Հիդրոէլեկտրակայանի նախագծի ջրային անիվի նախագծում

Ջրային անիվի նախագծում հիդրոէներգիայի համար
Հիդրոէներգիայի պատկերակՀիդրոէներգիան տեխնոլոգիա է, որը շարժվող ջրի կինետիկ էներգիան փոխակերպում է մեխանիկական կամ էլեկտրական էներգիայի, և ջրի շարժվող էներգիան օգտագործելի աշխատանքի փոխակերպելու համար օգտագործվող ամենավաղ սարքերից մեկը ջրային անիվի դիզայնն էր։
Ջրային անիվների դիզայնը ժամանակի ընթացքում զարգացել է՝ որոշ ջրային անիվներ կողմնորոշված ​​են ուղղահայաց, որոշները՝ հորիզոնական, իսկ որոշները՝ բարդ ճախարակներով և ատամնանիվներով, բայց դրանք բոլորը նախագծված են նույն գործառույթը կատարելու համար, այն է՝ «շարժվող ջրի գծային շարժումը վերածել պտտվող շարժման, որը կարող է օգտագործվել պտտվող լիսեռի միջոցով դրան միացված ցանկացած մեխանիզմ շարժելու համար»։

Ջրային անիվի տիպիկ դիզայն
Վաղ ջրային անիվի դիզայնը բավականին պարզունակ և պարզ մեքենաներ էին, որոնք բաղկացած էին ուղղահայաց փայտե անիվից՝ փայտե շեղբերով կամ դույլերով, որոնք հավասարապես ամրացված էին իրենց շրջագծով, բոլորը հենված էին հորիզոնական լիսեռի վրա, որի տակ հոսող ջրի ուժը անիվը մղում էր շեղբերին շոշափողական ուղղությամբ։
Այս ուղղահայաց ջրանիվները զգալիորեն գերազանցում էին հին հույների և եգիպտացիների կողմից նախկինում նախագծված հորիզոնական ջրանիվների նախագծերին, քանի որ դրանք կարող էին ավելի արդյունավետ աշխատել՝ շարժվող ջրի իմպուլսը վերածելով ուժի: Այնուհետև ջրանիվին ամրացվեցին ճախարակներ և ատամնանիվներ, որոնք թույլ էին տալիս փոխել պտտվող լիսեռի ուղղությունը հորիզոնականից ուղղահայաց՝ ջրաղացաքարեր աշխատեցնելու, փայտ սղոցելու, հանքաքար մանրացնելու, դրոշմելու և կտրելու և այլնի համար:

Ջրային անիվի դիզայնի տեսակները
Ջրային անիվների մեծ մասը, որոնք հայտնի են նաև որպես ջրաղացներ կամ պարզապես ջրային անիվներ, ուղղահայաց տեղադրված անիվներ են, որոնք պտտվում են հորիզոնական առանցքի շուրջ, և այս տեսակի ջրային անիվները դասակարգվում են ըստ այն եղանակի, որով ջուրը մատակարարվում է անիվին, անիվի առանցքի նկատմամբ: Ինչպես կարող եք ենթադրել, ջրային անիվները համեմատաբար մեծ մեքենաներ են, որոնք պտտվում են ցածր անկյունային արագություններով և ունեն ցածր արդյունավետություն՝ շփման կորուստների և դույլերի թերի լցվելու և այլնի պատճառով:
Ջրի՝ անիվների դույլերի կամ թիակների վրա ճնշումը պտտող մոմենտ է առաջացնում առանցքի վրա, սակայն ջուրը անիվի տարբեր դիրքերից այդ թիակների և դույլերի վրա ուղղորդելով՝ կարելի է բարելավել պտտման արագությունը և դրա արդյունավետությունը: Ջրային անիվի կառուցվածքի երկու ամենատարածված տեսակներն են՝ «ստորին հարվածային ջրային անիվը» և «վերին հարվածային ջրային անիվը»:

Ջրային անիվի նախագծում ստորգետնյա հատվածում
Անդերշոթ ջրային անիվի դիզայնը, որը հայտնի է նաև որպես «հոսքի անիվ», հին հույների և հռոմեացիների կողմից նախագծված ջրային անիվի ամենատարածված տեսակն էր, քանի որ այն անիվի ամենապարզ, ամենաէժան և ամենահեշտ տեսակն է կառուցելու համար։
Այս տեսակի ջրանիվի կառուցվածքում անիվը պարզապես տեղադրվում է անմիջապես արագահոս գետի մեջ և հենվում է վերևից։ Ներքևում գտնվող ջրի շարժումը ստեղծում է հրող ազդեցություն անիվի ստորին մասում գտնվող ընկղմված թիակների դեմ, ինչը թույլ է տալիս այն պտտվել միայն մեկ ուղղությամբ՝ ջրի հոսքի ուղղության նկատմամբ։
Այս տեսակի ջրանիվը սովորաբար օգտագործվում է հարթ տարածքներում, որտեղ բնական թեքություն չկա, կամ որտեղ ջրի հոսքը բավականաչափ արագ է։ Ջրանիվների այլ նախագծերի համեմատ, այս տեսակի նախագիծը շատ անարդյունավետ է, քանի որ անիվը պտտելու համար օգտագործվում է ջրի պոտենցիալ էներգիայի ընդամենը 20%-ը։ Բացի այդ, ջրի էներգիան օգտագործվում է միայն մեկ անգամ անիվը պտտելու համար, որից հետո այն հոսում է ջրի մնացած մասի հետ միասին։
Ջրային անիվի մեկ այլ թերությունն այն է, որ այն պահանջում է մեծ քանակությամբ ջուր, որը շարժվում է արագությամբ: Հետևաբար, ջրային անիվի նման անիվները սովորաբար տեղադրվում են գետերի ափերին, քանի որ փոքր առվակները կամ վտակները բավարար պոտենցիալ էներգիա չունեն շարժվող ջրում:
Ջրային անիվի արդյունավետությունը փոքր-ինչ բարելավելու միջոցներից մեկը գետի ջրի որոշակի տոկոսը նեղ ջրանցքով կամ խողովակով շեղելն է, որպեսզի շեղված ջրի 100%-ը օգտագործվի անիվի պտտման համար: Դրան հասնելու համար ջրային անիվի հոսքը պետք է նեղ լինի և շատ ճշգրիտ տեղավորվի ջրանցքում՝ կանխելու համար ջրի կողքերից դուրս գալը, կամ մեծացնելով թիակների քանակը կամ չափը:

Ջրային անիվի գերբարձրացված դիզայն
Ջրային անիվի գերբարձրացված կառուցվածքը ջրային անիվի կառուցվածքի ամենատարածված տեսակն է: Գերբարձրացված ջրային անիվն իր կառուցվածքով և դիզայնով ավելի բարդ է, քան նախորդ գերբարձրացված ջրային անիվը, քանի որ այն օգտագործում է դույլեր կամ փոքր խցիկներ՝ ջուրը հավաքելու և պահելու համար:
Այս դույլերը լցվում են անիվի վերևի մասում հոսող ջրով։ Լցված դույլերի մեջ եղած ջրի գրավիտացիոն քաշը ստիպում է անիվի պտտվել իր կենտրոնական առանցքի շուրջ, քանի որ անիվի մյուս կողմում գտնվող դատարկ դույլերը թեթևանում են։
Այս տեսակի ջրային անիվը օգտագործում է ձգողականությունը՝ ելքը բարելավելու, ինչպես նաև ջուրն ինքնին, ուստի գերբարձրացված ջրային անիվները շատ ավելի արդյունավետ են, քան թերաբարձրացված կառուցվածքները, քանի որ ջրի գրեթե ամբողջությունը և դրա քաշը օգտագործվում են ելքային հզորություն ստանալու համար: Սակայն, ինչպես նախկինում, ջրի էներգիան օգտագործվում է միայն մեկ անգամ՝ անիվը պտտելու համար, որից հետո այն հոսում է ջրի մնացած մասի հետ միասին:
Ջրային անիվները կախված են գետի կամ առվակի վերևում և սովորաբար կառուցվում են բլուրների լանջերին՝ վերևից ապահովելով ջրի մատակարարում՝ 5-20 մետր ցածր ճնշման (վերևում գտնվող ջրի և ներքևում գտնվող գետի կամ առվակի միջև ուղղահայաց հեռավորությունը) միջոցով: Կարելի է կառուցել և օգտագործել փոքր ամբարտակ կամ ջրամբար՝ ջուրը անիվի գագաթ տանելու և արագությունը մեծացնելու համար՝ այն ավելի շատ էներգիա տալով, բայց անիվը պտտելուն նպաստում է ոչ թե ջրի արագությունը, այլ ջրի ծավալը:

Սովորաբար, վերին հոսանքի ջրանիվները կառուցվում են որքան հնարավոր է մեծ, որպեսզի ջրի գրավիտացիոն քաշը ապահովի անիվը պտտելու համար հնարավոր ամենամեծ գլխային հեռավորությունը: Այնուամենայնիվ, մեծ տրամագծով ջրանիվները ավելի բարդ և թանկ են կառուցվում անիվի և ջրի քաշի պատճառով:
Երբ առանձին դույլերը լցվում են ջրով, ջրի գրավիտացիոն քաշը ստիպում է անիվի պտտվել ջրի հոսքի ուղղությամբ։ Երբ պտտման անկյունը մոտենում է անիվի հատակին, դույլի ներսում գտնվող ջուրը թափվում է ներքևի գետը կամ առվակը, բայց դրա հետևում պտտվող դույլերի քաշը ստիպում է անիվին շարունակել իր պտտման արագությամբ։ Դատարկ դույլը շարունակում է պտտվող անիվի շուրջը, մինչև այն կրկին բարձրանա վերև՝ պատրաստ լինելով լցվել ավելի շատ ջրով, և ցիկլը կրկնվում է։ Ջրային անիվի վերևից բարձրացված կառուցվածքի թերություններից մեկն այն է, որ ջուրն օգտագործվում է միայն մեկ անգամ, երբ այն հոսում է անիվի վրայով։

Փիչբեք ջրային անիվի դիզայնը
Փիչբեք ջրային անիվի դիզայնը նախորդ գերբարձրացված ջրային անիվի տարբերակն է, քանի որ այն նաև օգտագործում է ջրի գրավիտացիոն քաշը՝ անիվը պտտեցնելու համար, բայց այն նաև օգտագործում է դրա տակ գտնվող կեղտաջրերի հոսքը՝ լրացուցիչ հրում տալու համար: Այս տեսակի ջրային անիվի դիզայնը օգտագործում է ցածր գլխիկով ներմղման համակարգ, որը ջուրը մատակարարում է անիվի վերին մասին մոտ՝ վերևում գտնվող ներքին ակոսից:
Ի տարբերություն վերին շեղումով ջրանիվից, որը ջուրն ուղղորդում էր անմիջապես անիվի վրայով՝ ստիպելով այն պտտվել ջրի հոսքի ուղղությամբ, հետադարձ շեղումով ջրանիվը ջուրը ձագարի միջոցով ուղղահայաց ներքև է մատակարարում ներքևի դույլի մեջ՝ ստիպելով անիվի պտտվել վերևում գտնվող ջրի հոսքի հակառակ ուղղությամբ։
Ինչպես նախորդ ջրային անիվի դեպքում, դույլերի մեջ ջրի գրավիտացիոն քաշը ստիպում է անիվի պտտվել, բայց ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ։ Երբ պտտման անկյունը մոտենում է անիվի հատակին, դույլերի մեջ մնացած ջուրը դատարկվում է ներքևից։ Երբ դատարկ դույլը միանում է անիվին, այն շարունակում է պտտվել անիվի հետ միասին, ինչպես նախկինում, մինչև այն կրկին բարձրանա վերև՝ պատրաստ լինելով լցվել ավելի շատ ջրով, և ցիկլը կրկնվում է։
Այս անգամ տարբերությունն այն է, որ պտտվող դույլից դատարկված կեղտաջուրը հոսում է պտտվող անիվի ուղղությամբ (քանի որ այն ուրիշ տեղ չունի գնալու), նման է ներքև նետված ջրանիվի սկզբունքին։ Այսպիսով, հետադարձ շարժվող ջրանիվի հիմնական առավելությունն այն է, որ այն երկու անգամ օգտագործում է ջրի էներգիան՝ մեկ անգամ վերևից և մեկ անգամ ներքևից՝ անիվը կենտրոնական առանցքի շուրջ պտտելու համար։
Արդյունքում, ջրանիվ անիվի կառուցվածքի արդյունավետությունը զգալիորեն բարձրանում է՝ հասնելով ջրի էներգիայի ավելի քան 80%-ի, քանի որ այն պայմանավորված է ինչպես մուտքային ջրի գրավիտացիոն քաշով, այնպես էլ վերևից դույլեր ուղղվող ջրի ուժով կամ ճնշմամբ, ինչպես նաև ներքևից թափոնաջրերի հոսքով, որը դույլերի դեմ է մղվում: Սակայն հետադարձ ջրանիվ անիվի թերությունն այն է, որ այն պահանջում է մի փոքր ավելի բարդ ջրամատակարարման համակարգ՝ անիվի անմիջապես վերևում՝ խողովակներով և ներքին ակոսներով:

Բրեսթշոթ ջրային անիվի դիզայն
Բրիթքոթ ջրային անիվի դիզայնը ուղղահայաց տեղադրված ջրային անիվի դիզայն է, որտեղ ջուրը մտնում է դույլերի մեջ մոտավորապես առանցքի բարձրության կեսին կամ դրանից մի փոքր վերև, ապա դուրս է հոսում ներքևից՝ անիվների պտտման ուղղությամբ: Սովորաբար, բրիթքոթ ջրային անիվի դիզայնը օգտագործվում է այն դեպքերում, երբ ջրի մակարդակը բավարար չէ վերևից բարձրացված կամ հետադարձ ջրային անիվի դիզայնը աշխատեցնելու համար:
Այստեղ թերությունն այն է, որ ջրի գրավիտացիոն քաշն օգտագործվում է միայն պտույտի մոտ մեկ քառորդի համար, ի տարբերություն նախկինում, երբ օգտագործվում էր պտույտի կեսի համար։ Այս ցածր գլխի բարձրությունը հաղթահարելու համար ջրանիվների դույլերը լայնացվում են՝ ջրից անհրաժեշտ քանակությամբ պոտենցիալ էներգիան արդյունահանելու համար։
Կրծքային ջրանիվները անիվը պտտելու համար օգտագործում են ջրի մոտավորապես նույն գրավիտացիոն քաշը, բայց քանի որ ջրի գլխամասի բարձրությունը մոտ կեսն է սովորական վերին անկման ջրանիվների բարձրությունից, դույլերը շատ ավելի լայն են, քան նախորդ ջրանիվների նախագծերը՝ դույլերի մեջ հավաքված ջրի ծավալը մեծացնելու համար: Այս տեսակի նախագծի թերությունը յուրաքանչյուր դույլի կողմից տեղափոխվող ջրի լայնության և քաշի մեծացումն է: Ինչպես հետևի անկման դիզայնի դեպքում, կրծքային անիվը կրկնակի օգտագործում է ջրի էներգիան, քանի որ ջրանիվը նախագծված է ջրի մեջ նստելու համար՝ թույլ տալով կեղտաջրերին օգնել անիվի պտտմանը, երբ այն հոսում է հոսանքն ի վար:

Էլեկտրաէներգիա ստանալ ջրային անիվի միջոցով
Պատմականորեն ջրային անիվները օգտագործվել են ալյուր, հացահատիկային մշակաբույսեր աղալու և այլ նմանատիպ մեխանիկական աշխատանքների համար: Սակայն ջրային անիվները կարող են օգտագործվել նաև էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար, որը կոչվում է հիդրոէներգետիկ համակարգ: Էլեկտրական գեներատորը ջրային անիվների պտտվող լիսեռին միացնելով՝ ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն՝ օգտագործելով շարժիչ գոտիներ և ճախարակներ, ջրային անիվները կարող են օգտագործվել օրական 24 ժամ անընդհատ էներգիա արտադրելու համար՝ ի տարբերություն արևային էներգիայի: Եթե ջրային անիվը ճիշտ է նախագծված, փոքր կամ «միկրո» հիդրոէլեկտրակայանը կարող է բավարար էլեկտրաէներգիա արտադրել միջին տան լուսավորությունը և/կամ էլեկտրական սարքավորումները աշխատեցնելու համար:
Փնտրեք ջրային անիվների գեներատորներ, որոնք նախատեսված են համեմատաբար ցածր արագությամբ իրենց օպտիմալ հզորությունը ապահովելու համար: Փոքր նախագծերի համար փոքր DC շարժիչը կարող է օգտագործվել որպես ցածր արագության գեներատոր կամ ավտոմոբիլային գեներատոր, բայց դրանք նախատեսված են շատ ավելի բարձր արագություններով աշխատելու համար, ուստի կարող է անհրաժեշտ լինել որոշակի տեսակի փոխանցում: Քամու տուրբինի գեներատորը իդեալական ջրային անիվների գեներատոր է, քանի որ այն նախատեսված է ցածր արագությամբ, բարձր հզորությամբ աշխատանքի համար:
Եթե ​​ձեր տան կամ այգու մոտակայքում կա բավականին արագահոս գետ կամ առվակ, որը կարող եք օգտագործել, ապա փոքրածավալ հիդրոէլեկտրակայանը կարող է ավելի լավ այլընտրանք լինել վերականգնվող էներգիայի այլ աղբյուրների, ինչպիսիք են «քամու էներգիան» կամ «արևային էներգիան», համեմատած, քանի որ այն շատ ավելի քիչ տեսողական ազդեցություն ունի: Բացի այդ, ինչպես քամու և արևային էներգիայի դեպքում, ցանցին միացված փոքրածավալ ջրանիվ նախագծված արտադրող համակարգով, որը միացված է տեղական կոմունալ ցանցին, ձեր արտադրած, բայց չօգտագործած ցանկացած էլեկտրաէներգիա կարող է հետ վաճառվել էլեկտրաէներգիայի ընկերությանը:
Հիդրոէներգիայի մասին հաջորդ ձեռնարկում մենք կանդրադառնանք տարբեր տեսակի տուրբիններին, որոնք կարող ենք կցել մեր ջրանիվների նախագծին հիդրոէներգիա արտադրելու համար: Ջրանիվների նախագծի և ջրի ուժով սեփական էլեկտրաէներգիա արտադրելու մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար, կամ տարբեր ջրանիվների նախագծերի մասին ավելի շատ տեղեկություններ ստանալու կամ հիդրոէներգիայի առավելություններն ու թերությունները ուսումնասիրելու համար սեղմեք այստեղ՝ այսօր Amazon-ից էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար օգտագործվող ջրանիվների սկզբունքների և կառուցվածքի մասին ձեր օրինակը պատվիրելու համար: