Thiết kế guồng nước cho dự án thủy điện

Thiết kế guồng nước cho năng lượng thủy điện
Năng lượng thủy điện là một công nghệ chuyển đổi động năng của nước chuyển động thành năng lượng cơ học hoặc năng lượng điện và một trong những thiết bị đầu tiên được sử dụng để chuyển đổi năng lượng của nước chuyển động thành công việc có thể sử dụng được là Thiết kế bánh xe nước.
Thiết kế bánh xe nước đã phát triển theo thời gian với một số bánh xe nước được định hướng theo chiều dọc, một số theo chiều ngang và một số có gắn ròng rọc và bánh răng phức tạp, nhưng tất cả chúng đều được thiết kế để thực hiện cùng một chức năng và đó cũng là "chuyển đổi chuyển động thẳng của nước chuyển động thành một chuyển động quay có thể được sử dụng để điều khiển bất kỳ bộ phận nào của máy móc được kết nối với nó thông qua một trục quay ”.

Thiết kế bánh nước điển hình
Thiết kế bánh xe nước ban đầu là những cỗ máy khá thô sơ và đơn giản bao gồm một bánh xe bằng gỗ thẳng đứng với các lưỡi hoặc gầu bằng gỗ được cố định như nhau xung quanh chu vi của chúng, tất cả đều được hỗ trợ trên một trục nằm ngang với lực của nước chảy bên dưới đẩy bánh xe theo phương tiếp tuyến với các cánh quạt. .
Những guồng nước thẳng đứng này vượt trội hơn hẳn so với thiết kế guồng nước ngang trước đó của người Hy Lạp và Ai Cập cổ đại, vì chúng có thể hoạt động hiệu quả hơn trong việc chuyển động lượng của nước chuyển động thành điện năng.Ròng rọc và bánh răng sau đó được gắn vào bánh xe nước cho phép thay đổi hướng của trục quay từ ngang sang dọc để vận hành các loại máy nghiền, cưa gỗ, nghiền quặng, dập và cắt, v.v.

Các loại thiết kế bánh xe nước
Hầu hết Bánh xe nước còn được gọi là Cối xay nước hoặc đơn giản là Bánh xe nước, là những bánh xe được gắn thẳng đứng quay quanh trục nằm ngang, và những loại bánh xe nước này được phân loại theo cách mà nước được đưa vào bánh xe, tương ứng với trục của bánh xe.Như bạn có thể mong đợi, guồng nước là loại máy tương đối lớn quay ở tốc độ góc thấp và có hiệu suất thấp, do tổn thất do ma sát và việc làm đầy xô không đầy đủ, v.v.
Tác động của nước đẩy các gầu hoặc cánh khuấy làm phát triển mômen xoắn lên trục nhưng bằng cách hướng nước vào các cánh và thùng này từ các vị trí khác nhau trên bánh xe, tốc độ quay và hiệu quả của nó có thể được cải thiện.Hai kiểu thiết kế bánh xe nước phổ biến nhất là “bánh lăn nước dưới” và “bánh lăn nước quá nhanh”.

Thiết kế bánh xe dưới nước
Thiết kế bánh xe nước Undershot, còn được gọi là "bánh xe dòng" là loại bánh xe nước được sử dụng phổ biến nhất được thiết kế bởi người Hy Lạp và La Mã cổ đại vì nó là loại bánh xe đơn giản nhất, rẻ nhất và dễ chế tạo nhất.
Trong kiểu thiết kế bánh xe nước này, bánh xe chỉ đơn giản là được đặt trực tiếp xuống dòng sông chảy xiết và được hỗ trợ từ trên cao.Chuyển động của nước bên dưới tạo ra một lực đẩy chống lại các cánh khuấy chìm ở phần dưới của bánh xe, cho phép nó chỉ quay theo một hướng so với hướng của dòng nước.
Loại thiết kế guồng nước này thường được sử dụng ở những nơi bằng phẳng, không có độ dốc tự nhiên của đất hoặc nơi có dòng nước di chuyển đủ nhanh.So với các thiết kế bánh xe nước khác, kiểu thiết kế này rất kém hiệu quả, với ít nhất 20% năng lượng tiềm năng của nước được sử dụng để thực sự quay bánh xe.Ngoài ra, năng lượng của nước chỉ được sử dụng một lần để quay bánh xe, sau đó nó sẽ trôi đi cùng với phần còn lại của nước.
Một nhược điểm khác của bánh xe nước phía dưới là nó đòi hỏi một lượng lớn nước di chuyển với tốc độ nhanh.Do đó, bánh xe nước dưới đáy biển thường nằm trên bờ sông vì các dòng suối hoặc suối nhỏ hơn không có đủ năng lượng tiềm năng trong nước chuyển động.
Một cách để cải thiện một chút hiệu quả của guồng nước chìm là chuyển một phần trăm lượng nước trong sông dọc theo một kênh hẹp hoặc ống dẫn sao cho 100% lượng nước chuyển hướng được sử dụng để quay bánh xe.Để đạt được điều này, bánh xe bắn dưới phải hẹp và vừa vặn rất chính xác trong lòng kênh để ngăn nước thoát ra xung quanh hoặc bằng cách tăng số lượng hoặc kích thước của cánh khuấy.

Thiết kế bánh nước Overshot
Thiết kế bánh xe nước Overshot là kiểu thiết kế bánh xe nước phổ biến nhất.Bánh xe nước overshot phức tạp hơn trong cấu tạo và thiết kế so với bánh xe nước chìm trước đây vì nó sử dụng xô hoặc các ngăn nhỏ để vừa hứng nước vừa giữ nước.
Những chiếc xô này chứa đầy nước chảy vào ở đầu bánh xe.Trọng lượng hấp dẫn của nước trong các thùng đầy làm cho bánh xe quay quanh trục trung tâm của nó khi các thùng rỗng ở phía bên kia của bánh xe trở nên nhẹ hơn.
Loại bánh xe nước này sử dụng trọng lực để cải thiện sản lượng cũng như bản thân nước, do đó bánh xe nước vượt trội hiệu quả hơn nhiều so với thiết kế chìm vì gần như toàn bộ nước và trọng lượng của nó đang được sử dụng để tạo ra công suất đầu ra.Tuy nhiên, như trước đây, năng lượng của nước chỉ được sử dụng một lần để quay bánh xe, sau đó nó sẽ trôi đi cùng với phần còn lại của nước.
Các guồng nước quá lớn được treo lơ lửng trên sông hoặc suối và thường được xây dựng trên các sườn đồi cung cấp nguồn cấp nước từ trên cao với đầu thấp (khoảng cách thẳng đứng giữa nước ở trên cùng và sông hoặc suối bên dưới) trong khoảng từ 5 đến -20 mét.Một con đập nhỏ hoặc đập dâng có thể được xây dựng và sử dụng để vừa dẫn nước vừa tăng tốc độ của nước đến đỉnh bánh xe, giúp nó có nhiều năng lượng hơn nhưng chính thể tích của nước chứ không phải tốc độ của nó sẽ giúp quay bánh xe.

Nói chung, bánh xe nước cực nhanh được chế tạo càng lớn càng tốt để tạo khoảng cách đầu lớn nhất có thể cho trọng lượng hấp dẫn của nước làm quay bánh xe.Tuy nhiên, bánh xe nước có đường kính lớn thì cấu tạo phức tạp và tốn kém hơn do trọng lượng của bánh xe và nước.
Khi các xô chứa đầy nước, trọng lực của nước làm cho bánh xe quay theo hướng chuyển động của dòng nước.Khi góc quay gần đến đáy bánh xe hơn, nước bên trong xô đổ ra sông hoặc suối bên dưới, nhưng trọng lượng của xô quay phía sau làm cho bánh xe tiếp tục với tốc độ quay của nó.Xô rỗng tiếp tục quay xung quanh bánh xe quay cho đến khi nó trở lại phía trên để sẵn sàng đổ thêm nước và chu trình lặp lại.Một trong những nhược điểm của thiết kế bánh xe nước quá nhanh là nước chỉ được sử dụng một lần khi nó chảy qua bánh xe.

Thiết kế bánh xe nước Pitchback
Thiết kế bánh xe nước Pitchback là một biến thể của bánh xe nước overshot trước đó vì nó cũng sử dụng trọng lượng hấp dẫn của nước để giúp quay bánh xe, nhưng nó cũng sử dụng dòng nước thải bên dưới để tạo thêm lực đẩy.Kiểu thiết kế bánh xe nước này sử dụng hệ thống tiếp liệu đầu thấp để cung cấp nước gần đỉnh bánh xe từ một tầng bên trên.
Không giống như bánh xe nước quá lớn dẫn nước trực tiếp lên bánh xe khiến nó quay theo hướng của dòng nước, bánh xe nước quay ngược cung cấp nước theo phương thẳng đứng xuống dưới qua một cái phễu và vào xô bên dưới làm cho bánh xe quay ngược lại hướng đối với dòng nước ở trên.
Cũng giống như bánh xe nước quá nhanh trước đó, trọng lượng hấp dẫn của nước trong xô làm cho bánh xe quay nhưng theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.Khi góc quay gần đến đáy bánh xe, nước bị kẹt bên trong các xô sẽ chảy ra bên dưới.Khi xô rỗng được gắn vào bánh xe, nó tiếp tục quay theo bánh xe như trước cho đến khi quay trở lại phía trên để sẵn sàng đổ thêm nước và chu trình lặp lại.
Sự khác biệt lần này là nước thải ra khỏi xô quay sẽ chảy đi theo hướng của bánh xe quay (vì nó không có chỗ nào khác để đi), tương tự như bánh xe nước hình dưới.Do đó, ưu điểm chính của bánh xe nước quay ngược là nó sử dụng năng lượng của nước hai lần, một lần từ trên cao và một lần từ bên dưới để quay bánh xe quanh trục trung tâm của nó.
Kết quả là hiệu suất của thiết kế guồng nước được tăng lên đáng kể lên đến hơn 80% năng lượng của nước vì nó được thúc đẩy bởi cả trọng lượng trọng trường của nước chảy vào và bởi lực hoặc áp lực của nước hướng vào xô từ trên cao, như cũng như dòng nước thải bên dưới đẩy xô.Mặc dù vậy, nhược điểm của bánh xe nước ngược là nó cần bố trí cấp nước phức tạp hơn một chút ngay phía trên bánh xe với máng trượt và máng trượt.

Thiết kế bánh nước Breastshot
Breastshot Water Wheel Design là một thiết kế bánh xe nước khác được gắn theo chiều dọc, nơi nước đi vào thùng khoảng nửa chiều cao của trục, hoặc ngay trên nó, và sau đó chảy ra ở phía dưới theo hướng quay của bánh xe.Nói chung, bánh xe nước hình tròn được sử dụng trong các tình huống không đủ nước để cung cấp năng lượng cho thiết kế bánh xe nước quay ngược hoặc quay ngược từ phía trên.
Điểm bất lợi ở đây là trọng lượng hấp dẫn của nước chỉ được sử dụng trong khoảng một phần tư vòng quay không giống như trước đây là trọng lượng cho một nửa vòng quay.Để khắc phục độ cao đầu thấp này, các xô của bánh xe nước được làm rộng hơn để chiết xuất lượng năng lượng tiềm năng cần thiết từ nước.
Bánh xe nước Breastshot sử dụng cùng một trọng lượng hấp dẫn của nước để quay bánh xe nhưng vì chiều cao phần đầu của nước bằng một nửa chiều cao của bánh xe nước lớn thông thường, các xô rộng hơn rất nhiều so với các thiết kế bánh xe nước trước đây để tăng thể tích của nước mắc vào xô.Nhược điểm của kiểu thiết kế này là làm tăng chiều rộng và trọng lượng của nước được mang theo mỗi gầu.Giống như thiết kế quay ngược, bánh xe hình tròn sử dụng năng lượng của nước gấp đôi khi bánh xe nước được thiết kế để nằm trong nước cho phép nước thải giúp quay bánh xe khi nó chảy xuống dòng.

Tạo ra điện bằng cách sử dụng một guồng nước
Trong lịch sử, bánh xe nước đã được sử dụng để xay bột, ngũ cốc và các công việc cơ khí khác.Nhưng bánh xe nước cũng có thể được sử dụng để sản xuất điện, được gọi là hệ thống Thủy điện.Bằng cách kết nối máy phát điện với trục quay của guồng nước, trực tiếp hoặc gián tiếp sử dụng dây đai truyền động và ròng rọc, guồng nước có thể được sử dụng để tạo ra điện liên tục 24 giờ một ngày không giống như năng lượng mặt trời.Nếu guồng nước được thiết kế đúng cách, một hệ thống thủy điện nhỏ hoặc “vi mô” có thể sản xuất đủ điện để cung cấp năng lượng cho hệ thống chiếu sáng và / hoặc các thiết bị điện trong một ngôi nhà bình thường.
Hãy tìm Máy phát điện bánh xe nước được thiết kế để tạo ra sản lượng tối ưu ở tốc độ tương đối thấp.Đối với các dự án nhỏ, động cơ DC nhỏ có thể được sử dụng làm máy phát tốc độ thấp hoặc máy phát điện ô tô nhưng chúng được thiết kế để hoạt động ở tốc độ cao hơn nhiều nên có thể cần một số dạng truyền động.Máy phát điện tuabin gió làm máy phát điện bánh xe nước lý tưởng vì nó được thiết kế để vận hành tốc độ thấp, công suất cao.
Nếu gần nhà hoặc khu vườn của bạn có một con sông hoặc dòng chảy khá xiết mà bạn có thể sử dụng, thì hệ thống thủy điện quy mô nhỏ có thể là giải pháp thay thế tốt hơn cho các dạng nguồn năng lượng tái tạo khác như “Năng lượng gió” hoặc “Năng lượng mặt trời ”Vì nó có ít tác động đến thị giác hơn.Cũng giống như năng lượng gió và năng lượng mặt trời, với hệ thống phát điện được thiết kế kiểu bánh xe nước quy mô nhỏ nối lưới kết nối với lưới điện địa phương, bất kỳ lượng điện nào bạn tạo ra nhưng không sử dụng đều có thể được bán lại cho công ty điện lực.
Trong phần hướng dẫn tiếp theo về Hydro Energy, chúng ta sẽ xem xét các loại tua bin khác nhau có sẵn mà chúng ta có thể gắn vào thiết kế guồng nước của mình để sản xuất thủy điện.Để biết thêm thông tin về Thiết kế guồng nước và cách tạo ra điện của riêng bạn bằng cách sử dụng năng lượng của nước, hoặc biết thêm thông tin về năng lượng thủy điện về các thiết kế guồng nước khác nhau có sẵn hoặc để khám phá những ưu điểm và nhược điểm của năng lượng thủy điện, hãy nhấp vào đây để đặt hàng bản sao của bạn từ Amazon ngày hôm nay về nguyên tắc và cấu tạo của guồng nước có thể được sử dụng để tạo ra điện.