Дизајн на водено тркало за хидроенергетски проект

Дизајн на водено тркало за хидроенергија
икона за хидроенергија Хидроенергијата е технологија што ја претвора кинетичката енергија на водата во движење во механичка или електрична енергија, а еден од најраните уреди што се користеле за претворање на енергијата на водата во употреблива работа бил Дизајнот на воденото тркало.
Дизајнот на водените тркала еволуирал со текот на времето, при што некои водени тркала се ориентирани вертикално, некои хоризонтално, а некои со прикачени сложени макари и запчаници, но сите тие се дизајнирани да ја извршуваат истата функција, а тоа е „да го претворат линеарното движење на водата што се движи во ротационо движење кое може да се користи за движење на кој било дел од машината поврзана со неа преку ротирачко вратило“.

Типичен дизајн на воденото тркало
Раниот дизајн на воденото тркало бил доста примитивен и едноставен механизам кој се состоел од вертикално дрвено тркало со дрвени сечила или кофи фиксирани подеднакво околу нивниот обем, сите потпрени на хоризонтално вратило, а силата на водата што тече под него го турка тркалото во тангенцијална насока кон сечилата.
Овие вертикални водотркалци биле многу подобри од претходниот дизајн на хоризонтални водотркалци од античките Грци и Египќани, бидејќи можеле да работат поефикасно, преведувајќи го импулсот на водата што се движела во енергија. Потоа на водотркалцето биле прикачени макари и запчаници, што овозможувало промена на насоката на ротирачкото вратило од хоризонтална во вертикална со цел да се управува со воденички камења, да се сече дрво, да се дроби руда, да се штанца и сече итн.

Видови дизајни на водени тркала
Повеќето воденици, познати и како воденици или едноставно Воденици, се вертикално монтирани тркала што ротираат околу хоризонтална оска, а овие типови воденици се класифицираат според начинот на кој водата се нанесува на тркалото, во однос на оската на тркалото. Како што можете да очекувате, водениците се релативно големи машини што ротираат со мали аголни брзини и имаат ниска ефикасност, поради загубите од триење и нецелосното полнење на кофите итн.
Дејството на водата што ги притиска кофите или лопатките на тркалата развива вртежен момент на оската, но со насочување на водата кон овие лопатки и кофи од различни позиции на тркалото, брзината на ротација и неговата ефикасност може да се подобрат. Двата најчести типа на дизајни на воденици се „подножно воденици“ и „надножно воденици“.

Дизајн на подводно тркало
Дизајнот на подшотното водоводно тркало, познат и како „поткожно тркало“, бил најчесто користениот тип на водоводно тркало дизајнирано од античките Грци и Римјани, бидејќи е наједноставниот, најевтиниот и најлесниот тип на тркало за конструирање.
Кај овој тип на дизајн на водено тркало, тркалото едноставно се поставува директно во брза река и се потпира одозгора. Движењето на водата подолу создава туркачко дејство врз потопените лопатки на долниот дел од тркалото, дозволувајќи му да се ротира само во една насока во однос на насоката на протокот на водата.
Овој тип на дизајн на водено тркало генерално се користи во рамни површини без природен наклон на земјиштето или каде што протокот на вода е доволно брз. Во споредба со другите дизајни на водено тркало, овој тип на дизајн е многу неефикасен, со само 20% од потенцијалната енергија на водата што се користи за ротирање на тркалото. Исто така, енергијата на водата се користи само еднаш за ротирање на тркалото, по што таа тече со остатокот од водата.
Друг недостаток на подводното тркало е тоа што бара големи количини вода што се движи со голема брзина. Затоа, подводните тркала обично се поставуваат на бреговите на реките бидејќи помалите потоци или потоци немаат доволно потенцијална енергија во водата што се движи.
Еден начин за малку подобрување на ефикасноста на водоводно тркало со низок проток е да се пренасочи одреден процент од водата во реката по тесен канал или канал, така што 100% од пренасочената вода ќе се користи за ротирање на тркалото. За да се постигне ова, водоводното тркало мора да биде тесно и многу прецизно да се вклопи во каналот за да се спречи истекување на водата од страните или со зголемување на бројот или големината на лопатките.

Дизајн на пречекорено водоводно тркало
Дизајнот на надвозјено водно тркало е најчестиот тип на дизајн на водно тркало. Надвозјеното водно тркало е покомплицирано во својата конструкција и дизајн од претходното подвозјено водно тркало, бидејќи користи кофи или мали прегради за собирање и задржување на водата.
Овие кофи се полнат со вода што тече на врвот од тркалото. Гравитационата тежина на водата во полните кофи предизвикува тркалото да се ротира околу својата централна оска, додека празните кофи од другата страна на тркалото стануваат полесни.
Овој тип на водно тркало ја користи гравитацијата за да го подобри излезот, како и самата вода, па затоа водните тркала со пренапон се многу поефикасни од дизајните со пренапон, бидејќи речиси целата вода и нејзината тежина се користат за производство на излезна моќност. Меѓутоа, како и претходно, енергијата на водата се користи само еднаш за ротирање на тркалото, по што таа тече со остатокот од водата.
Надводните тркала се суспендирани над река или поток и генерално се градат на страните на ридовите, обезбедувајќи снабдување со вода одозгора со низок притисок (вертикалното растојание помеѓу водата на врвот и реката или потокот подолу) од 5 до 20 метри. Може да се изгради мала брана или преграда и да се користи за канализирање и зголемување на брзината на водата до врвот на тркалото, давајќи ѝ повеќе енергија, но волуменот на водата, а не нејзината брзина, е тоа што помага во ротирањето на тркалото.

Општо земено, префрлените водни тркала се градат што е можно поголеми за да се обезбеди најголемо можно растојание на главата за гравитационата тежина на водата да го ротира тркалото. Сепак, водните тркала со голем дијаметар се посложени и поскапи за изградба поради тежината на тркалото и водата.
Кога поединечните кофи се полнат со вода, гравитационата тежина на водата предизвикува тркалото да се ротира во насока на протокот на водата. Како што аголот на ротација се приближува кон дното на тркалото, водата во кофата се празни во реката или потокот подолу, но тежината на кофите што ротираат зад неа предизвикува тркалото да продолжи со својата ротациона брзина. Празната кофа продолжува околу ротирачкото тркало сè додека не се врати на врвот, подготвена да се наполни со повеќе вода и циклусот се повторува. Еден од недостатоците на дизајнот на префрлено водно тркало е тоа што водата се користи само еднаш додека тече над тркалото.

Дизајнот на водено тркало Pitchback
Дизајнот на воденото тркало со префрлање на плитка е варијација на претходното водено тркало со префрлање на плитка, бидејќи ја користи гравитационата тежина на водата за да помогне во ротирањето на тркалото, но исто така го користи протокот на отпадната вода под него за да даде дополнителен притисок. Овој тип на дизајн на водено тркало користи систем за внесување со низок притисок кој ја снабдува водата близу до врвот на тркалото од вдлабнатина погоре.
За разлика од префрленото водено тркало кое ја насочува водата директно преку тркалото, предизвикувајќи го да се врти во насока на протокот на водата, воденото тркало со поместување наназад ја доведува водата вертикално надолу преку инка и во кофата подолу, предизвикувајќи тркалото да се ротира во спротивна насока од протокот на водата погоре.
Исто како и претходното префрлено водено тркало, гравитационата тежина на водата во кофите предизвикува тркалото да се ротира, но во насока спротивна од стрелките на часовникот. Како што аголот на ротација се приближува до дното на тркалото, водата заробена во кофите се празни подолу. Како што празната кофа е прикачена на тркалото, таа продолжува да се ротира со тркалото како и претходно сè додека не се врати на врвот повторно подготвена да се наполни со повеќе вода и циклусот се повторува.
Разликата овој пат е во тоа што отпадната вода испразнета од ротирачката кофа тече во насока на ротирачкото тркало (бидејќи нема каде на друго место да оди), слично на принципот на подзафатено водено тркало. Така, главната предност на подзафатеното водено тркало е тоа што ја користи енергијата на водата двапати, еднаш одозгора и еднаш одоздола за да го ротира тркалото околу неговата централна оска.
Резултатот е дека ефикасноста на дизајнот на водоводното тркало е значително зголемена на над 80% од енергијата на водата, бидејќи е управувана и од гравитационата тежина на влезната вода и од силата или притисокот на водата насочена во кофите одозгора, како и од протокот на отпадната вода подолу што притиска врз кофите. Недостаток на водоводното тркало со поместување наназад е тоа што му е потребен малку посложен аранжман за снабдување со вода директно над тркалото со олукчиња и влезни корита.

Дизајнот на воденото тркало во облик на breastshot
Дизајнот на воденото тркало со гради е уште еден вертикално монтиран дизајн на воденото тркало каде што водата влегува во кофите околу половина од висината на оската, или веднаш над неа, а потоа истекува на дното во насока на ротација на тркалата. Општо земено, воденото тркало со гради се користи во ситуации каде што висината на водата е недоволна за напојување на дизајнот на воденото тркало со префрлање или навалување одозгора.
Недостатокот овде е што гравитационата тежина на водата се користи само за околу една четвртина од ротацијата, за разлика од претходно, кога се користеше за половина од ротацијата. За да се надмине оваа ниска висина на главата, кофите на водните тркала се пошироки за да се извлече потребната количина на потенцијална енергија од водата.
Градните водни тркала користат приближно иста гравитациска тежина на водата за да го ротираат тркалото, но бидејќи висината на главата на водата е околу половина од онаа на типичното надвиснато водно тркало, кофите се многу пошироки од претходните дизајни на водни тркала за да се зголеми волуменот на водата заробена во кофите. Недостаток на овој тип на дизајн е зголемувањето на ширината и тежината на водата што ја носи секоја кофа. Како и кај дизајнот со навалување, градното тркало ја користи енергијата на водата двапати бидејќи водно тркало е дизајнирано да стои во водата, дозволувајќи ѝ на отпадната вода да помогне во ротацијата на тркалото додека тече надолу по течението.

Генерирање електрична енергија со помош на водено тркало
Историски гледано, водените тркала се користеле за мелење брашно, житарки и други слични механички задачи. Но, водените тркала можат да се користат и за производство на електрична енергија, наречена хидроенергетски систем. Со поврзување на електричен генератор со ротирачкото вратило на водените тркала, директно или индиректно со користење на погонски ремени и макари, водените тркала можат да се користат за континуирано генерирање енергија 24 часа на ден, за разлика од сончевата енергија. Ако водените тркала се правилно дизајнирани, мал или „микро“ хидроелектричен систем може да произведе доволно електрична енергија за напојување на осветлување и/или електрични апарати во просечен дом.
Побарајте генератори на водени тркала дизајнирани да произведуваат оптимална моќност при релативно ниски брзини. За мали проекти, мал DC мотор може да се користи како генератор со мала брзина или автомобилски алтернатор, но тие се дизајнирани да работат со многу поголеми брзини, па затоа може да биде потребен некаков вид на запчаник. Генераторот на ветерна турбина е идеален генератор на водени тркала бидејќи е дизајниран за работа со мала брзина и голема моќност.
Доколку во близина на вашиот дом или градина има прилично брза река или поток што можете да го користите, тогаш мал хидроелектричен систем може да биде подобра алтернатива во однос на другите форми на обновливи извори на енергија како што се „енергијата на ветерот“ или „сончевата енергија“, бидејќи има многу помало визуелно влијание. Исто како и енергијата на ветерот и сонцето, со систем за производство на водени тркала поврзан на локалната комунална мрежа, секоја електрична енергија што ја генерирате, но не ја користите, може да се продаде назад на компанијата за електрична енергија.
Во следниот туторијал за хидроенергија, ќе ги разгледаме различните видови турбини што се достапни и кои можеме да ги прикачиме на нашиот дизајн на водени тркала за производство на хидроенергија. За повеќе информации за дизајнот на водени тркала и како сами да генерирате електрична енергија користејќи ја моќта на водата, или за да добиете повеќе информации за хидроенергијата за различните достапни дизајни на водени тркала, или за да ги истражите предностите и недостатоците на хидроенергијата, кликнете овде за да нарачате примерок од Amazon денес за принципите и конструкцијата на водени тркала што можат да се користат за производство на електрична енергија.