Zasnova vodnega kolesa za hidroenergijo
ikona hidroenergijeHydro energy je tehnologija, ki pretvarja kinetično energijo premikajoče se vode v mehansko ali električno energijo, ena najzgodnejših naprav, ki so se uporabljale za pretvorbo energije premikajoče se vode v uporabno delo, pa je bila Waterwheel Design.
Zasnova vodnih koles se je sčasoma razvila z nekaterimi vodnimi kolesi, usmerjenimi navpično, nekaterimi vodoravno in nekaterimi s pritrjenimi škripci in zobniki, vendar so vsi zasnovani tako, da opravljajo isto funkcijo in to je tudi "pretvorba linearnega gibanja gibljive vode v rotacijsko gibanje, ki se lahko uporablja za pogon katerega koli kosa stroja, ki je nanj povezan prek vrtljive gredi.
Tipična zasnova vodnega kolesa
Zgodnja zasnova vodnih koles so bili precej primitivni in preprosti stroji, sestavljeni iz navpičnega lesenega kolesa z lesenimi rezili ali vedri, pritrjenimi enako po obodu, ki so bili vsi podprti na vodoravni gredi s silo vode, ki teče pod njim, in potiska kolo v tangencialni smeri proti rezilam. .
Ta navpična vodna kolesa so bila bistveno boljša od prejšnjega horizontalnega vodnega kolesa, ki so ga oblikovali stari Grki in Egipčani, ker so lahko delovali učinkoviteje in prevajali zagon gibajoče se vode v moč.Škripci in zobniki so bili nato pritrjeni na vodno kolo, ki je omogočalo spremembo smeri vrtljive gredi iz vodoravne v navpično, da bi lahko upravljali mlinske kamne, žago les, drobili rudo, žigosali in rezali itd.
Vrste oblikovanja vodnih koles
Večina vodnih koles, znanih tudi kot vodni mlini ali preprosto vodna kolesa, so navpično nameščena kolesa, ki se vrtijo okoli vodoravne osi, in te vrste vodnih koles so razvrščene glede na način, na katerega se voda nanaša na kolo, glede na os kolesa.Kot lahko pričakujete, so vodna kolesa razmeroma veliki stroji, ki se vrtijo pri nizkih kotnih hitrostih in imajo nizek izkoristek zaradi izgub zaradi trenja in nepopolnega polnjenja veder itd.
Delovanje vode, ki potiska na žlice ali lopatice koles, razvije navor na osi, vendar je mogoče z usmerjanjem vode na te lopatice in žlice iz različnih položajev na kolesu izboljšati hitrost vrtenja in njegovo učinkovitost.Dve najpogostejši vrsti oblikovanja vodnega kolesa sta "spodstreljeno vodno kolo" in "presečeno vodno kolo".
Zasnova vodnega kolesa Undershot
Zasnova vodnega kolesa Undershot, znana tudi kot "točno kolo", je bila najpogosteje uporabljena vrsta vodnega kolesa, ki so jo zasnovali stari Grki in Rimljani, saj je najpreprostejša, najcenejša in najlažja vrsta kolesa za izdelavo.
Pri tej vrsti zasnove vodnega kolesa je kolo preprosto postavljeno neposredno v hitro tekočo reko in podprto od zgoraj.Gibanje vode spodaj ustvarja potisno delovanje proti potopljenim lopatam na spodnjem delu kolesa, kar omogoča, da se vrti samo v eno smer glede na smer toka vode.
Ta vrsta zasnove vodnega kolesa se običajno uporablja na ravnih območjih brez naravnega naklona kopnega ali kjer se tok vode dovolj hitro premika.V primerjavi z drugimi zasnovami vodnih koles je ta vrsta zasnove zelo neučinkovita, saj se za dejansko vrtenje kolesa porabi le 20 % potencialne energije vode.Tudi energija vode se porabi samo enkrat za vrtenje kolesa, nato pa odteče skupaj s preostalo vodo.
Druga pomanjkljivost vodnega kolesa s podmetom je, da zahteva velike količine vode, ki se premika s hitrostjo.Zato se vodna kolesa s podstreljem običajno nahajajo na bregovih rek, saj manjši potoki ali potoki nimajo dovolj potencialne energije v gibajoči se vodi.
Eden od načinov za nekoliko izboljšanje učinkovitosti vodnega kolesa s premajhnim udarcem je preusmeritev odstotka vode v reki po ozkem kanalu ali kanalu, tako da se 100 % preusmerjene vode porabi za vrtenje kolesa.Da bi to dosegli, mora biti podstrelno kolo ozko in se zelo natančno prilegati v kanal, da prepreči uhajanje vode ob straneh ali s povečanjem števila ali velikosti lopatic.
Overshot Design Waterwheel
Zasnova vodnega kolesa Overshot je najpogostejša vrsta zasnove vodnega kolesa.Vodno kolo za premagovanje vodnega kolesa je v svoji konstrukciji in zasnovi bolj zapleteno kot prejšnje vodno kolo, saj uporablja vedra ali majhne predelke za zajemanje in zadrževanje vode.
Ta vedra se napolnijo z vodo, ki teče na vrhu kolesa.Gravitacijska teža vode v polnih vedrih povzroči, da se kolo vrti okoli svoje osrednje osi, ko prazna vedra na drugi strani kolesa postanejo lažja.
Ta vrsta vodnega kolesa uporablja gravitacijo za izboljšanje izhoda, pa tudi vodo samo, zato so vodna kolesa s prekomerno obremenitvijo veliko učinkovitejša od modelov s premajhnimi obremenitvami, saj se skoraj vsa voda in njena teža uporabljata za proizvodnjo izhodne moči.Vendar pa se energija vode kot prej porabi samo enkrat za vrtenje kolesa, nato pa odteče skupaj s preostalo vodo.
Overshot vodna kolesa so obešena nad reko ali potokom in so običajno zgrajena na straneh hribov, ki zagotavljajo oskrbo z vodo od zgoraj z nizko glavo (navpična razdalja med vodo na vrhu in reko ali potokom spodaj) med 5 in -20 metrov.Majhen jez ali jez je mogoče zgraditi in uporabiti za kanalizacijo in povečanje hitrosti vode do vrha kolesa, kar ji daje več energije, vendar je prostornina vode in ne njena hitrost, ki pomaga pri vrtenju kolesa.
Običajno so vodna kolesa s preskokom zgrajena čim večja, da zagotovijo največjo možno razdaljo glave za gravitacijsko težo vode, ki vrti kolo.Vendar pa so vodna kolesa velikega premera bolj zapletena in dražja za izdelavo zaradi teže kolesa in vode.
Ko so posamezna vedra napolnjena z vodo, gravitacijska teža vode povzroči, da se kolo vrti v smeri toka vode.Ko se kot vrtenja približa dnu kolesa, se voda v vedru izlije v reko ali potok spodaj, vendar teža žlic, ki se vrtijo za njim, povzroči, da kolo nadaljuje s svojo vrtilno hitrostjo.Prazno vedro se nadaljuje okoli vrtečega se kolesa, dokler se spet ne dvigne na vrh, pripravljeno, da ga napolnite z več vode in cikel se ponovi.Ena od pomanjkljivosti zasnove vodnega kolesa s preskokom je ta, da se voda porabi samo enkrat, ko teče čez kolo.
Zasnova vodnega kolesa Pitchback
Zasnova vodnega kolesa Pitchback je različica prejšnjega vodnega kolesa, saj uporablja tudi gravitacijsko težo vode, da pomaga pri vrtenju kolesa, uporablja pa tudi tok odpadne vode pod njim, da dodatno spodbudi.Ta vrsta zasnove vodnega kolesa uporablja sistem za dovod z nizko glavo, ki zagotavlja vodo blizu vrha kolesa iz žleba zgoraj.
Za razliko od nadstrelnega vodnega kolesa, ki je usmerjalo vodo neposredno preko kolesa, kar je povzročilo, da se vrti v smeri toka vode, vodno kolo s preskokom dovaja vodo navpično navzdol skozi lij in v vedro spodaj, kar povzroči, da se kolo vrti v nasprotni smeri. smer toka vode zgoraj.
Tako kot prejšnje vodno kolo, gravitacijska teža vode v vedrih povzroči, da se kolo vrti, vendar v nasprotni smeri urnega kazalca.Ko se kot vrtenja približa dnu kolesa, se voda, ujeta v vedrih, izprazni spodaj.Ko je prazno vedro pritrjeno na kolo, se še naprej vrti s kolesom kot prej, dokler se ponovno ne dvigne na vrh, pripravljeno, da ga napolnite z več vode in cikel se ponovi.
Tokratna razlika je v tem, da odpadna voda, ki se izprazni iz vrtljivega vedra, odteka v smeri vrtljivega kolesa (ker nima kam drugam), podobno kot pri principu podstrelnega vodnega kolesa.Tako je glavna prednost vodnega kolesa s povratnim udarcem ta, da dvakrat uporablja energijo vode, enkrat od zgoraj in enkrat od spodaj, da zavrti kolo okoli svoje osrednje osi.
Rezultat je, da se učinkovitost zasnove vodnega kolesa močno poveča na več kot 80 % vodne energije, saj jo poganjata tako gravitacijska teža vhodne vode kot tudi sila ali pritisk vode, usmerjene v vedra od zgoraj, kot je kot tudi tok odpadne vode, ki pritiska na vedra.Pomanjkljivost vodnega kolesa z zamašitvijo je, da potrebuje nekoliko bolj zapleteno razporeditev oskrbe z vodo neposredno nad kolesom z žlebovi in žlebovi.
Zasnova vodnega kolesa Breastshot
Zasnova vodnega kolesa Breastshot je še ena navpično nameščena zasnova vodnega kolesa, kjer voda vstopa v žlice približno na polovici poti navzgor na višini osi ali tik nad njo in nato izteka na dnu v smeri vrtenja koles.Na splošno se vodno kolo za prsni udar uporablja v situacijah, ko višina vode ne zadostuje za pogon overshot ali pitchback zasnove vodnega kolesa od zgoraj.
Pomanjkljivost tukaj je, da se gravitacijska teža vode uporablja le za približno eno četrtino vrtenja, za razliko od prej, ki je bila za polovico vrtenja.Za premagovanje te nizke višine glave so žlice vodnih koles širše, da iz vode izvlečejo potrebno količino potencialne energije.
Breastshot vodna kolesa uporabljajo približno enako gravitacijsko težo vode za vrtenje kolesa, a ker je višina glave vode približno polovica manjše od tipičnega vodnega kolesa, so žlice veliko širše od prejšnjih modelov vodnih koles, da povečajo prostornino vode. ujeti v vedra.Pomanjkljivost te vrste zasnove je povečanje širine in teže vode, ki jo prenaša vsako vedro.Tako kot pri zasnovi zadaj, prsno kolo uporablja energijo vode dvakrat, saj je vodno kolo zasnovano tako, da sedi v vodi, kar omogoča, da odpadna voda pomaga pri vrtenju kolesa, ko odteka navzdol po toku.
Ustvarjanje električne energije z vodnim kolesom
V preteklosti so bila vodna kolesa uporabljena za mletje moke, žit in drugih podobnih mehanskih opravil.Toda vodna kolesa se lahko uporabljajo tudi za proizvodnjo električne energije, imenovane Hydro Power sistem.S priključitvijo električnega generatorja na vrtljivo gred vodnih koles, neposredno ali posredno z uporabo pogonskih jermenov in jermenic, se lahko vodna kolesa uporabljajo za neprekinjeno proizvodnjo energije 24 ur na dan za razliko od sončne energije.Če je vodno kolo pravilno zasnovano, lahko majhen ali "mikro" hidroelektrični sistem proizvede dovolj električne energije za napajanje razsvetljave in/ali električnih naprav v povprečnem domu.
Poiščite generatorje vodnih koles, ki so zasnovani tako, da ustvarijo optimalno moč pri relativno nizkih hitrostih.Pri majhnih projektih se lahko majhen enosmerni motor uporablja kot generator nizke hitrosti ali avtomobilski alternator, vendar so zasnovani za delo pri veliko višjih hitrostih, zato bo morda potrebna kakšna oblika prestav.Generator vetrne turbine je idealen generator vodnih koles, saj je zasnovan za nizko hitrost in visoko moč.
Če je v bližini vašega doma ali vrta dokaj hitro tekoča reka ali potok, ki ga lahko uporabljate, je lahko majhen hidroenergetski sistem boljša alternativa drugim oblikam obnovljivih virov energije, kot sta "energija vetra" ali "sončna energija". ” saj ima veliko manj vizualnega učinka.Prav tako kot vetrna in sončna energija, z majhnim vodnim kolesom, ki je povezan z omrežjem, zasnovanim proizvodnim sistemom, ki je povezan z lokalnim komunalnim omrežjem, lahko vso električno energijo, ki jo proizvedete, a ne porabite, prodate nazaj elektroenergetskemu podjetju.
V naslednji vadnici o hidroenergetiki si bomo ogledali različne vrste turbin, ki so na voljo, ki bi jih lahko priključili na našo zasnovo vodnega kolesa za proizvodnjo vodne energije.Za več informacij o oblikovanju vodnega kolesa in o tem, kako ustvariti lastno električno energijo z uporabo energije vode, ali pridobiti več informacij o vodni energiji o različnih oblikah vodnih koles, ki so na voljo, ali da raziščete prednosti in slabosti hidroenergije, kliknite tukaj, da naročite svoj izvod iz Amazona danes o načelih in konstrukciji vodnih koles, ki se lahko uporabljajo za proizvodnjo električne energije.
Čas objave: 25. junij 2021
