韓 瑞 羅衛(wèi)東 劉晶茹* 宛 立 王 晶

(大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116023)

關(guān)于健身器材發(fā)電在中水回用裝置中的探討★

韓 瑞 羅衛(wèi)東 劉晶茹* 宛 立 王 晶

(大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116023)

論述了探討利用家用健身器材動(dòng)能進(jìn)行發(fā)電應(yīng)用于中水回用這一問題的背景及意義，結(jié)合家用健身器材的現(xiàn)狀，分析了中水回用裝置中健身器材發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)思路，指出將家用健身器材發(fā)電用于實(shí)際生活中是行之有效的方式。

健身器材，發(fā)電，中水，設(shè)備

1 裝置研究背景及意義

鑒于世界上現(xiàn)在水資源的短缺，越來越嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)擺在我們面前，若干年后是否還有充足干凈達(dá)標(biāo)的淡水資源能供給我們的日常生活還沒有一個(gè)確切的答案。在這一緊張嚴(yán)峻的背景下，資源回收再利用便成為一個(gè)必須思考的問題。其中提高廢水利用率這一重之又重的研究課題必將成為水資源利用研究的重點(diǎn)。另一方面，又由于我國是世界人口大國，各種資源總量居世界前列但人均資源較少，所以我們急需提高技術(shù)工藝，盡可能高的提升資源利用率。同時(shí)，隨著生活節(jié)奏的日趨加快，生活壓力較大，我們的健康狀況較之以前有很大程度的下降。在這一趨勢下，鍛煉身體提高健康水平則深入人心。于是，在這種現(xiàn)實(shí)條件下，我們提出了利用家用健身器材的動(dòng)能進(jìn)行發(fā)電應(yīng)用于中水的回用這一課題，一方面，能將生活盥洗廢水進(jìn)行回用，切實(shí)減少浪費(fèi)，節(jié)約資源；另一方面，則將人們越來越重視的健身活動(dòng)產(chǎn)生的能量進(jìn)行合理有效利用。此項(xiàng)研究能達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，在實(shí)際中將發(fā)揮很大的作用。本篇綜述，著重對近些年針對于家庭健身器材發(fā)電的研究進(jìn)行分析討論。

2 家用健身器材的現(xiàn)狀

我們了解到目前國內(nèi)家庭健身器材的作用原理形式絕大部分是圓周運(yùn)動(dòng)和圓弧運(yùn)動(dòng)。一方面，由于現(xiàn)在快節(jié)奏的都市生活使得一部分戶外運(yùn)動(dòng)被迫取消或受到不同程度的限制。另一方面，緊張高壓的工作使得很大一部分人身體健康受到威脅，有針對性的進(jìn)行身體鍛煉就不得不引起重視。此時(shí)，同人們的戶外運(yùn)動(dòng)形式很相似的家用健身器材則應(yīng)運(yùn)而生。于是，在考慮家用健身器材的運(yùn)動(dòng)形式時(shí)必須時(shí)刻與我們的實(shí)際運(yùn)動(dòng)生活相聯(lián)系，進(jìn)行問題分析時(shí)必須以“人”為主體。由于人們的運(yùn)動(dòng)形式不同，室內(nèi)健身器材則又可分為健身車、跑步機(jī)、踏步機(jī)、劃船器等這些有氧健身器材；而另外一部分則是力量訓(xùn)練器(啞鈴等)和競賽車類的無氧健身器材?；谑袌鲂枰土α坑?xùn)練器械類的使用隨時(shí)性、無時(shí)限性，我們在健身器材的設(shè)計(jì)論證中主要以有氧健身器材為主。

3 中水回用裝置中健身器材發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)思路

在這個(gè)健身器材發(fā)電應(yīng)用于家庭中水回用裝置的設(shè)計(jì)論證過程中，我們需保證應(yīng)用的健身器材發(fā)電設(shè)備能適應(yīng)以上主體為有氧運(yùn)動(dòng)的健身器材。另一方面，發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)也需考慮由于不同年齡、不同身體狀況的人的運(yùn)動(dòng)條件、運(yùn)動(dòng)時(shí)間不同而導(dǎo)致的能量周期、變化系數(shù)等不同。其次，通過科學(xué)研究不難得知，健身器材的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速較慢，不能直接用于發(fā)電，在設(shè)計(jì)考慮過程中必須采用齒輪提速裝置將轉(zhuǎn)速提高至符合工學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)要求。另外，此套發(fā)電設(shè)備成果后期需要將其運(yùn)用到中水回用電能提供中去，即再次做沖洗水用，此過程需要提升泵的配合，而中水回用是沒有特定的時(shí)間和具體要求的，所以在發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)中必須加入充能蓄電裝置(一般以蓄電池常見)。

基于以上幾點(diǎn)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)考慮因素，近些年也已經(jīng)出現(xiàn)了一些針對家庭用健身器材發(fā)電的裝置系統(tǒng)。根據(jù)總體的市場研究成果概括來說，家用健身器材發(fā)電設(shè)備作用原理主要有支桿連接發(fā)電、水介質(zhì)傳導(dǎo)發(fā)電、空氣介質(zhì)傳導(dǎo)發(fā)電和特型發(fā)電四種類型。而在發(fā)電設(shè)備中較為常見且造價(jià)較低的則是利用支桿連接發(fā)電。支桿連接發(fā)電則是將家用健身器材利用支桿傳導(dǎo)連接到設(shè)備主軸；帶動(dòng)設(shè)備主軸運(yùn)動(dòng)，通過齒輪變速裝置，提高轉(zhuǎn)速；利用動(dòng)能發(fā)電機(jī)，帶動(dòng)磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁場，從而達(dá)到發(fā)電的目的。整個(gè)這一過程中，總的原理較為簡單，整體性比較好，能量利用率高。另外，水介質(zhì)傳導(dǎo)發(fā)電和空氣介質(zhì)傳導(dǎo)發(fā)電原理相似。水介質(zhì)傳導(dǎo)發(fā)電則是用健身器材帶動(dòng)一種偏心凸輪旋轉(zhuǎn)，利用容積泵將其壓入緩沖槽，然后流動(dòng)，利用水流作用沖擊葉輪，葉輪經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變速后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。最后水流還能經(jīng)過另一緩沖槽，形成循環(huán)系統(tǒng)。不過，這兩種方式比較適合大型、眾多健身器材的聯(lián)合發(fā)電形式。對于空氣介質(zhì)發(fā)電和水介質(zhì)發(fā)電的情況基本一致，只是針對空氣需要增加空氣壓縮機(jī)、貯氣罐等等設(shè)備，其特點(diǎn)也是在稍具規(guī)模的健身會(huì)所內(nèi)使用較為方便。而最后對于特型發(fā)電，它只是針對符合其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的一小部分健身器材，不是大眾的，對于我們這種準(zhǔn)備覆蓋整個(gè)群體的項(xiàng)目，不具有實(shí)際的意義，所以此處不再對其贅述。

在設(shè)計(jì)研究過程中我們偏重于考慮已經(jīng)具有市場研發(fā)能力并且整體原理簡單，能夠成熟發(fā)展并且可以大批量進(jìn)行工廠自動(dòng)化生產(chǎn)能力的發(fā)電系統(tǒng)。同時(shí)，考慮到以后的市場覆蓋面較廣，在考慮造價(jià)上也是偏重于中、低端價(jià)格，不會(huì)造成產(chǎn)品只符合實(shí)驗(yàn)室條件而不符合市場條件而不能大力推廣。

近些年，國內(nèi)外除了對家用健身器材發(fā)電設(shè)備有了進(jìn)一步的研究外，對蓄電儲(chǔ)能設(shè)備的研究也有了深入發(fā)展。若想要在中水回用中更好的利用健身器材的發(fā)電，則蓄電設(shè)備發(fā)揮著必不可少的作用。眾所周知，健身器材的使用是根據(jù)用戶自身調(diào)節(jié)的，本身并無其規(guī)律，因而發(fā)電產(chǎn)生電能也是不定的，不能用來直接連接用電器使用。因此，需要蓄電裝置儲(chǔ)能，便于隨時(shí)使用。而且經(jīng)過蓄電裝置后輸出的電壓穩(wěn)定，不會(huì)對電器造成干擾破壞?，F(xiàn)在市場上對于充當(dāng)這一儲(chǔ)能角色的物品使用最多的則是蓄電池，其簡單方便并且降低成本，占有很大的市場。隨著社會(huì)和科技發(fā)展，手機(jī)、平板電腦等小型用電器越來越多，在此發(fā)電裝置中，在蓄電池的輸出端，也可以考慮設(shè)計(jì)改變成具有不同頻段、不同電壓的輸出口。一方面，可用于供給提升泵的正常使用，另一方面可提供USB輸出口，用于小型用電器的充電。加入這一裝置一方面可將電量充分利用，不會(huì)造成資源浪費(fèi)；再者可讓鍛煉者有充分的心理滿足感，直觀的感受到運(yùn)動(dòng)的成果，增加興趣，提高生活健康水平。

除了上述兩項(xiàng)發(fā)電設(shè)備和蓄能設(shè)備組成系統(tǒng)的主要部分外，一種有效的具有實(shí)際意義的自動(dòng)化電路控制系統(tǒng)也是必不可少的。通過這一控制系統(tǒng)將整個(gè)裝置連接成一個(gè)整體，形成可視化面板操作，簡單、直觀、智能。根據(jù)國內(nèi)外在近些年的研究和市場的應(yīng)用成果，我們已經(jīng)達(dá)到了可以用極管、電阻等一系列電路元件組成任意控制及其自動(dòng)控制系統(tǒng)，能最大量最大質(zhì)的利用電能，不造成過多荷載，但也不浪費(fèi)。

4 應(yīng)用前景

通過以上的論述，我們不難發(fā)現(xiàn)，將家用健身器材發(fā)電用于實(shí)際生活中則是行之有效的方式。因此，對這一項(xiàng)目中重要的健身器材發(fā)電部分已經(jīng)進(jìn)行了充足的論證，這個(gè)項(xiàng)目是可以實(shí)施的并且具有很大的市場潛力。同時(shí)，健身器材發(fā)電由于需要運(yùn)用在家庭中，需要盡可能的減少體積，降低成本造價(jià)，使其可以在廣大業(yè)主中普及開來。另一方面，盡管市場上對健身器材發(fā)電已經(jīng)有了一定的研究成果以及產(chǎn)品市場，但是通過我們的論證研究證明此項(xiàng)目還是有很多創(chuàng)新點(diǎn)可循的。相信在不久的將來，此項(xiàng)目一定會(huì)在研究中由實(shí)驗(yàn)室逐步推向市場，真正的造福大眾以減少環(huán)境壓力。

On exploration for fitness equipment power generating in water reuse equipment★

Han Rui Luo Weidong Liu Jingru* Wan Li Wang Jing

(OceanandCivilEngineeringCollege,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China)

The paper indicates the background and significance of adopting the power from the fitness equipment’s energy of motion in the water reuse, analyzes the design ideas for the power generating equipment of the fitness equipment in the water reuse equipment by combining with the status of the equipment, and points out the power generating fitness equipment can be the effective way in real life.

fitness equipment, power generating, water, equipment

2015-01-09★：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練資助項(xiàng)目

韓 瑞(1992- ),男，在讀本科生； 羅衛(wèi)東(1963- )，男，副教授； 宛 立(1970- )，女，副教授； 王 晶(1982- )，女，講師

劉晶茹(1976- )，女，講師

1009-6825(2015)08-0145-02

G818.3

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