محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة هي محطة طاقة كهرومائية صغيرة تنتج كمية صغيرة من الطاقة الكهربائية.

مبدأ تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة

لا يختلف مبدأ تشغيل محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة عن مبدأ تشغيل محطات الطاقة الكبيرة. تتحرك مياه التكوينات المائية والنهر والبحيرة والخزان تحت تأثير الضغط الناتج عن كتلتها في اتجاه معين وتدخل في شفرات التوربينات الهيدروليكية. ينقل التوربين حركته الدورانية إلى الحركة الدورانية للمولد، مما ينتج تيارًا كهربائيًا.
يتم إنشاء ضغط المياه عن طريق بناء سد أو عن طريق التدفق الطبيعي للمياه، أو كليهما.

تصنيف الجهاز

تعتبر محطات الطاقة الكهرومائية التي تولد طاقة تصل إلى 5.0 ميجاوات صغيرة.
يتم تصنيف محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة الحالية حسب:

1. مبدأ التشغيل

• استخدام "دولاب الماء" - في هذه الحالة، يتم وضع عجلة الاستقبال في البيئة المائية الموازية لسطح الماء، ولكنها مغمورة جزئياً فقط. تؤدي كتل الماء، التي تمارس ضغطًا على شفرات العجلات، إلى دورانها، مما ينتقل إلى الحركة الدورانية للمولد.
• تصميم جارلاند - في هذا الإصدار من الجهاز، يتم وضع كابل من الجانبين المتقابلين، حيث يتم تثبيت الدوارات بشكل صارم. تتحرك كتل الماء تدريجيًا وتقوم بتدوير الدوارات. يتم نقل الحركة الدورانية للدوارات إلى الكابل، والذي بدوره يدور وينقل حركته الدورانية إلى الحركة الدورانية للمولد. تم تركيب المولد على الشاطئ.
• مع دوار Darrieus - أساس تشغيل الأجهزة من هذا النوع هو فرق الضغط على شفرات الدوار. يتم إنشاء فرق الضغط عن طريق تدفق الماء على الأسطح المعقدة للدوار.
• مع المروحة - مبدأ التشغيل مشابه لتشغيل مولد الرياح، مع اختلاف أنه في حالة محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة، يتم وضع الشفرات في بيئة مائية.

2. إمكانيات التطبيق

• الاستخدام الصناعي (180 كيلوواط وما فوق) - يستخدم لتزويد المؤسسات بالطاقة أو البيع للمستهلكين.
• الاستخدام التجاري (حتى 180 كيلوواط) - يتم استخدام المؤسسات الصغيرة كثيفة الاستهلاك للطاقة ومجموعات المنازل لتزويد الكهرباء.
• الاستخدام المنزلي (حتى 15 كيلوواط) - يستخدم لتزويد المنازل الفردية والمرافق الصغيرة بالطاقة.

3. حسب تصميم التوربين

• محوري - في وحدات هذا التصميم، يتحرك الماء على طول محور التوربين ويضرب الشفرات التي تبدأ في الدوران.
• شعاعي محوري - في هذا التصميم، يتحرك الماء في البداية بشكل شعاعي بالنسبة لمحور التوربين، ثم وفقًا لمحور دورانه.
• الدلو - يدخل الماء إلى سطح الدلو (الشفرة) من خلال الفوهات، وبفضلها تزداد سرعة الماء، ويضرب شفرة التوربين، وتدور التوربينة، ويتم تشغيل الشفرة التالية وتستمر العملية
• الشفرة الدوارة - تدور الشفرات حول محورها بالتزامن مع دوران التوربين.

4. وفقا لشروط التثبيت

إيجابيات وسلبيات الجهاز

تشمل فوائد الاستخدام ما يلي:

• السلامة البيئية للمنشآت من أجل البيئة؛
• مصدر لا ينضب من الطاقة؛
• انخفاض تكلفة الطاقة المولدة.
• استقلالية المنشآت
• موثوقية المنشآت
• عمر خدمة طويل.

تشمل عيوب الاستخدام ما يلي:

• خطر محتمل على سكان المسطحات المائية.
• إمكانية محدودة لشروط التثبيت التثبيت.

الشركات المصنعة للنباتات والمعدات

يعمل عدد محدود من الشركات في بلدنا وخارجها في إنتاج المعدات لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة. ويفسر ذلك الاستخدام المحدود لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة بسبب قلة توافر المسطحات المائية اللازمة، فضلا عن اتجاهات تطوير الطاقة في مختلف البلدان.

من الشركات الأجنبية التي تعمل بنجاح في هذا المجال من الأعمال هي

• "CINK Hydro-Energy" جمهورية التشيك - تنفذ مجموعة كاملة من الأعمال بدءًا من التصميم وتوريد المعدات وحتى التركيب والتشغيل للمنشآت.
• "الطاقة المائية الصغيرة" في الصين - تنتج وتبيع مجموعات المعدات للمنشآت الصغيرة للاستخدام المنزلي.
• الشركة الهندسية والفنية ذ.م.م "Gidroponics"، بيشكيك، قيرغيزستان. تنتج الشركة وتبيع مولدات الهيدروجين لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة.

في روسيا يعملون في هذا السوق

• شركة الطاقة المحدودة، موسكو. تدعم الشركة تطوير مصادر الطاقة البديلة. وفي مجال الطاقة الكهرومائية الصغيرة، تقدم الشركة مجموعة كاملة من الخدمات بدءًا من التصميم وحتى صيانة المنشآت المكتملة.
• الرابطة العلمية والتقنية المشتركة بين الصناعات "MNTO INSET"، سانت بطرسبرغ. يتمثل نشاط الشركة في تصميم وتطوير المعدات لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة وتصنيع وتركيب منتجاتها. يتضمن خط المنتج ما يلي:
  • محطة طاقة كهرومائية صغيرة مزودة بمروحة دافعة، بقدرة تتراوح من 5.0 إلى 100 كيلووات؛
  • محطة طاقة كهرومائية صغيرة ذات دافعة قطرية، بقدرة 20.0 كيلووات؛
  • محطة طاقة كهرومائية صغيرة مزودة بمروحة دلو بقدرة تصل إلى 180 كيلووات؛
  • الوحدات الهيدروليكية لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة.
• شركة "NPO Inversiya" يكاترينبرج. تنتج الشركة معدات ومجموعات لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة بقدرة تصل إلى 10 كيلووات.

افعل ذلك بنفسك محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة

لكي تصنعها بنفسك، تحتاج إلى البراعة والقدرة على العمل بيديك وجسم مائي،
وبعض الأشياء الصغيرة مثل مولد السيارة وعجلة من أي مركبة وآلية نقل الحركة (البكرات، التروس، التروس).

تحتاج أولاً إلى صنع عجلة مائية. للقيام بذلك، خذ عجلة من دراجة أو دراجة نارية أو سيارة. يتم تثبيت الشفرات على طول قطر العجلة؛ ولهذا يمكنك استخدام أي مادة، طالما أنها متينة ولا تنحني - الحديد، والخشب الرقائقي، والبلاستيك الصلب، والإيبونيت، وما إلى ذلك. من الأفضل تثبيته بوصلة مثبتة بمسامير حتى يمكن استبدال الشفرات التالفة أثناء التشغيل. تقع الشفرات على مسافة متساوية من بعضها البعض.

يتكون الإطار الذي يتم تركيب العجلة عليه. في نقاط التعلق بالإطار، من الضروري توفير تركيب المحامل التي يتم إدخال محور دوران العجلة فيها. يتم تركيب بكرة كبيرة أو ضرس كبير على أحد طرفي المحور. يتم تركيب بكرة صغيرة أو ضرس أصغر على محور المولد.

خيار لمحطة طاقة كهرومائية صغيرة محلية الصنع مع تركيب عجلة رأسية

يتم وضع العجلة في الماء، ويمكن أن يكون هذا تركيبًا رأسيًا في مستوى متعامدًا مع سطح الماء، أو أفقيًا - عندما تكون العجلة مغمورة بالكامل في الماء. في الحالة الثانية، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار أن العجلة يجب أن تكون مغمورة في الماء بما لا يزيد عن 2/3 من سمك القرص.
ترتبط البكرات ببعضها البعض بواسطة حزام، والعجلات المسننة بواسطة سلسلة.

النظام جاهز للاستخدام.

صف بالتفصيل ما قد تحتاجه محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرةلا فائدة من ذلك - الإجابات على هذا السؤال واضحة. دعنا نقول بإيجاز أنه من بين مصادر الطاقة البديلة المعروفة - مولدات الطاقة الشمسية ومحطات طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية - من المحتمل أن تكون الأخيرة هي الأقوى بتكلفة أقل. بالإضافة إلى ذلك، لا تعتمد على عوامل الطقس - الرياح أو الشمس.

من المزايا المهمة لمحطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة محلية الصنع أيضًا الرخص النسبي للمواد وتوافرها. يمكن أن يكلفك شراء محطة توليد الطاقة الكهرومائية في المصنع ما بين 1000 إلى 10000 دولار،

ومع ذلك، فإن محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة هي الأكثر صعوبة في التصميم والتصنيع، خاصة بالنسبة لشخص غير مدرب. على سبيل المثال، استغرق المتحمس لوكمون أحمدوف (طاجيكستان) حوالي عامين لإنتاج نسخته الخاصة من محطة الطاقة. عند كتابة هذا المقال، حاولنا تحديد العملية برمتها بتفاصيل كافية وبشكل واضح، خطوة بخطوة. نأمل أن يستغرق الأمر وقتًا أقل بكثير بمساعدتنا.

أنواع محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة

دعونا نلاحظ على الفور أنه في هذه المقالة سنتحدث عن إنشاء محطات طاقة كهرومائية صغيرة بدون سد بأيديكم. يعد بناء السد مهمة معقدة ومكلفة، وسيتعين عليك أيضًا قضاء الكثير من الوقت للحصول على موافقة السلطات. مع محطات الطاقة الكهرومائية، كل شيء أبسط بكثير: فهي أكثر صديقة للبيئة، وعيوبها الرئيسية - انخفاض الطاقة - ليست حرجة، لأننا نحتاج إلى الطاقة لتلبية الاحتياجات الخاصة والصغيرة نسبيا.

بشكل منفصل، نلاحظ أن "محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة" تعني وحدة بسعة تصل إلى 100 كيلوواط.

لذلك، هناك 4 أنواع من محطات الطاقة الكهرومائية بدون سدود: محطة الطاقة الكهرومائية "الإكليل"، و"العجلة المائية"، ودوار داريوس، و"المروحة". أيضًا، غالبًا ما يطلق على محطات الطاقة الكهرومائية غير السدودية اسم "التدفق" أو "التدفق الحر".

• تم تطوير محطة جارلاند للطاقة الكهرومائية على يد المهندس السوفييتي بلينوف في منتصف القرن العشرين. وهي تتألف من توربينات صغيرة - مراوح هيدروليكية، معلقة على شكل خرز على كابل يتم إلقاؤه عبر النهر. يتم توصيل أحد طرفي الكابل بمحمل الدعم، بينما يقوم الطرف الآخر بتدوير عمود المولد. يقوم الكبل الموجود في هذه الوحدة بمهمة العمود الذي ينتقل دورانه إلى عمود المولد. تشمل عيوب محطة الطاقة الكهرومائية جارلاند التكلفة العالية نسبيًا والخطر على الآخرين (من المحتمل أن يتم تنسيق مثل هذا المشروع مع السلطات والجيران) وانخفاض إنتاج الطاقة.
• يتم تثبيت العجلة المائية بشكل عمودي على سطح الماء وتكون أقل من نصف مغمورة في الماء. ويمكن تفعيلها بطريقتين: إما أن يضغط تدفق الماء على الشفرات الموجودة في أسفل العجلة فيؤدي إلى دورانها، أو أن يسقط تدفق الماء على العجلة من الأعلى (انظر الصورة أدناه). كفاءة الخيار الأخير أعلى من ذلك بكثير. عند تصنيع توربينات من هذا النوع، فإن المشكلة الرئيسية هي الاختيار المناسب لشكل الشفرات، والذي سيسمح بالاستخدام الأكثر كفاءة للطاقة المائية.
• دوار Darrieus هو دوار عمودي مزود بشفرات مصممة خصيصًا. بفضله، يضغط تدفق الماء على الشفرات بقوى مختلفة، مما يؤدي إلى حدوث الدوران. ويمكن مقارنة هذا التأثير برفع جناح الطائرة، والذي ينشأ بسبب اختلاف الضغط فوق الجناح وتحته.
• تشبه المروحة في التصميم مروحة مولد الرياح (ومن هنا الاسم في الواقع) أو مروحة السفينة. ومع ذلك، عادة ما تكون شفرات المروحة تحت الماء أضيق بكثير، مما يسمح باستخدام طاقة التدفق بشكل أكثر كفاءة. على سبيل المثال، بالنسبة لنهر تبلغ سرعته الحالية 1-2 م/ث، يكون عرض 2 سم كافيًا. هذا التصميم مناسب تمامًا للأنهار السريعة والعميقة. نقطة مهمة: لسلامة السباحين والسياح تأكد من تركيب حاجز وعوامة تحذيرية. تدور الوحدة بسرعة كبيرة ويمكن أن تسبب إصابات خطيرة.

في رأينا، لصنع افعل ذلك بنفسك محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرةمن الأفضل استخدام تصميم المروحة أو تصميم من نوع "العجلة المائية". لاحظ أنه في الوحدات المنتجة في المصنع، يكون للتوربينات من كلا النوعين شكل معقد إلى حد ما (ما يسمى "توربين كابلان"، "توربين بيلتون"، وما إلى ذلك)، مما يجعل من الممكن الحصول على أقصى قدر من الكفاءة لأنواع مختلفة من التدفق. ومع ذلك، فمن الصعب إنتاج مثل هذه التوربينات في الإنتاج "المنزلي".

القليل من النظرية حول محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والحسابات الأساسية.

والخطوة التالية هي حساب وقياس معدل التدفق. يعد تحديده بالعين أمرًا محفوفًا بالمخاطر - فمن السهل جدًا ارتكاب خطأ، لذا قم بقياس 10-20 مترًا على طول الشاطئ، وقم برمي عوامة (شريحة، كرة صغيرة) في الماء وقياس الوقت الذي تستغرقه الشريحة لتطفو على الماء. تطفو المسافة. اقسم المسافة على الوقت - نحصل على سرعة التيار. وكما تبين الممارسة، إذا كانت السرعة أقل من 1 م/ث، فقد يكون تركيب محطة طاقة كهرومائية صغيرة في تيار معين غير مبرر. إذا كنا نخطط للحصول على الطاقة بسبب اختلافات الارتفاع، فيمكن حساب الطاقة تقريبًا باستخدام الصيغة التالية:

الطاقة N=k*9.81*1000*Q*H,

حيث k هي كفاءة النظام (عادة 20%-50%)؛ 9.81 (م/ث2) - تسارع السقوط الحر؛ ح – فرق الارتفاع.

س — تدفق المياه (م3/ثانية)؛ 1000 هي كثافة الماء (كجم/م3).

وكما يتبين من الصيغة، فإن القوة تتناسب طرديا مع السرعة. إذا كان للنهر عدة فروع، فمن المفيد قياس السرعة فيها جميعًا واختيار النهر الذي يتمتع بأعلى سرعة وعمق. يرجى ملاحظة أنه يجب إجراء القياسات في الطقس الهادئ.

أوجد عرض النهر وعمقه بالأمتار. بشكل مبسط، نفترض أن التدفق في المقطع العرضي له شكل مستطيل، ثم نضرب مساحة المقطع العرضي في سرعته، نحصل على معدل التدفق:

س = أ*ب*الخامس. لأن في الواقع، المقطع العرضي لتدفق المياه لديه مساحة أصغر، ثم يجب ضرب القيمة الناتجة بنسبة 70٪ -80٪.

إذا كان لدينا بالفعل مولد جاهز، فيمكننا تقدير نصف قطر العمل المحتمل للعجلة وعامل الضرب المطلوب.

نصف قطر العجلة (م) = سرعة التدفق (م/ث) / سرعة العجلة (هرتز). يمكننا تقدير سرعة دوران العجلة من خلال معرفة تردد تشغيل المولد (عادة بـ “rpm”) ونسبة التخفيض المتوقعة.

الممارسة: بناء محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة بأنفسنا

حان الوقت الآن لتصميم وتصنيع التوربين. سنصف أدناه ميزات بناء محطة طاقة كهرومائية صغيرة من نوع "العجلة المائية". يعد هذا التصميم مفيدًا للاستخدام إذا أتيحت لنا الفرصة لتنظيم فرق الارتفاع للتدفق (أو كان هذا الاختلاف موجودًا بالفعل، على سبيل المثال، وهو أنبوب تصريف من البركة). كما ذكر أعلاه، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لشكل الشفرات. إذا كنت تستخدم عجلة ذات شفرات على شكل قوالب (انظر الصورة أدناه، في هذه الحالة يتم تثبيت الشفرات بزاوية 45 درجة)، فإن كفاءة هذا التثبيت ستكون منخفضة جدًا.

من الأفضل استخدام شفرات مقعرة، والتي يمكن الحصول عليها، على سبيل المثال، من PVC أو الأنابيب المعدنية، وقطعها بالطول إلى 2 أو 4 أجزاء. كما تبين الممارسة، يجب أن يكون هناك ما لا يقل عن 16 شفرات لقطع الأنبوب بشكل مستقيم قدر الإمكان، ارسم خطوط تمييز على طول السطح. يمكنك أيضًا إرفاق كتلتين خشبيتين متوازيتين واستخدامهما كدليل. يجب أن يكون سطح الشفرات مصقولًا، وإلا فسيتم إهدار جزء من طاقة الماء على الاحتكاك.

يمكنك استخدام بكرة كبل فارغة كالعجلة نفسها، أو ببساطة عمل أقراص بالقطر المناسب. المسافة بين الأقراص تتوافق مع طول الشفرات. نقوم بتوصيل الأقراص معًا ونقطع الأخاديد نصف الدائرية لتثبيت الشفرات. وبدلاً من ذلك، يمكن لحام الشفرات. إذا كان الهيكل صغيرًا، فيمكن استخدام شبكة مثبتة أمام العجلة لحمايته من الحطام. في حالة سقوط الماء على الشفرات من الأعلى، ولكن التدفق واسع بما فيه الكفاية، فمن المنطقي عمل فوهة (انظر الصورة أدناه)، والتي بفضلها سيتم استخدام كل طاقة التدفق. في الصورة أعلاه يمكنك أن ترى أن أنبوب النفايات نفسه ضيق، لذلك ليست هناك حاجة لاستخدام فوهة. على أية حال، يجب أن يسقط التدفق على عجلة الماء من الأعلى، حوالي الساعة 10 صباحًا، إذا تخيلت العجلة على شكل قرص ساعة.

يمكن استخدام الإطار المعدني الملحوم كهيكل داعم. لزيادة الكفاءة، حاول، إن أمكن، تغيير موقع العجلة: أقرب إلى أبعد، أعلى إلى أسفل بالنسبة للتدفق الوارد.

نحن الآن بحاجة إلى تركيب علبة تروس تصاعدية (مضاعف). كل من العتاد والسلسلة مناسبة. يعتمد المضاعف الذي يجب استخدامه ومعامل التخفيض المطلوب على قوة التدفق والخصائص التشغيلية للعجلة والمولد. حساب المعامل بسيط للغاية - قم بتقسيم عدد دورات المولد على عدد دورات العجلة في الدقيقة. في بعض الأحيان يتعين عليك استخدام علبتي تروس من أنواع مختلفة. لنقل الدوران من العجلة إلى علبة التروس أو المولد، يتم استخدام أنبوب أو عمود إدارة أو عنصر آخر مماثل.

يتم اختيار أي محرك مناسب كمولد، ومن المرغوب فيه أن يكون متزامنًا. بالنسبة للأنظمة غير المتزامنة، سيتعين عليك إضافة مكثفات تعمل في دائرة نجمية أو دائرة دلتا. تعتمد خصائص المكثفات على جهد التيار الكهربائي ومعلمات المحرك. المشكلة الرئيسية عند استخدام المحرك التعريفي هي الحفاظ على عدد ثابت من الثورات. إذا تغيرت، فسيتعين عليك أيضًا تغيير المكثفات، الأمر الذي قد يكون مزعجًا للغاية.

التالي في الخط هو التصاميم التي كان النموذج الأولي لها هو محطة الطاقة الكهرومائية ذات التدفق الحر (موديل 1964) التابعة لشركة V. Blinov.

إن محطات الطاقة الكهرومائية التي سيتم مناقشتها هي محطات ذات تدفق حر، مع توربين أصلي إلى حد ما مصنوع مما يسمى دوارات سافونيوس، معلقة على عمود عمل مشترك (ربما مرن ومركب). وهي لا تحتاج إلى سدود أو هياكل هيدروليكية أخرى واسعة النطاق لتركيبها. إنهم قادرون على العمل بكفاءة كاملة حتى في المياه الضحلة، الأمر الذي، إلى جانب البساطة والاكتناز وموثوقية التصميم، يجعل محطات الطاقة الكهرومائية هذه واعدة جدًا لأولئك المزارعين والبستانيين الذين تقع قطع أراضيهم بالقرب من المجاري المائية الصغيرة (الأنهار) والأنهار والخنادق).

وعلى عكس السدود، من المعروف أن محطات الطاقة الكهرومائية ذات التدفق الحر تستخدم فقط الطاقة الحركية للمياه المتدفقة. لتحديد القوة هناك صيغة:

ن = 0.5 * ع * V3 * F * ن (1)،

N - الطاقة على عمود العمل (W)،
- ع - كثافة الماء (1000 كيلوطن/م3)،
- V - سرعة تدفق النهر (م/ث)،
- F - مساحة المقطع العرضي للجزء النشط (الغاطس) من جسم عمل الآلة الهيدروليكية (م2)،
- ن - كفاءة تحويل الطاقة.

كما يتبين من الصيغة 1، عند سرعة نهر تبلغ 1 م/ث، لكل متر مربع من المقطع العرضي للجزء النشط من الآلة الهيدروليكية، من الناحية المثالية (عندما تكون n=1) تكون هناك طاقة تساوي 500 واط فقط . من الواضح أن هذه القيمة صغيرة للاستخدام الصناعي، ولكنها كافية تمامًا لقطعة أرض فرعية للمزارعين أو المقيمين في الصيف. علاوة على ذلك، يمكن زيادتها من خلال التشغيل المتوازي للعديد من "أكاليل الطاقة الكهرومائية".

ودقة أخرى. تختلف سرعة النهر في أقسامه المختلفة. لذلك، قبل البدء في بناء محطة طاقة كهرومائية صغيرة، من الضروري تحديد إمكانات الطاقة لنهرك باستخدام الطريقة البسيطة الموضحة. دعونا نتذكر فقط أن المسافة التي يغطيها تعويم القياس مقسومة على الوقت الذي يمر فيه سوف تتوافق مع متوسط ​​سرعة التدفق في هذه المنطقة. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن هذه المعلمة ستتغير اعتمادًا على الوقت من السنة.

ولذلك، ينبغي إجراء حسابات التصميم على أساس متوسط ​​سرعة تدفق النهر (خلال الفترة المخططة لتشغيل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة).

الشكل 1. دوارات سافونيوس لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة محلية الصنع:

أ، ب - ريش؛ 1 - عرضية، 2 - نهاية.

بعد ذلك، تحتاج إلى تحديد حجم الجزء النشط من الآلة الهيدروليكية ونوعه. نظرًا لأن محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة بأكملها يجب أن تكون بسيطة قدر الإمكان وغير معقدة في التصنيع، فإن النوع الأكثر ملاءمة للمحول هو دوار Savonius للتصميم النهائي. عند العمل مع الغمر الكامل في الماء، يمكن اعتبار قيمة F مساوية لمنتج قطر الدوار D وطوله L، وn=0.5. يتم تحديد تردد الدوران f بدقة مقبولة للتمرين باستخدام الصيغة:

f=48V/3.14D (دورة في الدقيقة) (2).

لجعل محطة الطاقة الكهرومائية مضغوطة قدر الإمكان، يجب أن تكون الطاقة المحددة في الحساب مرتبطة بالحمل الفعلي، الذي يجب توفير مصدر الطاقة له بواسطة محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة (نظرًا لأنه، على عكس توربينات الرياح، فإن التيار سيتم توفيرها بشكل مستمر لشبكة المستهلك). كقاعدة عامة، يتم استخدام هذه الكهرباء للإضاءة وتشغيل التلفزيون والراديو والثلاجة. علاوة على ذلك، يتم تشغيل الأخير فقط باستمرار طوال اليوم. أما باقي الأجهزة الكهربائية فتعمل بشكل رئيسي في المساء. وبناءً على ذلك، يُنصح بالتركيز على الطاقة القصوى من "إكليل الطاقة الكهرومائية" الذي يبلغ حوالي 250-300 واط، والذي يغطي الحمل الأقصى ببطارية مشحونة من محطة طاقة كهرومائية صغيرة.

عادةً ما يتم نقل عزم الدوران من عمود العمل لمحطة الطاقة الهيدروليكية إلى بكرة المولد الكهربائي باستخدام ناقل حركة وسيط. ومع ذلك، بالمعنى الدقيق للكلمة، يمكن استبعاد هذا العنصر إذا كان المولد المستخدم في تصميم محطة الطاقة الكهرومائية الدقيقة لديه سرعة دوران تشغيلية أقل من 750 دورة في الدقيقة. ومع ذلك، غالبا ما يتعين عليك رفض الاتصال المباشر. في الواقع، بالنسبة للغالبية العظمى من المولدات المنتجة محليًا، تتراوح سرعة دوران التشغيل عند بداية إنتاج الطاقة بين 1500-3000 دورة في الدقيقة. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى تنسيق إضافي بين أعمدة محطة الطاقة الكهرومائية والمولد الكهربائي.

حسنًا، بعد أن انتهينا من الجزء النظري الأولي، دعونا نلقي نظرة على تصميمات محددة لكل منها مزاياه الخاصة.

هنا، على سبيل المثال، توجد محطة طاقة كهرومائية صغيرة شبه ثابتة ذات تدفق حر مع ترتيب أفقي لاثنين من المحاور المحورية، تدوران بزاوية 90 درجة بالنسبة لبعضهما البعض (لتسهيل التشغيل الذاتي) ودوارات سافونيوس من النوع العرضي المتصل بشكل صارم. علاوة على ذلك، فإن الأجزاء والمكونات الرئيسية لمحطة الطاقة الكهرومائية محلية الصنع هذه مصنوعة من الخشب باعتباره مادة البناء الأكثر بأسعار معقولة و"المطيعة".

محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة المقترحة غاطسة. أي أن إطار الدعم الخاص به يقع عبر المجرى المائي في الأسفل ويتم تقويته بحبال أو أعمدة (إذا، على سبيل المثال، كانت هناك ممرات أو رصيف للقوارب أو ما إلى ذلك في مكان قريب). يتم ذلك لتجنب نقل الهيكل عن طريق المجرى المائي نفسه.

الشكل 2. محطة طاقة كهرومائية صغيرة غاطسة ذات دوارات عرضية أفقية:
1 - الصاري الأساسي (عارضة 150 × 100، قطعتان)، 2 - عضو متقاطع سفلي (لوح 150 × 45، قطعتان)، 3 - عضو متقاطع متوسط ​​(عارضة 150 × 120، قطعتان)، 4 - رافع (خشب مستدير بقطر من 100، 4 قطع.) ، 5 صاري علوي (لوح 150 × 45، 2 قطعة)، 6 - عضو متقاطع علوي (لوح 100 × 40، 4 قطع)، 7 - عمود متوسط ​​(فولاذ مقاوم للصدأ، قضيب بقطر 30) ، 8 - كتلة بكرة، 9 - تيار مولد ثابت، 10 - "جاندر" بأسطوانة خزفية وسلك معزول ثنائي النواة، 11 - لوحة قاعدة (لوحة 200 × 40)، 12 - بكرة قيادة، 13 - مجموعة محمل خشبية (2) ، 14 - دوار "إكليل الطاقة الكهرومائية" (D600، L1000، قطعتان)، 15 قرصًا (من ألواح بسمك 20-40 مم مطروقة في الدرع، 3 قطع)؛ لا تظهر عناصر التثبيت المعدنية (بما في ذلك الأقواس ومحاور الأقراص الخارجية).

وبطبيعة الحال، يجب أن يكون عمق النهر في موقع تركيب محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة أقل من ارتفاع إطار الدعم. وبخلاف ذلك، سيكون من الصعب للغاية (إن لم يكن من المستحيل) تجنب دخول الماء إلى المولد الكهربائي. حسنًا، إذا كان المكان الذي من المفترض أن توجد فيه محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة بعمق أكثر من 1.5 متر أو هناك كمية كبيرة من المياه وسرعة التدفق التي تختلف بشكل كبير على مدار العام (وهو بالمناسبة نموذجي تمامًا للمجاري المائية التي تغذيها الثلوج)، فمن المستحسن تجهيز هذا التصميم بعوامات. سيسمح ذلك أيضًا بنقلها بسهولة عند تثبيتها على النهر.

الإطار الداعم لمحطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة عبارة عن إطار مستطيل مصنوع من الخشب والألواح وجذوع الأشجار الصغيرة، ومثبت بالمسامير والأسلاك (الكابلات). يجب أن تكون الأجزاء المعدنية للهيكل (المسامير، والمسامير، والمشابك، والزوايا، وما إلى ذلك) مصنوعة، إن أمكن، من الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك أخرى مقاومة للتآكل.

حسنًا، نظرًا لأن تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة هذه غالبًا ما يكون ممكنًا في الظروف الروسية بشكل موسمي فقط (بسبب تجميد معظم الأنهار)، فبعد انتهاء فترة التشغيل، يخضع الهيكل بأكمله الذي تم سحبه إلى الشاطئ لفحص شامل. يتم استبدال العناصر الخشبية الفاسدة والأجزاء المعدنية التي صدأت، على الرغم من الاحتياطات المتخذة، على الفور.

أحد المكونات الرئيسية لمحطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة لدينا هو "إكليل الطاقة الكهرومائية" المكون من دوارين ثابتين بشكل صارم (ويشكلان وحدة واحدة على عمود العمل). يمكن تصنيع أقراصها بسهولة من ألواح بسمك 20-30 مم. للقيام بذلك، صنع درع منها، استخدم البوصلة لبناء دائرة بقطر 600 ملم. وبعد ذلك يتم قطع كل لوح حسب المنحنى الذي تم الحصول عليه عليه. بعد أن طرقت قطع العمل معًا على شريحتين (لإعطاء الصلابة المطلوبة)، تكرر كل شيء ثلاث مرات - حسب عدد الأقراص المطلوبة.

أما بالنسبة للشفرات فينصح بصنعها من حديد التسقيف. أو الأفضل من ذلك، من حاويات أسطوانية غير قابلة للصدأ (براميل) مناسبة الحجم ومقطعة إلى نصفين (على طول المحور)، والتي عادة ما يتم تخزين ونقل الأسمدة الزراعية وغيرها من المواد العدوانية فيها. في الحالات القصوى، يمكن أن تكون الشفرات مصنوعة من الخشب. لكن وزنهم (خاصة بعد الإقامة الطويلة في الماء) سيزداد بشكل ملحوظ. ويجب أن نتذكر ذلك عند إنشاء محطات طاقة كهرومائية صغيرة على العوامات.

يتم ربط الدعامات المسننة بنهايات "إكليل الطاقة الكهرومائية". في الأساس، هذه أسطوانات قصيرة ذات شفة واسعة وفتحة نهائية للمفتاح. يتم توصيل الحافة بالقرص الدوار المقابل بأربعة براغي.

لتقليل الاحتكاك، توجد محامل على العارضتين الأوسطتين. وبما أن المحامل الكروية أو الأسطوانية العادية غير مناسبة للعمل في الماء، فإنهم يستخدمون... محامل خشبية محلية الصنع. يتكون تصميم كل منهما من مشبكين وألواح إدخال مع فتحة لمرور دعامة لسان. علاوة على ذلك، يتم وضع أغطية المحمل الوسطى بحيث تكون ألياف الخشب هنا موازية للعمود. بالإضافة إلى ذلك، يتم اتخاذ تدابير خاصة لضمان تثبيت ألواح الإدخال بشكل ثابت ضد الحركة الجانبية. ويتم ذلك باستخدام تشديد البراغي.

الشكل 3. انزلاق تحمل الجمعية:
1 - حامل تجعيد (St3، شريط 50 × 8، 4 قطع)، 2 - عضو متقاطع للإطار الأوسط، 3 - ملحق تجعيد (مصنوع من الخشب الصلب، قطعتان)، 4 إدراجات قابلة للاستبدال (مصنوعة من الخشب الصلب، قطعتان) ، 5 - مسمار M10 مع صامولة جروفر وغسالة (4 مجموعات)، 6 - مسمار M8 مع صامولتين وغسالات (2 قطعة).

يتم استخدام أي مولد سيارة كمولد كهربائي في محطة الطاقة الكهرومائية الدقيقة قيد النظر. إنها تنتج 12-14 فولت تيار مستمر ويمكن توصيلها بسهولة بالبطارية والأجهزة الكهربائية. قوة هذه الآلات حوالي 300 واط.

إن تصميم محطة طاقة كهرومائية صغيرة محمولة بترتيب رأسي لـ "إكليل" ومولد هو أيضًا مقبول تمامًا للإنتاج الذاتي. مثل هذه المحطة الكهرومائية، وفقا لمؤلف التطوير، هي الأقل كثافة في المواد. الهيكل الداعم للتركيب، الذي يثبت موقعه في قاع النهر، عبارة عن قضيب فولاذي مجوف (على سبيل المثال، من أقسام الأنابيب). ويتم اختيار طوله بناءً على طبيعة قاع المجرى المائي وسرعة التدفق. علاوة على ذلك، بحيث تضمن النهاية الحادة للقضيب، المدفوعة في الأسفل، استقرار محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة وعدم انقطاعها عن طريق التيار. من الممكن أيضًا استخدام إضافي لعلامات التمدد.
بعد تحديد السطح النشط للدوار باستخدام الصيغة (1) وقياس عمق النهر في موقع تركيب محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة، من السهل حساب قطر دوارات سافونيوس المستخدمة هنا. ولجعل التصميم بسيطًا ومباشرًا ذاتيًا، يُنصح بصنع "إكليل الطاقة الكهرومائية" من دوارين متصلين بحيث يتم إزاحة شفرات الأول بمقدار 90 درجة بالنسبة للثاني (على طول محور الدوران). علاوة على ذلك، ولزيادة كفاءة التشغيل، تم تجهيز الهيكل الموجود على جانب التدفق القادم بدرع يلعب دور ريشة التوجيه. حسنًا، عمود العمل مثبت في المحامل المنزلقة للدعامات العلوية والسفلية. من حيث المبدأ، لفترة قصيرة من تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة (على سبيل المثال، في رحلة المشي لمسافات طويلة)، يمكن استخدام محامل كروية ذات قطر كبير. ومع ذلك، إذا كان هناك رمل أو طمي في الماء، فيجب غسل هذه الوحدات بالماء النظيف بعد كل استخدام.

أرز. 4. محطة طاقة كهرومائية صغيرة مع ترتيب رأسي للدوارات من النوع النهائي:
1 - قضيب الدعم، 2 - مجموعة المحمل السفلي، 3 - قرص "إكليل الطاقة المائية" (3 قطع)، 4 - الدوار (D600، 2 قطعة)، 5 - مجموعة المحمل العلوي، 6 - عمود العمل، 7 - ناقل الحركة، 8 - مولد كهربائي، 9 - "غاندر" بأسطوانة خزفية وسلك معزول ثنائي النواة، 10 - مشبك تثبيت للمولد، 11 - لوحة توجيه متحركة؛ أ، ب - الشفرات: لا تظهر الأقواس الموجودة في الطرف العلوي من قضيب الدعم.

يتم تثبيت الدعامات ولحامها بالقضيب، اعتمادًا على وزن "إكليل الطاقة الكهرومائية" والحاجة إلى تفكيكه إلى أجزاء. الطرف العلوي من عمود العمل للآلة الهيدروليكية هو أيضًا عمود الإدخال للمضاعف، والذي يمكن استخدام حزام (باعتباره الأبسط والأكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية).

يتم أخذ المولد الكهربائي مرة أخرى من السيارة. من السهل تثبيته على قضيب الدعم بمشبك. ويجب أن تتمتع الأسلاك نفسها القادمة من المولد بعزل موثوق للمياه. في الرسوم التوضيحية، لا تظهر النسب الهندسية الدقيقة لناقل الحركة المتوسط، لأنها تعتمد على معلمات المولد المحدد لديك. حسنًا، يمكن صنع أحزمة نقل الحركة من الأنبوب الداخلي للسيارة القديمة، وتقطيعه إلى شرائح بعرض 20 مم ثم لفه إلى حزم.

لإمداد الطاقة إلى القرى الصغيرة، تعتبر محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة التي صممها V. Blinov مناسبة، وهي ليست أكثر من سلسلة من دوارات Savonius على شكل برميل يبلغ قطرها 300-400 ملم، متصلة بكابل مرن ممتد عبر النهر. يتم توصيل أحد طرفي الكابل بالدعامة المفصلية، والآخر من خلال مضاعف بسيط بعمود المولد. عند سرعة تدفق تتراوح بين 1.5-2.0 م/ث، تصل سرعة سلسلة الدوارات إلى 90 دورة في الدقيقة. والحجم الصغير لعناصر "إكليل الطاقة الكهرومائية" يجعل من الممكن تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة هذه على الأنهار بعمق أقل من متر واحد.

يجب القول أنه قبل عام 1964، تمكن V. Blinov من إنشاء العديد من محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة المحمولة والثابتة بتصميمه الخاص، وكان أكبرها محطة للطاقة الكهرومائية بنيت بالقرب من قرية بوروزكي (منطقة تفير). قام زوج من الأكاليل هنا بقيادة مولدين قياسيين للسيارات والجرارات بقدرة إجمالية تبلغ 3.5 كيلووات.

MK 10 1997 آي دوكونين

في هذا المكان سنحاول إنشاء محطة الطاقة الكهرومائية الجديدة الخاصة بنا. في السابق، في هذه البركة، تم بالفعل إجراء محاولات لإنشاء محطة طاقة كهرومائية محلية الصنع من عجلة السنجاب مع محرك الحزام إلى المولد (بالمناسبة، يظهر في الصورة في نهاية المقال)، والتي أنتجت تيار يبلغ حوالي 1 أمبير، كان هذا كافيًا لتشغيل العديد من المصابيح الكهربائية وجهاز الراديو في نزل الصيد الصغير الخاص بنا. عملت محطة الطاقة هذه بنجاح لأكثر من عامين، وقررنا إنشاء نسخة أكثر قوة من محطة طاقة كهرومائية مماثلة بدلاً من هذا السد الصغير.

لتصنيع محطة طاقة كهرومائية لسد صغير على م ستحتاج إلى:

قصاصات وزوايا الصفائح المعدنية؛
- أقراص العجلات (المستخدمة من غلاف مولد أونان الفاشل)؛
- المولد (تم تصنيعه من قرصين بقطر 11 بوصة من قرص الفرامل دودج)؛
- يبدو أن عمود الإدارة والمحامل أيضًا من دودج، لا نتذكر بالضبط، لذلك قمنا بإزالتها بأيدينا من بعض المنتجات الأخرى محلية الصنع؛
- سلك نحاسي بمقطع عرضي يبلغ حوالي 15 مم؛
- بعض الخشب الرقائقي؛
- المغناطيس.
- راتينج البوليسترين لملء العضو الدوار والعضو الثابت.

عملية التصنيع

نصنع شفرات عجلة القيادة من أنبوب فولاذي مقاس 4 بوصة مقطع إلى 4 قطع.

لقد صنعنا قالبًا ساعدنا في تحديد الثقب. الأسطح الجانبية للعجلة عبارة عن أقراص بقطر 12 بوصة.

نصنع قالبًا نحدد به فتحات المحاور (5 قطع)، بالإضافة إلى موضع زاوية الشفرات. في مثل هذه العجلة، إذا نظرت من الجانب، فستجد أن الماء يصل إلى الأعلى، حوالي الساعة 10 صباحًا، ويمر عبر منتصف العجلة ويخرج في الأسفل، عند الساعة 5 صباحًا، وبالتالي يضرب الماء العجلة مرتين. قمنا بمراجعة عدد كبير من الصور وحاولنا محاكاة عرض الشفرات وزاويتها. توجد في الصورة أعلاه علامات لحواف الشفرات وفتحات لربط العجلة بالمولد. تحتوي العجلة على 16 شفرة.

تم لصق القالب على أحد الأقراص - السطح الجانبي المستقبلي للعجلة؛ توضح الصورة أعلاه حفر ثقوب صغيرة لوضع الشفرات.

نقوم بإنشاء فجوة بحجم 10 بوصات بين الأقراص باستخدام مسامير ملولبة صلبة ونقوم بمحاذاتها بعناية قدر الإمكان قبل تثبيت الشفرات.

تظهر عملية لحام العجلة في الصورة أعلاه. من المهم جدًا أن تكون الشفرات مصنوعة من أنابيب فولاذية مجلفنة. قبل اللحام، من الضروري تجريد الزنك من حواف الشفرات، لأنه عند اللحام، ينبعث المعدن المجلفن غازات سامة، والتي نحاول تجنبها.

العجلة النهائية لمحطتنا الكهرومائية المستقبلية بدون مولد. على الجانب الآخر من العجلة (مقابل المولد)، توجد فتحة قطرها 4 بوصات في القرص الجانبي - لسهولة ربط المولد، وكذلك للتنظيف، حتى تتمكن من الوصول إلى العصي وغيرها وإزالتها الحطام الذي قد يحمله الماء بداخله.

الفوهة هي نفس عرض العجلة (10 بوصات) وطولها حوالي 1 بوصة في النهاية حيث يخرج الماء. مساحة الفوهة أصغر قليلاً من الأنبوب مقاس 4 بوصات الذي تم تركيب الفوهة عليه. في الصورة أعلاه نقوم بثني الصفائح المعدنية بأيدينا للحصول على فوهة.

لقد وضعنا العجلة على المحور، ومحطة الطاقة الكهرومائية لدينا جاهزة تقريبًا، وكل ما تبقى هو صنع المولد وتثبيته. الهيكل بأكمله متحرك. يمكننا تحريك الفوهة للأمام، للخلف، للأعلى، للأسفل. يمكن للعجلة والمولد التحرك للأمام والخلف.

تصنيع مولد لمحطة الطاقة الكهرومائية لدينا.>

نصنع لف الجزء الثابت ونجهزه للصب. يتكون اللف من 9 ملفات، كل ملف يتكون من 125 لفة من الأسلاك النحاسية بمقطع عرضي 1.5 مم. تتكون كل مرحلة من 3 ملفات متصلة على التوالي، قمنا بإخراج 6 أطراف، حتى نتمكن من إنشاء اتصال نجمي أو اتصال دلتا.

وهذا هو الجزء الثابت بعد الملء. (نستخدم راتنجات البوليستر لملئها) قطرها 14 بوصة (35.5 سم)، سمكها 0.5 بوصة 1.3 سم.

نصنع قالبًا من الخشب الرقائقي - لوضع علامات على المغناطيس.

تُظهر الصورة قالبًا وأحد أقراص الفرامل (الدوار المستقبلي).

نقوم بترتيب 12 مغناطيس بأبعاد 2.5 × 5 سم وسمك 1.3 سم حسب القالب المجهز.

نقوم بملء الدوار براتنج البوليستر، وعندما يجف الراتينج، يصبح الدوار جاهزًا للاستخدام.

هذا هو ما تبدو عليه محطة الطاقة الكهرومائية المكتملة تقريبًا والمزودة بمولد.

الصورة من الجانب الآخر. يوجد تحت غطاء الألمنيوم مقومان للجسر من التيار المتردد ثلاثي الطور إلى التيار المباشر. مقياس التيار الكهربائي - ما يصل إلى 6A. في هذه الحالة، عندما تقل فجوة الهواء بين الدوارات المغناطيسية إلى الحد الأقصى، تنتج الآلة 12.5 فولت عند 38 دورة في الدقيقة.

يوجد في الدوار المغناطيسي الخلفي 3 براغي ضبط لضبط فجوة الهواء، بحيث يمكن للمولد أن يدور بشكل أسرع حسب الحاجة، على أمل العثور على الأمثل.

وفي أوقات فراغهم، شارك 17 شخصًا في إنشاء محطة الطاقة الكهرومائية.

لنبدأ في صنع المثبتات؛ للقيام بذلك، نقوم أولاً بتنظيف كل الصدأ من الصفائح المعدنية والزوايا، والأساس والطلاء، وهذا بالطبع ليس ضروريًا، لكنه أكثر جمالًا بهذه الطريقة، وسيبدو قابلاً للتسويق.

مولدنا ذو العجلة المائية جاهز، كل ما تبقى هو تثبيته!

سيكون من الرائع بناء شاشة البداية للمولد التي يمكن أن تدور مع العجلة، لكننا لم نجد مادة مناسبة أبدًا. لذلك قررنا القيام بذلك لاحقًا إذا بدأت محطة الطاقة الكهرومائية العمل.

صورة أخرى للمولد مع عجلة مائية. الفوهة لم يتم تركيبها بعد، فهي في الجزء الخلفي من الجسم وسنقوم بتركيبها قريبًا.

الصورة توضح المكان الذي نريد أن نضعه فيه. ويخرج من أسفل السد أنبوب قطره 4 بوصات، على ارتفاع حوالي 3 أقدام. نحن نأخذ فقط جزءًا صغيرًا من تدفق المياه.

هذه هي محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة القديمة لدينا، والتي عملت لمدة عامين، بما في ذلك الشتاء. كان يكفي لـ 1 أمبير (12 واط) أو نحو ذلك. هذه عجلة سنجابية مزودة بحزام محرك للمحرك من جهاز بث كمبيوتر من Ametek. يعد شد الحزام أمرًا بالغ الأهمية لنجاح التشغيل ويجب تعديله بشكل متكرر. نأمل أن نكون قد بنينا شيئًا أفضل من هذا.

هذه هي محطة الطاقة الكهرومائية الخاصة بنا، ونحن نقوم بإعدادها. أخيرًا، وصلنا إلى المعلمات المتوقعة نظريًا: يتم الحصول على أفضل نتيجة عندما يدخل الماء عند الساعة 10 صباحًا على حافة العجلة ويخرج حوالي الساعة 5 صباحًا.

انها تعمل! يبلغ الإخراج حوالي 2 أمبير (1.9 على وجه الدقة). ليس من الممكن زيادة التيار. ليس من السهل إجراء التعديلات - فكل حركة للعجلة تتطلب حركة مقابلة للفوهة، والعكس صحيح. يمكننا أيضًا تغيير الفجوة الهوائية وتغيير الاتصال من النجم إلى الدلتا. من الواضح أن النتيجة أفضل بالنسبة للنجم - فالقوة أعلى منها بالنسبة للمثلث بنفس السرعة. لقد انتهى الأمر بالذهاب إلى سلسلة بخلوص يبلغ 1.25 بوصة (كثير جدًا).

يمكن جعل الآلة أرخص قليلاً باستخدام مغناطيسات أقل قوة وفجوة هوائية أصغر... أو يمكنها إنتاج تيار أكثر بنفس المغناطيس، وفجوة أقل وملفات بعدد أكبر من اللفات. سنفعل هذا يوما ما. في هذه الأثناء، تنتج العجلة 160 دورة في الدقيقة في وضع الخمول، و110 دورة في الدقيقة تحت الحمل، وتنتج 1.9 أمبير × 12 فولت.
لقد استمتعنا كثيرًا، وكان الأمر ممتعًا للغاية، ومحطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة تعمل بشكل جيد. ما زلنا بحاجة إلى شاشة للمولد - النهر مليء برمال المغنتيت! كل بضع ساعات عليك تنظيف الدوارات المغناطيسية من تراكم الرمال. تحتاج إما إلى تثبيت شاشة أو توصيل اثنين من المغناطيسات القوية عند مدخل الأنبوب.

بناءً على مواد من الموقع: Otherpower.com

أولا، دعونا نحدد مبدأ التشغيل وأنواع محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة. يقوم تدفق النهر أو تيار الماء المتساقط بتدوير شفرات التوربينات وخط الأنابيب الهيدروليكي المتصل بمولد كهربائي - وهذا الأخير يولد الكهرباء. تتمتع محطات الطاقة الكهرومائية المدمجة الحديثة بالتحكم الآلي مع القدرة على التبديل الفوري إلى الوضع اليدوي في حالة الطوارئ. تتيح تصميمات محطات الطاقة الكهرومائية الحديثة في المصانع تقليل أعمال البناء أثناء تركيب المعدات.

أنواع محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة

تشتمل محطات الطاقة المصغرة على أجهزة توليد بقدرة تتراوح من 1 إلى 3000 كيلووات. تتكون محطة الطاقة الحرارية بشكل أساسي من:

1. توربينات (جهاز سحب المياه)؛
2. كتلة توليد
3. أنظمة التحكم.

وفقا لنوع الموارد المائية المستخدمة للتوليد، فإن محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة هي:

• أنهار القناة. يتم بناء هذه المحطات على أنهار صغيرة منخفضة مع خزانات.
• جبل. محطات ثابتة تستخدم طاقة التيارات الجبلية السريعة.
• صناعي. محطات تستخدم الاختلافات في تدفق المياه في المؤسسات الصناعية.
• متحرك. محطات تستخدم الخراطيم المسلحة لتدفق المياه.

تتميز أنواع محطات السدود بالطاقة العالية، لكن بناء السد مكلف، وفي هذه الحالة يستحيل الاستغناء عن التصاريح. إن التورط مع المسؤولين في بلادنا لا يؤدي إلى تعقيد حياتك فحسب، بل يدعو إلى التشكيك في تنفيذ النوايا الحسنة، لذلك سنتخلى عن هذه الفكرة على الفور.

كيف تعمل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة؟

يمكن اختيار المخطط الأساسي لتشغيل محطة الطاقة الكهرومائية من بين عدة خيارات:

• محطة جارلاند للطاقة الكهرومائية. من إحدى ضفتي النهر إلى الأخرى، يتم وضع كابل به دوارات معلقة تحت الماء. يقوم التيار بتدوير الدوارات، وبالتالي الكابل نفسه. أحد طرفي الكابل في المحمل، والآخر متصل بالمولد.
• المروحة. هيكل تحت الماء يشبه توربينات الرياح ذات الشفرات الضيقة والدوار العمودي. ستوفر الشفرة التي يبلغ عرضها 20 مم فقط الحد الأدنى من المقاومة عند سرعات الدوران العالية. يتم اختيار شفرة بهذا العرض بسرعة تدفق تتراوح من 0.8 إلى 2.0 متر في الثانية.
• عجلة المياه. عجلة ذات شفرات، مغمورة جزئيًا في التدفق، وتقع بزوايا قائمة على سطح الماء. يضغط تدفق الماء على الشفرات، مما يؤدي إلى تدوير العجلة.
• الدوار داريا. دوار عمودي ذو أسطح شفرات معقدة. يخلق السائل المتدفق حول الشفرات ضغوطًا مختلفة، مما يسبب الدوران.

تُظهر الصورة محطة طاقة كهرومائية صغيرة تعتمد على عجلة مائية

كيفية تقدير القدرة المحتملة لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة

قبل بناء محطة صغيرة للطاقة الكهرومائية بيديك، تحتاج إلى تحديد الطاقة التي يمكنك الاعتماد عليها. هناك علاقة مرجعية بين سرعة تدفق المياه والطاقة التي يمكن إزالتها من العمود بالكيلوواط بقطر لولبي يبلغ 1 متر.

يتم تحديد سرعة التدفق من خلال قياس الوقت الذي تستغرقه شريحة إلكترونية ملقاة في الماء لتقطع مسافة معينة. وبعد إجراء حسابات بسيطة، نحصل على سرعة التدفق بالأمتار في الثانية. إذا كانت السرعة في هذه الحالة أقل من 1 م/ث، فإن بناء محطة الطاقة الكهرومائية لن يكون مجدياً اقتصادياً.

عند سرعة تدفق تبلغ 2.5 م/ث، ستكون الطاقة 0.86 كيلووات، عند 3 م/ث - 1.24 كيلووات، عند 4 م/ث - 2.2 كيلووات. يتم وصف العلاقة بالاعتماد: تتناسب قوة محطة الطاقة الكهرومائية مع مكعب سرعة تدفق المياه. إذا كانت سرعة التدفق في موقع البناء المقترح منخفضة، يمكنك محاولة زيادتها عن طريق تركيب فرق في ارتفاعات التدفق أو عن طريق تركيب أنبوب تصريف بقطر متغير عند مخرج الخزان. كلما كان قطر مخرج الأنبوب أصغر، كلما زاد معدل التدفق.

كيفية صنع محطة طاقة كهرومائية صغيرة في المنزل

يمكن فهم مبدأ تشغيل محطة طاقة كهرومائية صغيرة محلية الصنع باستخدام مثال دراجة ذات مصباح أمامي ودينامو (مولد).

1. من حديد التسقيف نصنع ثلاث شفرات بطول يساوي نصف قطر عجلة الدراجة (المسافة من المحور المركزي إلى حافة العجلة) وعرض 3-4 سم.
2. نقوم بتثبيت الشفرات بين مكابح العجلة، مع ثني حافة الشفرة حول مكابح العجلة لتثبيتها. يجب محاذاة الشفرات بالتساوي مع الحفاظ على نفس الزوايا بينها.
3. نقوم بغمر العجلة بالشفرات في نهر سريع إلى عمق يتراوح من ثلث إلى نصف قطر العجلة. وستكون الكهرباء المولدة كافية، على سبيل المثال، لإضاءة خيمة.

رسم لأحد الخيارات لبناء محطة طاقة كهرومائية صغيرة

ومن الأمثلة على ذلك محطة طاقة كهرومائية صغيرة لمزرعة بسعة 3-5 كيلووات من المواد الخردة:

1. يمكن تصنيع الدوار من أسطوانة كبل معدنية قديمة يبلغ قطرها 2.2 متر باستخدام مطحنة ولحام بزاوية 45 درجة إلى نصف القطر، يجب لحام 18 شفرة. الدوار يدور على المحامل. الدعم - الأنابيب المعدنية أو الزاوية.
2. تحتاج إلى تثبيت علبة تروس متسلسلة على الدوار مع نسبة تروس (نسبة تروس) تبلغ 4. بعد ذلك، سيتم نقل الدوران عبر عمود الإدارة VAZ 2101. سيؤدي استخدام عمود الإدارة إلى تقليل الاهتزاز ومحورية المحرك و المولد عند استخدام العمود سيكون غير حرج.
3. ستحتاج إلى علبة تروس تصاعدية (معامل - 40) ومولد ثلاثي الطور. تبلغ سرعة دوران المولد حوالي 3000 دورة في الدقيقة. وتكون نسبة التخفيض الكلية لعلبتي التروس 40 × 4 = 160. ويجب تغطية المولد بغلاف لحمايته من الرطوبة والسلامة. يجب أن يكون الدوران المقدر لعجلة الماء حوالي 20 دورة في الدقيقة.
4. يمكن تكييف محرك غير متزامن للمولد، ويمكن أخذ وحدة التحكم من أي آلة صغيرة. سوف تحتاج إلى كابل VVG NG بطول 2 × 4 من الدوار إلى مباني المزرعة.

الاستنتاجات

ستكون تكاليف التصنيع الإجمالية حوالي 10-15 ألف روبل. بند النفقات الرئيسي هو أجور اللحام والعامل الذي يساعد في صنع وتجميع الهيكل.

المزايا الرئيسية لهذه المعدات هي انخفاض تكلفة الكهرباء والسلامة البيئية وعدم استنفاد مصدر الطاقة وبساطة التصميم.