Waterwheel Design for Hydro Hydropower Project

Waterwheel Design for Hydro Energy
εικονίδιο υδροηλεκτρικής ενέργειας Η Hydro Energy είναι μια τεχνολογία που μετατρέπει την κινητική ενέργεια του κινούμενου νερού σε μηχανική ή ηλεκτρική ενέργεια και μια από τις πρώτες συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν για τη μετατροπή της ενέργειας του κινούμενου νερού σε χρήσιμο έργο ήταν το Waterwheel Design.
Ο σχεδιασμός των υδάτινων τροχών έχει εξελιχθεί με την πάροδο του χρόνου με μερικούς υδάτινους τροχούς προσανατολισμένους κάθετα, μερικούς οριζόντια και μερικούς με περίτεχνες τροχαλίες και γρανάζια συνδεδεμένα, αλλά είναι όλοι σχεδιασμένοι να κάνουν την ίδια λειτουργία και αυτό είναι επίσης, «μετατρέπουν τη γραμμική κίνηση του κινούμενου νερού σε μια περιστροφική κίνηση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση οποιουδήποτε μηχανήματος που συνδέεται με αυτό μέσω ενός περιστρεφόμενου άξονα».

Τυπικό σχέδιο υδροτροχού
Το πρώιμο σχέδιο Waterwheel ήταν αρκετά πρωτόγονες και απλές μηχανές που αποτελούνταν από έναν κατακόρυφο ξύλινο τροχό με ξύλινες λεπίδες ή κουβάδες στερεωμένους εξίσου γύρω από την περιφέρειά τους, όλα στηριζόμενα σε έναν οριζόντιο άξονα με τη δύναμη του νερού που ρέει από κάτω του, σπρώχνοντας τον τροχό σε εφαπτομενική κατεύθυνση στις λεπίδες .
Αυτοί οι κάθετοι υδατοτροχοί ήταν πολύ ανώτεροι από τον προηγούμενο σχεδιασμό οριζόντιων υδροτροχών από τους αρχαίους Έλληνες και Αιγύπτιους, επειδή μπορούσαν να λειτουργήσουν πιο αποτελεσματικά μετατρέποντας την ορμή του κινούμενου νερού σε δύναμη.Στη συνέχεια, οι τροχαλίες και το γρανάζι προσαρτήθηκαν στον υδατοτροχό που επέτρεψε την αλλαγή της κατεύθυνσης ενός περιστρεφόμενου άξονα από οριζόντια σε κατακόρυφη προκειμένου να λειτουργούν μυλόπετρες, πριονόξυλα, θρυμματισμός μεταλλεύματος, σφράγιση και κοπή κ.λπ.

Τύποι σχεδίασης υδατοτροχών
Οι περισσότεροι Waterwheels γνωστοί και ως Watermills ή απλά Water Wheels, είναι κάθετα τοποθετημένοι τροχοί που περιστρέφονται γύρω από έναν οριζόντιο άξονα και αυτοί οι τύποι υδροτροχών ταξινομούνται από τον τρόπο με τον οποίο το νερό εφαρμόζεται στον τροχό, σε σχέση με τον άξονα του τροχού.Όπως μπορείτε να περιμένετε, οι υδροτροχοί είναι σχετικά μεγάλα μηχανήματα που περιστρέφονται με χαμηλές γωνιακές ταχύτητες και έχουν χαμηλή απόδοση, λόγω απωλειών από τριβή και ατελούς πλήρωσης των κάδων κ.λπ.
Η δράση του νερού που πιέζει τους κάδους ή τα πτερύγια των τροχών αναπτύσσει ροπή στον άξονα, αλλά κατευθύνοντας το νερό σε αυτά τα πτερύγια και τους κάδους από διαφορετικές θέσεις στον τροχό, η ταχύτητα περιστροφής και η απόδοσή του μπορεί να βελτιωθεί.Οι δύο πιο συνηθισμένοι τύποι σχεδίασης υδροτροχών είναι ο "υπερβολικός υδροτροχός" και ο "υπερβολικός υδροτροχός".

Undershot Water Wheel Design
Το Undershot Water Wheel Design, γνωστό και ως «τροχός ροής» ήταν ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος υδροτροχού που σχεδιάστηκε από τους αρχαίους Έλληνες και Ρωμαίους, καθώς είναι ο απλούστερος, φθηνότερος και ευκολότερος τύπος τροχού στην κατασκευή.
Σε αυτόν τον τύπο σχεδίασης υδροτροχών, ο τροχός τοποθετείται απλά απευθείας σε ένα ποτάμι με γρήγορη ροή και στηρίζεται από πάνω.Η κίνηση του νερού από κάτω δημιουργεί μια δράση ώθησης στα βυθισμένα πτερύγια στο κάτω μέρος του τροχού, επιτρέποντάς του να περιστρέφεται προς μία μόνο κατεύθυνση σε σχέση με την κατεύθυνση της ροής του νερού.
Αυτός ο τύπος σχεδίασης υδροτροχών χρησιμοποιείται γενικά σε επίπεδες περιοχές χωρίς φυσική κλίση του εδάφους ή όπου η ροή του νερού κινείται αρκετά γρήγορα.Σε σύγκριση με τα άλλα σχέδια υδροτροχών, αυτός ο τύπος σχεδίασης είναι πολύ αναποτελεσματικός, καθώς μόλις το 20% της δυναμικής ενέργειας του νερού χρησιμοποιείται για την πραγματική περιστροφή του τροχού.Επίσης η ενέργεια του νερού χρησιμοποιείται μόνο μία φορά για την περιστροφή του τροχού, μετά την οποία ρέει μακριά με το υπόλοιπο νερό.
Ένα άλλο μειονέκτημα του τροχού υποβρύχιου νερού είναι ότι απαιτεί μεγάλες ποσότητες νερού που κινούνται με ταχύτητα.Ως εκ τούτου, οι υποβρύχιοι τροχοί βρίσκονται συνήθως στις όχθες των ποταμών, καθώς μικρότερα ρυάκια ή ρυάκια δεν έχουν αρκετή δυναμική ενέργεια στο κινούμενο νερό.
Ένας τρόπος για να βελτιωθεί ελαφρώς η απόδοση ενός υποβρύχιου υδροτροχού είναι να εκτραπεί ένα ποσοστό από το νερό στο ποτάμι κατά μήκος ενός στενού καναλιού ή αγωγού, έτσι ώστε το 100% του εκτρεπόμενου νερού να χρησιμοποιείται για την περιστροφή του τροχού.Προκειμένου να επιτευχθεί αυτό, ο τροχός κάτω από το κάτω μέρος πρέπει να είναι στενός και να εφαρμόζει με μεγάλη ακρίβεια μέσα στο κανάλι για να αποτρέψει τη διαφυγή του νερού γύρω από τις πλευρές ή αυξάνοντας είτε τον αριθμό είτε το μέγεθος των κουπιών.

Overshot Waterwheel Design
Το Overshot Water Wheel Design είναι ο πιο κοινός τύπος σχεδίασης υδροτροχών.Ο υδραυλικός τροχός υπερχείλισης είναι πιο περίπλοκος ως προς την κατασκευή και το σχεδιασμό του από τον προηγούμενο υδροτροχό, καθώς χρησιμοποιεί κουβάδες ή μικρά διαμερίσματα για να πιάνει και να συγκρατεί το νερό.
Αυτοί οι κάδοι γεμίζουν με νερό που ρέει στο πάνω μέρος του τροχού.Το βαρυτικό βάρος του νερού στους γεμάτους κουβάδες αναγκάζει τον τροχό να περιστρέφεται γύρω από τον κεντρικό του άξονα καθώς οι άδειοι κάδοι στην άλλη πλευρά του τροχού γίνονται ελαφρύτεροι.
Αυτός ο τύπος υδάτινου τροχού χρησιμοποιεί τη βαρύτητα για να βελτιώσει την απόδοση καθώς και το ίδιο το νερό, επομένως οι υδραυλικοί τροχοί υπερχείλισης είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί από τα σχέδια κάτω από την πτώση, καθώς σχεδόν όλο το νερό και το βάρος του χρησιμοποιείται για την παραγωγή ισχύος εξόδου.Ωστόσο, όπως και πριν, η ενέργεια του νερού χρησιμοποιείται μόνο μία φορά για την περιστροφή του τροχού, μετά την οποία ρέει μακριά με το υπόλοιπο νερό.
Οι υδραυλικοί τροχοί υπερχείλισης κρέμονται πάνω από ένα ποτάμι ή ρέμα και γενικά είναι χτισμένοι στις πλαγιές λόφων παρέχοντας παροχή νερού από πάνω με χαμηλή κεφαλή (η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ του νερού στην κορυφή και του ποταμού ή του ρέματος κάτω) μεταξύ 5 έως -20 μέτρα.Ένα μικρό φράγμα ή φράγμα μπορεί να κατασκευαστεί και να χρησιμοποιηθεί για να διοχετεύσει και να αυξήσει την ταχύτητα του νερού στην κορυφή του τροχού, δίνοντάς του περισσότερη ενέργεια, αλλά είναι ο όγκος του νερού και όχι η ταχύτητά του που βοηθά στην περιστροφή του τροχού.

Γενικά, οι υδραυλικοί τροχοί υπέρβασης είναι κατασκευασμένοι όσο το δυνατόν μεγαλύτεροι για να δίνουν τη μεγαλύτερη δυνατή απόσταση κεφαλής ώστε το βαρυτικό βάρος του νερού να περιστρέφει τον τροχό.Ωστόσο, οι υδροτροχοί μεγάλης διαμέτρου είναι πιο περίπλοκοι και δαπανηροί στην κατασκευή λόγω του βάρους του τροχού και του νερού.
Όταν οι μεμονωμένοι κάδοι γεμίζουν με νερό, το βαρυτικό βάρος του νερού αναγκάζει τον τροχό να περιστρέφεται προς την κατεύθυνση της ροής του νερού.Καθώς η γωνία περιστροφής πλησιάζει στο κάτω μέρος του τροχού, το νερό μέσα στον κάδο αδειάζει στο ποτάμι ή το ρέμα από κάτω, αλλά το βάρος των κάδων που περιστρέφονται πίσω του κάνει τον τροχό να συνεχίσει με την ταχύτητα περιστροφής του.Ο άδειος κάδος συνεχίζει γύρω από τον περιστρεφόμενο τροχό έως ότου ανέβει ξανά στην κορυφή και πάλι έτοιμος να γεμίσει με περισσότερο νερό και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.Ένα από τα μειονεκτήματα του σχεδιασμού ενός υδροτροχού υπερβολής είναι ότι το νερό χρησιμοποιείται μόνο μία φορά καθώς ρέει πάνω από τον τροχό.

The Pitchback Waterwheel Design
Το Pitchback Water Wheel Design είναι μια παραλλαγή του προηγούμενου υδροτροχού υπέρβασης, καθώς χρησιμοποιεί επίσης το βαρυτικό βάρος του νερού για να βοηθήσει στην περιστροφή του τροχού, αλλά χρησιμοποιεί επίσης τη ροή των λυμάτων κάτω από αυτόν για να δώσει μια επιπλέον ώθηση.Αυτός ο τύπος σχεδίασης υδροτροχού χρησιμοποιεί ένα σύστημα τροφοδοσίας χαμηλής κεφαλής το οποίο παρέχει το νερό κοντά στην κορυφή του τροχού από μια αυλάκωση πάνω.
Σε αντίθεση με τον υδροτροχό υπέρβασης που διοχέτευε το νερό απευθείας πάνω από τον τροχό αναγκάζοντάς τον να περιστρέφεται προς την κατεύθυνση της ροής του νερού, ο υδροτροχός ανάστροφης τροφοδοσίας τροφοδοτεί το νερό κατακόρυφα προς τα κάτω μέσω μιας χοάνης και μέσα στον κάδο από κάτω προκαλώντας τον τροχό να περιστρέφεται αντίθετα. κατεύθυνση προς τη ροή του νερού από πάνω.
Ακριβώς όπως ο προηγούμενος υδροτροχός υπέρβασης, το βαρυτικό βάρος του νερού στους κάδους κάνει τον τροχό να περιστρέφεται αλλά αριστερόστροφα.Καθώς η γωνία περιστροφής πλησιάζει στο κάτω μέρος του τροχού, το νερό που έχει παγιδευτεί μέσα στους κάδους αδειάζει κάτω.Καθώς ο άδειος κάδος είναι στερεωμένος στον τροχό, συνεχίζει να περιστρέφεται με τον τροχό όπως πριν μέχρι να ανέβει ξανά στην κορυφή έτοιμος να γεμίσει με περισσότερο νερό και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.
Η διαφορά αυτή τη φορά είναι ότι τα λύματα που εκκενώνονται από τον περιστρεφόμενο κάδο ρέουν μακριά προς την κατεύθυνση του περιστρεφόμενου τροχού (καθώς δεν έχει πουθενά αλλού να πάει), παρόμοια με τον κύριο υδροτροχό κάτω.Έτσι, το κύριο πλεονέκτημα του pitchback waterwheel είναι ότι χρησιμοποιεί την ενέργεια του νερού δύο φορές, μία από πάνω και μία από κάτω για να περιστρέψει τον τροχό γύρω από τον κεντρικό άξονά του.
Το αποτέλεσμα είναι ότι η απόδοση του σχεδιασμού του υδροτροχού αυξάνεται σημαντικά σε πάνω από το 80% της ενέργειας των υδάτων καθώς καθοδηγείται τόσο από το βαρυτικό βάρος του εισερχόμενου νερού όσο και από τη δύναμη ή την πίεση του νερού που κατευθύνεται στους κάδους από πάνω, όπως καθώς και η ροή των λυμάτων από κάτω πιέζοντας τους κάδους.Το μειονέκτημα όμως ενός υδροτροχού pitchback είναι ότι χρειάζεται μια ελαφρώς πιο περίπλοκη διάταξη παροχής νερού ακριβώς πάνω από τον τροχό με αυλάκια και αυλάκια.

The Breastshot Waterwheel Design
Το Breastshot Water Wheel Design είναι άλλο ένα κατακόρυφα τοποθετημένο σχέδιο υδροτροχού όπου το νερό εισέρχεται στους κάδους περίπου στο μισό της διαδρομής προς τα πάνω στο ύψος του άξονα ή ακριβώς πάνω από αυτόν και στη συνέχεια ρέει έξω στο κάτω μέρος προς την κατεύθυνση της περιστροφής των τροχών.Γενικά, ο υδατοτροχός στήθους χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου η κεφαλή του νερού είναι ανεπαρκής για να τροφοδοτήσει μια σχεδίαση υδροτροχού υπέρβασης ή pitchback από πάνω.
Το μειονέκτημα εδώ είναι ότι το βαρυτικό βάρος του νερού χρησιμοποιείται μόνο για περίπου το ένα τέταρτο της περιστροφής σε αντίθεση με προηγουμένως που ήταν για το ήμισυ της περιστροφής.Για να ξεπεραστεί αυτό το χαμηλό ύψος κεφαλής, οι κάδοι των υδροτροχών φαρδαίνουν για να εξάγουν την απαιτούμενη ποσότητα δυναμικής ενέργειας από το νερό.
Οι υδροτροχοί Breastshot χρησιμοποιούν περίπου το ίδιο βαρυτικό βάρος του νερού για να περιστρέψουν τον τροχό, αλλά καθώς το ύψος της κεφαλής του νερού είναι περίπου το μισό από αυτό ενός τυπικού υδροτροχού υπέρβασης, οι κάδοι είναι πολύ φαρδύτεροι από τα προηγούμενα σχέδια υδροτροχών για να αυξήσουν τον όγκο του νερού πιάστηκε στους κουβάδες.Το μειονέκτημα αυτού του τύπου σχεδίασης είναι η αύξηση του πλάτους και του βάρους του νερού που μεταφέρεται από κάθε κάδο.Όπως και με τη σχεδίαση pitchback, ο τροχός στήθους χρησιμοποιεί την ενέργεια του νερού δύο φορές, καθώς ο υδροτροχός έχει σχεδιαστεί για να κάθεται στο νερό, επιτρέποντας στα λύματα να βοηθούν στην περιστροφή του τροχού καθώς ρέει προς τα κάτω.

Παράγετε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας έναν υδροτροχό
Ιστορικά, οι ρόδες νερού έχουν χρησιμοποιηθεί για την άλεση αλεύρων, δημητριακών και άλλες τέτοιες μηχανικές εργασίες.Αλλά οι υδατοτροχοί μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, που ονομάζεται σύστημα Hydro Power.Συνδέοντας μια ηλεκτρική γεννήτρια στον περιστρεφόμενο άξονα του υδροτροχού, είτε άμεσα είτε έμμεσα χρησιμοποιώντας ιμάντες κίνησης και τροχαλίες, οι υδροτροχοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ενέργειας συνεχώς 24 ώρες την ημέρα, σε αντίθεση με την ηλιακή ενέργεια.Εάν ο υδροτροχός έχει σχεδιαστεί σωστά, ένα μικρό ή «μικρο» υδροηλεκτρικό σύστημα μπορεί να παράγει αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για την τροφοδοσία φωτισμού ή/και ηλεκτρικών συσκευών σε ένα μέσο σπίτι.
Αναζητήστε Γεννήτριες τροχών νερού που έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν τη βέλτιστη απόδοση σε σχετικά χαμηλές ταχύτητες.Για μικρά έργα, ένας μικρός κινητήρας συνεχούς ρεύματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως γεννήτρια χαμηλής ταχύτητας ή ως εναλλάκτης αυτοκινήτου, αλλά αυτά είναι σχεδιασμένα να λειτουργούν σε πολύ υψηλότερες ταχύτητες, επομένως μπορεί να απαιτείται κάποια μορφή γραναζιών.Μια γεννήτρια ανεμογεννήτριας αποτελεί μια ιδανική γεννήτρια υδραυλικών τροχών, καθώς είναι σχεδιασμένη για λειτουργία χαμηλής ταχύτητας και υψηλής απόδοσης.
Εάν υπάρχει ένα ποτάμι ή ρέμα αρκετά γρήγορης ροής κοντά στο σπίτι ή τον κήπο σας που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε, τότε ένα υδροηλεκτρικό σύστημα μικρής κλίμακας μπορεί να είναι μια καλύτερη εναλλακτική λύση σε άλλες μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η "Αιολική Ενέργεια" ή η "Ηλιακή Ενέργεια" " καθώς έχει πολύ λιγότερο οπτικό αντίκτυπο.Επίσης, όπως ακριβώς η αιολική και η ηλιακή ενέργεια, με ένα συνδεδεμένο στο δίκτυο σύστημα παραγωγής μικρής κλίμακας σχεδιασμένο με υδροτροχό συνδεδεμένο στο τοπικό δίκτυο κοινής ωφέλειας, κάθε ηλεκτρική ενέργεια που παράγετε αλλά δεν χρησιμοποιείτε μπορεί να πουληθεί πίσω στην εταιρεία ηλεκτρικής ενέργειας.
Στο επόμενο σεμινάριο σχετικά με την Hydro Energy, θα εξετάσουμε τους διαφορετικούς τύπους στροβίλων που θα μπορούσαμε να συνδέσουμε στον σχεδιασμό υδροτροχών για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας.Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το Waterwheel Design και πώς να παράγετε τη δική σας ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας την ισχύ του νερού ή για να λάβετε περισσότερες πληροφορίες υδροηλεκτρικής ενέργειας σχετικά με τα διάφορα διαθέσιμα σχέδια υδροτροχών ή για να εξερευνήσετε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της υδροηλεκτρικής ενέργειας, κάντε κλικ εδώ για να παραγγείλετε το αντίγραφό σας από την Amazon σήμερα σχετικά με τις αρχές και την κατασκευή των υδροτροχών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.