一种沙丘重力势能发电设备

本实用新型公开了一种沙丘重力势能发电设备，包括履带车(1)和发电机组，该发电机组设置于履带车(1)的前部，该发电机组含有大轮盘(2)、前支撑立柱(14)、支撑立柱(11)、变速机(5)和发电机(6)，大轮盘(2)上沿周向间隔地排列有多个能够承装沙子的沙斗(3)，大轮盘(2)通过前支撑立柱(14)和支撑立柱(11)固定于履带车(1)上，大轮盘(2)转动时能够通过变速机(5)使发电机(6)发电。该沙丘重力势能发电设备能够将沙子的重力势能转变成机组轮盘的转动能，再带动发电机发出电势能，该沙丘重力势能发电设备构造简易，容易制造，便于在沙漠中移动，能够为祖国提供新的能源，节约化石能源。

技术领域
本实用新型涉及一种沙丘重力势能发电设备。
背景技术
电力已经成为人类不可缺少的能源，而现有的电力能源，供应不充足，并存在一些缺点，例如火力发电，要消耗大量宝贵的化石能源，排放有害的二氧化碳。太阳能发电和风能发电，虽然无污染性，但是投资大，发电间断时间长。核能发电，有一定的污染性，原料有限。水利发电，受水利资源的限制。实用新型内容为了利用沙漠资源，本实用新型提供了一种沙丘重力势能发电设备，该沙丘重力势能发电设备可以将沙丘沙子下落时产生的重力势能转变成发电机组大轮盘的转动能，再将该转动能通过发电机转变成电能。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种沙丘重力势能发电设备，包括履带车和发电机组，该发电机组设置于履带车的前部，该发电机组含有大轮盘、前支撑立柱、支撑立柱、变速机和发电机，大轮盘上沿周向间隔地排列有多个能够承装沙子的沙斗，大轮盘通过前支撑立柱和支撑立柱固定于履带车上，大轮盘转动时能够通过变速机使发电机发电。履带车含有承载车架、履带和动力系统，履带车上设有封闭的生活仓，大轮盘位于生活仓的前方。大轮盘通过中轴与前支撑立柱和支撑立柱连接，大轮盘能够以中轴为轴转动，变速机和发电机均相对于支撑立柱固定。履带车上设有发电仓，变速机和发电机均位于发电仓内，发电仓与生活仓上下设置。中轴的一端与前支撑立柱连接，中轴穿过支撑立柱，中轴的另一端通过传动机构与变速机的输入轴连接。大轮盘位于前支撑立柱和支撑立柱之间，前支撑立柱与支撑立柱前后平行设置。前支撑立柱的下端连接有落地支架，前支撑立柱的上端高于大轮盘的上端，落地支架呈倒U形结构。沙斗含有上下连接的侧斗壁和底板，沙斗的上部两侧外均设有耳轴，沙斗通过该耳轴与大轮盘连接，沙斗能够以该耳轴为轴转动；每个沙斗均连接有沙斗翻转机构，该沙斗翻转机构能够使沙斗绕该耳轴转动；或者，每个沙斗均连接有底板开合机构，该底板开合机构能够使该底板移动或转动。沙斗含有上下连接的侧斗壁和弹簧门，弹簧门能够转动并且自动复位，所述侧斗壁的下端外设有开门机构，该开门机构含有弹簧销架、弹簧销和弹簧，所述沙丘重力势能发电设备还包括开销钥匙，开销钥匙位于大轮盘的下端，开销钥匙与沙斗的出沙位置相对应，弹簧销架固定于所述侧斗壁的下端外，弹簧销和弹簧均与弹簧销架连接，弹簧销能够沿大轮盘的轴线方向移动，弹簧销呈L形结构，弹簧销的一端设有上弯段，弹簧能够使弹簧销复位；当沙斗处于装沙位置时，弹簧门处于关闭状态，弹簧门与弹簧销的另一端上下连接，弹簧销能够阻挡弹簧门转动；当沙斗处于出沙位置时，弹簧销的所述上弯段碰触开销钥匙能够使弹簧销脱离弹簧门，弹簧门在沙斗内沙子的重力作用下由关闭状态转动至打开状态。履带车上设有出沙机构，出沙机构的入口端位于大轮盘的正下方，出沙机构能够将沙斗卸下的沙子运走。本实用新型的有益效果是：该沙丘重力势能发电设备将会给人类创造廉价的沙丘能源，大量节省宝贵的化石能源，同时减少二氧化碳的排放，造福人类，例如大轮盘直径50m的发电机组，可以发电63万KW，36台机组可以发电2270万KW，相当于三峡水电站的装机容量(2250万KW)，如果再增加发电机组的数量，会发出几个三峡水电站的电量，沙丘重力势能发电不用建水库，不用移民，设备投资少，建设快，发电机组制成后，到沙丘进行安装，连上电网，数日就能投入生产。仅我国沙漠就有70万平方公里，沙漠中有大大小小的沙丘，沙丘高度由几十米到几百米，还有高达千米以上的沙山，这些沙丘是数万年来由风力形成的，是大自然恩赐给人类的宝贵能源，可惜还没有开发使用，这些沙丘如果被开发利用铲平后，由于沙漠风力的作用，还会形成新的沙丘，还可以再次利用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。图1是本实用新型所述沙丘重力势能发电设备的侧面示意图。图2是本实用新型所述沙丘重力势能发电设备的正面示意图。图3是沙斗的示意图。图4是弹簧销卡住弹簧门的主视图。图5是弹簧销卡住弹簧门的俯视图。图6是弹簧销打开弹簧门的主视图。图7是弹簧销打开弹簧门的俯视图。图8是一台装载机和一台传送机向所述沙丘重力势能发电设备供沙的侧面示意图。图9是四台装载机和一台传送机向所述沙丘重力势能发电设备供沙的平面示意图。图10是三台本实用新型所述沙丘重力势能发电设备连续作业的侧面示意图。1、履带车；2、大轮盘；3、沙斗；4、落地支架；5、变速机；6、发电机；7、发电仓；8、传送机；9、出沙机构；10、沙丘；11、支撑立柱；12、生活仓；13、中轴；14、前支撑立柱；15、装载机；31、弹簧销架；32、弹簧销；33、弹簧；34、开销钥匙；35、弹簧门。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。一种沙丘重力势能发电设备，包括履带车1和发电机组，该发电机组设置于履带车1的前部，该发电机组含有大轮盘2、支撑立柱11、前支撑立柱14、变速机5和发电机6，大轮盘2上沿周向间隔地排列有多个能够承装沙子的沙斗3，大轮盘2通过前支撑立柱14和支撑立柱11固定于履带车1上，大轮盘2转动时能够通过变速机5使发电机6发电，如图1和图2所示。在本实施例中，该沙丘重力势能发电设备为了方便移动而采用了履带车1，履带车1含有承载车架、履带和动力系统。履带车1的承载车架、履带和动力系统可以采用现有技术。根据该沙丘重力势能发电设备的自重和工作情况而选用适当的履带车1，履带车1适宜在沙漠中行动，当一处的沙丘沙子经过发电用完后，可以方便的要将发电机组移到另一处沙丘，继续发电。在本实施例中，履带车1含有操控系统，该操控系统能够控制履带车1和该发电机组的运行。履带车1上设有封闭且相对独立的生活仓12，大轮盘2位于生活仓12的前方，大轮盘2安装在履带车1的前部，有利于靠近沙丘10进行落地安装。生活仓12固定于履带车1的承载车架上，该操控系统可以位于生活仓12内。生活仓12内设有生活用品和家居用品，可以方便操作人员的生活及休息，还能防止风沙的袭击，如图1所示。在本实施例中，大轮盘2通过中轴13与前支撑立柱14和支撑立柱11连接，大轮盘2为圆形结构，大轮盘2的轴线与中轴13的轴线重合，大轮盘2与中轴13连接固定，大轮盘2能够以中轴13为轴转动，中轴13与支撑立柱11之间设有轴承，中轴13与前支撑立柱14之间也设有轴承，变速机5和发电机6均相对于支撑立柱11固定，变速机5和发电机6均固定于支撑立柱11上。履带车1上还设有发电仓7，变速机5和发电机6均位于发电仓7内，发电仓7可以用于保护变速机5和发电机6，发电仓7与生活仓12上下设置，发电仓7和生活仓12均设置有楼梯。在本实施例中，中轴13的一端与前支撑立柱14的中部连接，中轴13穿过支撑立柱11的顶部和大轮盘2的中心，中轴13的另一端通过第一传动机构与变速机5的输入轴连接，变速机5的输出轴通过第二传动机构与发电机6的输入轴连接。当大轮盘2以中轴13为轴转动时，中轴13随大轮盘2同步转动，带动变速机5的输入轴和输出轴转动，从而带动发电机6的输入轴转动，但前支撑立柱14和支撑立柱11均保持静止。在本实施例中，大轮盘2位于前支撑立柱14和支撑立柱11之间，支撑立柱11位于大轮盘2和生活仓12之间，前支撑立柱14与支撑立柱11前后平行设置，前支撑立柱14的下部可以通过横梁与履带车1的承载车架连接，前支撑立柱14的下端连接有落地支架4，前支撑立柱14和落地支架4能使该发电机组稳固在沙漠的地面上，便于该发电机组的稳定运行。在本实施例中，前支撑立柱14的上端高于大轮盘2的上端，在使用时，前支撑立柱14的上端可以与传送机8的输出端连接，用以引导传送机8输送的沙子进入大轮盘2上的沙斗3内。落地支架4呈倒U形结构，落地支架4的下端坐落于沙漠的地面上，使该发电机组稳固。在本实施例中，沙斗3为上端开放下端封闭的斗形结构，沙斗3可以含有上下连接的侧斗壁和底板，沙斗3的上部两侧外均设有耳轴，沙斗3通过该耳轴和轴承与大轮盘2连接，沙斗3能够以该耳轴为轴转动，如图3所示。沙斗3卸沙可以采用现有的矿车自动翻斗的结构和翻斗出沙方法，此时每个沙斗3均连接有沙斗翻转机构，该沙斗翻转机构能够使沙斗3绕该耳轴转动。或者，沙斗3卸沙也可以采用现有的挖掘机挖掘斗底部自动卸料的结构和沙斗底部自动出沙方法，此时每个沙斗3均连接有底板开合机构，该底板开合机构能够使该底板移动或转动。当沙斗3位于大轮盘2的上端时，沙斗3为上端开放下端封闭的状态；当沙斗3下降的过程，沙斗3始终保持上端开放下端封闭的状态；当沙斗3位于大轮盘2的下端时，沙斗3的下端为开放状态，以倾倒出沙斗3内承装的沙子。大轮盘2周边的转速应控制在O.5m/秒，沙斗3的上端开口尺寸为4.5m×4.5m，每个沙斗3的进料时间为4.5m÷O.5m/秒＝9秒，如果大轮盘2转动过快，则沙子就不容易进入沙斗3中。在本实施例中，沿大轮盘2的周向，相邻的两个沙斗3之间的距离要小，以防止在连续进沙时，沙会漏到沙斗3以外。支撑立柱11的下部设有位置传感器(例如红外传感器)，该位置传感器的位置与沙斗3的位置相对应，该位置传感器能够监测具体哪个沙斗3位于大轮盘2的下端，该位置传感器与上述操控系统连接，上述沙斗翻转机构或底板开合机构也与该操控系统连接。当某个沙斗3位于大轮盘2的下端时，该操控系统该位置传感器可以向该操控系统发送信号，该操控系统向位于大轮盘2下端沙斗3的沙斗翻转机构或底板开合机构发送动作信号，从而可以卸出该沙斗3内承装的沙子。或者，在本实施例中，沙斗3含有上下连接的侧斗壁和弹簧门35，弹簧门35可以通过门轴和扭簧与该侧斗壁连接，弹簧门35能够转动并且自动复位，当弹簧门35处于关闭状态时，沙斗3的下端为封闭状态；当弹簧门35处于打开状态时，沙斗3的下端为开放状态。当沙斗3位于大轮盘2的下端时，沙斗3位于出沙位置，弹簧门35将处于打开状态。当沙斗3位于大轮盘2的其它位置时，沙斗3位于装沙位置，弹簧门35将处于关闭状态。在本实施例中，沙斗3的所述侧斗壁的下端外设有开门机构，该开门机构含有弹簧销架31、弹簧销32和弹簧33，所述沙丘重力势能发电设备还包括开销钥匙34，如图4至图7所示。开销钥匙34位于大轮盘2的下端，开销钥匙34与沙斗3的出沙位置相对应，开销钥匙34可以位于大轮盘2和支撑立柱11之间，开销钥匙34可以固定于地面或与履带车1的承载车架固定，开销钥匙34为条形的板状结构，开销钥匙34的一端设有尖角，如图5所示，弹簧销架31固定于沙斗3的所述侧斗壁的下端外，弹簧销32和弹簧33均与弹簧销架31连接，弹簧销32能够沿大轮盘2的轴线方向移动，即弹簧销32可以沿图4中左右方向移动，弹簧销32呈平躺的L形结构，弹簧销32的一端设有上弯段，弹簧33能够使弹簧销32复位。沙斗3底部的弹簧销32在沙斗3中装满沙子时，承受压力很大，弹簧销32活动时摩擦力会很大，可以在弹簧销32与弹簧门35接触的部位加上滑轮，以降低摩擦力。当沙斗3处于装沙位置时，弹簧门35处于关闭状态，弹簧门35与弹簧销32的另一端上下连接，弹簧销32能够阻挡弹簧门35转动，即由于弹簧销32的阻挡，弹簧门35不能转动，从而使弹簧门35始终保持关闭状态。当沙斗3随大轮盘2转动至出沙位置时，弹簧销32的所述上弯段碰触开销钥匙34的尖角，从而能够使弹簧销32脱离弹簧门35，即弹簧销32在图4和图5中向右移动，弹簧销32不再能够阻挡弹簧门35转动，弹簧门35在沙斗3内沙子的重力作用下向下转动，弹簧门35由关闭状态转动至打开状态，沙斗3内沙子将从沙斗3的下端卸出，放出沙子后，弹簧门35由于失去了沙子的重力将回复至关闭状态，此时弹簧销32的所述上弯段正好脱离开销钥匙34，弹簧销32在弹簧33的作用下复位(弹簧销32向图4和图5中左侧移动)，弹簧门35与弹簧销32的另一端重新上下连接，弹簧销32能够阻挡弹簧门35转动，弹簧门35重新处于关闭状态。在本实施例中，履带车1上设有出沙机构9，出沙机构9可以采用现有的传动带，出沙机构9的入口端位于大轮盘2的正下方，出沙机构9能够将沙斗3卸下的沙子运走至设定的空地，以防止沙斗3卸下的沙子在大轮盘2的下方造成堆积。另外，发电机6可以与电网连接，发电机6发出的电能可以向电网供应。下面介绍该沙丘重力势能发电设备的发电原理物体由高处下落时，由于地球引力的作用，会产生重力势能，也称位能(EP＝mgh)，本实用新型就是将沙丘沙子下落时产生的重力势能，通过沙斗3转变成大轮盘2的转动能，再带动发电机6转变成电力能的。沙丘发电的原理与水力发电的原理相同，都是利用高处的水或沙子的位能发电的。不同的地方是水利发电的水是自动流进水轮机做功的，而沙子需要用传送机8(可以为现有的传送带)把沙子送进该发电机组。古老的水车是用一个大轮盘，轮盘周围装上水斗，高处水流进轮盘上部的水斗中，由于水的位能，将轮盘推动，进行旋转，轮盘的中轴再带动石磨等工具进行工作。本实用新型发电机组的大轮盘2周围安装了沙斗3，用沙子的位能推动大轮盘2转动，再带动发电机6发电，本实用新型发电机组在结构上，原理上几乎完全与古老的水车一样，这种水车一直使用几千年，是非常成熟的技术。沙子的比重是2.5，是水的2.5倍，水和沙子在相同高度和相同体积时，沙子所产生的位能功率是水的2.5倍，沙子位能发电具有较大的优越性。下面介绍该沙丘重力势能发电设备的发电工艺流程：沙丘高处的沙子→装载机15挖沙→传送机8传送沙子→发电机组的沙斗3接受沙子→大轮盘2受力产生转动力矩转动→沙子到达大轮盘2的下端并倾泻→出沙机构9接受沙子→把沙子送到沙丘下端的其他空间。下面介绍该沙丘重力势能发电设备的发电过程：沙子的重力势能→大轮盘2的转动能→变速机5的转动能→发电机6的转动发电下面介绍该沙丘重力势能发电设备的发电技术：用高处沙子下落时的重力势能，推动发电机组的大轮盘2转动，产生大轮盘2的转动能，再带动发电机6发电。具体实施方法是：用装载机15将沙子装进传送机8，将高处的沙子输送进发电机组的大轮盘2上端的沙斗3中，由于沙子重力势能的作用，使大轮盘2不停地转动，沙子也将陆续相继不停地送入大轮盘2的各个沙斗3，当沙斗3转到大轮盘2的下端时，把每个沙斗3中的沙子都倒入下方的出沙机构9中运走，这样连续向大轮盘2上部的沙斗3中进沙，沙斗3到达大轮盘2的下端时，又将沙子倒出，形成大轮盘2的一侧的沙斗3中有沙子，有重力势能，大轮盘2的另一侧的沙斗3中无沙子，无重力势能。因而在大轮盘2两侧重量不等的情况下，使大轮盘2不停地朝着一个方向旋转，使大轮盘2产生了转动能，大轮盘2连接的中轴13则带动变速机5的输入轴和输出轴转动，再带动发电机6的输入轴转动，产生电能，使该沙丘重力势能发电设备完成了发电的功能。下面介绍该沙丘重力势能发电设备的沙子供应及沙子排放：沙丘重力势能发电是用沙丘高处沙子的重力势能来完成的，沙子要连续不断地送进发电机组，才能使机组正常运转，装载机15可以多台组合使用，例如，多台装载机15把沙子装戴到传送机8上，传送机8又把沙子送进发电机组的大轮盘2的沙斗3中，使发电机组持续运转，如图8至图10所示。当近处沙子用完时，要增加传送机8，把远处的沙子运来，为了节约能源，把传送机8的远端抬高20°—30°的角度，让沙子由高处向低处顺流而下，减少阻力。装载机15可以采用现有的蟹扒式装载机，当然也可以采用更先进的装载机。沙子做功后到达机组的下端传送机中，要立即运往预先留出的空旷地，防止在机组附近堆积。提高沙丘重力势能发电机组的功效，使本实用新型沙丘重力势能发电更加可行：假设发电机组中大轮盘2的直径为50m，可发电63万KW，如果加大大轮盘2的直径，也就等于增加沙子的位能，发电机组的发电功率会相应的提高。但是机组轮盘加大，履带车等设施都要相应的加大，也会带来一些缺陷，如果采用多台该沙丘重力势能发电设备组合连续操作，则会在不增加进出沙设施的情况下，增加发电功率，如图5所示，三台该沙丘重力势能发电设备组合连续作业，可提高发电功率三倍，而进出沙设备只用一套，节约进出沙的耗能三分之二，沙漠沙丘有的高达几百米，还有高达千米以上的沙山，可以采取10台、20台该沙丘重力势能发电设备连续作业，其进沙及出沙的设备和耗能，要减少到十分之一，二十分之一，连续发电的作业使本实用新型沙丘重力势能发电更加可行了。沙丘重力势能发电的功率计算：a.沙子重量(m)设：沙丘重力势能发电机组的大轮盘2的直径为50m，大轮盘2的周长50mxπ＝157m，每个沙斗3的长×宽×高＝4.5m×4.5m×3.5m＝70.8m³，可装沙子70.8×2.5＝177t(沙子比重按2.5t/m³计算)。大轮盘2的外围每4.6m掛一个沙斗3，可以掛157÷4.6m＝34个沙斗3，其中一侧沙斗3可装沙子34×177t×1/2＝3009t＝3009000kgb.沙子下降高度为50m(H)大轮盘2高50m。c.沙子下降速度为0.5m/秒(V)沙子下降50m用时100秒；d.1马力＝75kg，m/秒＝0.74kwE.该机发电功率(w)                            w＝74.2万kwF.发电机效率95％发电机组损耗5％装载机，传送机等耗能5％合计损耗发电功率的15％实际发电功率为：74，2万kwx85％＝63万kWG.36台机组可发电63万kw×36＝2270万kw相当于三峡水电站的装机容量(2250万kw)沙丘重力势能发电机组能否保持连续发电：本机组24小时都能发电，当一处沙丘的沙子用完时，需要仃机换到另一个沙丘，要仃机几个小时，沙丘位能发电都要安装数台机组，可以互相配合，避免发电间断问题。本实用新型是用沙漠沙丘高处的沙子，在降低沙子位置时，利用沙子的重力势能发电的。沙子在通过沙丘重力势能发电机组时，将沙子的重力势能转变成机组轮盘的转动能，再带动发电机发出电势能，沙漠沙丘重力势能发电，主要设备是沙丘重力势能发电机组，该机组构造简易，容易制造，机组安装在履带车上，便于在沙漠中移动，另外需要常规的装载机、传送机等设施，在沙漠中将发电机组安装后，修通电网，即可发电。每台机组可以发电63万KW，我国沙漠有70万平方公里，沙丘能源广大，有待电力部门前去开发，为祖国提供新的能源，节约化石能源。以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。