藻類(lèi)生物質(zhì)的生產(chǎn)系統機械結構論文

　　摘要：清潔環(huán)保的藻類(lèi)生物質(zhì)燃料是新能源的重要組成部分，怎樣大規模的生產(chǎn)應用是當前和以后很長(cháng)一段時(shí)間國內外研究新能源的重大課題，也是解決當前世界能源短缺問(wèn)題的方法之一。為此，對藻類(lèi)生物質(zhì)生產(chǎn)系統機械結構進(jìn)行探索，以資借鑒。

　　關(guān)鍵詞：藻類(lèi);生物質(zhì);生產(chǎn)系統;機械結構

　　1概述

　　隨著(zhù)全球經(jīng)濟的快速增長(cháng)，石油和煤炭等不可再生的化石能源日漸消耗，社會(huì )正面臨著(zhù)能源短缺的危機。為解決能源短缺問(wèn)題，太陽(yáng)能、風(fēng)能和生物質(zhì)能等可再生能源日漸進(jìn)入我們的視野。藻類(lèi)，在用作生物質(zhì)燃料方面具有不可替代的地位，其制備的生物柴油不論是作燃料還是其他用途，對于能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應等問(wèn)題都有一定意義。

　　2系統基本原理和結構設計

　　2.1基本原理

　　藻類(lèi)生物質(zhì)生產(chǎn)系統是一種藻類(lèi)生產(chǎn)的材料或設備，主要包括以下幾個(gè)系統。第一，能源系統。為整個(gè)系統提供電力，主要分為發(fā)電模塊、貯能模塊和控制模塊三個(gè)模塊。第二，動(dòng)力系統。本設計的兩個(gè)主運動(dòng)都選擇步進(jìn)電機驅動(dòng)，方便協(xié)調兩種運動(dòng)之間的相互配合。第三，數據采集系統。主要用于監測藻類(lèi)生長(cháng)的各種條件的實(shí)時(shí)情況以便調整，包括溫度測量、光照測量、CO2量測量和液層高度測量。第四，調控系統�？梢愿鶕�數據采集系統收集的實(shí)時(shí)狀況和實(shí)際需要對某些量進(jìn)行調節。第五，控制系統。以單片機為主，主要通過(guò)串口傳輸數據和指令，與主控臺進(jìn)行通信，同時(shí)也對整個(gè)系統電源進(jìn)行管理（本文只對動(dòng)力系統的機械結構進(jìn)行討論）。

　　2.2基本結構

　　2.2.1養殖部分

　　開(kāi)放式養殖池是最簡(jiǎn)單和原始的藻類(lèi)養殖系統，考慮到輸送帶實(shí)現循環(huán)運動(dòng)的可行性和可靠性，選擇圓形養殖池。本設計因為有不銹鋼板作為養殖平臺，不存在藻細胞下沉的問(wèn)題，故不含中央旋轉攪拌器，取而代之的是旋轉鋼板，作為傳輸帶，在藻類(lèi)生長(cháng)到適合大小收割時(shí)進(jìn)行旋轉運動(dòng)，達到收割自動(dòng)化。圓形池。圓形池的大小參考一般的養殖池，設計為圓環(huán)狀，中心的圓形空間用于安裝旋轉驅動(dòng)機構（包括電動(dòng)機），內環(huán)直徑為2.5m，外環(huán)直徑為10m，深度為50mm。對應收割系統的部分設計有缺口和回收通道，方便收割好的藻細胞能順利進(jìn)入下一輪工序。生長(cháng)的場(chǎng)所——傳送帶。根據美國的一項科研成果，藻類(lèi)細胞在表面含有細小波紋的抗腐蝕不銹鋼上比起在不含細紋的平面上生長(cháng)具有更大吸附性和更快的生長(cháng)速度。生長(cháng)在鋼板表面的藻類(lèi)在回收時(shí)可以用機械的方法收“割”，同時(shí)遺留在表面上的藻類(lèi)將作為下一輪藻類(lèi)的“根”而持續生長(cháng)。因此，將“傳送帶”設計成在水面循環(huán)的模式，就可以實(shí)現藻類(lèi)的連續生長(cháng)和收獲。關(guān)于傳送帶的設計需要注意以下幾方面問(wèn)題。第一，鋼板的紋理。在鋼板上陣列微孔，增加對藻細胞的吸附性。微孔的尺寸選擇根據前人研究成果而定，選擇直徑為0.25mm，深為0.1mm，孔與孔之間的間距是4mm。第二，設計鋼板的尺寸。主要依據是角度確定尺寸。因普通步進(jìn)電機的步距角常見(jiàn)為7.5°，故每次轉過(guò)的角度應為步距角的整數倍，剛好在轉過(guò)一片鋼板就收割一次，每次收割一片，整個(gè)傳送帶運動(dòng)一周完成一次藻細胞回收。所以，鋼板片數n（n=1，2，3…），又因為考慮到池的外徑數值較大，當n=1時(shí)，每片鋼板過(guò)于細長(cháng)，最后確定n=2，計算得X=24片，角度為15°�？紤]到每片鋼片之間應留有一定間隙，最后取角度為14.6°。第三，設計傳送帶的運動(dòng)輔助構件。要使鋼板浮在水面難以實(shí)現控制，故安裝支架穩定鋼板高度，通過(guò)液體供給系統調節水量達到。由于鋼板有旋轉運動(dòng)的需求，所以在支架底部裝有滑輪，減低摩擦，對于后期收割時(shí)調整鋼板高度也較方便。第四，設計旋轉驅動(dòng)部分。鋼板的旋轉運動(dòng)由步進(jìn)電機驅動(dòng)，步進(jìn)電機安裝在養殖池的中央，通過(guò)圓盤(pán)狀薄板的驅動(dòng)旋轉盤(pán)帶動(dòng)鋼板，支架連接銜接桿而與旋轉盤(pán)跟支架之間形成鉸接。驅動(dòng)旋轉盤(pán)固定在圓形養殖池的內徑厚壁上，兩者之間設計有凹槽并安裝滾珠，既能支撐薄板又不影響其旋轉運動(dòng)。

　　2.2.2收割部分

　　往復運動(dòng)機構。對于收割裝置，其運動(dòng)是沿養殖池半徑方向的直線(xiàn)運動(dòng)，養殖池里每轉過(guò)一個(gè)鋼板的位置，收割裝置運動(dòng)一個(gè)循環(huán)，即一次直線(xiàn)往復運動(dòng)。設計重點(diǎn)在保持刮刀不離開(kāi)鋼板表面，對速度無(wú)特殊要求�；�于系統結構尺寸較大，一般的往復運動(dòng)機構難以實(shí)現，并且養殖環(huán)境較潮濕，所以，傳動(dòng)件優(yōu)選鏈傳動(dòng)。綜合考慮，設計往復運動(dòng)機構為鏈條帶動(dòng)T型導桿做往復直線(xiàn)運動(dòng)，刀具安裝在T型導桿上。刮刀。由于使藻細胞與鋼板分離所需的力很小，本設計只是初步提供設計構想，對刀具的結構設計合理性沒(méi)有經(jīng)過(guò)計算驗證�；�本思路是直接用刀具在鋼板上刮取至回收通道。定位導塊。定位導塊與T型導桿接觸的截面形狀設計同導軌截面設計。由于燕尾形導軌是三角形導軌的變形，高度較小，可承受顛覆力矩，所以在承載處選擇燕尾形導軌。同時(shí)，在導軌上部安裝矩形導軌防止T型導桿傾覆，該矩形導軌不起導向作業(yè)，兩側平面與導桿不接觸。根據燕尾形截面設計的定位導塊要根據所需高度固定在底座上�；瑝K�；瑝K的設計著(zhù)重在鏈條轉動(dòng)時(shí)不會(huì )造成干涉，與鏈條的連接采用鉸接，所以選擇滾子鏈。鉸接時(shí)，以螺栓代替鏈節的其中一條銷(xiāo)軸，同時(shí)螺栓與滑塊相連，滑塊又與T型倒桿豎直部分相連。為排除滑塊運動(dòng)時(shí)與鏈條、鏈輪相碰撞而造成干涉，滑塊設計成對稱(chēng)的兩個(gè)獨立部分；因與T型導桿豎直部分的連接是滑動(dòng)摩擦，截面形狀設計成圓形，猶如套筒與軸的連接�；瑝K與螺栓連接用的孔用銑刀銑沉孔，裝上軸承減低轉動(dòng)摩擦，而軸承由墊圈實(shí)現軸向定位。

　　3結語(yǔ)

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，藻類(lèi)生物質(zhì)作為生產(chǎn)新能源的原料有著(zhù)不可替代的作用，它的研究和開(kāi)發(fā)也越來(lái)越受到人們的重視。我國在新能源技術(shù)研究利用方面與國外相比還有較大差距，大力加強新能源技術(shù)的研究、推廣和應用，對我國乃至世界能源領(lǐng)域都具有重大意義。

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