Dizajn vodenog kotača za hidroenergiju
ikona hidroenergijeHydro energy je tehnologija koja pretvara kinetičku energiju kretanja vode u mehaničku ili električnu energiju, a jedan od najranijih uređaja koji se koristio za pretvaranje energije kretanja vode u upotrebljiv rad bio je Waterwheel Design.
Dizajn vodenih točkova je evoluirao tokom vremena sa nekim vodenim točkovima koji su orijentisani okomito, neki horizontalno, a neki sa pričvršćenim složenim remenicama i zupčanicima, ali svi su dizajnirani da obavljaju istu funkciju, a to je takođe „pretvaranje linearnog kretanja vode koja se kreće u rotacijsko kretanje koje se može koristiti za pogon bilo kojeg komada mašinerije povezane s njim preko rotirajuće osovine”.
Tipičan dizajn vodenog točka
Rani dizajn vodenih točkova bile su prilično primitivne i jednostavne mašine koje su se sastojale od vertikalnog drvenog točka sa drvenim noževima ili kantama ravnomerno pričvršćenim oko svog obima koje su svi oslonjeni na horizontalnu osovinu sa snagom vode koja teče ispod nje gurajući točak u tangencijalnom smeru na lopatice. .
Ovi vertikalni vodeni kotači bili su znatno superiorniji od ranijih horizontalnih vodenih kotača starih Grka i Egipćana, jer su mogli djelovati efikasnije pretvarajući zamah vode koja se kreće u snagu.Remenice i zupčanici su tada bili pričvršćeni na vodeni točak koji je omogućavao promjenu smjera rotirajuće osovine iz horizontalnog u vertikalni kako bi se pokretalo mlinsko kamenje, drvo za piljenje, drobljenje rude, štancanje i rezanje itd.
Vrste dizajna vodenih kotača
Većina vodenih kotača također poznatih kao vodenice ili jednostavno vodeni kotači, vertikalno su postavljeni kotači koji se rotiraju oko horizontalne osovine, a ove vrste vodenih kotača se klasificiraju prema načinu na koji se voda primjenjuje na točak, u odnosu na osovinu točka.Kao što možete očekivati, vodeni kotači su relativno velike mašine koje se rotiraju pri malim ugaonim brzinama, a imaju nisku efikasnost, zbog gubitaka trenjem i nepotpunog punjenja kašika, itd.
Djelovanje vode koja gura na kotače žlice ili lopatice razvija obrtni moment na osovini, ali usmjeravanjem vode na ove lopatice i žlice sa različitih pozicija na kotaču može se poboljšati brzina rotacije i njena efikasnost.Dva najčešća tipa dizajna vodenih kotača jesu “undershot waterwheel” i “overshot waterwheel”.
Undershot Water Wheel Design
Undershot Water Wheel Design, također poznat kao „točak za vodu“, bio je najčešće korišteni tip vodenog točka koji su dizajnirali stari Grci i Rimljani jer je to najjednostavniji, najjeftiniji i najlakši tip kotača za konstruiranje.
U ovoj vrsti dizajna vodenog točka, točak se jednostavno postavlja direktno u reku koja brzo teče i podržava odozgo.Kretanje vode ispod stvara akciju guranja prema potopljenim lopaticama na donjem dijelu kotača omogućavajući mu da se rotira samo u jednom smjeru u odnosu na smjer toka vode.
Ovaj tip dizajna vodenog točka se obično koristi u ravnim područjima bez prirodnog nagiba zemljišta ili gdje se tok vode dovoljno brzo kreće.U poređenju sa drugim dizajnom vodenih točkova, ovaj tip dizajna je veoma neefikasan, sa samo 20% potencijalne energije vode koja se koristi za stvarno rotiranje točka.Također, energija vode se koristi samo jednom za rotaciju kotača, nakon čega otječe sa ostatkom vode.
Još jedan nedostatak vodenog kotača sa podmetanjem je što zahtijeva velike količine vode koja se kreće brzinom.Zbog toga se podvodni kotači obično nalaze na obalama rijeka jer manji potoci ili potoci nemaju dovoljno potencijalne energije u vodi koja se kreće.
Jedan od načina da se malo poboljša efikasnost vodenog kotača s podmetnutim vodom je preusmjeravanje procenta vode u rijeci duž uskog kanala ili kanala tako da se 100% preusmjerene vode koristi za rotaciju kotača.Da bi se to postiglo, kotač za podmetanje mora biti uzak i vrlo precizno uklopljen u kanal kako bi se spriječilo da voda curi sa strana ili povećanjem broja ili veličine lopatica.
Overshot Waterwheel Design
Overshot dizajn vodenog točka je najčešći tip dizajna vodenog točka.Vodeni kotač s preklopom je složeniji u svojoj konstrukciji i dizajnu od prethodnog vodenog kotača s nedostatkom jer koristi kante ili male pregrade za hvatanje i zadržavanje vode.
Ove kante se pune vodom koja teče na vrhu kotača.Gravitaciona težina vode u punim kantama uzrokuje da se točak rotira oko svoje centralne ose dok prazne kante na drugoj strani točka postaju lakše.
Ova vrsta vodenih kotača koristi gravitaciju za poboljšanje izlazne snage, kao i samu vodu, tako da su vodeni kotači sa prekoračenjem mnogo efikasniji od dizajna s nedostatkom vode jer se gotovo sva voda i njena težina koriste za proizvodnju izlazne snage.Međutim, kao i prije, energija vode se koristi samo jednom za rotaciju kotača, nakon čega otječe s ostatkom vode.
Vodeni kotači su okačeni iznad rijeke ili potoka i općenito su izgrađeni na stranama brda koje obezbjeđuju dovod vode odozgo s niskim nagibom (vertikalna udaljenost između vode na vrhu i rijeke ili potoka ispod) između 5 i -20 metara.Mala brana ili brana se mogu konstruisati i koristiti za kanalisanje i povećanje brzine vode do vrha točka dajući mu više energije, ali zapremina vode, a ne njena brzina, pomaže da se kotač okreće.
Općenito, vodeni kotači su napravljeni što je moguće veći kako bi dali najveću moguću udaljenost glave za gravitacionu težinu vode koja rotira kotač.Međutim, vodeni kotači velikog promjera su složeniji i skuplji za izradu zbog težine kotača i vode.
Kada se pojedinačne kante napune vodom, gravitacijska težina vode uzrokuje rotaciju kotača u smjeru toka vode.Kako se ugao rotacije približava dnu kotača, voda unutar kante se izlijeva u rijeku ili potok ispod, ali težina kanti koje rotiraju iza nje uzrokuje da točak nastavi sa svojom brzinom rotacije.Prazna kanta se nastavlja oko rotirajućeg točka sve dok se ponovo ne podigne na vrh, spremna da se napuni sa još vode i ciklus se ponavlja.Jedan od nedostataka dizajna vodenog točka je taj što se voda koristi samo jednom dok teče preko točka.
The Pitchback Waterwheel Design
Dizajn pitchback vodenog kotača je varijacija prethodnog vodenog kotača, jer također koristi gravitacijsku težinu vode da pomogne rotaciji kotača, ali također koristi tok otpadne vode ispod njega kako bi dao dodatni pritisak.Ovaj tip dizajna vodenog točka koristi sistem za dovod vode sa niskom glavom koji obezbeđuje vodu blizu vrha točka iz otvora iznad.
Za razliku od vodenog kotača koji je vodio preko kotača koji je vodio vodu direktno preko točka uzrokujući njegovo rotiranje u smjeru toka vode, vodeni kotač sa zaokretom dovodi vodu okomito prema dolje kroz lijevak i u kantu ispod uzrokujući da se točak okreće u suprotnom smjeru. smjeru toka vode iznad.
Baš kao i prethodni vodeni kotač, gravitacijska težina vode u kantama uzrokuje rotaciju kotača, ali u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.Kako se ugao rotacije približava dnu kotača, voda zarobljena unutar kante ispušta se ispod.Kako je prazna kanta pričvršćena za točak, ona nastavlja da se okreće sa točkom kao i ranije dok se ponovo ne podigne na vrh spreman da se napuni sa još vode i ciklus se ponavlja.
Razlika je ovoga puta u tome što otpadna voda ispražnjena iz rotirajuće kante teče u smjeru rotirajućeg kotača (jer nema kuda drugdje), slično kao kod glavnog vodenog točka.Stoga je glavna prednost vodenog kotača s povratnim udarom ta što on koristi energiju vode dva puta, jednom odozgo i jednom odozdo, kako bi rotirao točak oko svoje centralne ose.
Rezultat je da je efikasnost dizajna vodenog točka znatno povećana na preko 80% energije vode jer je vođena i gravitacijskom težinom ulazne vode i silom ili pritiskom vode usmjerene u kante odozgo, kao što je kao i protok otpadne vode ispod pritiska na kante.Nedostatak vodenog kotača je taj što mu je potreban malo složeniji raspored vodoopskrbe direktno iznad kotača sa žljebovima i žlebovima.
Dizajn Breastshot Waterwheel
Breastshot Water Wheel Design je još jedan vertikalno postavljen dizajn vodenog točka gdje voda ulazi u kante otprilike na pola puta gore na visini osovine, ili neposredno iznad nje, a zatim istječe na dnu u smjeru rotacije kotača.Općenito, prsni vodeni kotač se koristi u situacijama u kojima je visina vode nedostatna za pokretanje dizajna vodenog kotača prekoračenja ili pitchbacka odozgo.
Nedostatak je u tome što se gravitaciona težina vode koristi samo za jednu četvrtinu rotacije za razliku od ranije koja je bila za polovinu rotacije.Da bi se prevazišla ova mala visina glave, korpe vodenih točkova su napravljene šire kako bi se izvukla potrebna količina potencijalne energije iz vode.
Breastshot vodeni kotači koriste približno istu gravitacijsku težinu vode za rotaciju kotača, ali kako je visina glave vode oko pola manje od tipičnog vodenog točka, kante su mnogo šire od prethodnih dizajna vodenih kotača kako bi se povećao volumen vode uhvaćen u kante.Nedostatak ove vrste dizajna je povećanje širine i težine vode koju nosi svaka kanta.Kao i kod pitchback dizajna, prsni kotač koristi energiju vode dva puta jer je vodeni kotač dizajniran da sjedi u vodi omogućavajući otpadnoj vodi da pomogne u rotaciji točka dok teče nizvodno.
Generirajte električnu energiju pomoću vodenog točka
Istorijski su se vodeni kotači koristili za mljevenje brašna, žitarica i druge slične mehaničke zadatke.Ali vodeni točkovi se takođe mogu koristiti za proizvodnju električne energije, koji se naziva hidroenergetski sistem.Povezivanjem električnog generatora na rotirajuću osovinu vodenih kotača, direktno ili indirektno pomoću pogonskih kaiševa i remenica, vodeni kotači se mogu koristiti za kontinuiranu proizvodnju energije 24 sata dnevno za razliku od solarne energije.Ako je vodeni kotač pravilno dizajniran, mali ili "mikro" hidroelektrični sistem može proizvesti dovoljno električne energije za napajanje rasvjete i/ili električnih uređaja u prosječnom domu.
Potražite generatore vodenih kotača dizajniranih da proizvedu svoj optimalni učinak pri relativno malim brzinama.Za male projekte, mali DC motor se može koristiti kao generator male brzine ili automobilski alternator, ali oni su dizajnirani da rade na mnogo većim brzinama tako da može biti potreban neki oblik zupčanika.Generator vjetroturbine je idealan generator vodenih kotača jer je dizajniran za rad male brzine i velike snage.
Ako postoji prilično brza rijeka ili potok u blizini vašeg doma ili vrta koji možete koristiti, onda bi mali hidroenergetski sistem mogao biti bolja alternativa drugim oblicima obnovljivih izvora energije kao što su "energija vjetra" ili "sunčeva energija". ” jer ima mnogo manje vizuelnog uticaja.Isto kao i energija vjetra i sunca, sa malim vodenim kotačem koji je dizajniran za proizvodnju električne energije povezanog s mrežom, i koji je povezan s lokalnom komunalnom mrežom, svaka električna energija koju proizvedete, ali ne koristite, može se prodati natrag elektroenergetskoj kompaniji.
U sljedećem tutorijalu o hidroenergetici, pogledat ćemo različite vrste dostupnih turbina koje bismo mogli priključiti na naš dizajn vodenog točka za proizvodnju hidro energije.Za više informacija o dizajnu vodenih kotača i o tome kako proizvesti vlastitu električnu energiju koristeći snagu vode, ili dobiti više informacija o hidroenergetskim o različitim dostupnim dizajnima vodenih kotača, ili da istražite prednosti i nedostatke hidroenergije, kliknite ovdje da naručite svoj primjerak iz Amazona danas o principima i konstrukciji vodenih kotača koji se mogu koristiti za proizvodnju električne energije.
Vrijeme objave: Jun-25-2021
