Wasserraddesign für Wasserkraftprojekt

Wasserraddesign für Wasserkraft
hydro energy iconHydroenergie ist eine Technologie, die die kinetische Energie von sich bewegendem Wasser in mechanische oder elektrische Energie umwandelt, und eines der frühesten Geräte, das verwendet wurde, um die Energie von sich bewegendem Wasser in nutzbare Arbeit umzuwandeln, war das Wasserrad-Design.
Das Design von Wasserrädern hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, wobei einige Wasserräder vertikal ausgerichtet sind, einige horizontal und einige mit aufwändigen Riemenscheiben und Zahnrädern, aber sie sind alle so konzipiert, dass sie die gleiche Funktion erfüllen, und das heißt auch, „die lineare Bewegung des sich bewegenden Wassers umzuwandeln in eine Drehbewegung, die dazu verwendet werden kann, ein beliebiges Maschinenteil anzutreiben, das über eine rotierende Welle mit ihr verbunden ist“.

Typisches Wasserrad-Design
Frühe Wasserradkonstruktionen waren ziemlich primitive und einfache Maschinen, die aus einem vertikalen Holzrad mit Holzklingen oder Eimern bestanden, die gleichmäßig um ihren Umfang herum befestigt waren und alle auf einer horizontalen Welle ruhten, wobei die Kraft des darunter fließenden Wassers das Rad in tangentialer Richtung gegen die Klingen drückte .
Diese vertikalen Wasserräder waren den früheren horizontalen Wasserradkonstruktionen der alten Griechen und Ägypter weit überlegen, weil sie effizienter arbeiten konnten, indem sie den Impuls des sich bewegenden Wassers in Kraft umwandelten.Riemenscheiben und Getriebe wurden dann am Wasserrad angebracht, was eine Richtungsänderung einer rotierenden Welle von horizontal zu vertikal ermöglichte, um Mühlsteine ​​zu betreiben, Holz zu sägen, Erz zu zerkleinern, zu stanzen und zu schneiden usw.

Arten von Wasserraddesign
Die meisten Wasserräder, auch bekannt als Wassermühlen oder einfach Wasserräder, sind vertikal montierte Räder, die sich um eine horizontale Achse drehen, und diese Arten von Wasserrädern werden nach der Art und Weise klassifiziert, in der das Wasser relativ zur Radachse auf das Rad aufgebracht wird.Wie zu erwarten, sind Wasserräder relativ große Maschinen, die sich mit niedrigen Winkelgeschwindigkeiten drehen und aufgrund von Reibungsverlusten und unvollständiger Füllung der Eimer usw. einen geringen Wirkungsgrad haben.
Die Wirkung des Wassers, das gegen die Schaufeln oder Schaufeln der Räder drückt, entwickelt ein Drehmoment an der Achse, aber indem das Wasser von verschiedenen Positionen auf dem Rad auf diese Schaufeln und Schaufeln gerichtet wird, können die Rotationsgeschwindigkeit und ihre Effizienz verbessert werden.Die beiden häufigsten Arten von Wasserradkonstruktionen sind das „unterschlächtige Wasserrad“ und das „oberschlächtige Wasserrad“.

Unterschlächtiges Wasserrad-Design
Das Undershot Water Wheel Design, auch bekannt als "Stream Wheel", war die am häufigsten verwendete Art von Wasserrad, die von den alten Griechen und Römern entworfen wurde, da es die einfachste, billigste und am einfachsten zu konstruierende Art von Rad ist.
Bei dieser Art von Wasserradkonstruktion wird das Rad einfach direkt in einen schnell fließenden Fluss gestellt und von oben gestützt.Die Bewegung des Wassers darunter erzeugt eine Druckwirkung gegen die eingetauchten Paddel am unteren Teil des Rads, wodurch es sich nur in einer Richtung relativ zur Richtung des Wasserflusses drehen kann.
Diese Art der Wasserradkonstruktion wird im Allgemeinen in flachen Gebieten ohne natürliches Gefälle des Landes oder dort verwendet, wo der Wasserfluss ausreichend schnell fließt.Verglichen mit den anderen Wasserraddesigns ist diese Art von Design sehr ineffizient, da nur 20 % der potenziellen Energie des Wassers verwendet werden, um das Rad tatsächlich zu drehen.Auch wird die Energie des Wassers nur einmal zum Drehen des Rades verwendet, wonach sie mit dem restlichen Wasser abfließt.
Ein weiterer Nachteil des unterschlächtigen Wasserrads besteht darin, dass es große Wassermengen erfordert, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen.Daher werden unterschlächtige Wasserräder meist an Flussufern aufgestellt, da kleinere Bäche oder Bäche nicht genügend potentielle Energie im bewegten Wasser haben.
Eine Möglichkeit, die Effizienz eines unterschlächtigen Wasserrads leicht zu verbessern, besteht darin, einen Prozentsatz des Wassers im Fluss entlang eines schmalen Kanals oder Kanals umzuleiten, sodass 100 % des umgeleiteten Wassers zum Drehen des Rads verwendet werden.Um dies zu erreichen, muss das unterschlächtige Rad schmal sein und sehr genau in den Kanal passen, um zu verhindern, dass das Wasser an den Seiten entweicht, oder indem entweder die Anzahl oder die Größe der Paddel erhöht wird.

Oberschlächtiges Wasserrad-Design
Das Overshot Water Wheel Design ist die häufigste Art von Wasserraddesign.Das oberschlächtige Wasserrad ist in seiner Konstruktion und Konstruktion komplizierter als das vorherige unterschlächtige Wasserrad, da es Eimer oder kleine Fächer verwendet, um das Wasser sowohl aufzufangen als auch zu halten.
Diese Eimer füllen sich mit Wasser, das oben in das Rad einströmt.Die Schwerkraft des Wassers in den vollen Eimern bewirkt, dass sich das Rad um seine Mittelachse dreht, während die leeren Eimer auf der anderen Seite des Rades leichter werden.
Diese Art von Wasserrad nutzt die Schwerkraft, um die Leistung sowie das Wasser selbst zu verbessern. Daher sind oberschlächtige Wasserräder viel effizienter als unterschlächtige Konstruktionen, da fast das gesamte Wasser und sein Gewicht zur Erzeugung der Ausgangsleistung verwendet werden.Die Energie des Wassers wird jedoch nach wie vor nur einmal zum Drehen des Rades verwendet und fließt dann mit dem restlichen Wasser ab.
Oberschlächtige Wasserräder werden über einem Fluss oder Bach aufgehängt und im Allgemeinen an den Seiten von Hügeln gebaut, um eine Wasserversorgung von oben mit einer niedrigen Fallhöhe (der vertikale Abstand zwischen dem Wasser oben und dem Fluss oder Bach unten) von zwischen 5 zu gewährleisten -20 Meter.Ein kleiner Damm oder Wehr kann gebaut und verwendet werden, um das Wasser zur Oberseite des Rades zu leiten und zu beschleunigen, wodurch es mehr Energie erhält, aber es ist eher das Volumen des Wassers als seine Geschwindigkeit, die dazu beiträgt, das Rad zu drehen.

Im Allgemeinen werden oberschlächtige Wasserräder so groß wie möglich gebaut, um dem Gravitationsgewicht des Wassers den größtmöglichen Kopfabstand zu geben, um das Rad zu drehen.Wasserräder mit großem Durchmesser sind jedoch aufgrund des Gewichts des Rads und des Wassers komplizierter und teurer in der Konstruktion.
Wenn die einzelnen Eimer mit Wasser gefüllt werden, bewirkt die Gewichtskraft des Wassers, dass sich das Rad in Richtung des Wasserflusses dreht.Wenn sich der Drehwinkel dem Boden des Rads nähert, entleert sich das Wasser im Eimer in den darunter liegenden Fluss oder Bach, aber das Gewicht der dahinter rotierenden Eimer bewirkt, dass das Rad mit seiner Rotationsgeschwindigkeit fortfährt.Der leere Eimer dreht sich weiter um das rotierende Rad, bis er wieder oben ankommt und bereit ist, mit mehr Wasser gefüllt zu werden, und der Zyklus wiederholt sich.Einer der Nachteile eines oberschlächtigen Wasserraddesigns besteht darin, dass das Wasser nur einmal verwendet wird, wenn es über das Rad fließt.

Das Pitchback-Wasserrad-Design
Das Pitchback-Wasserrad-Design ist eine Variation des vorherigen oberschlächtigen Wasserrads, da es auch das Gravitationsgewicht des Wassers nutzt, um das Rad zu drehen, aber es nutzt auch den Fluss des darunter liegenden Abwassers, um einen zusätzlichen Schub zu geben.Diese Art von Wasserradkonstruktion verwendet ein Zulaufsystem mit niedriger Förderhöhe, das das Wasser in der Nähe der Oberseite des Rads von einer darüber liegenden Dachrinne liefert.
Im Gegensatz zum oberschlächtigen Wasserrad, das das Wasser direkt über das Rad leitete, wodurch es sich in Richtung des Wasserflusses drehte, leitet das Pitchback-Wasserrad das Wasser vertikal nach unten durch einen Trichter und in den darunter liegenden Eimer, wodurch sich das Rad in die entgegengesetzte Richtung dreht Richtung zum Fluss des Wassers oben.
Genau wie beim vorherigen oberschlächtigen Wasserrad bewirkt das Gravitationsgewicht des Wassers in den Eimern, dass sich das Rad dreht, jedoch gegen den Uhrzeigersinn.Wenn sich der Drehwinkel der Unterseite des Rads nähert, entleert sich das in den Eimern eingeschlossene Wasser nach unten.Wenn der leere Eimer am Rad befestigt ist, dreht er sich wie zuvor mit dem Rad weiter, bis er wieder oben ankommt und bereit ist, mit mehr Wasser gefüllt zu werden, und der Zyklus wiederholt sich.
Der Unterschied besteht diesmal darin, dass das aus dem rotierenden Eimer entleerte Abwasser in Richtung des rotierenden Rades abfließt (da es sonst nirgendwo hin kann), ähnlich wie beim Prinzip des unterschlächtigen Wasserrads.Der Hauptvorteil des Pitchback-Wasserrads besteht also darin, dass es die Energie des Wassers zweimal nutzt, einmal von oben und einmal von unten, um das Rad um seine Mittelachse zu drehen.
Das Ergebnis ist, dass die Effizienz des Wasserraddesigns stark auf über 80 % der Wasserenergie erhöht wird, da es sowohl durch das Schwergewicht des einströmenden Wassers als auch durch die Kraft oder den Druck des Wassers, das von oben in die Eimer geleitet wird, angetrieben wird sowie der Abwasserstrom, der unten gegen die Eimer drückt.Der Nachteil eines Pitchback-Wasserrads besteht jedoch darin, dass es eine etwas komplexere Wasserversorgungsanordnung direkt über dem Rad mit Rutschen und Pentrögen benötigt.

Das Breastshot-Wasserrad-Design
Das Breastshot-Wasserrad-Design ist ein weiteres vertikal montiertes Wasserrad-Design, bei dem das Wasser etwa auf halber Höhe auf Achshöhe oder knapp darüber in die Eimer eintritt und dann unten in Drehrichtung der Räder abfließt.Im Allgemeinen wird das Brustwasserrad in Situationen verwendet, in denen die Wassersäule nicht ausreicht, um ein oberschlächtiges oder Pitchback-Wasserraddesign von oben anzutreiben.
Nachteilig dabei ist, dass das Gravitationsgewicht des Wassers nur für etwa ein Viertel der Umdrehung genutzt wird, im Gegensatz zu früher für die halbe Umdrehung.Um diese niedrige Fallhöhe zu überwinden, werden die Schaufeln der Wasserräder breiter gemacht, um die erforderliche Menge an potentieller Energie aus dem Wasser zu extrahieren.
Brustschuss-Wasserräder verwenden ungefähr das gleiche Gravitationsgewicht des Wassers, um das Rad zu drehen, aber da die Kopfhöhe des Wassers etwa halb so hoch ist wie bei einem typischen oberschlächtigen Wasserrad, sind die Eimer viel breiter als frühere Wasserradkonstruktionen, um das Wasservolumen zu erhöhen in den Eimern gefangen.Der Nachteil dieser Konstruktionsart ist eine Zunahme der Breite und des Gewichts des Wassers, das von jedem Eimer getragen wird.Wie beim Pitchback-Design nutzt das Brustschussrad die Energie des Wassers zweimal, da das Wasserrad so konstruiert ist, dass es im Wasser sitzt und das Abwasser die Drehung des Rads unterstützt, wenn es stromabwärts fließt.

Strom erzeugen mit einem Wasserrad
In der Vergangenheit wurden Wasserräder zum Mahlen von Mehl, Getreide und anderen mechanischen Aufgaben verwendet.Aber auch Wasserräder können zur Stromerzeugung genutzt werden, Hydro Power System genannt.Durch den Anschluss eines elektrischen Generators an die rotierende Welle des Wasserrads, entweder direkt oder indirekt über Antriebsriemen und Riemenscheiben, können Wasserräder im Gegensatz zu Solarenergie 24 Stunden am Tag kontinuierlich Strom erzeugen.Wenn das Wasserrad richtig konstruiert ist, kann ein kleines oder „Mikro“-Wasserkraftsystem genug Strom erzeugen, um Beleuchtung und/oder Elektrogeräte in einem durchschnittlichen Haushalt zu betreiben.
Suchen Sie nach Wasserradgeneratoren, die dafür ausgelegt sind, ihre optimale Leistung bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten zu erzeugen.Für kleine Projekte kann ein kleiner Gleichstrommotor als Generator mit niedriger Drehzahl oder als Fahrzeuglichtmaschine verwendet werden, aber diese sind für den Betrieb mit viel höheren Drehzahlen ausgelegt, sodass möglicherweise eine Art Getriebe erforderlich ist.Ein Windturbinengenerator ist ein idealer Wasserradgenerator, da er für den Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Leistung ausgelegt ist.
Wenn es in der Nähe Ihres Hauses oder Gartens einen ziemlich schnell fließenden Fluss oder Bach gibt, den Sie nutzen können, dann kann ein kleines Wasserkraftwerk eine bessere Alternative zu anderen Formen erneuerbarer Energiequellen wie „Windenergie“ oder „Solarenergie“ sein “, da es viel weniger visuelle Auswirkungen hat.Ebenso wie Wind- und Solarenergie kann mit einem netzgekoppelten kleinen Wasserrad-Generatorsystem, das an das örtliche Versorgungsnetz angeschlossen ist, jeder Strom, den Sie erzeugen, aber nicht verbrauchen, an das Elektrizitätsunternehmen zurückverkauft werden.
Im nächsten Tutorial über Wasserkraft werden wir uns die verschiedenen verfügbaren Turbinentypen ansehen, die wir an unserem Wasserraddesign für die Wasserkrafterzeugung anbringen könnten.Für weitere Informationen über das Design von Wasserrädern und wie Sie mit der Kraft des Wassers Ihren eigenen Strom erzeugen, oder um weitere Informationen zur Wasserkraft über die verschiedenen verfügbaren Wasserraddesigns zu erhalten oder um die Vor- und Nachteile der Wasserkraft zu erkunden, klicken Sie hier, um Ihr Exemplar zu bestellen von Amazon heute über das Prinzip und den Aufbau von Wasserrädern, die zur Stromerzeugung genutzt werden können.