平衡控制裝置6驅動平衡臂2擺動，並帶動兩端的浮力艙翹式聯動；所述的平衡控制裝置6包括平衡臂控制電機34及與平衡臂支撐軸驅動配合的變速驅動裝置。

所述的平衡臂2兩端的浮力艙3通過平衡吊索13經機架22頂部設置的吊索滑輪27相連接，所述的浮力艙3底部與設置於機架22底部的緩衝助力裝置11動配合。

所述的浮力艙3為深井式結構，與其中的浮動重力體4浮動式動配合；所述的浮動重力體4外壁與浮力艙3內壁之間通過重力體支撐滾輪19與重力體導軌20動配合。

所述的浮動重力體4外壁徑向均布且沿縱向運動的滾輪組，相應地與設置於浮力艙3內壁的重力體導軌20之間滾動配合。

所述的浮動重力體4頂部設置的傳導軸5與設置於機架22上部的傳導軸鎖控裝置14鎖控配合；所述的傳導軸鎖控裝置14包括驅動活塞、與傳導軸5鎖定配合的傳導軸鎖定套32。

所述的動力傳動裝置為齒條-齒輪式傳動結構，包括設置於傳導軸一側的傳動齒條29，與之配合的驅動齒輪15，驅動齒輪15通過驅動鏈條17和從動齒輪16驅動動力輸出軸38，帶動發動機36。

圖4~圖6示出了本發明另一實施例，所述的動力傳動裝置採用軟索式傳動方式，即所述的動力傳動裝置為軟索式結構，包括驅動索25，其一端設置於浮動重力體4頂部，且與傳動軸5隨動，另一端通過驅動輪23、從動輪24，並經動力轉換輪12聯結配重錘26，驅動動力輸出軸38帶動發動機36。

所述的浮力艙3為矩形深槽式結構，其內部分割為一組正方形深井，分別與一組浮動重力體4通過滾輪-軌道結構相配合。

所述的浮力艙3矩形框外壁對稱設置縱向滾輪組，與相應地縱向設置於機架之間的導軌滾動配合。

所述的浮力艙3上設置補給水管連接補給水源，並在浮力艙3底部設置排水管閥。

所述的動力輸入助動裝置設置於機架22底部，包括牽拉驅動電動機37、減速機7和雙向驅動軸8，分別驅動牽拉卷揚輥9，牽拉索10分別連接於浮力艙3體上。

所述的機架22頂部設置一組分別與浮動重力體4之傳導軸5相配合的鎖控裝置14。

所述的浮動重力體的體積為浮力艙容積的1/4~1/3。

所述的浮動重力體的下端呈圓錐形或方錐形。

本發明的工作原理與工作過程：

本發明基於浮動重力體在浮力艙內受到液體介質的浮力作用下，上升至高位形成勢能，蓄勢待發，等待浮力解除後在重力作用下自然下落，勢能轉換為動能。在平衡臂的帶動下，兩端的浮力艙呈翹式上下擺動，採用動力舉升浮力艙，一端主動地「舉升式」提供浮力給浮動重力體，將重力體舉送至高位；另一端主動地「洩壓式」解除浮動重力體承受的浮力，使重力體的勢能轉換為動能，從而轉為機械能，進而驅動發電機工作。由於平衡臂的趨衡性，使得可以在較小的動力驅動下開始系統工作，達到小動力輸入，利用浮力能的轉換對外輸出較大動力的目的。通過平衡臂簡化了系統內部結構，有助於減少內部運行阻力，減少內部能耗，從而更有效地將動力轉換輸出用於發電或其他用途。平衡態的平衡臂在較小的動力輸入條件下，即可失衡，使得一端浮力艙上升，而另一端浮力艙下降，而重力體在浮力作用下，得以提升勢能，勢能釋放轉換為動能，進而將機械能轉換為電能，對外輸出動力。本質上是將浮力能轉換為電能。

工作前準備，確認浮力艙排水閥處於關閉狀態，調整平衡臂處於平衡態，打開浮力艙的補給水管向兩端的浮力艙內同時均衡注水，重力體置於浮力艙內，隨著注水量增加，重力體受浮力作用自然上升，到注水約至浮力艙1/2~2/3容積處，且平衡臂處於水平穩定態時停止注水。

工作時，通過動力輸入助動裝置之牽拉驅動電機37、減速器7驅動雙向牽拉驅動軸8帶動兩端的牽拉卷揚輥9雙向轉動，一端牽拉卷揚輥9收緊牽拉索10，將浮力艙向下拉；另一端牽拉卷揚輥9釋放牽拉索10，浮力艙隨之上升；與此同時，平衡臂下降端的重力體因浮力艙的浮力解除隨之下降釋放勢能，轉換為動能；平衡臂上升端的重力體受到浮力艙的浮力作用隨之上升，積蓄勢能；重力體上下運動過程中，通過動力傳動裝置之傳動索或驅動鏈條帶動動力輸出軸，驅動發電機對外輸出電力。系統翻轉，即動力輸入裝置之牽拉驅動電機反向轉動通過減速器7驅動雙向牽拉驅動軸8反向轉動，帶動平衡臂兩端的浮力艙分別上升或下降，相應地浮力艙內的重力體隨之上升或下降，通過動力傳動裝置、動力輸出軸驅動發電機對外輸出電力。如此周而復始，系統持續運行，不斷地對外輸出動力。