面向壓力發(fā)電的液壓系統(tǒng)設(shè)計與分析

段裘銘　萬　都　張　禹　吳小敏　曹清華

（南昌工程學(xué)院機械與電氣工程學(xué)院，南昌 330099）

面向壓力發(fā)電的液壓系統(tǒng)設(shè)計與分析

段裘銘萬都張禹吳小敏曹清華

（南昌工程學(xué)院機械與電氣工程學(xué)院，南昌 330099）

本文針對利用壓力發(fā)電的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出了膜塞泵，并且將液壓系統(tǒng)和壓力發(fā)電進(jìn)行組合，將液壓系統(tǒng)理論用于壓力發(fā)電，使收集的壓力能能夠聚集在一起，并轉(zhuǎn)化為電能。

壓力能壓力發(fā)電膜塞泵液壓系統(tǒng)

引言

在世界能源形勢越來越嚴(yán)峻的今天，國家的發(fā)展離不開對能源的利用，對電的需求也尤為緊迫。在這巨大的能源壓力下，新能源的利用和現(xiàn)有能源關(guān)系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與提高顯得尤為重要。本文所論述的發(fā)電方式為壓力發(fā)電。目前，壓力發(fā)電主要是利用壓電材料作為轉(zhuǎn)換介質(zhì)，或是利用機切割磁感應(yīng)線發(fā)電原理。本文區(qū)別于現(xiàn)存的壓力發(fā)電方法，提出了用于壓力發(fā)電的液壓系統(tǒng)。本文所述的壓力發(fā)電結(jié)構(gòu)簡單，成本低，轉(zhuǎn)化效率高，適用范圍廣，不僅可以滿足日益增長的能源需求，而且可以有效配合環(huán)保工作的進(jìn)行，能為我國傳統(tǒng)發(fā)電形式提供輔助作用。

1　面向壓力發(fā)電的液壓系統(tǒng)的原理

通過對現(xiàn)有資料的查閱，壓電材料的成本較高，阻礙了壓力發(fā)電的推廣。利用發(fā)電機原理，則結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于維修。本文所介紹的壓力發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示，通過膜塞泵和液壓傳動回路對壓力能進(jìn)行采集和集中。壓力能集中在液壓馬達(dá)經(jīng)變速器調(diào)整轉(zhuǎn)速后，以帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，將壓力能轉(zhuǎn)化為電能。考慮成本，采用水作為傳動介質(zhì)，并針對水的性質(zhì)做好相關(guān)控制以維持系統(tǒng)穩(wěn)定。利用單向閥控制流體單向進(jìn)出，保證了進(jìn)油路和回油路之間不會相互干擾；利用溢流閥作為安全閥，對系統(tǒng)進(jìn)行過載保護(hù)；利用與非邏輯電路和電控閥控制外接水箱對蒸發(fā)的介質(zhì)進(jìn)行補償；調(diào)速器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速則使發(fā)電機工作效率較高。

圖1　液壓系統(tǒng)原理簡圖

2　面向壓力發(fā)電的液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

2.1面向壓力發(fā)電的液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）動力源膜塞泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計。膜塞泵結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。行走的路人或者其他物體對膜塞泵的上表面施加壓力，膜塞泵腔內(nèi)容積將會變小，而將腔內(nèi)的介質(zhì)流經(jīng)方向向外的單向閥流入液壓回路，然后通過管道運輸?shù)揭簤厚R達(dá)；介質(zhì)在發(fā)電后又通過液壓回路流到方向向里的單向閥，從而流回膜塞泵的腔體內(nèi)；多個膜塞泵的出口和出口串聯(lián)，入口和入口并聯(lián)，并且通過單向閥來對介質(zhì)的進(jìn)出進(jìn)行單向控制。

圖2　動力源簡圖

（2）液壓回路結(jié)構(gòu)設(shè)計。圖3所示液壓回路是該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。薄膜受壓腔內(nèi)液體從左端壓出，先經(jīng)過過濾器對水進(jìn)行簡單過濾，然后流經(jīng)調(diào)速閥轉(zhuǎn)化成速度恒定液體流，最后流向壓力收集裝置；待壓力收集后，又經(jīng)調(diào)速閥流回腔體，液體回流。調(diào)速閥在此是緩沖降速作用，使液體回流時不會對膜塞表面產(chǎn)生較大震動。另外，利用單向閥控制流體單向進(jìn)出，保證了進(jìn)油路和回油路之間不會相互干擾；利用溢流閥作為安全閥，保證了系統(tǒng)壓力超負(fù)荷是對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)；兩位兩通電磁換向閥所連接的感應(yīng)裝置搭配與非邏輯電路，以實現(xiàn)電控閥的工作狀態(tài)；及時對介質(zhì)進(jìn)行補償以彌補蒸發(fā)的介質(zhì)，保證回油路壓力和系統(tǒng)穩(wěn)定。

圖3　液壓回路簡圖

2.2面向壓力發(fā)電站的液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

沿程壓力損失為：

其中，ε局部阻力系數(shù)，為0.75；標(biāo)準(zhǔn)彎頭為90°。

管道中壓力效率為：

其中，PP為系統(tǒng)的調(diào)整壓力。

根據(jù)上述計算公式，帶入具體的管道直徑d和長度l，即可直接求出該液壓系統(tǒng)的傳遞效率，并選擇匹配液壓馬達(dá)和發(fā)電機，實現(xiàn)能量由壓力能向電能的轉(zhuǎn)化。

3　應(yīng)用前景

壓力發(fā)電裝置適用于人流量較大的公共場合，并就近對用電設(shè)備進(jìn)行電能的提供。如果在地鐵、火車站等場合引進(jìn)壓力發(fā)電設(shè)施，那么就可以對該場合直接供電，減少電費支出，緩解政府壓力。

4　結(jié)束語

本文介紹了可用于公共場所壓力發(fā)電的液壓系統(tǒng)。此裝置的推廣解決了目前壓力能被浪費的局面，提出了一種新能源發(fā)電的方式，為現(xiàn)有發(fā)電站提供了輔助，也實現(xiàn)了對能量的合理利用，并且可以有效減少我國對發(fā)電廠的依賴，也減少了對能源的消耗，一定程度上緩解了我國現(xiàn)階段能源短缺的局面。

［1］張元越，郗志剛，張鵬，劉朝福.液壓與氣壓傳動［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2015.

［2］張利平.液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與使用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］王春行.液壓控制系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［4］吳博.液壓系統(tǒng)使用與維修手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［5］劉進(jìn)峰.新型路面減速發(fā)電裝置換能器的特性研究［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2012.

［6］苗輝.一種壓力發(fā)電裝置的開發(fā)及應(yīng)用研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2012.

Design and Analysis of Hydraulic System for Pressure Generation

DUAN Qiuming，WAN Du，ZHANG Yu，WU Xiaomin，CAO Qinghua
（Mechanical and Electrical Engineering College，Nanchang Institute of Technology，Nanchang 330099）

Pressure can be a green renewable energy，but in people's daily walks，rolling，recreational activities，physical exercise is often wasted.This paper is aimed at the analysis of the hydraulic system which uses the pressure to generate electricity.In this paper，the membrane plug pump，and the hydraulic system and the pressure of the combination of power generation.The hydraulic system theory is applied to the pressure power generation，so that the collected pressure can be gathered together and converted into electrical energy.The pressure power generation system can be popularized in public places where people flow more，and the electric energy generated by the pressure generation system can be used to save the electricity expenditure of the government.

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