Vannhjuldesign for vannkraftprosjektet

Vannhjuldesign for Hydro Energy
vannenergiikonHydroenergi er en teknologi som konverterer den kinetiske energien til vann i bevegelse til mekanisk eller elektrisk energi, og en av de tidligste enhetene som ble brukt til å konvertere energien til vann i bevegelse til brukbart arbeid var Waterwheel Design.
Vannhjuldesign har utviklet seg over tid med noen vannhjul orientert vertikalt, noen horisontalt og noen med forseggjorte trinser og tannhjul festet, men de er alle designet for å utføre samme funksjon, og det er også, "konvertere den lineære bevegelsen til det bevegelige vannet til en roterende bevegelse som kan brukes til å drive ethvert maskineri som er koblet til det via en roterende aksel”.

Typisk vannhjuldesign
Tidlig vannhjuldesign var ganske primitive og enkle maskiner som besto av et vertikalt trehjul med treblader eller bøtter festet likt rundt omkretsen, alle støttet på en horisontal aksel med kraften fra vannet som strømmet under det, og skyver hjulet i en tangentiell retning mot bladene .
Disse vertikale vannhjulene var langt overlegne den tidligere horisontale vannhjuldesignen av de gamle grekerne og egypterne, fordi de kunne fungere mer effektivt og oversette farten til det bevegelige vannet til kraft.Remskiver og gir ble deretter festet til vannhjulet som tillot retningsendring av en roterende aksel fra horisontal til vertikal for å drive kvernsteiner, sage tre, knuse malm, stempling og kutting etc.

Typer vannhjuldesign
De fleste vannhjul, også kjent som vannmøller eller ganske enkelt vannhjul, er vertikalt monterte hjul som roterer rundt en horisontal aksel, og disse typer vannhjul er klassifisert etter måten vannet påføres på hjulet i forhold til hjulets aksel.Som du kanskje forventer, er vannhjul relativt store maskiner som roterer med lave vinkelhastigheter, og har lav effektivitet, på grunn av friksjonstap og ufullstendig fylling av skuffene osv.
Virkningen av vannet som presser mot hjulets skuffer eller skovler utvikler dreiemoment på akselen, men ved å rette vannet mot disse skovlene og skuffene fra forskjellige posisjoner på hjulet kan rotasjonshastigheten og effektiviteten forbedres.De to vanligste typene vannhjuldesign er "undershot waterwheel" og "overshot waterwheel".

Undershot Water Wheel Design
Undershot Water Wheel Design, også kjent som et "stream-hjul" var den mest brukte typen vannhjul designet av de gamle grekerne og romerne, da det er den enkleste, billigste og letteste typen hjul å konstruere.
I denne typen vannhjulsdesign er hjulet ganske enkelt plassert direkte i en raskt rennende elv og støttet ovenfra.Bevegelsen av vannet under skaper en skyvende handling mot de nedsenkede skovlene på den nedre delen av hjulet, slik at det kan rotere i én retning kun i forhold til retningen av vannstrømmen.
Denne typen vannhjuldesign brukes vanligvis i flate områder uten naturlig skråning av landet eller hvor vannstrømmen beveger seg tilstrekkelig raskt.Sammenlignet med de andre vannhjuldesignene er denne typen design svært ineffektiv, med så lite som 20 % av vannets potensielle energi som brukes til å faktisk rotere hjulet.Også vannenergien brukes bare én gang til å rotere hjulet, hvoretter det renner bort med resten av vannet.
En annen ulempe med det underliggende vannhjulet er at det krever store mengder vann som beveger seg i hastighet.Derfor er vannhjul vanligvis plassert på bredden av elver, da mindre bekker eller bekker ikke har nok potensiell energi i det bevegelige vannet.
En måte å forbedre effektiviteten litt av et underliggende vannhjul er å avlede en prosentandel av vannet i elven langs en smal kanal eller kanal slik at 100 % av det avledede vannet brukes til å rotere hjulet.For å oppnå dette må underskuddshjulet være smalt og passe svært nøyaktig i kanalen for å forhindre at vannet slipper ut rundt sidene eller ved å øke enten antall eller størrelse på åreårene.

Overshot Waterwheel Design
Overshot Water Wheel Design er den vanligste typen vannhjuldesign.Overskuddsvannhjulet er mer komplisert i sin konstruksjon og design enn det forrige undervannshjulet, da det bruker bøtter eller små rom for å både fange og holde vannet.
Disse bøttene fylles med vann som strømmer inn på toppen av hjulet.Vannets gravitasjonsvekt i de fulle bøttene får hjulet til å rotere rundt sin sentrale akse når de tomme bøttene på den andre siden av hjulet blir lettere.
Denne typen vannhjul bruker tyngdekraften for å forbedre ytelsen så vel som vannet i seg selv, og dermed er overskridende vannhjul mye mer effektive enn underskuddsdesign ettersom nesten alt vannet og dets vekt brukes til å produsere utgangseffekt.Men som før brukes vannenergien bare én gang til å rotere hjulet, hvoretter den renner bort med resten av vannet.
Overskridende vannhjul er hengt opp over en elv eller bekk og er vanligvis bygget på sidene av åsene som gir en vannforsyning ovenfra med en lav fallhøyde (den vertikale avstanden mellom vannet på toppen og elven eller bekken under) på mellom 5 til -20 meter.En liten demning eller overløp kan konstrueres og brukes til både å kanalisere og øke hastigheten på vannet til toppen av hjulet og gi det mer energi, men det er volumet av vann i stedet for hastigheten som hjelper til med å rotere hjulet.

Vanligvis bygges overskridende vannhjul så store som mulig for å gi størst mulig hodeavstand for at gravitasjonsvekten til vannet skal rotere hjulet.Vannhjul med stor diameter er imidlertid mer kompliserte og dyre å konstruere på grunn av vekten av hjulet og vannet.
Når de enkelte bøttene er fylt med vann, får vannets gravitasjonsvekt at hjulet roterer i retning av vannstrømmen.Etter hvert som rotasjonsvinkelen kommer nærmere bunnen av hjulet, tømmes vannet inne i bøtta ut i elven eller bekken nedenfor, men vekten av bøttene som roterer bak får hjulet til å fortsette med sin rotasjonshastighet.Den tomme bøtta fortsetter rundt det roterende hjulet til den kommer tilbake til toppen igjen, klar til å fylles med mer vann og syklusen gjentas.En av ulempene med et overskridende vannhjulsdesign er at vannet bare brukes én gang når det renner over hjulet.

The Pitchback Waterwheel Design
Pitchback Water Wheel Design er en variasjon på det forrige overskridende vannhjulet, da det også bruker gravitasjonsvekten til vannet for å hjelpe til med å rotere hjulet, men det bruker også strømmen av avløpsvannet under det for å gi et ekstra dytt.Denne typen vannhjulsdesign bruker et innmatingssystem med lavt hode som gir vannet nær toppen av hjulet fra en pentrough ovenfor.
I motsetning til overskuddsvannhjulet som kanaliserte vannet direkte over hjulet og fikk det til å rotere i retning av vannstrømmen, mater pitchback-vannhjulet vannet vertikalt nedover gjennom en trakt og inn i bøtta under og får hjulet til å rotere i motsatt retning retning til strømmen av vannet over.
Akkurat som det forrige overskridende vannhjulet, får gravitasjonsvekten til vannet i bøttene hjulet til å rotere, men i retning mot klokken.Når rotasjonsvinkelen nærmer seg bunnen av hjulet, tømmes vannet som er fanget inne i bøttene.Når den tomme bøtta er festet til hjulet, fortsetter den å rotere med hjulet som før til den kommer tilbake til toppen igjen klar til å fylles med mer vann og syklusen gjentas.
Forskjellen denne gangen er at avløpsvannet som tømmes ut av den roterende bøtta renner bort i retning av det roterende hjulet (da det ikke har noe annet sted å gå), på samme måte som vannhjulsprinsippet.Derfor er hovedfordelen med pitchback-vannhjulet at det bruker energien til vannet to ganger, en gang ovenfra og en gang nedenfra for å rotere hjulet rundt sin sentrale akse.
Resultatet er at effektiviteten til vannhjuldesignet økes kraftig til over 80 % av vannenergien, da den drives av både gravitasjonsvekten til det innkommende vannet og av kraften eller trykket til vann som ledes inn i bøttene ovenfra, som samt strømmen av avløpsvannet under presser mot bøttene.Ulempen med et pitchback-vannhjul er at det trenger et litt mer komplekst vannforsyningsarrangement rett over hjulet med renner og gjennomløp.

The Breastshot Waterwheel Design
Breastshot Water Wheel Design er et annet vertikalt montert vannhjuldesign hvor vannet kommer inn i skuffene omtrent halvveis opp i akselhøyde, eller rett over det, og deretter renner ut i bunnen i retning av hjulenes rotasjon.Vanligvis brukes breastshot-vannhjulet i situasjoner der vannhodet ikke er tilstrekkelig til å drive et overshot- eller pitchback-vannhjulsdesign ovenfra.
Ulempen her er at vannets gravitasjonsvekt kun brukes i omtrent en fjerdedel av rotasjonen i motsetning til tidligere som var for halve rotasjonen.For å overvinne denne lave hodehøyden, er vannhjulsbøttene gjort bredere for å trekke ut den nødvendige mengden potensiell energi fra vannet.
Breastshot vannhjul bruker omtrent samme gravitasjonsvekt av vannet for å rotere hjulet, men siden hodehøyden på vannet er rundt halvparten av et typisk overshot vannhjul, er bøttene mye bredere enn tidligere vannhjuldesign for å øke volumet av vannet fanget i bøttene.Ulempen med denne typen design er en økning i bredden og vekten av vannet som bæres av hver bøtte.Som med pitchback-designet, bruker brysthjulet energien til vannet to ganger ettersom vannhjulet er designet for å sitte i vannet, slik at avløpsvannet hjelper til med å rotere hjulet når det renner bort ned strømmen.

Generer strøm ved hjelp av et vannhjul
Historisk har vannhjul blitt brukt til maling av mel, korn og andre slike mekaniske oppgaver.Men vannhjul kan også brukes til produksjon av elektrisitet, kalt et vannkraftsystem.Ved å koble en elektrisk generator til vannhjulenes roterende aksel, enten direkte eller indirekte ved hjelp av drivremmer og trinser, kan vannhjul brukes til å generere strøm kontinuerlig 24 timer i døgnet i motsetning til solenergi.Hvis vannhjulet er riktig utformet, kan et lite eller "mikro" vannkraftsystem produsere nok strøm til å drive belysning og/eller elektriske apparater i et gjennomsnittlig hjem.
Se etter vannhjulsgeneratorer designet for å produsere optimal effekt ved relativt lave hastigheter.For små prosjekter kan en liten likestrømsmotor brukes som en lavhastighetsgenerator eller en bilgenerator, men disse er designet for å fungere med mye høyere hastigheter, så en form for giring kan være nødvendig.En vindturbingenerator er en ideell vannhjulsgenerator da den er designet for drift med lav hastighet og høy effekt.
Hvis det er en ganske raskt rennende elv eller bekk i nærheten av hjemmet eller hagen din som du kan bruke, kan et lite vannkraftsystem være et bedre alternativ til andre former for fornybare energikilder som "Vindenergi" eller "Solenergi". ettersom det har mye mindre visuell innvirkning.Akkurat som vind- og solenergi, med et netttilkoblet småskala vannhjuldesignet generasjonssystem koblet til det lokale strømnettet, kan all elektrisitet du genererer, men ikke bruker, selges tilbake til strømselskapet.
I den neste opplæringen om Hydro Energy vil vi se på de forskjellige typene turbiner som er tilgjengelige som vi kan koble til vannhjulsdesignet vårt for vannkraftproduksjon.For mer informasjon om Waterwheel Design og hvordan du genererer din egen elektrisitet ved hjelp av kraften til vann, eller for å få mer hydroenergiinformasjon om de forskjellige vannhjuldesignene som er tilgjengelige, eller for å utforske fordelene og ulempene med vannkraft, klikk her for å bestille ditt eksemplar fra Amazon i dag om prinsippene og konstruksjonen av vannhjul som kan brukes til å generere strøm.