一种踩踏发电装置的设计

贾乃平

(山西省广播电视局七四零二台,山西昔阳 045300)

一种踩踏发电装置的设计

贾乃平

(山西省广播电视局七四零二台,山西昔阳 045300)

提出了一种踩踏发电装置的设计方案,该方案利用踩踏产生的压力带动水流推动水轮机发电,可以利用人经过时对地面的踩踏作用力进行发电,从而向人流密集区域的其他设备供电。

踩踏发电 液压

踩踏发电是将人类活动所产生的动能收集起来并转换为电能，能量来源无穷无尽，如果这些能量能够充分利用，将会在一定程度上减缓能源危机所带来的一系列困扰，是今后能源发展的方向之一。现有的踩踏发电技术存在着装置庞大，结构复杂，组合不巧妙，操作不方便等问题，踩踏发电并没有很好的利用人类活动产生的能量。

世界上利用人流踩踏发电技术的国家不多，图为日本某地铁站刷卡处踩踏发电的应用。在国内，新能源起步晚，踩踏发电这种新技术也较少人关注，踩踏发电系统的应用实例更是鲜有耳闻。

1 踩踏发电装置的设计方案

本文设计的踩踏发电装置是一套利用水囊、单项阀、稳压罐，阀门和水轮机以实现将踩踏时的能量转化为水的动能进而通过水推动水轮机转动转化为电能的装置。如图1所示，单向阀，踩踏部位，稳压罐，阀门及水轮机通过管道连接起来，并且构成闭合回路。然后将该闭合回路放置在底座上，用卡子固定。同时水轮机的电能输出端连接电路板输入端，电路板的输出端连接灯泡。

管道内充满水，同时稳压罐里装有一定比例的水和空气稳定整个管道内的压力，打开阀门，用脚踩踏水囊，液体在挤压力的作用下顺时针单项流动，其具体过程如下:当有人踩踏水囊时，由于单向阀限制了水的流动方向，所以水流先进入稳压罐，当水囊没有承压时，由于稳压罐中空气受到压缩压力较大所以其又将稳压罐中的水向外压，这时也就带动了水轮机的旋转，功率的大小可以根据压力体(人、车或者其他压力体)水囊的大小，以及稳压罐的体积水轮机的额定功率来改变。

2 装置的工作原理

阀门2、水轮机3、第一单向阀5、第二单向阀6、第三单向阀7、第四单向阀8、第一水囊9和第二水囊10通过管道14构成封闭管路，并将封闭管路放在底座13上。卡子19在特定位置固定管道14。水轮机3产生的电能连接电路板11的输入端，电路板11的输出端连接用电设备12。

管道14内充满水，同时稳压罐1里装有一定比例的水和空气稳定整个管道14内的压力。打开阀门2，用脚踩踏踏板4时，第一水囊9、第二水囊10被挤压，水在挤压力的作用下顺时针单向流动，其具体过程如下:当第一水囊9、第二水囊10受到挤压力时，由于第一单向阀5、第二单向阀6、第三单向阀7、第四单向阀8限制了水的流动方向，所以部分水水流进入稳压罐1，平衡管道14与稳压罐1的压力，同时有部分水流过水轮机3，带动水轮机3转动。当第一水囊9、第二水囊10没有承压时，由于稳压罐1中空气受到压缩压力较大所以其又将稳压罐1中的水向外压，这时也就带动了水轮机3的旋转，功率的大小可以根据压力体(人、车或者其他压力体)重力的大小，以及稳压罐1的体积、水轮机3的额定功率来改变。

顺时针单项流动是通过第一单向阀5、第二单向阀6、第三单向阀7、第四单向阀8控制，在该液压系统中防止水反向流动。

稳压罐1由罐体、气囊、接水口及排气口四部份组成。用于闭式水循环系统中，起到了平衡水量及压力的作用，避免安全阀频繁开启和自动补水阀频繁补水，当外界有压力的水进入膨胀罐气囊内时，密封在罐内的空气被压缩，根据波义耳气体定律，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到膨胀罐内气体压力与水的压力达到一致时停止进水。当水流失压力减低时膨胀罐内气体压力大于水的压力，此时气体膨胀水补排出。直到气体压力与水的压力再次达到一致时停止排水。从而使管道内压力稳定，使得水流动稳定，进而稳定水轮机的转速。

阀门2具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。从而控制了该装置系统中水流大小，流速大小，进而稳定了流速，稳定了水轮机的转速。

电路板11起到将交流电压转换为直流电压，稳定电压，放大电压的作用。通过上述技术方案实现稳定发电。

图1 利用液体流动的液压发电装置整体示意图

3 结语

本装置实现了对踩踏能量的采集和应用，设计简洁，可推广性强。本装置可以广泛应用在街道路口、广场、地铁等人员和车辆频繁通过的地区，其转化的电能可以用于路灯、交通灯等的供电，为节能减排做出一定的贡献。

[1] 孔珑.工程流体力学(第二版)[M].中国电力出版社,2006.

[2] 杨可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础(第五版)[M].高等教育出版社,2006.