Vatnshjólhönnun fyrir vatnsaflsvirkjun

Vatnshjólhönnun fyrir vatnsorku
vatnsorkutáknVatnaorka er tækni sem breytir hreyfiorku vatns á hreyfingu í vélræna eða raforku og eitt af elstu tækjunum sem notuð voru til að umbreyta orku hreyfanlegs vatns í nothæfa vinnu var Waterwheel Design.
Hönnun vatnshjóla hefur þróast með tímanum með sumum vatnshjólum stillt lóðrétt, sum lárétt og önnur með vandaðar hjólum og gírum áföstum, en þau eru öll hönnuð til að gera sömu virkni og það er líka, "breyta línulegri hreyfingu vatns á hreyfingu í snúningshreyfingu sem hægt er að nota til að knýja hvaða vél sem er sem tengd er henni í gegnum snúningsás“.

Dæmigert vatnshjólhönnun
Snemma vatnshjólhönnunin var frekar frumstæðar og einfaldar vélar sem samanstóð af lóðréttu viðarhjóli með viðarblöðum eða fötum sem festar voru jafnt um ummál þeirra, allar studdar á láréttum skafti með krafti vatnsins sem flæðir undir það og ýtir hjólinu í snertistefnu á móti blöðunum .
Þessi lóðréttu vatnshjól voru miklu betri en fyrri lárétta vatnshjólhönnun Forn-Grikkja og Egypta, vegna þess að þau gátu starfað á skilvirkari hátt og breytt skriðþunga vatnsins á hreyfingu yfir í kraft.Þá voru hjól og gírbúnaður festur við vatnshjólið sem leyfði stefnubreytingu á snúningsskafti úr láréttu yfir í lóðrétt til að knýja kvarnasteina, saga við, mylja málmgrýti, stimpla og klippa o.s.frv.

Tegundir vatnshjólhönnunar
Flest vatnshjól, einnig þekkt sem vatnsmyllur eða einfaldlega vatnshjól, eru lóðrétt uppsett hjól sem snúast um láréttan ás og þessar tegundir vatnshjóla eru flokkaðar eftir því hvernig vatninu er borið á hjólið, miðað við ás hjólsins.Eins og þú mátt búast við eru vatnshjól tiltölulega stórar vélar sem snúast á lágum hornhraða og hafa litla skilvirkni, vegna taps vegna núnings og ófullnægjandi fyllingar á fötunum o.s.frv.
Aðgerð vatnsins sem ýtir á móti hjólaskálunum eða spöðunum myndar tog á ásinn en með því að beina vatninu að þessum spöðum og fötunum frá mismunandi stöðum á hjólinu er hægt að bæta snúningshraða og skilvirkni hans.Tvær algengustu gerðir vatnshjólshönnunar eru „undershot waterwheel“ og „overshot waterwheel“.

Hönnun vatnshjóls undir skoti
The Undershot Water Wheel Design, einnig þekkt sem „straumhjól“, var algengasta gerð vatnshjóls sem hönnuð var af fornu Grikkjum og Rómverjum þar sem það er einfaldasta, ódýrasta og auðveldasta gerð hjólsins til að smíða.
Í þessari tegund af vatnshjólahönnun er hjólið einfaldlega sett beint í fljót rennandi á og stutt ofan frá.Hreyfing vatnsins fyrir neðan skapar þrýstiaðgerðir á kafi spaðanna á neðri hluta hjólsins sem gerir því kleift að snúast í eina átt miðað við stefnu vatnsins.
Þessi tegund af vatnshjólahönnun er almennt notuð á sléttum svæðum þar sem engin náttúruleg halla er eða þar sem vatnsrennsli er nægilega hratt á hreyfingu.Í samanburði við aðrar hönnun vatnshjóla er þessi tegund af hönnun mjög óhagkvæm, þar sem allt að 20% af hugsanlegri orku vatnsins eru notuð til að snúa hjólinu í raun.Einnig er vatnsorkan aðeins notuð einu sinni til að snúa hjólinu, eftir það rennur hún burt með restinni af vatninu.
Annar ókostur við vatnshjólið er að það þarf mikið magn af vatni sem hreyfist á hraða.Þess vegna eru vatnshjól sem eru undirlagst venjulega staðsett á bökkum áa þar sem minni lækir eða lækir hafa ekki næga mögulega orku í vatninu sem hreyfist.
Ein leið til að bæta lítillega skilvirkni vatnshjóls undir vatnshjóli er að beina hlutfalli af vatninu í ánni eftir þröngum farvegi eða rás þannig að 100% af afleiddu vatni sé notað til að snúa hjólinu.Til þess að ná þessu þarf undirlagshjólið að vera þröngt og passa mjög nákvæmlega inn í rásina til að koma í veg fyrir að vatn sleppi út um hliðarnar eða með því að auka annað hvort fjölda eða stærð spaða.

Overshot Waterwheel Design
The Overshot Water Wheel Design er algengasta gerð vatnshjólahönnunar.Vatnshjólið er flóknara í byggingu og hönnun en fyrra vatnshjólið þar sem það notar fötur eða lítil hólf til að bæði veiða og halda vatni.
Þessar fötur fyllast af vatni sem streymir inn efst á hjólinu.Þyngdarþyngd vatnsins í fullum fötunum veldur því að hjólið snýst um miðás þess þegar tómu föturnar hinum megin við hjólið verða léttari.
Þessi tegund af vatnshjólum notar þyngdarafl til að bæta afköst sem og vatnið sjálft, þannig að vatnshjól eru miklu skilvirkari en undirlagshönnun þar sem nánast allt vatnið og þyngd þess er notað til að framleiða afköst.Hins vegar eins og áður, er vatnsorkan aðeins notuð einu sinni til að snúa hjólinu, eftir það rennur hún burt með restinni af vatninu.
Vatnshjól eru hengd upp fyrir ofan á eða læk og eru yfirleitt byggð á hliðum hæða sem veita vatnsveitu að ofan með lágu fallhæð (lóðrétt fjarlægð milli vatnsins efst og ánna eða straumsins fyrir neðan) á milli 5 til -20 metrar.Hægt er að smíða litla stíflu eða stíflu og nota til að bæði leiða og auka hraða vatnsins upp á hjólið sem gefur því meiri orku en það er rúmmál vatnsins frekar en hraði þess sem hjálpar til við að snúa hjólinu.

Yfirleitt eru vatnshjól byggð eins stór og hægt er til að gefa sem mesta höfuðfjarlægð fyrir þyngdarþyngd vatnsins til að snúa hjólinu.Hins vegar eru vatnshjól með stórum þvermál flóknari og dýrari í smíði vegna þyngdar hjólsins og vatnsins.
Þegar einstakar fötur eru fylltar af vatni veldur þyngdarþyngd vatnsins því að hjólið snýst í átt að vatnsrennsli.Þegar snúningshornið nálgast hjólbotninn tæmist vatnið inni í fötunni út í ána eða lækinn fyrir neðan, en þyngd fötanna sem snúast fyrir aftan það veldur því að hjólið heldur áfram með snúningshraða sínum.Tóma fötuna heldur áfram í kringum snúningshjólið þar til hún kemst aftur upp á toppinn aftur tilbúin til að fylla hana með meira vatni og hringrásin endurtekur sig.Einn af ókostunum við hönnun vatnshjóls með yfirdrifningu er að vatnið er aðeins notað einu sinni þar sem það rennur yfir hjólið.

The Pitchback Waterwheel Design
Pitchback vatnshjólhönnunin er afbrigði af fyrra vatnshjólinu þar sem það notar einnig þyngdarþyngd vatnsins til að hjálpa til við að snúa hjólinu, en það notar einnig flæði frárennslisvatnsins fyrir neðan það til að gefa auka þrýsting.Þessi tegund af vatnshjólahönnun notar innrennsliskerfi með lágu haus sem veitir vatninu nálægt toppi hjólsins frá pentrough fyrir ofan.
Ólíkt vatnshjólinu sem hleypti vatninu beint yfir hjólið og varð til þess að það snýst í átt að vatnsrennsli, þá nær vatnshjólið vatninu lóðrétt niður í gegnum trekt og inn í fötuna fyrir neðan sem veldur því að hjólið snýst í gagnstæða átt. stefnu að rennsli vatnsins fyrir ofan.
Rétt eins og fyrra yfirskot vatnshjólsins veldur þyngdarþyngd vatnsins í fötunum hjólið að snúast en rangsælis.Þegar snúningshornið nálgast botn hjólsins tæmist vatnið sem er fast inni í fötunum út fyrir neðan.Þar sem tóma fötan er fest við hjólið heldur hún áfram að snúast með hjólinu eins og áður þar til hún kemst aftur upp á toppinn aftur tilbúin til að fylla hana með meira vatni og hringrásin endurtekur sig.
Munurinn í þetta skiptið er sá að skólpvatnið sem tæmist úr snúningsfötunni rennur í átt að snúningshjólinu (þar sem það hefur hvergi annars staðar að fara), svipað og undirlagsvatnshjólið.Þannig er helsti kosturinn við kastavatnshjólið að það notar orku vatnsins tvisvar, einu sinni að ofan og einu sinni að neðan til að snúa hjólinu um miðás þess.
Niðurstaðan er sú að skilvirkni hönnunar vatnshjólsins eykst til muna í yfir 80% af orku vatnsins þar sem hún er knúin áfram af bæði þyngdarþyngd innkomandi vatns og krafti eða þrýstingi vatns sem beint er ofan í föturnar, eins og og flæði frárennslisvatnsins fyrir neðan ýtir á móti fötunum.Ókosturinn við kastavatnshjól er að það þarf aðeins flóknara vatnsveitufyrirkomulag beint fyrir ofan hjólið með rennum og pentroughum.

The Breastshot Waterwheel Design
Breastshot Water Wheel Design er önnur lóðrétt uppsett vatnshjól hönnun þar sem vatnið fer inn í föturnar um það bil hálfa leið upp á áshæð, eða rétt fyrir ofan það, og rennur síðan út neðst í snúningsstefnu hjólanna.Almennt er brjóstvatnshjólið notað í aðstæðum þar sem vatnshöfuðurinn er ófullnægjandi til að knýja framhjá eða víkjandi vatnshjólhönnun að ofan.
Ókosturinn hér er sá að þyngdarþyngd vatnsins er aðeins notuð í um fjórðung snúningsins ólíkt því sem áður var sem var fyrir hálfan snúninginn.Til að vinna bug á þessari lágu höfuðhæð eru vatnshjólaföturnar gerðar breiðari til að ná nauðsynlegu magni af hugsanlegri orku úr vatninu.
Brjóstskot vatnshjól nota um það bil sömu þyngdarþyngd vatnsins til að snúa hjólinu en þar sem höfuðhæð vatnsins er um það bil helmingi hærri en dæmigerð vatnshjól, eru föturnar miklu breiðari en fyrri hönnun vatnshjólsins til að auka rúmmál vatnsins lent í fötunum.Ókosturinn við þessa tegund af hönnun er aukning á breidd og þyngd vatnsins sem hver fötu ber.Eins og með pitchback hönnunina, notar brjóstskotshjólið orku vatnsins tvisvar þar sem vatnshjólið er hannað til að sitja í vatninu sem gerir úrgangsvatninu kleift að hjálpa til við að snúa hjólinu þegar það rennur í burtu niður strauminn.

Framleiða rafmagn með því að nota vatnshjól
Sögulega hafa vatnshjól verið notuð til að mala mjöl, korn og önnur slík vélræn verkefni.En vatnshjól er einnig hægt að nota til raforkuframleiðslu, kallað vatnsaflskerfi.Með því að tengja rafrafall við snúningsás vatnshjólanna, annaðhvort beint eða óbeint með því að nota drifreima og hjóla, er hægt að nota vatnshjól til að framleiða orku stöðugt 24 tíma á dag ólíkt sólarorku.Ef vatnshjólið er rétt hannað getur lítið eða „ör“ vatnsaflskerfi framleitt nægjanlegt rafmagn til að knýja lýsingu og/eða rafmagnstæki á meðalheimili.
Leitaðu að vatnshjóla rafala sem eru hönnuð til að framleiða hámarksafköst á tiltölulega lágum hraða.Fyrir lítil verkefni er hægt að nota lítinn jafnstraumsmótor sem lághraða rafall eða bílarafall en hann er hannaður til að vinna á miklu meiri hraða svo einhvers konar gírbúnaður gæti verið nauðsynlegur.Vindmyllarafall gerir tilvalinn vatnshjólarafall þar sem hann er hannaður fyrir lághraða og mikla afköst.
Ef það er nokkuð hratt rennandi á eða lækur nálægt heimili þínu eða garði sem þú getur notað, þá gæti lítið vatnsaflskerfi verið betri valkostur við annars konar endurnýjanlega orkugjafa eins og „vindorka“ eða „sólarorka“ “ þar sem það hefur mun minni sjónræn áhrif.Rétt eins og vind- og sólarorka, með nettengdu smáskala vatnshjólhönnuðu raforkukerfi sem er tengt við staðbundið veitukerfi, er hægt að selja raforku sem þú framleiðir en notar ekki aftur til raforkufyrirtækisins.
Í næstu kennslu um vatnsorku munum við skoða mismunandi gerðir af hverflum í boði sem við gætum tengt við hönnun vatnshjóla fyrir vatnsaflsframleiðslu.Fyrir frekari upplýsingar um hönnun vatnshjóla og hvernig á að búa til eigin rafmagn með krafti vatns, eða fá frekari upplýsingar um vatnsorku um hinar ýmsu hönnun vatnshjóla sem til eru, eða til að kanna kosti og galla vatnsorku, smelltu hér til að panta eintakið þitt frá Amazon í dag um meginreglur og smíði vatnshjóla sem hægt er að nota til raforkuframleiðslu.