|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Гірлянда, що дає струм. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Поява дач і навіть фермерських господарств на непридатних, віддалених від електромережі землях, галопуюче зростання цін на паливо та електрику викликали до життя старі ідеї автономного електропостачання з широким використанням природної енергії сонця, вітру та води. У тому числі зріс інтерес до міні- та мікроГЕС. Прообразом для тих, хто розглядається, послужила вільнопоточна (зразка 1964 року) гірляндна ГЕС В. Блінова. Гідроелектростанції, про які йтиметься, вільнопотокові, з досить-таки оригінальною турбіною з так званих роторів Савоніуса, нанизаних на загальний (можливо і гнучким, складовим) робочий вал. Гребель та інших великомасштабних гідротехнічних споруд для своєї установки вони не вимагають. Здатні працювати з повною віддачею навіть на мілководді, що в поєднанні з простотою, компактністю і надійністю конструкції роблять ці ГЕС дуже перспективними для тих фермерів і садівників, ділянки землі розташовані поблизу невеликих водотоків (річок, струмків і канавок).
На відміну від гребельних вільнопоточних гідроенергетичних установок, як відомо, використовують тільки кінетичну енергію поточної води. Для визначення потужності тут існує формула: N = 0,5 * p * V3*F*n (1), де N - потужність на робочому валу (Вт), р - густина води (1000 кт/м3), V - швидкість течії річки (м/с), F - площа перерізу активної (занурюваної) частини робочого органу гідромашини (м2), n - ККД перетворення енергії. Як видно з формули 1, при швидкості річки 1 м/с на квадратний метр перерізу активної частини гідромашини припадає в ідеалі (коли n=1) потужність, що дорівнює всього 500 Вт. Ця величина явно мала для промислового використання, але достатня для підсобного господарства фермера чи дачника. Тим більше, що її можна наростити шляхом паралельної роботи кількох "гідроенергогірлянд". І ще одна тонкість. Швидкість річки різних її ділянках різна. Тому, перш ніж розпочати будівництво мікроГЕС, необхідно визначити енергетичний потенціал вашої річки за простою методикою, викладеною в першому номері журналу за 1996 рік. Нагадаємо лише, що дистанція, пройдена вимірювальним поплавком і поділена на час його проходження, буде відповідати середній швидкості потоку на цій ділянці. Слід також зазначити: цей параметр залежно від пори року буде змінюватися. Тому розрахунок конструкції слід робити, керуючись середньою (за планований період експлуатації мікроГЕС) швидкістю течії річки. Далі необхідно визначити розмір активної частини гідромашини та її тип. Так як вся мікроГЕС повинна бути максимально простою і нескладною у виготовленні, найбільш відповідним типом перетворювача є ротор Савоніуса торцевої конструкції. Працюючи з повним зануренням у воду величину F можна прийняти рівної добутку діаметра ротора D з його довжину L, а n=0,5. Частоту обертання f з прийнятною для практики точністю визначають за такою формулою: f=48V/3,14D (об/хв) (2). Щоб зробити гідроенергоустановку найбільш компактною, потужність, що задається при розрахунку, слід співвіднести з реальним навантаженням, електроживлення якому має забезпечити мікроГЕС (оскільки на відміну від вітродвигуна струм у мережу споживача тут видаватиметься безперервно). Як правило, ця електроенергія йде на освітлення, живлення телевізора, радіо, холодильник. Причому лише останній входить у роботу протягом доби постійно. Інші електроприлади працюють головним чином увечері. Виходячи з цього, доцільно орієнтуватися на максимальну потужність від однієї "гідроенергогірлянди" близько 250-300 Вт, покриваючи пікове навантаження за допомогою акумуляторної батареї, що заряджається від мікроГЕС. Передача крутного моменту від робочого валу гідроенергоустановки на шків електрогенератора здійснюється зазвичай за допомогою проміжної трансмісії. Втім, цей елемент, строго кажучи, може бути виключений, якщо генератор, що використовується в конструкції мікроГЕС, має робочу швидкість обертання менше 750 об/хв. Однак від зв'язку доводиться часто відмовлятися. Адже для переважної більшості генераторів вітчизняного виробництва робоча швидкість обертання на початку "видачі" потужності лежить у межах 1500-3000 об/хв. Значить, потрібне додаткове узгодження валів гідроенергоустановки та електричного генератора. Ну а тепер, коли попередня теоретична частина за, розглянемо конкретні конструкції, У кожної з них свої переваги.
Ось, наприклад, напівстаціонарна вільнопоточна мікроГЕС з горизонтальним розташуванням двох співвісних, розгорнутих відносно один одного на 90° (для полегшення самозапуску) і жорстко зв'язаних роторів Савоніуса поперечного типу. Причому основні деталі та вузли цієї саморобної гідроенергетичної установки - з дерева як найбільш доступного та "слухняного" будівельного матеріалу. Пропонована мікроГЕС – занурювальна. Тобто опорна рама її розташовується поперек водотоку на дні і зміцнюється тросами-розтяжками або жердинами (якщо поряд, наприклад, є містки, човновий причал тощо). Робиться це для того, щоб уникнути винесення конструкції водотоком. Зрозуміло, що глибина річки в місці установки мікроГЕС має бути меншою за висоту опорної рами. В іншому випадку дуже важко (а то й неможливо) уникнути попадання води в електричний генератор. Ну а якщо місце, де передбачається розмістити мікроГЕС, має глибину більше 1,5 м або там повноводність і швидкість течії, що сильно змінюються протягом року (що, до речі, досить типово для водотоків зі сніговим харчуванням), то цю конструкцію рекомендується оснастити поплавцями. Це дозволить також легко переміщати її під час встановлення на річці. Опорна рама мікроГЕС є прямокутним каркасом з бруса, дощок і невеликих колод, скріплених цвяхами і дротом (тросами). Металеві частини конструкції (цвяхи, болти, хомути, куточки тощо) повинні бути по можливості з нержавіючої сталі або інших корозійностійких сплавів. Ну а оскільки експлуатація подібної мікроГЕС часто можлива в умовах Росії тільки сезонна (через замерзання більшості річок), то після закінчення терміну роботи вся витягнута на берег конструкція підлягає ретельному огляду. Своєчасно змінюють дерев'яні елементи, що підгнили, іржавіли, незважаючи на вжиті запобіжні заходи, металеві деталі. Одним із головних вузлів нашої мікроГЕС є "гідроенергетична гірлянда" з двох жорстко закріплених (і складових єдине ціле на робочому валу) роторів. Їхні диски легко виконати з дощок товщиною 20-30 мм. Для цього, склавши з них щит, за допомогою циркуля будують коло діаметром 600 мм. Після чого кожну з дощок обрізають згідно кривої, що вийшла на ній. Збивши заготовки воєдино на двох планках (щоб додати потрібну жорсткість), повторюють всі тричі - за кількістю необхідних дисків. Щодо лопатей, то їх доцільно зробити з покрівельного заліза. А краще - з відповідних за розміром та розрізаних навпіл (вздовж осі) циліндричних нержавіючих ємностей (бочок), у яких зазвичай зберігають та перевозять сільгоспдобрива, інші агресивні матеріали. У крайньому випадку лопаті можна зробити дерев'яними. Але їхня вага (особливо після тривалого перебування у воді) сильно зросте. І це слід пам'ятати під час створення микроГЭС на поплавцях. На торцях "гідроенергогірлянди" кріпляться шипові опори. По суті це короткі циліндри з широким фланцем і торцевим пазом для шпонки. Фланець кріпиться до відповідного диска ротора на чотирьох болтах.
Для зниження тертя передбачені підшипники, що розташовані на середніх поперечках. Оскільки звичайні кулькові або роликові підшипники для роботи у воді непридатні, використовуються... саморобні дерев'яні. Конструкція кожного з них складається з двох хомутів та дощечок-вкладишів з отвором для проходу опори шипової. Причому середні вкладиші підшипника мають у своєму розпорядженні так, щоб волокна деревини тут йшли паралельно валу. Крім того, вживають особливих заходів, щоб дощечки-вкладиші були жорстко зафіксовані від бічних зсувів. Роблять це за допомогою болтів, що стягують. Як електрогенератор в аналізованої мікроГЕС використовується будь-який з автомобільних. Видають вони 12-14 В постійного струму і легко стикуються як з акумуляторною батареєю, так і електроприладами. Потужність цих машин близько 300 Вт.
Цілком прийнятна для самостійного виготовлення та конструкція переносної мікроГЕС з вертикальним компонуванням "гірлянди" та генератора. Така гідростанція, на думку автора розробки, найменш матеріаломістка. Опорною конструкцією установки, що фіксує її положення в руслі річки, є сталевий стрижень пустотілий (наприклад, з відрізків труби). Довжину його вибирають, виходячи з характеру дна водотоку та швидкості течії. Причому такий, щоб гострий кінець стрижня, вбитий у дно, гарантував би стійкість мікроГЕС та незривання її течією. Можливе додаткове використання розтяжок. Визначивши за формулою (1) активну поверхню ротора і заміривши глибину річки в місці установки мікроГЕС, легко розрахувати діаметр роторів Савоніуса, що використовуються тут. Щоб зробити конструкцію простою та самозапускною, доцільно виконати "гідроенергогірлянду" з двох роторів, з'єднаних так, щоб лопатки першого були на 90° зміщені щодо другого (по осі обертання). Причому для підвищення ефективності роботи конструкція з боку потоку, що набігає, обладнана щитком, що грає роль направляючого апарату. Ну а робочий вал кріпиться у підшипниках ковзання верхньої та нижньої опор. У принципі, при короткому часі експлуатації мікроГЕС (наприклад, у туристичному поході) можна використовувати і шарикопідшипники великого діаметру. Однак за наявності у воді піску або мулу після кожного використання ці вузли доведеться промивати в чистій воді. Кріплення опор до стрижня болтове та зварене, залежно від ваги "гідроенергогірлянди" та необхідності її розбирання на частини. Верхній кінець робочого валу гідромашини одночасно є і вхідним валом мультиплікатора, як якого (як найбільш простий і технологічний) може бути застосований ремінний. Електрогенератор береться автомобільний. До стрижня опори його легко прикріпити хомутом. А самі дроти, що йдуть від генератора, повинні мати надійну гідроізоляцію. На ілюстраціях точні геометричні пропорції проміжної трансмісії умовно не показані, оскільки залежать від параметрів конкретного генератора, що є у вас. Ну а ремені для трансмісії можна виготовити зі старої автомобільної камери, розрізавши її на стрічки шириною 20 мм з наступним скручуванням у джгути. Для електропостачання малих сіл підійде гірляндна мікроГЕС конструкції В.Блінова, що представляє не що інше, як ланцюжок бочкоподібних роторів Савоніуса діаметром 300-400 мм, закріплених на гнучкому тросі, протягнутому впоперек річки. Один кінець троса кріпиться до шарнірної опори, а інший через найпростіший мультиплікатор до валу генератора. При швидкості перебігу 1,5-2,0 м/с ланцюжок роторів робить до 90 об/хв. А малі розміри елементів "гідроенергогірлянди" дозволяють експлуатувати цю мікроГЕС на річках із глибиною менше одного метра. Треба сказати, що В.Блінову до 1964 року вдалося створити кілька переносних та стаціонарних мікроГЕС своєї конструкції, найбільшою з яких була ГЕС, споруджена біля села Порожки (Тверська область). Пара гірлянд тут приводила у обертання два стандартні автотракторні генератори загальною потужністю 3,5 кВт. Автор: І.Докукін
Пастка для комах
01.05.2024 Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі
01.05.2024 Застигання сипких речовин
30.04.2024
▪ Поліпшення вироблення енергії з тепла, що розсіюється. ▪ Сервіс захисту гаджетів від води
▪ Розділ сайту Електрику. ПУЕ. Добірка статей ▪ стаття Зелінський Микола. Біографія вченого ▪ стаття Коли з'явився перший пенсійний фонд? Детальна відповідь ▪ стаття Свердлильний верстат із дриля. Домашня майстерня ▪ стаття Місяць з мікроконтролерним управлінням. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page