Dizajn vodenog kotača za hidroenergiju
ikona hidroenergijeHydro energy je tehnologija koja pretvara kinetičku energiju kretanja vode u mehaničku ili električnu energiju, a jedan od najranijih uređaja korištenih za pretvaranje energije kretanja vode u upotrebljiv rad bio je Waterwheel Design.
Dizajn vodenih kotača s vremenom je evoluirao s nekim vodenim kotačima orijentiranim okomito, nekima vodoravno, a nekima s pričvršćenim razrađenim remenicama i zupčanicima, ali svi su dizajnirani da obavljaju istu funkciju, a to je također "pretvoriti linearno gibanje vode koja se kreće u rotacijsko gibanje koje se može koristiti za pogon bilo kojeg dijela strojeva koji je na njega povezan preko rotirajuće osovine”.
Tipični dizajn vodenog kotača
Rani dizajn vodenih kotača bili su prilično primitivni i jednostavni strojevi koji su se sastojali od vertikalnog drvenog kotača s drvenim noževima ili žlicama ravnomjerno pričvršćenim oko svog opsega, a svi su bili oslonjeni na vodoravnu osovinu sa snagom vode koja teče ispod nje gurajući kotač u tangencijalnom smjeru prema oštricama. .
Ovi vertikalni vodeni kotači bili su znatno superiorniji od ranijih horizontalnih vodenih kotača starih Grka i Egipćana, jer su mogli djelovati učinkovitije prevodeći zamah vodene vode u snagu.Remenice i zupčanici su tada bili pričvršćeni na vodeni kotač koji je omogućio promjenu smjera rotirajuće osovine iz horizontalnog u vertikalni kako bi se pokretalo mlinsko kamenje, drvo za piljenje, drobljenje rude, štancanje i rezanje itd.
Vrste dizajna vodenih kotača
Većina vodenih kotača također poznatih kao vodenice ili jednostavno vodeni kotači, vertikalno su postavljeni kotači koji se rotiraju oko vodoravne osovine, a ove vrste vodenih kotača klasificirane su prema načinu na koji se voda primjenjuje na kotač, u odnosu na osovinu kotača.Kao što možete očekivati, vodeni kotači su relativno veliki strojevi koji se okreću malim kutnim brzinama, a imaju nisku učinkovitost, zbog gubitaka trenjem i nepotpunog punjenja žlica, itd.
Djelovanje vode koja gura na kotače žlice ili lopatice razvija zakretni moment na osovini, ali usmjeravanjem vode na ove lopatice i žlice s različitih položaja na kotaču može se poboljšati brzina rotacije i njezina učinkovitost.Dvije najčešće vrste dizajna vodenog kotača su “undershot waterwheel” i “overshot waterwheel”.
Undershot dizajn vodenog kotača
Undershot Water Wheel Design, također poznat kao "potočni kotač", bio je najčešće korišteni tip vodenog kotača koji su dizajnirali stari Grci i Rimljani jer je to najjednostavniji, najjeftiniji i najlakši tip kotača za konstruiranje.
U ovoj vrsti dizajna vodenog kotača, kotač se jednostavno postavlja izravno u rijeku koja brzo teče i podupire odozgo.Kretanje vode ispod stvara djelovanje guranja prema potopljenim lopaticama na donjem dijelu kotača omogućujući mu da se okreće samo u jednom smjeru u odnosu na smjer toka vode.
Ova vrsta dizajna vodenog kotača općenito se koristi u ravnim područjima bez prirodnog nagiba zemljišta ili gdje se tok vode dovoljno brzo kreće.U usporedbi s drugim dizajnom vodenih kotača, ova vrsta dizajna je vrlo neučinkovita, sa samo 20% potencijalne energije vode koja se koristi za stvarno rotiranje kotača.Također, energija vode se koristi samo jednom za rotaciju kotača, nakon čega otječe s ostatkom vode.
Još jedan nedostatak vodenog kotača s podmetanjem je taj što zahtijeva velike količine vode koja se kreće velikom brzinom.Zbog toga se vodeni kotači obično nalaze na obalama rijeka jer manji potoci ili potoci nemaju dovoljno potencijalne energije u vodi koja se kreće.
Jedan od načina da se malo poboljša učinkovitost vodenog kotača s nedostatkom vode je preusmjeravanje postotka vode u rijeci duž uskog kanala ili kanala tako da se 100% preusmjerene vode koristi za rotaciju kotača.Kako bi se to postiglo, kotačić za podmetanje mora biti uzak i vrlo točno pristajati unutar kanala kako bi se spriječilo bježanje vode oko strana ili povećanjem broja ili veličine lopatica.
Overshot dizajn vodenog kotača
Overshot dizajn vodenog kotača je najčešći tip dizajna vodenog kotača.Vodeni kotač s preklopom je kompliciraniji u svojoj konstrukciji i dizajnu od prethodnog vodenog kotača s nedostatkom jer koristi kante ili male odjeljke za hvatanje i zadržavanje vode.
Ove kante pune se vodom koja teče na vrhu kotača.Gravitacijska težina vode u punim kantama uzrokuje rotaciju kotača oko svoje središnje osi dok prazne kante s druge strane kotača postaju lakše.
Ova vrsta vodenog kotača koristi gravitaciju za poboljšanje izlazne snage, kao i samu vodu, stoga su vodeni kotači s prekoračenjem puno učinkovitiji od dizajna s nedostatkom jer se gotovo sva voda i njezina težina koriste za proizvodnju izlazne snage.Međutim, kao i prije, energija vode se koristi samo jednom za rotaciju kotača, nakon čega otječe s ostatkom vode.
Vodeni kotači visili su iznad rijeke ili potoka i općenito su izgrađeni na stranama brežuljaka koji osiguravaju opskrbu vodom odozgo s niskim nagibom (okomiti razmak između vode na vrhu i rijeke ili potoka ispod) između 5 do -20 metara.Mala brana ili brana može se izgraditi i koristiti za kanaliziranje i povećanje brzine vode do vrha kotača dajući joj više energije, ali volumen vode, a ne njezina brzina, pomaže rotaciji kotača.
Općenito, vodeni kotači su napravljeni što je moguće veći kako bi dali najveći mogući razmak glave za gravitacijsku težinu vode koja rotira kotač.Međutim, vodeni kotači velikog promjera su kompliciraniji i skuplji za izradu zbog težine kotača i vode.
Kada se pojedinačne kante napune vodom, gravitacijska težina vode uzrokuje rotaciju kotača u smjeru toka vode.Kako se kut rotacije približava dnu kotača, voda unutar kante ispušta se u rijeku ili potok ispod, ali težina žlica koje rotiraju iza nje uzrokuje da kotač nastavi sa svojom brzinom rotacije.Prazna kanta se nastavlja oko rotirajućeg kotača sve dok se ponovno ne podigne na vrh spreman za punjenje s još vode i ciklus se ponavlja.Jedan od nedostataka dizajna vodenog kotača je taj što se voda koristi samo jednom dok teče preko kotača.
Dizajn vodenog kotača Pitchback
Dizajn vodenog kotača Pitchback varijacija je prethodnog vodenog kotača s prekoračenjem jer također koristi gravitacijsku težinu vode za pomoć pri rotaciji kotača, ali također koristi protok otpadne vode ispod njega kako bi pružio dodatni poticaj.Ovaj tip dizajna vodenog kotača koristi sustav za dovod vode s niskom glavom koji osigurava vodu blizu vrha kotača iz žlijeba iznad.
Za razliku od prekomjernog vodenog kotača koji je kanalizirao vodu izravno preko kotača uzrokujući njegovo rotiranje u smjeru toka vode, vodeni kotač s povratnim udarom dovodi vodu okomito prema dolje kroz lijevak i u kantu ispod, uzrokujući rotaciju kotača u suprotnom smjeru smjeru toka vode iznad.
Baš kao i prethodni vodeni kotač, gravitacijska težina vode u kantama uzrokuje rotaciju kotača, ali u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.Kako se kut rotacije približava dnu kotača, voda zarobljena unutar kante ispušta se ispod.Kako je prazna kanta pričvršćena na kotač, nastavlja se okretati s kotačem kao i prije sve dok se ponovno ne podigne na vrh spreman za punjenje s još vode i ciklus se ponavlja.
Razlika je ovaj put u tome što otpadna voda ispražnjena iz rotirajuće kante otječe u smjeru rotirajućeg kotača (jer nema kamo drugdje otići), slično kao kod glavnog vodenog kotača.Stoga je glavna prednost vodenog kotača s povratnim udarcem ta što koristi energiju vode dvaput, jednom odozgo i jednom odozdo za rotaciju kotača oko svoje središnje osi.
Rezultat je da je učinkovitost dizajna vodenog kotača uvelike povećana na više od 80% energije vode jer je vođena i gravitacijskom težinom ulazne vode i silom ili pritiskom vode usmjerene u kante odozgo, kao što je kao i protok otpadne vode ispod gurajući se o kante.Nedostatak vodenog kotača je taj što mu je potreban malo složeniji raspored vodoopskrbe neposredno iznad kotača s žljebovima i žljebovima.
Dizajn Breastshot vodenog kotača
Breastshot Water Wheel Design je još jedan vertikalno postavljen dizajn vodenog kotača gdje voda ulazi u kante otprilike na pola puta gore na visini osovine, ili neposredno iznad nje, a zatim istječe na dnu u smjeru rotacije kotača.Općenito, prsni vodeni kotač se koristi u situacijama u kojima je visina vode nedostatna za pokretanje dizajna vodenog kotača s preklapanjem ili povlačenjem odozgo.
Nedostatak je ovdje što se gravitacijska težina vode koristi samo za otprilike jednu četvrtinu rotacije za razliku od prethodnog koji je bio za polovicu rotacije.Kako bi se prevladala ova niska visina glave, žlice vodenih kotača su proširene kako bi se iz vode izvukla potrebna količina potencijalne energije.
Breastshot vodeni kotači koriste približno istu gravitacijsku težinu vode za rotaciju kotača, ali kako je visina glave vode oko pola manje od tipičnog vodenog kotača, kante su puno šire od prethodnih dizajna vodenih kotača kako bi se povećao volumen vode uhvaćeni u kante.Nedostatak ove vrste dizajna je povećanje širine i težine vode koju nosi svaka kanta.Kao i kod pitchback dizajna, prsni kotač koristi energiju vode dvaput jer je vodeni kotač dizajniran da sjedi u vodi dopuštajući otpadnoj vodi da pomogne u rotaciji kotača dok teče nizvodno.
Generirajte električnu energiju pomoću vodenog kotača
Povijesno su se vodeni kotači koristili za mljevenje brašna, žitarica i druge takve mehaničke zadatke.No, vodeni kotači se također mogu koristiti za proizvodnju električne energije, nazvan Hydro Power sustav.Spajanjem električnog generatora na rotirajuću osovinu vodenih kotača, izravno ili neizravno pomoću pogonskih remena i remenica, vodeni kotači se mogu koristiti za kontinuiranu proizvodnju energije 24 sata dnevno za razliku od solarne energije.Ako je vodeni kotač ispravno dizajniran, mali ili "mikro" hidroelektrični sustav može proizvesti dovoljno električne energije za napajanje rasvjete i/ili električnih uređaja u prosječnom domu.
Potražite generatore vodenih kotača dizajniranih za postizanje optimalnog učinka pri relativno malim brzinama.Za male projekte, mali istosmjerni motor može se koristiti kao generator male brzine ili automobilski alternator, ali oni su dizajnirani da rade na mnogo većim brzinama pa će možda biti potreban neki oblik zupčanika.Generator vjetroturbine idealan je generator vodenih kotača jer je dizajniran za rad male brzine i velike snage.
Ako u blizini vašeg doma ili vrta postoji prilično brza rijeka ili potok koji možete koristiti, tada bi mali hidroenergetski sustav mogao biti bolja alternativa drugim oblicima obnovljivih izvora energije kao što su "energija vjetra" ili "sunčeva energija". ” jer ima puno manje vizualnog utjecaja.Također, baš kao i energija vjetra i sunca, s malim vodenim kotačićem povezanim s mrežom, dizajniranim generirajućim sustavom povezanim s lokalnom komunalnom mrežom, svaka električna energija koju proizvedete, ali ne koristite, može se prodati natrag elektroenergetskoj tvrtki.
U sljedećem vodiču o hidroenergetici pogledat ćemo različite vrste dostupnih turbina koje bismo mogli pričvrstiti na naš dizajn vodenog kotača za proizvodnju hidroenergije.Za više informacija o dizajnu vodenog kotača i o tome kako generirati vlastitu električnu energiju koristeći snagu vode ili dobiti više informacija o hidroenergetskim o različitim dostupnim dizajnima vodenih kotača, ili da istražite prednosti i nedostatke hidroenergije, kliknite ovdje kako biste naručili svoj primjerak iz Amazona danas o principima i konstrukciji vodenih kotača koji se mogu koristiti za proizvodnju električne energije.
Vrijeme objave: 25. lipnja 2021
