수력 발전 프로젝트를 위한 물레방아 설계

수력 에너지를 위한 물레방아 설계
수력 에너지 아이콘수력 에너지는 움직이는 물의 운동 에너지를 기계적 또는 전기적 에너지로 변환하는 기술이며, 움직이는 물의 에너지를 사용 가능한 일로 변환하는 데 사용된 최초의 장치 중 하나는 Waterwheel Design입니다.
물레방아 디자인은 시간이 지남에 따라 수직으로 향한 물레, 수평으로 향한 물차, 정교한 도르래와 기어가 부착된 물레방아로 발전했지만 모두 동일한 기능을 하도록 설계되었습니다. 즉, "움직이는 물의 선형 운동을 회전축을 통해 연결된 모든 기계를 구동하는 데 사용할 수 있는 회전 운동"입니다.

전형적인 물레방아 디자인
초기 물레방아 설계는 원주 주위에 균등하게 고정된 나무 날 또는 버킷이 있는 수직 나무 바퀴로 구성된 매우 원시적이고 단순한 기계였습니다. .
이 수직 물레방아는 고대 그리스와 이집트인의 초기 수평 물레방아 설계보다 훨씬 우수했습니다. 움직이는 물의 운동량을 동력으로 변환하는 더 효율적으로 작동할 수 있었기 때문입니다.그런 다음 맷돌, 톱목, 분쇄 광석, 스탬핑 및 절단 등을 작동하기 위해 회전 샤프트의 방향을 수평에서 수직으로 변경할 수 있는 물레방아에 도르래와 기어 장치를 부착했습니다.

물레방아 디자인의 종류
Watermills 또는 단순히 Water Wheels라고도 알려진 대부분의 Waterwheels는 수평 축을 중심으로 회전하는 수직으로 장착된 바퀴이며 이러한 유형의 waterwheels는 물이 바퀴의 축을 기준으로 바퀴에 적용되는 방식에 따라 분류됩니다.예상대로 물레방아는 상대적으로 큰 기계로 낮은 각속도로 회전하고 마찰에 의한 손실과 양동이의 불완전한 채우기 등으로 인해 효율성이 낮습니다.
바퀴 버킷이나 패들에 대해 미는 물의 작용은 차축에 토크를 발생시키지만 바퀴의 다른 위치에서 이러한 패들과 버킷으로 물을 전달함으로써 회전 속도와 효율성이 향상될 수 있습니다.가장 일반적인 두 가지 유형의 물레방아 디자인은 "언더샷 물레방아"와 "오버샷 물레방아"입니다.

언더샷 물레방아 디자인
"스트림 휠"이라고도 알려진 Undershot Water Wheel Design은 가장 간단하고 저렴하며 구성하기 쉬운 유형의 휠이기 때문에 고대 그리스와 로마가 디자인한 가장 일반적으로 사용되는 물레방아 유형입니다.
이러한 유형의 물레방아 디자인에서 바퀴는 빠르게 흐르는 강에 직접 배치되고 위에서 지지됩니다.아래의 물의 움직임은 물의 흐름 방향에 대해 한 방향으로만 회전하도록 하는 바퀴의 아래쪽 부분에 잠긴 패들에 대해 미는 작용을 만듭니다.
이러한 유형의 물레방아 디자인은 일반적으로 토지의 자연적인 경사가 없는 평평한 지역이나 물의 흐름이 충분히 빠른 곳에서 사용됩니다.다른 물레방아 디자인과 비교할 때, 이러한 유형의 디자인은 물의 위치 에너지의 20%만 실제로 바퀴를 회전시키는 데 사용되므로 매우 비효율적입니다.또한 물 에너지는 바퀴를 회전시키는 데 한 번만 사용되며, 그 후에 나머지 물과 함께 흐릅니다.
언더샷 물레방아의 또 다른 단점은 빠른 속도로 움직이는 많은 양의 물이 필요하다는 것입니다.따라서 작은 개울이나 개울은 이동하는 물에 충분한 위치 에너지가 없기 때문에 언더샷 물레방아는 일반적으로 강둑에 위치합니다.
언더샷 물레방아의 효율성을 약간 향상시키는 한 가지 방법은 좁은 수로나 덕트를 따라 강의 물의 일부를 다른 방향으로 돌려 물의 100%가 바퀴를 회전시키는 데 사용되도록 하는 것입니다.이를 달성하기 위해 언더샷 휠은 좁고 채널 내부에 매우 정확하게 맞아야 물이 측면 주위로 새는 것을 방지하거나 패들의 수나 크기를 늘려야 합니다.

오버샷 물레방아 디자인
Overshot 물레방아 디자인은 가장 일반적인 물레방아 디자인 유형입니다.오버샷 물레방아는 양동이 또는 작은 구획을 사용하여 물을 잡고 보유하기 때문에 이전의 언더샷 물레방아보다 구성 및 설계가 더 복잡합니다.
이 양동이는 바퀴 상단에서 흐르는 물로 채워집니다.가득 찬 양동이에 있는 물의 중력으로 인해 바퀴 반대편에 있는 빈 양동이가 가벼워짐에 따라 바퀴가 중심축을 중심으로 회전합니다.
이 유형의 물레방아는 중력을 사용하여 물 자체뿐만 아니라 생산량을 향상시키므로 거의 모든 물과 그 무게가 출력을 생성하는 데 사용되기 때문에 오버샷 물레방아는 언더샷 디자인보다 훨씬 더 효율적입니다.그러나 이전과 마찬가지로 물 에너지는 바퀴를 회전시키는 데 한 번만 사용된 후 나머지 물과 함께 흐릅니다.
오버샷 물레방아는 강이나 개울 위에 매달려 있으며 일반적으로 언덕의 측면에 건설되어 위에서부터 물 공급을 5~5도 사이의 낮은 수두(위의 물과 아래의 강 또는 개울 사이의 수직 거리)로 제공합니다. -20미터.작은 댐이나 둑을 ​​건설하여 수로를 만들고 물의 속도를 물레의 꼭대기까지 증가시켜 더 많은 에너지를 주지만 물레를 회전시키는 데 도움이 되는 것은 속도가 아니라 물의 양입니다.

일반적으로 오버샷 물레방아는 물의 중력이 바퀴를 회전시킬 수 있는 최대 수두 거리를 제공하기 위해 가능한 한 크게 제작됩니다.그러나 큰 직경의 물레방아는 물레방아의 무게와 물의 무게로 인해 건설이 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
개별 양동이에 물이 채워지면 물의 중력으로 인해 바퀴가 물의 흐름 방향으로 회전합니다.회전 각도가 바퀴의 바닥에 가까워질수록 양동이 안의 물은 아래의 강이나 시내로 흘러나오지만 뒤에서 회전하는 양동이의 무게로 인해 바퀴가 회전 속도를 계속 유지합니다.빈 양동이는 더 많은 물을 채울 준비가 된 상태로 다시 위로 올라오고 사이클이 반복될 때까지 회전하는 바퀴 주위를 계속합니다.오버샷 물레방아 설계의 단점 중 하나는 물이 바퀴 위로 흐를 때 한 번만 사용된다는 것입니다.

피치백 물레방아 디자인
피치백 물레방아 디자인은 물의 중력을 사용하여 바퀴를 회전시키는 데 도움을 주기 때문에 이전의 오버샷 물레방아의 변형이지만 그 아래의 폐수의 흐름을 사용하여 추가 푸시를 제공합니다.이러한 유형의 물레방아 디자인은 물통 위의 펜트러프에서 물레방아의 상단 가까이에 물을 공급하는 낮은 수두 공급 시스템을 사용합니다.
물레방아 위에 직접 물을 흐르게 하여 물의 흐름 방향으로 회전하게 하는 오버샷 물레방아와 달리, 피치백 물레방아는 깔때기를 통해 물을 수직 아래쪽으로 공급하고 아래쪽 양동이로 물을 공급하여 바퀴를 반대 방향으로 회전시킵니다. 위의 물의 흐름 방향.
이전의 오버샷 물레방아와 마찬가지로 양동이에 있는 물의 중력으로 인해 바퀴가 시계 반대 방향으로 회전합니다.회전 각도가 바퀴의 바닥에 가까워짐에 따라 버킷 내부에 갇힌 물이 아래로 비워집니다.빈 양동이가 바퀴에 부착되면 더 많은 물을 채울 준비가 된 상태로 다시 위로 올라오고 사이클이 반복될 때까지 바퀴와 함께 계속 회전합니다.
이때의 차이점은 회전하는 물통에서 비워진 폐수가 언더샷 물레방아 원리와 유사하게 회전하는 바퀴 방향으로 흘러간다는 것입니다(더 갈 곳이 없기 때문에).따라서 피치백 물레방아의 주요 장점은 물의 에너지를 두 번 사용한다는 것입니다. 한 번은 위에서 한 번, 아래에서 한 번은 중심축을 중심으로 수레를 회전시키는 데 사용됩니다.
결과적으로 물레방아 설계의 효율성은 들어오는 물의 중력과 위에서 버킷으로 향하는 물의 힘 또는 압력에 의해 구동되기 때문에 물 에너지의 80% 이상으로 크게 증가합니다. 버킷을 밀어내는 아래의 폐수의 흐름도 마찬가지입니다.피치백 물레방아의 단점은 슈트와 펜트로프가 있는 바퀴 바로 위에 약간 더 복잡한 물 공급 장치가 필요하다는 것입니다.

유방 물레방아 디자인
Breastshot 물레방아 디자인은 물이 차축 높이의 절반 정도 위로 또는 바로 위 버킷으로 들어간 다음 바퀴 회전 방향으로 바닥에서 흘러나오는 수직으로 장착된 또 다른 물레방아 디자인입니다.일반적으로 수두가 위에서부터 오버샷 또는 피치백 수차 설계에 동력을 공급하기에 불충분한 상황에서 가슴방사 물레방아가 사용됩니다.
여기서의 단점은 물의 중력이 이전의 반 회전과 달리 회전의 약 1/4에만 사용된다는 것입니다.이 낮은 수두 높이를 극복하기 위해 물레방아 버킷은 물에서 필요한 양의 위치 에너지를 추출하도록 더 넓어졌습니다.
가슴살 물레방아는 물의 중력과 거의 같은 무게를 사용하여 바퀴를 돌리지만 물의 머리 높이가 일반적인 물레방아의 절반 정도이므로 양동이는 물의 부피를 늘리기 위해 이전 물레방아 디자인보다 훨씬 넓습니다. 양동이에 잡혔다.이러한 유형의 디자인의 단점은 각 양동이에 의해 운반되는 물의 너비와 무게가 증가한다는 것입니다.피치백 디자인과 마찬가지로, 수레바퀴는 물의 에너지를 두 배로 사용합니다. 물레방아는 물에 앉도록 설계되어 폐수가 하류로 흘러갈 때 바퀴의 회전을 돕습니다.

물레방아를 이용한 전기 생산
역사적으로 물레방아는 제분 밀가루, 곡물 및 기타 기계적 작업에 사용되었습니다.그러나 물레방아는 수력 발전 시스템이라고 하는 전기 생산에도 사용할 수 있습니다.물레방아 회전축에 발전기를 구동벨트와 풀리를 이용하여 직간접적으로 연결함으로써 태양광과 달리 물레방아는 24시간 지속적으로 전력을 생산할 수 있습니다.물레방아가 올바르게 설계되면 소형 또는 "마이크로" 수력 전기 시스템이 일반 가정의 조명 및/또는 전기 제품에 전력을 공급하기에 충분한 전기를 생산할 수 있습니다.
상대적으로 낮은 속도에서 최적의 출력을 생성하도록 설계된 수차 발전기를 찾으십시오.소규모 프로젝트의 경우 소형 DC 모터를 저속 발전기 또는 자동차 교류 발전기로 사용할 수 있지만 훨씬 더 빠른 속도로 작동하도록 설계되어 일부 형태의 기어링이 필요할 수 있습니다.풍력 터빈 발전기는 저속, 고출력 작동을 위해 설계되었으므로 이상적인 물레방아 발전기입니다.
집이나 정원 근처에 매우 빠르게 흐르는 강이나 시내가 있으면 사용할 수 있는 소규모 수력 발전 시스템이 "풍력 에너지" 또는 "태양 에너지"와 같은 다른 형태의 재생 가능한 에너지원에 대한 더 나은 대안이 될 수 있습니다. ” 시각적인 영향이 훨씬 적기 때문입니다.또한 풍력 및 태양 에너지와 마찬가지로 그리드 연결 소규모 물레방아 설계 발전 시스템이 지역 유틸리티 그리드에 연결되어 생성하지만 사용하지 않는 전기는 전기 회사에 다시 판매할 수 있습니다.
수력 에너지에 대한 다음 튜토리얼에서는 수력 발전을 위한 수차 설계에 부착할 수 있는 다양한 유형의 터빈을 살펴보겠습니다.Waterwheel Design 및 물의 힘을 사용하여 자신의 전기를 생성하는 방법에 대한 자세한 내용을 확인하거나 사용 가능한 다양한 수차 설계에 대한 추가 수력 에너지 정보를 얻거나 수력 에너지의 장단점을 탐색하려면 여기를 클릭하여 사본을 주문하십시오. 오늘 Amazon에서 전기를 생산하는 데 사용할 수 있는 물레방아의 원리와 구성에 대해 알려드립니다.