طراحی چرخ آب برای پروژه برق آبی

طراحی چرخ آب برای انرژی آبی
نماد انرژی هیدرو انرژی هیدرو انرژی فناوری است که انرژی جنبشی آب در حال حرکت را به انرژی مکانیکی یا الکتریکی تبدیل می کند و یکی از اولین وسایلی که برای تبدیل انرژی آب در حال حرکت به کار قابل استفاده استفاده می شد Waterwheel Design بود.
طراحی چرخ های آب در طول زمان با برخی از چرخ های آبی که به صورت عمودی، برخی افقی و برخی با قرقره ها و چرخ دنده های پیچیده متصل شده اند، تکامل یافته است، اما همه آنها برای انجام یک عملکرد طراحی شده اند و آن نیز این است که "حرکت خطی آب در حال حرکت را به یک حرکت چرخشی که می تواند برای به حرکت درآوردن هر قطعه ای از ماشین آلات متصل به آن از طریق یک شفت چرخان استفاده شود.

طراحی معمولی چرخ آب
طراحی اولیه واترویل ماشین‌های کاملاً ابتدایی و ساده‌ای بود که شامل یک چرخ چوبی عمودی با تیغه‌های چوبی یا سطل‌هایی بود که به طور مساوی در اطراف دور آن‌ها ثابت می‌شد و همگی روی یک محور افقی با نیروی جریان آب در زیر آن، چرخ را در جهت مماس بر روی تیغه‌ها فشار می‌دادند. .
این چرخ‌های آبی عمودی بسیار برتر از طراحی چرخ‌های آبی افقی قبلی توسط یونانیان و مصریان باستان بودند، زیرا می‌توانستند با کارایی بیشتری حرکت آب در حال حرکت را به قدرت تبدیل کنند.سپس قرقره‌ها و چرخ‌دنده‌ها به چرخ آب متصل شدند که امکان تغییر جهت محور چرخنده از افقی به عمودی را برای کارکردن سنگ‌های آسیاب، چوب اره، خرد کردن سنگ معدن، مهر زنی و برش و غیره فراهم می‌کرد.

انواع طراحی چرخ آب
بیشتر چرخ‌های آبی که به نام‌های آسیاب آبی یا چرخ‌های آبی نیز شناخته می‌شوند، چرخ‌هایی هستند که به‌صورت عمودی نصب شده‌اند که حول محور افقی می‌چرخند و این نوع چرخ‌های آبی بر اساس نحوه اعمال آب به چرخ، نسبت به محور چرخ طبقه‌بندی می‌شوند.همانطور که انتظار دارید، چرخ‌های آبی ماشین‌های نسبتاً بزرگی هستند که با سرعت‌های زاویه‌ای پایین می‌چرخند و به دلیل تلفات ناشی از اصطکاک و پر نشدن کامل سطل‌ها و غیره، کارایی پایینی دارند.
عمل فشار آب به سطل یا پارو چرخ ها باعث ایجاد گشتاور در محور می شود اما با هدایت آب به سمت این سطل ها و سطل ها از موقعیت های مختلف روی چرخ می توان سرعت چرخش و کارایی آن را بهبود بخشید.دو نوع متداول طراحی واترویل عبارتند از "Waterwheel Undershot" و "Waterwheel Overshot".

طراحی چرخ آب Undershot
طراحی چرخ آب Undershot، که به عنوان "چرخ جریان" نیز شناخته می شود، رایج ترین نوع چرخ آبی بود که توسط یونانیان و رومیان باستان طراحی شده بود، زیرا ساده ترین، ارزان ترین و آسان ترین نوع چرخ برای ساخت است.
در این نوع طراحی چرخ آب، چرخ به سادگی مستقیماً در رودخانه ای با جریان سریع قرار می گیرد و از بالا پشتیبانی می شود.حرکت آب در زیر باعث ایجاد فشار بر روی پاروهای غوطه‌ور در قسمت پایینی چرخ می‌شود و به آن اجازه می‌دهد فقط در یک جهت نسبت به جهت جریان آب بچرخد.
این نوع طراحی چرخ آب معمولاً در مناطق مسطح بدون شیب طبیعی زمین یا جاهایی که جریان آب به اندازه کافی سریع در حال حرکت است استفاده می شود.در مقایسه با سایر طرح‌های چرخ آب، این نوع طراحی بسیار ناکارآمد است، به طوری که کمتر از 20 درصد از انرژی پتانسیل آب برای چرخاندن چرخ استفاده می‌شود.همچنین انرژی آب تنها یک بار برای چرخاندن چرخ استفاده می شود و پس از آن با بقیه آب خارج می شود.
یکی دیگر از معایب چرخ آب زیر شات این است که به مقدار زیادی آب در حال حرکت با سرعت نیاز دارد.بنابراین، چرخ‌های آبی زیرشاخ معمولاً در سواحل رودخانه‌ها قرار می‌گیرند، زیرا نهرها یا نهرهای کوچک‌تر انرژی بالقوه کافی در آب متحرک ندارند.
یکی از راه‌های بهبود جزئی راندمان یک چرخ آبی زیرشاخ این است که درصدی از آب رودخانه را در امتداد یک کانال یا مجرای باریک منحرف کنیم تا 100٪ از آب منحرف شده برای چرخاندن چرخ استفاده شود.برای دستیابی به این هدف، چرخ زیر شات باید باریک باشد و با دقت زیادی در داخل کانال قرار گیرد تا از خروج آب از اطراف یا با افزایش تعداد یا اندازه پاروها جلوگیری شود.

طراحی چرخ آب اورشات
طراحی چرخ آب Overshot رایج ترین نوع طراحی چرخ آب است.چرخ آب اورشات از نظر ساخت و طراحی پیچیده تر از چرخ آب زیر شات قبلی است زیرا از سطل ها یا محفظه های کوچکی برای گرفتن و نگه داشتن آب استفاده می کند.
این سطل ها با آب جاری در بالای چرخ پر می شوند.وزن گرانشی آب در سطل های پر باعث می شود که چرخ حول محور مرکزی خود بچرخد زیرا سطل های خالی طرف دیگر چرخ سبک تر می شوند.
این نوع چرخ آب از گرانش برای بهبود خروجی و همچنین خود آب استفاده می‌کند، بنابراین چرخ‌های آبی بیش از حد بسیار کارآمدتر از طرح‌های زیر شات هستند زیرا تقریباً تمام آب و وزن آن برای تولید توان خروجی استفاده می‌شود.با این حال، مانند قبل، انرژی آب تنها یک بار برای چرخاندن چرخ استفاده می شود و پس از آن با بقیه آب دور می شود.
چرخ‌های آبی در بالای رودخانه یا نهر معلق هستند و عموماً در کناره‌های تپه‌ها ساخته می‌شوند که منبع آب را از بالا با سر کم (فاصله عمودی بین آب در بالا و رودخانه یا جریان پایین) بین 5 تا ایجاد می‌کنند. -20 متریک سد یا سرریز کوچک را می‌توان ساخت و از آن برای کانال‌کشی و افزایش سرعت آب به بالای چرخ استفاده کرد که انرژی بیشتری به آن می‌دهد، اما حجم آب به جای سرعت آن است که به چرخش چرخ کمک می‌کند.

به طور کلی، چرخ های آبی بیش از حد ممکن ساخته می شوند تا بیشترین فاصله ممکن را برای وزن گرانشی آب برای چرخاندن چرخ ایجاد کنند.با این حال، چرخ های آبی با قطر بزرگ به دلیل وزن چرخ و آب، پیچیده تر و گران تر هستند.
هنگامی که سطل های جداگانه با آب پر می شوند، وزن گرانشی آب باعث می شود چرخ در جهت جریان آب بچرخد.با نزدیک‌تر شدن زاویه چرخش به پایین چرخ، آب داخل سطل به رودخانه یا نهر زیرین تخلیه می‌شود، اما وزن سطل‌هایی که پشت آن می‌چرخند باعث می‌شود چرخ به سرعت چرخش خود ادامه دهد.سطل خالی در اطراف چرخ چرخان ادامه می‌یابد تا زمانی که دوباره به بالا برگردد و با آب بیشتری پر شود و چرخه تکرار شود.یکی از معایب طراحی چرخ آب اورشات این است که آب فقط یک بار در هنگام عبور از چرخ استفاده می شود.

طراحی چرخ آبی Pitchback
Pitchback Water Wheel Design تغییری نسبت به چرخ واترشات قبلی است، زیرا از وزن گرانشی آب برای کمک به چرخش چرخ استفاده می کند، اما همچنین از جریان فاضلاب زیر آن برای ایجاد فشار اضافی استفاده می کند.این نوع طراحی چرخ آب از یک سیستم تغذیه با سر پایین استفاده می کند که آب را نزدیک به بالای چرخ از یک سوراخ بالا تامین می کند.
برخلاف چرخ آب اورشات که آب را مستقیماً روی چرخ هدایت می کرد و باعث چرخش آن در جهت جریان آب می شد، چرخ آب پیچ بک آب را به صورت عمودی از طریق یک قیف به سمت پایین و به داخل سطل زیر هدایت می کند و باعث می شود چرخ برعکس بچرخد. جهت جریان آب در بالا.
درست مانند چرخ آب اورشات قبلی، وزن گرانشی آب در سطل ها باعث می شود چرخ اما در جهت خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد.با نزدیک شدن زاویه چرخش به پایین چرخ، آب محبوس شده در داخل سطل ها از زیر تخلیه می شود.همانطور که سطل خالی به چرخ وصل می شود، مانند قبل با چرخ به چرخش ادامه می دهد تا زمانی که دوباره به بالا برگردد و با آب بیشتری پر شود و چرخه تکرار شود.
تفاوت این بار در این است که فاضلاب تخلیه شده از سطل دوار در جهت چرخ چرخان جریان می یابد (چون جایی برای رفتن ندارد)، شبیه به چرخ اصلی چرخ آب زیر شات.بنابراین مزیت اصلی چرخ آب پیچ بک این است که دو بار از انرژی آب استفاده می کند، یک بار از بالا و یک بار از پایین برای چرخاندن چرخ حول محور مرکزی خود.
نتیجه این است که راندمان طراحی چرخ آب تا حد زیادی به بیش از 80٪ انرژی آب افزایش می یابد زیرا هم توسط وزن گرانشی آب ورودی و هم توسط نیرو یا فشار آب هدایت شده به داخل سطل ها از بالا هدایت می شود. و همچنین جریان فاضلاب در زیر سطل ها را فشار می دهد.نقطه ضعف یک چرخ آب پیچ بک این است که نیاز به آرایش آب کمی پیچیده تری دارد که مستقیماً بالای چرخ با ناودان ها و سوراخ ها قرار دارد.

طراحی چرخ آبی Breastshot
طرح چرخ آبی Breastshot یکی دیگر از طراحی‌های چرخ آبی است که به صورت عمودی نصب شده است که در آن آب در ارتفاع محور یا دقیقاً بالای آن به سطل‌ها وارد می‌شود و سپس از پایین در جهت چرخش چرخ‌ها به بیرون جریان می‌یابد.به طور کلی، چرخ واتر شات سینه در شرایطی استفاده می شود که سر آب برای تامین انرژی یک چرخ آب اورشات یا پیچ بک از بالا کافی نیست.
نقطه ضعف در اینجا این است که وزن گرانشی آب فقط برای حدود یک چهارم چرخش استفاده می شود، برخلاف قبل که برای نیمی از چرخش بود.برای غلبه بر این ارتفاع پایین سر، سطل‌های چرخ‌های آب پهن‌تر می‌شوند تا مقدار انرژی بالقوه مورد نیاز از آب استخراج شود.
چرخ‌های آبی Breastshot تقریباً از همان وزن گرانشی آب برای چرخاندن چرخ استفاده می‌کنند، اما از آنجایی که ارتفاع سر آب تقریباً نصف یک چرخ آب معمولی است، سطل‌ها بسیار گسترده‌تر از طراحی‌های قبلی چرخ‌های آبی هستند تا حجم آب را افزایش دهند. گرفتار سطل هاعیب این نوع طراحی افزایش عرض و وزن آب حمل شده توسط هر سطل است.همانند طراحی پیچ بک، چرخ سینه شات دو بار از انرژی آب استفاده می کند زیرا چرخ آب برای نشستن در آب طراحی شده است و به آب زائد اجازه می دهد تا در چرخش چرخ در جریان دور شدن از جریان آب کمک کند.

تولید برق با استفاده از چرخ آب
از لحاظ تاریخی از چرخ های آب برای آسیاب آرد، غلات و سایر کارهای مکانیکی استفاده می شده است.اما از چرخ های آب نیز می توان برای تولید برق استفاده کرد که به آن سیستم Hydro Power می گویند.با اتصال یک ژنراتور الکتریکی به محور چرخان چرخ آب، چه به طور مستقیم یا غیرمستقیم با استفاده از تسمه‌های محرک و قرقره‌ها، می‌توان از چرخ‌های آب برای تولید برق به طور مداوم در 24 ساعت شبانه روز برخلاف انرژی خورشیدی استفاده کرد.اگر چرخ آب به درستی طراحی شده باشد، یک سیستم برق آبی کوچک یا "میکرو" می تواند برق کافی برای روشنایی و/یا وسایل برقی در یک خانه معمولی تولید کند.
به دنبال ژنراتورهای چرخ آب باشید که برای تولید خروجی بهینه آن در سرعت های نسبتا پایین طراحی شده اند.برای پروژه های کوچک، یک موتور DC کوچک می تواند به عنوان یک ژنراتور با سرعت کم یا یک دینام خودرو استفاده شود، اما این موتورها طوری طراحی شده اند که با سرعت های بسیار بالاتر کار کنند، بنابراین ممکن است به نوعی چرخ دنده نیاز باشد.یک ژنراتور توربین بادی یک ژنراتور چرخ آبی ایده آل را می سازد زیرا برای عملکرد با سرعت کم و خروجی بالا طراحی شده است.
اگر رودخانه یا جریان نسبتاً سریعی در نزدیکی خانه یا باغ شما وجود دارد که می توانید از آن استفاده کنید، یک سیستم برق آبی در مقیاس کوچک ممکن است جایگزین بهتری برای سایر اشکال منابع انرژی تجدیدپذیر مانند "انرژی باد" یا "انرژی خورشیدی" باشد. ” زیرا تأثیر بصری بسیار کمتری دارد.همچنین درست مانند انرژی بادی و خورشیدی، با یک سیستم مولد طراحی شده با چرخ آب در مقیاس کوچک متصل به شبکه که به شبکه برق محلی متصل است، هر برقی که تولید می کنید اما استفاده نمی کنید می تواند به شرکت برق فروخته شود.
در آموزش بعدی در مورد انرژی آبی، انواع مختلف توربین های موجود را که می توانیم به طراحی چرخ آب خود برای تولید برق آبی متصل کنیم، بررسی خواهیم کرد.برای اطلاعات بیشتر در مورد Waterwheel Design و نحوه تولید برق خود با استفاده از نیروی آب، یا کسب اطلاعات بیشتر انرژی آبی در مورد طرح های مختلف چرخ های آبی موجود، یا برای کشف مزایا و معایب انرژی آبی، سپس برای سفارش نسخه خود اینجا را کلیک کنید. از آمازون امروز در مورد اصول و ساخت چرخ های آبی که می توان از آنها برای تولید برق استفاده کرد.