一种利用大气压力获得清洁能源的方法及装置与流程

1.本发明属于获得可再生清洁能源的装置领域，特别是一种利用大气压力获得清洁能源的方法及装置。


背景技术：

2.目前没有发現利用离心式水泵和旋片式真空泵组合抽水发电而获得清洁能源的方法及装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是利用大气压力获得清洁能源，其方法是，旋片式真空泵连续抽出进水管内2%的空气形成真空,大气压力将下水池内的水压入离心式水泵,离心式水泵转动排水,以获得水的位能.抽上来的水带动水轮发电机发电,水轮发电机排出的水流回下水池,使下水池内的水循环利用。
4.这种利用大气压力获得清洁能源的装置, 其特征在于,包括旋片式真空泵的进气管口在高于水面10米处, 並安装有真空表.一台离心式水泵其轴心位于水面上9米处. 旋片式真空泵的进气管联接离心式水泵的抽气口. 离心式水泵的进水管通下水池. 离心式水泵的排水管下端安装有压力表,闸阀和逆止阀. 离心式水泵的排水管口高于下水池的水面11米並通到上水池. 在上水池的下方用水管联接到水轮发电机, 水轮发电机的排水管通下水池。
5.本发明利用旋片式真空泵连续抽气,使离心式水泵内始终保持一定的真空度,从而使水源源不断的抽入离心式水泵内.开始工作時，由旋片式真空泵抽出水管内上部空间内的空气，水管内产生真空，大气压力将水压入水管。这時旋片式真空泵主要抽出水管内的空气。当水管内的空气抽光后，水面将达到离心式水泵内. 由流体力学可知,真空度増大到一定程度以后，液体中溶解的空气首先要分离成汽泡, 从液体中游离出来。水中一般溶解有2%的空气，而要维持离心式水泵内的真空，必须要将这些水中溶解的空气抽出，离心式水泵才能正常工作。所以旋片式真空泵要连续抽气。
6.离心式水泵和旋片式真空泵组合抽水旋片式真空泵产生吸力，大气压力通过水管将水压入离心式水泵內至9米水柱高度.[伽里略把水抽到大约9.75米高] 一个标准大气压等于10.3米水柱高, 所以离心式水泵內的水是不能自动排除的. 此時可通过离心式水泵的叶轮,将离心式水泵电机的功率以动能的方式,增加到离心式水泵内的水的载体上. 使离心式水泵内的水再获得2米的水柱能量. 这样离心式水泵内的水的能量将达到11米水柱. 大于一个标准大气压的10.3米水柱。再通过离心式水泵转动排除。
[0007]
离心式水泵抽水没有获得大气压力能量，而本装置可以获得大气压力能。
[0008]
离心式水泵的功能是抽水，但实际上离心式水泵在吸程过程中的主要功能是抽空气产生真空。因为离心式水泵內如果没有真空,水就抽不上来.水中所含空气一般不超过
2%。不过要抽出真空状态下水中2%的空气，利用不同类型的泵，因泵所获得极限真空度的不同，所消耗的电量不一样。泵的名义抽速是指泵在大气压時的抽速，而真正起作用的抽速则是泵工作在真空状态時的有效抽速。而泵的抽速性能曲线表明, 极限真空状况下, 泵的有效抽速迅速下降到零。所以泵获得极限真空度越高, 泵工作在真空状态時的有效抽速就越大。离心式水泵的吸程一般是4
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7米,其真空度可到70%.泵內绝对压力约200毫米汞柱左右.旋片式真空泵的极限真空度接近100%.绝对压力可达0.0005毫米汞柱.离心式水泵在吸程7米高時,泵对空气的有效抽速接近0.旋片式真空泵在吸程9米時,泵对空气的有效抽速基本不变,约等于泵的名义抽速.离心式水泵在吸程所获得的大气压力能,因为抽真空耗能太多被扺消了,而没有获得大气压力能.旋片式真空泵抽出水中所含2%空气仅需少量电能,就使抽上的水获得9米位能.离心式水泵和旋片式真空泵组合抽水装置的理论探讨离心式水泵的工作原理[吸程部分]表面看，离心式水泵的功能是抽水，但实际上离心式水泵在吸程过程中的主要功能是抽空气产生真空。
[0009]
看图2离心式水泵装置图。从图中可以看到离心式水泵有吸程，一般离心式水泵有4
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7米吸程。离心式水泵上安装有真空表，表明离心式水泵中是有真空的。也正是因为离心式水泵内有真空，大气压力才能把水压入离心式水泵。因为离心式水泵抽水是靠抽掉水管里的空气, 产生真空, 外面的大气压力发生作用才能把水从管子里压上来. 由流体力学可知,真空度増大到一定程度以后，液体中溶解的空气首先要分离成汽泡, 从液体中游离出来。而要维持离心式水泵内的真空，必须要将这些空气抽出，离心式水泵才能正常工作。所以离心式水泵在吸程过程中的主要功能是抽空气维持真空。
[0010]
本装置和离心式水泵抽水装置的不同处。
[0011]
本装置比离心式水泵抽水装置多安装一台旋片式真空泵。所以本装置是离心式水泵与旋片式真空泵的组合。
[0012]
工作原理的不同：本装置工作時，旋片式真空泵连续运转，排除水中空气, 产生真空，大气压力将水压入离心式水泵，离心式水泵主要起排水功能。【离心式水泵不需要产生真空，吸程不消耗能量】而离心式水泵单独工作時，要靠离心式水泵运转時自身产生的真空，排除水中空气並将水排出。
[0013]
本装置已经试验证实可以连续运转。
[0014] 离心式水泵本身就具有吸水功能，本装置增加一台旋片式真空泵吸水，並不多余,也不会消耗更多的能量.首先看试验数据:2020年5月在常德高等职业学院所作试验.由旋片式真空泵及离心式水泵联合抽水7米高,耗电1270瓦.实际上旋片式真空泵可将水抽到9米以上.而单独由离心式水泵抽水4米高,耗电1100瓦.试验证明旋片式真空泵及离心式水泵联合抽水是节能的.假设一个大人和一个小孩共同提一桶水,当大人用力向上提水時,小孩一定不会费力.这也可以说明旋片式真空泵及离心式水泵联合抽水時,由于旋片式真空泵的強大吸力将水吸上,离心式水泵在吸程可以不作功.根据能量守恒定律,旋片式真空泵及离心式水泵联合抽水時,由于旋片式真空泵
的強大吸力,已经将水提升9米高.离心式水泵在吸程就不会再消耗能量.用于产生真空.否则离心式水泵在吸程消耗的能量就消失了,这显然违反了能量守恒定律.离心式水泵抽水没有获得大气压力能量，而本装置可以获得大气压力能。
[0015]
离心式水泵抽水的功率消耗，离心式水泵与旋片式真空泵组合抽水装置的功率消耗,都可以分为三个部分.一是吸程产生真空消耗的能量，二是提升水的扬程消耗的能量，三是各种损耗消耗的能量。后两项离心式水泵和离心式水泵和旋片式真空泵组合抽水装置消耗的能量可认为相同，主要分析吸程产生真空消耗的能量。
[0016]
为便利比较，假设离心式水泵和离心式水泵与旋片式真空泵组合装置,还有水环式真空泵,在吸程都将水抽到9米高度。泵的流量是1立方米/秒。
[0017]
泵将水抽到9米高度所获得的位能n=γqh/102kw。n=9.81qh瓩；式中q=1立方米/秒,h=9米n=88.29瓩.γ=液体重度[公斤/立方米]a.由于离心式水泵的效率最高为0.92。可見离心式水泵虽然利用了大气压力，但没有获得大气压力能。其产生真空消耗的能量，可近似等于离心式水泵吸程所得到的水的位能=88.29瓩b.离心式水泵与旋片式真空泵组合装置将水抽到9米高度所消耗的功先计算在流量q=1立方米/秒時,在真空状态下,水中气体全部溢出则有2%*q=20升/秒.参見图32x系列旋片式真空泵抽气速率与进口压強曲线图,由于旋片式真空泵的极限真空度高,泵在真空度90%時[绝对压力76托，抽水高度9米]，其抽速基本等于泵的名义抽速，采用2x-30旋片式真空泵所配电机仅为4千瓦。其有效抽速为30升/秒。可排除离心式水泵内空气,使水获得9米位能.c.水环式真空泵将水抽到9米高度所消耗的功[見图4水环式真空泵性能规格]利用sz-4型水环式真空泵，在大气压時理论抽速,是27立方米/分，在真空度90%時,泵的实际抽速仅2立方米/分==33升/秒。所配电机功率70瓩.离心式水泵可抽水7米高,可认定它抽真空可到70%真空度.水环式真空泵将水抽到9米多,它抽真空可到90%以上的真空度.可見水环式真空泵的极限真空度高于离心式水泵.可以肯定水环式真空泵在同样真空条件下对空气的抽速高于离心式水泵.也可以肯定离心式水泵在吸程消耗的能量高于水环式真空泵.因为没有用离心式水泵用于抽真空.只能用水环式真空泵和旋片式真空泵来对比有效抽速.结论:离心式水泵吸程9米時,耗能n=88.29瓩水环式真空泵吸程9米時,耗能n=70瓩离心式水泵与旋片式真空泵组合装置将水抽到9米高度所消耗的功=4千瓦利用离心式水泵与旋片式真空泵组合装置抽水比离心式水泵抽水节省的能量88.29瓩—4瓩=84.29瓩高中物理书中讲到,利用水泵抽水发电是永动机.本装置是利用旋片式真空泵抽真空,产生大气压力吸水,离心式水泵专用于排水.本装置不是永动机,因为永动机是指没有外力作功,物体能够不停的运动或作功,而本装置是利用了大气压力.本装置也不违反能量守衡定律。高中物理在讲到机械能守恒定律時,強调了机械能守恒的前提是[只有重力
或弹力做功]. 大气压力不是重力或弹力一类的机械力.如重力, 某重物在高端据有位能, 可以做功, 但重物到低端后, 就没有位能了. 也就不能作功了。再如电磁力，当两条磁铁在适当距离時，因电磁力相互吸引，可以作功，两条磁铁吸在一起后，就不能作功了，它们都是保守力。但大气压力就不是, 大气压力仅在海拨高度不同时, 压力略有变化, 但大气压力总是存在的, 大气压力不是保守力. 是可以做功的.对于能量守恒定律,应该理解在一封闭系统内[没有外来力及能量],能量既不会凭空产生, 也不会凭空消失。本发明装置是个开放系统, 引入了大气压力, 而且大气压力使水管里的水上升了约九米的高度，获得了9米水柱的位能，也就是说大气压力作了功。所以本装置获得了大气压力的能量，並不违反能量守恒定律。大气压力虽看不见，摸不着，但确实存在，是一种新能源。
[0018]
大气压力能的获得需要人为的制造一个真空状态，要消耗一定能量。这時要研究的是投入与产出比.正如开采石油或煤要消耗能源，但不能说开采石油或煤所获得能源, 就等于开采石油或煤所消耗的能源。也不能认为获得大气压力的能量就等于旋片式真空泵所消耗的功率。本装置就是巧妙地利用了大气压力。因为水中仅含2%的空气。利用旋片式真空泵抽出水中2%的空气，旋片式真空泵仅需极少能量使水提升9米而获得极大的位能。
[0019]
当磁铁穿过线圈时，产生电流，磁铁静止时，电流消失。这是机械能和电能之间的能量转换。因为线圈本身没有能量，这符合能量守恒定律。而大气压力能，煤和石油的能量是真实存在的，这時要研究的是获得能量的效率。而不能简單的套用能量守恒定律。
[0020]
空气能已获得运用，人们又在研究水汽能。这些都是利用空气中的热能。本装置是利用空气的压力能。大自然的力量是巨大的，大气压力是客观存在的，马德堡半球试验己证实。大气压力真实存在，像太阳能，风能一样，就是巨大的能源。
[0021] 本装置方法，一缸水就可建成一个小型水电站，因为缸内的水是可循环利用的。与太阳能，风能相比，本装置不受天气环境影响，只要有一池水，可保持常年正常发电。和核电相比，不消耗核燃料,不存在安全隐患，老百姓乐于接受。和大型水利发电站来比，不存在沽水期及电力需远距离输送。国内数以万计的水库，山坡空地，池塘湖面，沿江沿海均可利用本装置原理建水力发电厂。虽然单台达不到大型水电站单机百万千瓦的能力，但发电总量是巨大的。国內抽水蓄能电站已达百万千瓦级.本装置发电成本低，电力无需远距离输送，符合国家电力安全。它将是原生态, 可再生, 最廉价, 最易得的新能源。
[0022]
发明的优点是：利用比离心式水泵获得真空效率高的多的旋片式真空泵，消耗小量电能，产生真空。大气压力使水源源不断的被压上来並由离心式水泵排出，从而获得大气压力能。
附图说明
[0023]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明.图1.本发明的结构示意图图2.离心式水泵装置图3 .2x系列抽速曲线图图4.水环式真空泵性能规格
[上面所用三个图表見机修手册第五篇第四册风机，水泵，旋片式真空泵的修理中国机械工程学会机械工业出版社1986]图1中：1、离心式水泵，2、旋片式真空泵，3、闸阀，4、逆止阀，5、水轮发电机，6、进水管，7、排水管，8、上水池，9、下水池，10、真空表，11、压力表。
具体实施方式
[0024]
在图1中，这种利用大气压力获得清洁能源的装置，其特征在于,旋片式真空泵2的进气管口在高于水面10米处,並安装有真空表10.一台离心式水泵1,其轴心位于水面上9米处.旋片式真空泵的进气管联接离心式水泵的抽气口.离心式水泵的进水管6通下水池.离心式水泵的排水管7下端安装有压力表11,闸阀3和逆止阀4.离心式水泵的排水管口高于下水池9的水面11米並通到上水池8.在上水池的下方用水管联接到水轮发电机5,水轮发电机的排水管通下水池。
[0025]
本装置工作時,旋片式真空泵连续抽出进水管内2%的空气形成真空,大气压力将下水池内的水压入离心式水泵,离心式水泵转动排水,以获得水的位能.抽上来的水带动水轮发电机发电,水轮发电机排出的水流回下水池,使下水池内的水循环利用。