Необходимость перехода на возобновляемые источники энергии всё сильнее и сильнее стучится в наши двери. Постоянно растущие цены на энергоносители, заставляет искать новые источники энергии , но как говорится всё новое это хорошо забытое старое. На заре «электрификации всей страны» не редко использовались малые бесплотинные их еще называют проточными или свободнопоточными ГЭС. Для их постройки не требуется больших материальных затрат, на возведение плотины. Они быстро монтируются , их можно сплавлять по реке как плот, а затем в нужном месте установить за несколько часов. Если подсчитать всю энергию, которую могут дать 25 тысяч больших и малых рек, протекающих по нашей стране, получится сказочная цифра. Поэтому можно сказать что перспективы бесплотинной ГЭС могут быть довольно радужными. Однако энергия далеко не всех рек еще используется нами.
На большинстве рек можно построить небольшие недорогие электростанции. Мощность таких электростанций невелика, но достаточна для электрификации школы или даже небольшого селения.
Известно, что электричество вырабатывает генератор, вал которого вращает двигатель. Двигатель электростанции М. Логина устроен просто: на раме из бревен укреплены стойки с двумя коленчатыми валами А и Б (см. рис. 3). Каждый вал имеет три колена, углы между которыми равны 120°. Коленчатые валы соединены штангами, к которым прикреплены лопатки.
На рисунке 1 вы видите, что в данный момент все лопатки штанги В находятся внизу, они погружены в воду и под ее напором перемещаются назад (вправо). Лопатки двигают штангу, а штанга, в свою очередь, поворачивает коленчатые валы.
Как только колена, соединенные этой штангой, начнут подниматься вверх, в воду погружаются лопатки штанги Г. Теперь уже они вступают в работу. Затем начнут работать лопатки штанги Д. К этому времени лопатки первой штанги В пройдут над поверхностью воды и снова опустятся в воду. Вот так и будет работать двигатель электростанции Логина.
Если насадить на конец одного из коленчатых валов шкив и соединить его ременной передачей со шкивом генератора постоянного тока, генератор начнет вырабатывать электричество. А если к ведущему шкиву приделать шатун и соединить его с насосом, двигатель будет качать воду на приусадебный участок, на ваш огород.
Мощность двигателя зависит не только от скорости течения воды, но и от числа и площади лопаток, то есть от геометрических размеров самого двигателя. А его можно сделать любых размеров, соответственно пропорционально увеличивая или уменьшая размеры его деталей.
Мы даем чертежи двигателя, который при скорости течения воды в 0,8—1 метр в секунду будет вращать генератор от легкового автомобиля. Напряжение, вырабатываемое генератором, 12 В, а мощность — до 150 Вт.
Прежде чем приступать к постройке гидростанции, в мастерской или в магазине, где продаются запчасти для автомобилей, подберите генератор. Заготовьте материалы: доски, бревна небольшого диаметра, стальную проволоку, крепеж. Подберите место, где будет находиться электростанция.
Желательно, чтобы это был прямой участок реки.
Здесь надо определить скорость течения. Делается это так. На выбранном участке длиной 15—20 метров наметьте два поперечных створа. После этого при помощи небольшого поплавка, например щепки, определите скорость течения воды. Поплавок следует бросать в воду немного выше верхнего створа и, следя за ним, по секундомеру отсчитать время прохождения поплавка от верхнего створа до нижнего. Надо сделать 10—15 таких замеров, бросая поплавок то дальше, то ближе к берегу, и по результатам замеров подсчитайте среднюю скорость течения реки. Если она лежит в пределах 0,8—1 м/с, смело приступайте к строительству.
Основные размеры частей электростанции даны на рисунке 1. Мы расскажем лишь о том, как лучше сделать наиболее сложные детали.
Коленчатый вал.
Его можно изготовить из цельного стального прута диаметром 16—20 мм. Но легче сделать его сборным (рис. 3). Сначала нарежьте из прута заготовки деталей 1, 2, 3 и 4. Щечки колен сделайте из стальной полосы толщиной 5 мм. На концах стержней запилите квадраты, а в щечках — квадратные отверстия. После соединения деталей квадраты расклепываются. Сначала следует собрать части коленчатого вала «а» и «б» (см. рис. 3). Затем надо разметить и выпилить квадраты на свободных концах стержней 2 и 3 так, чтобы среднее колено (после сборки) было расположено под углом 120° по отношению к крайним.
Штанги с лопатками.
Штанги рекомендуем сделать из деревянных реек, лопатки — из теса или кровельного железа. Лопатки прикрепляются к штангам с помощью вертикальных планок и проволочных растяжек (см. рис. 2).
Устройство передачи.
Коленчатый вал, а следовательно, и ведущий шкив будут вращаться со скоростью примерно один оборот в две секунды. Генератор же может вырабатывать электрический ток при 1000—1500 оборотах в минуту. Чтобы получить такое число оборотов на генераторе, нужна передача из шкивов разного диаметра (см. рис.). Желобчатые шкивы изготовляются из фанеры толщиной 5 мм. Для каждого шкива следует выпилить по пять кругов. Они сбиваются гвоздями или стягиваются шурупами. Ведущий шкив, который прочно укрепляется на конце коленчатого вала, должен иметь диаметр не менее 700 мм. Два промежуточных прибиваются друг к другу и свободно надеваются на ось. Они должны легко вращаться на этой оси. Если скорость вращения ведущего шкива будет 30 оборотов в минуту, то диаметр малого промежуточного шкива можно принять равным 140 мм, а большого — 600 мм. Тогда шкив генератора (диаметром 60 мм) будет вращаться со скоростью 1500 оборотов в минуту. При других числах оборотов ведущего шкива диаметры промежуточных шкивов будут другие. Подсчитать их размеры вам не составит особого труда.
Приводные ремни.
Шкивы передачи соединяются приводными ремнями. Чтобы ремни всегда были хорошо натянуты, сделайте их из резинового жгута. Старую автомобильную камеру разрежьте на длинные ленты. Каждую ленту скрутите в жгут, а концы склейте резиновым клеем и туго перевяжите шпагатом.
Регулировка.
После сборки механизма проверьте, свободно ли вращаются штанги. Поворачивая ведущий шкив рукой, заметьте, какая из штанг препятствует вращению коленчатых валов. После этого снимите штангу и увеличьте одно из отверстий для шейки колена так, чтобы оно стало немного продолговатым.
Примерный расчет мощности приведён в таблице:
|
Диаметр винта м |
Скорость воды м/с |
||||||||||
|
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
1 |
1,2 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
|
|
0,5 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,06 |
0,12 |
0,27 |
0,54 |
0,93 |
||
|
0,7 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,07 |
0,12 |
0,23 |
0,54 |
1,05 |
1,82 |
|
|
1 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,05 |
0,07 |
0,14 |
0,24 |
0,46 |
1,10 |
2,15 |
3,71 |
|
1,5 |
0,02 |
0,04 |
0,07 |
0,11 |
0,16 |
0,31 |
0,53 |
1,04 |
2,47 |
4,83 |
8,35 |
|
2 |
0,04 |
0,07 |
0,12 |
0,19 |
0,28 |
0,55 |
0,95 |
1,86 |
4,40 |
8,59 |
14,8 |
|
2,5 |
0,05 |
0,11 |
0,19 |
0,29 |
0,44 |
0,86 |
1,48 |
2,90 |
6,87 |
13,4 |
23,2 |
|
3 |
0,08 |
0,15 |
0,27 |
0,42 |
0,63 |
1,24 |
2,14 |
4,17 |
9,89 |
19,3 |
33,4 |
|
4 |
0,14 |
0,27 |
0,48 |
0,75 |
1,13 |
2,20 |
3,80 |
7,42 |
17,6 |
34,3 |
59,3 |
|
5 |
0,22 |
0,43 |
0,74 |
1,18 |
1,76 |
3,43 |
5,93 |
11,6 |
27,5 |
53,7 |
92,8 |
В таблице подсчитана мощность в кВт самодельной проточной пропеллерной микро ГЭС при КИЭВ 35%
Типы мини ГЭС
скорее заводского, чем самодельного изготовления.
Гирляндная мини ГЭС — представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.
Ротор Дарье — это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.
ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8 — 2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.