Ak v blízkosti vášho domova tečie rieka alebo dokonca malý potok, potom pomocou domácej mini vodnej elektrárne môžete získať bezplatnú elektrinu. Možno to nebude príliš veľký prírastok do rozpočtu, ale uvedomenie si, že máte vlastnú elektrinu, stojí oveľa viac. No, ak napríklad v chate nie je centrálne napájanie, potom bude jednoducho potrebné aj malé množstvo elektriny. A tak na vytvorenie domácej vodnej elektrárne sú potrebné aspoň dve podmienky - dostupnosť vodného zdroja a túžba.

Ak sú prítomné oboje, potom prvá vec, ktorú musíte urobiť, je zmerať rýchlosť toku rieky. Je to veľmi jednoduché - hodiť vetvičku do rieky a zmerať čas, počas ktorého pláva 10 metrov. Delením metrov sekundami získate aktuálnu rýchlosť v m/s. Ak je rýchlosť nižšia ako 1 m/s, potom produktívna mini vodná elektráreň nebude fungovať. V tomto prípade sa môžete pokúsiť zvýšiť rýchlosť prúdenia umelým zúžením kanála alebo vytvorením malej hrádze, ak máte čo do činenia s malým potokom.

Ako vodítko môžete použiť vzťah medzi rýchlosťou prúdenia v m/s a výkonom odoberanej elektriny z hriadeľa vrtule v kW (priemer skrutky 1 meter). Dáta sú v skutočnosti experimentálne, výsledná sila závisí od mnohých faktorov, ale je vhodná na vyhodnotenie. Takže:

• 0,5 m/s – 0,03 kW,
• 0,7 m/s – 0,07 kW,
• 1 m/s – 0,14 kW,
• 1,5 m/s – 0,31 kW,
• 2 m/s – 0,55 kW,
• 2,5 m/s – 0,86 kW,
• 3 m/s -1,24 kW,
• 4 m/s – 2,2 kW atď.

Výkon domácej mini vodnej elektrárne je úmerný tretej mocnine rýchlosti prúdenia. Ako už bolo naznačené, ak je rýchlosť prúdenia nedostatočná, skúste ju umelo zvýšiť, ak je to samozrejme možné.

Typy malých vodných elektrární

Existuje niekoľko hlavných možností pre domáce mini vodné elektrárne.


Toto je koleso s lopatkami namontovanými kolmo na hladinu vody. Koleso je menej ako do polovice ponorené do prúdu. Voda tlačí na lopatky a otáča koleso. Nechýbajú ani turbínové kolesá so špeciálnymi lopatkami optimalizovanými pre prúdenie kvapaliny. Ale to sú dosť zložité návrhy, viac továrenské ako domáce.

Je to rotor s vertikálnou osou, ktorý sa používa na výrobu elektrickej energie. Vertikálny rotor, ktorý sa otáča v dôsledku tlakového rozdielu na jeho lopatkách. Tlakový rozdiel vzniká v dôsledku prúdenia kvapaliny okolo zložitých povrchov. Efekt je podobný zdvihnutiu krídlového krídla alebo zdvihu krídla lietadla. Tento dizajn si patentoval Georges Jean-Marie Darrieux, francúzsky letecký inžinier v roku 1931. Často sa používa aj v konštrukciách veterných turbín.

Girlanda Vodná elektráreň sa skladá z ľahkých turbín - hydraulických vrtúľ, navlečených a pevne upevnených vo forme girlandy na kábli vrhanom cez rieku. Jeden koniec kábla je upevnený v nosnom ložisku, druhý otáča rotor generátora. V tomto prípade hrá kábel úlohu akéhosi hriadeľa, ktorého rotačný pohyb sa prenáša na generátor. Prúd vody otáča rotory, rotory otáčajú káblom.

Tiež si požičal z návrhov veterných elektrární, akési „podvodné veterné turbíny“ s vertikálnym rotorom. Na rozdiel od vzduchovej vrtule má podvodná vrtuľa lopatky minimálnej šírky. Pre vodu stačí šírka čepele len 2 cm Pri takejto šírke bude minimálny odpor a maximálna rýchlosť otáčania. Táto šírka lopatiek bola zvolená pre rýchlosť prúdenia 0,8-2 metre za sekundu. Pri vyšších rýchlostiach môžu byť optimálne iné veľkosti. Vrtuľa sa nepohybuje v dôsledku tlaku vody, ale v dôsledku vytvárania zdvíhacej sily. Rovnako ako krídlo lietadla. Lopatky vrtule sa pohybujú naprieč prúdom a nie sú ťahané v smere prúdenia.

Výhody a nevýhody rôznych systémov domácich mini vodných elektrární

Nevýhody girlandovej vodnej elektrárne sú zrejmé: vysoká spotreba materiálu, nebezpečenstvo pre ostatných (dlhý podvodný kábel, rotory skryté vo vode, blokovanie rieky), nízka účinnosť. Vodná elektráreň Garland je akousi malou priehradou. Odporúča sa používať v neobývaných, odľahlých oblastiach s príslušnými výstražnými značkami. Môže sa vyžadovať povolenie úradov a environmentalistov. Druhou možnosťou je malý potôčik vo vašej záhrade.

Rotor Daria je ťažké vypočítať a vyrobiť. Na začiatku práce si to treba odkrútiť. Je to však atraktívne, pretože os rotora je umiestnená vertikálne a energiu je možné odoberať nad vodou bez ďalších prevodov. Takýto rotor sa bude otáčať pri akejkoľvek zmene smeru prúdenia - to je plus.

Najrozšírenejšie konštrukcie na stavbu podomácky vyrobených vodných elektrární sú vrtuľa a vodné koleso. Keďže tieto možnosti sú relatívne jednoduché na výrobu, vyžadujú si minimálne výpočty a realizujú sa s minimálnymi nákladmi, majú vysokú účinnosť a ľahko sa konfigurujú a obsluhujú.

Príklad jednoduchej mini-vodnej elektrárne

Najjednoduchšiu vodnú elektráreň možno rýchlo postaviť z obyčajného bicykla s dynamickým svetlometom. Niekoľko nožov (2-3) musí byť pripravených z pozinkovaného železa alebo tenkého hliníkového plechu. Čepele by mali mať dĺžku od ráfika kolesa po náboj a šírku 2-4 cm. Tieto čepele sa inštalujú medzi lúče pomocou akejkoľvek dostupnej metódy alebo pomocou vopred pripravených spojovacích prvkov.

Ak používate dve čepele, umiestnite ich oproti sebe. Ak chcete pridať viac nožov, potom vydeľte obvod kolesa počtom nožov a nainštalujte ich v rovnakých intervaloch. Môžete experimentovať s hĺbkou ponorenia kolesa s lopatkami vo vode. Zvyčajne je ponorený do jednej tretiny až polovice.

O možnosti putovnej veternej elektrárne sa uvažovalo už skôr.

Takáto mikro vodná elektráreň nezaberie veľa miesta a výborne poslúži cyklistom - hlavná je prítomnosť potôčika alebo potôčika - čo je zvyčajne miesto, kde sa tábor zriaďuje. Mini vodná elektráreň z bicykla dokáže osvetliť stan a nabíjať mobilné telefóny či iné pomôcky.

Podrobne popíšte, čo môžete potrebovať mikro-vodná elektráreň, nemá zmysel - odpovede na túto otázku sú zrejmé. Stručne si povedzme, že zo známych alternatívnych zdrojov energie – solárnych generátorov, veterných a vodných elektrární – sú tieto potenciálne najvýkonnejšie za nižšiu cenu. Navyše nie ste závislí od faktorov počasia – vetra či slnka.

Významnou výhodou domácej mikro-vodnej elektrárne je aj relatívna lacnosť a dostupnosť materiálov. Nákup továrenskej vodnej elektrárne vás môže stáť 1 000 – 10 000 USD,

Práve mini-vodné elektrárne sú však najťažšie na projektovanie a výrobu, najmä pre netrénovaného človeka. Napríklad nadšencovi Lukmonovi Akhmedovovi (Tadžikistan) trvalo približne 2 roky, kým vyrobil svoju vlastnú verziu elektrárne. Pri písaní tohto článku sme sa snažili načrtnúť celý proces dostatočne podrobne a jasne, krok za krokom. Dúfame, že s našou pomocou vám to zaberie oveľa menej času.

Typy mikro vodných elektrární

Okamžite si všimnime, že v tomto článku budeme hovoriť o tom, ako vlastnými rukami vyrobiť bezhradé mikro-vodné elektrárne. Stavba priehrady je zložitá a nákladná úloha a veľa času budete musieť stráviť aj získaním súhlasu od úradov. S vodnými elektrárňami bez priehrady je všetko oveľa jednoduchšie: sú šetrnejšie k životnému prostrediu a ich hlavná nevýhoda – nižší výkon – nie je kritická, pretože energiu potrebujeme na súkromné, relatívne malé potreby.

Samostatne poznamenávame, že „mikrovodná elektráreň“ znamená jednotku s výkonom do 100 kW.

Existujú teda 4 typy vodných elektrární bez priehrady: vodná elektráreň „girland“, „vodné koleso“, rotor Darrieus a „vrtuľka“. Vodné elektrárne bez priehrad sa tiež často nazývajú „tečúce“ alebo „voľne tečúce“.

• Vodnú elektráreň Garland vyvinul sovietsky inžinier Blinov v polovici 20. storočia. Skladá sa z malých turbín - hydraulických vrtúľ, navlečených vo forme guľôčok na kábli, ktorý je vrhnutý cez rieku. Jeden koniec kábla je pripevnený k nosnému ložisku a druhý otáča hriadeľ generátora. Kábel v tejto jednotke plní úlohu hriadeľa, ktorého rotácia sa prenáša na hriadeľ generátora. Nevýhody girlandovej vodnej elektrárne zahŕňajú relatívne vysoké náklady, nebezpečenstvo pre ostatných (je pravdepodobné, že takýto projekt bude musieť byť koordinovaný s úradmi a susedmi) a nízky výkon.
• Vodné koleso je inštalované kolmo na hladinu vody a je ponorené do vody menej ako do polovice. Môže sa aktivovať dvoma spôsobmi: buď prúd vody tlačí na lopatky v spodnej časti kolesa, čím sa otáča, alebo prúd vody padá na koleso zhora (pozri fotografiu nižšie). Účinnosť poslednej možnosti je oveľa vyššia. Pri výrobe turbíny tohto typu je hlavnou otázkou kompetentný výber tvaru lopatiek, ktorý umožní čo najefektívnejšie využitie vodnej energie.
• Rotor Darrieus je vertikálny rotor so špeciálne navrhnutými lopatkami. Vďaka nemu prúd vody tlačí na lopatky rôznymi silami, vďaka čomu dochádza k rotácii. Tento efekt možno prirovnať k zdvihu krídla lietadla, ktorý vzniká v dôsledku rozdielu tlaku nad a pod krídlom.
• Vrtuľa má podobný dizajn ako vrtuľa veterného generátora (odtiaľ v skutočnosti názov) alebo vrtule lode. Lopatky podvodnej vrtule sú však zvyčajne oveľa užšie, čo umožňuje efektívnejšie využitie energie prúdenia. Napríklad pre rieku s rýchlosťou prúdu 1-2 m/s stačí šírka 2 centimetre. Tento dizajn je vhodný pre rýchle a hlboké rieky. Dôležitý bod: pre bezpečnosť plavcov a turistov nezabudnite nainštalovať zábranu a výstražnú bóju. Jednotka sa točí pomerne rýchlo a môže spôsobiť vážne zranenie.

Podľa nášho názoru na výrobu „urob si sám“ mikro-vodná elektráreň Optimálne je použiť vrtuľové prevedenie alebo prevedenie typu „vodné koleso“. Všimnite si, že v továrensky vyrábaných blokoch majú turbíny oboch typov pomerne zložitý tvar (takzvaná „Kaplanova turbína“, „Peltonova turbína“ atď.), čo umožňuje dosiahnuť maximálnu účinnosť pre rôzne typy prúdenia. Vyrábať takéto turbíny v „domácej“ výrobe je však náročné.

Trochu teórie o mikro vodných elektrárňach a základných výpočtoch.

Ďalším krokom je výpočet a meranie prietoku. Jeho určovanie podľa oka je veľmi riskantné - veľmi ľahko sa pomýlite, preto si odmerajte 10-20 metrov pozdĺž brehu, hoďte do vody plavák (čip, malú loptičku) a zmerajte čas, za ktorý sa čip dostane. preplávať vzdialenosť. Vydelíme vzdialenosť časom – dostaneme rýchlosť prúdu. Ako ukazuje prax, ak je to menej ako 1 m/s, výstavba mikro-vodnej elektrárne v danom toku môže byť neopodstatnená. Ak plánujeme získavať energiu v dôsledku výškových rozdielov, potom je možné výkon približne vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:

Výkon N=k*9,81*1000*Q*H,

kde k je účinnosť systému (zvyčajne 20%-50%); 9,81 (m/s2) - zrýchlenie voľného pádu; H – výškový rozdiel;

Q – prietok vody (m3/s); 1000 je hustota vody (kg/m3).

Ako je zrejmé zo vzorca, výkon je priamo úmerný rýchlosti. Ak má rieka niekoľko ramien, potom sa oplatí zmerať rýchlosť vo všetkých a vybrať tok, ktorý má najvyššiu rýchlosť a hĺbku. Upozorňujeme, že merania sa musia vykonávať za pokojného počasia.

Nájdite šírku a hĺbku rieky v metroch. Zjednodušene predpokladáme, že prietok v priereze má tvar obdĺžnika, potom vynásobením plochy prierezu jeho rýchlosťou získame prietok:

Q = a*b*v. Pretože v skutočnosti má prierez vodného toku menšiu plochu, potom by sa výsledná hodnota mala vynásobiť 70% -80%.

Ak už máme hotový generátor, tak vieme odhadnúť možný pracovný polomer kolesa a potrebný multiplikačný faktor.

Polomer kolesa (m) = rýchlosť prietoku (m/s) / rýchlosť kolesa (Hz). Rýchlosť otáčania kolesa môžeme odhadnúť tak, že poznáme pracovnú frekvenciu generátora (zvyčajne v „ot./min“) a očakávaný redukčný pomer.

Prax: stavanie mikro-vodných elektrární sami

Teraz je čas navrhnúť a vyrobiť turbínu. Nižšie popíšeme vlastnosti výstavby mikrovodnej elektrárne typu „vodné koleso“. Tento dizajn je výhodné použiť, ak máme možnosť usporiadať výškový rozdiel pre prietok (alebo takýto rozdiel už existuje, napríklad je to odtokové potrubie z rybníka). Ako bolo uvedené vyššie, osobitná pozornosť by sa mala venovať tvaru čepelí. Ak používate koleso s čepeľami vo forme matríc (pozri fotografiu nižšie, v tomto prípade sú čepele inštalované pod uhlom 45 stupňov), potom bude účinnosť takejto inštalácie veľmi nízka.

Je lepšie použiť čepele konkávneho tvaru, ktoré možno získať napríklad z PVC alebo kovovej rúrky, pozdĺžne rozrezať na 2 alebo 4 časti. Ako ukazuje prax, malo by byť najmenej 16 čepelí, aby ste potrubie odrezali čo najrovnejšie, nakreslite čiary značky pozdĺž povrchu. Môžete tiež pripojiť 2 paralelné drevené bloky a použiť ich ako vodidlá. Povrch lopatiek by mal byť vyleštený, inak sa časť vodnej energie stratí na trenie.

Ako samotné koleso môžete použiť prázdnu káblovú cievku alebo jednoducho vyrobiť disky vhodného priemeru. Vzdialenosť medzi kotúčmi zodpovedá dĺžke lopatiek. Disky spojíme dohromady a vyrežeme polkruhové drážky na inštaláciu nožov. Alternatívne je možné čepele zvárať. Ak je konštrukcia malá, na ochranu pred úlomkami je možné použiť sieť pripevnenú pred kolesom. V prípade, že voda padá na lopatky zhora, ale prietok je dostatočne široký, má zmysel vyrobiť trysku (pozri fotografiu nižšie), vďaka ktorej sa využije všetka energia prúdu. Na fotografii vyššie vidíte, že samotná odpadová rúra je úzka, takže nie je potrebné použiť trysku. V každom prípade by tok mal dopadať na vodné koleso zhora, približne v 10. hodine, ak si koleso predstavíte v podobe ciferníka hodiniek.

Ako nosnú konštrukciu možno použiť zváraný kovový rám. Ak chcete zvýšiť účinnosť, pokúste sa, ak je to možné, zmeniť umiestnenie kolesa: bližšie-ďalej, vyššie-nižšie vzhľadom na prichádzajúci prúd.

Teraz musíme namontovať stupňovitú prevodovku (násobič). Prevod aj reťaz sú vhodné. Ktorý multiplikátor použiť a aký redukčný koeficient je potrebný, závisí od prietokového výkonu, prevádzkových charakteristík kolesa a generátora. Výpočet koeficientu je veľmi jednoduchý - vydeľte pracovný počet otáčok generátora počtom otáčok kolesa za minútu. Niekedy musíte použiť 2 prevodovky rôznych typov. Na prenos rotácie z kolesa na prevodovku alebo generátor sa používa rúrka, hnací hriadeľ alebo iný podobný prvok.

Ako generátor sa vyberie akýkoľvek vhodný motor a je žiaduce, aby bol synchrónny. Pre asynchrónne budete musieť pridať kondenzátory pracujúce v hviezde alebo trojuholníku. Charakteristiky kondenzátorov závisia od sieťového napätia a parametrov motora. Hlavným problémom pri použití indukčného motora bude udržiavanie konštantného počtu otáčok. Ak sa zmení, budete musieť vymeniť aj kondenzátory, čo môže byť veľmi problematické.

Mini vodná elektráreň je malá vodná elektráreň, ktorá vyrába malé množstvo elektrickej energie.

Princíp činnosti mini vodnej elektrárne

Princíp fungovania malých vodných elektrární sa nelíši od princípu fungovania veľkých elektrární. Voda vodného útvaru, rieky, jazera, nádrže sa pod vplyvom tlaku vytvoreného jej hmotou pohybuje daným smerom a vstupuje do lopatiek hydraulickej turbíny. Turbína prenáša svoj rotačný pohyb na rotačný pohyb generátora, ktorý vyrába elektrický prúd.
Tlak vody sa vytvára stavbou priehrady alebo prirodzeným prúdením vody, prípadne oboje.

Klasifikácia zariadenia

Vodné elektrárne vyrábajúce výkon do 5,0 MW sa považujú za malé.
Existujúce malé vodné elektrárne sú klasifikované podľa:

1. Princíp fungovania

• Pomocou „vodného kolesa“ - v tomto prípade je prijímacie koleso umiestnené vo vodnom prostredí rovnobežne s hladinou vody, ale je len čiastočne ponorené. Vodné hmoty, vyvíjajúce tlak na lopatky kolies, spôsobujú jeho rotáciu, ktorá sa prenáša na rotačný pohyb generátora.
• Dizajn girlandy - v tejto verzii zariadenia je z protiľahlých strán položený kábel, na ktorý sú pevne pripevnené rotory. Masy vody pohybujúce sa postupne otáčajú rotory. Rotačný pohyb rotorov sa prenáša na kábel, ktorý sa naopak otáča a prenáša svoj rotačný pohyb na rotačný pohyb generátora. Generátor je inštalovaný na brehu.
• S rotorom Darrieus - základom pre prevádzku zariadení tohto typu je tlakový rozdiel na lopatkách rotora. Tlakový rozdiel je vytvorený vodou pretekajúcou cez zložité povrchy rotora.
• S vrtuľou - princíp činnosti je podobný činnosti veterného generátora, s tým rozdielom, že v prípade mini vodnej elektrárne sú lopatky umiestnené vo vodnom prostredí.

2. Možnosti aplikácie

• Priemyselné použitie (180 kW a viac) - používa sa na napájanie podnikov alebo predaj spotrebiteľom.
• Komerčné využitie (do 180 kW) - používa sa na napájanie malých energeticky náročných podnikov a skupín domov.
• Domáce použitie (do 15 kW) - používa sa na napájanie jednotlivých domov a malých zariadení.

3. Podľa konštrukcie turbíny

• Axiálne - v jednotkách tohto dizajnu sa voda pohybuje pozdĺž osi turbíny a naráža na lopatky, ktoré sa začínajú otáčať.
• Radiálno-axiálne - v tejto konštrukcii sa voda spočiatku pohybuje radiálne vo vzťahu k osi turbíny a potom v súlade s osou jej rotácie.
• Vedro - voda vstupuje na povrch vedra (lopatky) tryskami, vďaka čomu sa rýchlosť vody zvyšuje, naráža na lopatku turbíny, turbína sa otáča, do činnosti sa dostáva ďalšia lopatka a proces pokračuje
• Rotary-lode - lopatky sa otáčajú okolo svojej osi súčasne s rotáciou turbíny.

4. Podľa podmienok inštalácie

Výhody a nevýhody zariadenia

Medzi výhody použitia patrí:

• Environmentálna bezpečnosť zariadení pre životné prostredie;
• Nevyčerpateľný zdroj energie;
• nízke náklady na vyrobenú energiu;
• Autonómia zariadení;
• Spoľahlivosť inštalácií;
• Dlhá životnosť.

Nevýhody použitia zahŕňajú:

• Potenciálne nebezpečenstvo pre obyvateľov vodných útvarov;
• Obmedzená možnosť podmienok inštalácie inštalácie.

Výrobcovia zariadení a zariadení

Výrobou zariadení pre mini vodné elektrárne sa zaoberá obmedzený počet podnikov u nás aj v zahraničí. Vysvetľuje to obmedzené využívanie malých vodných elektrární v dôsledku malej dostupnosti potrebných vodných plôch, ako aj trendov vo vývoji energetiky v rôznych krajinách.

Zo zahraničných spoločností úspešne pôsobiacich v tejto oblasti podnikania sú to práve tieto

• "CINK Hydro-Energy" Česká republika - vykonáva celú škálu prác od návrhu a dodávky zariadení až po montáž a uvedenie inštalácií do prevádzky.
• "Micro hydro power" Čína - vyrába a predáva súpravy zariadení pre malé inštalácie na domáce použitie.
• Inžinierska a technická firma "Gidroponics" LLC, Biškek, Kirgizsko. Spoločnosť vyrába a predáva hydrogenerátory pre malé vodné elektrárne.

V Rusku pracujú na tomto trhu

• AEnergy LLC, Moskva. Spoločnosť sa zaoberá podporou rozvoja alternatívnych zdrojov energie. V oblasti malých vodných elektrární ponúka spoločnosť celú škálu služieb od projektovania až po údržbu dokončených zariadení.
• Medziodvetvové vedecké a technické združenie „MNTO INSET“, Petrohrad. Spoločnosť sa zaoberá návrhom a vývojom zariadení pre mini vodné elektrárne, výrobou a inštaláciou svojich produktov. Produktový rad zahŕňa:
  • Mini vodná elektráreň s vrtuľovým obežným kolesom, výkon od 5,0 do 100 kW;
  • Mini vodná elektráreň s diagonálnym obežným kolesom, výkon 20,0 kW;
  • Mini vodná elektráreň s korčekovým obežným kolesom s výkonom do 180 kW;
  • Hydraulické agregáty pre malé vodné elektrárne.
• Spoločnosť "NPO Inversiya" Jekaterinburg. Spoločnosť vyrába zariadenia a zostavy pre mini vodné elektrárne s výkonom do 10 kW.

Urob si sám mini vodná elektráreň

Aby ste to urobili sami, potrebujete vynaliezavosť, schopnosť pracovať s rukami a vodným útvarom,
a nejaké drobnosti, ako napríklad generátor auta, koleso z akéhokoľvek vozidla a prevodový mechanizmus (kladky, prevody, ozubené kolesá).

Najprv musíte urobiť vodné koleso. Ak to chcete urobiť, vezmite koleso z bicykla, motocykla alebo auta. Čepele sú pripevnené pozdĺž priemeru kolesa, môžete použiť akýkoľvek materiál, pokiaľ je odolný a neohýba sa - železo, preglejka, tvrdý plast, ebonit atď. Najlepšie je upevniť ho skrutkovým spojom, aby bolo možné vymeniť čepele poškodené počas prevádzky. Čepele sú umiestnené v rovnakej vzdialenosti od seba.

Je vyrobený rám, na ktorom je koleso namontované. V miestach pripevnenia k rámu je potrebné zabezpečiť inštaláciu ložísk, do ktorých je vložená os otáčania kolesa. Na jednom konci nápravy je namontovaná veľká kladka alebo veľké ozubené koleso. Na osi generátora je namontovaná malá kladka alebo menšie ozubené koleso.

Možnosť pre domácu mini vodnú elektráreň s vertikálnou inštaláciou kolesa

Koleso je umiestnené vo vode, môže to byť vertikálna inštalácia v rovine kolmej na hladinu vody, alebo horizontálna - keď je koleso úplne ponorené vo vode. V druhom prípade je potrebné počítať s tým, že koleso by malo byť ponorené vo vode maximálne do 2/3 hrúbky disku.
Kladky sú navzájom spojené remeňom a ozubené kolesá reťazou.

Systém je pripravený na použitie.

Ďalšie v poradí sú návrhy, ktorých prototypom bola voľne prietoková (model 1964) girlandová vodná elektráreň V. Blinova.

Vodné elektrárne, o ktorých bude reč, sú voľne prietokové, s pomerne originálnou turbínou vyrobenou z takzvaných Savoniových rotorov, navlečených na spoločnom (možno flexibilnom, kompozitnom) pracovnom hriadeli. Na ich inštaláciu nevyžadujú priehrady ani iné rozsiahle hydraulické stavby. Sú schopné pracovať s plnou účinnosťou aj v plytkej vode, čo v kombinácii s jednoduchosťou, kompaktnosťou a spoľahlivosťou konštrukcie robí tieto vodné elektrárne veľmi perspektívnymi pre farmárov a záhradkárov, ktorých pozemky sa nachádzajú v blízkosti malých vodných tokov (rieky potoky a priekopy).

Na rozdiel od priehrad je známe, že vodné elektrárne s voľným prietokom využívajú iba kinetickú energiu prúdiacej vody. Na určenie výkonu existuje vzorec:

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

N - výkon na pracovnom hriadeli (W),
- p - hustota vody (1000 kt/m3),
- V - rýchlosť toku rieky (m/s),
- F - plocha prierezu aktívnej (ponornej) časti pracovného telesa hydraulického stroja (m2),
- n - účinnosť premeny energie.

Ako je zrejmé zo vzorca 1, pri rýchlosti rieky 1 m/s na štvorcový meter prierezu aktívnej časti hydraulického stroja je v ideálnom prípade (keď n=1) výkon rovný iba 500 W . Táto hodnota je zjavne malá pre priemyselné využitie, ale je úplne postačujúca pre vedľajší pozemok farmára alebo letného rezidenta. Navyše sa dá zvýšiť paralelnou prevádzkou niekoľkých „vodoenergetických girlandov“.

A ešte jedna jemnosť. Rýchlosť rieky v jej rôznych úsekoch je rôzna. Preto pred začatím výstavby mini-vodnej elektrárne je potrebné určiť energetický potenciál vašej rieky pomocou uvedenej jednoduchej metódy. Pripomeňme len, že vzdialenosť, ktorú prejde merací plavák a delená časom, ktorý prejde, bude zodpovedať priemernej rýchlosti prúdenia v tejto oblasti. Treba tiež poznamenať: tento parameter sa bude meniť v závislosti od ročného obdobia.

Preto by sa projektové výpočty mali robiť na základe priemernej rýchlosti toku rieky (počas plánovaného obdobia prevádzky mini-vodnej elektrárne).

Obr.1. Savonius rotory pre domáce girlandové mini-vodné elektrárne:

a, b - čepele; 1 - priečny, 2 - koniec.

Ďalej je potrebné určiť veľkosť aktívnej časti hydraulického stroja a jeho typ. Keďže celá minivodná elektráreň by mala byť čo najjednoduchšia a nekomplikovaná na výrobu, najvhodnejším typom meniča je Savoniusov rotor koncovej konštrukcie. Pri práci s úplným ponorením do vody môže byť hodnota F rovná súčinu priemeru rotora D a jeho dĺžky L a n = 0,5. Frekvencia otáčania f sa určí s presnosťou prijateľnou pre prax pomocou vzorca:

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

Aby bola vodná elektráreň čo najkompaktnejšia, mal by byť výkon uvedený vo výpočte korelovaný so skutočným zaťažením, ktorého napájanie by mala zabezpečovať minivodná elektráreň (keďže na rozdiel od veternej turbíny prúd budú nepretržite dodávané do spotrebiteľskej siete). Táto elektrina sa spravidla používa na osvetlenie, napájanie televízora, rádia a chladničky. Navyše, iba druhý je neustále uvádzaný do prevádzky počas celého dňa. Ostatné elektrospotrebiče fungujú hlavne večer. Na základe toho je vhodné zamerať sa na maximálny výkon z jednej „vodoenergetickej girlandy“ cca 250 – 300 W, pokrývajúci špičkové zaťaženie batériou nabitou z minivodnej elektrárne.

Prenos krútiaceho momentu z pracovného hriadeľa vodnej elektrárne na kladku elektrického generátora sa zvyčajne uskutočňuje pomocou medziprevodovky. Tento prvok však možno striktne vzaté vylúčiť, ak má generátor použitý pri konštrukcii mikrovodnej elektrárne prevádzkovú rýchlosť otáčania nižšiu ako 750 ot./min. Často však musíte odmietnuť priamu komunikáciu. Skutočne, pre veľkú väčšinu generátorov vyrábaných v tuzemsku je prevádzková rýchlosť otáčania na začiatku výkonu v rozsahu 1500-3000 ot./min. To znamená, že je potrebná dodatočná koordinácia medzi hriadeľmi vodnej elektrárne a elektrickým generátorom.

Teraz, keď je predbežná teoretická časť za nami, pozrime sa na konkrétne návrhy, každý z nich má svoje výhody.

Ide napríklad o polostacionárnu mini-vodnú elektráreň s voľným prietokom s horizontálnym usporiadaním dvoch koaxiálnych, vzájomne otočených o 90° (na uľahčenie samoštartovania) a pevne spojených priečne uložených rotorov Savonius. Navyše, hlavné časti a komponenty tejto domácej vodnej elektrárne sú vyrobené z dreva ako najdostupnejšieho a „poslušného“ stavebného materiálu.

Navrhovaná mini vodná elektráreň je ponorná. To znamená, že jeho nosný rám je umiestnený naprieč vodným tokom na dne a je spevnený kotevnými lanami alebo tyčami (ak sú napríklad v blízkosti chodníky, prístavisko lodí atď.). Deje sa tak, aby sa zabránilo odneseniu konštrukcie samotným vodným tokom.

Obr.2. Ponorná mini vodná elektráreň s horizontálnymi priečnymi rotormi:
1 - základný nosník (nosník 150x100, 2 ks), 2 - spodný priečnik (doska 150x45, 2 ks), 3 - stredný priečnik (nosník 150x120, 2 ks), 4 - stúpačka (guľatina o pr. 100, 4 ks .), 5 horný nosník (doska 150x45, 2 ks), 6 - horný priečnik (doska 100x40, 4 ks), 7 - stredný hriadeľ (nerez, tyč s priemerom 30) , 8 - kladkový blok, 9 - konštantný prúd generátora, 10 - „gander“ s porcelánovým valčekom a dvojžilovým izolovaným drôtom, 11 - základná doska (doska 200x40), 12 - hnacia kladka, 13 - zostava dreveného ložiska (2 ks), 14 - rotor „hydroenergetická girlanda“ (D600, L1000, 2 ks), 15 disk (z dosiek s hrúbkou 20-40 mm vyrazených do štítu, 3 ks); kovové upevňovacie prvky (vrátane výstuh, nábojov vonkajších kotúčov) nie sú zobrazené.

Samozrejme, hĺbka rieky v mieste inštalácie mini vodnej elektrárne by mala byť menšia ako výška nosného rámu. V opačnom prípade je veľmi ťažké (ak nie nemožné) zabrániť vniknutiu vody do elektrického generátora. Ak má miesto, kde sa má minivodná elektráreň nachádzať, hĺbku viac ako 1,5 m alebo je tam veľké množstvo vody a rýchlosť prúdenia, ktorá sa v priebehu roka značne líši (čo je mimochodom celkom typické pre zasnežené vodné toky), potom sa odporúča tento dizajn vybaviť plavákmi. To tiež umožní jeho ľahké premiestňovanie pri inštalácii na rieke.

Nosný rám mini vodnej elektrárne je obdĺžnikový rám vyrobený z dreva, dosiek a malých guľatiny, pripevnený klincami a drôtom (káblom). Kovové časti konštrukcie (klince, svorníky, svorky, uholníky atď.) by mali byť podľa možnosti vyrobené z nehrdzavejúcej ocele alebo iných zliatin odolných voči korózii.

No keďže prevádzka takejto mini vodnej elektrárne je v ruských podmienkach často možná len sezónne (kvôli zamrznutiu väčšiny riek), tak po uplynutí doby prevádzky je celá stavba vytiahnutá na breh podrobená dôkladnej kontrole. Zhnité drevené prvky a kovové časti, ktoré zhrdzaveli, sú napriek prijatým opatreniam okamžite vymenené.

Jednou z hlavných súčastí našej mini-vodnej elektrárne je „vodoenergetická girlanda“ dvoch pevne upevnených (a tvoriacich jeden celok na pracovnom hriadeli) rotorov. Ich disky sa dajú ľahko vyrobiť z dosiek s hrúbkou 20-30 mm. Ak to chcete urobiť, vytvorte z nich štít a pomocou kompasu vytvorte kruh s priemerom 600 mm. Potom sa každá z dosiek odreže podľa krivky získanej na nej. Po zrazení obrobkov na dva pásy (na získanie požadovanej tuhosti) sa všetko opakuje trikrát - podľa počtu požadovaných diskov.

Pokiaľ ide o čepele, je vhodné ich vyrobiť zo strešného železa. Alebo ešte lepšie, z valcových nerezových nádob (sudov) vhodnej veľkosti a rozrezaných na polovicu (pozdĺž osi), v ktorých sa zvyčajne skladujú a prepravujú poľnohospodárske hnojivá a iné agresívne materiály. V extrémnych prípadoch môžu byť čepele vyrobené z dreva. Ale ich hmotnosť (najmä po dlhom pobyte vo vode) sa výrazne zvýši. A to by sa malo pamätať pri vytváraní mini-vodných elektrární na plavákoch.

Na koncoch „vodoenergetickej girlandy“ sú pripevnené ostnaté podpery. V podstate ide o krátke cylindrické vložky so širokou prírubou a koncovou štrbinou pre kľúč. Príruba je pripevnená k príslušnému rotorovému disku štyrmi skrutkami.

Na zníženie trenia sú na stredných priečnikoch umiestnené ložiská. A keďže bežné guľôčkové alebo valčekové ložiská sú na prácu vo vode nevhodné, používajú sa...domáce drevené. Konštrukcia každého z nich pozostáva z dvoch príchytiek a vkladacích dosiek s otvorom pre priechod čapu. Okrem toho sú stredné ložiskové panvy umiestnené tak, že drevené vlákna prebiehajú paralelne s hriadeľom. Okrem toho sa prijmú špeciálne opatrenia, aby sa zabezpečilo, že dosky vložiek sú pevne fixované proti bočnému pohybu. To sa vykonáva pomocou uťahovacích skrutiek.

Obr.3. Zostava klzného ložiska:
1 - lisovacia konzola (St3, lišta 50x8, 4 ks), 2 - stredný priečny nosník rámu, 3 - lisovacia vložka (z tvrdého dreva, 2 ks), 4 vymeniteľné vložky (z tvrdého dreva, 2 ks) , 5 - skrutka M10 s maticou Grover a podložkou (4 sady), 6 - skrutka M8 s dvoma maticami a podložkami (2 ks).

Akýkoľvek automobilový generátor sa používa ako elektrický generátor v uvažovanej mikrovodnej elektrárni. Vyrábajú 12-14 V jednosmerný prúd a dajú sa jednoducho pripojiť k batérii aj elektrospotrebičom. Výkon týchto strojov je asi 300 W.

Konštrukcia prenosnej mini vodnej elektrárne s vertikálnym usporiadaním „girlandy“ a generátora je tiež celkom prijateľná pre vlastnú výrobu. Takáto vodná elektráreň je podľa autora vývoja materiálovo najmenej náročná. Nosnou konštrukciou inštalácie, ktorá fixuje jej polohu v koryte rieky, je dutá oceľová tyč (napríklad z potrubných dielov). Jeho dĺžka sa volí na základe charakteru dna vodného toku a rýchlosti toku. Navyše taký, že ostrý koniec tyče zarazený dnu by zaručoval stabilitu minivodnej elektrárne a jej nenarušovanie prúdom. Dodatočné použitie strií je tiež možné.
Po určení aktívneho povrchu rotora pomocou vzorca (1) a meraní hĺbky rieky v mieste inštalácie mini vodnej elektrárne je ľahké vypočítať priemer tu použitých rotorov Savonius. Aby bola konštrukcia jednoduchá a samospúšťacia, je vhodné vyrobiť „vodoenergetickú girlandu“ z dvoch rotorov spojených tak, že lopatky prvého sú posunuté o 90° voči druhému (pozdĺž osi otáčania). Okrem toho je na zvýšenie prevádzkovej účinnosti konštrukcia na strane prichádzajúceho prúdu vybavená štítom, ktorý hrá úlohu vodiacej lopatky. Pracovný hriadeľ je namontovaný v klzných ložiskách hornej a dolnej podpery. V zásade je možné na krátku dobu prevádzky mini vodnej elektrárne (napríklad na pešej turistike) použiť guľkové ložiská s veľkým priemerom. Ak je však vo vode piesok alebo bahno, tieto jednotky sa budú musieť po každom použití umyť v čistej vode.

Ryža. 4. Mini vodná elektráreň s vertikálnym usporiadaním rotorov koncového typu:
1 - nosná tyč, 2 - zostava spodného ložiska, 3 - disk "hydroenergetická girlanda" (3 ks), 4 - rotor (D600, 2 ks), 5 - zostava horného ložiska, 6 - pracovný hriadeľ, 7 - prevodovka, 8 - elektrický generátor, 9 - „gander“ s porcelánovým valčekom a dvojžilovým izolovaným drôtom, 10 - montážna svorka generátora, 11 - pohyblivý vodiaci panel; a, b - lopatky: výstuhy na hornom konci nosnej tyče nie sú zobrazené.

Podpery sú priskrutkované a privarené k tyči v závislosti od hmotnosti „vodoenergetickej girlandy“ a potreby jej rozloženia na časti. Horný koniec pracovného hriadeľa hydraulického stroja je zároveň vstupným hriadeľom multiplikátora, na ktorý (ako najjednoduchší a technologicky najvyspelejší) možno použiť remeň.

Elektrický generátor je opäť prevzatý z auta. Je ľahké ho pripevniť na nosnú tyč pomocou svorky. A samotné drôty prichádzajúce z generátora musia mať spoľahlivú hydroizoláciu. Na obrázkoch nie sú zobrazené presné geometrické proporcie medziprevodovky, pretože závisia od parametrov konkrétneho generátora, ktorý máte. Prevodové remene sa dajú vyrobiť zo starej automobilovej duše, nastrihať ju na pásy široké 20 mm a potom skrútiť do zväzkov.

Pre napájanie malých obcí je vhodná girlandová minivodná elektráreň navrhnutá V. Blinovom, ktorá nie je ničím iným ako reťazou sudovitých rotorov Savonius s priemerom 300-400 mm, pripevnených na ohybnom kábli natiahnutom cez rieku. Jeden koniec kábla je pripevnený k sklopnej podpere a druhý cez jednoduchý multiplikátor k hriadeľu generátora. Pri rýchlosti prúdenia 1,5-2,0 m/s reťaz rotorov robí až 90 ot./min. A malá veľkosť prvkov „vodoenergetickej girlandy“ umožňuje prevádzkovať túto mikro-vodnú elektráreň na riekach s hĺbkou menšou ako jeden meter.

Treba povedať, že pred rokom 1964 sa V. Blinovovi podarilo vytvoriť niekoľko prenosných a stacionárnych mini vodných elektrární vlastnej konštrukcie, z ktorých najväčšou bola vodná elektráreň postavená pri obci Porozhki (región Tver). Dvojica girlandy tu poháňala dva štandardné automobilové a traktorové generátory s celkovým výkonom 3,5 kW.

MK 10 1997 I. Dokunin

História vodnej energie začína jednoduchým vodným kolesom, ktoré naši predkovia vymysleli nainštalovať na pereje rieky. Najprv sa používal pre mlyn, čím sa uľahčila práca mlynských kameňov. Neskôr sa ľudia naučili využívať silu vody na rôzne účely – výrobu papiera, pílenie kmeňov, kováčstvo a dokonca aj pivovarníctvo. Vrcholom stvorenia bol elektrický generátor, ktorý bol pripojený k turbíne. Takto sa objavili vodné elektrárne, ktorých princíp sa dnes používa na domáce vynálezy, a to aj v dnešných domácich výrobkoch.
Jeho autorovi sa ho podarilo poskladať doslova zo starej práčky, mierne zmodernizovať a múdro využiť zdroje najbližšej rieky na svojom prímestskom pozemku. Tvrdí, že už niekoľko rokov žije bez elektrickej prípojky a za elektrinu neplatí ani cent. Výkon z hydrogenerátora stačí na zásobovanie elektrickou energiou nielen všetkých elektrospotrebičov v dome, ale aj na podporu práce dielne s elektrickým náradím. Ako je to možné? Poďme sa na to spolu pozrieť.

Princíp činnosti hydroelektrického generátora

Táto domáca výstavba využíva pôvodné telo práčky. Motor sa znova namontuje do režimu generátora a umiestni sa späť na svoje sedadlo. Peltonovo koleso sa používa ako hnacia turbína, ktorá akumuluje prúdy vody a prenáša kinetickú energiu do generátora. Striedavý 3-fázový prúd prijímaný na výstupe generátora prechádza cez usmerňovač pozostávajúci z troch diódových mostíkov. Jednosmerný prúd sa privádza na nabíjanie batérií cez ovládač az nich do meniča 12V/220V, pričom sa opäť získava premenlivá frekvencia.

Materiály, nástroje

Materiály:

• Stará práčka s invertorovým motorom;
• Peltonovo koleso;
• Malý kúsok markízy;
• Preglejka;
• Plexisklo alebo plexisklo;
• silikón;
• Hydroizolácia plastov - farba alebo tmel;
• Samorezné skrutky, matice, podložky, skrutky a brúsny papier.

Nástroj:

• Vŕtačka s korunkovou frézou, vrtáky a nástavcom na samorezné skrutky;
• Píla priamočiara alebo priamočiara;
• Ručné náradie: kľúče, kliešte, lakovací nôž a silikónová pištoľ.

Zostavenie hydroelektrického generátora

Prípravné demontážne práce
Najprv musíme práčku rozobrať a nechať len diely, ktoré potrebujeme.

Stroj je vertikálneho typu, takže z prednej strany odstránime koncový kryt a demontujeme elektronický ovládací panel pre režimy prania.

Vyberieme vonkajší bubon a demontujeme čerpadlo a hadice prívodu prebytočnej vody.

Na pranie nepotrebujeme zotrvačník, ani vnútornú oceľovú nádobu na bielizeň.

Zostať by mal len vonkajší plastový bubon a motor na hriadeli.

Ako vidíme, namontovaný invertorový motor už pri otáčaní hriadeľa vyrába elektrickú energiu.

Teraz musíte rozobrať motor a na kryte ponechať iba hriadeľ s ložiskami.

Výroba hydraulických turbín

Gumové tesnenie vyrezané zo starej komory nám pomôže utesniť hriadeľ. V strede urobíme otvor a pevne ho nasadíme na tyč hriadeľa.

Malé Peltonove koleso bude zbierať vodu. Tento vynález je starý takmer jeden a pol sto rokov, ale stále zostáva aktuálny a dokonca sa používa v niektorých vodných elektrárňach. Musí byť pripevnený k hriadeľu tak, aby sa mohol voľne pohybovať a nedotýkal sa krytu.

Označíme preň otvor v kryte na prívod vody a vyvŕtame ho dierkovou pílkou.

Pomocou priamočiarej alebo priamočiarej píly vyrobíme odtokový otvor v tvare obdĺžnika, ktorý uzavrieme samoreznými skrutkami s kúskom vodotesnej markízy. Malo by to vyzerať takto (foto).

Ďalej musíme urobiť zátku pre nádrž našej hydraulickej turbíny. Vyrábame ho z kusu preglejky odolnej voči vlhkosti a pomocou skladačky vyrežeme kruh rovnajúci sa vnútornému priemeru bubna. V samotnej zástrčke robíme kontrolný otvor na sledovanie prevádzky jednotky. Ktorá bude následne pokrytá plexisklom.

Koniec preglejky potiahneme silikónom a zatlačíme dovnútra. Zaisťujeme ho samoreznými skrutkami cez skriňu turbíny.

Z pogumovaného materiálu vystrihneme tesnenie na plexisklo a prilepíme ho silikónom na preglejku.

Po stranách obdĺžnika okna vyvŕtame štyri otvory a do nich zvnútra umiestnime upínacie skrutky. Pripevníme na ne plexisklo, aby bolo odnímateľné v prípade neočakávaných porúch.

Spoj medzi našou zástrčkou a telom utesníme silikónom.

Na ochranu elektrickej časti agregátu autor nainštaloval na okraj turbíny pomocou samorezných skrutiek dodatočný plastový plášť. Samotné plastové puzdro bolo natreté farbou na ochranu plastu pred prasknutím.

Je čas zostaviť motor a nainštalovať ho na jednotku. Pripevňujeme stator k montážnym skrutkám.

Na získanie jednosmerného prúdu na nabíjanie batérií pripájame pásik troch diódových mostíkov, každý na fázu.

Motor zakryjeme krytom rotora a upcháme prebytočné vypúšťacie otvory pre hadice zostávajúce v kryte.

Inštalácia a pripojenie

Náš generátor vodíka je takmer pripravený. Zostáva len pripevniť ho na rám vyrobený zo zváraných rohov a prispôsobiť prívod vody pomocou hydrantov. Výstupný výkon generátora je možné regulovať prítlačnou silou, prípadne priemerom otvoru v dýze kohútika, ktorý dodáva vodu priamo do samotnej turbíny. Smerová drenáž tiež zabezpečí, že sa voda vráti späť bez poškodenia rieky.