Vízikerék kialakítás a vízenergiához
hidroenergia ikon A vízenergia egy olyan technológia, amely a mozgó víz mozgási energiáját mechanikai vagy elektromos energiává alakítja, és az egyik legkorábbi eszköz, amellyel a mozgó víz energiáját hasznosítható munkává alakították át, a Waterwheel Design volt.
A vízikerék kialakítása az idők során fejlődött, néhány vízikerék függőlegesen, némelyik vízszintesen, néhány pedig kidolgozott szíjtárcsákkal és fogaskerekekkel van felszerelve, de mindegyiket arra tervezték, hogy ugyanazt a funkciót lássák el, és az is, hogy „a mozgó víz lineáris mozgását átalakítja egy forgó mozgás, amellyel bármely, forgó tengelyen keresztül hozzákapcsolt gépet meg lehet hajtani”.
Tipikus vízikerék kialakítás
A korai Waterwheel Design meglehetősen primitív és egyszerű gépek voltak, amelyek függőleges fából készült kerékből álltak, a kerületük mentén egyenlően rögzített fapengékkel vagy vödrökkel, amelyek mindegyike egy vízszintes tengelyen volt megtámasztva, és az alatta áramló víz ereje érintőleges irányban a lapátokhoz nyomja. .
Ezek a függőleges vízikerekek jelentősen felülmúlták az ókori görögök és egyiptomiak korábbi vízszintes vízikerekes kialakítását, mivel hatékonyabban tudták működni, és a mozgó víz lendületét erővé alakították át.Ezután csigákat és fogaskerekeket rögzítettek a vízikerékhez, amely lehetővé tette a forgó tengely irányának megváltoztatását vízszintesről függőlegesre malomkövek, fűrészfa, érczúzás, sajtolás és vágás stb.
A vízikerék kialakításának típusai
A legtöbb Water Wheels, más néven Watermills vagy egyszerűen Water Wheels, függőlegesen rögzített kerék, amely egy vízszintes tengely körül forog, és az ilyen típusú vízikerekeket a kerék tengelyéhez viszonyított módja szerint osztályozzák, ahogyan a vizet a kerékre alkalmazzák.Amint az várható, a vízkerekek viszonylag nagy gépek, amelyek kis szögsebességgel forognak, és alacsony hatásfokkal rendelkeznek, a súrlódási veszteségek és a kanalak hiányos megtöltése stb. miatt.
A kerekek vödreinek vagy lapátjainak ütköző víz hatása nyomatékot fejleszt ki a tengelyen, de ezekre a lapátokra és vödrökre a kerék különböző pozícióiból irányítva a vizet a forgási sebesség és annak hatékonysága javítható.A vízikerék kialakításának két legelterjedtebb típusa az „alulsó vízkerék” és a „túllőtt vízkerék”.
Undershot Water Wheel Design
Az Undershot Water Wheel Design, más néven „folyamkerék” volt a leggyakrabban használt vízikerék, amelyet az ókori görögök és rómaiak terveztek, mivel ez a legegyszerűbb, legolcsóbb és legkönnyebben megszerkeszthető keréktípus.
Az ilyen típusú vízikerék-kialakításnál a kereket egyszerűen közvetlenül egy gyors folyású folyóba helyezik, és felülről támasztják alá.Az alatta lévő víz mozgása nyomóhatást hoz létre a kerék alsó részén elmerülő lapátokkal szemben, ami lehetővé teszi, hogy csak egy irányba forogjon a víz áramlási irányához képest.
Az ilyen típusú vízikerék-konstrukciót általában sík területeken használják, ahol nincs természetes lejtése a talajnak, vagy ahol a víz áramlása kellően gyorsan mozog.A többi vízikerék-konstrukcióval összehasonlítva ez a fajta kialakítás nagyon nem hatékony, mivel a víz potenciális energiájának mindössze 20%-át használják fel a kerék tényleges forgatására.A víz energiáját is csak egyszer használják fel a kerék elforgatására, majd a többi vízzel együtt elfolyik.
A víz alatti kerék másik hátránya, hogy nagy mennyiségű, sebességgel mozgó vizet igényel.Emiatt az alsó vízkerekek általában a folyók partján helyezkednek el, mivel a kisebb patakok vagy patakok nem rendelkeznek elegendő potenciális energiával a mozgó vízben.
Az egyik módja annak, hogy némileg javítsuk az alátét vízkerék hatékonyságát, ha a folyó vizét egy keskeny csatorna vagy csatorna mentén elvezetjük, így az elvezetett víz 100%-a a kerék forgatására szolgál.Ennek elérése érdekében az alsó keréknek keskenynek kell lennie, és nagyon pontosan illeszkednie kell a csatornába, hogy megakadályozza a víz kiszivárgását az oldalakon, vagy növelje a lapátok számát vagy méretét.
Overshot Waterwheel Design
Az Overshot Water Wheel Design a vízkerék kialakításának leggyakoribb típusa.A túlnyúló vízikerék felépítését és kialakítását tekintve bonyolultabb, mint az előző alsó vízikerék, mivel vödröket vagy kis rekeszeket használ a víz felfogására és megtartására.
Ezek a vödrök megtelik a kerék tetején beáramló vízzel.A teli vödrökben lévő víz gravitációs súlya miatt a kerék a központi tengelye körül forog, ahogy a kerék másik oldalán lévő üres vödrök könnyebbek lesznek.
Ez a fajta vízikerék a gravitációt használja a teljesítmény és a víz javítására, így a túllőtt vízkerekek sokkal hatékonyabbak, mint az alsó keréktárcsák, mivel a víz szinte teljes mennyiségét és súlyát a kimeneti teljesítmény előállítására használják fel.Azonban, mint korábban, a víz energiáját csak egyszer használják fel a kerék elforgatására, majd a víz többi részével együtt elfolyik.
A túllőtt vízkerekek folyó vagy patak felett vannak felfüggesztve, és általában a dombok oldalára épülnek, és alacsony magassággal (a víz tetején lévő víz és az alatta lévő folyó vagy patak közötti függőleges távolság) 5-től -20 méter.Egy kis gátat vagy gátat lehet építeni és felhasználni arra, hogy a kerék tetejére irányítsák és növeljék a víz sebességét, így több energiát adnak neki, de nem a víz sebessége, hanem a víz térfogata az, ami segít elforgatni a kereket.
Általában a túllőtt vízkerekeket a lehető legnagyobbra építik, hogy a lehető legnagyobb távolságot biztosítsák a víz gravitációs súlyának a kerék forgatásához.A nagy átmérőjű vízikerekek azonban bonyolultabbak és költségesebbek a kerék és a víz súlya miatt.
Amikor az egyes vödröket megtöltjük vízzel, a víz gravitációs súlya a kerék a víz áramlásának irányába forogását idézi elő.Ahogy a forgásszög közeledik a kerék aljához, a vödörben lévő víz kifolyik az alatta folyó folyóba vagy patakba, de a mögötte forgó vödrök súlya miatt a kerék tovább halad a forgási sebességével.Az üres vödör tovább halad a forgó kerék körül, amíg újra fel nem kerül a tetejére, és készen áll a további vízzel való feltöltésre, és a ciklus megismétlődik.A túllőtt vízkerék-konstrukció egyik hátránya, hogy a vizet csak egyszer használják fel, amikor átfolyik a keréken.
A Pitchback Waterwheel Design
A Pitchback Water Wheel Design egy változata a korábbi overshot vízkeréknek, mivel a víz gravitációs súlyát is felhasználja a kerék forgatásához, de az alatta lévő szennyvíz áramlását is extra lökést ad.Az ilyen típusú vízikerék-konstrukciók alacsony fejű betáplálási rendszert használnak, amely a kerék tetejéhez közel biztosítja a vizet a felette lévő átfolyóból.
Ellentétben a túllőtt vízkerékkel, amely a vizet közvetlenül a kerék fölé vezette, ami a víz áramlásának irányába forog, a billenős vízkerék függőlegesen lefelé táplálja a vizet egy tölcséren keresztül az alatta lévő vödörbe, aminek következtében a kerék az ellenkező irányba forog. a fenti víz áramlásának irányába.
Csakúgy, mint az előző túllőtt vízikerék, a vödrökben lévő víz gravitációs súlya a kerék forgását okozza, de az óramutató járásával ellentétes irányban.Ahogy a forgásszög közeledik a kerék aljához, a vödrökben rekedt víz alulról kiürül.Amint az üres vödör a kerékhez van rögzítve, tovább forog a kerékkel együtt, mint korábban, amíg újra fel nem kerül a tetejére, és készen áll arra, hogy több vízzel megtöltsék, és a ciklus megismétlődik.
A különbség ezúttal az, hogy a forgó vödörből kiürített szennyvíz a forgó kerék irányába folyik el (hiszen nincs hová mennie), hasonlóan az alátét vízkerék-főhöz.Így a dőlésszögű vízikerék fő előnye, hogy kétszer használja fel a víz energiáját, egyszer felülről, egyszer pedig alulról, hogy a kereket a központi tengelye körül forgatja.
Az eredmény az, hogy a vízikerék-konstrukció hatásfoka nagymértékben megnőtt a víz energiájának 80%-ára, mivel azt mind a bejövő víz gravitációs súlya, mind a víz felülről a vödrökbe irányított ereje vagy nyomása hajtja. valamint az alatta lévő szennyvíz áramlása a vödrökhöz nyomva.A dőlésszögű vízikerék hátránya azonban, hogy egy kicsit bonyolultabb vízellátást igényel közvetlenül a kerék felett, csúszdákkal és átvezetőkkel.
A Breastshot Waterwheel Design
A Breastshot Water Wheel Design egy másik függőlegesen szerelt vízikerék-konstrukció, ahol a víz körülbelül a tengelymagasság felénél vagy közvetlenül felette lép be a vödrökbe, majd alul folyik ki a kerekek forgása irányában.Általánosságban elmondható, hogy a melllövésű vízkereket olyan helyzetekben használják, amikor a vízmagasság nem elegendő a túllőtt vagy hátrafelé irányuló vízkerék kialakításához felülről.
A hátránya itt az, hogy a víz gravitációs súlyát csak a forgás körülbelül egynegyedére használják fel, ellentétben az előzővel, amely a forgás felének volt.Ennek az alacsony fejmagasságnak a leküzdése érdekében a vízkerekek vödreit szélesebbre teszik, hogy a szükséges mennyiségű potenciális energiát kivonják a vízből.
A Breastshot vízikerekek körülbelül azonos gravitációs súlyt használnak fel a víz forgatásához, de mivel a víz fejmagassága körülbelül a fele egy tipikus overshot vízikerékhez képest, a vödrök sokkal szélesebbek, mint a korábbi vízikerekek, hogy növeljék a víz térfogatát. elkapták a vödrökben.Az ilyen típusú kialakítás hátránya, hogy az egyes vödrök által szállított víz szélessége és súlya megnövekszik.Akárcsak a pitchback kialakításnál, a mellső kerék kétszer használja fel a víz energiáját, mivel a vízikerék úgy van kialakítva, hogy a vízben üljön, lehetővé téve a szennyvíznek, hogy segítse a kerék forgását, miközben elfolyik az áramlásban.
Áramtermelés vízkerék segítségével
Történelmileg a vízi kerekeket liszt, gabonafélék őrlésére és más hasonló mechanikai feladatokra használták.De a vízikerekek elektromos energia előállítására is használhatók, ezt nevezik Hydro Power rendszernek.A vízkerekek forgó tengelyéhez elektromos generátort csatlakoztatva, közvetlenül vagy közvetve hajtószíjak és tárcsák segítségével, a napenergiával ellentétben a vízkerekek a nap 24 órájában folyamatosan áramot termelhetnek.Ha a vízikerék megfelelően van megtervezve, egy kis vagy „mikro” vízi rendszer elegendő elektromos áramot termelhet egy átlagos otthon világításához és/vagy elektromos készülékeihez.
Keresse a vízkerék-generátorokat, amelyeket úgy terveztek, hogy viszonylag alacsony sebesség mellett is optimális teljesítményt produkáljanak.Kisebb projekteknél egy kis DC motor használható alacsony fordulatszámú generátorként vagy autóipari generátorként, de ezeket sokkal nagyobb sebességre tervezték, így szükség lehet valamilyen áttételre.A szélturbinás generátor ideális vízikerék-generátor, mivel alacsony sebességű, nagy teljesítményű működésre tervezték.
Ha az otthonodhoz vagy a kertedhez közel van egy meglehetősen gyors folyású folyó vagy patak, amelyet használhatsz, akkor egy kis vízerőmű jobb alternatíva lehet a megújuló energiaforrások más formáinak, például a „szélenergia” vagy a „napenergia” helyett. ”, mivel sokkal kisebb a vizuális hatása.Ugyanúgy, mint a szél- és napenergia, a helyi közüzemi hálózatra csatlakoztatott, hálózatra kapcsolt kisméretű vízikerekes tervezésű termelőrendszerrel minden megtermelt, de fel nem használt elektromos áram visszaadható az áramszolgáltatónak.
A hidroenergiáról szóló következő oktatóanyagban megvizsgáljuk a különböző típusú turbinákat, amelyeket a vízenergia-termeléshez csatlakoztathatunk a vízikerék-konstrukciónkhoz.Ha többet szeretne megtudni a Waterwheel Designról és arról, hogyan állíthat elő saját elektromos áramot víz erejével, vagy további vízenergiával kapcsolatos információkat szeretne megtudni a különféle vízikerék-konstrukciókról, vagy feltárja a vízenergia előnyeit és hátrányait, kattintson ide a példány megrendeléséhez. az Amazontól ma az elektromos áram előállítására használható vízikerekek elveiről és felépítéséről.
Feladás időpontja: 2021. június 25
