Design vodního kola pro vodní energii
ikona vodní energieHydro energie je technologie, která přeměňuje kinetickou energii pohybující se vody na mechanickou nebo elektrickou energii, a jedním z prvních zařízení používaných k přeměně energie pohybující se vody na použitelnou práci byl design vodního kola.
Konstrukce vodních kol se postupem času vyvíjela s některými vodními koly orientovanými vertikálně, některými vodorovně a některými s komplikovanými řemenicemi a ozubenými koly, ale všechna jsou navržena tak, aby vykonávala stejnou funkci, a to je také „převést lineární pohyb pohybující se vody na rotační pohyb, který lze použít k pohonu jakéhokoli strojního zařízení, které je k němu připojeno prostřednictvím rotujícího hřídele“.
Typický design vodního kola
Raný design vodního kola byly poměrně primitivní a jednoduché stroje sestávající z vertikálního dřevěného kola s dřevěnými lopatkami nebo kbelíky upevněnými rovnoměrně po obvodu, všechny podepřené na vodorovném hřídeli, přičemž síla vody proudící pod ním tlačí kolo v tangenciálním směru proti lopatkám. .
Tato vertikální vodní kola byla mnohem lepší než dřívější horizontální vodní kolo starověkých Řeků a Egypťanů, protože mohla fungovat efektivněji a převádět hybnost pohybující se vody na sílu.K vodnímu kolu byly poté připojeny řemenice a ozubení, které umožňovalo změnu směru rotujícího hřídele z horizontálního na vertikální, aby bylo možné ovládat mlýnské kameny, řezat dřevo, drtit rudu, razit a řezat atd.
Typy konstrukce vodního kola
Většina vodních kol také známých jako vodní mlýny nebo jednoduše vodní kola jsou svisle namontovaná kola otáčející se kolem vodorovné osy a tyto typy vodních kol jsou klasifikovány podle způsobu, jakým je voda aplikována na kolo, vzhledem k ose kola.Jak můžete očekávat, vodní kola jsou relativně velké stroje, které se otáčejí nízkou úhlovou rychlostí a mají nízkou účinnost v důsledku ztrát třením a neúplného naplnění kbelíků atd.
Působením vody, která tlačí na lopatky nebo lopatky kol, se vyvíjí točivý moment na nápravě, ale nasměrováním vody na tato lopatky a lopatky z různých pozic na kole lze zlepšit rychlost otáčení a její účinnost.Dva nejběžnější typy konstrukce vodního kola jsou „vodní kolo s předkusem“ a „vodní kolo s předkusem“.
Návrh vodního kola v předkusu
Design vodního kola Undershot, také známý jako „proudové kolo“, byl nejběžněji používaným typem vodního kola navrženým starověkými Řeky a Římany, protože jde o nejjednodušší, nejlevnější a nejsnadněji zkonstruovaný typ kola.
V tomto typu konstrukce vodního kola se kolo jednoduše umístí přímo do rychle tekoucí řeky a podepře se shora.Pohyb vody pod sebou vytváří tlačnou akci proti ponořeným lopatkám na spodní části kola, což umožňuje rotaci pouze jedním směrem vzhledem ke směru toku vody.
Tento typ konstrukce vodního kola se obecně používá v rovinatých oblastech bez přirozeného sklonu země nebo tam, kde se proudění vody pohybuje dostatečně rychle.Ve srovnání s jinými konstrukcemi vodního kola je tento typ konstrukce velmi neefektivní, přičemž pouze 20 % potenciální energie vody je využito ke skutečnému otáčení kola.Také energie vody je využita pouze jednou k otočení kola a poté odteče se zbytkem vody.
Další nevýhodou vodního kola s podstřikem je to, že vyžaduje velké množství vody pohybující se rychlostí.Proto jsou vodní kola pod hladinou obvykle situována na březích řek, protože menší potoky nebo potoky nemají dostatek potenciální energie v pohybující se vodě.
Jedním ze způsobů, jak mírně zlepšit účinnost vodního kola s nedosahem, je odklonit procento vody v řece podél úzkého kanálu nebo kanálu tak, aby se 100 % odkloněné vody použilo k otáčení kola.Aby toho bylo dosaženo, musí být podhozové kolo úzké a velmi přesně zapadat do kanálu, aby se zabránilo úniku vody po stranách nebo zvýšením počtu nebo velikosti lopatek.
Přestřelený design vodního kola
Design vodního kola Overshot je nejběžnějším typem designu vodního kola.Vodní kolo s předkusem je komplikovanější ve své konstrukci a designu než předchozí vodní kolo s podstřelem, protože používá kbelíky nebo malé přihrádky k zachycení a zadržení vody.
Tyto kbelíky se plní vodou proudící v horní části kola.Gravitační váha vody v plných kbelících způsobí, že se kolo otáčí kolem své centrální osy, protože prázdné kbelíky na druhé straně kola se stávají lehčími.
Tento typ vodního kola využívá gravitaci ke zlepšení výkonu i vody samotné, takže vodní kola s předkusem jsou mnohem účinnější než konstrukce s podkusem, protože téměř všechna voda a její hmotnost se využívá k výrobě výstupního výkonu.Avšak stejně jako dříve je vodní energie použita pouze jednou k otočení kola a poté odteče se zbytkem vody.
Přesahující vodní kola jsou zavěšena nad řekou nebo potokem a jsou obecně postavena na stranách kopců, které poskytují přívod vody shora s nízkým spádem (vertikální vzdálenost mezi vodou nahoře a řekou nebo potokem pod ním) mezi 5 až -20 metrů.Lze zkonstruovat malou hráz nebo jez a použít je ke splavování a zvýšení rychlosti vody na vrchol kola, což mu dává více energie, ale je to objem vody spíše než její rychlost, která pomáhá otáčet kolem.
Obecně platí, že přesahující vodní kola jsou stavěna co možná největší, aby poskytovala největší možnou vzdálenost hlavy pro gravitační váhu vody, aby se kolo otočilo.Vodní kola s velkým průměrem jsou však složitější a nákladnější na konstrukci kvůli hmotnosti kola a vody.
Při naplnění jednotlivých kbelíků vodou gravitační tíha vody způsobí rotaci kola ve směru toku vody.Jak se úhel otáčení přibližuje ke spodní části kola, voda uvnitř kbelíku vytéká do řeky nebo potoka pod ním, ale váha kbelíků otáčejících se za ní způsobí, že kolo pokračuje ve své rotační rychlosti.Prázdný kbelík pokračuje kolem rotujícího kola, dokud se nedostane zpět nahoru a je připraven k naplnění další vodou a cyklus se opakuje.Jednou z nevýhod konstrukce přesazeného vodního kola je to, že voda je použita pouze jednou, když přeteče přes kolo.
Design vodního kola Pitchback
Design vodního kola Pitchback je variací předchozího vodního kola, protože také využívá gravitační váhu vody k rotaci kola, ale také využívá tok odpadní vody pod ním, aby poskytl extra tlak.Tento typ konstrukce vodního kola využívá systém podávání s nízkou hlavou, který poskytuje vodu v blízkosti horní části kola z žlabu výše.
Na rozdíl od přepadového vodního kola, které směřovalo vodu přímo přes kolo, což způsobilo jeho otáčení ve směru toku vody, vodní kolo s předklonem přivádí vodu svisle dolů přes trychtýř a do kbelíku pod ním, což způsobuje, že se kolo otáčí opačně. směrem k proudu vody nahoře.
Stejně jako u předchozího přestřeleného vodního kola, gravitační váha vody v kbelících způsobuje, že se kolo otáčí, ale proti směru hodinových ručiček.Když se úhel rotace blíží spodní části kola, voda zachycená uvnitř kbelíků se vyprázdní dolů.Když je prázdný kbelík připevněn ke kolu, pokračuje v otáčení s kolem jako předtím, dokud se nedostane zpět nahoru a je připraven k naplnění další vodou a cyklus se opakuje.
Rozdíl je tentokrát v tom, že odpadní voda vyprázdněná z rotujícího kbelíku odtéká ve směru rotujícího kola (nemá kam jinam jít), podobně jako princip podhozu vodního kola.Hlavní výhodou vodního kola je tedy to, že využívá energii vody dvakrát, jednou shora a jednou zdola, aby otočilo kolo kolem své centrální osy.
Výsledkem je, že účinnost konstrukce vodního kola je výrazně zvýšena na více než 80 % vodní energie, protože je poháněna jak gravitační tíhou přitékající vody, tak silou nebo tlakem vody nasměrované do kbelíků shora. stejně jako proud odpadní vody pod tlakem na kbelíky.Nevýhodou vodního kola se sklonem je to, že potřebuje poněkud složitější uspořádání přívodu vody přímo nad kolem se skluzy a žlaby.
Design vodního kola Breastshot
Breastshot Water Wheel Design je další vertikálně namontovaný design vodního kola, kde voda vstupuje do kbelíků přibližně v polovině výšky ve výšce nápravy nebo těsně nad ní a poté vytéká zespodu ve směru otáčení kol.Obecně se vodní kolo na prsou používá v situacích, kdy výška vody není dostatečná k tomu, aby poháněla konstrukci vodního kola s převýšením nebo zadním kolem shora.
Nevýhodou je, že gravitační váha vody je využita pouze asi na jednu čtvrtinu rotace na rozdíl od dříve, která byla poloviční.Aby se překonala tato nízká výška hlavy, jsou kbelíky vodních kol širší, aby extrahovaly potřebné množství potenciální energie z vody.
Vodní kola Breastshot využívají k otáčení kola přibližně stejnou gravitační hmotnost vody, ale protože výška vody je přibližně poloviční než u typického vodního kola s přetlakem, jsou kbelíky mnohem širší než předchozí konstrukce vodních kol, aby se zvýšil objem vody. chycené ve vedrech.Nevýhodou tohoto typu konstrukce je zvětšení šířky a hmotnosti vody unášené každým vědrem.Stejně jako u pitchback designu, prsní kolo využívá energii vody dvakrát, protože vodní kolo je navrženo tak, aby sedělo ve vodě a umožnilo odpadní vodě pomáhat při otáčení kola, když odtéká po proudu.
Vyrábějte elektřinu pomocí vodního kola
Historicky se vodní kola používala pro mletí mouky, obilovin a další podobné mechanické úkoly.Ale vodní kola mohou být také použita pro výrobu elektřiny, tzv. Hydro Power systém.Připojením elektrického generátoru k otočnému hřídeli vodních kol, ať už přímo nebo nepřímo pomocí hnacích řemenů a řemenic, lze vodní kola používat k výrobě energie nepřetržitě 24 hodin denně na rozdíl od solární energie.Pokud je vodní kolo správně navrženo, malý nebo „mikro“ hydroelektrický systém může produkovat dostatek elektřiny k napájení osvětlení a/nebo elektrických spotřebičů v průměrné domácnosti.
Hledejte generátory vodního kola navržené tak, aby produkovaly svůj optimální výkon při relativně nízkých rychlostech.Pro malé projekty lze malý stejnosměrný motor použít jako nízkootáčkový generátor nebo automobilový alternátor, ale ty jsou navrženy tak, aby pracovaly při mnohem vyšších rychlostech, takže může být vyžadována nějaká forma převodu.Generátor větrné turbíny je ideálním generátorem vodního kola, protože je navržen pro nízkorychlostní provoz s vysokým výkonem.
Pokud je v blízkosti vašeho domu nebo zahrady poměrně rychle tekoucí řeka nebo potok, který můžete použít, pak může být malý vodní systém lepší alternativou k jiným formám obnovitelných zdrojů energie, jako je „Větrná energie“ nebo „Solární energie“. “, protože má mnohem menší vizuální dopad.Stejně jako větrná a solární energie, s malým vodním kolem připojeným k síti připojeným výrobním systémem připojeným k místní rozvodné síti, jakákoli elektřina, kterou vyrobíte, ale nevyužijete, může být prodána zpět elektrárenské společnosti.
V dalším tutoriálu o vodní energii se podíváme na různé typy dostupných turbín, které bychom mohli připojit k našemu návrhu vodního kola pro výrobu vodní energie.Chcete-li více informací o designu vodního kola a jak si vyrobit vlastní elektřinu pomocí síly vody, nebo získat více informací o vodní energii o různých dostupných konstrukcích vodních kol nebo prozkoumat výhody a nevýhody vodní energie, klikněte zde a objednejte si kopii od Amazonu dnes o principech a konstrukci vodních kol, která lze použít k výrobě elektřiny.
Čas odeslání: 25. června 2021
