关于健身器材发电在中水回用装置中的探讨★

韩 瑞 罗卫东 刘晶茹* 宛 立 王 晶

(大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁 大连 116023)

关于健身器材发电在中水回用装置中的探讨★

韩 瑞 罗卫东 刘晶茹* 宛 立 王 晶

(大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁 大连 116023)

论述了探讨利用家用健身器材动能进行发电应用于中水回用这一问题的背景及意义，结合家用健身器材的现状，分析了中水回用装置中健身器材发电设备的设计思路，指出将家用健身器材发电用于实际生活中是行之有效的方式。

健身器材，发电，中水，设备

1 装置研究背景及意义

鉴于世界上现在水资源的短缺，越来越严峻的现实摆在我们面前，若干年后是否还有充足干净达标的淡水资源能供给我们的日常生活还没有一个确切的答案。在这一紧张严峻的背景下，资源回收再利用便成为一个必须思考的问题。其中提高废水利用率这一重之又重的研究课题必将成为水资源利用研究的重点。另一方面，又由于我国是世界人口大国，各种资源总量居世界前列但人均资源较少，所以我们急需提高技术工艺，尽可能高的提升资源利用率。同时，随着生活节奏的日趋加快，生活压力较大，我们的健康状况较之以前有很大程度的下降。在这一趋势下，锻炼身体提高健康水平则深入人心。于是，在这种现实条件下，我们提出了利用家用健身器材的动能进行发电应用于中水的回用这一课题，一方面，能将生活盥洗废水进行回用，切实减少浪费，节约资源；另一方面，则将人们越来越重视的健身活动产生的能量进行合理有效利用。此项研究能达到节能减排的目标，在实际中将发挥很大的作用。本篇综述，着重对近些年针对于家庭健身器材发电的研究进行分析讨论。

2 家用健身器材的现状

我们了解到目前国内家庭健身器材的作用原理形式绝大部分是圆周运动和圆弧运动。一方面，由于现在快节奏的都市生活使得一部分户外运动被迫取消或受到不同程度的限制。另一方面，紧张高压的工作使得很大一部分人身体健康受到威胁，有针对性的进行身体锻炼就不得不引起重视。此时，同人们的户外运动形式很相似的家用健身器材则应运而生。于是，在考虑家用健身器材的运动形式时必须时刻与我们的实际运动生活相联系，进行问题分析时必须以“人”为主体。由于人们的运动形式不同，室内健身器材则又可分为健身车、跑步机、踏步机、划船器等这些有氧健身器材；而另外一部分则是力量训练器(哑铃等)和竞赛车类的无氧健身器材。基于市场需要和力量训练器械类的使用随时性、无时限性，我们在健身器材的设计论证中主要以有氧健身器材为主。

3 中水回用装置中健身器材发电设备的设计思路

在这个健身器材发电应用于家庭中水回用装置的设计论证过程中，我们需保证应用的健身器材发电设备能适应以上主体为有氧运动的健身器材。另一方面，发电装置的设计也需考虑由于不同年龄、不同身体状况的人的运动条件、运动时间不同而导致的能量周期、变化系数等不同。其次，通过科学研究不难得知，健身器材的运动转速较慢，不能直接用于发电，在设计考虑过程中必须采用齿轮提速装置将转速提高至符合工学设计参数要求。另外，此套发电设备成果后期需要将其运用到中水回用电能提供中去，即再次做冲洗水用，此过程需要提升泵的配合，而中水回用是没有特定的时间和具体要求的，所以在发电设备系统中必须加入充能蓄电装置(一般以蓄电池常见)。

基于以上几点特点及设计考虑因素，近些年也已经出现了一些针对家庭用健身器材发电的装置系统。根据总体的市场研究成果概括来说，家用健身器材发电设备作用原理主要有支杆连接发电、水介质传导发电、空气介质传导发电和特型发电四种类型。而在发电设备中较为常见且造价较低的则是利用支杆连接发电。支杆连接发电则是将家用健身器材利用支杆传导连接到设备主轴；带动设备主轴运动，通过齿轮变速装置，提高转速；利用动能发电机，带动磁转子转动切割磁场，从而达到发电的目的。整个这一过程中，总的原理较为简单，整体性比较好，能量利用率高。另外，水介质传导发电和空气介质传导发电原理相似。水介质传导发电则是用健身器材带动一种偏心凸轮旋转，利用容积泵将其压入缓冲槽，然后流动，利用水流作用冲击叶轮，叶轮经过旋转变速后带动发电机发电。最后水流还能经过另一缓冲槽，形成循环系统。不过，这两种方式比较适合大型、众多健身器材的联合发电形式。对于空气介质发电和水介质发电的情况基本一致，只是针对空气需要增加空气压缩机、贮气罐等等设备，其特点也是在稍具规模的健身会所内使用较为方便。而最后对于特型发电，它只是针对符合其设计结构的一小部分健身器材，不是大众的，对于我们这种准备覆盖整个群体的项目，不具有实际的意义，所以此处不再对其赘述。

在设计研究过程中我们偏重于考虑已经具有市场研发能力并且整体原理简单，能够成熟发展并且可以大批量进行工厂自动化生产能力的发电系统。同时，考虑到以后的市场覆盖面较广，在考虑造价上也是偏重于中、低端价格，不会造成产品只符合实验室条件而不符合市场条件而不能大力推广。

近些年，国内外除了对家用健身器材发电设备有了进一步的研究外，对蓄电储能设备的研究也有了深入发展。若想要在中水回用中更好的利用健身器材的发电，则蓄电设备发挥着必不可少的作用。众所周知，健身器材的使用是根据用户自身调节的，本身并无其规律，因而发电产生电能也是不定的，不能用来直接连接用电器使用。因此，需要蓄电装置储能，便于随时使用。而且经过蓄电装置后输出的电压稳定，不会对电器造成干扰破坏。现在市场上对于充当这一储能角色的物品使用最多的则是蓄电池，其简单方便并且降低成本，占有很大的市场。随着社会和科技发展，手机、平板电脑等小型用电器越来越多，在此发电装置中，在蓄电池的输出端，也可以考虑设计改变成具有不同频段、不同电压的输出口。一方面，可用于供给提升泵的正常使用，另一方面可提供USB输出口，用于小型用电器的充电。加入这一装置一方面可将电量充分利用，不会造成资源浪费；再者可让锻炼者有充分的心理满足感，直观的感受到运动的成果，增加兴趣，提高生活健康水平。

除了上述两项发电设备和蓄能设备组成系统的主要部分外，一种有效的具有实际意义的自动化电路控制系统也是必不可少的。通过这一控制系统将整个装置连接成一个整体，形成可视化面板操作，简单、直观、智能。根据国内外在近些年的研究和市场的应用成果，我们已经达到了可以用极管、电阻等一系列电路元件组成任意控制及其自动控制系统，能最大量最大质的利用电能，不造成过多荷载，但也不浪费。

4 应用前景

通过以上的论述，我们不难发现，将家用健身器材发电用于实际生活中则是行之有效的方式。因此，对这一项目中重要的健身器材发电部分已经进行了充足的论证，这个项目是可以实施的并且具有很大的市场潜力。同时，健身器材发电由于需要运用在家庭中，需要尽可能的减少体积，降低成本造价，使其可以在广大业主中普及开来。另一方面，尽管市场上对健身器材发电已经有了一定的研究成果以及产品市场，但是通过我们的论证研究证明此项目还是有很多创新点可循的。相信在不久的将来，此项目一定会在研究中由实验室逐步推向市场，真正的造福大众以减少环境压力。

On exploration for fitness equipment power generating in water reuse equipment★

Han Rui Luo Weidong Liu Jingru* Wan Li Wang Jing

(OceanandCivilEngineeringCollege,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China)

The paper indicates the background and significance of adopting the power from the fitness equipment’s energy of motion in the water reuse, analyzes the design ideas for the power generating equipment of the fitness equipment in the water reuse equipment by combining with the status of the equipment, and points out the power generating fitness equipment can be the effective way in real life.

fitness equipment, power generating, water, equipment

2015-01-09★：大学生创新创业训练资助项目

韩 瑞(1992- ),男，在读本科生； 罗卫东(1963- )，男，副教授； 宛 立(1970- )，女，副教授； 王 晶(1982- )，女，讲师

刘晶茹(1976- )，女，讲师

1009-6825(2015)08-0145-02

G818.3

A