Пројектовање воденог точка за хидроелектрану

Дизајн воденог точка за хидроенергију
Икона хидроенергијеХидроенергија је технологија која претвара кинетичку енергију воде у покрету у механичку или електричну енергију, а један од најранијих уређаја који се користио за претварање енергије воде у покрет у употребљив рад био је дизајн воденог точка.
Дизајн водених точкова се временом развијао, при чему су неки водени точкови оријентисани вертикално, неки хоризонтално, а неки са сложеним ременицама и зупчаницима, али сви су дизајнирани да обављају исту функцију, а то је да „претварају линеарно кретање воде у ротационо кретање које се може користити за покретање било ког дела машине повезаног са њим преко ротирајућег вратила“.

Типичан дизајн воденичног точка
Рани дизајни водених точкова били су прилично примитивне и једноставне машине које су се састојале од вертикалног дрвеног точка са дрвеним лопатицама или кантама равномерно фиксираним по њиховом обиму, а све је било ослоњено на хоризонтално вратило, при чему је сила воде која тече испод њега гурала точак у тангенцијалном смеру према лопатицама.
Ови вертикални водени точкови били су знатно супериорнији у односу на ранији дизајн хоризонталних водених точкова које су користили стари Грци и Египћани, јер су могли ефикасније да раде претварајући замах воде која се креће у снагу. Котурнице и зупчаници су затим били причвршћени за водени точак, што је омогућавало промену смера ротације вратила из хоризонталног у вертикални како би се покретали млински каменови, тесали дрво, дробили руда, штанцали и секли итд.

Врсте дизајна водених точкова
Већина водених точкова, познатих и као воденице или једноставно водени точкови, су вертикално постављени точкови који се окрећу око хоризонталне осе, а ове врсте водених точкова се класификују према начину на који се вода наноси на точак, у односу на осовину точка. Као што можете очекивати, водени точкови су релативно велике машине које се окрећу малим угаоним брзинама и имају ниску ефикасност због губитака трењем и непотпуног пуњења канти итд.
Дејство воде која гура точкове, канте или лопатице, ствара обртни момент на осовини, али усмеравањем воде на ове лопатице и канте са различитих положаја на точку, брзина ротације и њена ефикасност могу се побољшати. Два најчешћа типа дизајна воденичних точкова су „подточени водени точак“ и „надточени водени точак“.

Дизајн воденог точка са подводним точковима
Дизајн воденог точка са подводним точком, такође познат као „точак са потоком“, био је најчешће коришћени тип воденог точка који су дизајнирали стари Грци и Римљани, јер је то најједноставнији, најјефтинији и најлакши тип точка за израду.
Код ове врсте дизајна воденог точка, точак се једноставно поставља директно у брзу реку и ослања се одозго. Кретање воде испод ствара потискивачко дејство на потопљене лопатице на доњем делу точка, омогућавајући му да се окреће само у једном смеру у односу на смер тока воде.
Ова врста дизајна воденог точка се генерално користи у равним подручјима без природног нагиба терена или тамо где је ток воде довољно брз. У поређењу са другим дизајнима водених точкова, ова врста дизајна је веома неефикасна, јер се само 20% потенцијалне енергије воде користи за стварно окретање точка. Такође, енергија воде се користи само једном за окретање точка, након чега отиче са остатком воде.
Још један недостатак воденог точка са подточком је то што захтева велике количине воде које се крећу великом брзином. Стога се водени точкови са подточком обично налазе на обалама река, јер мањи потоци или ручаји немају довољно потенцијалне енергије у води која се креће.
Један од начина да се мало побољша ефикасност воденог точка са подточком јесте да се одређени проценат воде у реци преусмери дуж уског канала или цевчице тако да се 100% преусмерене воде користи за окретање точка. Да би се то постигло, водени точак са подточком мора бити узак и веома прецизно да се уклапа у канал како би се спречило цурење воде око бочних страна или повећањем броја или величине лопатица.

Дизајн воденог точка са превеликим протоком
Дизајн воденог точка са пребацивањем воденице је најчешћи тип дизајна воденог точка. Водени точак са пребацивањем воденице је сложенији по својој конструкцији и дизајну од претходног воденог точка са пребацивањем воденице са пребацивањем воденице, јер користи канте или мале одељке за хватање и задржавање воде.
Ове канте се пуне водом која тече на врху точка. Гравитациона тежина воде у пуним кантама узрокује да се точак окреће око своје централне осе док празне канте на другој страни точка постају лакше.
Ова врста воденичног точка користи гравитацију за побољшање излаза, као и саме воде, па су водени точкови са предњим ударом много ефикаснији од конструкција са подударањем, јер се скоро сва вода и њена тежина користе за производњу излазне снаге. Међутим, као и раније, енергија воде се користи само једном за окретање точка, након чега отиче са остатком воде.
Водени точкови са преливом воде су окачени изнад реке или потока и генерално су изграђени на падинама брда, обезбеђујући довод воде одозго са ниским падом (вертикално растојање између воде на врху и реке или потока испод) између 5 и 20 метара. Мала брана или преграда може се изградити и користити за каналисање и повећање брзине воде до врха точка, дајући му више енергије, али је запремина воде, а не њена брзина, оно што помаже ротацији точка.

Генерално, водени точкови са преклопљеним точковима се праве што је могуће већи како би се обезбедило највеће могуће растојање главе за гравитациону тежину воде да ротира точак. Међутим, водени точкови великог пречника су компликованији и скупљи за израду због тежине точка и воде.
Када се појединачне канте напуне водом, гравитациона тежина воде доводи до тога да се точак ротира у смеру тока воде. Како се угао ротације приближава дну точка, вода унутар канте се празни у реку или поток испод, али тежина канти које се ротирају иза ње доводи до тога да точак настави да се ротира својом брзином. Празна канта наставља да се окреће око ротирајућег точка док се поново не попне на врх спремна да се напуни још воде и циклус се понавља. Један од недостатака дизајна воденичног точка са преоптерећењем је тај што се вода користи само једном док тече преко точка.

Дизајн воденог точка Pitchback
Дизајн воденог точка са нагибом је варијација претходног воденог точка са преокретом, јер такође користи гравитациону тежину воде да помогне у ротацији точка, али такође користи и проток отпадне воде испод њега да би пружио додатни потисак. Овај тип дизајна воденог точка користи систем довода са ниским притиском који обезбеђује воду близу врха точка из пролаза изнад.
За разлику од воденичког точка са преокретом који је усмеравао воду директно преко точка, узрокујући његово окретање у смеру тока воде, воденички точак са нагибом доводи воду вертикално надоле кроз левак и у канту испод, узрокујући да се точак окреће у супротном смеру од тока воде изнад.
Баш као и код претходног воденичног точка са преоптерећењем, гравитациона тежина воде у кантама узрокује да се точак окреће, али у смеру супротном од казаљке на сату. Како се угао ротације приближава дну точка, вода заробљена унутар канти се празни испод. Како се празна канта причвршћује за точак, она наставља да се окреће са точком као и раније док се поново не подигне на врх спремна да се напуни још воде и циклус се понавља.
Разлика је овог пута у томе што отпадна вода која се испразни из ротирајуће канте отиче у правцу ротирајућег точка (јер нема где другде да оде), слично принципу воденичног точка са подточком. Дакле, главна предност воденичног точка са нагибом је у томе што користи енергију воде два пута, једном одозго и једном одоздо, да би ротирао точак око своје централне осе.
Резултат је да је ефикасност дизајна воденичног точка знатно повећана, на преко 80% енергије воде, јер га покреће и гравитациона тежина долазеће воде и сила или притисак воде усмерене у канте одозго, као и ток отпадне воде одоздо који гура канте. Међутим, недостатак воденичног точка са нагибом уназад је што му је потребан нешто сложенији систем за довод воде директно изнад точка са жлебовима и пролазима.

Дизајн воденог точка Breastshot
Дизајн воденог точка са прсним ударом је још један вертикално постављени дизајн воденог точка где вода улази у канте отприлике на пола висине осовине, или одмах изнад ње, а затим истиче на дну у смеру ротације точкова. Генерално, водени точак са прсним ударом се користи у ситуацијама када је глава воде недовољна да покрене водени точак са пребрзим ударом или ударом одозго.
Недостатак је што се гравитациона тежина воде користи само за око једну четвртину обртаја, за разлику од ранијег коришћења за половину обртаја. Да би се превазишла ова ниска висина притиска, канте водених точкова су направљене шире како би се из воде извукла потребна количина потенцијалне енергије.
Водени точкови са прсним ударом користе приближно исту гравитациону тежину воде за ротацију точка, али пошто је висина главе воде око половине висине типичног воденог точка са пребрзим ударом, канте су много шире од претходних дизајна водених точкова како би се повећала запремина воде заробљене у кантама. Мана овог типа дизајна је повећање ширине и тежине воде коју носи свака канта. Као и код дизајна са нагибом уназад, водени точак са прсним ударом користи енергију воде два пута, јер је водени точак дизајниран да стоји у води, омогућавајући отпадној води да помогне у ротацији точка док тече низводно.

Производите електричну енергију помоћу воденог точка
Водени точкови су се историјски користили за млевење брашна, житарица и друге сличне механичке задатке. Али водени точкови се такође могу користити за производњу електричне енергије, што се назива хидроенергетски систем. Повезивањем електричног генератора са ротирајућом осовином водених точкова, директно или индиректно помоћу погонских каишева и ременица, водени точкови се могу користити за континуирано генерисање енергије 24 сата дневно, за разлику од соларне енергије. Ако је водени точак правилно пројектован, мали или „микро“ хидроелектране може произвести довољно електричне енергије за напајање осветљења и/или електричних уређаја у просечном дому.
Потражите генераторе са воденим точком који су дизајнирани да производе оптималну снагу при релативно малим брзинама. За мање пројекте, мали једносмерни мотор може се користити као генератор мале брзине или аутомобилски алтернатор, али они су дизајнирани да раде на много већим брзинама, тако да може бити потребан неки облик зупчаника. Генератор са ветротурбином је идеалан генератор са воденим точком јер је дизајниран за рад са малом брзином и великим излазом.
Ако у близини ваше куће или баште постоји прилично брза река или поток који можете користити, онда би мали хидроенергетски систем могао бити боља алтернатива другим облицима обновљивих извора енергије као што су „енергија ветра“ или „соларна енергија“, јер има много мањи визуелни утицај. Такође, баш као и код енергије ветра и сунца, са малим системом за производњу воденице повезаним на мрежу, повезаним на локалну комуналну мрежу, свака електрична енергија коју генеришете, али не користите, може се продати назад електроенергетској компанији.
У следећем туторијалу о хидроенергији, погледаћемо различите типове доступних турбина које бисмо могли да причврстимо на наш дизајн воденог точка за производњу хидроенергије. За више информација о дизајну воденог точка и како да генеришете сопствену електричну енергију користећи снагу воде, или за добијање више информација о хидроенергији о различитим доступним дизајнима водених точкова, или за истраживање предности и мана хидроенергије, кликните овде да бисте данас наручили свој примерак са Амазона о принципима и конструкцији водених точкова који се могу користити за производњу електричне енергије.