Безщільні гідроелектростанції (ГЕС) своїми руками. Домашня гідроелектростанція, зроблена своїми руками Саморобні гідроелектростанції з автомобільного генератора
Мене завжди приваблювало отримання безкоштовної енергії із природних ресурсів. І якось у мене зародилася ідея зробити просту міні електростанцію, яка б виробляла електрику з водяного струмка, що проходить повз.
Все почалося з ідеї використовувати барабан старий пральної машинияк водяне колесо – мініатюрна саморобна гідроелектростанція.
До барабана за допомогою металевих куточків було прикріплено прямі лопаті з вологостійкої фанери.
Крутний момент із водяного колеса передається за рахунок ременя на велосипедну динамо-машину (генератор постійного струму). Вироблена електроенергія надходить на світлодіод. Достатньо рукою злегка прокрутити колесо, і світлодіод почне блимати.
Основа всієї конструкції – велосипедна рама.
Два підшипники дозволяють водяному колесу вільно крутиться.
Перші випробування на маленькій річці показали, що водяне колесо на рамі встановлено надто високо, що не дає потоку води нормально розкручувати його.
Після невеликих змін у конструкції рами колесо почало розташовуватися нижче і швидкість обертання різко зросла. Як результат, почала обертатися динамо-машина та світлодіод на 4,5 В спалахнув.
Ось так зі старого мотлоху вийшла саморобна гідроелектростанція.
Далі міні ГЕС у зборі було встановлено на невеликий струмок.
Виробляє вона лише кілька вольт, але їх достатньо для свічення світлодіода.
Це був непоганий експеримент для початку.
Подальше удосконалення у проекті
Подальше вдосконалення водяного колеса повинні торкнутися:- Побудувати міні-дамбу для збільшення тиску води. При цьому повністю річку не планується перегороджувати, щоб риба могла йти у другому потоці.
- Під дамбою встановити трубу, якою вода надходитиме на саморобну турбіну. У трубі влаштувати кожух із транспортерної гумової стрічки. Перекривши потік води через трубу, можна провести обслуговування механізмів.
- За розрахунками, турбіна видаватиме потужність приблизно вдвічі більше, ніж водяне колесо. Крім того, заміна водяного колеса на турбіну повинна зняти проблему замерзання в зимовий час.
- Потік води розкручуватиме турбіну, передаючи момент, що крутить, генератору. Триматися турбіна буде на двох підшипниках, виготовлених із масиву дерева. При регулярному змащуванні вони прослужать довго. Упорна шайба утримуватиме механізм від бічного зміщення.
- Виготовити металеві лопатки, розрахувавши кут, під яким їх потрібно загнути (від цього параметра залежить потужність гідроелектростанції). Лопатки прикрутити потрібно буде з використанням гумових прокладок, щоб уникнути їхнього відриву.
- Для передачі крутного моменту використовувати зібраний із труб вал.
- Встановити генератор. На генератор поставити шків меншого розміру, ніж встановлений на валу. Це дозволить підвищити обороти, що необхідне ефективної роботи генератора.
Якщо неподалік будинку є ставок з греблею або струмок, можна зробити відмінне джерело безкоштовної додаткової енергії. У статті буде розглянуто приклад, як своїми руками можна зробити гідроелектростанцію на основі водяного колеса. Виготовлена таким чином електростанція здатна видавати струм до 6 А, при встановленні на невеликий струмок установка показала результат 2 А. Цього вистачить, щоб увімкнути приймач і пару лампочок. Потужність залежить від того, з якою силою йде водяний потік.
Матеріали та інструменти:
- куточки та обрізки листового металу;
- диски для створення колеса (використовувалися від корпусу генератора Onan, що вийшов з ладу);
- генератор (був виготовлений із двох гальмівних дисків Доджа по 28 см);
- вал та підшипники теж були взяті від Доджа;
- мідний провід із перетином близько 15 мм;
- неодимові магніти;
- фанера;
- полістиролова смола (потрібна для заливання статора та ротора).
Процес виготовлення:
Крок перший. Створюємо колесо
Для створення колеса знадобиться два сталеві диски. У разі їх діаметр становить 28см (11 дюймів). Диск потрібно розмітити, щоб було зрозуміло, де встановлювати лопаті. Для виготовлення лопатей береться труба діаметром 4 дюйми і розрізається вздовж на 4 частини. Усього колесо має 16 лопатей. Щоб зафіксувати диски, вони стягуються чотирма болтами. Далі можна встановлювати лопаті на потрібні позиції. Вони приварюються за допомогою зварювання. Зазор між дисками становить 10 дюймів, тобто довжина колеса дорівнює 10 дюймам.
На цьому етапі складання ГЕС закінчено, колесо готове, тепер потрібно зробити сопло та генератор. З одного боку, на диску є отвір для зручного кріплення колеса до генератора.
Крок другий. Робимо сопло
Сопло потрібне для того, щоб спрямовувати воду на колесо. Його ширина становить 10 дюймів, як і ширина колеса. Сопло виготовляється із цільного шматка металу шляхом вигинання. Далі конструкція зварюється за допомогою зварювання.
Тепер можна встановлювати на вісь колесо та механічна частина ГЕС практично готова. Залишилося зібрати та встановити генератор.
Сопло зроблено регульованим по висоті, що дозволяє керувати потоком води залежно від ситуації.
Крок третій. Збираємо генератор
Процес створення генератора складається з кількох кроків. Спочатку потрібно зробити обмотку, вона складається з 9-ти котушок. Кожна котушка має 125 витків. Діаметр мідного дроту становить 1,5 мм. Кожна фаза утворюється трьома котушками, які послідовно з'єднані. Усього виведено 6 кінців, це дозволить зробити з'єднання як зіркою, і трикутником.
Наприкінці котушки заливаються поліетиленовою смолою і виходить готовий статор. Його діаметр становить 14 дюймів, а товщина 0.5 дюйми.
Для складання генератора потрібна фанера, з неї робиться шаблон. Далі за цим шаблоном встановлюються 12 магнітів розмірами 2,5 х 5 см і товщиною 1,3 см. Наприкінці ротор також заливається поліетиленовою смолою. Ось і все, після висихання генератор готовий.
Під алюмінієвою кришкою знаходяться випрямлячі, які роблять із трифазного змінного струмупостійний. Шкала амперметра має діапазон до 6 А. При мінімальному зазорі між магнітами, пристрій видає 12 Вольт при оборотах 38 об/хв.
У задній частині генератора є два підрядкові гвинти, які дозволяють регулювати повітряний зазор. Таким чином, можна підбирати найприйнятніші параметри роботи генератора.
Крок четвертий. Заключний етапскладання та встановлення генератора
Всі елементи кріплення, а також водяне колесо потрібно пофарбувати. По-перше, так пристрій виглядатиме красивіше. А по-друге, фарба захищатиме метал від іржі, яка швидко з'являтиметься біля джерела води. Непогано було б оснастити генератор захисним крилом, яке відводить бризки, але в автора не знайшлося відповідного матеріалу.
На фото можна побачити місце, де буде встановлений генератор. Це труба, з якої із гачки тече вода. Перепад складає близько трьох футів. Колесо братиме лише деяку частину від усього водного потоку. Насправді найкращі результати показало становище, коли вода заходить під кутом о 10 годині, і виходить під кутом 5 годин. Тоді досягається найбільша потужність.
Варіант №1
Саморобна Тросова Гірляндна міні-ГЕС - відмінне рішеннядля отримання доступної та недорогої електроенергії, якщо з місцем вашого проживання є невелика річка.
Конструкція гірляндою тросової міні-ГЕС заснована на обертанні троса в руслі річки.
Перші конструкції автономної найпростішої ГЕС давно були втілені окремими умільцями ще півстоліття тому. Ще в журналі «Радіо» за 50-ті роки друкували інформацію про гірляндну ГЕС, виконану в консервних банках та з генератором від авто!
Рис.1. Зовнішній виглядтросовою гірляндою міні-ГЕС, зробленою своїми руками.
Як зробити тросову гірляндну ГЕС своїми руками?
На малюнку знизу показано схему конструкції простої тросової гірляндної міні-ГЕС з турбінно-тросовим гідроприводом, який обертається від потоку течії річки.
Рис.2 Схема та принцип роботи Гірляндної міні-ГЕС
1. Підшипник, 2. Опора, 3. Металевий трос, 4. Гідроколесо (турбіна),
5. Електрогенератор, 6. Рівень верхньої течії річки, 7. Русло річки.
Як гідроколеса (роторів), в тросовому гідроприводі міні-ГЕС можна використовувати кілька «крильчаток», виготовлених з тонкого металевого листа, діаметром близько півметра, за типом дитячої іграшки - пропелера з квадратного аркуша паперу. Як гнучкий вал доцільно використовувати звичайний сталевий трос діаметром 10...15 мм.
Орієнтовні розрахунки показують, що від такої тросової ГЕС можна отримати з одного гідроколеса до 1,5…2,0 кВт, при річці близько 2,5 метра/сек!
Якщо опори 2 з підшипниками 1 і електрогенератором 5 встановити на дно річки, і підшипники з генератором підняти вище рівня річки, а вся ця споруда розмістити по осі течії, то результат практично буде той же. Ця схема доцільно застосовується для дуже «вузьких річок», але з глибиною більше 0,5 метра. Теплову енергію у такій ГЕС можна отримати шляхом підключення електронагрівачів до електрогенератора.
Ротори гірляндою ГЕС, як правило, розташовуються в ядрі потоку (на 0,2 глибини від поверхні влітку та 0,5 глибини від поверхні льоду взимку). Глибина річки в місці встановлення гірляндою ГЕС не перевищує 1,5 м. При глибині річки понад 1,5 м. цілком можливо використовувати ротори, розташовані в два ряди.
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 мікро-ГЕС.
Дві з таких, прийнятних для будівництва самотужки гідроелектростанції: Мікро-ГЕС своїми руками і плавуча безплотинна міні-ГЕС. На черзі – конструкції, прообразом яких послужила вільнопотокова (зразка 1964 року) гірляндна ГЕС В. Блінова.
Дудишев В.Д.
Варіант №2
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),
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 один квадратний метрперерізу 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. А тому, перш ніж розпочати будівництво міні-ГЕС, необхідно визначити енергетичний потенціал вашої річки за простою методикою. 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 проводити, керуючись середньою (за планований період експлуатації міні-ГЕС) швидкістю течії річки.
Рис.1 Ротори Савоніуса для саморобних гірляндних міні-ГЕС:
а, б - лопаті; 1 – поперечний, 2 – торцевий.
Далі необхідно визначити розмір активної частини гідромашини та її тип. Так як вся міні-ГЕС 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 повинна забезпечити міні-ГЕС (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 порядку 250-300 Вт, покриваючи пікове навантаження за допомогою акумуляторної батареї, що заряджається від міні-ГЕС.
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 мікро-ГЕС, 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 частинапозаду, розглянемо конкретні конструкції, У кожної їх свої переваги.
Ось, наприклад, напівстаціонарна вільнопоточна міні-ГЕС 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 міні-ГЕС – 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.
Рис.2 Занурювальна міні-ГЕС з горизонтальним розташуванням роторів поперечного типу:
1 - лонжерон-основа (брус 150x100, 2 шт.); 2 - поперечка нижня (дошка 150x45, 2 шт.); .), 5 лонжерон верхній (дошка 150x45, 2 шт.), 6 - поперечка верхня (дошка 100x40, 4 шт.), 7 - вал проміжний (нержавіюча сталь, пруток діаметром 30), 8 - блок шківів, 9 - генератор постійно струму, 10 - «гусак» з фарфоровим роликом та двожильним ізольованим проводом, 11 - плита-основа (дошка 200x40), 12 - шків ведучий, 13 - вузол дерев'яного підшипника (2 шт), 14 - ротор «гідроенергогірлянди» (D , 2 шт.), 15 диск (зі збитих у щит дощок товщиною 20-40 мм, 3 шт); металеві елементи кріплення (включаючи розтяжки, маточини крайніх дисків) умовно не показані.
Зрозуміло, що глибина річки в місці встановлення міні-ГЕС має бути менше висотиопорної рами. В іншому випадку дуже важко (а то й неможливо) уникнути попадання води в електричний генератор. Ну а якщо місце, де передбачається розмістити міні-ГЕС, має глибину понад 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 міні-ГЕС 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 міні-ГЕС часто можлива в умовах Росії тільки сезонна (через замерзання більшості річок), то після закінчення терміну роботи вся конструкція, що витягнена на берег, підлягає ретельному огляду. Вчасно змінюють підгнилий дерев'яні елементи, іржаві, незважаючи на вжиті запобіжні заходи, металеві деталі.
Одним із головних вузлів нашої міні-ГЕС є «гідроенергетична гірлянда» із 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 необхідну 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 про це слід пам'ятати під час створення міні-ГЕС 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.
Рис.3 Підшипник ковзання у зборі:
1 - скоба обтискна (Ст3, смуга 50x8, 4 шт.); 2 - поперечка рами середня; 3 - вкладиш-обтискання (з твердих порід дерева, 2 шт.); , 5 - болт М10 з гайкою та шайбою Гровера (4 компл.), 6 - шпилька М8 з двома гайками та шайбами (2 шт.).
Як електрогенератор в аналізованої мікро-ГЕС 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 виготовленнята конструкція переносної міні-ГЕС 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 міні-ГЕС та незривання її течією. Можливе додаткове використання розтяжок.
Визначивши за формулою (1) активну поверхню ротора і заміривши глибину річки в місці установки міні-ГЕС, 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 міні-ГЕС (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.
Рис. 4 Міні-ГЕС з вертикальним розташуванням роторів торцевого типу:
1 - штанга-опора, 2 - вузол нижнього підшипника, 3 - диск «гідроенергогірлянди» (3 шт.), 4 - ротор (D600, 2 шт.), 5 - вузол верхнього підшипника, 6 - вал робочий, 7 - трансмісія, 8 - електрогенератор, 9 - «гусак» з фарфоровим роликом і двожильним ізольованим проводом, 10 - хомут кріплення генератора, 11 - рухомий щиток-напрямна; а б - лопаті: розтяжки на верхньому кінці штанги-опори умовно не показані.
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 знов-таки 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 в джгути.
Для електропостачання малих сіл підійде гірляндна міні-ГЕС конструкції В. Блінова, що представляє не що інше, як ланцюжок бочкоподібних роторів Савоніуса діаметром 300-400 мм, закріплених на гнучкому тросі, протягнутому поперек 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 мікро-ГЕС на річках з глибиною менше одного метра.
Треба сказати, що В.Блінову до 1964 року вдалося створити кілька переносних та стаціонарних міні-ГЕС 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.
МК 10 1997 І. Докунін
Варіант №3
Саморобна гідроелектростанція (ГЕС) маленькій річці без греблі.
Відомо, що електрику виробляє генератор, вал якого обертає двигун. Двигун ГЕС влаштований просто: на рамі з колод укріплені стійки з двома колінчастими валами А та Б (див. рис. 3).
Кожен вал має три коліна, кути між якими дорівнюють 120°. Колінчасті вали з'єднані штангами, до яких прикріплені лопатки. На малюнку 1 ви бачите, що в Наразівсі лопатки штанги знаходяться внизу, вони занурені у воду і під її натиском переміщаються назад (вправо). Лопатки рухають штангу, а штанга, своєю чергою, повертає колінчасті вали. Як тільки коліна, з'єднані цією штангою, почнуть підніматися вгору, у воду занурюються лопатки штанги Г. Тепер вони вже вступають у роботу. Потім почнуть працювати лопатки штанги Д. До цього часу лопатки першої штанги пройдуть над поверхнею води і знову опустяться у воду. Отак і працюватиме двигун електростанції Логіна.
Якщо насадити на кінець одного з колінчастих валів шків і з'єднати його ремінною передачею зі шківом генератор постійного струму, генератор почне виробляти електрику. А якщо до ведучого шківа приробити шатун і з'єднати його з насосом, двигун качатиме воду на пришкільну ділянку, на ваш город.
Потужність двигуна залежить не тільки від швидкості течії води, а й від числа та площі лопаток, тобто від геометричних розмірів самого двигуна. А його можна зробити будь-яких розмірів відповідно пропорційно збільшуючи або зменшуючи розміри його деталей.
Рис. 1 Основні розміри частин міні ґес без греблі.
Ми даємо креслення двигуна, який при швидкості течії води 0,8—1 метр на секунду обертатиме генератор від легкового автомобіля. Напруга, що виробляється генератором, 12 В, а потужність - до 150 Вт.
Рис.2 Основні вузли саморобної ГЕС без греблі.
Перш ніж приступати до будівництва гідростанції, в майстерні або магазині, де продаються запчастини для автомобілів, підберіть генератор. Заготовте матеріали: дошки, колоди невеликого діаметру, сталевий дріт, кріплення. Підберіть місце, де буде перебувати електростанція. Бажано, щоб це була пряма ділянка річки. Тут треба визначити швидкість течії. Робиться це так. На вибраній ділянці довжиною 15-20 метрів намітте два поперечні створи. Після цього за допомогою невеликого поплавця, наприклад тріски, визначте швидкість течії води. Поплавець слід кидати у воду трохи вище верхнього стула і, стежачи за ним, по секундоміру відрахувати час проходження поплавця від верхнього стула до нижнього. Потрібно зробити 10—15 таких вимірів, кидаючи поплавок то далі, то ближче до берега, і за наслідками вимірів підрахуйте середню швидкість течії річки. Якщо вона лежить в межах 0,8-1 м/с, сміливо приступайте до будівництва.
Рис.3. Колінчасті вали міні ГЕС без греблі.
Як зробити найскладніші деталі міні ГЕС без греблі. Колінчастий вал міні Гес без греблі.
Його можна виготовити із цільного сталевого прута діаметром 16-20 мм. Але легше зробити його збірним (рис. 3). Спочатку наріжте із прута заготівлі деталей 1, 2, 3 і 4. Щечки колін зробіть із сталевої смуги товщиною 5 мм. На кінцях стрижнів запиляйте квадрати, а в щічках квадратні отвори. Після з'єднання деталей квадрати розклепуються. Спочатку слід зібрати частини колінчастого валу "а" і "б" (див. рис. 3). Потім треба розмітити і випиляти квадрати на вільних кінцях стрижнів 2 і 3 так, щоб середнє коліно (після збирання) було розташоване під кутом 120 по відношенню до крайніх.
Штанги із лопатками міні-ГЕС без греблі.
Пристрій передачі міні-ГЕС без греблі.
Колінчастий вал, а отже, і ведучий шків будуть обертатися зі швидкістю приблизно один оберт за дві секунди. Генератор може виробляти електричний струмпри 1000-1500 оборотах за хвилину. Щоб отримати таку кількість оборотів на генераторі, потрібна передача зі шківів різного діаметра (рис.).
Жолобчасті шківи виготовляються із фанери завтовшки 5 мм. Для кожного шківа слід випиляти по п'ять кіл. Вони збиваються цвяхами або стягуються саморізами. Ведучий шків, який міцно зміцнюється на кінці колінчастого валу, повинен мати діаметр не менше 700 мм. Два проміжні прибиваються один до одного і вільно надягають на вісь. Вони повинні легко обертатися на цій осі. Якщо швидкість обертання ведучого шківа буде 30 оборотів за хвилину, то діаметр малого проміжного шківа можна прийняти рівним 140 мм, а великого - 600 мм. Тоді шків генератора (діаметром 60 мм) обертатиметься зі швидкістю 1500 оборотів на хвилину. За інших числах оборотів ведучого шківа діаметри проміжних шківів будуть інші. Підрахувати їх розміри вам допоможе учитель праці.
Привідні ремені міні-ГЕС без греблі.
Шківи передачі з'єднуються приводними ременями. Щоб ремені завжди були добре натягнуті, зробіть їх із гумового джгута. Стару автомобільну камеру розріжте на довгі стрічки. Кожну стрічку скрутіть у джгут, а кінці склейте гумовим клеєм і туго перев'яжіть шпагатом.
Регулювання міні-ГЕС без греблі.
Після збирання механізму перевірте, чи вільно обертаються штанги. Повертаючи ведучий шків рукою, зауважте, яка зі штанг перешкоджає обертанню колінчастих валів. Після цього зніміть штангу і збільшіть один з отворів для шийки коліна так, щоб воно стало трохи довгастим.
В. Ківоносов, В. Слащіліна
Варіант №4
На більшості річок можна збудувати невеликі недорогі безплотні гідроелектростанції (ГЕС). Потужність таких електростанцій невелика, але достатньо для електрифікації будинку і навіть невеликого селища.
На річках зі швидкістю перебігу 0,8 метра в секунду і більше можна встановити бездротовий гідродвигун нового типу. Принцип дії цього двигуна зрозумілий з прикладених малюнків та схем.
Під натиском води лопатки переміщують штанги, рух яких обертає кривошип. На його валу сидить шків.
Обертання шківа і передається генератору. Потужність двигуна залежить від швидкості течії води.
У місцях, де швидкість течії невелика, потрібно звузити русло річки. Конструкція гідродвигуна, наприклад на 3,5 кіловата, настільки проста, що його можна зробити в будь-якому шкільному гуртку чи майстерні.
М. Логін
Саме на цьому місці ми спробуємо зробити нашу нову гідроелектростанцію. Раніше на цьому ставку вже були зроблені спроби створення саморобної ГЕС з білочого колеса з ремінною передачею на генератор (вона до речі показана на фото наприкінці статті), який давав струм близько 1Ампера, цього було достатньо для живлення кількох лампочок та радіоприймача в нашому маленькому мисливським будиночком. Ця електростанція успішно пропрацювала більше 2-х років, і ми вирішили створити на місці цієї міні греблі потужніший варіант аналогічний варіант гідроелектростанції.
Для виготовлення міні греблі ГЕС на м знадобиться:
Обрізання листового металу та куточки;
- Диски для колеса (використовувалися від корпусу генератора фірми Onan, що вийшов з ладу);
- Генератор (його зробили з двох дисків діаметром 11 дюймів від дискових гальмДоджа);
- Ведучий вал та підшипники – начебто теж від Доджа, ми не пам'ятаємо точно, так зняли їх своїми руками з якоїсь іншої саморобки;
- Мідний дріт перерізом приблизно 15 мм;
- трохи фанери;
- магніти;
- полістиролова смола для заливання ротора та статора.
Процес виготовлення
Лопаті ведучого колеса робимо з розрізаної на 4 частини 4-дюймової сталевої труби.
Ми зробили шаблон, який допоміг закласти з отвору Бічні поверхні колеса – диски діаметром 12 дюймів.
Робимо шаблон, за допомогою якого розмічаємо отвори для маточок (5 штук), а також позицію кут лопатей. У такому колесі, якщо подивитися збоку, вода б'є зверху, приблизно в районі 10 годин, проходить через середину колеса і виходить унизу, на 5 годинах, тому вода б'є по колесу двічі. Ми переглянули велику кількість фотографій і спробували змоделювати ширину та кут лопатей. На фото зверху – розмітка для країв лопатей та отвори для кріплення колеса до генератора. У колесі 16 лопатей.
Шаблон приклеїли до одного з дисків – майбутньої бічної поверхні колеса, обидва диски ми затиснули разом. На фото вище – свердління невеликих отворів для позиціонування лопатей.
Робимо проміжок між дисками в 10 дюймів, використовуючи шпильки з суцільним різьбленням, і максимально акуратно вирівнюємо їх перед встановленням лопатей.
Процес зварювання колеса показано на фото вище. Дуже важливо, щоб лопаті зроблені з оцинкованої сталевої труби. Перед зварюванням необхідно зачистити цинк із країв лопатей, оскільки при зварюванні гальванізований метал виділяє токсичний газ, чого ми намагаємося уникнути.
Готове колесо нашого майбутнього гесу, без генератора. На іншій стороні колеса (протилежній генератору) в бічному диску є отвір в 4 дюйми діаметром – для зручності прикручування до генератора, а також для очищення, щоб засунути руку та вийняти палиці та інше сміття, яке може занести всередину вода.
Сопло має таку саму ширину (10 дюймів), що і колесо, і близько 1 дюйма висоти з кінця, де виходить вода. Площа сопла трохи менше, ніж 4-х дюймова трубана яку сопло насаджено. На фото зверху ми гнемо металевий лист своїми руками для сопла.
Насаджуємо колесо на вісь, наша ГЕС практично готова, залишилося лише зробити та встановити генератор. Вся конструкція рухлива. Ми можемо рухати сопло вперед, назад, вгору, вниз. Колесо та генератор можуть рухатися вперед і назад.
Виготовлення генератора для ГЕС.>
Робимо обмотку статора та готуємо для заливання. Обмотка складається з 9 котушок, кожна котушка складається з 125 витків мідного дроту перерізом 1,5 мм. Кожна фаза складається з трьох послідовно з'єднаних котушок, ми вивели назовні 6 кінців, так що можемо зробити з'єднання як зіркою, так і трикутником.
А це статор – після заливання. (Для його заливки використовуємо поліестерову смолу) Його діаметр 14 дюймів (35.5 см), товщина 0,5 дюйма 1,3 см.
Робимо шаблон із фанери – для розмітки під магніти.
На фото – шаблон та один із гальмівних дисків (майбутній ротор).
Розставляємо за підготовленим шаблоном 12 магнітів розміром 2,5 х 5 см завтовшки 1,3 см.
Заливаємо ротор поліестеровою смолою, і коли смола засохне, ротор буде готовий до роботи.
Ось так виглядає наша майже закінчена гідроелектростанція у збиранні з генератором.
Фото з іншого боку. Під алюмінієвою кришкою - два мостові випрямлячі з 3-х фазного змінного струму в постійний. Шкала амперметра – до 6А. У цьому стані, коли повітряний проміжок між магнітними роторами зменшений до межі, машина видає 12,5 вольт при 38 об/хв.
У задньому магнітному роторі, є 3 настроювальні гвинти для регулювання повітряного зазору, для того, щоб генератор міг обертатися швидше за необхідністю, сподіваючись знайти оптимум.
На дозвіллі, участь у створенні ГЕС брало 17 осіб.
Приступаємо до виготовлення кріпильних елементів, для цього спочатку очищаємо з листового металу та куточків всю іржу, ґрунтуємо та фарбуємо, це звичайно не обов'язково, але так красивіше, та й вид товарний буде.
Наш генератор з водяним колесом готовий, залишилося лише встановити його!
Було б непогано спорудити екран від бризок для генератора, який би обертався разом з колесом, але ми так і не знайшли відповідного матеріалу. Тому вирішили зробити це згодом, якщо ГЕС запрацює.
Ще фото генератора із водяним колесом. Сопло ще не встановлено, воно ззаду в кузові і ми невдовзі його поставимо.
На фото – місце, де ми хочемо її поставити. 4-дюймова труба виходить знизу запруди, перепад близько 3-х футів. Ми забираємо лише невелику частину водяного потоку.
Ця наша стара мікро-ГЕС, яка пропрацювала 2 роки, включаючи зими. Її вистачало на 1 ампер (12 Ватт) або близько того. Це білизна колесо, з ременной передачею на двигун від комп'ютерного стрімера фірми Ametek. Натяг ременя критичний для успішної роботи, його треба часто налаштовувати. Ми сподіваємося, що зробили щось краще за це.
Ось і наша ГЕС на місці, робимо її налаштування. Зрештою, ми приходимо до теоретично передбачених параметрів: найкращий результат виходить, коли вода входить на 10 годин колісного диска, і виходить близько 5 годин.
Запрацювало! Вихід близько 2 Ампер (1,9 якщо бути точним). Збільшити струм не вдається. Налаштування виконувати нелегко – кожне пересування колеса потребує відповідного пересування сопла, і навпаки. Ще ми можемо змінювати повітряний зазор та змінювати з'єднання із зірки на трикутник. Результат явно краще у зірки - потужність вища, ніж у трикутника при тих же обертах. У результаті ми зупинилися на зірці, із зазором 1,25 дюйма (досить багато).
Машинку можна зробити трохи дешевше, якщо використовувати менш потужні магніти і менший повітряний зазор або вона може видавати більше струму з тими ж магнітами, меншим зазором і котушками з великою кількістю витків. Колись ми цим займемося. А поки що - колесо видає 160 об/хв на холостому ходу, 110 об/хв під навантаженням, виробляючи 1,9 А х 12В.
Насолоди ми отримали море, було дуже весело, та й міні-ГЕС непогано працює. Нам все ж таки потрібен екран на генератор – у річці повно магнетитового піску! Кожні кілька годин доводиться очищати магнітні ротори піщаних наростань. Треба або ставити екран, або зробити кілька потужних магнітів на вході в трубу.
За матеріалами сайту: Otherpower.com
Регулярне зростання цін на електроенергію змушує багатьох замислюватися над питанням альтернативних джерелодержання електрики. Одне з найкращих рішеньу разі - гідроелектростанція. Пошуки вирішення цього питання стосуються не лише масштабів країни. Все частіше можна побачити міні-гідроелектростанції для дому (дачі). Витрати у такому разі будуть лише на будівництво та технічне обслуговування. Мінус подібної споруди в тому, що її зведення можливе лише за певних умов. Необхідна наявність водяного потоку. До того ж зведення даної конструкції у дворі вимагає дозволу місцевих органів влади.
Схема міні-гідроелектростанції
- Руслові, характерні для рівнин. Вони встановлюються на річках із несильним потоком.
- Стаціонарні використовують енергію водних річок із швидким потоком води.
- ГЕС, що встановлюються у місцях перепаду водного потоку. Зустрічаються найчастіше у промислових організаціях.
- Мобільні, які будуються із застосуванням армованого рукава.
Для будівництва ГЕС достатньо навіть невеликого струмка, що протікає дільницею. Власники будинків із центральним водопостачанням не повинні зневірятися.
Однією з американських компаній розроблено станцію, яку можна вбудовувати у водопостачальну систему будинку. У водопровід вбудовується турбіна невеликих розмірів, яка починає рухатися за рахунок потоку води, що рухається самопливом. Це знижує швидкість потоку води, але знижує собівартість електроенергії. До того ж ця установка повністю безпечна.
Влаштовуються навіть міні-гідроелектростанції в каналізаційної труби. Але їхнє будівництво потребує створення певних умов. Вода трубою повинна стікати природним чином за рахунок ухилу. Друга вимога - діаметр труби має бути придатним для влаштування обладнання. А це неможливо зробити в окремому будинку.
Класифікація міні-ГЕС
Міні-гідроелектростанції (будинки, в яких вони використовуються, здебільшого відносяться до приватного сектору) найчастіше відносяться до одного з таких типів, які відрізняються принципом роботи:
- Водяне колесо – традиційний тип, який найбільш простий у виконанні.
- Пропелер. Використовують у випадках, коли річка має русло шириною понад десять метрів.
- Гірлянда встановлюється на річках із несильним потоком. Для посилення швидкості течії води використовують додаткові споруди.
- Ротор Дар'ї встановлюється зазвичай, на промислових підприємствах.
Поширеність цих варіантів обумовлена тим, що де вони вимагають будівництва греблі.
Водяне колесо
Це класичний вид ГЕС, який є найбільш популярним для приватного сектору. Міні-гідроелектростанції даного типу є велике колесоздатне обертатися. Його лопаті опускаються у воду. Решта конструкції знаходиться над руслом, змушуючи рухатися весь механізм. Потужність передається через гідропривід генератору, що виробляє струм.
Пропелерна станція
На рамі у вертикальному положенні розташовується ротор і підводний вітряк, що опускається під воду. Вітряк має лопаті, що обертаються під впливом потоку води. Кращий опір чинять лопаті шириною два сантиметри (при швидкому потоці, швидкість якого, тим не менш, не перевищує двох метрів на секунду).
В даному випадку лопаті наводяться в рух за рахунок води, що виникає а не за рахунок тиску. Причому напрямок руху лопат перпендикулярно напрямку течії потоку. Цей процес схожий на роботу вітрових електростанцій, що тільки працює під водою.
Гірляндна ГЕС
Даного типу міні-гідроелектростанції є тросом, натягнутим над руслом і закріпленим в опорному підшипнику. На ньому у вигляді гірлянди навішені та жорстко закріплені турбіни невеликого розміру та ваги (гідровінгротори). Вони складаються із двох напівциліндрів. За рахунок суміщення осей при опусканні у воду в них створюється момент, що крутить. Це призводить до того, що трос згинається, натягується та починає обертатися. У цій ситуації трос можна порівнювати з валом, який служить передачі потужності. Один із кінців троса з'єднаний з редуктором. На нього і передається потужність від обертання троса та гідровінгроторів.
Підвищити потужність станції допоможе наявність кількох "гірлянд". Їх можна поєднати між собою. Навіть це не сильно підвищує ККД цієї ГЕС. Це один із мінусів подібної споруди.
Ще один недолік даного виду - створювана ним небезпека для оточуючих. Подібного роду станції можна використовувати тільки в безлюдних місцях. Наявність попереджувальних знаків є обов'язковою.
Ротор Дар'ї
Міні-гідроелектростанцію для приватного будинку цього виду названо так на честь її розробника - Жоржа Дар'ї. Запатентована дана конструкція була ще 1931 року. Є ротором, на якому знаходяться лопаті. Для кожної лопаті в індивідуальному порядку підбираються потрібні параметри. Ротор опускається під воду у вертикальному положенні. Лопаті обертаються за рахунок перепаду тиску, що виникає під дією протікання по поверхні води. Цей процес подібний до підйомної сили, що змушує літаки злітати.
Даний вид ГЕС має добрий показник ККД. Втричі перевага – напрямок потоку не має значення.
З недоліків цього можна виділити складну конструкціюта непростий монтаж.
Переваги міні-ГЕС
Незалежно від виду конструкції міні-гідроелектростанції мають ряд переваг:
- Екологічно безпечні, не виробляють шкідливих речовин для атмосфери.
- Процес отримання електрики відбувається без утворення шуму.
- Вода залишається чистою.
- Електрика виробляється постійно, незалежно від часу та погодних умов.
- Для облаштування станції достатньо навіть невеликого струмка.
- Надлишок електроенергії можна продати сусідам.
- Не потрібно багато роздільної документації.
Міні-гідроелектростанція своїми руками
Побудувати для отримання електроенергії можна самостійно. Для приватного будинку достатньо двадцяти кіловат на добу. З таким значенням упорається навіть міні-ГЕС, зібрана своїми руками. Але при цьому слід пам'ятати, що цей процес характеризується рядом особливостей:
- Точні розрахунки провести досить важко.
- Розміри, товщина елементів вибирається «на око» лише досвідченим шляхом.
- Саморобні споруди не мають захисних елементів, що призводить до частих поломок та пов'язаних із цим витрат.
Тому якщо немає досвіду та певних знань у даній сфері, краще відмовитись від ідеї такого роду. Дешевше може бути придбання вже готової станції.
Якщо все ж таки наважуєтеся робити все своїми руками, то починати необхідно з вимірювання швидкості потоку води в річці. Адже від цього залежить потужність, яку можна одержати. Якщо швидкість буде менше одного метра за секунду, то будівництво міні-гідроелектростанції в цьому місці не виправдає себе.
Ще один етап, який не можна опускати – це розрахунки. Необхідно ретельно розрахувати розмір витрат, що підуть на будівництво станції. В результаті може виявитися, що гідроелектростанція - не кращий варіант. Тоді слід звернути увагу на інші види альтернативної електроенергії.
Міні-гідроелектростанція може стати оптимальним рішенням щодо економії витрат на електроенергію. Для її будівництва потрібна наявність річки недалеко від будинку. Залежно від бажаних характеристик можна підібрати потрібний варіант ГЕС. За правильного підходу виконати подібну споруду можна навіть своїми руками.
