Vesipyörän suunnittelu vesienergialle
vesienergia-ikoniHydroenergia on tekniikka, joka muuntaa liikkuvan veden kineettisen energian mekaaniseksi tai sähköiseksi energiaksi, ja yksi varhaisimmista laitteista, joita käytettiin muuntamaan liikkuvan veden energia käyttökelpoiseksi työksi, oli Waterwheel Design.
Vesipyörän rakenne on kehittynyt ajan myötä, ja jotkut vesipyörät on suunnattu pystysuoraan, jotkut vaakasuoraan ja jotkut on kiinnitetty monimutkaisilla hihnapyörillä ja vaihteilla, mutta ne kaikki on suunniteltu suorittamaan samat toiminnot, ja se on myös "muuntaa liikkuvan veden lineaarinen liike pyörivä liike, jolla voidaan ajaa mitä tahansa konetta, joka on liitetty siihen pyörivän akselin kautta."
Tyypillinen vesipyörän muotoilu
Early Waterwheel Design oli varsin alkeellisia ja yksinkertaisia koneita, jotka koostuivat pystysuorasta puupyörästä, jossa oli puiset terät tai kauhat, jotka oli kiinnitetty tasaisesti kehälleen .
Nämä pystysuuntaiset vesipyörät olivat huomattavasti parempia kuin muinaisten kreikkalaisten ja egyptiläisten aiempi vaakasuuntainen vesipyörä, koska ne pystyivät toimimaan tehokkaammin muuttamaan liikkuvan veden vauhdin voimaksi.Vesipyörään kiinnitettiin sitten hihnapyörät ja vaihteistot, jotka mahdollistivat pyörivän akselin suunnan muuttamisen vaaka-asennosta pystysuoraan myllynkivien, puun sahauksen, malmin murskauksen, leimaamisen ja leikkaamisen jne.
Vesipyörän suunnittelutyypit
Useimmat vesipyörät, jotka tunnetaan myös nimellä vesimyllyt tai yksinkertaisesti vesipyörät, ovat pystysuoraan asennettuja pyöriä, jotka pyörivät vaakasuoran akselin ympäri, ja tämäntyyppiset vesipyörät luokitellaan tavan mukaan, jolla vesi levitetään pyörään suhteessa pyörän akseliin.Kuten arvata saattaa, vesipyörät ovat suhteellisen suuria koneita, jotka pyörivät pienillä kulmanopeuksilla ja joiden hyötysuhde on alhainen kitkahäviöiden ja kauhojen epätäydellisen täytön jne. vuoksi.
Veden vaikutus pyörien kauhoja tai siipiä vasten kehittää vääntömomenttia akseliin, mutta ohjaamalla vettä näihin siipiin ja kauhoihin pyörän eri asennoista voidaan parantaa pyörimisnopeutta ja sen tehokkuutta.Kaksi yleisintä vesipyörän suunnittelutyyppiä ovat "alempi vesipyörä" ja "ylipaineinen vesipyörä".
Undershot Water Wheel Design
Undershot Water Wheel Design, joka tunnetaan myös nimellä "virtapyörä", oli muinaisten kreikkalaisten ja roomalaisten suunnittelema yleisimmin käytetty vesipyörätyyppi, koska se on yksinkertaisin, halvin ja helpoin rakentaa.
Tämän tyyppisessä vesipyörässä pyörä asetetaan yksinkertaisesti suoraan nopeasti virtaavaan jokeen ja tuetaan ylhäältä.Alla olevan veden liike saa aikaan työntöliikkeen pyörän alaosassa olevia upotettuja siipiä vastaan, jolloin se voi pyöriä vain yhteen suuntaan suhteessa veden virtaussuuntaan.
Tämän tyyppistä vesipyörää käytetään yleensä tasaisilla alueilla, joilla ei ole maan luonnollista kaltevuutta tai joissa vesi virtaa riittävän nopeasti.Verrattuna muihin vesipyörän malleihin tämän tyyppinen rakenne on erittäin tehoton, sillä vain 20 % veden potentiaalisesta energiasta käytetään pyörän pyörittämiseen.Myös vesienergiaa käytetään vain kerran pyörän pyörittämiseen, jonka jälkeen se virtaa pois muun veden mukana.
Toinen vesipyörän epäkohta on, että se vaatii suuria määriä vettä liikkumaan nopeudella.Tämän vuoksi vesipyörät sijaitsevat yleensä jokien rannoilla, koska pienemmillä puroilla tai puroilla ei ole tarpeeksi potentiaalista energiaa liikkuvassa vedessä.
Eräs tapa parantaa hieman vesipyörän tehoa on ohjata prosenttiosuus joen vedestä kapeaa väylää tai kanavaa pitkin siten, että 100 % ohjatusta vedestä käytetään pyörän pyörittämiseen.Tämän saavuttamiseksi alilaukaisupyörän on oltava kapea ja sopia erittäin tarkasti kanavaan, jotta vesi ei pääse karkaamaan sivujen ympäriltä tai lisäämällä joko siipien määrää tai kokoa.
Overshot Waterwheel Design
Overshot Water Wheel Design on yleisin vesipyörän suunnittelutyyppi.Overshot-vesipyörä on rakenteeltaan ja suunnittelultaan monimutkaisempi kuin edellinen vesipyörä, koska se käyttää kauhoja tai pieniä lokeroita veden keräämiseen ja pitämiseen.
Nämä kauhat täyttyvät vedellä, joka virtaa sisään pyörän yläosassa.Täysissä kauhoissa olevan veden painovoimainen paino saa pyörän pyörimään keskiakselinsa ympäri, kun pyörän toisella puolella olevat tyhjät kauhat kevenevät.
Tämän tyyppisessä vesipyörässä painovoima parantaa tehoa sekä itse vettä, joten ylikuormitetut vesipyörät ovat paljon tehokkaampia kuin alipyörät, koska lähes kaikki vesi ja sen paino käytetään lähtötehon tuottamiseen.Mutta kuten ennenkin, vesienergiaa käytetään vain kerran pyörän pyörittämiseen, jonka jälkeen se virtaa pois muun veden mukana.
Overshot-vesipyörät on ripustettu joen tai puron yläpuolelle ja ne on yleensä rakennettu kukkuloiden sivuille tarjoamalla vettä ylhäältä matalalla korkeudella (yläosassa olevan veden ja alapuolella olevan joen tai puron välinen pystysuora etäisyys) välillä 5 - -20 metriä.Pieni pato tai pato voidaan rakentaa ja käyttää sekä kanavoimaan että lisäämään veden nopeutta pyörän huipulle antaen sille enemmän energiaa, mutta pyörän pyörittämistä auttaa pikemminkin veden tilavuus kuin sen nopeus.
Yleensä ylikuormitetut vesipyörät rakennetaan mahdollisimman suuriksi, jotta veden painovoiman painovoiman etäisyys pyörän pyörittämiseen on suurin mahdollinen.Suurihalkaisijaiset vesipyörät ovat kuitenkin monimutkaisempia ja kalliimpia rakentaa pyörän ja veden painon vuoksi.
Kun yksittäiset kauhat täytetään vedellä, veden painovoima saa pyörän pyörimään veden virtauksen suuntaan.Pyörimiskulman lähestyessä pyörän pohjaa kauhan sisällä oleva vesi tyhjenee alapuolella olevaan jokeen tai puroon, mutta sen takana pyörivien kauhojen paino saa pyörän jatkamaan pyörimisnopeuttaan.Tyhjä ämpäri jatkaa pyörivän pyörän ympärillä, kunnes se nousee takaisin ylös taas valmiina täytettäväksi vedellä ja sykli toistuu.Yksi ylikuormitetun vesipyörän haitoista on, että vettä käytetään vain kerran, kun se virtaa pyörän yli.
Pitchback Waterwheel Design
Pitchback Water Wheel Design on muunnelma aiemmasta overshot-vesipyörästä, koska se käyttää myös veden gravitaatiopainoa pyörän pyörittämiseen, mutta se käyttää myös jäteveden virtausta sen alla antamaan lisätyöntöä.Tämän tyyppisessä vesipyörän suunnittelussa käytetään matalakorkoista syöttöjärjestelmää, joka tarjoaa veden lähelle pyörän yläosaa yläpuolella olevasta läpiviennistä.
Toisin kuin ylikuormavesipyörä, joka kanavoi veden suoraan pyörän yli ja sai sen pyörimään veden virtaussuunnassa, takaiskuvesipyörä syöttää vettä pystysuoraan alaspäin suppilon läpi ja alla olevaan ämpäriin, jolloin pyörä pyörii vastakkaiseen suuntaan. yläpuolella olevan veden virtauksen suuntaan.
Aivan kuten edellinen ylivirtausvesipyörä, kauhoissa olevan veden painovoima saa pyörän pyörimään, mutta vastapäivään.Kun pyörimiskulma lähestyy pyörän alaosaa, kauhojen sisään jäänyt vesi tyhjenee alapuolelta.Kun tyhjä kauha on kiinnitetty pyörään, se jatkaa pyörimistä pyörän kanssa kuten ennen, kunnes se nousee takaisin yläosaan valmiina täytettäväksi lisäämällä vettä ja sykli toistuu.
Erona tällä kertaa on se, että pyörivästä kauhasta tyhjennetty jätevesi virtaa pois pyörivän pyörän suuntaan (koska sillä ei ole minnekään mennä), samalla tavalla kuin vesipyörän alipaine.Pitchback-vesipyörän tärkein etu on siis se, että se käyttää veden energiaa kahdesti, kerran ylhäältä ja kerran alhaalta pyörittämään pyörää sen keskiakselin ympäri.
Tuloksena on, että vesipyörän suunnittelun hyötysuhde kasvaa huomattavasti yli 80 prosenttiin vesienergiasta, koska sitä ohjaa sekä sisään tulevan veden painovoima että ylhäältä ämpäriin suunnatun veden voima tai paine, kuten sekä alla olevan jäteveden virtaus, joka painaa kauhoja vasten.Pitchback-vesipyörän haittana on kuitenkin se, että se tarvitsee hieman monimutkaisemman vedensyöttöjärjestelyn suoraan pyörän yläpuolelle kouruilla ja läpiviennillä.
Breastshot Waterwheel Design
Breastshot Water Wheel Design on toinen pystysuoraan asennettu vesipyörämalli, jossa vesi tulee kauhoihin noin puoliväliin ylöspäin akselin korkeudelta tai juuri sen yläpuolelle ja virtaa sitten ulos pohjasta pyörien pyörimissuuntaan.Yleensä vesipyörää käytetään tilanteissa, joissa vedenkorkeus ei riitä ylikuormitus- tai pitchback-vesipyörään ylhäältä päin.
Haittana tässä on se, että veden painovoimaa käytetään vain noin neljännekseen kierroksesta toisin kuin aiemmin, joka oli puolet kierroksesta.Tämän matalan pään korkeuden voittamiseksi vesipyörän kauhat on tehty leveämmiksi, jotta vedestä saadaan tarvittava määrä potentiaalista energiaa.
Breastshot-vesipyörät käyttävät suunnilleen samaa veden painovoimaa pyörän pyörittämiseen, mutta koska veden korkeus on noin puolet tyypillisen overshot-vesipyörän korkeudesta, kauhat ovat paljon leveämpiä kuin aikaisemmat vesipyörät veden tilavuuden lisäämiseksi. kiinni ämpäriin.Tämän tyyppisen suunnittelun haittana on kunkin ämpäri kuljettaman veden leveyden ja painon kasvu.Kuten pitchback-mallissa, rintakuvapyörä käyttää veden energiaa kahdesti, kun vesipyörä on suunniteltu istumaan veteen, jolloin jätevesi auttaa pyörää pyörimään, kun se virtaa pois alaspäin.
Tuota sähköä vesipyörällä
Historiallisesti vesipyöriä on käytetty jauhojen, viljan jauhamiseen ja muihin vastaaviin mekaanisiin tehtäviin.Mutta vesipyöriä voidaan käyttää myös sähkön tuottamiseen, jota kutsutaan vesivoimajärjestelmäksi.Kytkemällä sähkögeneraattori vesipyörien pyörivään akseliin joko suoraan tai epäsuorasti käyttöhihnoilla ja hihnapyörillä, vesipyörillä voidaan tuottaa sähköä jatkuvasti 24 tuntia vuorokaudessa toisin kuin aurinkoenergialla.Jos vesipyörä on suunniteltu oikein, pieni tai "mikro" vesivoimalaitos voi tuottaa tarpeeksi sähköä valaistukseen ja/tai sähkölaitteisiin tavallisessa kodissa.
Etsi vesipyörägeneraattoreita, jotka on suunniteltu tuottamaan optimaalinen teho suhteellisen alhaisilla nopeuksilla.Pienissä projekteissa pientä tasavirtamoottoria voidaan käyttää hidaskäyntisenä generaattorina tai auton vaihtovirtageneraattorina, mutta nämä on suunniteltu toimimaan paljon suuremmilla nopeuksilla, joten jonkinlainen vaihteisto saattaa olla tarpeen.Tuuliturbiinigeneraattori on ihanteellinen vesipyörägeneraattori, koska se on suunniteltu alhaisen nopeuden ja suuren tehon toimintaan.
Jos kotisi tai puutarhasi lähellä on melko nopeasti virtaava joki tai puro, jota voit käyttää, pienimuotoinen vesivoimajärjestelmä voi olla parempi vaihtoehto muille uusiutuville energialähteille, kuten "tuulienergialle" tai "aurinkoenergialle" ", koska sillä on paljon vähemmän visuaalista vaikutusta.Samoin kuin tuuli- ja aurinkoenergialla, verkkoon kytketyllä pienimuotoisella vesipyörällä suunnitellulla tuotantojärjestelmällä, joka on kytketty paikalliseen sähköverkkoon, kaikki tuottamasi mutta käyttämättä jäänyt sähkö voidaan myydä takaisin sähköyhtiölle.
Seuraavassa Hydro Energyn opetusohjelmassa tarkastelemme saatavilla olevia erityyppisiä turbiineja, jotka voimme liittää vesivoimantuotantoon tarkoitettuun vesipyöräsuunnitteluun.Jos haluat lisätietoja Waterwheel Designista ja kuinka voit tuottaa omaa sähköäsi veden voimalla, tai saada lisää vesienergiaa koskevia tietoja saatavilla olevista vesipyörämalleista tai tutkia vesivoiman etuja ja haittoja, napsauta tästä tilataksesi kopion. Amazonilta tänään sähköntuotantoon käytettävien vesipyörien periaatteista ja rakenteesta.
Postitusaika: 25.6.2021
