Усан цахилгаан станцын төслийн усан хүрдний загвар

Усан эрчим хүчний усан хүрдний загвар
hydro energy iconHydro energy нь хөдөлгөөнт усны кинетик энергийг механик болон цахилгаан эрчим хүч болгон хувиргадаг технологи бөгөөд хөдөлж буй усны энергийг ашиглах боломжтой ажил болгон хувиргах хамгийн эртний төхөөрөмжүүдийн нэг бол Waterwheel загвар юм.
Усны дугуйны загвар нь цаг хугацааны явцад хувьсан өөрчлөгдөж, зарим нь босоо, зарим нь хэвтээ, зарим нь нарийн ширхэгтэй дамар, араа бэхэлсэн боловч тэдгээр нь бүгд ижил үүрэг гүйцэтгэх зориулалттай бөгөөд энэ нь "хөдөлгөөнт усны шугаман хөдөлгөөнийг эргүүлэх тэнхлэгээр холбосон ямар ч машин механизмыг жолоодоход ашиглаж болох эргэлтийн хөдөлгөөн болгон хувиргах" юм.

Усан хүрдний ердийн загвар
Усан хүрдний анхны загвар нь дугуйг ирний эсрэг шүргэгч чиглэлд түлхэж, доороосоо урсах усны хүчээр хэвтээ тэнхлэгт тулгуурласан модон ир эсвэл шанага бүхий босоо модон дугуйнаас бүрдэх маш энгийн бөгөөд энгийн машинууд байв.
Эдгээр босоо усан дугуйнууд нь эртний Грекчүүд болон Египетчүүдийн хэвтээ усан хүрдний загвараас хамаагүй давуу байсан, учир нь тэд хөдөлж буй усны эрч хүчийг илүү үр дүнтэй ажиллуулж чаддаг байв. Дараа нь тээрэм, хөрөөдөх мод, хүдэр бутлах, тамгалах, зүсэх гэх мэт үйл ажиллагаа явуулахын тулд эргэдэг босоо амны чиглэлийг хэвтээ тэнхлэгээс босоо тэнхлэгт өөрчлөх боломжийг олгодог дугуйнд дамар, араа бэхэлсэн.

Усны дугуйны дизайны төрлүүд
Усны тээрэм эсвэл зүгээр л Усны дугуй гэж нэрлэгддэг ихэнх усан дугуйнууд нь хэвтээ тэнхлэгийн эргэн тойронд эргэдэг босоо суурилуулсан дугуйнууд бөгөөд эдгээр төрлийн усны дугуйг дугуйны тэнхлэгтэй харьцуулахад дугуйнд ус хэрэглэх байдлаар ангилдаг. Таны таамаглаж байгаагаар усны дугуй нь бага өнцгийн хурдаар эргэлддэг харьцангуй том машинууд бөгөөд үрэлтийн алдагдал, хувинг бүрэн дүүргээгүй гэх мэт үр ашиг багатай байдаг.
Дугуйны шанага эсвэл сэлүүр рүү түлхэж буй усны үйлдэл нь тэнхлэгт эргүүлэх хүчийг бий болгодог боловч эдгээр сэлүүр, хувин руу усыг дугуйны янз бүрийн байрлалаас чиглүүлснээр эргэлтийн хурд болон түүний үр ашгийг дээшлүүлэх боломжтой. Усан хүрдний дизайны хамгийн түгээмэл хоёр төрөл нь "доорх усны дугуй" ба "хүлээн давсан усан дугуй" юм.

Усны дугуйны загвар
"Усан хүрд" гэгддэг Undershot Water Wheel загвар нь эртний Грек, Ромчуудын бүтээсэн хамгийн энгийн, хямд, бүтээхэд хамгийн хялбар төрлийн усан дугуй юм.
Энэ төрлийн усны дугуйны загварт дугуйг зүгээр л хурдан урсдаг гол руу шууд байрлуулж, дээрээс нь дэмжинэ. Доорх усны хөдөлгөөн нь дугуйны доод хэсэгт живсэн сэлүүрийг түлхэж, усны урсгалын чиглэлтэй харьцуулахад зөвхөн нэг чиглэлд эргэх боломжийг олгодог.
Энэ төрлийн усны дугуйны загварыг ихэвчлэн газрын байгалийн налуугүй тэгш газар эсвэл усны урсгал хангалттай хурдан хөдөлдөг газруудад ашигладаг. Бусад усан дугуйны загвартай харьцуулахад энэ төрлийн загвар нь маш үр ашиггүй бөгөөд усны боломжит энергийн 20% нь дугуйг эргүүлэхэд зарцуулагддаг. Мөн усны энерги нь дугуйг эргүүлэхэд зөвхөн нэг удаа зарцуулагддаг бөгөөд дараа нь үлдсэн устай хамт урсдаг.
Усны доорх дугуйны өөр нэг сул тал нь хурдтай хөдөлж буй их хэмжээний ус шаарддаг явдал юм. Иймээс жижиг горхи, горхи нь хөдөлж буй усанд хангалттай энерги агуулаагүй тул голын эрэг дээр байрладаг.
Усан хүрдний үр ашгийг бага зэрэг сайжруулах нэг арга бол голын усны тодорхой хэсгийг нарийн суваг эсвэл сувгийн дагуу эргүүлж, эргүүлсэн усны 100% нь дугуйг эргүүлэхэд зарцуулагдах явдал юм. Үүнд хүрэхийн тулд доод дугуй нь нарийхан байх ёстой бөгөөд хажуугийн эргэн тойронд ус урсах эсвэл сэлүүрийн тоо эсвэл хэмжээг нэмэгдүүлэхээс сэргийлж суваг дотор маш нарийн таарах ёстой.

Overshot Waterwheel дизайн
Overshot Water Wheel Design нь усны дугуйны загваруудын хамгийн түгээмэл төрөл юм. Усыг барьж, барихын тулд хувин эсвэл жижиг тасалгаа ашигладаг тул хийц, хийц нь өмнөх доорх усан дугуйтай харьцуулахад илүү төвөгтэй байдаг.
Эдгээр хувин нь дугуйны дээд хэсэгт урсаж буй усаар дүүрдэг. Бүрэн хувин дахь усны таталцлын жин нь дугуйны нөгөө талд байгаа хоосон хувингууд хөнгөн болж төв тэнхлэгээ тойрон эргэхэд хүргэдэг.
Энэ төрлийн усны хүрд нь гаралтын хүч болон усыг сайжруулахын тулд таталцлын хүчийг ашигладаг тул бараг бүх ус болон түүний жинг гаралтын хүчийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг тул хэт давсан усан дугуй нь доогуур хийсэн загвараас хамаагүй илүү үр ашигтай байдаг. Гэсэн хэдий ч өмнөх шигээ усны энерги нь дугуйг эргүүлэхэд зөвхөн нэг удаа зарцуулагддаг бөгөөд дараа нь үлдсэн устай хамт урсдаг.
Усны дугуйнууд нь гол, горхины дээгүүр өлгөөтэй байдаг бөгөөд ихэвчлэн 5-аас 20 метрийн хооронд намхан толгойтой (дээд талын ус ба доорх гол, горхины хоорондох босоо зай) дээрээс усан хангамжийг хангадаг толгодын хажуу талд баригдсан байдаг. Бага оврын далан эсвэл сувгийг хоёуланг нь барьж, дугуйны дээд хэсэгт ус дамжуулах хурдыг нэмэгдүүлэх, илүү их энерги өгөхөд ашиглаж болно, гэхдээ энэ нь дугуйг эргүүлэхэд тусалдаг хурдаас илүү усны эзэлхүүн юм.

Ерөнхийдөө дугуйг эргүүлэх усны таталцлын жинд хамгийн их боломжит толгойн зайг өгөхийн тулд хэт их усны дугуйг аль болох томоор бүтээдэг. Гэсэн хэдий ч том диаметртэй усан дугуй нь дугуй болон усны жингээс шалтгаалан илүү төвөгтэй, өртөг өндөртэй байдаг.
Тусдаа хувинг усаар дүүргэх үед усны таталцлын жин нь дугуйг усны урсгалын чиглэлд эргүүлэхэд хүргэдэг. Эргэлтийн өнцөг нь дугуйны ёроолд ойртох тусам хувин доторх ус гол руу урсах боловч түүний ард эргэлдэж буй хувингийн жин нь дугуйг эргэлтийн хурдаараа үргэлжлүүлэхэд хүргэдэг. Хоосон хувин нь эргэлддэг дугуйны эргэн тойронд үргэлжилж, дахин дээшээ гарч, илүү их усаар дүүргэхэд бэлэн болж, мөчлөг давтагдана. Усны дугуйны дизайны сул талуудын нэг нь ус нь дугуй дээгүүр урсахдаа зөвхөн нэг удаа ашиглагддаг.

Pitchback Waterwheel дизайн
Pitchback Water Wheel дизайн нь өмнөх давсан усны дугуйны хувилбар бөгөөд дугуйг эргүүлэхэд усны таталцлын жинг ашигладаг боловч доорх бохир усны урсгалыг ашиглан нэмэлт түлхэлт өгдөг. Энэ төрлийн усан хүрдний загвар нь дугуйны дээд хэсэгт ойр байрлах нүхний нүхнээс усыг хангадаг бага толгойн оролтын системийг ашигладаг.
Дугуйн дээгүүр усыг шууд чиглүүлж, усны урсгалын чиглэлд эргүүлдэг дугуйнаас ялгаатай нь буцах усны дугуй нь усыг босоо тэнхлэгт юүлүүрээр дамжуулж доошоо хувин руу оруулснаар дугуй нь дээрх усны урсгалын эсрэг чиглэлд эргэдэг.
Өмнөх давсан усны дугуйтай адил хувин дахь усны таталцлын жин нь дугуйг цагийн зүүний эсрэг чиглэлд эргүүлэхэд хүргэдэг. Эргэлтийн өнцөг нь дугуйны ёроолд ойртох тусам хувин дотор хуримтлагдсан ус доошоо урсдаг. Хоосон хувин дугуйнд бэхлэгдсэн байх үед энэ нь өмнөх шигээ дугуйтай хамт эргэлдэж, дахин дээшээ гарч, илүү их усаар дүүргэхэд бэлэн болж, мөчлөг давтагдана.
Энэ удаагийн ялгаа нь эргэдэг хувингаас хоосорсон хаягдал ус нь эргэдэг дугуйны чиглэлд (өөр явах газаргүй тул) урсан урсаж байгаа бөгөөд доорх усны дугуйны зарчимтай адил юм. Иймээс буцах усны хүрдний гол давуу тал нь усны энергийг хоёр удаа ашигладаг бөгөөд нэг нь дээрээс, нөгөө нь доороос дугуйг төв тэнхлэгээ тойрон эргүүлдэг.
Үүний үр дүнд усны хүрдний хийц нь орж ирж буй усны таталцлын жин, дээрээс хувин руу чиглүүлж буй усны хүч, даралт, мөн доорхи бохир усны урсгалыг шанага руу шахах зэргээр хөдөлгөдөг тул усны эрчим хүчний 80 гаруй хувь хүртэл нэмэгддэг. Усан хүрдний сул тал нь дугуйны дээгүүр шууд ус дамжуулах хоолой, нүхтэй, арай илүү төвөгтэй усан хангамжийн зохион байгуулалтыг шаарддаг явдал юм.

The Breastshot Waterwheel дизайн
Breastshot Water Wheel загвар нь босоо тэнхлэгт суурилуулсан өөр нэг усан дугуйны загвар бөгөөд ус нь тэнхлэгийн өндрөөс хагас хүртэл буюу түүнээс дээш түвшинд ус орж, дугуй эргэх чиглэлд доошоо урсдаг. Ерөнхийдөө хөхний усны дугуйг дээрээс нь давсан эсвэл буцах усны дугуйны загварыг тэжээхэд усны толгой хангалтгүй тохиолдолд ашигладаг.
Энд байгаа сул тал нь усны таталцлын жинг өмнөх эргэлтийн хагасынхаас ялгаатай нь эргэлтийн дөрөвний нэг орчимд л ашигладаг. Толгойн энэ намхан өндрийг даван туулахын тулд уснаас шаардлагатай энергийг гаргаж авахын тулд усны дугуйны хувиныг илүү өргөн болгож өгдөг.
Breastshot waterwheels нь дугуйг эргүүлэхийн тулд усны таталцлын жинг ашигладаг боловч усны толгойн өндөр нь ердийн давсан усны хүрднийхээс тал орчим байдаг тул хувин доторх усны хэмжээг нэмэгдүүлэхийн тулд хувин нь өмнөх усан дугуйны загвараас хамаагүй өргөн байдаг. Энэ төрлийн дизайны сул тал нь хувин тус бүрээр зөөж буй усны өргөн, жинг нэмэгдүүлэх явдал юм. Дасгалын загвартай адил хөхний дугуй нь усны энергийг хоёр дахин ашигладаг тул усны дугуй нь усанд суух зориулалттай тул бохир ус нь урсгалын дагуу урсах үед дугуйг эргүүлэхэд тусалдаг.

Усан хүрдийг ашиглан цахилгаан эрчим хүч гарга
Түүхийн хувьд усны дугуйг гурил, үр тариа болон бусад механик ажилд ашиглаж ирсэн. Гэхдээ усан дугуйг усан цахилгаан станц гэж нэрлэдэг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Усан хүрдний тэнхлэгт цахилгаан үүсгүүрийг шууд болон шууд бусаар хөтлөх бүс, дамар ашиглан холбосноор нарны эрчим хүчнээс ялгаатай нь усны дугуйг 24 цагийн турш тасралтгүй эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой. Хэрэв усны дугуйг зөв зохион бүтээсэн бол жижиг эсвэл "бичил" усан цахилгаан станц нь дундаж гэрт гэрэлтүүлэг болон / эсвэл цахилгаан хэрэгслийг тэжээхэд хангалттай цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэж чадна.
Харьцангуй бага хурдтайгаар хамгийн оновчтой гарц гаргах зориулалттай Усны дугуй генераторуудыг хайж олоорой. Жижиг төслүүдийн хувьд бага оврын тогтмол гүйдлийн моторыг бага хурдтай генератор эсвэл автомашины генератор болгон ашиглаж болох боловч эдгээр нь илүү өндөр хурдтай ажиллахад зориулагдсан тул зарим төрлийн араа шаардлагатай байж болно. Салхин турбин генератор нь бага хурдтай, өндөр гаралттай ажиллахад зориулагдсан тул хамгийн тохиромжтой усны дугуй үүсгэгч болгодог.
Хэрэв таны гэр, цэцэрлэгийн ойролцоо маш хурдан урсдаг гол, горхи байгаа бол жижиг хэмжээний усан цахилгаан станц нь "Салхины эрчим хүч" эсвэл "Нарны эрчим хүч" гэх мэт сэргээгдэх эрчим хүчний бусад эх үүсвэрээс илүү сайн хувилбар байж болох юм. Салхи, нарны эрчим хүчний нэгэн адил орон нутгийн нийтийн аж ахуйн сүлжээнд холбогдсон жижиг оврын усан хүрдээр бүтээгдсэн үүсгүүрийн системээр таны үйлдвэрлэсэн боловч ашиглаагүй бүх цахилгааныг цахилгаан эрчим хүчний компанид буцааж зарах боломжтой.
Усан эрчим хүчний тухай дараагийн зааварт бид усан цахилгаан станцын усан цахилгаан станцын загварт хавсаргаж болох янз бүрийн төрлийн турбинуудыг авч үзэх болно. Усан хүрдний дизайны талаар болон усны хүчийг ашиглан хэрхэн цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл авах, эсвэл усан хүрдний янз бүрийн загваруудын талаар илүү их хэмжээний усан эрчим хүчний мэдээлэл авах, эсвэл усан эрчим хүчний давуу болон сул талуудыг судлахын тулд энд дарж цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашиглаж болох усны дугуйны зарчмууд, бүтээцийн талаар Amazon-оос захиалах боломжтой.