Не муку, а ток
Живем в таежной глуши, на голодном (горючее для дизель-генератора на исходе) энергетическом пайке. А рядом легкомысленно журчит речка. Природный, так сообщить, источник энергии, о чем напоминают полусгнившие остатки водяного колеса старообрядческой мельницы.
Вот бы вынудить реку снова поработать на людей! Лишь сделать так, дабы она давала уже не муку, а такие нужный нам электрический ток. Но где забрать описание приемлемой для независимого изготовления маленькой гидроэлектростанции?
Ответом на это письмо может служить материал, подготовленный по публикациям румынского издания «Техниум».
Для реализации и разработки проекта самодельной электростанции конструктору-любителю потребуется предварительно проанализировать особенности объекта, что обязан снабжаться электроэнергией (отдельное строение, усадьба, туристическая база, пара домов и т.п.), и дебит возможность и воды получения перепада уровня ее посредством гидротехнического оборудования.
В случае если узнается, что микроГЭС обязана трудиться на постоянную нагрузку, с неизменной (в течении 24 часов) мощностью потребления, расход воды регулируется ограничителем дебита. В несложном случае это возможно закрепленная между двумя направляющими пластина (доска и т.д.).
В зависимости от складывающейся обстановки она легко ставится в положение ниже либо выше «нормы». И тут нет настоятельной необходимости в применении накопительных аккумуляторная батарей.
При же значительной отличия в потреблении электричества (особенно в то время, когда «ножницы» превышают киловатт-час) очень желательной делается аккумуляторная батарея.
Дебит высота и воды, с которой поток устремляется к турбине, являются главными факторами мощности, отдаваемой ГЭС в нагрузку.
Без них и в отечественных расчетах, как говорится, не обойтись.
Измерение дебита воды проводится посредством поплавка и секундомера, на фиксированном участке реки (канала и т.д.).
Контрольная протяженность этого участка — около десяти метров. Поплавковая подробность измерения (легкий мяч, кусочек пенопласта и т.п.), установленная на стремнине, будет перемещаться без наталкивания на препятствия. А захронометрированная величина, в течение которой поплавок пройдет эти 10 м, разрешит легко… вычислить скорость самого потока.
Но каково же поперечное сечение русла?
Соответствующие промеры делают в трех пунктах. По усредненным данным находят поперечное сечение.
Зная к тому же и скорость, рассчитывают сам дебит.
Создание нужного перепада уровней воды (транспортного канала) требует определенных гидротехнических работ; достаточно объемных, но совсем нужных соответствующих конструкций (см. рис.).
Энергетический же потенциал гидропотока вычисляют по формуле:
Wn=mgh
здесьWn-потенциальная энергия;
m — масса воды, которая обрушивается за одну секунду на турбину (вот где понадобится отысканный ранее дебит!);
g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2;
h— высота падения воды (до выхода из турбины).
Мощность, которую возможно в совершенстве получить от турбины, предлагаемой для независимого изготовления,— примерно 10 кВт. Трудясь в настоящей микроГЭС, вариант которой изображен на илл., такая турбина способна дать в нагрузку (с учетом неизбежных тут утрат) 800 Вт.
Исходя из этого выбран и генератор. У него следующие параметры: 800 Вт, 24 В, 700 об/мин.
В случае если учесть тот факт, что вечером и ночью электричество идет по большей части на освещение (не потребляется лишь в течение 3—4 часов), а днем употребляется для электропитания 1—2 холодильников, другими словами, по всей видимости, имеет суть накапливать ее в аккумуляторная батареях, соединенных для работы и зарядки в сети с напряжением 24 В. Но требуется, дабы аккумуляторная батареи пребывали как возможно ближе к распределительному щиту. Так как утраты тут растут пропорционально протяженности линии и сечению электрокабеля.
состав и Схема расположения микроГЭС:
1 — река с дебитом главного потока (вариант) 1,2 т/с, 2 — ограничитель дебита (подробности см. в тексте), 3 — канал транспортный с дебитом 0,4 т/с, 4 — лоток-направляющая на сваях (из подручных материалов: к примеру, плах соответствующих пород и типоразмеров древесины), 5 — техническое помещение (из вагонки и бруса), 6 — стояк электропередачи (с укрепленными на нем фарфоровыми изоляторами), 7 — электролиния (двухпроводная воздушная), 8 — гидроэлектроагрегат в работе (а — ниспадающий поток воды, б — турбина в сборе, в — передача клиноременная двухступенчатая, г — узел промежуточного вала, д — электрогенератор, е — плита-основание металлическая, ж — сваи лиственничные либо дубовые), 9 — сток отработанной воды.
Гидротурбина:
1 — кольцо-венец (5-мм листовая сталь, 2 шт.), 2 — лопатка (5-мм, нержавейка, 12 шт.), 3 — барабан (1,5-мм, жесть), 4 — спица (из 500-мм отрезка 26-мм металлической рифленой арматуры, 8 шт.), 5 — болт М12 (2 шт.), 6 — втулка-ступица (из отрезка трубы 100×20 металлической бесшовной), 7 — вал турбины (Ст 45), 8 — шарикоподшипник в корпусе (от сельхозтехники, самоустанавливающийся, 2 шт.), 9 — плита опорная (из отрезка швеллера № 18, 2 шт.), 10 — болт М20 с гайкой самоконтрящейся (4 шт.), 11 — шуруп крупногабаритный с потайной головкой (16 шт.), 12 — свая (из акации, луба либо лиственницы, 2150 мм, 4 шт.).
Байдачная свободноногочная мини-ГЭС конструкции инженера Б. Кажинского:
1 дебаркадер древесный на двух поплавках (катамаранного типа), 2 — колесо водяное, соединенное при помощи клиноременного мультипликатора с электрогенератором, 3 — помещение вспомогательное, 4 — растяжка с условно не продемонстрированным якорем (6 шт.), 5 — помещение техническое, 6 —электролиния (воздушная двухпроводная).
Особенности примененного тут водяногоколеса приведены в тексте.
Кинематика одного из вариантов самодельной гидростанции с деталировкой главных узлов (рабочее колесо турбины условно не продемонстрировано):
1 — вал гидротурбины (Сталь 45), 2 — ступица маховика-шкива (Ст 5), 3 — болт М12, 4 — маховик-шкив ведущий первой ступени клиноременной передачи (Сгаль 20), 5 — болт М10 (4 шт.), 6 —гайка М10 самоконтрящаяся (4 шт.), 7 ремень кордогканый клиновой (2 шт.), 8 — шкив промежуточного вала (Сталь 20), 9 — шпонка клиновая, 10 —вал промежуточный (Сталь 45), 11 — плита металлическая, 12 — корпус подшипникового узла с крышками (Сі 3), 13 — шарикоподшипник 180206 (2 шт.), 14 —болг М8(8шт.), 15 — шайба (8 шт.), 16 —гайка М8 (8пгг.), 17 — генератор постоянного тока (800 Вт, 24 В, 700 об/мин.), 18 —шуруп крупногабаритный с шайбой (6 шт.), 19 — шкив генератора (Сталь 20).
К счастью, они не выходят за «норму» в отечественной 150-метровой линии, где употребляется кабель, суммарное сечение алюминиевых жил которого образовывает 25 мм2.
Чтобы от энергии воды на микроГЭС не был потерян ни один ватт, прибегают к тому, что турбина снабжается лопастями, закрепленными под углом, помогающим большому применению кинетики ниспадающего потока. Следующие приятель за втором лопасти не смогут быть заторможены «усталой», отработавшей собственный водой.
И трение тут сведено к минимуму. Так как внутренняя поверхность у каждой из организованных лопастями (лопатками) и барабаном турбины (необычных «чаш») заботливо отполирована.
Предельно снижены и утраты в клиноременной передаче, доводящей число оборотов у генератора до оптимального значения. Все валы — на шарикоподшипниках. Ремни не проскальзывают (их натяжение регулируется по месту крепления опор).
Сейчас — о вторых конкретностях предлагаемой конструкции. Трехсоткилограммовая турбина (см. рис.) выполнена из двух колец-венцов (листовая сталь), двенадцати лопаток (нержавейка), жестяного барабана, восьми спиц из металлической арматуры (диаметром 26 мм) и втулки-ступицы, закрепленной на рабочем валу посредством двух болтовых соединений М12.
Вал вращается на двух самоустанавливающихся (и в обязательном порядке герметичных — для предохранения от воды) шарикоподшипниках.
Все это находится на двух опорах, каковые способны выдерживать нагрузку до тонны.
Последние крепятся на четырех, вбитых в грунт на 1,5 метра, сваях 0 200—250 мм (из акации). На валу турбины размещается маховик (диаметр 700 мм, масса около 80 кг), в один момент являющийся и ведущим шкивом двухступенчатой клиноременной передачи.
Скорость его вращения — 80 об/мин (режим холостого хода) и 60 об/мин (под нагрузкой).
Для получения нужных генератору 700 об/мин введен промежуточный вал со шкивами: ведомым (D = 150 мм) и ведущим (D = 350 мм).
С последнего крутящий момент передается уже на вал генератора постоянного тока. Шкив тут, можно считать, ходовой (Z= 130). А потому лучше забрать его для отечественной микро-ГЭС готовым. К примеру, подобрать подходящий со списанной сельхозтехники. Как, но, и всё предыдущее.
Но возможно кроме этого изготовить самостоятельно. По методике, много раз и с достаточной полнотой публиковавшейся в издании, а потому — прекрасно привычной многим отечественным самодельщикам Другое в разглядываемой конструкции, думается, светло из самих иллюстраций.
направляться также подчернуть, что эта разработка микроГЭС (на 24 В и 800 Вт) с успехом была реализована на территории лесничества Кошава для обеспечения электроэнергией палаток туристской лесной базы в равнине Шаса (600 метров над уровнем моря)
Очевидно, существуют и другие не меньше полезные разработки.
А также — выполненные в Российской Федерации. Но тут техническую идея издревле направляли на бесплотинное применение энергии вольно текущей воды.
В частности, в ряде документов, датированных еще XVI веком, указывается на постройку в казацких поселениях на Дону мельниц, вращаемых силой речного течения. Колесо этих мельниц, загружённое на 1/4 в стремнину, крепилось на валу между двух байдар либо байдаков.
По заглавию плавучей базы такие конструкции именуют с того времени «байдачными». Причем предстоящее развитие технической мысли в данном направлении стимулировала зародившаяся и все больше утверждавшая собственный влияние в народном хозяйстве… электротехника.
К сожалению, первая мировая, а после этого гражданская война прервали научные изучения в данной области. И лишь во второй половине 20-ых годов XX века (с ростом индустрии) мысль недорогой, скоро создаваемой бесплотинной электростанции, применяющей энергию речного течения для энергоснабжения колхозов, крестьянских артелей и совхозов, взяла собственный практическое развитие в конструкции «байдачной ГЭС инженера Б. Кажинского».
За период с 1926 по 1930 год таких электростанций (см. рис.) было выстроено 11. Причем по в полной мере дешёвому для повторения сегодняшними самодельщиками проекту.
При диаметре водяного колеса 6 метров с 24 лопатками-лопастями (ширина и длина у них соответственно равны 4,5 и 1,0 м) на русских реках (со скоростью течения 1… 1,5 м/с) «сердце» таковой мини-ГЭС делает 10—12 оборотов в 60 секунд, развивая на валу мощность до 6 кВт.
Последняя (благодаря клиноременному мультипликатору) передается уже на электрогенератор.
Конструкция, как видим, несложна. К тому же прошла опробование временем.
И в случае если кто-нибудь из подписчиков и читателей издания надумает ее воссоздать, в проигрыше не окажется.
А.
ЖИТНЕВ, Горный Алтай
