Tee-se-itse vesivoimala: kuinka rakentaa itsenäinen minivesivoimala

Veden virtausvoima on uusiutuva luonnonvara, jonka avulla voit saada käytännössä ilmaista sähköä.Luonnon lahjoittama energia tarjoaa mahdollisuuden säästää sähkökuluissa ja ratkaista laitteiden latausongelmat.

Jos kotisi lähellä virtaa puro tai joki, sitä kannattaa hyödyntää. He pystyvät toimittamaan sähköä tontille ja taloon. Ja jos rakennat vesivoimalan omin käsin, taloudellinen vaikutus kasvaa merkittävästi.

Esitetty artikkeli kuvaa yksityiskohtaisesti yksityisten hydraulisten rakenteiden valmistustekniikoita. Keskustelimme siitä, mitä tarvitaan järjestelmän perustamiseen ja sen liittämiseen kuluttajiin. Täällä opit kaikista vaihtoehdoista pienikokoisille energiantoimittajille, jotka on koottu romumateriaaleista.

Vesivoimalaitokset ei-teollisiin tarkoituksiin

Vesivoimalaitokset ovat rakenteita, jotka voivat muuntaa veden liikkeen energian sähköksi. Vaihtoehtoiset vihreän energian toimittajat toistaiseksi niitä on käytetty aktiivisesti vain lännessä. Maassamme tämä lupaava toimiala ottaa vasta ensimmäisiä arkoja askeleitaan.

Pienet yksityiset vesivoimalaitokset voivat olla patoja suurilla joilla, jotka tuottavat kymmenestä useaan sataan megawattiin, tai minivesivoimaloita, joiden teho on enintään 100 kW, mikä riittää hyvin yksityiskodin tarpeisiin. Otetaanpa lisää tietoa jälkimmäisestä.

Garland-asema hydraulisilla ruuveilla

Rakenne koostuu roottoriketjusta, joka on kiinnitetty joustavaan teräskaapeliin, joka on venytetty joen poikki. Itse kaapeli toimii pyörimisakselina, jonka toinen pää on kiinnitetty tukilaakeriin ja toinen aktivoi generaattorin akselin.

Jokainen "seppeleen" hydrauliroottori pystyy tuottamaan noin 2 kW energiaa, mutta tämän veden virtausnopeuden on oltava vähintään 2,5 metriä sekunnissa ja säiliön syvyys ei saa ylittää 1,5 metriä.

Seppelevesivoimalan toimintaperiaate on yksinkertainen: vedenpaine pyörittää hydrauliruuvit, jotka pyörittävät kaapelia ja pakottavat generaattorin tuottamaan energiaa

Garland-asemia käytettiin menestyksekkäästi jo viime vuosisadan puolivälissä, mutta potkureiden roolia pelasivat sitten kotitekoiset potkurit ja jopa peltitölkit. Nykyään valmistajat tarjoavat useita erilaisia ​​roottoreita erilaisiin käyttöolosuhteisiin.

Ne on varustettu erikokoisilla, metallilevystä valmistetuilla terillä, ja niiden avulla voit saada maksimaalisen tehokkuuden aseman toiminnasta.

Mutta vaikka tämä vetygeneraattori on melko yksinkertainen valmistaa, sen toiminta vaatii useita erityisolosuhteita, jotka eivät aina ole toteutettavissa tosielämässä. Tällaiset rakenteet tukkivat joen uoman, ja on epätodennäköistä, että naapurisi rannalla, puhumattakaan ympäristöpalvelujen edustajista, antavat sinun käyttää virran energiaa tarkoituksiin.

Lisäksi talvella asennusta voidaan käyttää vain jäätymättömissä säiliöissä, ja ankarissa ilmastoissa se voidaan säilyttää tai purkaa. Siksi seppeleasemat pystytetään väliaikaisesti ja pääasiassa autioille alueille (esimerkiksi kesälaitumille).

Pyörivät asemat, joiden kapasiteetti on 1–15 kW/tunti, tuottavat jopa 9,3 MW kuukaudessa ja mahdollistavat itsenäisen sähköistysongelman ratkaisemisen alueilla, jotka ovat kaukana keskitetyistä moottoriteistä

Seppeleasennuksen moderni analogi on upotettavat tai kelluvat runko-asemat, joissa on poikittaisroottori. Toisin kuin seppeleen edeltäjänsä, nämä rakenteet eivät peitä koko jokea, vaan käyttävät vain osaa joen uomasta, ja ne voidaan asentaa ponttoniin/lautalle tai jopa laskea säiliön pohjalle.

Pystysuuntainen Daria-roottori

Darrieus-roottori on turbiinilaite, joka nimettiin keksijänsä mukaan vuonna 1931. Järjestelmä koostuu useista säteittäisiin palkkiin kiinnitetyistä aerodynaamisista siiveistä, ja se toimii paine-erolla laivanrakennuksessa ja ilmailussa laajalti käytettyä "nostosiipi" -periaatetta käyttäen.

Vaikka tällaisia ​​asennuksia käytetään enimmäkseen tuuligeneraattoreiden luomiseen, ne voivat toimia myös veden kanssa. Mutta tässä tapauksessa tarvitaan tarkkoja laskelmia terien paksuuden ja leveyden valitsemiseksi vesivirran voimakkuuden mukaan.

Daria-roottori muistuttaa "tuulimyllyä", joka asennetaan vain veden alle, ja se voi toimia riippumatta virtausnopeuden kausivaihteluista

Pystysuuntaisia ​​roottoreita käytetään harvoin paikallisten vesivoimaloiden luomiseen. Hyvistä tehokkuusindikaattoreista ja suunnittelun näennäisestä yksinkertaisuudesta huolimatta laitteisto on melko monimutkainen käyttää.

Ennen työn aloittamista järjestelmä on "pyöritettävä ylös", mutta vain säiliön jäätyminen voi pysäyttää käyntiaseman. Siksi Darrieus-roottoria käytetään pääasiassa teollisuusyrityksissä.

Itävaltalainen keksijä Franz Zotleterer ehdotti mielenkiintoista ratkaisua pienten vesivoimaloiden suunnittelussa pystysuoraan toimivalla turbiinilla:

Poreallasasemien merkittävänä etuna pidetään aivan perustellusti kalavarojen säilymistä. Pystyturbiinin toiminta ei vahingoita joen eläviä organismeja. Lisäksi muta ei viipyä rakenteiden seinillä veden virtauksen erityisliikkeen vuoksi.

Vedenalainen ruuvipotkuri

Itse asiassa tämä on yksinkertaisin ilmatuulimylly, vain se asennetaan veden alle. Terien mitat, jotta varmistetaan maksimi pyörimisnopeus ja pienin vastus, lasketaan virtausvoiman mukaan.Esimerkiksi, jos virran nopeus ei ylitä 2 m/s, terän leveyden tulee olla 2-3 cm.

Vedenalainen potkuri on helppo tehdä omin käsin, mutta se soveltuu vain syviin ja nopeisiin jokiin - matalassa vesistössä pyörivät lavat voivat aiheuttaa vammoja kalastajille, uimareille, vesilintuille ja eläimille

Tällainen tuulimylly asennetaan "virtausta kohti", mutta sen lavat eivät toimi vedenpaineen paineen, vaan nostovoiman synnyttämisen vuoksi (lentokoneen siiven tai laivan potkurin periaatteella).

Vesipyörä terien kanssa

Vesipyörä on yksi yksinkertaisimmista hydraulimoottorin versioista, joka tunnettiin Rooman valtakunnan ajoista lähtien. Sen toiminnan tehokkuus riippuu suurelta osin lähteen tyypistä, johon se on asennettu.

Kaatopyörä voi pyöriä vain virtauksen nopeuden takia ja täyttöpyörä voi pyöriä vain ylhäältä siipille putoavan veden paineen ja painon avulla.

Vesistön syvyydestä ja pohjasta riippuen voidaan asentaa erilaisia ​​pyöriä:

• Kastike (tai pohja) – sopii matalille joille, joissa virtaukset ovat nopeat.
• Keskitasoinen – sijaitsevat kanavissa, joissa on luonnollinen kaskadi siten, että virtaus putoaa suunnilleen pyörivän rummun keskelle.
• Neste (tai yläpuolella) – asennetaan padon, putken alle tai luonnonkosken pohjalle siten, että putoava vesi jatkaa matkaansa pyörän yläosan yli.

Mutta kaikkien vaihtoehtojen toimintaperiaate on sama: vesi putoaa terien päälle ja ajaa pyörää, mikä saa minivoimalan generaattorin pyörimään.

Hydraulisten laitteiden valmistajat tarjoavat valmiita turbiineja, joiden siivet on erityisesti sovitettu tiettyyn veden virtausnopeuteen.Mutta kotikäsityöläiset tekevät rumpurakenteita vanhanaikaisesti - romumateriaaleista.

Seuraava valokuvavalikoima auttaa sinua tutustumaan minivesivoimalan yksinkertaisimman version rakentamisen vaiheisiin:

Ehkä optimoinnin puute vaikuttaa tehokkuusindikaattoreihin, mutta kotitekoisten laitteiden kustannukset ovat useita kertoja halvempia kuin ostettu analogi. Siksi vesipyörä on suosituin vaihtoehto oman minivesivoimalaitoksen järjestämiseen.

Vesivoimalan asennuksen ehdot

Vesigeneraattorin tuottaman energian houkuttelevasta halvuudesta huolimatta on tärkeää ottaa huomioon sen vesilähteen ominaisuudet, jonka resursseja aiot käyttää omiin tarpeisiisi.

Loppujen lopuksi jokainen vesistö ei sovellu minivesivoimalan toimintaan varsinkaan ympäri vuoden, joten ei haittaa, että varauksessa on mahdollisuus liittyä keskitettyyn pääjohtoon.

Muutama plussa ja miinus

Yksittäisen vesivoimalan tärkeimmät edut ovat ilmeisiä: edullinen laite, joka tuottaa halpaa sähköä, eikä myöskään vahingoita luontoa (toisin kuin padot, jotka estävät joen virtauksen). Vaikka järjestelmää ei voida kutsua täysin turvalliseksi, turbiinien pyörivät elementit voivat silti aiheuttaa vammoja vedenalaisen maailman asukkaille ja jopa ihmisille.

Onnettomuuksien estämiseksi vesivoimalaitos on aidattava ja jos järjestelmä on kokonaan veden peitossa, rantaan on asennettava varoituskyltti

Minivesivoimaloiden edut:

1. Toisin kuin muut "ilmaiset" energialähteet (aurinkopaneelit, tuuligeneraattorit), hydraulijärjestelmät voivat toimia kellonajasta ja säästä riippumatta. Ainoa asia, joka voi estää ne, on säiliön jäätyminen.
2. Vesigeneraattorin asentamiseen ei tarvitse olla suurta jokea - samoja vesipyöriä voidaan käyttää menestyksekkäästi jopa pienissä (mutta nopeissa!) viroissa.
3. Yksiköt eivät päästä haitallisia aineita, eivät saastuta vettä ja toimivat lähes äänettömästi.
4. Enintään 100 kW:n minivesivoimalan asentamiseksi sinun ei tarvitse hankkia lupia (vaikka kaikki riippuu paikallisista viranomaisista ja asennustyypistä).
5. Ylimääräinen sähkö voidaan myydä naapuritaloihin.

Mitä tulee haitoihin, riittämätön virranvoimakkuus voi tulla vakavaksi esteeksi laitteiden tuottavalle toiminnalle. Tässä tapauksessa on tarpeen rakentaa apurakenteita, mikä aiheuttaa lisäkustannuksia.

Jos lähellä olevan joen potentiaalienergia ei likimääräisen laskelman perusteella riitä tuottamaan sähköä käytännössä riittävässä määrässä, kannattaa kiinnittää huomiota tuuligeneraattoreiden rakentamismenetelmät. Tuulimylly toimii tehokkaana lisäyksenä.

Veden virtauksen voimakkuuden mittaaminen

Ensimmäinen asia, joka sinun on tehtävä pohtiaksesi aseman tyyppiä ja asennustapaa, on mitata veden virtausnopeus suosikkilähteessäsi.

Helpoin tapa on laskea mikä tahansa kevyt esine (esimerkiksi tennispallo, vaahtomuovin pala tai kalastuskelluke) koskelle ja mitata sekuntikellolla aika, joka kuluu sen uimaan etäisyyttä johonkin maamerkkiin. . "Uinnin" vakioetäisyys on 10 metriä.

Jos säiliö sijaitsee kaukana talosta, voit rakentaa kiertokanavan tai putkilinjan ja samalla huolehtia korkeuseroista

Nyt sinun on jaettava kuljettu matka metreinä sekuntien lukumäärällä - tämä on virran nopeus.Mutta jos tuloksena oleva arvo on alle 1 m/s, on tarpeen pystyttää keinotekoisia rakenteita virtauksen nopeuttamiseksi korkeusmuutosten vuoksi.

Tämä voidaan tehdä kokoontaitettavalla padon tai kapealla tyhjennysputkella. Mutta ilman hyvää virtausta vesivoimalaitoksen idea on hylättävä.

Vesipyörään perustuvan vesivoimalan tuotanto

Tietysti jopa kymmenkuntatalon yritystä tai asutusta palvelevan kolossin kokoaminen ja pystyttäminen on idea tieteiskirjallisuudesta. Mutta minivesivoimalan rakentaminen omilla käsillä sähkön säästämiseksi on täysin mahdollista. Lisäksi voit käyttää sekä valmiita komponentteja että improvisoituja materiaaleja.

Siksi harkitsemme askel askeleelta yksinkertaisimman rakenteen - vesipyörän - valmistusta.

Tarvittavat materiaalit ja työkalut

Minivesivoimalan valmistamiseksi omin käsin sinun on valmistettava hitsauskone, kulmahiomakone, pora ja joukko aputyökaluja - vasara, ruuvimeisseli, viivain.

Materiaalit, joita tarvitset:

• Kulmat ja metallilevyt, joiden paksuus on vähintään 5 mm.
• PVC- tai galvanoidut teräsputket terien valmistukseen.
• Generaattori (voit käyttää valmista tai tehdä sen itse, kuten tässä esimerkissä).
• Jarrulevyt.
• Akseli ja laakerit.
• Vaneri.
• Polystyreenihartsi roottorin ja staattorin valuun.
• 15 mm kuparilanka kotitekoiseen generaattoriin.
• Neodyymimagneetit.

Huomaa, että pyörän rakenne on jatkuvasti kosketuksissa veden kanssa, joten metalli- ja puuelementit on valittava kosteudelta suojattuna (tai huolehdittava kyllästys ja maalaus itse). Ihannetapauksessa vaneri voidaan korvata muovilla, mutta puuosat on helpompi saada ja muotoilla haluttuun muotoon.

Pyörien kokoonpano ja suuttimien valmistus

Itse pyörän perusta voi olla kaksi halkaisijaltaan samanlaista teräslevyä (jos teräsrumpu on mahdollista saada kaapelista - hienoa, tämä nopeuttaa huomattavasti kokoonpanoprosessia).

Mutta jos metallia ei löydy käsillä olevista materiaaleista, voit leikata ympyröitä vedenpitävästä vanerista, vaikka edes käsitellyn puun lujuutta ja käyttöikää ei voida verrata teräkseen. Sitten sinun on leikattava pyöreä reikä yhdelle levylle generaattorin asentamista varten.

Tämän jälkeen terät valmistetaan, ja niitä tarvitaan vähintään 16 kappaletta. Tätä varten galvanoidut putket leikataan pituussuunnassa kahteen tai neljään osaan (halkaisijasta riippuen). Sitten leikkausalueet ja itse terien pinta on kiillotettava kitkan aiheuttaman energiahäviön vähentämiseksi.

Terät asennetaan noin 40-45 asteen kulmaan - tämä auttaa lisäämään pinta-alaa, johon virtausvoima vaikuttaa

Kahden sivulevyn välisen etäisyyden tulee olla mahdollisimman lähellä terien pituutta. Tulevien napojen sijainnin merkitsemiseksi on suositeltavaa tehdä vanerista malli, johon merkitään kunkin osan sijainti ja reikä pyörän kiinnittämiseksi generaattoriin. Valmiit merkinnät voidaan kiinnittää yhden levyn ulkopuolelle.

Ympyrät asennetaan sitten rinnakkain toistensa kanssa kierretankojen avulla ja terät hitsataan tai pultataan haluttuihin asentoihin. Rumpu pyörii laakereilla, ja tukena käytetään kulmista tai halkaisijaltaan pienistä putkista valmistettua kehystä.

Tässä vaiheessa rummun kokoonpanoa voidaan pitää valmiina; jäljellä on vain varustaa se kotitekoisella generaattorilla ja suuttimella, joka ohjaa veden virtausta

Suutin on suunniteltu kaskadityyppisiin vesilähteisiin - tällainen asennus antaa sinun käyttää virtausenergiaa maksimaalisesti. Tämä apuelementti valmistetaan taivuttamalla metallilevyä, jonka jälkeen saumat hitsataan ja asennetaan sitten putkeen.

Jos alueellasi on tasainen joki ilman koskia tai muita korkeita esteitä, tämä yksityiskohta ei ole välttämätön.

On tärkeää, että suuttimen ulostulon leveys vastaa itse pyörän leveyttä, muuten osa virtauksesta menee "tyhjälle" eikä saavuta teriä

Nyt pyörä on asennettava akselille ja kiinnitettävä hitsatuista tai pultatuista kulmista tehdylle tuelle. Jäljelle jää vain generaattorin tekeminen (tai valmiin asentaminen) ja voit mennä joelle.

DIY generaattori

Kotitekoisen generaattorin valmistamiseksi sinun on käämitettävä ja täytettävä staattori, jota varten tarvitset keloja, joissa kussakin on 125 kierrosta kuparilankaa. Niiden yhdistämisen jälkeen koko rakenne täytetään polyesterihartsilla.

Jokainen vaihe koostuu kolmesta sarjaan kiinnitetystä vyyhtistä, joten liitäntä voidaan tehdä tähden tai kolmion muotoon useilla ulkoisilla johdoilla

Nyt sinun on valmistettava vanerimalli, joka vastaa jarrulevyn kokoa.

Puurenkaaseen tehdään merkinnät ja aukot magneettien asennusta varten (tässä tapauksessa käytettiin 1,3 cm paksuja, 2,5 cm leveitä ja 5 cm pitkiä neodyymimagneetteja). Sitten tuloksena oleva roottori täytetään myös hartsilla, ja kuivumisen jälkeen se kiinnitetään pyörän rumpuun.

Vesipyörä, jossa on jarrulevyistä valmistettu roottori ja kuparilankakäämeistä valmistettu generaattori - maalattu, edullinen ja käyttövalmis

Viimeisenä asennettava alumiinikotelo, jossa ampeerimittari peittää tasasuuntaajat. Näiden elementtien tehtävänä on muuntaa kolmivaiheinen virta tasavirraksi.

Kun olet asentanut pyörän pienen joen virtaukseen kaskadilla tai poistoputkella, voit luottaa minivesivoimalaitoksen suorituskykyyn 1,9 A * 12 V nopeudella 110 rpm

Jotta virtauksen mukana tulleet lehdet, hiekka ja muut roskat eivät pääse pyörään, on suositeltavaa sijoittaa suojaverkko laitteen eteen.

Voit myös kokeilla magneettien ja kelojen välisiä rakoja suuremmalla kierrosmäärällä hydrauliaseman tehokkuuden lisäämiseksi.

Kaikista tyypeistä vaihtoehtoisia energialähteitä Saat sen selville lukemalla artikkelin, joka on omistettu "vihreän teknologian" käyttöönotolle jokapäiväiseen elämään.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Video #1. Esimerkki toimivasta hydrauliikkaasennuksesta kotitekoisella generaattorilla, joka perustuu kolmivaiheiseen moottoriin:

Video #2. Mini-vesivoimala, joka on suunniteltu vesipyörän periaatteella:

Video #3. Polkupyörän pyörään perustuva asema on mielenkiintoinen vaihtoehto energiahuoltoongelman ratkaisemiseksi lomalla kaukana sivilisaatiosta:

Kuten näette, vesi-minivoimalan rakentaminen omin käsin ei ole niin vaikeaa. Mutta koska suurin osa sen komponenttien laskelmista ja parametreista määräytyy "silmäyksellä", sinun on varauduttava mahdollisiin häiriöihin ja niihin liittyviin kustannuksiin.

Jos tunnet puuttuvan tietämyksen ja kokemuksen tällä alalla, sinun tulee luottaa asiantuntijoihin, jotka suorittavat kaikki tarvittavat laskelmat, suosittelevat optimaalisia laitteita tapauksellesi ja asentavat sen tehokkaasti.

Kirjoita kommentit alla olevaan lohkoon. Jaa mielenkiintoisia tietoja ja hyödyllisiä suosituksia, jätä temaattisia valokuvia.Ehkä haluat kertoa meille, kuinka rakensit toimivan vesivoimalan esikaupunkitontille omin käsin? Luemme mielellämme tarinasi laitteen prosessista ja toiminnasta.