基于地鐵活塞效應(yīng)的兩級(jí)節(jié)能發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種基于地鐵活塞效應(yīng)將地鐵隧道活塞風(fēng)轉(zhuǎn)換為電能的風(fēng)力發(fā)電
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]能源是整個(gè)世界發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的最基本的驅(qū)動(dòng)力，隨著人民生活水平的提高和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，我們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，能源消耗的增加使能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題日益突出。
[0003]我國(guó)是一個(gè)風(fēng)能資源極為豐富的國(guó)家，對(duì)于自然風(fēng)采集已經(jīng)有了十分成熟的技術(shù)和應(yīng)用。然而，我國(guó)“人造風(fēng)”利用技術(shù)水平不高，幾乎大部分“人造風(fēng)”均直接浪費(fèi)而得不到有效利用。地鐵隧道內(nèi)的活塞風(fēng)即為人造風(fēng)的一種，其蘊(yùn)含能量巨大，在地鐵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，最大能夠達(dá)到17m/s的風(fēng)速，這部分能量若能有效開發(fā)利用，將對(duì)地鐵節(jié)能有著至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]地鐵系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)耗費(fèi)能量巨大，隧道內(nèi)廣告系統(tǒng)更是占據(jù)較大能耗，同時(shí)，隧道內(nèi)廣告系統(tǒng)需要外界提供電能，不僅電能傳輸損失大，利用率低，還不能實(shí)現(xiàn)電能的按需供給。
[0005]針對(duì)上訴問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)一種風(fēng)能發(fā)電裝置，將地鐵隧道活塞風(fēng)能回收與檢測(cè)控制按需供電相結(jié)合，利用地鐵隧道風(fēng)能為地鐵廣告系統(tǒng)提供電能，實(shí)現(xiàn)能量的收集和高效利用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型由風(fēng)能捕獲模塊、能量轉(zhuǎn)換模塊、檢測(cè)控制模塊和能量應(yīng)用模塊四大部分組成。風(fēng)能捕獲模塊中的兩級(jí)薩窩紐斯葉輪旋轉(zhuǎn)主軸通過(guò)聯(lián)軸器與能量轉(zhuǎn)換模塊中的永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，永磁發(fā)電機(jī)的電壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線分別連接到蓄電池和檢測(cè)電路的信號(hào)接收端，蓄電池的電能輸出端通過(guò)導(dǎo)線與檢測(cè)控制模塊的單片機(jī)電能輸入管腳相連接，能量應(yīng)用模塊通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)電能輸出管腳相連。能量應(yīng)用模塊可以接廣告燈或者小功率傳感器。
[0007]所述的風(fēng)能捕獲模塊由兩級(jí)薩窩紐斯葉輪和聚風(fēng)蝸殼組成。薩窩紐斯葉輪的旋轉(zhuǎn)主軸通過(guò)聯(lián)軸器與永磁發(fā)電機(jī)的軸相連，聚風(fēng)蝸殼上下頂面安裝軸承，軸承中心線和聚風(fēng)蝸殼頂面中心線重合，用于定位兩級(jí)薩窩紐斯葉輪旋轉(zhuǎn)主軸，將兩級(jí)薩窩紐斯葉輪封裝在聚風(fēng)蝸殼中，保證其高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，避免摩擦阻力影響旋轉(zhuǎn)效率。聚風(fēng)蝸殼的進(jìn)口段由兩個(gè)擋板構(gòu)成聚風(fēng)裝置，成喇叭口，大口端與小口端水平寬度成1:(0.4?0.6);兩個(gè)擋板夾角成30°?45°。大口端朝向風(fēng)的來(lái)流方向，小口端正對(duì)兩級(jí)薩窩紐斯葉輪的迎風(fēng)面，將迎面來(lái)風(fēng)匯集直接作用于兩級(jí)薩窩紐斯葉輪，兩級(jí)薩窩紐斯葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電。聚風(fēng)蝸殼的弧形部分成流線型，根據(jù)地鐵隧道內(nèi)流場(chǎng)確定。
[0008]所述的能量轉(zhuǎn)換模塊由永磁發(fā)電機(jī)和穩(wěn)壓儲(chǔ)能裝置組成。永磁發(fā)電機(jī)為直流發(fā)電機(jī)，其軸通過(guò)聯(lián)軸器與兩級(jí)薩窩紐斯葉輪相連，兩級(jí)薩窩紐斯葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電。永磁發(fā)電機(jī)電壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線與穩(wěn)壓儲(chǔ)能裝置相連，將電能儲(chǔ)存在穩(wěn)壓儲(chǔ)能裝置中。穩(wěn)壓儲(chǔ)能裝置由穩(wěn)壓電路和蓄電池構(gòu)成。
[0009]所述的檢測(cè)控制模塊以單片機(jī)為控制核心，檢測(cè)電路為執(zhí)行載體，控制蓄電池電能的輸出。檢測(cè)電路的信號(hào)接收端與發(fā)電機(jī)的電壓輸出端相連，檢測(cè)輸出電壓大小，判斷風(fēng)速大小，進(jìn)而預(yù)判地鐵距離廣告燈的遠(yuǎn)近，輸出高低電平信號(hào)。檢測(cè)電路的信號(hào)輸出端與單片機(jī)的信號(hào)接收管腳相連，當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)，輸出蓄電池電能；反之，則停止輸出電能。
[0010]所述的能量應(yīng)用模塊以地鐵隧道內(nèi)的廣告燈用電為主體。蓄電池通過(guò)單片機(jī)接線管腳與廣告燈接線柱相連，按需為廣告燈提供電能。當(dāng)?shù)罔F經(jīng)過(guò)廣告燈時(shí)廣告燈亮起，當(dāng)?shù)罔F離開廣告燈時(shí)廣告燈熄滅。
[0011]本實(shí)用新型通過(guò)兩級(jí)薩窩紐斯葉輪配合聚風(fēng)蝸殼，解決了現(xiàn)有單級(jí)S型阻力式葉輪風(fēng)能利用率不高的技術(shù)問(wèn)題；聚風(fēng)蝸殼的封裝解決現(xiàn)有地鐵風(fēng)力發(fā)電裝置裸露安裝時(shí)對(duì)列車行駛的阻力影響，同時(shí)保證了裝置系統(tǒng)的安全運(yùn)行；通過(guò)單片機(jī)的控制電能輸出，實(shí)現(xiàn)了廣告燈電能的按需供給；采用發(fā)電機(jī)輸出電壓作為檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高，同時(shí)減少了紅外傳感器的安裝和外接電源的電路鋪設(shè)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的檢測(cè)控制電路圖；
[0013]圖2是發(fā)電裝置的軸測(cè)圖；
[0014]圖3是風(fēng)能捕獲裝置剖視圖；
[0015]圖4是蝸殼聚風(fēng)原理圖。
[0016]圖中1-電能輸入管腳，2_電能輸出管腳，3-LED廣告燈，4-P1.0管腳，5-兩級(jí)薩窩紐斯葉輪，6-聚風(fēng)蝸殼，7_擋板一，8-擋板二，9-永磁發(fā)電機(jī)，10-發(fā)電機(jī)電壓輸出端，11-葉輪旋轉(zhuǎn)主軸，12-深溝球軸承一，13-深溝球軸承二，14-聯(lián)軸器。
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)用新型由風(fēng)能捕獲模塊、能量轉(zhuǎn)換模塊、檢測(cè)控制模塊和能量應(yīng)用模塊四大部分組成。風(fēng)能捕獲模塊中的兩級(jí)薩窩紐斯葉輪旋轉(zhuǎn)主軸通過(guò)聯(lián)軸器與能量轉(zhuǎn)換模塊中的永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，永磁發(fā)電機(jī)的電壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線分別連接到蓄電池和檢測(cè)電路的信號(hào)接收端，蓄電池的電能輸出端通過(guò)導(dǎo)線與檢測(cè)控制模塊的單片機(jī)電能輸入管腳相連接，能量應(yīng)用模塊通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)電能輸出管腳相連。能量應(yīng)用模塊可以接廣告燈或者小功率傳感器。
[0019]在圖1中，風(fēng)能經(jīng)過(guò)永磁電機(jī)9轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)電壓輸出端10輸出直流電壓，當(dāng)直流電機(jī)發(fā)出電壓高于5V時(shí)，電壓由MAX1679構(gòu)成的穩(wěn)壓充電電路后轉(zhuǎn)化為約5V的直流電壓，此時(shí)直流電壓給蓄電池充電，并由電能輸入管腳I給單片機(jī)供電。通過(guò)51單片機(jī)Pl.0管腳4檢測(cè)直流電機(jī)輸出電壓大小來(lái)判斷列車遠(yuǎn)近，當(dāng)列車駛近時(shí)，風(fēng)速變大，電壓將升高，當(dāng)檢測(cè)到Pl.0管腳4為高電平時(shí)，通過(guò)51單片機(jī)控制電能輸出管腳2輸出電能點(diǎn)亮LED廣告燈3，點(diǎn)亮大概十秒后，列車離開，單片機(jī)控制LED廣告燈3熄滅。
[0020]在圖2中，風(fēng)的進(jìn)口段由擋板一 7和擋板二 8構(gòu)成聚風(fēng)裝置，將迎面來(lái)風(fēng)匯集直接作用于兩級(jí)薩窩紐斯葉輪5，兩級(jí)薩窩紐斯葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)9發(fā)電，發(fā)電機(jī)電壓輸出端10與蓄電池相連，發(fā)電機(jī)電能通過(guò)電壓輸出端儲(chǔ)存在蓄電池中。聚風(fēng)蝸殼6將兩級(jí)薩窩紐斯葉輪5封裝，保護(hù)了兩級(jí)薩窩紐斯葉輪的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了兩級(jí)薩窩紐斯葉輪的運(yùn)行對(duì)地鐵運(yùn)行產(chǎn)生的影響。聚風(fēng)蝸殼的弧形部分成流線型，根據(jù)地鐵隧道內(nèi)流場(chǎng)確定。
[0021]在圖3中，聚風(fēng)蝸殼6上頂面安裝了深溝球軸承一 12，下底面安裝了深溝球軸承二13，軸承中心線和聚風(fēng)蝸殼頂面中心線重合，其用于定位葉輪旋轉(zhuǎn)主軸11，將兩級(jí)薩窩紐斯葉輪封裝在聚風(fēng)蝸殼中，保證其高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，避免摩擦阻力影響旋轉(zhuǎn)效率。葉輪旋轉(zhuǎn)主軸11通過(guò)聯(lián)軸器14和永磁發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)軸相連，用定位銷定位，保證葉輪旋轉(zhuǎn)主軸11和永磁發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0022]在圖4中，擋板一 7和擋板二 8構(gòu)成的喇叭口，其構(gòu)成的大口端與小口端水平寬度成1:(0.4?0.6)。擋板二8與擋板一 7的夾角為30°?45°，其內(nèi)置端點(diǎn)到達(dá)聚風(fēng)蝸殼中心線。大口端朝向風(fēng)的來(lái)流方向，小口端正對(duì)兩級(jí)薩窩紐斯葉輪5的迎風(fēng)面。擋板一 7引導(dǎo)迎面來(lái)風(fēng)從切線方向正對(duì)作用于兩級(jí)薩窩紐斯葉輪的迎風(fēng)面；擋板二 8阻止迎面來(lái)風(fēng)作用于兩級(jí)薩窩紐斯葉輪的背風(fēng)面，減弱了背風(fēng)面的阻尼作用，增大了有效的迎風(fēng)面積，提高了風(fēng)能的利用率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于地鐵活塞效應(yīng)的兩級(jí)節(jié)能發(fā)電裝置，其特征在于:由風(fēng)能捕獲模塊、能量轉(zhuǎn)換模塊、檢測(cè)控制模塊和能量應(yīng)用模塊四部分組成，風(fēng)能捕獲模塊中的兩級(jí)薩窩紐斯葉輪軸通過(guò)聯(lián)軸器與能量轉(zhuǎn)換模塊中的永磁發(fā)電機(jī)的軸相連，永磁發(fā)電機(jī)的輸出端通過(guò)導(dǎo)線分別連接到蓄電池和單片機(jī)信號(hào)檢測(cè)端，蓄電池的電能輸出端通過(guò)導(dǎo)線與檢測(cè)控制模塊的單片機(jī)輸入管腳相連接，能量應(yīng)用模塊通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)輸出管腳相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地鐵活塞效應(yīng)的兩級(jí)節(jié)能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的風(fēng)能捕獲模塊由兩級(jí)薩窩紐斯葉輪和聚風(fēng)蝸殼組成，聚風(fēng)蝸殼上下頂面安裝軸承，軸承中心線和聚風(fēng)蝸殼頂面中心線重合，用于定位兩級(jí)薩窩紐斯葉輪旋轉(zhuǎn)主軸，將兩級(jí)薩窩紐斯葉輪封裝在聚風(fēng)蝸殼中，聚風(fēng)蝸殼的弧形部分成流線型。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于地鐵活塞效應(yīng)的兩級(jí)節(jié)能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的聚風(fēng)蝸殼的進(jìn)口段由兩個(gè)擋板構(gòu)成聚風(fēng)裝置，成喇叭口，大口端與小口端水平寬度成1:(0.4?0.6);兩個(gè)擋板夾角成30°?45°，大口端朝向風(fēng)的來(lái)流方向，小口端正對(duì)兩級(jí)薩窩紐斯葉輪的迎風(fēng)面，將迎面來(lái)風(fēng)匯集直接作用于兩級(jí)薩窩紐斯葉輪，兩級(jí)薩窩紐斯葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地鐵活塞效應(yīng)的兩級(jí)節(jié)能發(fā)電裝置，其特征在于:能量應(yīng)用模塊是廣告燈或者小功率傳感器。
【專利摘要】基于地鐵活塞效應(yīng)的兩級(jí)節(jié)能發(fā)電裝置，由風(fēng)能捕獲模塊、能量轉(zhuǎn)換模塊、檢測(cè)控制模塊和能量應(yīng)用模塊四部分組成，風(fēng)能捕獲模塊中的兩級(jí)薩窩紐斯葉輪軸通過(guò)聯(lián)軸器與能量轉(zhuǎn)換模塊中的永磁發(fā)電機(jī)的軸相連，永磁發(fā)電機(jī)的輸出端通過(guò)導(dǎo)線分別連接到蓄電池和單片機(jī)信號(hào)檢測(cè)端，蓄電池的電能輸出端通過(guò)導(dǎo)線與檢測(cè)控制模塊的單片機(jī)輸入管腳相連接，能量應(yīng)用模塊通過(guò)導(dǎo)線與單片機(jī)輸出管腳相連。本實(shí)用新型提高了風(fēng)能的利用效率，保證了裝置系統(tǒng)的安全運(yùn)行；采用發(fā)電機(jī)輸出電壓作為檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高，同時(shí)減少了紅外傳感器的安裝和外接電源的電路鋪設(shè)成本。
【IPC分類】F03D3/06, F03D7/06, F03D9/02, F03D3/04
【公開號(hào)】CN204677374
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520392230
【發(fā)明人】李夢(mèng)婷, 陳煒, 楊萬(wàn)霖, 鄭福祿, 方圣云, 陶希軍
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日