Усан эрчим хүчний усан дугуйны загвар
Усны эрчим хүчний дүрс Усны эрчим хүч нь хөдөлж буй усны кинетик энергийг механик эсвэл цахилгаан энерги болгон хувиргадаг технологи бөгөөд хөдөлж буй усны энергийг ашиглах боломжтой ажил болгон хувиргахад ашигладаг хамгийн эртний төхөөрөмжүүдийн нэг нь Усны дугуйны загвар байв.
Усны дугуйны загвар нь цаг хугацааны явцад зарим усны дугуй босоо чиглэлд, зарим нь хэвтээ чиглэлд, зарим нь нарийн дамар, араа бэхэлсэн байдлаар хөгжиж ирсэн боловч тэдгээр нь бүгд ижил үүрэг гүйцэтгэхээр бүтээгдсэн бөгөөд энэ нь "хөдөлж буй усны шугаман хөдөлгөөнийг эргэлдэгч хөдөлгөөн болгон хувиргаж, эргэлдэгч босоо амаар холбогдсон аливаа машин механизмыг жолоодоход ашиглаж болно" гэсэн үг юм.
Усны дугуйны ердийн загвар
Эртний усны дугуйны загвар нь нэлээд энгийн бөгөөд энгийн машинууд байсан бөгөөд тойргийнхоо дагуу тэгш бэхлэгдсэн модон ир эсвэл хувин бүхий босоо модон дугуйнаас бүрдэх бөгөөд бүгд хэвтээ босоо ам дээр тулгуурладаг бөгөөд доороос нь урсаж буй усны хүч дугуйг ирний эсрэг тангенциал чиглэлд түлхдэг.
Эдгээр босоо усны дугуйнууд нь эртний Грек, Египетчүүдийн хэвтээ усны дугуйны өмнөх загвараас хамаагүй давуу байсан, учир нь тэдгээр нь хөдөлгөөнт усны импульсийг хүч болгон хувиргах илүү үр дүнтэй ажиллах боломжтой байв. Дараа нь дамар болон арааг усны дугуйнд бэхэлсэн бөгөөд энэ нь тээрмийн чулуу ажиллуулах, мод хөрөөдөх, хүдэр бутлах, тамгалах, зүсэх гэх мэт үйлдлүүдийг гүйцэтгэхийн тулд эргэлдэгч голын чиглэлийг хэвтээгээс босоо чиглэлд өөрчлөх боломжийг олгодог байв.
Усны дугуйны дизайны төрлүүд
Усны тээрэм буюу зүгээр л Усны дугуй гэгддэг ихэнх Усны дугуйнууд нь хэвтээ тэнхлэгийг тойрон эргэлддэг босоо байрлалтай дугуйнууд бөгөөд эдгээр төрлийн усны дугуйг дугуйны тэнхлэгтэй харьцуулахад усыг дугуйнд хэрхэн өгөх замаар ангилдаг. Таны хүлээж байгаачлан, усны дугуйнууд нь харьцангуй том машинууд бөгөөд бага өнцгийн хурдаар эргэлддэг бөгөөд үрэлтийн алдагдал, хувин бүрэн дүүргэгдээгүй гэх мэтээс болж үр ашиг багатай байдаг.
Усны үйлчлэл нь дугуйны хувин эсвэл сэлүүрийг түлхэхэд тэнхлэг дээр эргүүлэх хүчийг бий болгодог боловч усыг дугуйны өөр өөр байрлалаас эдгээр сэлүүр, хувин руу чиглүүлснээр эргэлтийн хурд болон үр ашгийг сайжруулж болно. Усны дугуйны хамгийн түгээмэл хоёр төрөл бол "доод талын усны дугуй" ба "дээш талын усны дугуй" юм.
Undershot усны дугуйны загвар
"Урсгалын дугуй" гэгддэг Undershot усны дугуйны загвар нь эртний Грек, Ромчуудын зохион бүтээсэн хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг усны дугуйны төрөл байсан бөгөөд угсрахад хамгийн хялбар, хямд бөгөөд хялбар дугуйны төрөл юм.
Энэ төрлийн усны дугуйны загварт дугуйг хурдан урсдаг гол руу шууд байрлуулж, дээрээс нь түшдэг. Доод талын усны хөдөлгөөн нь дугуйны доод хэсэгт живсэн сэлүүрүүдийг түлхэх үйлдлийг бий болгож, усны урсгалын чиглэлтэй харьцуулахад зөвхөн нэг чиглэлд эргэх боломжийг олгодог.
Энэ төрлийн усны дугуйны загварыг ерөнхийдөө газрын байгалийн налуугүй тэгш газарт эсвэл усны урсгал хангалттай хурдан хөдөлдөг газарт ашигладаг. Бусад усны дугуйны загвартай харьцуулахад энэ төрлийн загвар нь маш үр ашиггүй бөгөөд усны потенциал энергийн ердөө 20%-ийг л дугуйг эргүүлэхэд ашигладаг. Түүнчлэн усны энергийг дугуйг эргүүлэхэд зөвхөн нэг удаа ашигладаг бөгөөд үүний дараа үлдсэн усны хамт урсдаг.
Усны доорх дугуйны бас нэг сул тал нь хурдтайгаар урсах их хэмжээний ус шаарддаг явдал юм. Тиймээс усны доорх дугуйнууд нь ихэвчлэн голын эрэг дээр байрладаг, учир нь жижиг горхи эсвэл горхи нь хөдөлгөөнт усанд хангалттай потенциал энерги агуулдаггүй.
Усны дугуйны үр ашгийг бага зэрэг сайжруулах нэг арга бол голын усны тодорхой хувийг нарийн суваг эсвэл сувгийн дагуу чиглүүлэх явдал юм. Ингэснээр чиглүүлсэн усны 100% нь дугуйг эргүүлэхэд ашиглагддаг. Үүнийг хийхийн тулд ус хажуу тийшээ урсахаас сэргийлж, эсвэл сэлүүрийн тоо эсвэл хэмжээг нэмэгдүүлэх замаар усыг суваг дотор маш нарийн байрлуулсан байх ёстой.
Overshot Waterwheel Design
Overshot усны дугуйны загвар нь усны дугуйны хамгийн түгээмэл загвар юм. Overshot усны дугуй нь өмнөх undershot усны дугуйнаас илүү хийц, дизайны хувьд илүү төвөгтэй бөгөөд усыг барьж, барихын тулд хувин эсвэл жижиг тасалгаа ашигладаг.
Эдгээр хувингууд нь дугуйны дээд хэсгээс урсаж буй усаар дүүрдэг. Дүүрэн хувин дахь усны таталцлын жин нь дугуйг төв тэнхлэгээ тойрон эргэлдэх шалтгаан болдог бөгөөд ингэснээр дугуйны нөгөө талын хоосон хувингууд хөнгөн болдог.
Энэ төрлийн усны дугуй нь усны гаралтыг сайжруулахын тулд таталцлыг ашигладаг тул усны гаралтыг сайжруулахын тулд усны хүрдийг ашигладаг тул усны хүрдний бараг бүх жин болон усыг гаралтын хүч үйлдвэрлэхэд ашигладаг тул усны хүрдний гаралт нь усны хүрдний гаралтаас хамаагүй илүү үр ашигтай байдаг. Гэсэн хэдий ч өмнөх шигээ усны энергийг дугуйг эргүүлэхэд зөвхөн нэг удаа ашигладаг бөгөөд үүний дараа үлдсэн усны хамт урсдаг.
Усны дугуйг гол мөрөн эсвэл горхины дээгүүр өлгөдөг бөгөөд ерөнхийдөө толгодын энгэрт барьдаг бөгөөд дээрээс нь 5-20 метрийн өндөртэй (дээд талын ус болон доорх гол мөрөн эсвэл горхины хоорондох босоо зай) усны хангамжийг хангадаг. Жижиг далан эсвэл даланг барьж, усны урсгалыг сувагжуулах болон дугуйны дээд хэсэгт хүргэх хурдыг нэмэгдүүлэх, илүү их энерги өгөх зорилгоор ашиглаж болох боловч дугуйг эргүүлэхэд хурднаас илүү усны хэмжээ нөлөөлдөг.
Ерөнхийдөө, усны таталцлын жингийн дагуу дугуйг эргүүлэх хамгийн их толгойн зайг хангахын тулд усны овершот дугуйг аль болох том хэмжээтэйгээр хийдэг. Гэсэн хэдий ч том диаметртэй усны дугуйг дугуй болон усны жингээс шалтгаалан угсрах нь илүү төвөгтэй бөгөөд үнэтэй байдаг.
Хувин тус бүрийг усаар дүүргэх үед усны таталцлын жин нь дугуйг усны урсгалын чиглэлд эргэлдүүлдэг. Эргэлтийн өнцөг дугуйны ёроолд ойртох тусам хувин доторх ус доорх гол эсвэл горхи руу цутгадаг боловч түүний ард эргэлдэж буй хувингийн жин нь дугуйг эргэлтийн хурдаараа үргэлжлүүлэхэд хүргэдэг. Хоосон хувин нь эргэлдэж буй дугуйг тойрон дахин дээш гарч, илүү их усаар дүүргэхэд бэлэн болж, цикл давтагдах хүртэл үргэлжилдэг. Овершот усны дугуйны дизайны нэг сул тал нь усыг дугуй дээгүүр урсахдаа зөвхөн нэг удаа ашигладаг явдал юм.
Питчбэк усны дугуйны загвар
Питчбэк усны дугуйны загвар нь өмнөх overshot усны дугуйны хувилбар бөгөөд энэ нь дугуйг эргүүлэхэд туслахын тулд усны таталцлын жинг ашигладаг төдийгүй доорх бохир усны урсгалыг ашиглан нэмэлт түлхэлт өгдөг. Энэ төрлийн усны дугуйны загвар нь дээрх нүхнээс дугуйны дээд хэсэгт ойр байрлах усыг нийлүүлдэг нам толгойтой тэжээлийн системийг ашигладаг.
Усыг дугуй дээгүүр шууд чиглүүлж, усны урсгалын чиглэлд эргэлдүүлдэг овершот усны дугуйнаас ялгаатай нь питчбек усны дугуй нь юүлүүрээр дамжуулан усыг босоо чиглэлд доош, доорх хувин руу оруулж, дугуйг дээрх усны урсгалын эсрэг чиглэлд эргэлдүүлдэг.
Өмнөх overshot усны дугуйтай адил хувин дахь усны таталцлын жин нь дугуйг цагийн зүүний эсрэг эргүүлэхэд хүргэдэг. Эргэлтийн өнцөг дугуйны ёроолд ойртох үед хувин дотор гацсан ус доороос асгардаг. Хоосон хувин дугуйнд бэхлэгдэх үед дахин дээш гарч, илүү их усаар дүүргэхэд бэлэн болтол өмнөх шигээ дугуйтайгаа эргэлдсээр байх бөгөөд цикл давтагдана.
Энэ удаагийн ялгаа нь эргэлдэж буй хувингаас гарсан бохир ус нь эргэлдэж буй дугуйны чиглэлд урсдаг (учир нь өөр очих газар байхгүй) бөгөөд энэ нь доод талын усны дугуйны зарчимтай төстэй юм. Тиймээс эргэлдэж буй усны дугуйны гол давуу тал нь дугуйг төв тэнхлэгээ тойрон эргүүлэхийн тулд дээрээс, доороос хоёр удаа усны энергийг ашигладаг явдал юм.
Үүний үр дүнд усны дугуйны дизайны үр ашиг нь усны энергийн 80 гаруй хувь хүртэл эрс нэмэгддэг бөгөөд энэ нь орж ирж буй усны таталцлын жин болон дээрээс хувин руу чиглэсэн усны хүч эсвэл даралт, мөн доор байгаа бохир усны урсгал хувин руу түлхэж байгаа зэргээс шалтгаалдаг. Гэхдээ арын дугуйтай усны дугуйны сул тал нь дугуйны дээгүүр шууд ус зайлуулах хоолой, нүхтэй арай илүү төвөгтэй ус хангамжийн зохион байгуулалт шаарддаг явдал юм.
Breastshot усны дугуйны загвар
Breastshot Water Wheel Design нь босоо байрлалтай өөр нэг усны дугуйны загвар бөгөөд ус нь тэнхлэгийн өндөрт буюу түүнээс дээш хэсэгт хувин руу орж, дараа нь дугуйны эргэлтийн чиглэлд ёроолд нь урсдаг. Ерөнхийдөө, breastshot усны дугуйг усны толгой нь овершот эсвэл питчбек усан дугуйны загварыг дээрээс нь ажиллуулахад хангалтгүй нөхцөлд ашигладаг.
Энд байгаа сул тал нь усны таталцлын жинг эргэлтийн дөрөвний нэг орчимд ашигладаг бөгөөд өмнө нь эргэлтийн тал хувьд ашигладаг байсан бол эргэлтийн зөвхөн дөрөвний нэг орчимд ашигладаг явдал юм. Энэхүү бага толгойн өндрийг даван туулахын тулд усны дугуйны хувинг уснаас шаардлагатай хэмжээний потенциал энергийг гаргаж авахын тулд илүү өргөн болгосон.
Цээжний усны дугуйнууд нь дугуйг эргүүлэхийн тулд усны таталцлын жинтэй ойролцоо боловч усны толгойн өндөр нь ердийн овершот усны дугуйны тал орчим байдаг тул хувингууд нь өмнөх усны дугуйны загваруудаас хамаагүй өргөн тул хувинд баригдсан усны хэмжээг нэмэгдүүлдэг. Энэ төрлийн дизайны сул тал нь хувин бүрийн зөөж буй усны өргөн ба жин нэмэгдэх явдал юм. Питчбек загварын нэгэн адил цээжний усны дугуй нь усны энергийг хоёр дахин ашигладаг, учир нь усны дугуй нь усанд байрлахаар бүтээгдсэн тул бохир ус нь урсгалаар урсах үед дугуйг эргүүлэхэд тусалдаг.
Усны дугуй ашиглан цахилгаан үйлдвэрлэх
Түүхээс харахад усны дугуйг гурил, үр тариа болон бусад механик ажлуудад тээрэмдэхэд ашиглаж ирсэн. Гэхдээ усны дугуйг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглаж болох бөгөөд үүнийг Усан цахилгаан станцын систем гэж нэрлэдэг. Цахилгаан үүсгүүрийг усны дугуйны эргэлдэгч голд шууд болон шууд бусаар хөтлөх бүс, дамар ашиглан холбосноор нарны эрчим хүчнээс ялгаатай нь усны дугуйг өдөрт 24 цаг тасралтгүй эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Хэрэв усны дугуйг зөв зохион бүтээсэн бол жижиг эсвэл "бичил" усан цахилгаан станц нь дундаж айлын гэрэлтүүлэг болон/эсвэл цахилгаан хэрэгслийг тэжээхэд хангалттай цахилгаан үйлдвэрлэж чадна.
Харьцангуй бага хурдтай үед оновчтой гаралтыг бий болгох зориулалттай усны дугуйтай генераторуудыг хайж олоорой. Жижиг төслүүдийн хувьд жижиг тогтмол гүйдлийн моторыг бага хурдтай генератор эсвэл автомашины генератор болгон ашиглаж болох боловч эдгээр нь илүү өндөр хурдтай ажиллахаар бүтээгдсэн тул ямар нэгэн хэлбэрийн араа шаардлагатай байж магадгүй юм. Салхин турбин генератор нь бага хурдтай, өндөр гаралттай ажиллахад зориулагдсан тул хамгийн тохиромжтой усны дугуйтай генератор болдог.
Хэрэв танай гэр эсвэл цэцэрлэгийн ойролцоо ашиглаж болох нэлээд хурдан урсдаг гол эсвэл горхи байгаа бол жижиг хэмжээний усан цахилгаан станц нь "Салхины эрчим хүч" эсвэл "Нарны эрчим хүч" гэх мэт сэргээгдэх эрчим хүчний бусад эх үүсвэрийн илүү сайн хувилбар байж болох юм, учир нь энэ нь харааны нөлөө багатай байдаг. Мөн салхи, нарны эрчим хүчний нэгэн адил орон нутгийн цахилгаан эрчим хүчний сүлжээнд холбогдсон жижиг хэмжээний усан дугуйгаар бүтээгдсэн цахилгаан үүсгүүрийн системтэй тул таны үйлдвэрлэсэн боловч ашиглаагүй аливаа цахилгаан эрчим хүчийг цахилгаан эрчим хүчний компанид буцааж зарж болно.
Усан эрчим хүчний талаарх дараагийн хичээл дээр бид усан цахилгаан үйлдвэрлэх зориулалттай усан дугуйны загварт хавсаргаж болох янз бүрийн төрлийн турбинуудыг авч үзэх болно. Усан дугуйны загвар болон усны хүчийг ашиглан өөрийн цахилгаан эрчим хүчийг хэрхэн үйлдвэрлэх талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл авах, эсвэл усан дугуйны янз бүрийн загваруудын талаар усан эрчим хүчний талаар илүү их мэдээлэл авах, эсвэл усан эрчим хүчний давуу болон сул талуудыг судлахын тулд цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашиглаж болох усан дугуйны зарчим, бүтцийн талаарх мэдээллийг өнөөдөр Amazon-оос захиалахын тулд энд дарна уу.
Нийтэлсэн цаг: 2021 оны 6-р сарын 25
