一种利用外力平衡优化能量传递的装置的制作方法

本技术属于可再生能源，特别是一种利用外力平衡优化能量传递的装置。

背景技术：

1、可再生能源是来自大自然的能源，包括太阳能、风力、地热、潮汐等，其中，潮汐是重力场产生的，因此，重力场能量属于可再生能源。潮汐发电间接利用了重力场能源，但是人们不能控制潮汐发生的时间、地点和大小。美国专利（us 8919111 b2）“利用浮力获得液体内能量的装置和方法”，该专利是通过物理现象的发现，利用该技术将重力场能量转换为机械能，能在任意时间、地点和空间应用重力场能量，实现了人为对重力场能量的控制性应用，具有很好的应用前景。

2、上述专利文件记载的装置，是把地球重力转换为机械能的装置，该装置在本实用新型中称为：重力转换器。重力转换器的结构属于液力机械，人们可以复制实用新型，也可以通过完善能量传递结构实现产业化。在装置系统中，存在外部和重力场两个不同性质的能量传递子系统，其中，外部能量转换为机械能，能量传递是守恒的，重力场能量以浮力的形式转换为液体重力做功，也就是，外部能量是闭环传递的，是为浮力传递提供条件的。由于外部能量传递与向装置中输入液体的量有关，在应用中为了获得更大的输出功率，需要很多的液体流量，因此，需要单独设计大型的外部能量传递装置，不仅成本高而且能量损失大。另一个影响能量转换效率的因素是密封产生的摩擦损失。因此，如何利用装置固有的结构和能量传递特征优化能量传递，即：节省液体输送成本、提高输出功率和减少密封损失,是该技术应用中需要解决的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是要提供一种利用外力平衡优化能量传递的装置，解决需要独立装置传递外部能量，减少成本、提高能量转换效率的问题。

2、本实用新型的目的是这样实现的：一种利用外力平衡优化能量传递的装置，用于重力转换器的外力传递，重力转换器包括：壳体（1）、浮体（2）、输出轴（2-1）、进出液口（1-1）和进出气口（1-2）；还包括：气体输送装置、能量补偿装置和密封装置（3）；气体输送装置分别与壳体（1）的进出气口（1-2）和能量补偿装置连接；能量补偿装置与壳体（1）连接；密封装置（3）位于壳体（1）和浮体（2）之间，并固定在壳体（1）上，将壳体（1）分成两个工作室，所述的两个工作室为液体密封室和空气密封室，密封装置（3）的密封面与浮体（2）密封，为动密封。

3、所述的气体输送装置是利用重力转换器产生的气压传递外力的装置，包括：气体换向器（4）和稳压罐（5）；气体换向器（4）连通壳体（1）的进出气口（1-2）和稳压罐（5）；稳压罐（5）与能量补偿装置连接。

4、所述的能量补偿装置是输送液体的装置，包括：水箱（6）和增压泵（7）；水箱（6）与稳压罐（5）连通；水箱（6）的底部与增压泵（7）的输入端连通，增压泵（7）的输出端与壳体（1）的进出液口（1-1）连通。

5、所述的气体换向器（4）是实现管道之间的换向输送的装置；所述的气体换向器包括：控制器和阀门，阀门安装在相对应的管道上，控制器控制阀门实现管道之间的自动换向输送。

6、所述的工作室以安装在壳体（1）中线的密封装置（3）划分，中线的一侧为液体密封室，另一侧为空气密封室；两个工作室的体积相同；所述的液体密封室是浮体（2）能产生液体浮力的密封室；所述的空气密封室为不产生液体浮力的密封室。

7、优选的，所述的液体密封室和空气密封室的顶部分别设有第一进出气口（1-5）和第二进出气口（1-7），在第一进出气口（1-5）和第二进出气口上分别连接有第一排气阀（1-6）和第二排气阀（1-8）；所述的排气阀为浮球式排气阀，有液体浮力时关闭，无液体浮力时打开；底部分别设有第一进出液口（1-1）和第二进出液口（1-3），在第一进出液口（1-1）和第二进出液口（1-3）上分别连接有第一截止阀（1-2）和第二截止阀（1-4）。

8、优选的，所述的气体换向器（4）采用二位四通转换阀；二位四通转换阀一侧的t和p二个端口分别与液体密封室的第一进出气口（1-5）和空气密封室的第二进出气口（1-7）连接；二位四通转换阀另一侧的a端口与稳压罐（5）连接，另一个b端口与大气相通；稳压罐（5）的一个出口连接到水箱（6）的上端，第一进出气口（1-5）与稳压罐（5）连通时，同时第二进出气口（1-7）与大气连通；第二进出气口（1-7）与稳压罐（5）连通时，同时第一进出气口（1-5）与大气连通。

9、所述的与大气连通，包括浮体（2）与壳体（1）之间的气体，无回收价值时直接排入大气，有回收价值时将气体补入稳压罐（5）或产生机械能。

10、所述的增压泵（7）是提升液体的装置，为离心泵或变频恒压管道泵。

11、所述的水箱（6）为液体密封室、压力水箱或水池。

12、所述的稳压罐（5）是调节气压的气体存储容器，为储气罐或膨胀罐。所述的容器有输气口、安全阀；所述的调节压力包括减少气压波动以及调整出气压力；调整出气压力的方法，为采用节流或减压阀等。

13、所述的能量补偿装置是一种气缸式能量补偿装置，包括：气缸（10）和电机（11）；气缸（10）与壳体（1）的侧面连接；电机（11）与气缸（10）连接；

14、所述的气缸（10）是利用空气密封室内的预置气体输送液体的装置，包括：缸体（10-1）、柱塞（10-2）、输气口（10-3）和驱动杆（10-4）；缸体（10-1）与壳体（1）的一侧的侧面连接，缸体（10-1）上设有输气口（10-3）；驱动杆（10-4）与柱塞（10-2）连接，并穿过缸体（10-1）的封头，位于封头外的驱动杆（10-4）上设有变速箱，变速箱与电机（11）连接；所述的侧面包括轴向侧面或径向侧面；所述的气缸（10）为柱塞缸或伸缩柱塞缸。

15、所述的伸缩柱塞缸的柱塞是能够伸缩的柱塞，包括：缸体（10-1）、伸缩柱塞、输气口（10-3）和驱动杆（10-4）；缸体（10-1）与壳体（1）的一侧的侧面连接，缸体（10-1）上设有输气口（10-3）；驱动杆（10-4）与伸缩柱塞连接，并穿过缸体（10-1）的封头，位于封头外的驱动杆（10-4）上设有变速箱。

16、所述的伸缩柱塞位于缸体（10-1）内，包括：伸缩管、端板（10-5）和滑轨（12）；伸缩管的一个端口与缸体（10-1）的内壁密封连接，另一个端口与端板（10-5）密封连接；端板（10-5）的内侧与驱动杆（10-4）连接；所述的端板（10-5）的边沿设置有滑套，滑套安装在滑轨（12）上，滑轨（12）固定在壳体（1）的内侧。

17、所述的密封装置（3）为：滑动密封、或者为滚动密封；所述的滚动密封包括：轴密封（3-1）和壁密封；

18、所述的轴密封（3-1）套接在浮体（2）两侧的输出轴（2-1）上，位于壳体（1）和浮体（2）之间；两侧的轴密封（3-1）在输出轴（2-1）底部连接为一体；对壳体（1）、浮体（2）和输出轴（2-1）之间的间隙实施密封；

19、所述的壁密封包括侧壁密封和顶壁密封，结构相同，安装在壳体（1）内壁，位于壳体（1）与浮体（2）之间的侧壁和顶壁之间；对壳体（1）和浮体（2）侧壁和顶壁之间的间隙实施密封。

20、所述的壁密封包括：密封支架（3-2）、光轴（3-3）、橡胶轴（3-4）和密封体（1-9）；密封支架（3-2）密封固定在壳体（1）内；在两个密封支架（3-2）之间连接有光轴（3-3）和橡胶轴（3-4）；光轴（3-3）和橡胶轴（3-4）两端的端面与密封支架（3-2）密封，并能在密封支架（3-2）上转动；光轴（3-3）的外圆与橡胶轴（3-4）外圆滚动密封连接；橡胶轴（3-4）与浮体（2）的侧面和顶面滚动密封连接；光轴（3-3）与密封体（1-9）滚动密封连接；密封体（1-9）固定在壳体（1）上。

21、所述的轴密封（3-1）是弹性密封件，弹性密封件包括：两个密封套和一根密封条；在密封条的两端连接密封套；密封套分别安装在浮体（2）侧面的两个输出轴（2-1）上，密封条贴合在输出轴（2-1）的底面上；密封套对输出轴（2-1）和壳体（1）实施密封；密封条对壳体（1）和输出轴（2-1）的轴向底部实施密封。

22、优选的，所述的密封支架（3-2）为四个，分别为两个上密封支架和两个下密封支架；两个上密封支架安装在壳体（1）内壁的顶部，两个下密封支架安装在壳体（1）下部轴密封（3-1）的上方。

23、优选的，所述的上密封支架有两个，在上密封支架侧立面和底面上各有两个轴承室，两个上密封支架侧立面的轴承室相对应；在轴承室内装有轴承，光轴（3-3）和橡胶轴（3-4）的芯轴与轴承内圈连接；所述的下密封支架有两个，结构相同，向上的面上各有两个轴承室，该轴承室与上密封支架底面的轴承室相对应。

24、优选的，所述的密封体（1-9）为轴瓦结构，轴瓦与光轴（3-3）动配合密封或弹性密封；密封体（1-9）用螺纹固定在壳体（1）内壁，或者与壳体（1）焊接为一体。

25、优选的，所述的光轴（3-3）包括刚性圆柱体或圆锥体；光轴（3-3）两端的中心均有延伸出的芯轴，芯轴安装在轴承室的轴承上；所述的橡胶轴（3-4）包括圆柱体或圆锥体；橡胶轴（3-4）的中心为刚性圆柱体，在刚性圆柱体表面有弹性橡胶，构成弹性圆柱体，弹性圆柱体两端的中心均有延伸出的芯轴，芯轴安装在轴承室的轴承上；所述的圆锥体用于浮体（2）的侧面密封，是为了适应侧面随半径增大线速度增大，克服采用圆柱体时转速恒定产生的滑动。

26、橡胶轴（3-4）与浮体（2）的侧面和顶面滚动密封，浮体（2）转动时带动橡胶轴（3-4）转动；橡胶轴（3-4）与光轴（3-3）产生滚动摩擦，带动光轴（3-3）旋转；光轴（3-3）与密封体（1-9）的轴瓦动配合密封；因此，将滑动摩擦变成滚动摩擦，减少密封阻力损失，降低浮体（2）的表面加工精度。

27、在浮体（2）的侧面和顶面采用弹性橡胶覆膜时，光轴（3-3）直接与浮体（2）滚动密封；该状况下的壁密封结构不包括橡胶轴（3-4）。

28、一种利用外力平衡优化能量传递装置，还包括：二个重力转换器、分水器和分水器控制器；所述的二个重力转换器结构相同，分别为a机组和b机组；a机组的第一进出气口（1-5）和b机组的第二进出气口（1-7）与气体换向器（4）连通，气体换向器（4）与稳压罐（5）连通；a机组的进出液口（1-1）和b机组的第二进出液口（1-3）与增压泵（7）之间有分水器连通，分水器连接分水器控制器。

29、所述的分水器是切换a机组和b机组进排水的装置，包括第一分水器（8）和第二分水器（9）；所述的气体换向器（4）是切换a机组和b机组进气、排气的装置，包括单个集成装置或者多个独立装置。

30、气缸式多机组联动的外力传递装置，包括：气缸式重力转换器、气体换向器（4）和分水器（13）；所述的气缸式重力转换器有两个，分别为a机组和b机组，两个气缸式重力转换器的液路连接分水器（13），气路连接气体换向器（4）。

31、所述的气缸式重力转换器，是重力转换器和气缸式能量补偿装置组合体。

32、有益效果，在背景技术中，重力转换器的结构属于液力机械，现有技术中，实现外部能量传递需要设计液压能闭环传递机构，将浮力传递的能量输出。但背景技术的本质是外力提供液体静压强，外力转换为液体水平分力，浮力是重力场下选定的液体中的某一液体体积，并且浮体（2）同时传递外部能量和浮力。因此，利用装置固有的结构特征，通过预置气体平衡外力，实现两个独立的能量在装置内传递，继而解决需要独立装置传递外部能量的问题。

33、通过预置液体和压强为p 的气体，使输入的外部能量，通过气体输送装置和能量补偿装置，实现外部能量在装置系统内传递，简化了外部能量传递机构，大幅减少装置成本和机械损失。

34、气体输送装置，利用预置气体平衡外力，外力传递更简单。

35、能量补偿装置，利用系统气体驱动液体，减少了增压泵的流量，采用气缸等势能输送液体，外力传递平稳，成本低、输出效率高。

36、采用双机组联动工作衔接能量传递的工作周期，更适合多机组集中运行，提高系统工作效率。用滚动密封取代滑动密封，优化了浮体工艺、减少摩擦损失等，特别适合大功率机组的应用。

37、由于本实用新型采用了上述技术方案，利用装置固有的闲置结构，解决了背景技术的应用中，外部能量循环传递结构复杂、成本高、能量损失大的难题，是一种适合新技术应用的新的技术方案，实现了本实用新型的目的。