Vandhjulsdesign til vandkraftprojekt

Vandhjulsdesign til vandkraft
hydroenergiikonHydroenergi er en teknologi, der konverterer den kinetiske energi fra vand i bevægelse til mekanisk eller elektrisk energi, og en af ​​de tidligste enheder, der blev brugt til at omdanne energien fra vand i bevægelse til brugbart arbejde, var Waterwheel Design.
Vandhjulsdesign har udviklet sig over tid med nogle vandhjul orienteret lodret, nogle vandret og nogle med komplicerede remskiver og tandhjul påsat, men de er alle designet til at udføre den samme funktion, og det er også, "konvertere den lineære bevægelse af det bevægende vand til en roterende bevægelse, som kan bruges til at drive ethvert stykke maskineri, der er forbundet med det via en roterende aksel”.

Typisk vandhjulsdesign
Det tidlige vandhjulsdesign var ret primitive og enkle maskiner, der bestod af et lodret træhjul med træblade eller skovle fastgjort ensartet rundt om deres omkreds, alle understøttet på en vandret aksel med kraften fra vandet, der strømmer nedenunder, og skubber hjulet i en tangentiel retning mod knivene .
Disse lodrette vandhjul var langt overlegne i forhold til det tidligere vandrette vandhjulsdesign af de gamle grækere og egyptere, fordi de kunne fungere mere effektivt og omsætte det bevægelige vands momentum til magt.Remskiver og gearing blev derefter fastgjort til vandhjulet, hvilket tillod en ændring i retning af en roterende aksel fra vandret til lodret for at betjene møllesten, save træ, knuse malm, stempling og skæring osv.

Typer af vandhjuldesign
De fleste vandhjul, også kendt som vandmøller eller blot vandhjul, er lodret monterede hjul, der roterer omkring en vandret aksel, og disse typer vandhjul klassificeres efter den måde, hvorpå vandet påføres hjulet i forhold til hjulets aksel.Som du kan forvente, er vandhjul relativt store maskiner, som roterer ved lave vinkelhastigheder, og har en lav virkningsgrad, på grund af tab ved friktion og ufuldstændig fyldning af skovlen mv.
Virkningen af ​​vandet, der skubber mod hjulets skovle eller skovle, udvikler drejningsmoment på akslen, men ved at lede vandet mod disse skovle og skovle fra forskellige positioner på hjulet kan rotationshastigheden og dens effektivitet forbedres.De to mest almindelige typer vandhjulsdesign er "undershot waterwheel" og "overshot waterwheel".

Undershot Water Wheel Design
Undershot Water Wheel Design, også kendt som et "stream-hjul" var den mest brugte type vandhjul designet af de gamle grækere og romere, da det er den enkleste, billigste og nemmeste type hjul at konstruere.
I denne type vandhjulsdesign er hjulet simpelthen placeret direkte i en hurtigt strømmende flod og understøttet ovenfra.Bevægelsen af ​​vandet nedenunder skaber en skubbehandling mod de nedsænkede skovle på den nederste del af hjulet, så det kun kan rotere i én retning i forhold til retningen af ​​vandstrømmen.
Denne type vandhjulsdesign bruges generelt i flade områder uden naturlig hældning af landet, eller hvor vandstrømmen er tilstrækkelig hurtig i bevægelse.Sammenlignet med de andre vandhjulsdesign er denne type design meget ineffektiv, idet så lidt som 20% af vandets potentielle energi bruges til faktisk at rotere hjulet.Også vandets energi bruges kun én gang til at dreje hjulet, hvorefter det flyder væk med resten af ​​vandet.
En anden ulempe ved det underskudte vandhjul er, at det kræver store mængder vand, der bevæger sig med hastighed.Derfor er vandhjul normalt placeret på bredden af ​​floder, da mindre vandløb eller bække ikke har nok potentiel energi i det bevægende vand.
En måde at forbedre effektiviteten lidt af et underskudt vandhjul på er at aflede en procentdel af vandet i floden langs en smal kanal eller kanal, så 100 % af det afledte vand bruges til at rotere hjulet.For at opnå dette skal underskudshjulet være smalt og passe meget præcist i kanalen for at forhindre vandet i at undslippe rundt om siderne eller ved at øge enten antallet eller størrelsen af ​​skovlene.

Overshot Waterwheel Design
Overshot Water Wheel Design er den mest almindelige type vandhjulsdesign.Overskudsvandhjulet er mere kompliceret i sin konstruktion og design end det tidligere underskudsvandhjul, da det bruger spande eller små rum til både at fange og holde vandet.
Disse spande fyldes med vand, der strømmer ind i toppen af ​​hjulet.Vandets gravitationsvægt i de fulde spande får hjulet til at rotere rundt om sin midterakse, efterhånden som de tomme spande på den anden side af hjulet bliver lettere.
Denne type vandhjul bruger tyngdekraften til at forbedre output såvel som vandet i sig selv, så overskridende vandhjul er meget mere effektive end underskudsdesign, da næsten alt vandet og dets vægt bliver brugt til at producere udgangseffekt.Men som før bruges vandets energi kun én gang til at dreje hjulet, hvorefter det flyder væk med resten af ​​vandet.
Overskridende vandhjul er ophængt over en flod eller å og er generelt bygget på siderne af bakker, der giver en vandforsyning fra oven med en lav vandhøjde (den lodrette afstand mellem vandet i toppen og floden eller åen nedenfor) på mellem 5 og -20 meter.En lille dæmning eller overløb kan konstrueres og bruges til både at kanalisere og øge hastigheden af ​​vandet til toppen af ​​hjulet, hvilket giver det mere energi, men det er mængden af ​​vand snarere end dets hastighed, der hjælper med at rotere hjulet.

Generelt er overskudsvandhjul bygget så store som muligt for at give den størst mulige hovedafstand for at vandets tyngdekraft kan rotere hjulet.Vandhjul med stor diameter er imidlertid mere komplicerede og dyre at konstruere på grund af vægten af ​​hjulet og vandet.
Når de enkelte spande er fyldt med vand, får vandets tyngdekraft hjulet til at rotere i vandstrømmens retning.Efterhånden som rotationsvinklen kommer tættere på hjulets bund, tømmes vandet inde i spanden ud i floden eller åen nedenfor, men vægten af ​​skovlen, der roterer bagved, får hjulet til at fortsætte med sin rotationshastighed.Den tomme spand fortsætter rundt om det roterende hjul, indtil den kommer tilbage til toppen igen klar til at blive fyldt med mere vand, og cyklussen gentages.En af ulemperne ved et overskridende vandhjulsdesign er, at vandet kun bruges én gang, da det flyder over hjulet.

Pitchback Waterwheel Design
Pitchback Water Wheel Design er en variation af det tidligere overskridende vandhjul, da det også bruger vandets gravitationsvægt til at hjælpe med at rotere hjulet, men det bruger også strømmen af ​​spildevandet under det til at give et ekstra skub.Denne type vandhjulsdesign bruger et indføringssystem med lavt hoved, som leverer vandet tæt på toppen af ​​hjulet fra en pentrough ovenover.
I modsætning til det overskydende vandhjul, der kanaliserede vandet direkte over hjulet og fik det til at rotere i retningen af ​​vandstrømmen, tilfører pitchback-vandhjulet vandet lodret nedad gennem en tragt og ind i spanden nedenfor, hvilket får hjulet til at rotere i det modsatte retning til strømmen af ​​vandet ovenfor.
Ligesom det tidligere overskridende vandhjul, får vandets tyngdekraft i spandene hjulet til at rotere, men i retning mod uret.Når rotationsvinklen nærmer sig bunden af ​​hjulet, tømmes vandet, der er fanget inde i spandene, ud nedenfor.Når den tomme spand er fastgjort til hjulet, fortsætter den med at rotere med hjulet som før, indtil den kommer tilbage til toppen igen klar til at blive fyldt med mere vand, og cyklussen gentages.
Forskellen denne gang er, at spildevandet, der tømmes ud af den roterende spand, flyder væk i retning af det roterende hjul (da det ikke har andre steder at gå), i lighed med underskudsvandhjulsprincippet.Således er den største fordel ved pitchback-vandhjulet, at det bruger vandets energi to gange, én gang oppefra og én gang nedefra til at rotere hjulet rundt om sin midterakse.
Resultatet er, at effektiviteten af ​​vandhjulsdesignet øges kraftigt til over 80 % af vandets energi, da det drives af både tyngdekraften af ​​det indkommende vand og af kraften eller trykket af vand, der ledes ind i spandene fra oven, som samt strømmen af ​​spildevandet nedenunder skubber mod spandene.Ulempen ved et pitchback-vandhjul er dog, at det har brug for et lidt mere komplekst vandforsyningsarrangement direkte over hjulet med slisker og pentroughs.

The Breastshot Waterwheel Design
Breastshot Water Wheel Design er et andet lodret monteret vandhjulsdesign, hvor vandet kommer ind i spandene cirka halvvejs oppe i akselhøjde, eller lige over det, og derefter flyder ud i bunden i retning af hjulets rotation.Generelt bruges breastshot-vandhjulet i situationer, hvor vandhovedet ikke er tilstrækkeligt til at drive et overskuds- eller pitchback-vandhjulsdesign fra oven.
Ulempen her er, at tyngdekraften af ​​vandet kun bruges til omkring en fjerdedel af rotationen i modsætning til tidligere, som var til halvdelen af ​​rotationen.For at overvinde denne lave hovedhøjde er vandhjulets spande gjort bredere for at udvinde den nødvendige mængde potentiel energi fra vandet.
Breastshot vandhjul bruger omtrent den samme tyngdekraft af vandet til at rotere hjulet, men da vandets hovedhøjde er omkring halvdelen af ​​den for et typisk overskudsvandhjul, er spandene meget bredere end tidligere vandhjulsdesign for at øge vandets volumen fanget i spandene.Ulempen ved denne type design er en stigning i bredden og vægten af ​​vandet, der bæres af hver spand.Som med pitchback-designet, bruger brysthjulet vandets energi to gange, da vandhjulet er designet til at sidde i vandet, hvilket tillader spildevandet at hjælpe med at rotere hjulet, når det flyder væk nedstrøms.

Generer elektricitet ved hjælp af et vandhjul
Historisk har vandhjul været brugt til formaling af mel, korn og andre sådanne mekaniske opgaver.Men vandhjul kan også bruges til produktion af elektricitet, kaldet et vandkraftsystem.Ved at tilslutte en elektrisk generator til vandhjulens roterende aksel, enten direkte eller indirekte ved hjælp af drivremme og remskiver, kan vandhjul bruges til at generere strøm kontinuerligt 24 timer i døgnet i modsætning til solenergi.Hvis vandhjulet er designet korrekt, kan et lille eller "mikro" vandkraftsystem producere nok elektricitet til at drive belysning og/eller elektriske apparater i et gennemsnitligt hjem.
Se efter vandhjulsgeneratorer designet til at producere dets optimale output ved relativt lave hastigheder.Til små projekter kan en lille jævnstrømsmotor bruges som en lavhastighedsgenerator eller en autogenerator, men disse er designet til at arbejde ved meget højere hastigheder, så en form for gearing kan være påkrævet.En vindmøllegenerator er en ideel vandhjulsgenerator, da den er designet til drift med lav hastighed og høj output.
Hvis der er en ret hurtigt strømmende flod eller å tæt på dit hjem eller din have, som du kan bruge, så kan et lille vandkraftsystem være et bedre alternativ til andre former for vedvarende energikilder såsom "vindenergi" eller "solenergi". ”, da det har meget mindre visuel effekt.Ligesom vind- og solenergi kan al elektricitet, som du genererer, men ikke bruger, sælges tilbage til elselskabet med et el-tilsluttet småskala vandhjul designet genereringssystem forbundet til det lokale forsyningsnet.
I den næste tutorial om Hydro Energy vil vi se på de forskellige typer af turbiner, der er tilgængelige, som vi kunne knytte til vores vandhjulsdesign til vandkraftproduktion.For mere information om Waterwheel Design og hvordan du genererer din egen elektricitet ved hjælp af vandets kraft, eller for at få mere hydroenergiinformation om de forskellige tilgængelige vandhjulsdesigns, eller for at udforske fordele og ulemper ved vandkraft, så klik her for at bestille dit eksemplar fra Amazon i dag om principperne og konstruktionen af ​​vandhjul, som kan bruges til at generere elektricitet.