Et mini vandkraftværk er et lille vandkraftværk, der producerer en lille mængde elektrisk energi.

Driftsprincip for mini vandkraftværk

Driftsprincippet for små vandkraftværker adskiller sig ikke fra driftsprincippet for store kraftværker. Vandet i en vandformation, flod, sø, reservoir, under påvirkning af tryk skabt af dens masse, bevæger sig i en given retning og kommer ind i vingerne på en hydraulisk turbine. Turbinen overfører sin rotationsbevægelse til en generators rotationsbevægelse, som producerer elektrisk strøm.
Vandtryk skabes ved at bygge en dæmning eller ved den naturlige strøm af vand, eller begge dele.

Enhedsklassificering

Vandkraftværker, der producerer strøm op til 5,0 MW, anses for små.
Eksisterende små vandkraftværker er klassificeret efter:

1. Driftsprincip

• Ved hjælp af et "vandhjul" - i dette tilfælde placeres det modtagende hjul i vandmiljøet parallelt med vandoverfladen, men er kun delvist nedsænket. Vandmasserne, der udøver tryk på hjulbladene, får det til at rotere, hvilket overføres til generatorens rotationsbevægelse.
• Garlanddesign - i denne version af enheden lægges et kabel fra modsatte sider, hvorpå rotorerne er stift fastgjort. Vandmasser, der bevæger sig, roterer gradvist rotorerne. Rotorernes rotationsbevægelse overføres til kablet, som igen roterer og overfører sin rotationsbevægelse til generatorens rotationsbevægelse. Generatoren er installeret på land.
• Med en Darrieus-rotor - grundlaget for driften af ​​enheder af denne type er trykforskellen på rotorbladene. Trykforskellen skabes af vand, der strømmer hen over rotorens komplekse overflader.
• Med en propel - princippet om drift ligner driften af ​​en vindgenerator, med den forskel, at i tilfælde af et mini vandkraftværk er vingerne placeret i et vandmiljø.

2. Anvendelsesmuligheder

• Industriel brug (180 kW og derover) - bruges til strømforsyning til virksomheder eller salg til forbrugere.
• Kommerciel brug (op til 180 kW) - små energiintensive virksomheder og grupper af huse bruges til at levere elektricitet.
• Husholdningsbrug (op til 15 kW) - bruges til strømforsyning af individuelle huse og små faciliteter.

3. I henhold til turbinens design

• Aksial - i enheder af dette design bevæger vandet sig langs turbinens akse og rammer bladene, som begynder at rotere.
• Radial-aksial - i dette design bevæger vandet sig oprindeligt radialt i forhold til turbinens akse og derefter i overensstemmelse med rotationsaksen.
• Skovl - vand kommer ind i overfladen af ​​spanden (bladet) gennem dyser, takket være hvilke vandets hastighed øges, det rammer turbinebladet, turbinen roterer, den næste vinge kommer i drift, og processen fortsætter
• Roterende vinge - vingerne roterer rundt om deres akse samtidig med turbinens rotation.

4. I henhold til installationsbetingelserne

Fordele og ulemper ved enheden

Fordelene ved brug inkluderer:

• Miljøsikkerhed af installationer for miljøet;
• En uudtømmelig energikilde;
• Lave omkostninger ved genereret energi;
• Autonomi af installationer;
• Pålidelighed af installationer;
• Lang levetid.

Ulemper ved brug omfatter:

• Potentiel fare for indbyggere i vandområder;
• Begrænset mulighed for installationsbetingelser for installationen.

Producenter af anlæg og udstyr

Et begrænset antal virksomheder både i vores land og i udlandet er involveret i produktion af udstyr til mini vandkraftværker. Dette forklares med den begrænsede brug af små vandkraftværker på grund af den lille tilgængelighed af nødvendige vandområder samt tendenser i energiudvikling i forskellige lande.

Af de udenlandske virksomheder, der med succes opererer inden for dette forretningsområde, er disse

• "CINK Hydro-Energy" Tjekkiet - udfører hele spektret af arbejde fra design og levering af udstyr til installation og idriftsættelse af installationer.
• "Micro hydro power" Kina - producerer og sælger udstyrssæt til små installationer til husholdningsbrug.
• Ingeniør- og teknikfirmaet "Gidroponics" LLC, Bishkek, Kirgisistan. Virksomheden producerer og sælger hydrogeneratorer til små vandkraftværker.

I Rusland arbejder de på dette marked

• AEnergy LLC, Moskva. Virksomheden er engageret i at støtte udviklingen af ​​alternative energikilder. Inden for små vandkraft tilbyder virksomheden et komplet udvalg af services fra design til vedligeholdelse af færdige installationer.
• Tværindustri videnskabelig og teknisk sammenslutning "MNTO INSET", St. Petersborg. Virksomheden er engageret i design og udvikling af udstyr til mini vandkraftværker, fremstilling og installation af dets produkter. Produktlinjen omfatter:
  • Mini vandkraftværk med propelhjul, effekt fra 5,0 til 100 kW;
  • Mini vandkraftværk med diagonal pumpehjul, effekt 20,0 kW;
  • Mini vandkraftværk med skovlhjul med en effekt på op til 180 kW;
  • Hydrauliske enheder til små vandkraftværker.
• Firma "NPO Inversiya" Jekaterinburg. Virksomheden producerer udstyr og kits til mini vandkraftværker med en effekt på op til 10 kW.

Gør-det-selv mini vandkraftværk

For at lave det selv, har du brug for opfindsomhed, evnen til at arbejde med dine hænder og en vandmasse,
og nogle små ting, såsom en bilgenerator, et hjul fra ethvert køretøj og en transmissionsmekanisme (remskiver, gear, gear).

Først skal du lave et vandhjul. For at gøre dette skal du tage et hjul fra en cykel, motorcykel eller bil. Bladene er fastgjort langs hjulets diameter til dette kan du bruge ethvert materiale, så længe det er holdbart og ikke bøjer - jern, krydsfiner, hård plast, ebonit osv. Det er bedst at fastgøre det med en boltforbindelse, så det er muligt at udskifte knive, der er beskadiget under drift. Bladene er placeret i lige stor afstand fra hinanden.

Der laves en ramme hvorpå hjulet er monteret. Ved fastgørelsespunkterne til rammen er det nødvendigt at sørge for installation af lejer, hvori hjulets rotationsakse er indsat. En stor remskive eller et stort tandhjul er monteret i den ene ende af akslen. En lille remskive eller mindre tandhjul er monteret på generatorakslen.

Mulighed for et hjemmelavet mini vandkraftværk med lodret hjulinstallation

Hjulet placeres i vand, dette kan være en lodret installation i et plan vinkelret på vandoverfladen, eller vandret - når hjulet er helt nedsænket i vand. I det andet tilfælde er det nødvendigt at tage højde for, at hjulet ikke skal nedsænkes i vand mere end 2/3 af skivens tykkelse.
Remskiverne er forbundet med hinanden med en rem, og kædehjulene er forbundet med en kæde.

Systemet er klar til brug.

Beskriv i detaljer, hvad du kan få brug for mikro-vandkraftværk, der er ingen mening - svarene på dette spørgsmål er indlysende. Lad os bare kort sige, at af de velkendte alternative energikilder - solgeneratorer, vind- og vandkraftværker - er sidstnævnte potentielt de mest kraftfulde til en lavere pris. Derudover er du ikke afhængig af vejrfaktorer – vind eller sol.

En væsentlig fordel ved et hjemmelavet mikro-vandkraftværk er også den relative billighed og tilgængelighed af materialer. At købe et fabriks vandkraftværk kan koste dig $1000-10000,

Det er dog mini-vandkraftværker, der er de sværeste at designe og fremstille, især for en utrænet person. For eksempel tog det entusiasten Lukmon Akhmedov (Tadsjikistan) omkring 2 år at producere sin egen version af kraftværket. Da vi skrev denne artikel, forsøgte vi at skitsere hele processen tilstrækkeligt detaljeret og klart, trin for trin. Vi håber, at det med vores hjælp vil tage dig meget mindre tid.

Typer af mikro vandkraftværker

Lad os bemærke med det samme, at vi i denne artikel vil tale om at lave damløse mikro-vandkraftværker med dine egne hænder. At bygge en dæmning er en kompleks og dyr opgave, og du skal også bruge meget tid på at få godkendelse fra myndighederne. Med dæmningsløse vandkraftværker er alt meget enklere: De er mere miljøvenlige, og deres største ulempe - lavere effekt - er ikke kritisk, fordi vi har brug for energi til private, relativt små behov.

Separat bemærker vi, at "mikro-vandkraftværk" betyder en enhed med en kapacitet på op til 100 kW.

Så der er 4 typer dæmningsløse vandkraftværker: "guirlande" vandkraftværk, "vandhjul", Darrieus-rotor og "propel". Også dæmningsløse vandkraftværker kaldes ofte "flydende" eller "fritstrømmende".

• Garland vandkraftværket blev udviklet af den sovjetiske ingeniør Blinov i midten af ​​det 20. århundrede. Den består af små turbiner - hydrauliske propeller, spændt i form af perler på et kabel, der kastes over floden. Den ene ende af kablet er fastgjort til støttelejet, og den anden roterer generatorakslen. Kablet i denne enhed udfører opgaven som en aksel, hvis rotation overføres til generatorakslen. Ulemperne ved et kransvandkraftværk inkluderer de relative høje omkostninger, fare for andre (det er sandsynligt, at et sådant projekt skal koordineres med myndigheder og naboer) og lav effekt.
• Vandhjulet er installeret vinkelret på vandoverfladen og er mindre end halvt nedsænket i vand. Den kan aktiveres på to måder: enten trykker strømmen af ​​vand på bladene i bunden af ​​hjulet, så den roterer, eller vandstrømmen falder på hjulet fra oven (se billedet nedenfor). Effektiviteten af ​​sidstnævnte mulighed er meget højere. Ved fremstilling af en turbine af denne type er hovedproblemet det kompetente valg af formen på bladene, hvilket vil tillade den mest effektive brug af vandenergi.
• Darrieus-rotoren er en lodret rotor med specialdesignede vinger. Takket være det presser vandstrømmen på knivene med forskellige kræfter, på grund af hvilken rotation opstår. Denne effekt kan sammenlignes med løftet af en flyvinge, som opstår på grund af forskellen i tryk over og under vingen.
• Propellen ligner i design til propellen på en vindgenerator (deraf i virkeligheden navnet) eller propellen på et skib. Undervandspropelblade er dog typisk meget smallere, hvilket gør det muligt at bruge strømningsenergien mere effektivt. For eksempel for en flod med en strømhastighed på 1-2 m/s er en bredde på 2 centimeter tilstrækkelig. Dette design er velegnet til hurtige og dybe floder. Vigtigt punkt: af hensyn til svømmere og turisters sikkerhed skal du sørge for at installere en barriere og en advarselsbøje. Enheden roterer ret hurtigt og kan forårsage alvorlig skade.

Efter vores mening, for at lave gør-det-selv mikro-vandkraftværk Det er optimalt at bruge et propeldesign eller et "vandhjul"-design. Bemærk, at i fabriksfremstillede enheder har møller af begge typer en ret kompleks form (den såkaldte "Kaplan-turbine", "Pelton-turbine" osv.), hvilket gør det muligt at opnå maksimal effektivitet for forskellige typer flow. Det er dog vanskeligt at producere sådanne møller i "hjemmeproduktion".

En lille teori om mikro vandkraftværker og grundlæggende beregninger.

Det næste trin er at beregne og måle strømningshastigheden. Det er meget risikabelt at bestemme det med øjet - det er meget nemt at lave en fejl, så mål 10-20 meter langs kysten, smid en flyder (en chip, en lille bold) i vandet og mål den tid, det tager for chippen at flyde afstanden. Divider afstanden med tid - vi får strømmens hastighed. Som praksis viser, hvis det er mindre end 1 m/s, kan opførelsen af ​​et mikro-vandkraftværk i en given strøm være uberettiget. Hvis vi planlægger at opnå energi på grund af højdeforskelle, kan effekten beregnes tilnærmelsesvis ved hjælp af følgende formel:

Effekt N=k*9,81*1000*Q*H,

hvor k er effektiviteten af ​​systemet (sædvanligvis 20%-50%); 9,81 (m/sek2) - frit faldsacceleration; H - højdeforskel;

Q—vandstrøm (m3/sek); 1000 er densiteten af ​​vand (kg/m3).

Som det kan ses af formlen, er effekt direkte proportional med hastigheden. Hvis en flod har flere grene, så er det værd at måle hastigheden i dem alle og vælge det vandløb, der har den højeste hastighed og dybde. Bemærk venligst, at målinger skal foretages i roligt vejr.

Find bredden og dybden af ​​floden i meter. Forenklet antager vi, at strømmen i tværsnittet har form af et rektangel, og multiplicerer tværsnitsarealet med dets hastighed, får vi strømningshastigheden:

Q = a*b*v. Fordi faktisk har tværsnittet af vandstrømmen et mindre areal, så skal den resulterende værdi multipliceres med 70% -80%.

Hvis vi allerede har en færdiglavet generator, kan vi estimere hjulets mulige arbejdsradius og den nødvendige multiplikationsfaktor.

Hjulradius (m) = Flowhastighed (m/s) / Hjulhastighed (Hz). Vi kan estimere hjulets rotationshastighed ved at kende generatorens driftsfrekvens (normalt i "rpm") og det forventede reduktionsforhold.

Praksis: selv at bygge mikro-vandkraftværker

Nu er det tid til at designe og fremstille turbinen. Nedenfor vil vi beskrive funktionerne ved at bygge et mikro-vandkraftværk af typen "vandhjul". Dette design er fordelagtigt at bruge, hvis vi har mulighed for at organisere en højdeforskel for flowet (eller en sådan forskel eksisterer allerede, for eksempel er det et drænrør fra en dam). Som nævnt ovenfor skal der lægges særlig vægt på formen af ​​knivene. Hvis du bruger et hjul med knive i form af matricer (se billedet nedenfor, i dette tilfælde er knivene installeret i en vinkel på 45 grader), så vil effektiviteten af ​​en sådan installation være meget lav.

Det er bedre at bruge konkave-formede knive, som for eksempel kan fås fra PVC eller et metalrør, skære det på langs i 2 eller 4 dele. Som praksis viser, skal der være mindst 16 knive For at skære røret så lige som muligt, tegnes markeringslinjer langs overfladen. Du kan også fastgøre 2 parallelle træklodser og bruge dem som guider. Bladenes overflade bør poleres, ellers går en del af vandenergien til spilde på friktion.

Du kan bruge en tom kabelrulle som selve hjulet eller blot lave skiver med den passende diameter. Afstanden mellem skiverne svarer til længden af ​​knivene. Vi forbinder skiverne sammen og skærer halvcirkelformede riller ud til montering af knivene. Alternativt kan knivene svejses. Hvis strukturen er lille, kan et net fastgjort foran hjulet bruges til at beskytte det mod affald. I tilfælde af, at vandet falder på bladene ovenfra, men strømmen er bred nok, giver det mening at lave en dyse (se billedet nedenfor), takket være hvilken al strømmens energi vil blive brugt. På billedet ovenfor kan du se, at selve afløbsrøret er smalt, så der er ingen grund til at bruge en dyse. Under alle omstændigheder bør flowet falde på vandhjulet fra oven, cirka klokken 10, hvis du forestiller dig hjulet i form af en urskive.

En svejset metalramme kan bruges som en bærende struktur. For at øge effektiviteten, prøv om muligt at variere hjulets placering: tættere-længere, højere-lavere i forhold til den indkommende strøm.

Nu skal vi montere en step-up gearkasse (multiplikator). Både gear og kæde er velegnede. Hvilken multiplikator, der skal bruges, og hvilken reduktionskoefficient, der er nødvendig, afhænger af strømningseffekten, hjulets og generatorens driftsegenskaber. Beregning af koefficienten er meget enkel - divider det arbejdsmæssige antal omdrejninger af generatoren med antallet af hjulomdrejninger pr. minut. Nogle gange skal man bruge 2 gearkasser af forskellig type. For at overføre rotation fra hjulet til gearkassen eller generatoren bruges et rør, drivaksel eller andet lignende element.

Enhver passende motor vælges som generator, og det er ønskeligt, at den er synkron. For asynkron skal du tilføje kondensatorer, der fungerer i et stjerne- eller deltakredsløb. Kondensatorernes egenskaber afhænger af netværksspændingen og motorparametrene. Hovedproblemet ved brug af en induktionsmotor vil være at opretholde et konstant antal omdrejninger. Hvis det ændrer sig, skal du også skifte kondensatorerne, hvilket kan være meget besværligt.

Næste i rækken er designs, hvis prototype var V. Blinovs fristrømsvandkraftværk (model 1964).

De vandkraftværker, der vil blive diskuteret, er fritflydende, med en ret original turbine lavet af såkaldte Savonius-rotorer, spændt på en fælles (måske fleksibel, komposit) arbejdsaksel. De kræver ikke dæmninger eller andre store hydrauliske strukturer til deres installation. De er i stand til at arbejde med fuld effektivitet selv på lavt vand, hvilket kombineret med designets enkelhed, kompakthed og pålidelighed gør disse vandkraftværker meget lovende for de landmænd og gartnere, hvis jordlodder ligger i nærheden af ​​små vandløb (floder). , vandløb og grøfter).

I modsætning til dæmninger bruger fritstrømsvandkraftværker, som det er kendt, kun den kinetiske energi fra strømmende vand. For at bestemme magt er der en formel:

N=0,5*p*V3*F*n (1),

N - effekt på arbejdsakslen (W),
- p - densitet af vand (1000 kt/m3),
- V - flodens strømningshastighed (m/s),
- F - tværsnitsareal af den aktive (nedsænkelige) del af den hydrauliske maskines arbejdslegeme (m2),
- n - energiomdannelseseffektivitet.

Som det kan ses af formel 1, ved en flodhastighed på 1 m/s pr. kvadratmeter tværsnit af den aktive del af den hydrauliske maskine, er der ideelt (når n=1) kun en effekt svarende til 500 W . Denne værdi er klart lille til industriel brug, men er ganske tilstrækkelig for en landmands eller sommerboers dattergrund. Desuden kan den øges gennem parallel drift af flere "hydroenergiguirlander".

Og endnu en subtilitet. Hastigheden af ​​floden i dens forskellige sektioner er forskellig. Derfor er det nødvendigt at bestemme energipotentialet for din flod ved hjælp af den enkle metode, der er skitseret, før du starter opførelsen af ​​et mini-vandkraftværk. Lad os kun huske på, at afstanden tilbagelagt af måleflyderen og divideret med tiden, den passerer, svarer til den gennemsnitlige strømningshastighed i dette område. Det skal også bemærkes: denne parameter ændres afhængigt af årstiden.

Derfor bør der foretages designberegninger baseret på den gennemsnitlige (over den planlagte driftsperiode af minivandkraftværket) flodstrømningshastighed.

Fig.1. Savonius rotorer til hjemmelavede garland mini-vandkraftværker:

a, b - klinger; 1 - tværgående, 2 - ende.

Dernæst skal du bestemme størrelsen af ​​den aktive del af den hydrauliske maskine og dens type. Da hele mini-vandkraftværket skal være så enkelt som muligt og ukompliceret at fremstille, er den bedst egnede type konverter Savonius-rotoren i slutdesignet. Når man arbejder med fuldstændig nedsænkning i vand, kan værdien af ​​F tages lig med produktet af rotordiameteren D og dens længde L, og n=0,5. Rotationsfrekvensen f bestemmes med en nøjagtighed, der er acceptabel for praksis ved hjælp af formlen:

f=48V/3,14D (rpm) (2).

For at gøre vandkraftværket så kompakt som muligt, bør den effekt, der er angivet i beregningen, korreleres med den faktiske belastning, hvis strømforsyning skal leveres af mini-vandkraftværket (da i modsætning til en vindmølle, den nuværende vil løbende blive leveret til forbrugernettet). Som regel bruges denne elektricitet til belysning, strøm til tv, radio og køleskab. Desuden er kun sidstnævnte konstant sat i drift i løbet af dagen. Resten af ​​de elektriske apparater fungerer primært om aftenen. Baseret på dette er det tilrådeligt at fokusere på den maksimale effekt fra én "hydroenergi-guirlande" på omkring 250-300 W, der dækker spidsbelastningen med et batteri opladet fra et mini-vandkraftværk.

Overførslen af ​​drejningsmoment fra arbejdsakslen på et hydraulisk kraftværk til remskiven på en elektrisk generator udføres normalt ved hjælp af en mellemtransmission. Dette element kan dog strengt taget udelukkes, hvis generatoren, der anvendes i designet af et mikrovandkraftværk, har en driftsomdrejningshastighed på mindre end 750 rpm. Du må dog ofte nægte direkte kommunikation. For langt de fleste indenlandsk producerede generatorer ligger driftsomdrejningshastigheden ved starten af ​​udgangseffekten i området 1500-3000 rpm. Det betyder, at der er behov for yderligere koordinering mellem vandkraftværkets aksler og den elektriske generator.

Nå, nu hvor den foreløbige teoretiske del er bag os, lad os se på specifikke designs. Hver af dem har sine egne fordele.

Her er for eksempel et semi-stationært mini-vandkraftværk med frit flow med et horisontalt arrangement af to koaksiale, roterede 90° i forhold til hinanden (for at lette selvstart) og stift forbundne Savonius-rotorer af tværgående type. Desuden er hoveddelene og komponenterne i dette hjemmelavede vandkraftværk lavet af træ som det mest overkommelige og "lydige" byggemateriale.

Det foreslåede mini-vandkraftværk er nedsænket. Det vil sige, at dens bæreramme er placeret på tværs af vandløbet i bunden og er forstærket med fyrreb eller pæle (hvis der f.eks. er gangbroer, en bådhavn osv. i nærheden). Dette gøres for at undgå, at konstruktionen bliver ført væk af selve vandløbet.

Fig.2. Dykbart mini vandkraftværk med horisontale tværgående rotorer:
1 - bundbjælke (bjælke 150x100, 2 stk.), 2 - nederste tværbjælke (bræt 150x45, 2 stk.), 3 - midterste tværbjælke (bjælke 150x120, 2 stk.), 4 - stigrør (rundtømmer med diameter på 100, 4 stk.), 5 overligger (bræt 150x45, 2 stk.), 6 - øvre tværbjælke (bræt 100x40, 4 stk.), 7 - mellemskaft (rustfrit stål, stang med en diameter på 30) , 8 - remskiveblok, 9 - konstant generatorstrøm, 10 - "gander" med en porcelænsrulle og en to-kernet isoleret wire, 11 - bundplade (200x40 bord), 12 - drevremskive, 13 - trælejesamling (2 stk.), 14 - "hydroenergy garland" rotor (D600, L1000, 2 stk.), 15 skive (fra brædder 20-40 mm tykke banket ind i et skjold, 3 stk.); metalfastgørelseselementer (inklusive bøjler, nav på ydre skiver) er ikke vist.

Selvfølgelig skal dybden af ​​floden på installationsstedet for mini-vandkraftværket være mindre end højden af ​​støtterammen. Ellers er det meget svært (hvis ikke umuligt) at undgå, at der kommer vand ind i den elektriske generator. Tja, hvis stedet, hvor mini-vandkraftværket skal være placeret, har en dybde på mere end 1,5 m, eller der er en stor mængde vand og strømningshastighed, der varierer meget i løbet af året (hvilket i øvrigt er ret typisk for snefodrede vandløb), så anbefales det at udstyre dette design med flåd. Dette vil også gøre det nemt at flytte den, når den er installeret på en flod.

Bærerammen til et mini vandkraftværk er en rektangulær ramme lavet af tømmer, brædder og små træstammer, fastgjort med søm og ledning (kabler). Metaldele af strukturen (søm, bolte, klemmer, vinkler osv.) bør om muligt være lavet af rustfrit stål eller andre korrosionsbestandige legeringer.

Nå, da driften af ​​et sådant mini vandkraftværk ofte kun er mulig under russiske forhold sæsonmæssigt (på grund af frysning af de fleste floder), så efter udløbet af driftsperioden er hele strukturen, der trækkes i land, underlagt en grundig inspektion. Rådne træelementer og metaldele, der er rustet, trods de truffet forholdsregler, udskiftes omgående.

En af hovedkomponenterne i vores mini-vandkraftværk er en "hydroenergi-guirlande" af to stift faste (og danner en enkelt helhed på arbejdsakslen) rotorer. Deres skiver kan nemt laves af brædder 20-30 mm tykke. For at gøre dette, lav et skjold ud af dem, brug et kompas til at bygge en cirkel med en diameter på 600 mm. Hvorefter hver af brædderne skæres i henhold til kurven opnået på den. Efter at have slået emnerne sammen på to strimler (for at give den nødvendige stivhed), gentager de alt tre gange - i henhold til antallet af nødvendige skiver.

Hvad angår knivene, er det tilrådeligt at lave dem af tagjern. Eller endnu bedre, fra cylindriske rustfrie beholdere (tønder), der er passende i størrelse og skåret i halve (langs aksen), hvor landbrugsgødning og andre aggressive materialer normalt opbevares og transporteres. I ekstreme tilfælde kan knivene være lavet af træ. Men deres vægt (især efter et længere ophold i vand) vil stige betydeligt. Og dette skal huskes, når du opretter mini-vandkraftværker på flåd.

Piggede understøtninger er fastgjort til enderne af "hydroenergikransen". I det væsentlige er disse korte cylindre med en bred flange og en endeslids til en nøgle. Flangen er fastgjort til den tilsvarende rotorskive med fire bolte.

For at reducere friktionen er der lejer placeret på de midterste tværstænger. Og da almindelige kugle- eller rullelejer er uegnede til at arbejde i vand, bruger de... hjemmelavede træ. Designet af hver af dem består af to klemmer og indsatsplader med et hul til passage af en tapstøtte. Desuden er de midterste lejeskaller placeret således, at træfibrene her løber parallelt med akslen. Derudover tages der særlige forholdsregler for at sikre, at indsatspladerne sidder godt fast mod sideværts bevægelse. Dette gøres ved hjælp af tilspændingsbolte.

Fig.3. Glidelejesamling:
1 - krympebeslag (St3, strimmel 50x8, 4 stk.), 2 - midterrammetværbjælke, 3 - krympeindsats (lavet af hårdt træ, 2 stk.), 4 udskiftelige indsats (lavet af hårdt træ, 2 stk.) , 5 - M10 bolt med Grover møtrik og skive (4 sæt), 6 - M8 tap med to møtrikker og skiver (2 stk.).

Enhver af bilerne bruges som en elektrisk generator i det mikrohydroelektriske kraftværk, der overvejes. De producerer 12-14 V DC og kan nemt tilsluttes både et batteri og elektriske apparater. Effekten af ​​disse maskiner er omkring 300 W.

Designet af et bærbart mini vandkraftværk med et vertikalt arrangement af en "krans" og en generator er også ret acceptabelt til selvproduktion. En sådan vandkraftstation er ifølge forfatteren til udviklingen den mindst materialeintensive. Installationens bærende struktur, som fikserer sin position i flodsengen, er en hul stålstang (for eksempel fra rørsektioner). Dens længde er valgt ud fra arten af ​​bunden af ​​vandløbet og strømningshastigheden. Desuden sådan, at den skarpe ende af stangen, drevet ind i bunden, ville garantere stabiliteten af ​​mini-vandkraftværket og dets ikke-afbrydelse af strømmen. Yderligere brug af strækmærker er også mulig.
Efter at have bestemt rotorens aktive overflade ved hjælp af formel (1) og måling af flodens dybde på installationsstedet for minivandkraftværket, er det let at beregne diameteren af ​​Savonius-rotorerne, der bruges her. For at gøre designet enkelt og selvstartende er det tilrådeligt at lave en "hydroenergikrans" af to rotorer forbundet, så bladene på den første er forskudt med 90° i forhold til den anden (langs rotationsaksen). Desuden, for at øge driftseffektiviteten, er strukturen på siden af ​​den modgående strøm udstyret med et skjold, der spiller rollen som en ledevinge. Nå, arbejdsakslen er monteret i glidelejerne på de øvre og nedre understøtninger. I princippet kan der bruges kuglelejer med stor diameter i en kort periode med drift af et mini vandkraftværk (for eksempel på en vandretur). Men hvis der er sand eller silt i vandet, skal disse enheder efter hver brug vaskes i rent vand.

Ris. 4. Minivandkraftværk med et vertikalt arrangement af rotorer af endetypen:
1 - støttestang, 2 - nedre lejesamling, 3 - "hydroenergy garland" skive (3 stk.), 4 - rotor (D600, 2 stk.), 5 - øvre lejesamling, 6 - arbejdsaksel, 7 - transmission, 8 - elektrisk generator, 9 - "gander" med en porcelænsrulle og to-kernet isoleret ledning, 10 - generator monteringsklemme, 11 - bevægeligt styrepanel; a, b - klinger: bøjlerne i den øverste ende af støttestangen er ikke vist.

Understøtningerne er boltet og svejset til stangen, afhængigt af vægten af ​​"hydroenergikransen" og behovet for at adskille den i dele. Den øvre ende af arbejdsakslen på den hydrauliske maskine er også indgangsakslen til multiplikatoren, til hvilken (som den enkleste og mest teknologisk avancerede) et bælte kan bruges.

Den elektriske generator er igen taget fra en bil. Det er nemt at fastgøre det til støttestangen med en klemme. Og selve ledningerne, der kommer fra generatoren, skal have pålidelig vandtætning. I illustrationerne er de nøjagtige geometriske proportioner af mellemtransmissionen ikke vist, da de afhænger af parametrene for den specifikke generator, du har. Tja, transmissionsremme kan laves af en gammel bils inderrør, skære den i strimler med en bredde på 20 mm og derefter vride den i bundter.

Til strømforsyning til små landsbyer er en krans mini-vandkraftværk designet af V. Blinov egnet, som ikke er andet end en kæde af tøndeformede Savonius-rotorer med en diameter på 300-400 mm, fastgjort til et fleksibelt kabel strakt. over floden. Den ene ende af kablet er fastgjort til den hængslede støtte, og den anden gennem en simpel multiplikator til generatorakslen. Ved en flowhastighed på 1,5-2,0 m/s laver kæden af ​​rotorer op til 90 rpm. Og den lille størrelse af elementerne i "hydroenergikransen" gør det muligt at drive dette mikro-vandkraftværk på floder med en dybde på mindre end en meter.

Det skal siges, at før 1964 lykkedes det V. Blinov at skabe flere bærbare og stationære mini vandkraftværker af sit eget design, hvoraf den største var et vandkraftværk bygget nær landsbyen Porozhki (Tver-regionen). Et par guirlander her kørte to standard automobil- og traktorgeneratorer med en samlet effekt på 3,5 kW.

MK 10 1997 I. Dokunin

Det er her, vi vil forsøge at lave vores nye vandkraftværk. Tidligere, på denne dam, var der allerede gjort forsøg på at skabe et hjemmelavet vandkraftværk fra et egernhjul med et remtræk til en generator (forresten, det er vist på billedet i slutningen af ​​artiklen), som producerede en strømstyrke på omkring 1 Ampere, dette var nok til at drive flere pærer og en radio i vores lille jagthytte. Dette kraftværk fungerede med succes i mere end 2 år, og vi besluttede at skabe en mere kraftfuld version af et lignende vandkraftværk i stedet for denne mini-dæmning.

For at fremstille et minidæmningsvandkraftværk på m skal du bruge:

Metalrester og hjørner;
- Hjulskiver (bruges fra huset til en defekt Onan-generator);
- Generator (den var lavet af to diske med en diameter på 11 tommer fra Dodge skivebremser);
- Drivakslen og lejerne ser også ud til at være fra Dodge, vi husker det ikke præcist, så vi fjernede dem med vores egne hænder fra et andet hjemmelavet produkt;
- kobbertråd med et tværsnit på ca. 15 mm;
- lidt krydsfiner;
- magneter;
- polystyrenharpiks til fyldning af rotoren og statoren.

Fremstillingsproces

Vi laver drivhjulsbladene af et 4-tommer stålrør skåret i 4 dele.

Vi lavede en skabelon, der hjalp os med at lægge hullet ud. Sidefladerne på hjulet er 12-tommers skiver.

Vi laver en skabelon, som vi markerer hullerne til navene (5 stykker), samt placeringen af ​​vinklen på knivene. I sådan et hjul, hvis man ser fra siden, rammer vandet toppen, omkring klokken 10, passerer gennem midten af ​​hjulet og kommer ud i bunden, klokken 5, så vandet rammer hjulet to gange. Vi gennemgik et stort antal fotografier og forsøgte at simulere knivenes bredde og vinkel. På billedet ovenfor er der markeringer for kanterne af knivene og huller til fastgørelse af hjulet til generatoren. Hjulet har 16 klinger.

Skabelonen blev limet til en af ​​skiverne - hjulets fremtidige sideflade vi klemte begge skiver sammen. Billedet ovenfor viser boring af små huller til placering af knivene.

Vi skaber et 10-tommers mellemrum mellem skiverne ved hjælp af solide gevindstifter og justerer dem så omhyggeligt som muligt, før vi installerer knivene.

Hjulsvejseprocessen er vist på billedet ovenfor. Det er meget vigtigt, at knivene er lavet af galvaniseret stålrør. Før svejsning er det nødvendigt at strippe zinken fra kanterne af knivene, da galvaniseret metal ved svejsning udsender giftig gas, som vi forsøger at undgå.

Det færdige hjul på vores fremtidige vandkraftværk uden generator. På den anden side af hjulet (modsat generatoren) er der et hul med en diameter på 4 tommer i sideskiven - for nem skruning til generatoren, og også til rengøring, så du kan nå ind og fjerne pinde og andet affald, som vand kan bære med sig.

Dysen har samme bredde (10 tommer) som hjulet og omkring 1 tomme høj for den ende, hvor vandet kommer ud. Dysearealet er lidt mindre end det 4-tommers rør, som dysen er monteret på. På billedet ovenfor bøjer vi en metalplade med vores egne hænder til en dyse.

Vi sætter hjulet på akslen, vores vandkraftværk er næsten klar, der mangler kun at lave og installere generatoren. Hele strukturen er bevægelig. Vi kan flytte dysen frem, tilbage, op, ned. Hjulet og generatoren kan bevæge sig frem og tilbage.

Fremstilling af en generator til vores vandkraftværk.>

Vi laver statorviklingen og forbereder den til støbning. Viklingen består af 9 spoler, hver spole består af 125 vindinger kobbertråd med et tværsnit på 1,5 mm. Hver fase består af 3 spoler forbundet i serie, vi bragte 6 ender ud, så vi kan lave enten en stjerne eller en deltaforbindelse.

Og dette er statoren efter påfyldning. (Vi bruger polyesterharpiks til at fylde det) Dens diameter er 14 tommer (35,5 cm), tykkelsen er 0,5 tommer 1,3 cm.

Vi laver en skabelon af krydsfiner - til markering til magneter.

Billedet viser en skabelon og en af ​​bremseskiverne (fremtidig rotor).

Vi arrangerer 12 magneter, der måler 2,5 x 5 cm og 1,3 cm tykke i henhold til den forberedte skabelon.

Vi fylder rotoren med polyesterharpiks, og når harpiksen tørrer, er rotoren klar til brug.

Sådan ser vores næsten færdigbyggede vandkraftværk ud komplet med en generator.

Foto fra den anden side. Under aluminiumsdækslet er der to broensrettere fra 3-faset vekselstrøm til jævnstrøm. Amperemeterskala – op til 6A. I denne tilstand, når luftgabet mellem de magnetiske rotorer er reduceret til grænsen, producerer maskinen 12,5 volt ved 38 o/min.

I den bagerste magnetrotor er der 3 stemmeskruer til at justere luftspalten, så generatoren kan snurre hurtigere efter behov, i håb om at finde det optimale.

I deres fritid deltog 17 personer i oprettelsen af ​​vandkraftværket.

Lad os begynde at lave fastgørelseselementer; for at gøre dette renser vi først al rust fra metalplader og hjørner, grunder og maler, det er selvfølgelig ikke nødvendigt, men det er smukkere på denne måde, og det vil se salgbart ud.

Vores generator med vandhjul er klar, det eneste der mangler er at installere det!

Det ville være rart at bygge en stænkskærm til generatoren, der ville rotere med hjulet, men vi har aldrig fundet et passende materiale. Derfor besluttede vi at gøre dette senere, hvis vandkraftværket begynder at fungere.

Endnu et foto af generatoren med et vandhjul. Dysen er ikke installeret endnu, den er på bagsiden af ​​kroppen, og vi installerer den snart.

Billedet viser det sted, hvor vi vil placere det. Et 4-tommers rør kommer ud fra bunden af ​​dæmningen, omkring et 3-fods fald. Vi tager kun en lille del af vandstrømmen.

Dette er vores gamle mikro-vandkraftværk, som fungerede i 2 år, inklusive vintre. Det var nok til 1 Ampere (12 Watt) eller deromkring. Dette er et egernhjul, med et remtræk til motoren fra en computerstreamer fra Ametek. Remspændingen er afgørende for vellykket drift og skal justeres ofte. Vi håber, vi har bygget noget bedre end dette.

Her er vores vandkraftværk på plads, vi er ved at sætte det op. Til sidst når vi frem til de teoretisk forudsagte parametre: det bedste resultat opnås, når vandet kommer ind klokken 10 på hjulfælgen og kommer ud omkring klokken 5.

Det virker! Udgangen er omkring 2 ampere (1,9 for at være præcis). Det er ikke muligt at øge strømmen. Justeringerne er ikke lette at foretage - hver bevægelse af hjulet kræver en tilsvarende bevægelse af dysen, og omvendt. Vi kan også ændre luftgabet og ændre forbindelsen fra stjerne til delta. Resultatet er klart bedre for stjernen - kraften er højere end for trekanten ved samme hastighed. Vi endte med at gå med en kædering med 1,25 tommer frigang (ret meget).

Maskinen kan gøres lidt billigere ved at bruge mindre kraftige magneter og en mindre luftspalte... eller den kan producere mere strøm med de samme magneter, mindre mellemrum og spoler med flere vindinger. Vi gør det en dag. I mellemtiden producerer hjulet 160 o/min ved tomgang, 110 o/min under belastning, hvilket giver 1,9 A x 12V.
Vi havde det meget sjovt, det var meget sjovt, og mini-vandkraftværket fungerer godt. Vi mangler stadig en skærm til generatoren - floden er fuld af magnetitsand! Hvert par timer skal du rense magnetrotorerne for sandopbygning. Du skal enten installere en skærm eller vedhæfte et par kraftige magneter ved indgangen til røret.

Baseret på materialer fra siden: Otherpower.com

Lad os først definere driftsprincippet og typerne af små vandkraftværker. Strømmen af ​​en flod eller faldende vandstrøm roterer turbinebladene og en hydraulisk rørledning, som er forbundet med en elektrisk generator - sidstnævnte genererer elektricitet. Moderne kompakte vandkraftværker har automatisk styring med mulighed for øjeblikkeligt at skifte til manuel tilstand i tilfælde af en nødsituation. Designet af moderne fabriks vandkraftværker gør det muligt at minimere konstruktionsarbejde under installation af udstyr.

Typer af mini vandkraftværker

Minikraftværker omfatter generatorer med en kapacitet fra 1 til 3000 kW. Grundlæggende består det termiske kraftværk af:

1. turbiner (vandindtagsanordning);
2. generere blok;
3. kontrolsystemer.

I henhold til typen af ​​vandressourcer, der bruges til produktion, er mini vandkraftværker:

• Kanalfloder. Sådanne stationer er bygget på små lavlandsfloder med reservoirer.
• Bjerg. Stationære stationer, der bruger energien fra hurtige bjergstrømme.
• Industriel. Stationer, der bruger forskelle i vandgennemstrømning på industrivirksomheder.
• Mobil. Stationer, der bruger forstærkede slanger til vandgennemstrømning.

Dæmningstyper af stationer er kendetegnet ved høj effekt, men opførelsen af ​​en dæmning er dyr, og i dette tilfælde er det umuligt at undvære tilladelser. At blive involveret med embedsmænd i vores land komplicerer ikke kun dit liv, men sætter også spørgsmålstegn ved gennemførelsen af ​​dine bedste hensigter, så lad os opgive denne idé med det samme.

Hvordan fungerer et mini vandkraftværk?

Principdiagrammet for driften af ​​et vandkraftværk kan vælges fra flere muligheder:

• Garland vandkraftværk. Fra den ene bred af floden til den anden lægges et kabel med rotorer spændt på det under vand. Strømmen roterer rotorerne og følgelig selve kablet. Den ene ende af kablet er i et leje, den anden er forbundet til generatoren.
• Propel. En undervandskonstruktion, der ligner en vindmølle med smalle vinger og en lodret rotor. En klinge med en bredde på kun 20 mm ved høj rotationshastighed vil give minimal modstand. En klinge af denne bredde vælges med en strømningshastighed på 0,8-2,0 m pr. sekund.
• Vandhjul. Et hjul med blade, delvist nedsænket i strømmen, og placeret vinkelret på vandoverfladen. Vandstrømmen presser på knivene og roterer hjulet.
• Rotor Daria. Lodret rotor med komplekse bladoverflader. Væsken, der strømmer rundt om knivene, skaber forskellige tryk, hvilket forårsager rotation.

Billedet viser et mini vandkraftværk baseret på et vandhjul

Sådan estimeres den potentielle kapacitet af mini vandkraftværker

Før du bygger et mini vandkraftværk med dine egne hænder, skal du bestemme den kraft, du kan regne med. Der er et referenceforhold mellem vandstrømmens hastighed og den effekt, der kan fjernes fra akslen i kW med en skruediameter på 1 m.

Strømningshastigheden bestemmes ved at måle den tid, det tager for en spån, der kastes i vandet, at rejse en vis afstand. Efter at have lavet simple beregninger får vi strømningshastigheden i meter per sekund. Hvis hastigheden i dette tilfælde er mindre end 1 m/sek., vil opførelsen af ​​et vandkraftværk ikke være økonomisk gennemførlig.

Ved en flowhastighed på 2,5 m/s vil effekten være 0,86 kW, ved 3 m/s - 1,24 kW, ved 4 m/s - 2,2 kW. Forholdet er beskrevet af afhængigheden: kraften af ​​et vandkraftværk er proportional med terningen af ​​vandstrømningshastigheden. Hvis strømningshastigheden på den foreslåede byggeplads er lav, kan du forsøge at øge den ved at installere en forskel i strømningshøjder eller ved at installere et drænrør med variabel diameter ved udløbet af reservoiret. Jo mindre rørets udløbsdiameter er, desto højere er strømningshastigheden.

Sådan laver du et mini vandkraftværk derhjemme

Driftsprincippet for et lille hjemmelavet vandkraftværk kan forstås ved hjælp af eksemplet med en cykel med en forlygte og en dynamo (generator).

1. Fra tagjern laver vi tre blade med en længde svarende til cykelhjulets radius (afstanden fra det centrale nav til hjulfælgen) og en bredde på 3-4 cm.
2. Vi installerer bladene mellem hjulets eger, bøjer kanten af ​​bladet rundt om egerne for at sikre det. Knivene skal justeres jævnt, samtidig med at de samme vinkler mellem dem bibeholdes.
3. Vi nedsænker hjulet med knive i en hurtig flod til en dybde på en tredjedel til halvdelen af ​​hjulets diameter. Den producerede elektricitet vil være nok til for eksempel at tænde et telt.

Tegning af en af ​​mulighederne for at bygge et mini vandkraftværk

Et eksempel kunne være et lille vandkraftværk til en gård med en kapacitet på 3-5 kW fra skrotmaterialer:

1. Rotoren kan laves af en gammel metalkabeltromle med en diameter på 2,2 m. Ved hjælp af en slibemaskine og svejsning i en vinkel på 45 grader i forhold til radius skal der svejses 18 blade. Rotoren roterer på lejer. Støtte – metalrør eller vinkel.
2. På rotoren skal du installere en kæde gearkasse med et gearforhold (gearforhold) på 4. Dernæst vil rotationen blive overført gennem VAZ 2101 drivakslen Brugen af ​​en drivaksel vil reducere vibrationer, og koaksialiteten af ​​drevet og generator ved brug af akslen vil være ukritisk.
3. Du skal bruge en step-up gearkasse (koefficient - 40) og en trefaset generator. Generatorens rotationshastighed er omkring 3000 rpm. Det samlede reduktionsforhold for de to gearkasser vil være 40 x 4 = 160. Generatoren bør være dækket af et hus for at beskytte den mod fugt og sikkerhed. Den anslåede rotation af vandhjulet bør være omkring 20 omdrejninger i minuttet.
4. En asynkronmotor kan tilpasses til generatoren, og styreenheden kan tages fra enhver lille maskine. Du skal bruge et VVG NG-kabel 2x4 langt fra rotoren til landbrugsbygninger.

Konklusioner

De samlede produktionsomkostninger vil være omkring 10-15 tusind rubler. Den vigtigste udgiftspost er lønnen til svejseren og arbejderen, der hjælper med at fremstille og samle strukturen.

De vigtigste fordele ved sådant udstyr er de lave omkostninger til elektricitet, miljøsikkerhed, energikildens uudtømmelighed og designens enkelhed.