賈乃平

(山西省廣播電視局七四零二臺,山西昔陽 045300)

一種踩踏發(fā)電裝置的設(shè)計

賈乃平

(山西省廣播電視局七四零二臺,山西昔陽 045300)

提出了一種踩踏發(fā)電裝置的設(shè)計方案,該方案利用踩踏產(chǎn)生的壓力帶動水流推動水輪機發(fā)電,可以利用人經(jīng)過時對地面的踩踏作用力進行發(fā)電,從而向人流密集區(qū)域的其他設(shè)備供電。

踩踏發(fā)電 液壓

踩踏發(fā)電是將人類活動所產(chǎn)生的動能收集起來并轉(zhuǎn)換為電能，能量來源無窮無盡，如果這些能量能夠充分利用，將會在一定程度上減緩能源危機所帶來的一系列困擾，是今后能源發(fā)展的方向之一。現(xiàn)有的踩踏發(fā)電技術(shù)存在著裝置龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組合不巧妙，操作不方便等問題，踩踏發(fā)電并沒有很好的利用人類活動產(chǎn)生的能量。

世界上利用人流踩踏發(fā)電技術(shù)的國家不多，圖為日本某地鐵站刷卡處踩踏發(fā)電的應(yīng)用。在國內(nèi)，新能源起步晚，踩踏發(fā)電這種新技術(shù)也較少人關(guān)注，踩踏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用實例更是鮮有耳聞。

1 踩踏發(fā)電裝置的設(shè)計方案

本文設(shè)計的踩踏發(fā)電裝置是一套利用水囊、單項閥、穩(wěn)壓罐，閥門和水輪機以實現(xiàn)將踩踏時的能量轉(zhuǎn)化為水的動能進而通過水推動水輪機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為電能的裝置。如圖1所示，單向閥，踩踏部位，穩(wěn)壓罐，閥門及水輪機通過管道連接起來，并且構(gòu)成閉合回路。然后將該閉合回路放置在底座上，用卡子固定。同時水輪機的電能輸出端連接電路板輸入端，電路板的輸出端連接燈泡。

管道內(nèi)充滿水，同時穩(wěn)壓罐里裝有一定比例的水和空氣穩(wěn)定整個管道內(nèi)的壓力，打開閥門，用腳踩踏水囊，液體在擠壓力的作用下順時針單項流動，其具體過程如下:當有人踩踏水囊時，由于單向閥限制了水的流動方向，所以水流先進入穩(wěn)壓罐，當水囊沒有承壓時，由于穩(wěn)壓罐中空氣受到壓縮壓力較大所以其又將穩(wěn)壓罐中的水向外壓，這時也就帶動了水輪機的旋轉(zhuǎn)，功率的大小可以根據(jù)壓力體(人、車或者其他壓力體)水囊的大小，以及穩(wěn)壓罐的體積水輪機的額定功率來改變。

2 裝置的工作原理

閥門2、水輪機3、第一單向閥5、第二單向閥6、第三單向閥7、第四單向閥8、第一水囊9和第二水囊10通過管道14構(gòu)成封閉管路，并將封閉管路放在底座13上。卡子19在特定位置固定管道14。水輪機3產(chǎn)生的電能連接電路板11的輸入端，電路板11的輸出端連接用電設(shè)備12。

管道14內(nèi)充滿水，同時穩(wěn)壓罐1里裝有一定比例的水和空氣穩(wěn)定整個管道14內(nèi)的壓力。打開閥門2，用腳踩踏踏板4時，第一水囊9、第二水囊10被擠壓，水在擠壓力的作用下順時針單向流動，其具體過程如下:當?shù)谝凰?、第二水囊10受到擠壓力時，由于第一單向閥5、第二單向閥6、第三單向閥7、第四單向閥8限制了水的流動方向，所以部分水水流進入穩(wěn)壓罐1，平衡管道14與穩(wěn)壓罐1的壓力，同時有部分水流過水輪機3，帶動水輪機3轉(zhuǎn)動。當?shù)谝凰?、第二水囊10沒有承壓時，由于穩(wěn)壓罐1中空氣受到壓縮壓力較大所以其又將穩(wěn)壓罐1中的水向外壓，這時也就帶動了水輪機3的旋轉(zhuǎn)，功率的大小可以根據(jù)壓力體(人、車或者其他壓力體)重力的大小，以及穩(wěn)壓罐1的體積、水輪機3的額定功率來改變。

順時針單項流動是通過第一單向閥5、第二單向閥6、第三單向閥7、第四單向閥8控制，在該液壓系統(tǒng)中防止水反向流動。

穩(wěn)壓罐1由罐體、氣囊、接水口及排氣口四部份組成。用于閉式水循環(huán)系統(tǒng)中，起到了平衡水量及壓力的作用，避免安全閥頻繁開啟和自動補水閥頻繁補水，當外界有壓力的水進入膨脹罐氣囊內(nèi)時，密封在罐內(nèi)的空氣被壓縮，根據(jù)波義耳氣體定律，氣體受到壓縮后體積變小壓力升高，直到膨脹罐內(nèi)氣體壓力與水的壓力達到一致時停止進水。當水流失壓力減低時膨脹罐內(nèi)氣體壓力大于水的壓力，此時氣體膨脹水補排出。直到氣體壓力與水的壓力再次達到一致時停止排水。從而使管道內(nèi)壓力穩(wěn)定，使得水流動穩(wěn)定，進而穩(wěn)定水輪機的轉(zhuǎn)速。

閥門2具有截止、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。從而控制了該裝置系統(tǒng)中水流大小，流速大小，進而穩(wěn)定了流速，穩(wěn)定了水輪機的轉(zhuǎn)速。

電路板11起到將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，穩(wěn)定電壓，放大電壓的作用。通過上述技術(shù)方案實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電。

圖1 利用液體流動的液壓發(fā)電裝置整體示意圖

3 結(jié)語

本裝置實現(xiàn)了對踩踏能量的采集和應(yīng)用，設(shè)計簡潔，可推廣性強。本裝置可以廣泛應(yīng)用在街道路口、廣場、地鐵等人員和車輛頻繁通過的地區(qū)，其轉(zhuǎn)化的電能可以用于路燈、交通燈等的供電，為節(jié)能減排做出一定的貢獻。

[1] 孔瓏.工程流體力學(第二版)[M].中國電力出版社,2006.

[2] 楊可楨,程光蘊,李仲生.機械設(shè)計基礎(chǔ)(第五版)[M].高等教育出版社,2006.