本發(fā)明屬于水力能動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以平衡式浮力助動(dòng)勢能與動(dòng)能轉(zhuǎn)換的高效利用浮力能通過重力轉(zhuǎn)換輸出動(dòng)力的方法。

背景技術(shù)：

水不僅是人們賴以生存的基礎(chǔ)，水力能更是一種可再生的能源，為人類的生產(chǎn)、生活提供了極大的便利。傳統(tǒng)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(dòng)能的轉(zhuǎn)換，沖擊低位的水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)然，還有利用海洋潮汐能來發(fā)電的水力能利用方式。但是，這些利用方式，都依賴于自然地理?xiàng)l件，客觀上這些資源都是非常有限的。為了進(jìn)一步開發(fā)水力能并使之應(yīng)用于更廣大缺乏能夠形成水力自然落差資源的地區(qū)，本申請(qǐng)人曾開發(fā)了將靜水提升到高處形成高位勢能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為動(dòng)能并通過機(jī)械方式為發(fā)電機(jī)提供能量，進(jìn)而達(dá)到利用靜水進(jìn)行動(dòng)力輸出與發(fā)電的目的。這種技術(shù)的關(guān)鍵是需要大容量，低能耗的高揚(yáng)程水泵送裝置。為此，本申請(qǐng)人開發(fā)了一系列利用水力能提升重力體從而將勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出裝置，由于這些技術(shù)方案的浮力能轉(zhuǎn)換為勢能的過程中，均需外輸動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，加之部件之間的“不協(xié)調(diào)運(yùn)行”形成的阻力消耗，導(dǎo)致輸入功率增大，從而降低了動(dòng)力輸出效率。為此，研制開發(fā)一種系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行能耗低，能夠高效利用浮力能助動(dòng)重力體將浮力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力或電力輸出技術(shù)是非常必要的，且具有巨大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種以平衡式浮力助動(dòng)勢能與動(dòng)能轉(zhuǎn)換的高效利用浮力能通過重力轉(zhuǎn)換輸出動(dòng)力的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括浮力助動(dòng)、勢能提升、機(jī)械能轉(zhuǎn)換工藝，具體包括：

A、所述的浮力助動(dòng)，在機(jī)架之基座上對(duì)稱設(shè)置水平擺動(dòng)式平衡臂，平衡臂兩端設(shè)置浮力艙；所述的浮力艙內(nèi)相應(yīng)地設(shè)置浮動(dòng)重力體，并通過浮力艙內(nèi)的浮力介質(zhì)將浮力作用于浮動(dòng)重力體，助動(dòng)其上升形成勢能；

B、所述的勢能提升，平衡態(tài)的平衡臂在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下失去平衡，將一端浮力艙送至高位，隨之其中的浮動(dòng)重力體在浮力作用下勢能被提升；對(duì)應(yīng)的另一端浮力艙降至低位，隨之其中的浮動(dòng)重力體在浮力解除后勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；

C、所述的機(jī)械能轉(zhuǎn)換，浮動(dòng)重力體因浮力艙的狀態(tài)和浮力作用而升降，升降過程中浮動(dòng)重力體將其積蓄的勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，再通過動(dòng)力傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)為機(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能。

本發(fā)明基于平衡式浮力助動(dòng)結(jié)構(gòu)，使得浮力艙在較小的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下即可因失衡而上下擺動(dòng)，上升端的浮力艙通過浮力介質(zhì)將其中的浮動(dòng)重力體浮升至高位，積蓄勢能，同時(shí)在上升時(shí)重力體也會(huì)帶動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)裝置，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出裝置對(duì)外輸出動(dòng)力；與此同時(shí)，下降端的浮力艙下降，解除對(duì)助動(dòng)重力體的浮力支撐，助動(dòng)重力體積蓄的勢能隨著其快速下落轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，同時(shí)重力體會(huì)帶動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)裝置，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出裝置對(duì)外輸出動(dòng)力。相反，平衡臂兩端的浮力艙交替上升或下降，浮力助動(dòng)重力體浮升或下落，循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)低能耗利用浮力能提升重力勢能，往復(fù)做功轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，對(duì)外輸出動(dòng)力。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定可靠，平衡臂的作用，使得系統(tǒng)僅需要消耗較小的電力，即發(fā)揮浮力能的作用，從而通過勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸出?？稍跓o自然落差水資源地方利用水力發(fā)電，可建造大型靜水電站，是一種高效動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出設(shè)備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法工作原理圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式整體結(jié)構(gòu)半剖示意圖；

圖3為圖2之AA向視圖；

圖4為圖2之BB向視圖；

圖中：1-平衡基座，2-平衡臂，3-浮力艙，4-浮動(dòng)重力體，5-傳導(dǎo)軸，6-平衡控制裝置，7-減速器，8-牽拉驅(qū)動(dòng)軸，9-牽拉卷揚(yáng)輥，10-牽拉索，11-緩沖助力裝置，12-動(dòng)力輸出輪，13-吊索，14-傳導(dǎo)軸鎖控裝置，15-驅(qū)動(dòng)齒輪，16-從動(dòng)齒輪，17-驅(qū)動(dòng)鏈條，18-浮力艙支撐滾輪，19-重力體支撐滾輪，20-重力體導(dǎo)軌，21-浮力艙導(dǎo)軌，22-機(jī)架，23-驅(qū)動(dòng)輪，24-從動(dòng)輪，25-驅(qū)動(dòng)索，26-配重錘，27-吊索滑輪，28-牽拉索扣，29-傳動(dòng)齒條，30-導(dǎo)向裝置，31-導(dǎo)向柱滑輪，32-導(dǎo)向柱鎖定套，33-牽拉卷揚(yáng)輪，34-平衡臂控制電機(jī)，35-高位平臺(tái)，36-發(fā)電機(jī)， 37-牽拉驅(qū)動(dòng)電機(jī)，38-動(dòng)力輸出軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不以任何方式對(duì)本發(fā)明加以限制，依據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)所作的任何變更或替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明所述的利用浮力能通過重力轉(zhuǎn)換輸出動(dòng)力的方法，包括浮力助動(dòng)、勢能提升、機(jī)械能轉(zhuǎn)換工藝，具體包括：

A、所述的浮力助動(dòng)，在機(jī)架之基座上對(duì)稱設(shè)置水平擺動(dòng)式平衡臂，平衡臂兩端設(shè)置浮力艙；所述的浮力艙內(nèi)相應(yīng)地設(shè)置浮動(dòng)重力體，并通過浮力艙內(nèi)的浮力介質(zhì)將浮力作用于浮動(dòng)重力體，助動(dòng)其上升形成勢能；

B、所述的勢能提升，平衡態(tài)的平衡臂在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下失去平衡，將一端浮力艙送至高位，隨之其中的浮動(dòng)重力體在浮力作用下勢能被提升；對(duì)應(yīng)的另一端浮力艙降至低位，隨之其中的浮動(dòng)重力體在浮力解除后勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；

C、所述的機(jī)械能轉(zhuǎn)換，浮動(dòng)重力體因浮力艙的狀態(tài)和浮力作用而升降，升降過程中浮動(dòng)重力體將其積蓄的勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，再通過動(dòng)力傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)為機(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能。

所述的平衡臂呈平行狀態(tài)，平衡臂兩端分別通過銷軸與浮力艙兩側(cè)端動(dòng)配合連接，以保證平衡臂帶動(dòng)浮力艙上下運(yùn)動(dòng)過程中保持縱向運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)，助動(dòng)重力體與浮力艙之間通過軌道-滾輪機(jī)構(gòu)動(dòng)配合并實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)。

所述的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系指平衡臂兩端的浮力艙分別通過動(dòng)力輸入助動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，即通過聯(lián)動(dòng)牽拉平衡臂兩端的浮力艙實(shí)現(xiàn)浮力艙以平衡臂支撐軸為中心的翹式聯(lián)動(dòng)；所述的動(dòng)力輸入助動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過減速器驅(qū)動(dòng)牽拉驅(qū)動(dòng)軸、牽拉卷揚(yáng)輥帶動(dòng)牽拉索拉動(dòng)平衡臂兩端的浮力艙上下運(yùn)動(dòng)。

所述的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系指通過支撐平衡臂的平衡基座上設(shè)置的平衡控制裝置驅(qū)動(dòng)平衡臂擺動(dòng)，帶動(dòng)浮力艙翹式聯(lián)動(dòng)；所述的平衡控制裝置包括平衡臂控制電機(jī)與平衡臂支撐軸驅(qū)動(dòng)配合的變速驅(qū)動(dòng)裝置，以改變平衡臂的平衡狀態(tài)或從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)。

所述的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系指通過連接于平衡臂兩端浮力艙之間的平衡吊索的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，即機(jī)架頂部對(duì)稱設(shè)置平衡吊索滑輪組，一對(duì)平行的平衡吊索兩端分別連接于平衡臂兩端的浮力艙兩側(cè)邊，實(shí)現(xiàn)隨平衡臂擺動(dòng)時(shí)的聯(lián)動(dòng)；所述的平衡吊索通過動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)，借助于平衡臂改變其兩端的浮力艙的狀態(tài)。

所述的浮力艙為深井式結(jié)構(gòu)，其中縱向設(shè)置浮動(dòng)重力體導(dǎo)向軌道，浮動(dòng)重力體受浮力艙內(nèi)液體的浮力而浮動(dòng)，并隨著浮力艙的上下運(yùn)動(dòng)而承受浮力而提升勢能，或解除浮力而釋放勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。

所述的浮動(dòng)重力體頂部設(shè)置有動(dòng)力傳動(dòng)裝置，將其受浮力作用上下運(yùn)動(dòng)過程中獲得的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)為電能；所述的動(dòng)力傳動(dòng)裝置為齒條-齒輪結(jié)構(gòu)，即浮動(dòng)重力體頂部之傳導(dǎo)軸上設(shè)置傳動(dòng)齒條，通過齒輪傳動(dòng)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換機(jī)械能。

所述的動(dòng)力傳動(dòng)裝置為卷揚(yáng)輥輪-驅(qū)動(dòng)索結(jié)構(gòu)，即在浮動(dòng)重力體頂部設(shè)置隨動(dòng)于浮動(dòng)重力體傳導(dǎo)軸的驅(qū)動(dòng)索，通過卷揚(yáng)輥輪傳動(dòng)將浮動(dòng)重力體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換機(jī)械能。

所述的驅(qū)動(dòng)索一端設(shè)置于浮動(dòng)重力體頂部，隨動(dòng)于傳導(dǎo)軸，驅(qū)動(dòng)索另一端經(jīng)過通過驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪，并經(jīng)動(dòng)力轉(zhuǎn)換輪聯(lián)結(jié)配重錘，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

所述的浮力艙為多聯(lián)組合式結(jié)構(gòu)，每個(gè)艙室內(nèi)設(shè)置浮動(dòng)重力體，構(gòu)成單元浮升勢能轉(zhuǎn)換裝置，單元裝置之間既可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)，也可以分時(shí)聯(lián)動(dòng)。

圖2~圖4示出了本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

本實(shí)施例的技術(shù)方案包括平衡基座1、平衡臂2、浮力艙3、浮動(dòng)重力體4、傳導(dǎo)軸5、動(dòng)力輸入助動(dòng)裝置、動(dòng)力傳動(dòng)裝置和動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出裝置，所述的平衡基座1上設(shè)置平衡臂2，平衡臂2兩端分別設(shè)置浮力艙3，所述的浮力艙3中設(shè)置浮動(dòng)重力體4，且兩者通過浮力介質(zhì)浮動(dòng)配合，所述的浮動(dòng)重力體4頂部設(shè)置傳導(dǎo)軸5，所述的傳導(dǎo)軸5與設(shè)置于機(jī)架22上的導(dǎo)向裝置30動(dòng)配合；所述的平衡臂2或浮力艙3分別連接動(dòng)力輸入助動(dòng)裝置；所述的浮動(dòng)重力體4通過傳導(dǎo)軸連接動(dòng)力傳動(dòng)裝置，動(dòng)力傳動(dòng)裝置聯(lián)接動(dòng)力轉(zhuǎn)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(dòng)配合實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)行。

所述的平衡臂2兩端之浮力艙3分別連接動(dòng)力輸入助動(dòng)裝置，并實(shí)現(xiàn)浮力艙3的翹式聯(lián)動(dòng)；所述的動(dòng)力輸入助動(dòng)裝置包括牽拉驅(qū)動(dòng)電機(jī)37、減速器7，牽拉驅(qū)動(dòng)軸8，牽拉卷揚(yáng)輥9和牽拉索10，所述的牽拉驅(qū)動(dòng)電機(jī)37通過減速器7驅(qū)動(dòng)牽拉驅(qū)動(dòng)軸8和牽拉卷揚(yáng)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(shè)置的平衡控制裝置6驅(qū)動(dòng)平衡臂2擺動(dòng)，并帶動(dòng)兩端的浮力艙翹式聯(lián)動(dòng)；所述的平衡控制裝置6包括平衡臂控制電機(jī)34及與平衡臂支撐軸驅(qū)動(dòng)配合的變速驅(qū)動(dòng)裝置。

所述的平衡臂2兩端的浮力艙3通過平衡吊索13經(jīng)機(jī)架1頂部設(shè)置的吊索滑輪27相連接，所述的浮力艙3底部與設(shè)置于機(jī)架22底部的緩沖助力裝置11動(dòng)配合。

所述的浮動(dòng)重力體4頂部設(shè)置的傳導(dǎo)軸5與設(shè)置于機(jī)架22上部的傳導(dǎo)軸鎖控裝置14鎖控配合；所述的傳導(dǎo)軸鎖控裝置14包括驅(qū)動(dòng)活塞、與傳導(dǎo)軸5鎖定配合的傳導(dǎo)軸鎖定套32。

所述的動(dòng)力傳動(dòng)裝置為齒條-齒輪式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置于傳導(dǎo)軸一側(cè)的傳動(dòng)齒條29，與之配合的驅(qū)動(dòng)齒輪15，驅(qū)動(dòng)齒輪15通過驅(qū)動(dòng)鏈條17和從動(dòng)齒輪16驅(qū)動(dòng)動(dòng)力輸出軸38，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)36。

本發(fā)明的工作原理與工作過程：

本發(fā)明基于浮動(dòng)重力體在浮力艙內(nèi)受到液體介質(zhì)的浮力作用下，上升至高位形成勢能，蓄勢待發(fā)，等待浮力解除后在重力作用下自然下落，勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。在平衡臂的帶動(dòng)下，兩端的浮力艙呈翹式上下擺動(dòng)，采用動(dòng)力舉升浮力艙，一端主動(dòng)地“舉升式”提供浮力給浮動(dòng)重力體，將重力體舉送至高位；另一端主動(dòng)地“泄壓式”解除浮動(dòng)重力體承受的浮力，使重力體的勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，從而轉(zhuǎn)為機(jī)械能，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。由于平衡臂的趨衡性，使得可以在較小的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下開始系統(tǒng)工作，達(dá)到小動(dòng)力輸入，利用浮力能的轉(zhuǎn)換對(duì)外輸出較大動(dòng)力的目的。通過平衡臂簡化了系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有助于減少內(nèi)部運(yùn)行阻力，減少內(nèi)部能耗，從而更有效地將動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出用于發(fā)電或其他用途。平衡態(tài)的平衡臂在較小的動(dòng)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(zhuǎn)換為動(dòng)能，進(jìn)而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)外輸出動(dòng)力。本質(zhì)上是將浮力能轉(zhuǎn)換為電能。

圖2~4實(shí)施例的工作過程：通過動(dòng)力輸入裝置之牽拉驅(qū)動(dòng)電機(jī)37通過減速器7驅(qū)動(dòng)雙向牽拉驅(qū)動(dòng)軸8帶動(dòng)兩端的牽拉卷揚(yáng)輥9雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，一端牽拉卷揚(yáng)輥9收緊牽拉索10，將浮力艙向下拉；另一端牽拉卷揚(yáng)輥9釋放牽拉索10，浮力艙隨之上升；與此同時(shí)，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(zhuǎn)換為動(dòng)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(yùn)動(dòng)過程中，通過動(dòng)力傳動(dòng)裝置之傳動(dòng)索或驅(qū)動(dòng)鏈條帶動(dòng)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)外輸出電力。系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)，即動(dòng)力輸入裝置之牽拉驅(qū)動(dòng)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)通過減速器7驅(qū)動(dòng)雙向牽拉驅(qū)動(dòng)軸8反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)平衡臂兩端的浮力艙分別上升或下降，相應(yīng)地浮力艙內(nèi)的重力體隨之上升或下降，通過動(dòng)力傳動(dòng)裝置、動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)外輸出電力。如此周而復(fù)始，系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。