alternativa energi Tutorials
vattenhjul Design för mikro Hydro energi
Hydro Energy är den teknik som omvandlar energin för att flytta vatten till mekanisk eller elektrisk energi, och en av de tidigaste enheterna som används för att omvandla energin för att flytta vatten till användbart arbete var vattenhjulet., Water wheel design har utvecklats med tiden med vissa vattenhjul orienterade vertikalt, några horisontellt och några med utarbetade remskivor och kugghjul fästa, men de är alla utformade för att göra samma funktion och det är också, ”konvertera den linjära rörelsen av det rörliga vattnet till en roterande rörelse som kan användas för att driva någon maskin som är ansluten till den via en roterande axel”.,
tidig Vattenhjuldesign var ganska primitiva och enkla maskiner bestående av ett vertikalt trähjul med träblad eller hinkar fixerade lika runt deras omkrets som alla stöddes på en horisontell axel med kraften av vattnet som strömmar under den och tryckte hjulet i en tangentiell riktning mot knivarna.,
dessa vertikala vattenhjul var vida överlägsen den tidigare horisontella vattenhjuldesignen av de gamla grekerna och egyptierna, eftersom de kunde fungera mer effektivt omsätta drivkraften i det rörliga vattnet till makten. Remskivor och kugghjul fästes sedan på vattenhjulet, vilket möjliggjorde en förändring i riktning mot en roterande axel från horisontell till vertikal för att driva kvarnstenar, sågträ, krossmalm, stämpling och skärning etc.,
typer av vattenhjul Design
de flesta vattenhjul även känd som vattenkvarnar eller helt enkelt vattenhjul, är vertikalt monterade hjul som roterar om en horisontell axel, och dessa typer av vattenhjul klassificeras genom det sätt på vilket vattnet appliceras på hjulet, i förhållande till hjulaxeln. Som du kan förvänta dig, waterwheels är relativt stora maskiner som roterar vid låga vinkelhastigheter, och har en låg effektivitet, på grund av förluster genom friktion och ofullständig fyllning av hinkar, etc.,
verkan av vattnet driver mot hjulen hinkar eller paddlar utvecklar vridmoment på axeln men genom att rikta vattnet vid dessa paddlar och hinkar från olika positioner på hjulet rotationshastigheten och dess effektivitet kan förbättras. De två vanligaste typerna av waterwheel design är ”undershot waterwheel”och” overshot waterwheel”.,
Undershot Waterwheel
Undershot Water Wheel Design
Undershot Water Wheel Design, även känd som en ”stream wheel” var den vanligaste typen av vattenhjul designad av de gamla grekerna och romarna eftersom det är den enklaste, billigaste och enklaste typen av hjul att konstruera.
i denna typ av vattenhjul design, hjulet är helt enkelt placeras direkt i en snabb flödande flod och stöds ovanifrån., Rörelsen av vattnet nedan skapar en trycka åtgärder mot de nedsänkta paddlar på den nedre delen av hjulet så att den kan rotera i en riktning endast i förhållande till riktningen för flödet av vattnet.
denna typ av vattenhjulskonstruktion används vanligtvis i plana områden utan naturlig lutning på marken eller där vattenflödet är tillräckligt snabbt rörligt. Jämfört med de andra vattenhjuldesignerna är denna typ av design mycket ineffektiv, med så lite som 20% av vattenpotentialenergin som används för att faktiskt rotera hjulet., Även vattenenergin används endast en gång för att rotera hjulet, varefter det strömmar bort med resten av vattnet.
en annan nackdel med underskottsvattenhjulet är att det kräver stora mängder vatten som rör sig i hastighet. Därför ligger undershot waterwheels vanligtvis på flodernas stränder, eftersom mindre strömmar eller bäckar inte har tillräckligt med potentiell energi i det rörliga vattnet.,
ett sätt att förbättra effektiviteten något av ett underskottsvattenhjul är att avleda en procentandel av vattnet i floden längs en smal kanal eller kanal så att 100% av det avledda vattnet används för att rotera hjulet. För att uppnå detta måste underskottshjulet vara smalt och passa mycket exakt i kanalen för att förhindra att vattnet kommer ut runt sidorna eller genom att öka antingen antalet eller storleken på paddlarna.,
The Overshot Waterwheel
Overshot Water Wheel Design
the Overshot Water Wheel Design is the most common type of waterwheel design. Overshot waterwheel är mer komplicerat i sin konstruktion och design än föregående undershot waterwheel eftersom det använder hinkar eller små fack för att både fånga och hålla vattnet.
dessa hinkar fyller med vatten som strömmar in på toppen av hjulet., Vattnets gravitationsvikt i hela hinkarna gör att hjulet roterar runt sin centrala axel eftersom de tomma hinkarna på andra sidan hjulet blir lättare.
denna typ av vattenhjul använder gravitation för att förbättra produktionen såväl som själva vattnet, vilket överskottsvattenhjul är mycket effektivare än underskottsdesigner eftersom nästan allt vatten och dess vikt används för att producera uteffekt. Men som tidigare används vattenenergin endast en gång för att rotera hjulet, varefter det strömmar bort med resten av vattnet.,
Överskottsvattenhjul är upphängda ovanför en flod eller ström och är i allmänhet byggda på sidorna av kullar som ger en vattenförsörjning ovanifrån med ett lågt huvud (det vertikala avståndet mellan vattnet högst upp och floden eller strömmen nedan) på mellan 5-till-20 meter. En liten damm eller weir kan konstrueras och användas för att både kanal och öka hastigheten på vattnet till toppen av hjulet ger det mer energi men det är volymen av vatten snarare än dess hastighet som hjälper rotera hjulet.,
i allmänhet är överskottsvattenhjul byggda så stora som möjligt för att ge största möjliga huvudavstånd för gravitationens vikt för att rotera hjulet. Vattenhjul med stor diameter är dock mer komplicerade och dyra att konstruera på grund av hjulets och vattenets vikt.
när de enskilda hinkarna är fyllda med vatten, orsakar vattnets gravitationsvikt att hjulet roterar i riktning mot flödet av vatten., Eftersom rotationsvinkeln blir närmare hjulets botten, töms vattnet inuti skopan ut i floden eller strömmen nedan, men skopans vikt som roterar bakom det gör att hjulet fortsätter med sin rotationshastighet. Den tomma hinken fortsätter runt det roterande hjulet tills det kommer tillbaka upp till toppen igen redo att fyllas med mer vatten och cykeln upprepas. En av nackdelarna med en overshot waterwheel design är att vattnet endast används en gång när det strömmar över hjulet.,
Pitchback Waterwheel
Pitchback Water Wheel Design
Pitchback Water Wheel Design är en variation på det tidigare overshot waterwheel eftersom det också använder gravitationsvikten på vattnet för att rotera hjulet, men det använder också flödet av avloppsvattnet under det för att ge ett extra tryck. Denna typ av vattenhjul design använder ett låghuvud inmatningssystem som ger vattnet nära toppen av hjulet från en tråg ovan.,
till skillnad från det överskottsvattenhjul som kanaliserar vattnet direkt över hjulet och orsakar att det roterar i riktning mot flödet av vattnet, matar pitchback waterwheel vattnet vertikalt nedåt genom en tratt och in i hinken nedan vilket gör att hjulet roterar i motsatt riktning mot flödet av vattnet ovan.
precis som det tidigare överskottet vattenhjul, orsakar gravitationsvikten av vattnet i hinkarna hjulet att rotera men i en moturs riktning., När rotationsvinkeln närmar sig hjulets botten, töms vattnet som fångas inuti hinkarna nedanför. När den tomma hinken är fastsatt på hjulet fortsätter den att rotera med hjulet som tidigare tills det kommer tillbaka upp till toppen igen redo att fyllas med mer vatten och cykeln upprepas.
skillnaden den här gången är att avloppsvattnet som töms ut ur den roterande skopan strömmar bort i riktning mot det roterande hjulet (som det inte har någon annanstans att gå), liknande den undershot waterwheel rektorn., Således är den största fördelen med pitchback waterwheel att den använder vattnets energi två gånger, en gång ovanifrån och en gång underifrån för att rotera hjulet runt sin centrala axel.
resultatet är att effektiviteten i vattenhjulets konstruktion ökar kraftigt till över 80% av vattenenergin eftersom den drivs av både den inkommande vattenets gravitationella vikt och av kraften eller trycket av vatten som riktas in i skoporna ovanifrån, liksom flödet av avloppsvattnet under tryck mot hinkarna., Nackdelen med ett pitchback waterwheel är att det behöver ett något mer komplext vattenförsörjningsarrangemang direkt ovanför hjulet med chutes och pentroughs.
Breastshot Vattenhjul
Breastshot Vatten Hjul Design
Breastshot Vatten Hjul Design är en annan vertikalt monterade vattenhjul design där vattnet kommer in i hinkar ungefär halvvägs upp på axeln höjd, eller strax över det, och rinner sedan ut i botten i riktning av hjul rotation., I allmänhet används breastshot waterwheel i situationer där vattenhuvudet är otillräckligt för att driva en overshot eller pitchback waterwheel design ovanifrån.
nackdelen här är att vattnets gravitationsvikt endast används för ungefär en fjärdedel av rotationen, till skillnad från tidigare som var för halva rotationen. För att övervinna denna låga Huvudhöjd, vattenhjul hinkar görs bredare för att extrahera den önskade mängden potentiell energi från vattnet.,
Breastshot waterwheels använder ungefär samma gravitationsvikt av vattnet för att rotera hjulet, men eftersom vattenhöjden är ungefär hälften av en typisk overshot waterwheel är skoporna mycket bredare än tidigare waterwheeldesigner för att öka volymen av vattnet som fångas i hinkarna. Nackdelen med denna typ av design är en ökning av bredden och vikten av det vatten som bärs av varje hink., Som med pitchback-designen använder breastshot-hjulet vattnets energi dubbelt så mycket som vattenhjulet är utformat för att sitta i vattnet så att avloppsvattnet kan hjälpa till i hjulets rotation när det strömmar bort nerströmmen.
generera el med ett vattenhjul
historiskt har vattenhjul använts för fräsning av mjöl, spannmål och andra sådana mekaniska uppgifter. Men vattenhjul kan också användas för elproduktion, kallad ett Vattenkraftssystem., Genom att ansluta en elektrisk generator till waterwheels roterande axel, antingen direkt eller indirekt med drivremmar och remskivor, kan waterwheels användas för att generera ström kontinuerligt 24 timmar om dagen till skillnad från solenergi. Om vattenhjulet är korrekt utformat kan ett litet eller ”mikro” vattenkraftverk producera tillräckligt med el för att driva belysning och / eller elektriska apparater i ett genomsnittligt hem.
leta efter vattenhjul generatorer utformade för att producera sin optimala utgång vid relativt låga hastigheter., För små projekt kan en liten likströmsmotor användas som en låghastighetsgenerator eller en fordonsgenerator, men dessa är utformade för att fungera med mycket högre hastigheter så att någon form av växling kan krävas. En vindkraftverk generator gör en idealisk vattenhjul generator som den är utformad för låg hastighet, hög effekt Drift.,
om det finns en ganska snabb flödande flod eller ström nära ditt hem eller trädgård som du kan använda, då en liten skala vattenkraft system kan vara ett bättre alternativ till andra former av förnybara energikällor som ”vindkraft” eller ”solenergi” eftersom det har en mycket mindre visuell effekt. Också precis som vind-och solenergi, med ett nätkopplat småskaligt vattenhjul utformat generatorsystem anslutet till det lokala elnätet, kan All El du genererar men inte använda säljas tillbaka till elbolaget.,
i nästa handledning om vattenkraft kommer vi att titta på de olika typerna av turbiner som vi kan fästa vid vår vattenhjuldesign för vattenkraftproduktion. För mer information om Waterwheel Design och hur man genererar din egen el med hjälp av kraften i vatten, eller få mer vattenkraft information om de olika waterwheel mönster tillgängliga, eller att utforska fördelar och nackdelar med hydro energi, Klicka här för att beställa din kopia från Amazon idag om principerna och byggandet av waterwheels som kan användas för att generera el.,