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Wasserrad Design für Micro Wasserkraft
Wasserkraft ist die Technologie, die die Energie des Bewegens von Wasser in mechanische oder elektrische Energie umwandelt, und eines der frühesten Geräte, mit denen die Energie des Bewegens von Wasser in nutzbare Arbeit umgewandelt wurde, war das Wasserrad., Das Wasserraddesign hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, wobei einige Wasserräder vertikal, einige horizontal und einige mit aufwendigen Riemenscheiben und Zahnrädern ausgerichtet sind, aber sie sind alle für die gleiche Funktion ausgelegt, und auch das heißt, „Wandeln Sie die lineare Bewegung des sich bewegenden Wassers in eine Drehbewegung um, mit der jedes über eine rotierende Welle mit ihr verbundene Maschinenstück angetrieben werden kann“.,
Frühes Wasserraddesign waren ziemlich primitive und einfache Maschinen, die aus einem vertikalen Holzrad mit Holzklingen oder Eimern bestanden, die gleichmäßig um ihren Umfang herum befestigt waren, die alle auf einer horizontalen Welle mit der Kraft des darunter fließenden Wassers getragen wurden und das Rad hineinschieben eine tangentiale Richtung gegen die Klingen.,
Diese vertikalen Wasserräder waren dem früheren horizontalen Wasserraddesign der alten Griechen und Ägypter weit überlegen, da sie den Impuls des sich bewegenden Wassers effizienter in Kraft umsetzen konnten. Riemenscheiben und Getriebe wurden dann am Wasserrad befestigt, was eine Richtungsänderung einer rotierenden Welle von horizontal nach vertikal ermöglichte, um Mühlsteine zu betreiben, Holz zu sägen, Erz zu zerkleinern, zu stanzen und zu schneiden usw.,
Arten von Wasserraddesign
Die meisten Wasserräder, die auch als Wassermühlen oder einfach Wasserräder bekannt sind, sind vertikal montierte Räder, die sich um eine horizontale Achse drehen, und diese Arten von Wasserrädern werden nach der Art und Weise klassifiziert, in der das Wasser relativ zur Radachse auf das Rad aufgebracht wird. Wie zu erwarten, sind Wasserräder relativ große Maschinen, die sich mit niedrigen Winkelgeschwindigkeiten drehen und aufgrund von Reibungsverlusten und unvollständiger Befüllung der Eimer usw. einen geringen Wirkungsgrad aufweisen.,
Die Wirkung des Wassers, das gegen die Räder Eimer oder Paddel drückt, entwickelt Drehmoment an der Achse, aber durch das Lenken des Wassers an diesen Paddeln und Eimern aus verschiedenen Positionen am Rad kann die Drehzahl und seine Effizienz verbessert werden. Die zwei häufigsten arten von wasserrad design ist die “ undershot wasserrad „und die“overshot wasserrad“.,
Die Undershot Wasserrad
Undershot Wasser Rad Design
Die Undershot Wasser Rad Design, auch bekannt als“ stream rad “ war die am häufigsten verwendete art von wasserrad entworfen durch die alten Griechen und Römer, wie es ist die einfachste, billigste und einfachste art von rad zu konstruieren.
Bei dieser Art von Wasserraddesign wird das Rad einfach direkt in einen schnell fließenden Fluss gesetzt und von oben gestützt., Die Bewegung des Wassers unten erzeugt eine Druckwirkung gegen die untergetauchten Paddel am unteren Teil des Rades, so dass es sich nur relativ zur Strömungsrichtung des Wassers in eine Richtung drehen kann.
Diese Art von Wasserraddesign wird im Allgemeinen in flachen Gebieten ohne natürliche Neigung des Landes verwendet oder wenn sich der Wasserfluss ausreichend schnell bewegt. Im Vergleich zu den anderen Wasserraddesigns ist diese Art von Design sehr ineffizient, da nur 20% der Wasserpotentialenergie zum tatsächlichen Drehen des Rades verwendet werden., Auch die Wasserenergie wird nur einmal verwendet, um das Rad zu drehen, danach fließt es mit dem Rest des Wassers weg.
Ein weiterer Nachteil des unterschätzten Wasserrades ist, dass es große Wassermengen benötigt, die sich mit Geschwindigkeit bewegen. Daher befinden sich Unterwasserräder normalerweise an den Ufern von Flüssen, da kleinere Bäche oder Bäche nicht genügend potentielle Energie im sich bewegenden Wasser haben.,
Eine Möglichkeit, die Effizienz eines unterschätzten Wasserrads geringfügig zu verbessern, besteht darin, einen Prozentsatz des Wassers im Fluss entlang eines engen Kanals oder Kanals abzuleiten, so dass 100% des umgeleiteten Wassers zum Drehen des Rades verwendet werden. Um dies zu erreichen, muss das Unterlaufrad schmal sein und sehr genau in den Kanal passen, um zu verhindern, dass das Wasser um die Seiten entweicht oder indem entweder die Anzahl oder Größe der Paddel erhöht wird.,
Die Überschuss Wasser Rad
Überschuss Wasser Rad Design
Die Überschuss Wasser Rad Design ist die häufigste art von wasser rad design. Das Überschusswasserrad ist in seiner Konstruktion und Konstruktion komplizierter als das vorherige Unterschusswasserrad, da es Eimer oder kleine Fächer verwendet, um das Wasser zu fangen und zu halten.
Diese Eimer füllen sich mit Wasser, das oben am Rad einströmt., Das Gravitationsgewicht des Wassers in den vollen Eimern bewirkt, dass sich das Rad um seine Mittelachse dreht, wenn die leeren Eimer auf der anderen Seite des Rades leichter werden.
Diese Art von Wasserrad verwendet die Schwerkraft, um die Leistung sowie das Wasser selbst zu verbessern, so dass überdrehte Wasserräder viel effizienter sind als unterdrehte Designs, da fast das gesamte Wasser und sein Gewicht zur Erzeugung von Ausgangsleistung verwendet werden. Nach wie vor wird die Wasserenergie jedoch nur einmal verwendet, um das Rad zu drehen, wonach es mit dem Rest des Wassers abfließt.,
Überdrehte Wasserräder sind über einem Fluss oder Bach aufgehängt und werden in der Regel an den Seiten von Hügeln gebaut, die eine Wasserversorgung von oben mit einem niedrigen Kopf (der vertikale Abstand zwischen dem Wasser an der Spitze und dem Fluss oder Bach unten) von 5 bis 20 Metern bieten. Ein kleiner Damm oder ein Wehr kann gebaut und verwendet werden, um beide Kanäle zu kanalisieren und die Geschwindigkeit des Wassers an die Spitze des Rades zu erhöhen, was ihm mehr Energie gibt, aber es ist eher das Wasservolumen als seine Geschwindigkeit, die hilft, das Rad zu drehen.,
Im Allgemeinen sind überdrehte Wasserräder so groß wie möglich gebaut, um den größtmöglichen Kopfabstand für das Gravitationsgewicht des Wassers zu geben, um das Rad zu drehen. Wasserräder mit großem Durchmesser sind jedoch aufgrund des Gewichts von Rad und Wasser komplizierter und teurer zu konstruieren.
Wenn die einzelnen Eimer mit Wasser gefüllt sind, bewirkt das Gravitationsgewicht des Wassers, dass sich das Rad in Richtung des Wasserflusses dreht., Wenn sich der Drehwinkel dem Radboden nähert, leert sich das Wasser im Eimer in den Fluss oder den Bach darunter, aber das Gewicht der Eimer, die sich dahinter drehen, bewirkt, dass das Rad mit seiner Drehzahl fortfährt. Der leere Eimer fährt weiter um das rotierende Rad herum, bis er wieder nach oben kommt und bereit ist, mit mehr Wasser gefüllt zu werden, und der Zyklus wiederholt sich. Einer der Nachteile eines überdrehten Wasserraddesigns besteht darin, dass das Wasser nur einmal verwendet wird, wenn es über das Rad fließt.,
Das Pitchback-Wasserrad
Pitchback-Wasserraddesign
Das Pitchback-Wasserraddesign ist eine Variation des vorherigen Overshot-Wasserrads, da es auch das Gravitationsgewicht des Wassers verwendet, um das Rad zu drehen, aber es verwendet auch den Fluss des Abwassers darunter, um einen zusätzlichen Schub zu geben. Diese Art von Wasserrad-Design verwendet ein niedriges Kopfeinlaufsystem, das das Wasser in der Nähe der Oberseite des Rades von einem Pentrough oben zur Verfügung stellt.,
Im Gegensatz zu dem überdrehten Wasserrad, das das Wasser direkt über das Rad geleitet hat, wodurch es sich in Richtung des Wasserflusses dreht, speist das Pitchback-Wasserrad das Wasser vertikal nach unten durch einen Trichter und in den Eimer darunter, wodurch sich das Rad in die entgegengesetzte Richtung zum Fluss des Wassers oben dreht.
Genau wie das vorherige überdrehte Wasserrad bewirkt das Gravitationsgewicht des Wassers in den Eimern, dass sich das Rad jedoch gegen den Uhrzeigersinn dreht., Wenn sich der Drehwinkel dem Boden des Rades nähert, leert sich das Wasser, das in den Eimern eingeschlossen ist, unten. Wenn der leere Eimer am Rad befestigt ist, dreht er sich wie zuvor mit dem Rad weiter, bis er wieder nach oben kommt und bereit ist, mit mehr Wasser gefüllt zu werden, und der Zyklus wiederholt sich.
Der Unterschied besteht diesmal darin, dass das aus dem rotierenden Eimer geleerte Abwasser in Richtung des rotierenden Rades (wie es nirgendwo sonst zu gehen hat) fließt, ähnlich wie das unterschossene Wasserradprinzip., Der Hauptvorteil des Pitchback-Wasserrads besteht daher darin, dass es die Energie des Wassers zweimal, einmal von oben und einmal von unten verwendet, um das Rad um seine Mittelachse zu drehen.
Das Ergebnis ist, dass die Effizienz der Wasserradkonstruktion stark auf über 80% der Wasserenergie erhöht wird, da sie sowohl durch das Gravitationsgewicht des einströmenden Wassers als auch durch die Kraft oder den Druck des Wassers, das von oben in die Eimer geleitet wird, sowie durch den Fluss des Abwassers, das unten gegen die Eimer drückt, angetrieben wird., Der Nachteil eines Pitchback-Wasserrads besteht jedoch darin, dass es eine etwas komplexere Wasserversorgungsanordnung direkt über dem Rad mit Rutschen und Pentroughs benötigt.
Das Breastshot-Wasserrad
Breastshot-Wasserraddesign
Das Breastshot-Wasserraddesign ist ein weiteres vertikal montiertes Wasserraddesign, bei dem das Wasser etwa auf halber Höhe oder knapp darüber in die Eimer eindringt und dann unten in Richtung der Raddrehung abfließt., Im Allgemeinen wird das Breastshot-Wasserrad in Situationen verwendet, in denen der Wasserkopf nicht ausreicht, um ein Overshot-oder Pitchback-Wasserraddesign von oben mit Strom zu versorgen.
Der Nachteil hierbei ist, dass das Gravitationsgewicht des Wassers nur für etwa ein Viertel der Rotation verwendet wird, anders als bisher, welches für die Hälfte der Rotation war. Um diese niedrige Kopfhöhe zu überwinden, werden die Waterheels Eimer breiter gemacht, um die erforderliche Menge an potentieller Energie aus dem Wasser zu extrahieren.,
Breastshot-Wasserräder verwenden ungefähr das gleiche Gravitationsgewicht des Wassers, um das Rad zu drehen, aber da die Kopfhöhe des Wassers etwa halb so hoch ist wie bei einem typischen Overshot-Wasserrad, sind die Eimer viel breiter als bei früheren Wasserraddesigns, um das Volumen des in den Eimern gefangenen Wassers zu erhöhen. Der Nachteil dieser Art von Konstruktion ist eine Zunahme der Breite und des Gewichts des Wassers, das von jedem Eimer getragen wird., Wie beim Pitchback-Design verwendet das Breastshot-Rad die Energie des Wassers zweimal, da das Wasserrad so konstruiert ist, dass es im Wasser sitzt und das Abwasser bei der Drehung des Rades hilft, wenn es stromabwärts fließt.
Erzeugen Sie Strom mit einem Wasserrad
Historisch gesehen wurden Wasserräder zum Mahlen von Mehl, Getreide und anderen solchen mechanischen Aufgaben verwendet. Wasserräder können aber auch zur Stromerzeugung verwendet werden, die als Wasserkraft bezeichnet wird., Durch den direkten oder indirekten Anschluss eines elektrischen Generators an die rotierende Welle der Wasserräder unter Verwendung von Antriebsriemen und Riemenscheiben können Wasserräder im Gegensatz zu Sonnenenergie kontinuierlich 24 Stunden am Tag Strom erzeugen. Wenn das Wasserrad richtig ausgelegt ist, kann ein kleines oder „Mikro“ – Wasserkraftwerk genug Strom produzieren, um Beleuchtung und/oder Elektrogeräte in einem durchschnittlichen Haushalt mit Strom zu versorgen.
Suchen Sie nach Wasserradgeneratoren, die für die optimale Leistung bei relativ niedrigen Drehzahlen ausgelegt sind., Für kleine Projekte kann ein kleiner Gleichstrommotor als Generator mit niedriger Drehzahl oder als Generator für Kraftfahrzeuge verwendet werden, diese sind jedoch so ausgelegt, dass sie mit viel höheren Geschwindigkeiten arbeiten, sodass möglicherweise eine Art Getriebe erforderlich ist. Ein Windturbinengenerator ist ein idealer Wasserradgenerator, da er für den Betrieb mit niedriger Drehzahl und hoher Leistung ausgelegt ist.,
Wenn es in der Nähe Ihres Hauses oder Gartens einen ziemlich schnell fließenden Fluss oder Bach gibt, den Sie verwenden können, ist ein Wasserkraftsystem in kleinem Maßstab möglicherweise eine bessere Alternative zu anderen Formen erneuerbarer Energiequellen wie „Windenergie“ oder „Solarenergie“, da es viel weniger visuelle Auswirkungen hat. Ebenso wie Wind-und Solarenergie kann jeder Strom, den Sie erzeugen, aber nicht verbrauchen, mit einem netzgekoppelten, von kleinem Wasserrad entworfenen Erzeugungssystem, das an das lokale Versorgungsnetz angeschlossen ist, an das Stromunternehmen zurückverkauft werden.,
Im nächsten Tutorial über Wasserkraft werden wir uns die verschiedenen verfügbaren Turbinen ansehen, die wir an unser Wasserraddesign für die Wasserkrafterzeugung anschließen könnten. Für weitere Informationen über Wasserrad Design und wie Sie Ihren eigenen Strom mit der Kraft des Wassers zu erzeugen, oder mehr Wasserkraft Informationen über die verschiedenen verfügbaren Wasserrad Designs zu erhalten, oder die Vor-und Nachteile der Wasserkraft zu erkunden, dann klicken Sie hier, um Ihre Kopie von Amazon heute über die Prinzipien und den Bau von Wasserrädern zu bestellen, die zur Stromerzeugung verwendet werden können.,