面向壓力發電的液壓系統設計與分析

段裘銘　萬　都　張　禹　吳小敏　曹清華

（南昌工程學院機械與電氣工程學院，南昌 330099）

面向壓力發電的液壓系統設計與分析

段裘銘萬都張禹吳小敏曹清華

（南昌工程學院機械與電氣工程學院，南昌 330099）

本文針對利用壓力發電的液壓系統進行分析，提出了膜塞泵，并且將液壓系統和壓力發電進行組合，將液壓系統理論用于壓力發電，使收集的壓力能能夠聚集在一起，并轉化為電能。

壓力能壓力發電膜塞泵液壓系統

引言

在世界能源形勢越來越嚴峻的今天，國家的發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，新能源的利用和現有能源關系結構的改進與提高顯得尤為重要。本文所論述的發電方式為壓力發電。目前，壓力發電主要是利用壓電材料作為轉換介質，或是利用機切割磁感應線發電原理。本文區別于現存的壓力發電方法，提出了用于壓力發電的液壓系統。本文所述的壓力發電結構簡單，成本低，轉化效率高，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保工作的進行，能為我國傳統發電形式提供輔助作用。

1　面向壓力發電的液壓系統的原理

通過對現有資料的查閱，壓電材料的成本較高，阻礙了壓力發電的推廣。利用發電機原理，則結構復雜不利于維修。本文所介紹的壓力發電系統如圖1所示，通過膜塞泵和液壓傳動回路對壓力能進行采集和集中。壓力能集中在液壓馬達經變速器調整轉速后，以帶動發電機轉動，將壓力能轉化為電能。考慮成本，采用水作為傳動介質，并針對水的性質做好相關控制以維持系統穩定。利用單向閥控制流體單向進出，保證了進油路和回油路之間不會相互干擾；利用溢流閥作為安全閥，對系統進行過載保護；利用與非邏輯電路和電控閥控制外接水箱對蒸發的介質進行補償；調速器調節轉速則使發電機工作效率較高。

圖1　液壓系統原理簡圖

2　面向壓力發電的液壓系統的結構設計與分析

2.1面向壓力發電的液壓系統的結構設計

（1）動力源膜塞泵的結構設計。膜塞泵結構圖如圖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，膜塞泵腔內容積將會變小，而將腔內的介質流經方向向外的單向閥流入液壓回路，然后通過管道運輸到液壓馬達；介質在發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；多個膜塞泵的出口和出口串聯，入口和入口并聯，并且通過單向閥來對介質的進出進行單向控制。

圖2　動力源簡圖

（2）液壓回路結構設計。圖3所示液壓回路是該系統的結構簡圖。薄膜受壓腔內液體從左端壓出，先經過過濾器對水進行簡單過濾，然后流經調速閥轉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，又經調速閥流回腔體，液體回流。調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生較大震動。另外，利用單向閥控制流體單向進出，保證了進油路和回油路之間不會相互干擾；利用溢流閥作為安全閥，保證了系統壓力超負荷是對系統進行保護；兩位兩通電磁換向閥所連接的感應裝置搭配與非邏輯電路，以實現電控閥的工作狀態；及時對介質進行補償以彌補蒸發的介質，保證回油路壓力和系統穩定。

圖3　液壓回路簡圖

2.2面向壓力發電站的液壓系統的結構分析

沿程壓力損失為：

其中，ε局部阻力系數，為0.75；標準彎頭為90°。

管道中壓力效率為：

其中，PP為系統的調整壓力。

根據上述計算公式，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的傳遞效率，并選擇匹配液壓馬達和發電機，實現能量由壓力能向電能的轉化。

3　應用前景

壓力發電裝置適用于人流量較大的公共場合，并就近對用電設備進行電能的提供。如果在地鐵、火車站等場合引進壓力發電設施，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　結束語

本文介紹了可用于公共場所壓力發電的液壓系統。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電的方式，為現有發電站提供了輔助，也實現了對能量的合理利用，并且可以有效減少我國對發電廠的依賴，也減少了對能源的消耗，一定程度上緩解了我國現階段能源短缺的局面。

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［3］王春行.液壓控制系統［M］.北京：機械工業出版社，2011.

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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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