Konstrukcja koła wodnego dla energii wodnej
hydro energy iconHydro energy to technologia, która przekształca energię kinetyczną poruszającej się wody w energię mechaniczną lub elektryczną, a jednym z najwcześniejszych urządzeń wykorzystywanych do przekształcania energii poruszającej się wody w użyteczną pracę był Waterwheel Design.
Konstrukcja koła wodnego ewoluowała z biegiem czasu, przy czym niektóre koła wodne są zorientowane pionowo, niektóre poziomo, a niektóre z dołączonymi skomplikowanymi kołami pasowymi i przekładniami, ale wszystkie są zaprojektowane do wykonywania tej samej funkcji, a to także „przekształcają liniowy ruch poruszającej się wody w ruch obrotowy, który może być wykorzystany do napędzania dowolnego elementu maszyny połączonej z nim za pomocą obrotowego wału”.
Typowy projekt koła wodnego
Wczesne konstrukcje koła wodnego były dość prymitywnymi i prostymi maszynami składającymi się z pionowego drewnianego koła z drewnianymi ostrzami lub wiaderkami zamocowanymi równo na ich obwodzie, wszystkie wsparte na poziomym wale z siłą przepływającej pod nim wody, popychającej koło w kierunku stycznym do ostrzy .
Te pionowe koła wodne były znacznie lepsze od wcześniejszych projektów poziomych kół wodnych opracowanych przez starożytnych Greków i Egipcjan, ponieważ mogły działać wydajniej, przekładając pęd poruszającej się wody na moc.Koła pasowe i przekładnie zostały następnie przymocowane do koła wodnego, co umożliwiło zmianę kierunku obracającego się wału z poziomego na pionowy w celu obsługi kamieni młyńskich, piłowania drewna, kruszenia rudy, tłoczenia i cięcia itp.
Rodzaje konstrukcji koła wodnego
Większość kół wodnych, znanych również jako młyny wodne lub po prostu koła wodne, to koła montowane pionowo, obracające się wokół poziomej osi, a tego typu koła wodne są klasyfikowane według sposobu, w jaki woda jest doprowadzana do koła w stosunku do osi koła.Jak można się spodziewać, koła wodne to stosunkowo duże maszyny, które obracają się z małymi prędkościami kątowymi i mają niską wydajność z powodu strat spowodowanych tarciem i niepełnym wypełnieniem wiader itp.
Działanie wody napierającej na łyżki lub łopatki koła wytwarza moment obrotowy na osi, ale kierując wodę na te łopatki i łyżki z różnych pozycji na kole, można poprawić prędkość obrotu i jego wydajność.Dwa najbardziej popularne typy konstrukcji koła wodnego to „koło wodne podsiębierne” i „koło wodne nasiębierne”.
Projekt koła wodnego od spodu
Undershot Water Wheel Design, znany również jako „koło strumieniowe”, był najczęściej używanym typem koła wodnego zaprojektowanym przez starożytnych Greków i Rzymian, ponieważ jest to najprostszy, najtańszy i najłatwiejszy rodzaj koła do skonstruowania.
W tego typu konstrukcji koła wodnego koło jest po prostu umieszczane bezpośrednio w szybko płynącej rzece i podpierane od góry.Ruch wody poniżej powoduje popychanie zanurzonych łopatek w dolnej części koła, co pozwala mu obracać się tylko w jednym kierunku w stosunku do kierunku przepływu wody.
Ten typ konstrukcji koła wodnego jest zwykle stosowany na płaskich obszarach bez naturalnego nachylenia terenu lub tam, gdzie przepływ wody jest wystarczająco szybki.W porównaniu z innymi konstrukcjami koła wodnego, ten typ konstrukcji jest bardzo nieefektywny, ponieważ zaledwie 20% energii potencjalnej wody jest wykorzystywane do faktycznego obracania kołem.Również energia wody jest zużywana tylko raz na obrót koła, po czym odpływa wraz z resztą wody.
Inną wadą tylnego koła wodnego jest to, że wymaga ono dużych ilości wody poruszającej się z dużą prędkością.Dlatego też koła wodne podsiębierne są zwykle usytuowane na brzegach rzek, ponieważ mniejsze strumienie lub potoki nie mają wystarczającej energii potencjalnej w płynącej wodzie.
Jednym ze sposobów na poprawienie wydajności koła wodnego wstecznego jest skierowanie pewnej części wody w rzece wzdłuż wąskiego kanału lub kanału, tak aby 100% przekierowanej wody było wykorzystywane do obracania koła.Aby to osiągnąć, koło podsiębierne musi być wąskie i bardzo dokładnie dopasowane do kanału, aby zapobiec ucieczce wody na boki lub poprzez zwiększenie liczby lub rozmiaru łopatek.
Projekt Koła Wodnego Overshot
Konstrukcja koła wodnego Overshot jest najczęstszym rodzajem konstrukcji koła wodnego.Koło wodne nasiębierne jest bardziej skomplikowane pod względem konstrukcji i konstrukcji niż poprzednie koło wodne wsteczne, ponieważ wykorzystuje wiadra lub małe przegródki do chwytania i utrzymywania wody.
Te wiadra napełniają się wodą spływającą w górnej części koła.Ciężar grawitacyjny wody w pełnych wiadrach powoduje, że koło obraca się wokół swojej osi środkowej, gdy puste wiadra po drugiej stronie koła stają się lżejsze.
Ten typ koła wodnego wykorzystuje grawitację do poprawy wydajności, a także samej wody, dzięki czemu koła wodne nasiębierne są znacznie bardziej wydajne niż konstrukcje dolne, ponieważ prawie cała woda i jej ciężar są wykorzystywane do wytwarzania mocy wyjściowej.Jednak tak jak poprzednio, energia wody jest wykorzystywana tylko raz, aby obrócić koło, po czym odpływa wraz z resztą wody.
Koła wodne nasiębierne są zawieszone nad rzeką lub strumieniem i są zwykle budowane na zboczach wzgórz, zapewniając dopływ wody z góry z niskim czołem (pionowa odległość między wodą na górze a rzeką lub strumieniem poniżej) wynoszącą od 5 do -20 metrów.Można zbudować małą tamę lub jaz, która będzie zarówno kierować, jak i zwiększać prędkość wody do góry koła, dając jej więcej energii, ale to objętość wody, a nie jej prędkość, pomaga w obracaniu koła.
Ogólnie rzecz biorąc, koła wodne nasiębierne są zbudowane tak duże, jak to możliwe, aby zapewnić możliwie największą odległość głowicy, aby ciężar grawitacyjny wody obracał koło.Jednak koła wodne o dużej średnicy są bardziej skomplikowane i droższe w budowie ze względu na ciężar koła i wody.
Gdy poszczególne wiadra są napełnione wodą, ciężar grawitacyjny wody powoduje, że koło obraca się w kierunku przepływu wody.Gdy kąt obrotu zbliża się do dna koła, woda wewnątrz wiadra wylewa się do rzeki lub strumienia poniżej, ale ciężar kubłów obracających się za nim powoduje, że koło kontynuuje swoją prędkość obrotową.Puste wiadro jest kontynuowane wokół obracającego się koła, dopóki nie wróci na górę, gotowe do napełnienia większą ilością wody, a cykl się powtarza.Jedną z wad konstrukcji koła wodnego nasiębiernego jest to, że woda jest używana tylko raz, gdy przepływa przez koło.
Projekt koła wodnego Pitchback
Konstrukcja koła wodnego Pitchback jest odmianą poprzedniego koła wodnego z nadmuchem, ponieważ wykorzystuje również ciężar grawitacyjny wody, aby pomóc w obracaniu koła, ale także wykorzystuje przepływ ścieków pod nim, aby zapewnić dodatkowy impuls.Ten typ konstrukcji koła wodnego wykorzystuje system podawania z niską głowicą, który dostarcza wodę w pobliżu górnej części koła z rynny znajdującej się powyżej.
W przeciwieństwie do koła wodnego nasiębiernego, które kierowało wodę bezpośrednio nad koło, powodując jej obrót w kierunku przepływu wody, koło wodne pitchback kieruje wodę pionowo w dół przez lejek i do wiadra poniżej, powodując obrót koła w przeciwnym kierunku kierunek przepływu wody powyżej.
Podobnie jak poprzednie koło wodne nasiębierne, ciężar grawitacyjny wody w wiadrach powoduje, że koło obraca się, ale w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.Gdy kąt obrotu zbliża się do dna koła, woda uwięziona w wiadrach wypływa poniżej.Gdy puste wiadro jest przymocowane do koła, obraca się wraz z kołem, tak jak poprzednio, dopóki nie wróci na górę, gotowe do napełnienia większą ilością wody, a cykl się powtarza.
Tym razem różnica polega na tym, że ścieki opróżnione z obracającego się wiadra spływają w kierunku obracającego się koła (ponieważ nie ma dokąd pójść), podobnie jak zasada podsiębiernego koła wodnego.Tak więc główną zaletą koła wodnego typu pitchback jest to, że wykorzystuje energię wody dwukrotnie, raz z góry i raz z dołu, aby obrócić koło wokół jego osi środkowej.
W rezultacie wydajność konstrukcji koła wodnego jest znacznie zwiększona do ponad 80% energii wody, ponieważ jest ona napędzana zarówno ciężarem grawitacyjnym wpływającej wody, jak i siłą lub ciśnieniem wody kierowanej do wiader z góry, ponieważ jak również przepływ ścieków poniżej napierający na wiadra.Wadą koła wodnego typu pitchback jest to, że wymaga nieco bardziej złożonego układu zaopatrzenia w wodę bezpośrednio nad kołem ze zsypami i zagłębieniami.
Projekt koła wodnego Breastshot
Konstrukcja koła wodnego Breastshot to kolejna konstrukcja koła wodnego montowana pionowo, w której woda wpływa do wiader mniej więcej w połowie wysokości na wysokości osi lub tuż nad nią, a następnie wypływa na dole w kierunku obrotu kół.Ogólnie rzecz biorąc, koło wodne typu chestshot jest używane w sytuacjach, w których wysokość słupa wody jest niewystarczająca, aby zasilić projekt koła wodnego typu overshot lub pitchback z góry.
Wadą jest to, że ciężar grawitacyjny wody jest używany tylko przez około jedną czwartą obrotu, w przeciwieństwie do poprzedniego, który był używany przez połowę obrotu.Aby pokonać tę niską wysokość głowy, łyżki z kołami wodnymi są szersze, aby wydobyć z wody wymaganą ilość energii potencjalnej.
Koła wodne Breastshot wykorzystują mniej więcej ten sam ciężar grawitacyjny wody do obracania koła, ale ponieważ wysokość głowicy wody jest około połowa wysokości typowego koła wodnego nasiębiernego, wiadra są znacznie szersze niż poprzednie konstrukcje koła wodnego, aby zwiększyć objętość wody złapany w wiadra.Wadą tego typu konstrukcji jest zwiększenie szerokości i ciężaru wody przenoszonej przez każde wiadro.Podobnie jak w przypadku konstrukcji pitchback, koło piersiowe wykorzystuje energię wody dwukrotnie, ponieważ koło wodne jest zaprojektowane tak, aby siedzieć w wodzie, umożliwiając ściekom pomoc w obrocie koła, gdy spływa z prądem.
Wytwarzaj energię elektryczną za pomocą koła wodnego
Historycznie koła wodne były używane do mielenia mąki, zbóż i innych podobnych zadań mechanicznych.Ale koła wodne mogą być również wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej, zwanej systemem Hydro Power.Podłączając generator elektryczny do wału obrotowego kół wodnych, bezpośrednio lub pośrednio za pomocą pasów napędowych i kół pasowych, koła wodne mogą być wykorzystywane do ciągłego wytwarzania energii przez 24 godziny na dobę, w przeciwieństwie do energii słonecznej.Jeśli koło wodne jest prawidłowo zaprojektowane, mały lub „mikro” system hydroelektryczny może wytworzyć wystarczającą ilość energii elektrycznej do zasilania oświetlenia i/lub urządzeń elektrycznych w przeciętnym domu.
Poszukaj generatorów z kołem wodnym zaprojektowanych w celu uzyskania optymalnej mocy przy stosunkowo niskich prędkościach.W przypadku małych projektów mały silnik prądu stałego może być używany jako generator o niskiej prędkości lub alternator samochodowy, ale są one zaprojektowane do pracy przy znacznie wyższych prędkościach, więc może być wymagana pewna forma przekładni.Generator turbiny wiatrowej jest idealnym generatorem koła wodnego, ponieważ został zaprojektowany do pracy z niską prędkością i wysoką mocą.
Jeśli w pobliżu Twojego domu lub ogrodu znajduje się dość szybko płynąca rzeka lub strumień, z którego możesz skorzystać, mała elektrownia wodna może być lepszą alternatywą dla innych form odnawialnych źródeł energii, takich jak „Energia wiatrowa” lub „Energia słoneczna”. ”, ponieważ ma znacznie mniejszy wpływ wizualny.Podobnie jak energia wiatrowa i słoneczna, z podłączonym do sieci małym systemem generującym koło wodne, podłączonym do lokalnej sieci energetycznej, każda energia elektryczna, którą wytwarzasz, ale której nie używasz, może zostać odsprzedana firmie energetycznej.
W następnym samouczku o energii wodnej przyjrzymy się różnym dostępnym typom turbin, które moglibyśmy dołączyć do naszego projektu koła wodnego do wytwarzania energii wodnej.Aby uzyskać więcej informacji o konstrukcji koła wodnego i sposobach wytwarzania własnej energii elektrycznej przy użyciu energii wody lub uzyskać więcej informacji na temat energii wodnej o różnych dostępnych projektach koła wodnego lub poznać zalety i wady energii wodnej, kliknij tutaj, aby zamówić kopię od Amazona o zasadach i budowie kół wodnych, które można wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej.
Czas publikacji: 25 czerwca-2021
