水能发电机说明书-0001

1、Hefei Un iversity题 目: 系 别: 专 业: 学 制: 组 长: 手机号: 组 员: 指导老师：水管水能发电机械工程系机械设计制造及其自动化全日制本科四年陈兵目录1 设计背景 32 产品说明 32.1 基本原理 32.2 工作分析 ;43 产品说明 43.1 产品简介 43.11 产品总结构外观轮廓图 43.12 电磁感应机构 53.1.3 涡轮机结构 63.2、集成电路（超级电容） 73.3 电路图 84 参数设计 84.1 发电机转速 84.2 发电机的输出功率 94.3 超级电容的充电时间 94.4 超级电容的工作时间 95 作品设计分析 95.1 产品应用 95.2

2、动力装置分析 105.3 电路部分原理 106 产品项目设计创新点及优势 107 产品经费预算 118 产品市场前景分 129 内部结构构件展示 1310 作品设计总结 161. 设计背景建设资源节约型、 环境友好型社会是全民族的共同事业， 是 中国走科学发展道路中必不可少的的奠基石。然而，我国资源短 缺、匮乏的现象日益突出， 特别是电力资源。 鼓励创建绿色学校、 绿色教室已是当今社会的发展趋势，我团队多方面采集资料，通 过不断地探讨和研究， 确定了水管水能发电这一独具特色的创新 作品。一方面通过机械电子技术实现资源的节约与有效利用，另 一方面，通过这一创新，可使莘莘学子树立资源节约意识和主动

3、 培养创新能力。地球是太阳系八大行星之中唯一被液态水所覆盖的星球， 水 占据了地球 71%以上的表面， 水不仅是我们生命不可或缺的物质， 水更是带给我们带来无穷的电能自愿。 然而最普遍的水管中的水 能却被我们所忽略，每天我们都在不停的利用着水管中的谁，这 个被忽视的过程中造成了一定的能源浪费。 如果经过经过普遍长 期的积累，这些一度被忽略的水将带给我们有一笔丰厚的资源。 如果能将这些不经意从我们身边流出动能储存起来加以利用， 我 想将会有非常大的经济效益和社会效益， 也符合我们当今时代的 主题，节能与环保！节约从小事做起。2、产品说明2.1、基本原理自来水管中的水由于自来水厂的加压装置而具有一

4、定的压 力能，用水时，水管中流动的水便具有了一定的动能，当水管中的水喷出水管时，水流冲击到涡轮机构中的叶片从而将水所含有 的动能转化成叶片的机械能，叶片的转动通过轴的转动带动电磁感应的线圈转动，线圈切割磁感线从而产生电能2.2、工作分析装置的进水口与水管连接，中间设置一个开关控制装置，打开开关后水管中的水进入发电装置通过能量的转换进行发电。发出的电能通过集成电路转化装置存储到两个串联的电容电池中， 可用于普通的照明及其他作用。发电装置可以悬挂在水管上或是 固定在墙壁上。另外发电装置也是一个良好的缓冲装置，能够减 缓水的流速，不会让其溅的到处都是， 也体现了我们的节约主旨3、产品说明3.1产品简

5、介3.1.1产品总结构外观轮廓图、涡轮机构、电磁感应发电机构、主轴涡轮机构和电磁感应机构通过各自的主轴之间的连接后处 于同一轴线上，涡轮机构在水流的冲击下转动从而通过主轴带动 电磁感应发电机构发电。3.1.2、电磁感应机构、定子铁芯、定子线圈、转子磁轭、转子支架、转轴内部设计支架，一方面减少铁芯的使用，节约材料，另一方 面使得结构更加稳定。铁芯设计12对磁极，每个磁极上面饶有励磁线圈。磁极宽度计算公式T= n Di/2pDi 直径p磁极数 T磁极宽度带入得T=140 n /48所以设计磁极宽度为140 n /48=9定子铁芯的槽数 140 n =440所以设计定子铁芯的槽数为440个，定子线圈

6、的槽数为440个轴柄是用来连接涡轮，设计4个M2沉头孔，使用4个M2的螺栓进行连接，保证结构的稳定性，连接轴的头部有两个集电环。3.1.3涡轮机结构 、自来水喷头机构（喷头机构的设计是通过渐变使水流从四个 小喷口中喷出，四个喷口规律的排列在一个正方形的四个角，从而使喷出的水从四个不同的方位对叶片进行冲击，使叶片组受到多个对称的作用力，使叶片得到更有效的冲击力，减少了水能的 损失，同时也因受力的平衡性减少了系统的震动和不稳定性） 、勺形叶片（将叶片设计成勺形使喷出的水流可以更高效的作用在叶片上，减少能量的损失）、密封框水流通过冲击叶片从而带动主轴转动，此装置是实现了水的机械能向装置转动动能的转变

7、。3.2、集成电路（超级电容）采用了集成电路，简化了整机电路的设计、调试和安装，集 成化的设计节省空间，性能可靠。蓄电装置选用两个串联的超级 电容，充电速度快，环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可 达150万次，没有“记忆效应”，大电流放电能力超强，能量 转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率 90%功率密 度高，相当于电池的 510倍；产品原材料构成、生产、使用、 储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；充放电 线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使 用免维护；超低温特性好，温度范围宽-40C+70C ;很小的体 积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和

8、控制放电电 路；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题。D1-D4二极管，DC/DC 模块D5为二极管，C1和C2为超级电容， DC/DC模块（*）K为光敏开关，D6为发光二极管*DC-DC 模块：DC-DC模块电源是一种定压产品，其电路 为开环，它的输出电压不会随着输入电压及输出负载的变化而变 化，主要被当作二次电源使用。4、参数计算4.1 发电机转速通过测量，学校宿舍的水龙头流量约为q=0.4L/S水速V1=q/A（喷头直径d=20mn）由V=3 r 可知角速度3 =V/r（r=20mm为水流作用在勺形叶片上的力矩对应的力臂）3 =2 n n （ n为转速）联立以上各式可得水轮

9、机的转速约为n=3400r/mi n4.2 发电机的输出功率由发电机的转速可得的发电机的功率：P=6.1 W4.3 超级电容的充电时间电路中是两个2.7V 100F的超级电容串联，所以串联后等 效为5.4V 50F 的超级电容所以可以调节充电电路中的DC/DC模块,使其输出电压 U=5.4V，输出电流I =2A超级电容的初始充电 电压Ul=3.0V,超级电容的终止充电电压U2 =5.4V,超级电容的充电时间丄 Cdv 50 （5.4 3.0）“ts 60sI24.4 超级电容的工作时间放电初始电压U45.4V放电截止电压U5 3.0V在负载中接入 20只“ 3V 20mA ”的LED灯放电时间

10、：T=5min5、作品设计分析5.1产品应用蓄电池所储存的电能可以用来点亮过道灯，免去了我们找不到主灯开关，摸黑换鞋的苦恼；同时利用一部分电能为门铃供电， 使门铃不再使用锂电池或干电池，减少对环境的污染，让我们拥 有更美好的生活环境；整个装置便于拆卸，所以可以取下当应急 能源使用；加上手柄可以变成手摇发电机。由于超级电容的输出 端加了 DC/DC 模块，可以使之输出稳定连续的电压和电流，为 移动设备等进行充电或保障运行提供条件。5.2 动力装置分析要想设计出一个可用的水能发电机，水轮机和发电机的的设 计使用是十分重要的，水轮机的好坏不但影响着水能的利用效 率，同时也影响着发电机的转速。为了提高

11、水能的利用率，我们 采用的是冲击式水轮机，其工作过程水流压力不变，主要是动能 的转换其最高效率能够高达91% 。5.3 电路部分原理发电机产生的电能通过 D1 D4 四个二极管整流，通过 DC-DC 模块输出恒压稳流，对两个串联的超级的电容充电，在超 级电容的输出端加入 DC-DC 模块输出稳定的电压，可以为多种 设备供电， 其中二极管 D5 保证充电电路的单向充电， 避免超级 电容对发电机做功， D1D4 的作用使发电机的正反转都能对电 容充电。6、产品项目设计创新点及优势高效和快速的能量转换。 应用超级电容，充电速度快，环使 用寿命长，深度充放电循环使用次数可达 150 万次，没有“记 忆

12、效应” ，大电流放电能力超强， 能量转换效率高， 过程损失小， 大电流能量循环效率90% 功率密度高，相当于电池的510倍; 产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染， 是理想的绿色环保电源;充放电线路简单，无需充电电池那样的 充电电路，安全系数高，长期使用免维护;超低温特性好，温度 范围宽-40C+70C ;很小的体积下达到法拉级的电容量；无须 特别的充电电路和控制放电电路；超级电容器可焊接，因而不存 在像电池接触不牢固等问题。能源高效转换。涡轮发电机构中的环形喷口设计可以实现水 动能向机械能的高效转换，叶片设计成勺形也是极大程度的减少 了冲击过程中能量的损失。突破创新。利用水

13、管中水能的设计理念比较具有创新性，机构的设计更是在原有的极少水能发电装置的基础上实现了突破。可为多种设备供电。 由于采用变压器装置，使得本产品可以 根据用电需要，给手机、电脑等小功率用电设备进行充电，实现 了真正的移动电源作用，可做应急能源使用。设备简单，易于工厂化生产。本设计产品实用性强，适用范围广。结构简单，易于实现，成本低廉，易于工厂化批量生产, 能够在我国各个学校广泛投入使用。绿色环保，推动节能发展。利用机械电子技术实现能量的转 化，充分利用资源，实现了能源绿色发展，对于建设资源集约型 社会具有十分重要的意义。7、产品经费预算物品名称数量市场价超级电容225 元水轮机130 元发电机1

14、40 元其它20 元合计115 元&产品市场前景分析在国内市场上，我国是全世界人口最多的国家，每天消耗 的水资源也位居全球前几位，随着我国经济条件的提升，人们的 物质生活也越来越高， 电力消耗巨大，而水里蕴藏着巨大的能源， 如何更好地利用水能越来越受到人们的重视，水龙头的水能发电将是一大创新，人们对电力的需求在不断地上升，物美价廉也是 我们选择物品的一大参考因素，我们设计出的水能发电机不但有较强的实用性，而且价格低廉，是人们可承受能力之内。相信在 倡导节约环保，绿色能源的今天，会受到人们的热捧！9、内部结构构件展示环形喷头传动轴定子铁芯定子线圈转子磁轭转子支架集电环集电环内套10、作品设计总结

15、 通过此次机械创新大赛水管水能发电装置， 我们将课堂 上学习的只是运用到实践中来。因为一个好的创意，不仅可以让 我们确定我们的方向，还可以调动我们团队中每个人的积极性。 我们团队分工明确、目标坚定，不仅在设计过程中熟悉和了解了 机制专业的相关知识，而且也运用了很多非本专业的知识，为后 期的学习打下了一个良好的基础。独特的创意可以让我找的我们所要研究的方向，同时，使我 们不在那样漫无目的的乱想，使我们的精力不再分散，让我们可 以更集中精力来对我们的创意进行改进和完善。与此同时，好的 创意还可以调动我们团队的积极性， 因为创意使我们团队的人想 出来，经过商议得来的，只有你的创意让每个人都让同才能让别 人同意。所以，好的创意是经过团队的人经过讨论得来的，而且 得到了团队人的认可，所以好的创意可以调动团队的积极性。此外，通过此次机械创新设计，我们深深明白了