Ūdensrata dizains hidroenerģijai
hidroenerģijas ikonaHidroenerģija ir tehnoloģija, kas pārvērš kustīga ūdens kinētisko enerģiju mehāniskajā vai elektriskajā enerģijā, un viena no agrākajām ierīcēm, kas tika izmantota, lai kustīgā ūdens enerģiju pārvērstu izmantojamā darbā, bija Waterwheel Design.
Ūdens riteņu dizains laika gaitā ir attīstījies, daži ūdensriteņi ir orientēti vertikāli, daži horizontāli un daži ar pievienotiem trīņiem un zobratiem, taču tie visi ir paredzēti, lai veiktu vienu un to pašu funkciju, un tas ir arī "pārveidot kustīgā ūdens lineāro kustību rotācijas kustība, ko var izmantot, lai vadītu jebkuru mašīnu, kas ar to savienota, izmantojot rotējošu vārpstu.
Tipisks ūdensrata dizains
Early Waterwheel Design bija diezgan primitīvas un vienkāršas mašīnas, kas sastāv no vertikāla koka riteņa ar koka asmeņiem vai kausiem, kas vienādi piestiprināti ap to perimetru, un visi tika atbalstīti uz horizontālas vārpstas ar ūdens spēku, kas plūst zem tā, spiežot riteni tangenciālā virzienā pret asmeņiem. .
Šie vertikālie ūdensrati bija ievērojami pārāki par agrāko horizontālo ūdensratu konstrukciju, ko izstrādāja senie grieķi un ēģiptieši, jo tie varēja darboties efektīvāk, pārvēršot kustīgā ūdens impulsu jaudā.Pēc tam ūdensratam tika piestiprināti skriemeļi un zobrats, kas ļāva mainīt rotējošās vārpstas virzienu no horizontālas uz vertikāli, lai darbinātu dzirnakmeņus, zāģētu koksni, sasmalcinātu rūdu, štancētu un grieztu utt.
Ūdens riteņu dizaina veidi
Lielākā daļa ūdensratu, kas pazīstami arī kā ūdensdzirnavas vai vienkārši ūdens riteņi, ir vertikāli uzstādīti riteņi, kas griežas ap horizontālu asi, un šie ūdensratu veidi tiek klasificēti pēc ūdens uzlikšanas veida uz riteņa attiecībā pret riteņa asi.Kā jau jūs varētu sagaidīt, ūdensrati ir salīdzinoši lielas mašīnas, kas griežas ar zemu leņķisko ātrumu un kurām ir zema efektivitāte berzes radīto zudumu un kausu nepilnīgas piepildīšanas dēļ utt.
Ūdens darbība, kas spiežas pret riteņu kausiem vai lāpstiņām, attīsta griezes momentu uz ass, bet, novirzot ūdeni uz šīm lāpstiņām un kausiem no dažādām riteņa pozīcijām, var uzlabot griešanās ātrumu un tā efektivitāti.Divi visizplatītākie ūdensrata konstrukcijas veidi ir “pazeminātais ūdensrats” un “pārsegtais ūdensrats”.
Undershot ūdens riteņu dizains
Undershot Water Wheel Design, kas pazīstams arī kā "straumes ritenis", bija visbiežāk izmantotais ūdensrata veids, ko izstrādāja senie grieķi un romieši, jo tas ir vienkāršākais, lētākais un vieglāk konstruējamais riteņa veids.
Šāda veida ūdensrata dizainā ritenis ir vienkārši ievietots tieši strauji plūstošā upē un atbalstīts no augšas.Zemāk esošā ūdens kustība rada stumšanas darbību pret iegremdētajām lāpstiņām riteņa apakšējā daļā, ļaujot tam griezties tikai vienā virzienā attiecībā pret ūdens plūsmas virzienu.
Šāda veida ūdensrata konstrukcijas parasti izmanto līdzenās vietās, kur nav dabiska zemes slīpuma vai kur ūdens plūsma ir pietiekami ātra.Salīdzinot ar citiem ūdensratu dizainiem, šāda veida konstrukcija ir ļoti neefektīva, jo tikai 20% no ūdens potenciālās enerģijas tiek izmantoti, lai faktiski pagrieztu riteni.Arī ūdens enerģija tiek izmantota tikai vienu reizi, lai pagrieztu riteni, pēc tam tā aizplūst kopā ar pārējo ūdeni.
Vēl viens zemūdens rata trūkums ir tas, ka tam ir nepieciešams liels ūdens daudzums, kas pārvietojas ar ātrumu.Tāpēc zemstrāvas ūdensrati parasti atrodas upju krastos, jo mazākiem strautiem vai strautiem nav pietiekami daudz potenciālās enerģijas kustīgajā ūdenī.
Viens no veidiem, kā nedaudz uzlabot zemšāvas ūdensrata efektivitāti, ir novirzīt procentuālo daļu no ūdens upē pa šauru kanālu vai kanālu, lai 100% novirzītā ūdens tiktu izmantots riteņa griešanai.Lai to panāktu, ritenīšai ir jābūt šaurai un ļoti precīzi jāiekļaujas kanālā, lai novērstu ūdens izplūšanu ap sāniem vai palielinātu lāpstiņu skaitu vai izmēru.
Overshot Waterwheel dizains
Overshot Water Wheel Design ir visizplatītākais ūdensrata konstrukcijas veids.Pārspīlētais ūdensrats pēc konstrukcijas un konstrukcijas ir sarežģītāks nekā iepriekšējais ūdensrats, jo tas izmanto spaiņus vai mazus nodalījumus, lai gan uztvertu, gan noturētu ūdeni.
Šie spaiņi piepildās ar ūdeni, kas ieplūst riteņa augšpusē.Ūdens gravitācijas svars pilnajos kausos liek ritenim griezties ap savu centrālo asi, jo tukšie spaiņi riteņa otrā pusē kļūst vieglāki.
Šāda veida ūdensritenis izmanto gravitācijas spēku, lai uzlabotu izvadi, kā arī pašu ūdeni, tādējādi pārspīlētie ūdensrati ir daudz efektīvāki nekā zemšāvas konstrukcijas, jo gandrīz viss ūdens un tā svars tiek izmantots izejas jaudas ražošanai.Tomēr, tāpat kā iepriekš, ūdens enerģija tiek izmantota tikai vienu reizi, lai pagrieztu riteni, pēc tam tā aizplūst kopā ar pārējo ūdeni.
Pārspīlētie ūdensrati ir piekārti virs upes vai strauta un parasti tiek būvēti kalnu malās, nodrošinot ūdens padevi no augšas ar zemu augstumu (vertikālais attālums starp ūdeni augšpusē un upi vai straumi zemāk) no 5 līdz -20 metri.Nelielu aizsprostu vai aizsprostu var uzbūvēt un izmantot, lai gan novirzītu, gan palielinātu ūdens ātrumu līdz riteņa augšdaļai, dodot tai vairāk enerģijas, taču tas ir ūdens tilpums, nevis ātrums, kas palīdz pagriezt riteni.
Parasti pārspīlētie ūdensrati ir izgatavoti pēc iespējas lielāki, lai nodrošinātu vislielāko iespējamo attālumu līdz ūdens gravitācijas svaram, lai pagrieztu riteni.Tomēr liela diametra ūdensrati ir sarežģītāki un dārgāki konstruēti riteņa un ūdens svara dēļ.
Kad atsevišķi spaiņi ir piepildīti ar ūdeni, ūdens gravitācijas svars liek ritenim griezties ūdens plūsmas virzienā.Rotācijas leņķim tuvojoties riteņa apakšai, kausā esošais ūdens izplūst zemāk esošajā upē vai straumē, bet aiz tā rotējošo kausu svars liek ritenim turpināt savu griešanās ātrumu.Tukšais kauss turpina kustēties ap rotējošo riteni, līdz tas atkal nokļūst augšpusē, lai to varētu piepildīt ar vairāk ūdens, un cikls atkārtojas.Viens no pārmērīga ūdensrata konstrukcijas trūkumiem ir tas, ka ūdens tiek izmantots tikai vienu reizi, kad tas plūst pāri ritenim.
The Pitchback Waterwheel dizains
Pitchback Water Wheel dizains ir iepriekšējā pārspīlētā ūdensrata variants, jo tas arī izmanto ūdens gravitācijas svaru, lai palīdzētu pagriezt riteni, bet tas izmanto arī notekūdeņu plūsmu zem tā, lai sniegtu papildu spiedienu.Šāda veida ūdensrata konstrukcijai tiek izmantota zemas padeves sistēma, kas nodrošina ūdens piegādi riteņa augšpusē no augšpuses.
Atšķirībā no pārspīlētā ūdensrata, kas novirzīja ūdeni tieši pāri ritenim, liekot tam griezties ūdens plūsmas virzienā, atpakaļgaitas ūdensrats padod ūdeni vertikāli uz leju caur piltuvi un apakšā esošajā spainī, liekot ritenim griezties pretējā virzienā. virziens uz ūdens plūsmu augšpusē.
Tāpat kā iepriekšējais pārspīlētais ūdensrats, ūdens gravitācijas svars spainī liek ritenim griezties, bet pretēji pulksteņrādītāja virzienam.Kad griešanās leņķis tuvojas riteņa apakšai, ūdens, kas ieslodzīts spainī, iztukšojas no apakšas.Kad tukšais kauss ir piestiprināts pie riteņa, tas turpina griezties kopā ar riteni tāpat kā iepriekš, līdz tas atkal nokļūst augšpusē, lai to varētu piepildīt ar vairāk ūdens, un cikls atkārtojas.
Šoreiz atšķirība ir tāda, ka notekūdeņi, kas iztukšoti no rotējošā kausa, aizplūst rotējošā riteņa virzienā (tā kā tam nav kur citur), līdzīgi kā zemstrāvas ūdensratam.Tādējādi galvenā ūdensrata priekšrocība ir tā, ka tas divreiz izmanto ūdens enerģiju, vienu reizi no augšas un vienu reizi no apakšas, lai pagrieztu riteni ap savu centrālo asi.
Rezultātā ūdensrata konstrukcijas efektivitāte ir ievērojami palielināta līdz vairāk nekā 80% no ūdens enerģijas, jo to virza gan ienākošā ūdens gravitācijas svars, gan ūdens spēks vai spiediens, kas tiek virzīts spainī no augšas, kā kā arī notekūdeņu plūsma zemāk, spiežot pret spaiņiem.Tomēr ūdensrata trūkums ir tāds, ka tam ir nepieciešams nedaudz sarežģītāks ūdens padeves izvietojums tieši virs riteņa ar teknēm un caurumiem.
Breastshot Waterwheel dizains
Breastshot Water Wheel Design ir vēl viens vertikāli uzstādīts ūdensrata dizains, kurā ūdens ieplūst kausos apmēram pusceļā uz augšu ass augstumā vai tieši virs tā un pēc tam izplūst apakšā riteņu griešanās virzienā.Parasti ūdensrats tiek izmantots situācijās, kad ūdens svira nav pietiekama, lai darbinātu pāršāva vai slīpa ūdensrata konstrukciju no augšas.
Trūkums šeit ir tāds, ka ūdens gravitācijas svars tiek izmantots tikai apmēram vienai ceturtdaļai rotācijas, atšķirībā no iepriekš, kas bija puse no rotācijas.Lai pārvarētu šo zemo galvas augstumu, ūdensratu spaiņi ir padarīti platāki, lai no ūdens iegūtu nepieciešamo potenciālās enerģijas daudzumu.
Breastshot ūdensrati izmanto aptuveni tādu pašu ūdens gravitācijas svaru, lai pagrieztu riteni, bet, tā kā ūdens galvas augstums ir aptuveni uz pusi mazāks nekā tipiskam ūdensratam, spaiņi ir daudz platāki nekā iepriekšējie ūdensrata modeļi, lai palielinātu ūdens tilpumu. ieķērušies spaiņos.Šāda veida konstrukcijas trūkums ir ūdens platuma un svara palielināšanās, ko pārvadā katrs spainis.Tāpat kā ar sānsveres konstrukciju, pagrieziena ritenis divreiz izmanto ūdens enerģiju, jo ūdens ritenis ir paredzēts sēdēšanai ūdenī, ļaujot notekūdeņiem palīdzēt ritenim griezties, kad tas plūst pa straumi.
Ražojiet elektrību, izmantojot ūdensratu
Vēsturiski ūdensrati ir izmantoti miltu, graudaugu malšanai un citiem līdzīgiem mehāniskiem darbiem.Taču ūdensriteņus var izmantot arī elektroenerģijas ražošanai, ko sauc par hidroenerģijas sistēmu.Pieslēdzot elektrisko ģeneratoru pie ūdensratu rotācijas vārpstas, tieši vai netieši, izmantojot piedziņas siksnas un skriemeļus, ūdensratus var izmantot, lai nepārtraukti ražotu enerģiju 24 stundas diennaktī atšķirībā no saules enerģijas.Ja ūdensrats ir pareizi konstruēts, maza vai “mikro” hidroelektrostacijas sistēma var saražot pietiekami daudz elektroenerģijas, lai nodrošinātu apgaismojumu un/vai elektroierīces vidusmēra mājā.
Meklējiet ūdens ratu ģeneratorus, kas izstrādāti tā, lai nodrošinātu optimālu jaudu pie salīdzinoši zema ātruma.Nelieliem projektiem nelielu līdzstrāvas motoru var izmantot kā zema ātruma ģeneratoru vai automobiļu ģeneratoru, taču tie ir paredzēti darbam ar daudz lielāku ātrumu, tāpēc var būt nepieciešams zināms pārnesums.Vēja turbīnas ģenerators ir ideāls ūdensrata ģenerators, jo tas ir paredzēts darbam ar mazu ātrumu un lielu jaudu.
Ja netālu no jūsu mājas vai dārza ir diezgan strauji plūstoša upe vai strauts, ko varat izmantot, maza mēroga hidroenerģijas sistēma var būt labāka alternatīva citiem atjaunojamās enerģijas avotiem, piemēram, "vēja enerģijai" vai "saules enerģijai". ”, jo tam ir daudz mazāka vizuālā ietekme.Tāpat kā vēja un saules enerģija, ar tīklam pieslēgtu maza mēroga ūdensratu ģenerēšanas sistēmu, kas savienota ar vietējo komunālo tīklu, jebkuru elektroenerģiju, ko jūs saražojat, bet neizmantojat, var pārdot atpakaļ elektroenerģijas uzņēmumam.
Nākamajā apmācībā par hidroenerģiju mēs apskatīsim dažādu veidu turbīnas, kuras mēs varētu pievienot mūsu ūdensrata konstrukcijai hidroenerģijas ražošanai.Lai iegūtu papildinformāciju par Waterwheel Design un to, kā pašam ražot elektroenerģiju, izmantojot ūdens enerģiju, vai iegūtu vairāk informācijas par hidroenerģiju par dažādiem pieejamajiem ūdensratu dizainiem vai izpētītu hidroenerģijas priekšrocības un trūkumus, noklikšķiniet šeit, lai pasūtītu savu kopiju. no Amazon šodien par ūdensratu principiem un uzbūvi, kurus var izmantot elektroenerģijas ražošanai.
Publicēšanas laiks: 25. jūnijs 2021
