Проектиране на водно колело за хидроенергетичен проект

Дизайн на водно колело за хидроенергия
Hydro energy iconHydro energy е технология, която преобразува кинетичната енергия на движещата се вода в механична или електрическа енергия, а едно от най-ранните устройства, използвани за преобразуване на енергията на движещата се вода в използваема работа, е дизайнът на водното колело.
Дизайнът на водните колела се е развил с течение на времето с някои водни колела, ориентирани вертикално, други хоризонтално, а други с прикрепени сложни шайби и зъбни колела, но всички те са проектирани да изпълняват същата функция и това също е „преобразуване на линейното движение на движещата се вода в въртеливо движение, което може да се използва за задвижване на всяка част от машината, свързана с нея чрез въртящ се вал.

Типичен дизайн на водно колело
Ранният дизайн на водните колела са доста примитивни и прости машини, състоящи се от вертикално дървено колело с дървени остриета или кофи, фиксирани еднакво около тяхната обиколка, всички поддържани върху хоризонтален вал със силата на водата, течаща под него, бутайки колелото в тангенциална посока към остриетата .
Тези вертикални водни колела са значително по-добри от по-ранните хоризонтални водни колела от древните гърци и египтяни, защото могат да работят по-ефективно, превеждайки инерцията на движещата се вода в мощност.След това шайбите и зъбните колела бяха прикрепени към водното колело, което позволяваше промяна в посоката на въртящия се вал от хоризонтална към вертикална, за да се управляват воденични камъни, трион, трошене на руда, щамповане и рязане и т.н.

Видове дизайн на водно колело
Повечето водни колела, известни също като водни мелници или просто водни колела, са вертикално монтирани колела, въртящи се около хоризонтална ос, и тези видове водни колела се класифицират по начина, по който водата се прилага към колелото, спрямо оста на колелото.Както може да очаквате, водните колела са относително големи машини, които се въртят с ниски ъглови скорости и имат ниска ефективност, поради загуби от триене и непълно пълнене на кофите и т.н.
Действието на водата, притискаща кофите или лопатките на колелата, развива въртящ момент на оста, но чрез насочване на водата към тези лопатки и кофи от различни позиции на колелото, скоростта на въртене и неговата ефективност могат да бъдат подобрени.Двата най-често срещани типа дизайн на водно колело са „водно колело с недоизстрелване“ и „водно колело с надхвърляне“.

Проектиране на водно колело с недостатъчно ниво
Дизайнът на водното колело Undershot, известен още като „поточно колело“, е най-често използваният тип водно колело, проектиран от древните гърци и римляни, тъй като е най-простият, най-евтиният и лесен за конструиране тип колело.
При този тип дизайн на водно колело колелото просто се поставя директно в бързо течаща река и се поддържа отгоре.Движението на водата отдолу създава тласкащо действие срещу потопените лопатки в долната част на колелото, което му позволява да се върти само в една посока спрямо посоката на потока на водата.
Този тип дизайн на водно колело обикновено се използва в равни зони без естествен наклон на земята или където водният поток се движи достатъчно бързо.В сравнение с другите дизайни на водни колела, този тип дизайн е много неефективен, като само 20% от потенциалната енергия на водата се използва за действително завъртане на колелото.Също така енергията на водата се използва само веднъж за завъртане на колелото, след което се оттича заедно с останалата вода.
Друг недостатък на водното колело с долна вода е, че изисква големи количества вода, движеща се със скорост.Ето защо, водните колела, които се подхвърлят, обикновено са разположени на бреговете на реките, тъй като по-малките потоци или потоци нямат достатъчно потенциална енергия в движещата се вода.
Един от начините да се подобри леко ефективността на водното колело с недостиг е да се отклони процент от водата в реката по тесен канал или канал, така че 100% от отклонената вода да се използва за завъртане на колелото.За да се постигне това, колелото на долната част трябва да е тясно и да пасне много точно в канала, за да се предотврати изтичането на водата около страните или чрез увеличаване на броя или размера на лопатките.

Дизайн на водно колело Overshot
Дизайнът на водното колело Overshot е най-често срещаният тип дизайн на водно колело.Водното колело за изпразване е по-сложно по своята конструкция и дизайн от предишното водно колело с подшлюпване, тъй като използва кофи или малки отделения както за улавяне, така и за задържане на водата.
Тези кофи се пълнят с вода, която тече в горната част на колелото.Гравитационното тегло на водата в пълните кофи кара колелото да се върти около централната си ос, докато празните кофи от другата страна на колелото стават по-леки.
Този тип водно колело използва гравитацията, за да подобри производителността, както и самата вода, като по този начин водните колела са много по-ефективни от дизайните с недостатъчно ниво, тъй като почти цялата вода и нейното тегло се използват за производство на изходна мощност.Въпреки това, както и преди, водната енергия се използва само веднъж за завъртане на колелото, след което се оттича заедно с останалата вода.
Водните колела са окачени над река или поток и обикновено се изграждат отстрани на хълмове, осигуряващи водоснабдяване отгоре с нисък напор (вертикалното разстояние между водата отгоре и реката или потока отдолу) от 5 до -20 метра.Може да се изгради малък язовир или бент, който да се използва както за канализиране, така и за увеличаване на скоростта на водата до върха на колелото, което й дава повече енергия, но обемът на водата, а не нейната скорост, помага за въртенето на колелото.

Като цяло водните колела с надстрел са изградени колкото е възможно по-големи, за да осигурят възможно най-голямото разстояние на главата за гравитационното тегло на водата, за да завърти колелото.Въпреки това, водните колела с голям диаметър са по-сложни и скъпи за конструиране поради теглото на колелото и водата.
Когато отделните кофи се пълнят с вода, гравитационното тегло на водата кара колелото да се върти в посоката на потока на водата.Тъй като ъгълът на въртене се приближава до дъното на колелото, водата вътре в кофата се излива в реката или потока отдолу, но теглото на кофите, въртящи се зад него, кара колелото да продължи със скоростта си на въртене.Празната кофа продължава около въртящото се колело, докато се върне отново до върха, готова да бъде напълнена с още вода и цикълът се повтаря.Един от недостатъците на дизайна на водно колело с овършот е, че водата се използва само веднъж, докато тече през колелото.

Дизайнът на водното колело Pitchback
Дизайнът на водното колело Pitchback е вариация на предишното водно колело с овършот, тъй като също използва гравитационното тегло на водата, за да помогне за въртенето на колелото, но също така използва потока на отпадната вода под него, за да даде допълнителен тласък.Този тип дизайн на водното колело използва система за подаване с ниска глава, която осигурява водата близо до горната част на колелото от улей отгоре.
За разлика от водното колело, което насочва водата директно над колелото, карайки го да се върти в посоката на потока на водата, водното колело с обратна посока подава водата вертикално надолу през фуния и в кофата отдолу, карайки колелото да се върти в обратната посока посока към потока на водата отгоре.
Точно както предишното водно колело с превишаване, гравитационното тегло на водата в кофите кара колелото да се върти, но в посока обратна на часовниковата стрелка.Когато ъгълът на въртене се доближи до дъното на колелото, водата, уловена вътре в кофите, се изпразва отдолу.Тъй като празната кофа е прикрепена към колелото, тя продължава да се върти с колелото както преди, докато се върне отново на върха, готова да бъде напълнена с още вода и цикълът се повтаря.
Разликата този път е, че отпадъчните води, изпразнени от въртящата се кофа, се оттичат по посока на въртящото се колело (тъй като няма къде другаде да отиде), подобно на принципа на долното водно колело.По този начин основното предимство на водното колело е, че то използва енергията на водата два пъти, веднъж отгоре и веднъж отдолу, за да завърти колелото около централната си ос.
Резултатът е, че ефективността на конструкцията на водното колело се увеличава значително до над 80% от водната енергия, тъй като се задвижва както от гравитационното тегло на входящата вода, така и от силата или налягането на водата, насочена в кофите отгоре, т.к. както и потокът на отпадъчните води отдолу, натискайки към кофите.Недостатъкът на водното колело е, че то се нуждае от малко по-сложно водоснабдяване директно над колелото с улеи и улеи.

Дизайнът на водното колело Breastshot
Breastshot Water Wheel Design е друга вертикално монтирана конструкция на водно колело, при която водата влиза в кофите около половината път нагоре на височината на оста или точно над нея и след това изтича отдолу в посоката на въртене на колелата.Като цяло водното колело с гърди се използва в ситуации, в които напорът на водата е недостатъчен за захранване на дизайн на водно колело с овършот или отклонение отгоре.
Недостатъкът тук е, че гравитационното тегло на водата се използва само за около една четвърт от въртенето, за разлика от преди, което беше за половината от въртенето.За да се преодолее тази ниска височина на главата, кофите на водните колела са направени по-широки, за да се извлече необходимото количество потенциална енергия от водата.
Водните колела с гърди използват приблизително същото гравитационно тегло на водата, за да завъртят колелото, но тъй като височината на главата на водата е около половината от тази на типичното водно колело с надхвърляне, кофите са много по-широки от предишните конструкции на водните колела, за да се увеличи обемът на водата уловени в кофите.Недостатъкът на този тип дизайн е увеличаването на ширината и теглото на водата, която се носи от всяка кофа.Както и при конструкцията на задната част, колелото за гърди използва енергията на водата два пъти, тъй като водното колело е проектирано да стои във водата, позволявайки на отпадната вода да помогне при въртенето на колелото, докато тече надолу по течението.

Генерирайте електричество с помощта на водно колело
Исторически водните колела са били използвани за смилане на брашно, зърнени храни и други подобни механични задачи.Но водните колела могат да се използват и за генериране на електроенергия, наречена хидроенергийна система.Чрез свързване на електрически генератор към въртящия се вал на водните колела, директно или индиректно чрез задвижващи ремъци и шайби, водните колела могат да се използват за непрекъснато генериране на енергия 24 часа в денонощието, за разлика от слънчевата енергия.Ако водното колело е проектирано правилно, малка или „микро“ водноелектрическа система може да произведе достатъчно електроенергия за захранване на осветление и/или електрически уреди в обикновен дом.
Потърсете генератори на водно колело, проектирани да произвеждат оптималната си мощност при относително ниски скорости.За малки проекти, малък DC двигател може да се използва като генератор с ниска скорост или автомобилен алтернатор, но те са проектирани да работят при много по-високи скорости, така че може да се изисква някаква форма на предавка.Генераторът на вятърни турбини прави идеален генератор на водно колело, тъй като е проектиран за работа с ниска скорост и висока мощност.
Ако в близост до вашия дом или градина има доста бързо течаща река или поток, който можете да използвате, тогава малка хидроенергийна система може да бъде по-добра алтернатива на други форми на възобновяеми енергийни източници като „вятърна енергия“ или „слънчева енергия “, тъй като има много по-малко визуално въздействие.Също както вятърната и слънчевата енергия, с генерирана система за генериране на малко мащабно водно колело, свързана с мрежата, свързана към местната комунална мрежа, всяка електроенергия, която генерирате, но не използвате, може да бъде продадена обратно на електрическата компания.
В следващия урок за хидроенергетиката ще разгледаме наличните различни видове турбини, които бихме могли да прикачим към нашия дизайн на водно колело за производство на хидроенергия.За повече информация относно дизайна на водно колело и как да генерирате свое собствено електричество, използвайки силата на водата, или да получите повече хидроенергийна информация за различните налични дизайни на водно колело, или за да проучите предимствата и недостатъците на хидроенергията, след това щракнете тук, за да поръчате своето копие от Amazon днес за принципите и конструкцията на водни колела, които могат да се използват за генериране на електричество.