Конструкція водяного колеса для гідроенергетики
гідроенергія iconГідроенергетика — це технологія, яка перетворює кінетичну енергію води, що рухається, в механічну або електричну енергію, і одним із найперших пристроїв, які використовувалися для перетворення енергії руху води в придатну для використання, був проект Waterwheel Design.
Конструкція водяного колеса розвивалася з часом: деякі водяні колеса орієнтовані вертикально, деякі горизонтально, а деякі з прикріпленими складними шківами та шестернями, але всі вони призначені для виконання однієї і тієї ж функції, і це також «перетворення лінійного руху води, що рухається в обертальний рух, який можна використовувати для приводу будь-якого механізму, підключеного до нього через обертовий вал».
Типова конструкція водяного колеса
Рання конструкція водяного колеса були досить примітивними і простими машинами, що складалися з вертикального дерев’яного колеса з дерев’яними лезами або відрами, рівномірно закріпленими по окружності, і всі вони підтримувалися на горизонтальному валу з силою води, що тече під ним, штовхаючи колесо в тангенціальному напрямку до лопатей. .
Ці вертикальні водяні колеса значно перевершували попередні горизонтальні водяні колеса, розроблені стародавніми греками та єгиптянами, оскільки вони могли працювати більш ефективно, переводячи імпульс рухомої води в силу.Потім до водяного колеса прикріплювали шківи і зубчасті колеса, що дозволяло змінювати напрямок обертового валу з горизонтального на вертикальний для роботи з жорнами, пилкою, дробленням руди, штампуванням і різанням тощо.
Типи конструкції водяного колеса
Більшість водяних коліс, також відомих як водяні млини або просто водяні колеса, є вертикально встановленими колесами, що обертаються навколо горизонтальної осі, і ці типи водяних коліс класифікуються за способом подачі води на колесо відносно осі колеса.Як ви можете очікувати, водяні колеса - це відносно великі машини, які обертаються з малими кутовими швидкостями і мають низький ККД через втрати від тертя та неповне заповнення ковшів тощо.
Дія води, що штовхає ковші або лопаті на колеса, розвиває крутний момент на осі, але, направляючи воду на ці лопаті та ковші з різних положень на колесі, швидкість обертання та його ефективність можна покращити.Два найпоширеніших типи конструкцій водяного колеса – це «водяне колесо з недоскоком» і «водяне колесо з перевитком».
Дизайн водяного колеса Undershot
Конструкція водяного колеса Undershot, також відома як «потокове колесо», була найбільш часто використовуваним типом водяного колеса, розробленого стародавніми греками та римлянами, оскільки це найпростіший, найдешевший і найлегший у конструюванні тип колеса.
У цьому типі конструкції водяного колеса колесо просто поміщається прямо в річку з швидким течією і підтримується зверху.Рух води внизу створює штовхаючу дію проти занурених лопатей на нижній частині колеса, що дозволяє йому обертатися тільки в одному напрямку відносно напрямку потоку води.
Цей тип конструкції водяного колеса зазвичай використовується на рівнинних ділянках без природного ухилу землі або там, де потік води рухається досить швидко.У порівнянні з іншими конструкціями водяного колеса, цей тип конструкції дуже неефективний, оскільки для фактичного обертання колеса використовується лише 20% потенційної енергії води.Також енергія води використовується лише один раз для обертання колеса, після чого вона відтікає разом з рештою води.
Ще одним недоліком водяного колеса з підшкіркою є те, що воно вимагає великої кількості води, яка рухається на швидкості.Таким чином, занижені водяні колеса зазвичай розташовуються на берегах річок, оскільки менші струмки або струмки не мають достатньої потенціальної енергії в рухомій воді.
Один із способів дещо підвищити ефективність водяного колеса з недоскоком — відвести відсоток води в річці уздовж вузького каналу або протоки, щоб 100% відведеної води використовувалося для обертання колеса.Для того щоб досягти цього, колесо підшкірки має бути вузьким і дуже точно вписуватися в канал, щоб запобігти витікання води з боків або збільшенням кількості або розміру лопатей.
Дизайн водяного колеса Overshot
Дизайн водяного колеса Overshot є найпоширенішим типом конструкції водяного колеса.Водяне колесо з перекосом є складнішим за своєю конструкцією та конструкцією, ніж попереднє водяне колесо з недоскоком, оскільки воно використовує відра або невеликі відсіки як для лову, так і для утримання води.
Ці відра заповнюються водою, яка надходить у верхній частині колеса.Гравітаційна вага води в повних відрах змушує колесо обертатися навколо своєї центральної осі, оскільки порожні відра з іншого боку колеса стають легшими.
Цей тип водяного колеса використовує силу тяжіння для підвищення продуктивності, а також саму воду, тому водяні колеса з перекосом є набагато ефективнішими, ніж конструкції з недоскоком, оскільки майже вся вода та її вага використовуються для виробництва вихідної потужності.Однак, як і раніше, енергія води використовується лише один раз для обертання колеса, після чого вона відтікає разом з рештою води.
Водяні колеса перекидання підвішуються над річкою або струмком і зазвичай будуються на боках пагорбів, що забезпечують подачу води зверху з низьким напором (вертикальна відстань між водою у верхній частині та річкою або струмком внизу) від 5 до -20 метрів.Можна побудувати невелику дамбу або водослив, які використовуватимуться як для наведення, так і для збільшення швидкості води до верхньої частини колеса, надаючи їй більше енергії, але обертанню колеса допомагає об’єм води, а не її швидкість.
Як правило, водяні колеса з пропуском будуються настільки, наскільки це можливо, щоб забезпечити найбільшу можливу відстань напору для гравітаційної ваги води, яка обертає колесо.Однак водяні колеса великого діаметру є більш складними та дорогими у виготовленні через вагу колеса та води.
Коли окремі відра наповнені водою, гравітаційна вага води змушує колесо обертатися в напрямку потоку води.Коли кут повороту наближається до нижньої частини колеса, вода всередині ковша вливається в річку або потік внизу, але вага ковшів, що обертаються за ним, змушує колесо продовжувати обертатися зі своєю швидкістю.Порожнє відро продовжує обертатися навколо обертового колеса, поки воно знову не підніметься вгору, готове до наповнення водою, і цикл повторюється.Одним з недоліків конструкції водяного колеса з оверсотом є те, що вода використовується лише один раз, коли вона протікає через колесо.
Конструкція водяного колеса Pitchback
Конструкція водяного колеса Pitchback є варіацією попереднього водяного колеса з перевищенням, оскільки воно також використовує гравітаційну вагу води, щоб допомогти обертати колесо, але також використовує потік стічної води під ним, щоб дати додатковий поштовх.У цьому типі конструкції водяного колеса використовується система подачі з низьким напором, яка забезпечує подачу води біля верхньої частини колеса з жолоба вище.
На відміну від водяного колеса, яке направляє воду прямо через колесо, змушуючи його обертатися в напрямку потоку води, водяне колесо з відступом подає воду вертикально вниз через воронку і в відро внизу, змушуючи колесо обертатися в протилежному напрямку. напрямок потоку води вище.
Так само, як і попереднє водяне колесо, гравітаційна вага води у відрах змушує колесо обертатися, але проти годинникової стрілки.Коли кут повороту наближається до нижньої частини колеса, вода, що утримується всередині відер, виливається внизу.Оскільки порожнє відро прикріплено до колеса, воно продовжує обертатися разом з колесом, як і раніше, доки воно знову не підніметься вгору, готове до наповнення водою, і цикл повторюється.
Різниця цього разу полягає в тому, що стічна вода, що виливається з обертового ковша, стікає в напрямку обертового колеса (оскільки йому більше нікуди подітися), подібно до основного водяного колеса, що обертається.Таким чином, головна перевага водяного колеса катчбека полягає в тому, що воно використовує енергію води двічі, один раз зверху і один раз знизу, щоб обертати колесо навколо своєї центральної осі.
Результатом є те, що ефективність конструкції водяного колеса значно збільшується до понад 80% енергії води, оскільки вона обумовлена як гравітаційною вагою води, що надходить, так і силою або тиском води, спрямованої у відра зверху, як а також потік стічної води, що тисне на відра.Недоліком водяного колеса катчбека є те, що воно потребує дещо складнішої системи подачі води безпосередньо над колесом із жолобами та жолобами.
Дизайн водяного колеса Breastshot
Конструкція водяного колеса Breastshot — це інша вертикально встановлена конструкція водяного колеса, де вода надходить у відра приблизно на половині шляху вгору на висоті осі або трохи вище, а потім витікає внизу в напрямку обертання коліс.Як правило, водяне колесо з браслетом використовується в ситуаціях, коли напор води недостатній для приводу конструкції водяного колеса овершота або відступу зверху.
Недоліком тут є те, що гравітаційна вага води використовується лише приблизно на одну чверть обертання, на відміну від попереднього, який був для половини обертання.Щоб подолати таку низьку висоту напору, ковші водяних коліс зроблені ширшими, щоб витягти з води необхідну кількість потенційної енергії.
Водяні колеса для брикету використовують приблизно ту саму вагу води, щоб обертати колесо, але оскільки висота водяного колеса приблизно вдвічі менша, ніж у типового водяного колеса, відра набагато ширше, ніж попередні конструкції водяного колеса, щоб збільшити об’єм води. потрапив у відра.Недоліком такого типу конструкції є збільшення ширини і ваги води, що переноситься кожним відром.Як і у випадку з конструкцією «пітчбек», брикет-колесо використовує енергію води двічі, оскільки водяне колесо сконструйовано так, щоб сидіти у воді, дозволяючи стічній воді допомагати обертанню колеса, коли вона стікає за течією.
Виробляйте електроенергію за допомогою водяного колеса
Історично водяні колеса використовувалися для подрібнення борошна, круп та інших подібних механічних завдань.Але водяні колеса також можуть використовуватися для виробництва електроенергії, яка називається гідроенергетичною системою.Підключивши електричний генератор до обертового валу водяних коліс, прямо чи опосередковано за допомогою приводних ременів і шківів, водяні колеса можна використовувати для безперервної генерації електроенергії 24 години на добу, на відміну від сонячної енергії.Якщо водяне колесо спроектовано правильно, невелика або «мікро» гідроелектростанція може виробляти достатньо електроенергії для живлення освітлення та/або електроприладів у середньому будинку.
Шукайте генератори водяних коліс, розроблені для отримання оптимальної продуктивності на відносно низьких швидкостях.Для невеликих проектів невеликий двигун постійного струму можна використовувати як низькошвидкісний генератор або автомобільний генератор, але вони розроблені для роботи на набагато більших швидкостях, тому може знадобитися певна форма передачі.Вітрогенератор є ідеальним генератором з водяним колесом, оскільки він розроблений для роботи з низькою швидкістю та високою продуктивністю.
Якщо поблизу вашого будинку або саду є досить швидкоплинна річка або потік, який ви можете використовувати, то невелика гідроелектростанція може бути кращою альтернативою іншим видам відновлюваних джерел енергії, таким як «енергія вітру» або «сонячна енергія». », оскільки він має набагато менший візуальний вплив.Так само, як вітрова та сонячна енергія, з підключеною до мережі невеликим водяним колесом, розробленою генеруючою системою, підключеною до місцевої комунальної мережі, будь-яку електроенергію, яку ви виробляєте, але не використовуєте, можна продати назад електричній компанії.
У наступному підручнику про Hydro Energy ми розглянемо різні типи доступних турбін, які ми можемо приєднати до нашої конструкції водяного колеса для виробництва гідроенергії.Щоб отримати додаткову інформацію про дизайн водяного колеса та про те, як виробляти власну електроенергію за допомогою сили води, або отримати більше інформації про гідроенергію про різні доступні конструкції водяного колеса, або вивчити переваги та недоліки гідроенергії, натисніть тут, щоб замовити свою копію від Amazon сьогодні про принципи та конструкцію водяних коліс, які можна використовувати для виробництва електроенергії.
Час розміщення: 25.06.2021
