Vandens rato dizainas hidroelektrinės projektui

Vandens rato dizainas vandens energijai
vandens energijos ikonaHidro energija yra technologija, kuri judančio vandens kinetinę energiją paverčia mechanine arba elektros energija, o vienas iš pirmųjų prietaisų, naudotų judančio vandens energiją paversti tinkamu darbu, buvo „Waterwheel Design“.
Vandens ratų konstrukcija laikui bėgant vystėsi, kai kurie vandens ratai buvo nukreipti vertikaliai, kai kurie horizontaliai, o kiti su pritvirtintais sudėtingais skriemuliais ir krumpliaračiais, tačiau visi jie skirti atlikti tą pačią funkciją, o tai taip pat „paverčia linijinį judančio vandens judėjimą sukamasis judesys, kuriuo galima varyti bet kokią mašiną, prijungtą prie jos besisukančiu velenu.

Tipiškas vandens rato dizainas
Ankstyvosios vandens ratų konstrukcijos buvo gana primityvios ir paprastos mašinos, sudarytos iš vertikalaus medinio rato su mediniais ašmenimis arba kaušais, vienodai pritvirtintais per jų perimetrą, visus paremtus ant horizontalaus veleno, po juo tekančio vandens jėga stumdama ratą liestine kryptimi prie ašmenų. .
Šie vertikalūs vandens ratai buvo žymiai pranašesni už ankstesnį senovės graikų ir egiptiečių horizontalių vandens ratų dizainą, nes jie galėjo veikti efektyviau, paversdami judančio vandens impulsą galia.Tada prie vandens rato buvo pritvirtinti skriemuliai ir krumpliaratis, leidžiantis pakeisti sukimosi veleno kryptį iš horizontalios į vertikalią, kad būtų galima valdyti girnas, pjauti medieną, smulkinti rūdą, štampuoti ir pjaustyti ir kt.

Vandens ratų konstrukcijos tipai
Dauguma vandens ratų, taip pat žinomų kaip vandens malūnai arba tiesiog vandens ratai, yra vertikaliai sumontuoti ratai, besisukantys apie horizontalią ašį, o šių tipų vandens ratai klasifikuojami pagal vandens padavimo būdą rato ašies atžvilgiu.Kaip ir galima tikėtis, vandens ratai yra gana didelės mašinos, kurios sukasi mažu kampiniu greičiu ir turi mažą efektyvumą dėl nuostolių dėl trinties ir nepilno kaušų užpildymo ir pan.
Vandeniui spaudžiant prie ratų kaušų ar mentelių susidaro sukimo momentas ant ašies, tačiau nukreipiant vandenį į šias irklas ir kaušus iš skirtingų rato padėčių galima pagerinti sukimosi greitį ir jo efektyvumą.Du labiausiai paplitę vandens rato konstrukcijos tipai yra „žeminis vandens ratas“ ir „viršinis vandens ratas“.

Undershot Water Wheel dizainas
„Undershot Water Wheel“ dizainas, dar žinomas kaip „srovės ratas“, buvo dažniausiai naudojamas vandens rato tipas, sukurtas senovės graikų ir romėnų, nes tai yra paprasčiausias, pigiausias ir lengviausiai sukonstruojamas rato tipas.
Šio tipo vandens rato konstrukcijose ratas tiesiog įdedamas tiesiai į sraunią upę ir palaikomas iš viršaus.Vandens judėjimas apačioje sukuria stūmimo veiksmą prieš panardintas mentes apatinėje rato dalyje, leidžiančią jam suktis tik viena kryptimi, palyginti su vandens tekėjimo kryptimi.
Šio tipo vandens rato konstrukcija dažniausiai naudojama plokščiose vietose, kuriose nėra natūralaus žemės nuolydžio arba kur vandens srautas juda pakankamai greitai.Palyginti su kitais vandens ratų modeliais, šio tipo konstrukcija yra labai neefektyvi, nes tik 20 % vandens potencialios energijos sunaudojama ratui pasukti.Taip pat vandens energija sunaudojama tik vieną kartą ratui pasukti, o po to nuteka kartu su likusiu vandeniu.
Kitas vandens rato trūkumas yra tai, kad jam reikia dideliu greičiu judančio vandens.Todėl apatiniai vandens ratai dažniausiai yra upių pakrantėse, nes mažesni upeliai ar upeliai neturi pakankamai potencialios energijos judančiame vandenyje.
Vienas iš būdų šiek tiek pagerinti vandens rato efektyvumą yra nukreipti tam tikrą procentą nuo vandens upėje siauru kanalu arba kanalu, kad 100% nukreipto vandens būtų panaudota ratui sukti.Kad tai būtų pasiekta, apatinis ratas turi būti siauras ir labai tiksliai tilpti į kanalą, kad vanduo nepatektų aplink šonus arba padidėtų mentelių skaičius arba dydis.

Overshot Waterwheel dizainas
Overshot Water Wheel Design yra labiausiai paplitęs vandens rato konstrukcijos tipas.Viršutinio vandens rato konstrukcija ir konstrukcija yra sudėtingesnė nei ankstesnio apatinio vandens rato, nes jame naudojami kibirai arba maži skyreliai vandeniui sugauti ir išlaikyti.
Šie kibirai prisipildo vandens, tekančio rato viršuje.Dėl gravitacinio vandens svorio pilnuose kaušuose ratas sukasi aplink savo centrinę ašį, nes tušti kaušai kitoje rato pusėje tampa lengvesni.
Šio tipo vandens ratai naudoja gravitaciją, kad pagerintų našumą, taip pat patį vandenį, todėl vandens ratai yra daug efektyvesni nei apatiniai vandens ratai, nes beveik visas vanduo ir jo svoris yra naudojamas išėjimo galiai gaminti.Tačiau, kaip ir anksčiau, vandens energija sunaudojama tik vieną kartą ratui pasukti, o po to ji nuteka kartu su likusiu vandeniu.
Vandens ratai pakabinami virš upės ar upelio ir paprastai statomi kalvų šonuose, tiekiant vandenį iš viršaus žemu aukštu (vertikalus atstumas tarp vandens viršuje ir upės ar upelio apačioje) nuo 5 iki -20 metrų.Galima pastatyti nedidelę užtvanką arba užtvanką, kuri naudojama tiek nukreipti, tiek padidinti vandens greitį iki rato viršaus, suteikiant jam daugiau energijos, tačiau ratą sukti padeda vandens tūris, o ne jo greitis.

Paprastai vandens ratai yra gaminami kuo didesni, kad būtų užtikrintas didžiausias atstumas iki gravitacinio vandens svorio, kad jis suktų ratą.Tačiau didelio skersmens vandens ratai yra sudėtingesni ir brangesni dėl rato ir vandens svorio.
Kai atskiri kibirai pripildomi vandens, dėl vandens gravitacinio svorio ratas sukasi vandens tekėjimo kryptimi.Kai sukimosi kampas artėja prie rato apačios, kibiro viduje esantis vanduo išteka į žemiau esančią upę ar upelį, tačiau dėl už jo besisukančių kaušų svorio ratas sukasi toliau.Tuščias kibiras tęsiasi aplink besisukantį ratą, kol vėl pakils į viršų, kad būtų galima užpildyti daugiau vandens, ir ciklas kartojasi.Vienas iš vandens rato konstrukcijos trūkumų yra tas, kad vanduo teka per ratą tik vieną kartą.

„Pitchback“ vandens rato dizainas
„Pitchback“ vandens rato konstrukcija yra ankstesnio vandens rato variantas, nes jis taip pat naudoja gravitacinį vandens svorį, kad padėtų sukti ratą, tačiau taip pat naudojamas po juo esantis nuotekų srautas, kad būtų suteiktas papildomas postūmis.Šio tipo vandens rato konstrukcijose naudojama žemo slėgio tiekimo sistema, kuri tiekia vandenį prie rato viršaus iš aukščiau esančios angos.
Skirtingai nuo vandens rato, kuris nukreipė vandenį tiesiai virš rato, todėl jis sukasi vandens tekėjimo kryptimi, atbulinis vandens ratas tiekia vandenį vertikaliai žemyn per piltuvą ir į apačioje esantį kibirą, todėl ratas sukasi priešinga kryptimi. kryptimi į aukščiau esančio vandens tėkmę.
Kaip ir ankstesnis vandens ratas, dėl kurio vandens gravitacinis svoris kibiruose sukasi, bet prieš laikrodžio rodyklę.Kai sukimosi kampas artėja prie rato apačios, vanduo, įstrigęs kibirų viduje, išleidžiamas apačioje.Kai tuščias kaušas yra pritvirtintas prie rato, jis toliau sukasi kartu su ratu, kaip ir anksčiau, kol vėl pakils į viršų, kad būtų galima užpildyti daugiau vandens, ir ciklas kartojasi.
Skirtumas šį kartą yra tas, kad iš besisukančio kibiro ištuštintos nuotekos nuteka besisukančio rato kryptimi (nes neturi kur kitur eiti), panašiai kaip vandens rato apačioje.Taigi pagrindinis vandens rato privalumas yra tai, kad jis naudoja vandens energiją du kartus, vieną kartą iš viršaus ir vieną kartą iš apačios, kad suktų ratą aplink savo centrinę ašį.
Rezultatas yra tai, kad vandens rato konstrukcijos efektyvumas labai padidėja iki daugiau nei 80 % vandens energijos, nes jį lemia tiek įtekančio vandens gravitacinė masė, tiek vandens jėga arba slėgis, nukreiptas į kibirus iš viršaus. taip pat nuotekų srautas apačioje, stumiamas prie kibirų.Tačiau vandens rato trūkumas yra tas, kad jam reikia šiek tiek sudėtingesnės vandens tiekimo sistemos tiesiai virš rato su latakais ir įdubomis.

„Breastshot Waterwheel“ dizainas
„Breastshot Water Wheel Design“ yra dar vienas vertikaliai sumontuotas vandens rato dizainas, kai vanduo patenka į kibirus maždaug iki pusės ašies aukščio arba tiesiai virš jos, o tada išteka apačioje ratų sukimosi kryptimi.Paprastai į krūtinę nukreiptas vandens ratas naudojamas tais atvejais, kai vandens slėgio nepakanka, kad iš viršaus būtų galima maitinti vandens ratą nuo viršaus.
Trūkumas yra tas, kad vandens gravitacinis svoris naudojamas tik maždaug ketvirtadalį sukimosi, skirtingai nei anksčiau, kai buvo pusė apsisukimo.Norint įveikti šį žemą galvos aukštį, vandens ratų kaušai yra platesni, kad iš vandens išgautų reikiamą potencialios energijos kiekį.
„Breastshot“ vandens ratai naudoja maždaug tokį patį vandens gravitacinį svorį, kad suktų ratą, tačiau vandens galvutės aukštis yra maždaug perpus mažesnis nei įprasto vandens rato aukštis, todėl kaušai yra daug platesni nei ankstesnių vandens ratų konstrukcijos, kad padidėtų vandens tūris. sugautas į kibirus.Šio tipo konstrukcijos trūkumas yra kiekvieno kibiro vandens pločio ir svorio padidėjimas.Kaip ir atraminio dizaino atveju, į krūtinę nukreiptas ratas sunaudoja vandens energiją du kartus, nes vandens ratas yra skirtas sėdėti vandenyje, todėl nuotekos gali padėti ratui suktis, kai jis teka žemyn.

Gaminkite elektrą naudodami vandens ratą
Istoriškai vandens ratai buvo naudojami miltų, javų malimui ir kitoms tokioms mechaninėms užduotims.Tačiau vandens ratai taip pat gali būti naudojami elektros energijai gaminti, vadinama „Hydro Power“ sistema.Prijungus elektros generatorių prie vandens ratų besisukančio veleno, tiesiogiai arba netiesiogiai, naudojant pavaros diržus ir skriemulius, vandens ratai gali būti naudojami energijai gaminti nuolat 24 valandas per parą, skirtingai nei saulės energija.Jei vandens ratas suprojektuotas teisingai, maža arba „mikro“ hidroelektrinė gali pagaminti pakankamai elektros energijos apšvietimui ir (arba) elektros prietaisams maitinti vidutiniame name.
Ieškokite vandens ratų generatorių, sukurtų optimaliam našumui pasiekti esant santykinai mažam greičiui.Mažiems projektams mažas nuolatinės srovės variklis gali būti naudojamas kaip mažo greičio generatorius arba automobilių kintamosios srovės generatorius, tačiau jie skirti dirbti daug didesniu greičiu, todėl gali prireikti tam tikros pavaros.Vėjo turbinos generatorius yra idealus vandens rato generatorius, nes jis skirtas mažo greičio ir didelės galios veikimui.
Jei šalia jūsų namų ar sodo yra gana srauni upė ar upelis, kurį galite naudoti, tada nedidelės apimties hidroenergijos sistema gali būti geresnė alternatyva kitoms atsinaujinančios energijos šaltinių formoms, tokioms kaip „vėjo energija“ ar „saulės energija“. “, nes jis turi daug mažesnį vizualinį poveikį.Taip pat, kaip ir vėjo ir saulės energija, naudojant prie tinklo prijungtą mažo masto vandens rato generavimo sistemą, prijungtą prie vietinio komunalinio tinklo, bet kokia jūsų pagaminta, bet nenaudojama elektros energija gali būti parduota atgal elektros įmonei.
Kitoje pamokoje apie hidroenergija apžvelgsime įvairių tipų turbinas, kurias galėtume pritvirtinti prie vandens rato konstrukcijos, skirtos vandens energijos gamybai.Norėdami gauti daugiau informacijos apie „Waterwheel Design“ ir kaip pasigaminti savo elektros energiją naudojant vandens energiją arba gauti daugiau informacijos apie vandens energiją apie įvairius galimus vandens ratų dizainus arba sužinoti vandens energijos privalumus ir trūkumus, spustelėkite čia ir užsisakykite kopiją. iš Amazon šiandien apie vandens ratų, kurie gali būti naudojami elektrai gaminti, principus ir konstrukciją.