Dizajn vodného kolesa pre vodnú energiu
ikona vodnej energieHydroenergia je technológia, ktorá premieňa kinetickú energiu pohybujúcej sa vody na mechanickú alebo elektrickú energiu a jedným z prvých zariadení používaných na premenu energie pohybujúcej sa vody na využiteľnú prácu bol dizajn vodného kolesa.
Dizajn vodného kolesa sa postupom času vyvíjal s niektorými vodnými kolesami orientovanými vertikálne, niektorými horizontálne a niektorými s prepracovanými kladkami a ozubenými kolesami, ale všetky sú navrhnuté tak, aby vykonávali rovnakú funkciu a to znamená „previesť lineárny pohyb pohybujúcej sa vody na rotačný pohyb, ktorý možno použiť na pohon akéhokoľvek strojového zariadenia, ktoré je k nemu pripojené prostredníctvom rotujúceho hriadeľa“.
Typický dizajn vodného kolesa
Raný dizajn vodného kolesa boli celkom primitívne a jednoduché stroje pozostávajúce z vertikálneho dreveného kolesa s drevenými čepeľami alebo vedierkami pripevnenými rovnomerne po obvode, všetko podopreté na vodorovnom hriadeli, pričom sila vody prúdiacej pod ním tlačila koleso v tangenciálnom smere proti čepeliam. .
Tieto vertikálne vodné kolesá boli oveľa lepšie ako predchádzajúce horizontálne vodné kolesá starovekých Grékov a Egypťanov, pretože mohli fungovať efektívnejšie a premieňať hybnosť pohybujúcej sa vody na silu.K vodnému kolesu boli potom pripevnené remenice a prevody, ktoré umožňovali zmenu smeru otáčania hriadeľa z horizontálneho na vertikálny, aby bolo možné ovládať mlynské kamene, pílenie dreva, drvenie rudy, razenie a rezanie atď.
Typy konštrukcie vodného kolesa
Väčšina vodných kolies, tiež známych ako vodné mlyny alebo jednoducho vodné kolesá, sú vertikálne namontované kolesá otáčajúce sa okolo horizontálnej osi a tieto typy vodných kolies sú klasifikované podľa spôsobu, akým je voda aplikovaná na koleso vo vzťahu k osi kolesa.Ako môžete očakávať, vodné kolesá sú relatívne veľké stroje, ktoré sa otáčajú nízkou uhlovou rýchlosťou a majú nízku účinnosť v dôsledku strát trením a neúplného naplnenia vedier atď.
Pôsobením vody, ktorá tlačí na lopatky alebo lopatky kolies, sa vyvíja krútiaci moment na náprave, ale nasmerovaním vody na tieto lopatky a lopatky z rôznych pozícií na koliesku sa môže zvýšiť rýchlosť otáčania a jej účinnosť.Dva najbežnejšie typy konštrukcie vodného kolesa sú „vodné koleso s predpätím“ a „vodné koleso s predpätím“.
Dizajn vodného kolesa v predklone
Dizajn vodného kolesa Undershot, tiež známy ako „prúdové koleso“, bol najbežnejšie používaným typom vodného kolesa, ktoré navrhli starí Gréci a Rimania, keďže ide o najjednoduchší, najlacnejší a najjednoduchší typ kolesa na konštrukciu.
Pri tomto type konštrukcie vodného kolesa sa koleso jednoducho umiestni priamo do rýchlo tečúcej rieky a podopiera sa zhora.Pohyb vody pod ňou vytvára tlačný účinok proti ponoreným lopatkám na spodnej časti kolesa, čo umožňuje otáčať sa iba jedným smerom vzhľadom na smer toku vody.
Tento typ konštrukcie vodného kolesa sa všeobecne používa v rovinatých oblastiach bez prirodzeného sklonu pozemku alebo tam, kde sa prúd vody pohybuje dostatočne rýchlo.V porovnaní s inými konštrukciami vodného kolesa je tento typ konštrukcie veľmi neefektívny, pričom na skutočné otáčanie kolesa sa spotrebuje len 20 % potenciálnej energie vody.Energia vody sa tiež použije iba raz na otočenie kolesa, potom odtečie spolu so zvyškom vody.
Ďalšou nevýhodou vodného kolesa s podkopom je, že vyžaduje veľké množstvo vody pohybujúcej sa rýchlosťou.Preto sú vodné kolesá s podpätím zvyčajne umiestnené na brehoch riek, pretože menšie potoky alebo potoky nemajú dostatok potenciálnej energie v pohybujúcej sa vode.
Jedným zo spôsobov, ako mierne zlepšiť účinnosť vodného kolesa s nedosahom, je odviesť určité percento vody v rieke pozdĺž úzkeho kanála alebo kanála tak, aby sa 100 % odklonenej vody použilo na otáčanie kolesa.Aby sa to dosiahlo, musí byť podkopové koleso úzke a veľmi presne zapadnúť do kanála, aby sa zabránilo úniku vody po stranách alebo zvýšením počtu alebo veľkosti lopatiek.
Dizajn presahujúceho vodného kolesa
Overshot Water Wheel Design je najbežnejším typom dizajnu vodného kolesa.Vodné koleso s prepadom je komplikovanejšie vo svojej konštrukcii a dizajne ako predchádzajúce vodné koleso s predkusom, pretože používa vedrá alebo malé priehradky na zachytávanie a zadržiavanie vody.
Tieto vedrá sa plnia vodou, ktorá prúdi v hornej časti kolesa.Gravitačná váha vody v plných vedrách spôsobuje, že sa koleso otáča okolo svojej stredovej osi, keď sa prázdne vedrá na druhej strane kolesa stávajú ľahšími.
Tento typ vodného kolesa využíva gravitáciu na zlepšenie výkonu, ako aj vody samotnej, takže vodné kolesá s presahom sú oveľa efektívnejšie ako konštrukcie s podkopom, pretože takmer všetka voda a jej hmotnosť sa využíva na výrobu výstupného výkonu.Avšak ako predtým, energia vody sa použije iba raz na otočenie kolesa, potom odtečie spolu so zvyškom vody.
Presahujúce vodné kolesá sú zavesené nad riekou alebo potokom a sú zvyčajne postavené na stranách kopcov, ktoré poskytujú prívod vody zhora s nízkym spádom (vertikálna vzdialenosť medzi vodou na vrchu a riekou alebo potokom pod ním) medzi 5 až -20 metrov.Je možné postaviť malú priehradu alebo hrádzu a použiť ju na odvádzanie a zvýšenie rýchlosti vody na vrchol kolesa, čím získa viac energie, ale je to skôr objem vody než jej rýchlosť, ktorá pomáha otáčať koleso.
Vo všeobecnosti sa vodné kolesá s presahom stavajú čo najväčšie, aby poskytli najväčšiu možnú vzdialenosť hlavy pre gravitačnú váhu vody na otáčanie kolesa.Vodné kolesá s veľkým priemerom sú však komplikovanejšie a nákladnejšie na konštrukciu kvôli hmotnosti kolesa a vody.
Keď sú jednotlivé vedrá naplnené vodou, gravitačná váha vody spôsobí otáčanie kolesa v smere toku vody.Keď sa uhol otáčania približuje k spodnej časti kolesa, voda vo vnútri vedra vyteká do rieky alebo potoka pod ním, ale hmotnosť vedier rotujúcich za ňou spôsobí, že koleso pokračuje vo svojej rýchlosti otáčania.Prázdne vedierko pokračuje okolo otáčajúceho sa kolesa, kým sa nedostane späť nahor opäť pripravené na naplnenie vodou a cyklus sa opakuje.Jednou z nevýhod konštrukcie s presahom vodného kolesa je, že voda sa použije len raz, keď pretečie cez koleso.
Dizajn vodného kolesa Pitchback
Dizajn vodného kolesa Pitchback je variáciou predchádzajúceho vodného kolesa, pretože tiež využíva gravitačnú váhu vody na pomoc pri otáčaní kolesa, ale využíva aj tok odpadovej vody pod ním na zvýšenie tlaku.Tento typ konštrukcie vodného kolesa využíva systém prívodu s nízkou hlavou, ktorý poskytuje vodu v blízkosti hornej časti kolesa z žľabu vyššie.
Na rozdiel od presahujúceho vodného kolesa, ktoré nasmerovalo vodu priamo cez koleso, čo spôsobilo jeho otáčanie v smere toku vody, vodné koleso s predklonom privádza vodu zvisle nadol cez lievik a do vedra pod ním, čím sa koleso otáča opačne. smerom k prúdu vody nad ním.
Rovnako ako predchádzajúce vodné koleso, gravitačná váha vody vo vedrách spôsobuje, že sa koleso otáča, ale proti smeru hodinových ručičiek.Keď sa uhol otáčania približuje k spodnej časti kolesa, voda zachytená vo vedrách vyteká dole.Keď je prázdna nádoba pripevnená ku kolesu, pokračuje v rotácii s kolesom ako predtým, kým sa nedostane späť nahor a opäť pripravené na naplnenie vodou a cyklus sa opakuje.
Rozdiel je tentokrát v tom, že odpadová voda vyprázdňovaná z rotujúceho vedra odteká v smere rotujúceho kolesa (keďže už nemá kam ísť), podobne ako princíp podstreku vodného kolesa.Hlavnou výhodou vodného kolesa so spätným chodom je teda to, že využíva energiu vody dvakrát, raz zhora a raz zdola na otáčanie kolesa okolo jeho stredovej osi.
Výsledkom je, že účinnosť konštrukcie vodného kolesa sa výrazne zvýši na viac ako 80 % energie vody, pretože je poháňaná gravitačnou hmotnosťou prichádzajúcej vody a silou alebo tlakom vody nasmerovanej zhora do vedier. ako aj tok odpadovej vody zospodu, ktorý tlačí na vedrá.Nevýhodou vodného kolesa so spätným chodom je, že potrebuje trochu zložitejšie usporiadanie prívodu vody priamo nad kolesom so sklzmi a žľabmi.
Dizajn vodného kolesa Breastshot
Breastshot Water Wheel Design je ďalší vertikálne namontovaný dizajn vodného kolesa, kde voda vstupuje do vedier približne v polovici výšky nápravy alebo tesne nad ňou a potom vyteká dole v smere otáčania kolies.Vo všeobecnosti sa vodné koleso na prsiach používa v situáciách, keď výška vody nie je dostatočná na to, aby poháňala dizajn vodného kolesa s presahom alebo sklonom zhora.
Nevýhodou je, že gravitačná váha vody sa využíva len asi na jednu štvrtinu rotácie na rozdiel od predchádzajúcej, ktorá bola polovičná.Na prekonanie tejto nízkej výšky hlavy sú lopaty vodných kolies rozšírené, aby extrahovali potrebné množstvo potenciálnej energie z vody.
Vodné kolesá Breastshot využívajú na otáčanie kolesa približne rovnakú gravitačnú hmotnosť vody, ale keďže výška vody je približne polovičná v porovnaní s typickým vodným kolesom, vedrá sú oveľa širšie ako predchádzajúce návrhy vodných kolies, aby sa zväčšil objem vody. zachytené vo vedrách.Nevýhodou tohto typu konštrukcie je zväčšenie šírky a hmotnosti vody prenášanej každým vedrom.Rovnako ako v prípade pitchback dizajnu, prsné koleso využíva energiu vody dvakrát, pretože vodné koleso je navrhnuté tak, aby sedelo vo vode, čo umožňuje odpadovej vode pomáhať pri otáčaní kolesa, keď steká po prúde.
Vytvorte elektrinu pomocou vodného kolesa
Historicky sa vodné kolesá používali na mletie múky, obilnín a iných podobných mechanických úloh.Vodné kolesá sa však dajú použiť aj na výrobu elektriny, nazývanej hydroelektrický systém.Pripojením elektrického generátora k otočnému hriadeľu vodných kolies, či už priamo alebo nepriamo pomocou hnacích remeňov a kladiek, možno vodné kolesá využívať na výrobu energie nepretržite 24 hodín denne na rozdiel od slnečnej energie.Ak je vodné koleso správne navrhnuté, malý alebo „mikro“ hydroelektrický systém môže produkovať dostatok elektriny na napájanie osvetlenia a/alebo elektrických spotrebičov v priemernom dome.
Hľadajte generátory vodného kolesa navrhnuté tak, aby produkovali optimálny výkon pri relatívne nízkych rýchlostiach.Pre malé projekty možno použiť malý jednosmerný motor ako nízkorýchlostný generátor alebo automobilový alternátor, ale tieto sú navrhnuté tak, aby pracovali pri oveľa vyšších rýchlostiach, takže môže byť potrebná určitá forma prevodu.Generátor veternej turbíny je ideálny generátor vodného kolesa, pretože je navrhnutý pre prevádzku s nízkou rýchlosťou a vysokým výkonom.
Ak je v blízkosti vášho domu alebo záhrady pomerne rýchlo tečúca rieka alebo potok, ktorý môžete použiť, potom môže byť malý vodný systém lepšou alternatívou k iným formám obnoviteľných zdrojov energie, ako je „veterná energia“ alebo „slnečná energia“. “, pretože má oveľa menší vizuálny vplyv.Rovnako ako veterná a solárna energia, s malým vodným kolesom napojeným na elektrickú sústavu, ktorá je napojená na miestnu rozvodnú sieť, akákoľvek elektrická energia, ktorú vyrobíte, ale nevyužijete, môže byť predaná späť elektrárenskej spoločnosti.
V ďalšom návode o vodnej energii sa pozrieme na rôzne typy dostupných turbín, ktoré by sme mohli pripojiť k nášmu dizajnu vodného kolesa na výrobu vodnej energie.Ak chcete získať viac informácií o dizajne vodného kolesa a o tom, ako si vyrobiť vlastnú elektrinu pomocou sily vody, alebo získať viac informácií o vodnej energii o rôznych dostupných dizajnoch vodného kolesa alebo preskúmať výhody a nevýhody vodnej energie, kliknite sem a objednajte si kópiu od Amazonu dnes o princípoch a konštrukcii vodných kolies, ktoré možno použiť na výrobu elektriny.
Čas odoslania: 25. júna 2021
