專利名稱:水壓氣壓抽水機的制作方法
本發(fā)明涉及一種以水的落差能量為動力的水壓氣壓抽水機，特別適用于山區(qū)、丘陵有落差的江河、小溪、渠道、水庫、堰塘和存水田抽水，也適用于工農(nóng)業(yè)提升其它液體。
以水的落差為動力的抽水裝置是水輪泵，它利用水的落差能量推動水輪機的葉輪旋轉(zhuǎn)，再帶動泵體抽水，這種裝置只能利用低水頭大流量的水力資源，抽水高度受到一定的限制，結(jié)構(gòu)復雜，成本高，效率低，適用范圍小。
為了解決這個問題，通常采用高壓空氣作為傳遞能量的介質(zhì)或利用真空負壓的作用將水或其它液體輸送到一定的高度。通過檢索，并查閱現(xiàn)有技術(shù)資料，美國專利US3606585所述液壓驅(qū)動泵、US4181470所述氣動液壓泵和US4021147所述氣壓驅(qū)動泵，均是利用機電作動力產(chǎn)生壓縮空氣達到輸送液體的目的，其結(jié)構(gòu)復雜，僅適用于工業(yè)上測量流體的流量;美國專利，US4339232所述壓差液體輸送系統(tǒng)是使高位密封槽內(nèi)形成負壓將低位槽的液體提升到高位槽內(nèi)，它需要一臺真空泵使高位槽內(nèi)保持負壓;US4231712所述海水提升裝置，由多層垂直結(jié)構(gòu)的密封小室組成，每個密閉小室的上部有入水口，下部有出水口和空氣入口，每個小室的出水口與其上面小室的入水口相連，每個小室空氣入口的進氣管與浸入海水中的裝置底部相連，這些進氣管用來傳遞海浪的壓力，利用海浪不斷地沖擊反復地壓縮和抽出進氣管和密閉小室中的空氣，使每個小室的海水逐級向上輸送，最上層的小室將海水輸送到貯水槽內(nèi);US3829246所述優(yōu)選的具體裝置，是利用水頭下落產(chǎn)生的吸氣作用，使一系列密封容器產(chǎn)生負壓，將水提升到一定的高度?？傊F(xiàn)有的抽水裝置結(jié)構(gòu)復雜，適用范圍受到一定的限制。
本發(fā)明的目的是要提供一種以水的落差能量為動力的水壓氣壓抽水機，避免已知技術(shù)的缺點，創(chuàng)造一種結(jié)構(gòu)盡可能簡單，成本低，效率高，耗能少，適用范圍比較廣的新的抽水裝置。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下方式完成的。根據(jù)帕斯卡和玻意耳-馬略特定律，本發(fā)明以具有一定的落差的水源為動力，壓縮密閉容器中的空氣，被壓縮的空氣作為傳遞能量的介質(zhì)，使密閉的輸水器中的水承受一定的壓力，從而實現(xiàn)將輸水器中的水提升到一定高度的目的。
本發(fā)明主要工作部件為密閉的壓縮器和密閉的輸水器。壓縮器的容積是輸水器容積的1.1～1.2倍，將壓縮器安裝在具有一定落差的水源之下(最小落差應(yīng)大于2米)，用壓力引水管與水源連通。輸水器有輸水管和抽水管，輸水管與水源連通，并有單向閥調(diào)節(jié)水的流入，抽水管將輸水器中的水輸送到貯水槽內(nèi)，但是輸水器頂部的位置應(yīng)低于或等于水源水平面的位置，抽水管的進水口和出水口最高點的垂直距離應(yīng)小于水源水平面到壓縮器壓力引水管最低位置的落差距離。壓縮器上部有導氣管與輸水器相連通。
抽水時，先使壓縮器內(nèi)充滿常壓空氣，輸水器充滿水，再打開壓力引水管的閥門，水源中的水流入壓縮器，壓縮其內(nèi)的空氣，被壓縮的空氣由導氣管進入輸水器，輸水器內(nèi)的水受到一定的壓力便經(jīng)抽水管流入貯水槽;當壓縮器內(nèi)裝滿水，輸水器抽完水時，依靠壓縮器內(nèi)的液位控制器和輸水管單向閥的配合，使壓縮器內(nèi)的水迅速排出，輸水器內(nèi)的壓縮空氣立即返回壓縮器內(nèi)，同時輸水器又充滿水，開始第二次循環(huán)。如此往復循環(huán)便實現(xiàn)自動抽水。
如果抽水高度要求不大于水的落差高度，可采用一個壓縮器和一個輸水器抽水，即上述一級壓縮一級抽水。
當抽水高度大于水的落差高度時，可使用一個壓縮器和多個相同的輸水器(一般2～10個)進行一級壓縮多級抽水。壓縮器的容積應(yīng)為輸水器總?cè)莘e的1.1～1.2倍，通過導氣管將壓縮器和所用輸水器連通;各輸水器上、下分布，其相互間垂直距離以及各抽水管的進水口與出水口最高點的垂直距離應(yīng)相等，且小于水源水平面到壓縮器壓力引水管最低位置之間的落差距離;除第一級抽水的輸水器與水源連通外，其余各級輸水器的輸水管與前一級貯水槽相通。
為了減少壓縮器的容積，可使用一個或若干個相同的密閉容器用水管串連起來與壓縮器接通，并用導氣管互相連通，同樣可以進行一級壓縮多級抽水。該密閉容器內(nèi)無液位控制器、排水管，不與壓力引水管接通。
當水源的落差較大，為了充分利用落差能量，不宜采用一級壓縮一級抽水時，可采用多級壓縮一級抽水，即使用二個以上相同的壓縮器(一般2-10個)和一個輸水器串聯(lián)壓縮實現(xiàn)一級抽水。所用壓縮器的總?cè)莘e應(yīng)為輸水器容積的1.1～1.2倍;各壓縮器自上而下分布，其相互間的垂直距離應(yīng)小于或等于水源水平面到第一級壓縮器壓力引水管最低位置之間的落差距離;第一級壓縮器的壓力引水管與水源相通，其余各級壓縮器的壓力引水管與上一級的貯水池相通;通過導氣管將各級壓縮器與輸水器連通。
如果水源落差距離較大(20米以上)，為了充分利用能源，減少裝置，可采用高壓力一級壓縮一級抽水。壓縮器的位置隨其內(nèi)的空氣預壓力的增大而降低，輸水器的位置相對于水源水平面也要降低相等距離，其抽水高度取決于水源的落差高度，效率的高低取決于壓縮器內(nèi)空氣預壓力的大小。抽水前壓縮器內(nèi)應(yīng)預壓一定的壓力空氣，抽水辦法與一級壓縮一級抽水相同。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下實施例及附圖給出。
圖1，是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
圖2，是壓縮器正剖視圖。
圖3，是輸水器正剖視圖。
圖4，是本發(fā)明一級壓縮多級抽水結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5，是本發(fā)明多級壓縮一級抽水結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6，是本發(fā)明高壓力一級壓縮一級抽水結(jié)構(gòu)示意圖。
參照圖1、2、3、4、5、6，對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)詳述如下。
參照圖1，本發(fā)明由壓縮器(4)、輸水器(7)、壓力引水管(2)、排水管(5)、導氣管(6)、輸水管(8)、抽水管(11)閘閥(3)、(12)、單向閥(9)、(10)、(14)和加壓管(15)組成。
參照圖2，壓縮器(4)的外殼(4-1)是由金屬或塑料制成，與底板(4-2)聯(lián)成一體構(gòu)成一個密閉的容器，可承受3～8個大氣壓力，并用螺栓(4-3)固定在支架(4-4)上。外殼(4-1)的上部有與輸水器(7)連通的導氣管(6)。底板(4-2)左側(cè)有與水源(1)連通的壓力引水管(2)，右側(cè)有排水管(5)，后者的內(nèi)經(jīng)是前者內(nèi)經(jīng)的5-10倍。壓縮器內(nèi)部有一個液位控制器(16)，用于關(guān)閉和開啟壓力引水管(2)、排水管(5)和浮筒(16-7)的進水口(16-14)、放水管(16-11)，它固定在支架(4-5)上。
液位控制器(16)用塑料、橡膠或金屬材料制成的浮子(16-1)、(16-2)、(16-3)，由木材或橡膠制成的塞子(16-4)、(16-5)、(16-6)，浮筒(16-7)，拉線(16-8)、(16-9)，杠桿(16-12)，排氣管(16-10)，放水管(16-11)，橡膠及金屬材料制成的排水閥(16-13)和控制桿(16-14)組成。它通過支架(4-5)固定在底板(4-2)中間，也可以偏離其中間固定。
參照圖3，輸水器(7)的外殼(7-1)由金屬材料或塑料制成，與底板(7-2)用螺栓(7-3)聯(lián)接構(gòu)成一個密閉的容器，可承受3～8個大氣壓力。它的上部有接頭(7-4)與導氣管(6)聯(lián)接，下部的左側(cè)有輸水管(8)與水源(1)連通，右側(cè)有抽水管(11)可將輸水器(7)中的水輸送到貯水槽(13)。單向閥(9)、(10)即止逆閥。
操作時，壓縮器(4)充滿常壓空氣，輸水器(7)充滿水，打開閘閥(12)，再打開閘閥(3)，水源(1)的水經(jīng)壓力引水管(2)流入壓縮器(4)，隨著壓縮器(4)內(nèi)水位增高浮子(16-1)先浮起將放水管(16-11)關(guān)閉，并壓縮其內(nèi)的空氣沿導氣管(6)進入輸水器(7);由于輸水器(7)內(nèi)的水承受一定的壓力，水便沿單向閥(10)，抽水管(11)輸送到貯水槽(13);當壓縮器(4)內(nèi)的水上升到一定位置，輸水器(7)中的水接近抽完時，浮子(16-2)沿控制桿(16-15)浮起將進水口(16-14)打開，水流入浮筒(16-7)，氣體沿排氣管(16-10)排出，并牽動拉線(16-8)帶動杠桿(16-12)轉(zhuǎn)動一定的角度，杠桿支點固定在支架(4-5)上面，其左端使塞子(16-4)關(guān)閉進水口(3-5)，其右端牽動拉線(16-9)將排水閥(16-13)打開，壓縮器(4)內(nèi)的水開始排出(可排往低處農(nóng)田或其它需水的地方);在壓縮器(4)排水的過程中，輸水器(7)內(nèi)的壓縮空氣開始沿導氣管(6)返回，使壓縮器(4)從新充氣(無須另外補充空氣)，此時輸水器(7)內(nèi)形成負壓，單向閥(9)打開，水源(1)的水便流入輸水器(7)，直到其內(nèi)充滿水壓縮空氣全部返回壓縮器(4)為止;當壓縮器(4)內(nèi)的水位逐漸降低，直到接近排完時，浮子(16-2)、(16-3)、(16-1)先后回到原來的位置，并使塞子(16-5)、(16-4)、(16-6)也先后恢復原來的位置，排水閥(16-13)關(guān)閉，便開始第二個循環(huán)。如此往復進行便將水源(1)中的水提升到貯水槽(13)。
上述為常壓下一級壓縮一級抽水，適用于抽水高度在10米以下，壓縮器(4)的容積為輸水器(7)容積的1.1～1.2倍;輸水器(7)頂部的位置應(yīng)低于或平行于水源(1)的水平面;抽水管(11)的進水口到其出水口最高點的垂直距離應(yīng)小于水源(1)水平面到壓力引水管(2)最低點的落差距離。
如果利用水源(1)的落差能量提取第二水源的水，可將輸水管(8)與第二水源連通，便可將第二水源的水提升到貯水槽(13);如果提取石油、乳化液或其它液體，可將輸水管(8)與石油、乳化液或其它液體連通，同樣可以達到提升的目的。
參照圖4，當抽水高度大于落差高度時，可使用一個壓縮器(4)和三個(或多個)相同的輸水器(7)進行一級壓縮三級(或多級)抽水。壓縮器(4)的容積應(yīng)為輸水器(7a)、(7b)、(7c)總?cè)莘e的1.1～1.2倍;壓縮器(4)的導氣管(6)分別與各級輸水器(7a)、(7b)、(7c)連通;輸水器(7a)與(7b)、(7b)與(7c)之間的垂直距離以及各輸水器抽水管(11a)、(11b)、(11c)的進水口與其出水口最高點的垂直距離應(yīng)分別等于或小于水源(1)的水平面到壓縮器(4)的壓力引水管(2)最低點的落差距離;各級輸水器除第一級輸水器(7a)的輸水管(8a)與自然水源(1)相通外，其余兩級輸水器(7b)、(7c)的輸水管(8b)、(8c)分別與前一級貯水池(13a)、(13b)連通。其抽水方法與一級壓縮一級抽水相同，在抽水前輸水器(7a)、(7b)、(7c)充滿水，除最后一級輸水器(7c)的水被抽到貯水槽(13c)被利用外，其余兩級輸水器(7a)、(7b)分別將水抽到貯水槽(13a)、(13b)作為輸水器(7b)、(7c)的水源。
圖5所示為三級(或多級)壓縮一級抽水，適用于充分利用不適宜一級壓縮的高落差水源，而抽水高度要求又適合一級抽水的情況。所用三個壓縮器(4a)、(4b)、(4c)完全相同，總?cè)莘e為輸水器(7)容積的1.1～1.2倍。壓縮器(4a)與(4b)、(4b)與(4c)之間的垂直距離與水源(1)水平面到壓縮器(4a)的壓力引水管(2a)最低位置之間的落差距離相等;第一級壓縮器(4a)與水源(1)相通，其余兩級壓縮器(4b)、(4c)、分別通過壓力引水管(2b)、(2c)與上一級貯水池(1a)、(1b)連通;壓縮器(4a)、(4b)、(4c)通過導氣管(6)與輸水器(7)連通。其抽水方法與一級壓縮一級抽水相同，先將壓縮器(4a)、(4b)、(4c)充滿空氣。輸水器(7)充滿水;抽水過程中壓縮器(4a)、(4b)、(4c)內(nèi)的空氣通過導氣管(6)進入輸水器(7)，輸水器(7)內(nèi)的水便通過抽水管(11)流入貯水槽(13);當輸水器(7)內(nèi)的水接近抽完時，水源(1)的水流入，其內(nèi)的空氣經(jīng)導氣管(6)流回壓縮器(4a)、(4b)、(4c);壓縮器(4a)、(4b)內(nèi)的水排入貯水池(1a)、(1b)分別作為壓縮器(4b)、(4c)的水源;壓縮器(4c)內(nèi)的水則排入農(nóng)田或其它需水的地方。
圖6為高壓力一級壓縮一級抽水，適用于水源(1)落差距離較大的地方。為適應(yīng)這種條件抽水，必須通過加壓管(15)向壓縮器(4)內(nèi)輸入一定的預壓空氣。為確保預壓空氣不從壓縮器(4)和輸水器(7)內(nèi)跑掉，保證抽水正常進行，在安裝時與常壓下一級壓縮一級抽水不同點是若水源(1)的水平面至排水管(5)的閘閥(5-1)垂直距離為落差距離，壓縮器(4)的位置隨預壓空氣壓力的增大，越要低于閘閥(5-1)(即越要低于落差距離最低點)，輸水器(7)也應(yīng)置于水源(1)以下，用管道中的水柱來保持兩個容器內(nèi)的預壓空氣，否則預壓空氣是很難保持在壓縮器(4)內(nèi)也不能實現(xiàn)高壓力抽水。高壓力抽水主要是為了節(jié)約能源，提高效率，與多級壓縮一級抽水相比減少了裝置。
當壓縮器(4)內(nèi)為三個大氣壓力(高于常壓空氣二個大氣壓力)，為保證整個系統(tǒng)正常抽水，壓縮器(4)的位置應(yīng)低于水源(1)30米的落差距離以下20米，即水源(1)的水平面至壓力引水管(2)最低點垂直距離50米;輸水器(7)的位置也應(yīng)低于水源(1)水平面20米(即水源(1)的水平至抽水管(11)最低處垂直距離);導氣管(6)的高度應(yīng)高于水源(1)的水平面;排水管(5)的閘閥(5-1)應(yīng)低于或等于20米。其抽水高度略小于30米。
由于本發(fā)明是利用水的落差能量為動力提升水或其它液體并利用空氣作為傳遞落差能量的介質(zhì)，因此結(jié)構(gòu)簡單，成本低，能量損耗少，加工安裝方便，適用范圍比較廣。
權(quán)利要求
1.一種由密閉的輸水器、壓力引水管、輸水管、抽水管、導氣管和單向閥組成的水壓氣壓抽水機，其特征是a、具有密閉的壓縮器(4)，b、壓縮器(4)內(nèi)還有一個液位控制器(16)，c、導氣管(6)上有一個加壓管(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1規(guī)定的抽水機，其特征是壓縮器(4)頂部有導氣管(6)與輸水器(7)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1規(guī)定的抽水機，其特征是液位控制器(16)的下部有一個浮子(16-1)，用于控制塞子(16-6)關(guān)閉或開啟放水管(16-11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1規(guī)定的抽水機，其特征是液位控制器(16)的上部有一個浮子(16-2)，用于控制塞子(16-5)關(guān)閉或開啟進水口(16-14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1規(guī)定的抽水機，其特征是液位控制器(16)的中部有一個浮子(16-3)，通過拉線(16-8)控制杠桿(16-12)轉(zhuǎn)動一定的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1、5規(guī)定的抽水機，其特征是杠桿(16-12)可以轉(zhuǎn)動一定的角度，控制其左端的塞子(16-4)關(guān)閉或開啟進水口(3-5)，控制其右端拉線(16-9)開啟或關(guān)閉閘閥(16-13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1、2規(guī)定的抽水機，其特征是導氣管(6)與一個壓縮器(4)和多個相同的、上下分布的輸水器(7)連通，可進行一級壓縮多級抽水。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1、2規(guī)定的抽水機，其特征是導氣管(6)與一個輸水器和多個相同的、上下分布的壓縮器(4)連通，可進行多級壓縮一級抽水。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1、2規(guī)定的抽水機，其特征是壓縮器(4)內(nèi)的高壓空氣由加壓管(15)輸入，可進行高壓力一級壓縮一級抽水。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種以水的落差能量為動力的水壓氣壓抽水機，特別適用于山區(qū)、丘陵有落差的江河、小溪、渠道、水庫、堰塘和存水田抽水，也適用于工農(nóng)業(yè)提升其它液體。本發(fā)明主要工作部件為密閉的壓縮器和密閉的輸水器，壓縮器內(nèi)有能夠自動控制本發(fā)明整個系統(tǒng)運行的液位控制器，當有落差的水進入壓縮器，其內(nèi)的空氣受到壓縮并通過導氣管進入輸水器，輸水器內(nèi)的水受壓后沿抽水管提升到貯水池。若將輸水器與第二水源或其它液體接通，則實現(xiàn)利用第一水源的落差能量提升第二水源的水或其它液體的目的。
文檔編號F04F1/06GK87103050SQ87103050
公開日1988年3月30日 申請日期1987年10月31日
發(fā)明者趙顯金 申請人:趙顯金導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan