С появлением дач и ферм на пустырях вдали от сети, а также резким ростом цен на топливо и электроэнергию, старая идея автономного энергоснабжения, широко использующего природную энергию солнца, ветра и воды, стало реальностью. В частности, растет интерес к мини-ГЭС и микроГЭС.
Две из этих гидроэлектростанций, которые вы можете построить самостоятельно, — это микро-ГЭС, сделанные своими руками, и плавучие малые гидроэлектростанции без плотин. Далее появилась конструкция, прототипом которой стала безнапорная (модель 1964 года) ГЭС «Гирлянда» В. Блинова.
Гидроэлектростанция, которую мы собираемся описать, является свободноточной и имеет довольно оригинальную турбину из так называемых роторов
Савониус нанизан на общий (возможно, гибкий композитный) приводной вал. Для установки не требуются плотины или другие крупные гидротехнические сооружения. Способные работать с максимальной эффективностью даже на мелководье, в сочетании с простотой конструкции, компактностью и надежностью, эти гидроэлектростанции подходят для фермеров и садоводов, имеющих земельные участки вблизи небольших водотоков (рек), ручьи и канавы).
Известно, что в отличие от плотин безнапорные гидроэлектростанции используют только кинетическую энергию текущей воды.
Формула определения мощности:
N=0,5*p*V3*F*n (1),
где
- Н – мощность рабочего вала (Вт);
- р – плотность воды (1000 кт/м3);
- V – скорость реки (м/с);
- F – площадь сечения активной (погружаемой) части рабочего органа гидромашины (м2);
- n – эффективность преобразования энергии.
как видно из Уравнения 1, если скорость реки 1 м/с, то в идеале (при n=1) мощность соответствует всего 500 Вт на квадратный метр площади поперечного сечения рабочей части гидравлическая машина. Эта величина явно мала для промышленного использования, но достаточна для подсобного участка фермера или дачника. Кроме того, его можно увеличить, эксплуатируя параллельно несколько «гидроэнергетических гирлянд».
И еще один тонкий момент. Скорость течения реки варьируется от участка к участку. Поэтому, прежде чем приступить к строительству мини-ГЭС, необходимо определить энергетический потенциал реки простым методом, изложенным в этой статье >>>. Просто помните, что расстояние, пройденное измерительным поплавком, разделенное на время прохождения, соответствует средней скорости потока в этой области.
Также обратите внимание, что этот параметр меняется со временем.
Поэтому проектные расчеты должны основываться на средних скоростях речного стока (за планируемый период эксплуатации малой ГЭС.
Рисунок 1. Ротор Савониуса для самодельной мини ГЭС типа «гирлянда:
а, б – лопасти; 1 – боковая, 2 – торцевая.
Далее необходимо определиться с размером активной части гидромашины и ее типом. Вся мини-ГЭС должна быть максимально простой и несложной в изготовлении, поэтому наиболее подходящим типом преобразователя является окончательная конструкция ротора Савониуса. При работе при полном погружении в воду величина F равна произведению диаметра ротора D на его длину L, которую можно принять n=0,5. Частота вращения f определяется с приемлемой для практики точностью по следующей формуле:
f=48 В/3,14D (об/мин) (2).
Чтобы гидроэлектростанция была максимально компактной, мощность, указанную в расчетах, должна быть соотнесена с фактической нагрузкой, а ее электроснабжение должно обеспечиваться мини-ГЭС (в отличие от ветряных турбин, (поскольку течет ток). (постоянно подается в сеть потребителя). Это электричество обычно используется для питания ламп, телевизоров, радиоприемников и холодильников. При этом только последний находится в постоянной работе в течение суток. Остальные приборы работают в основном вечером. Исходя из этого, мы рекомендуем перекрывать пиковую нагрузку аккумуляторами, заряжаемыми от мини-ГЭС, и ориентироваться на максимальную мощность от одной «гидроэнергетической гирлянды» около 250-300 Вт.
передача крутящего момента от рабочего вала гидроэлектростанции на шкив генератора обычно осуществляется с помощью промежуточного редуктора. Однако, строго говоря, этот фактор можно исключить, если рабочая частота вращения генератора, использованного в конструкции микроГЭС, составляет менее 750 об/мин. Однако зачастую нам приходится отказываться от прямого общения.
фактически у большинства отечественных генераторов рабочая частота вращения на выходе находится в пределах от 1500 до 3000 об/мин. Это означает, что требуется дополнительная координация между валом ГЭС и генератором.
Теперь, когда предварительная теоретическая часть позади, давайте рассмотрим конкретную конструкцию. У каждого есть свои преимущества.
Например, здесь мы имеем полужесткую свободноточную миниатюру с двумя соосными, горизонтально расположенными горизонтальными роторами Савониуса, повернутыми на 90 градусов друг к другу и жестко соединенными (для облегчения самозапуска) гидроэлектростанции. Кроме того, основные детали и узлы этой самодельной гидроэлектростанции изготовлены из дерева – самого доступного и «покладистого» строительного материала.
Предлагаемая мини-ГЭС находится под водой. То есть его опорный каркас ставится поперек водного пути внизу и укрепляется оттяжками или столбами (например, если рядом есть переход, спуск для лодок и т.п.). Это делается для того, чтобы конструкция не была унесена самим водным путем.
Фигура 2. Погружная малая ГЭС с горизонтальным поперечным ротором:
1 – базовый лонжерон (балка 150х100, 2 шт), 2 – нижняя поперечина (доска 150х45, 2 шт), 3 – средняя поперечина (балка 150х120, 2 шт), 4 – стояк (круглый по диаметру) 100 шт, Четыре.), 5 верхний лонжерон (доска 150х45, 2 шт), 6 – верхняя поперечина (доска 100х40, 4 шт), 7 – вал промежуточный (нержавеющая сталь, диаметр стержня 30), 8 – шкив, 9 – машина постоянной мощности тока, 10 — «Гусак» с фарфоровыми роликами и двухжильным изолированным проводом, 11 — Опорная плита (плата 200х40), 12 — Приводной шкив, 13 — Деревянный подшипниковый узел (2 шт.), 14 — Ротор «Гидро Энергия Гирлянда» (Д600, Л1000, 2 шт), 15 дисков (из досок толщиной 20-40 мм, прибитых к щиту, 3 шт). Металлические элементы крепления (в том числе раскосы, ступицы внешних дисков) не показаны.
Разумеется, глубина реки в месте установки малой ГЭС должна быть меньше высоты несущего каркаса. В противном случае избежать попадания воды в генератор будет очень сложно (а то и невозможно). Теперь, если место, где планируется установить малую ГЭС, имеет глубину более 1,5 метров, или если объем воды большой и скорость стока существенно меняется в течение года (кстати, это очень характерно для снега) питающие водные пути)), в этом случае рекомендуется оснастить данную конструкцию поплавком. Это также облегчает перемещение при установке в реках.
Несущий каркас мини ГЭС представляет собой прямоугольный каркас из дерева, досок и небольших бревен, закрепленный гвоздями и проволокой (тросами). Металлические части конструкции (гвозди, болты, хомуты, уголки и т.п.) по возможности должны быть изготовлены из нержавеющей стали или других коррозионностойких сплавов.
Ну а эксплуатация таких малых ГЭС в российских условиях зачастую возможна только сезонно (потому что большинство рек замерзает), поэтому по истечении срока эксплуатации возведенные на суше сооружения подлежат тщательному осмотру. Несмотря на принятые меры предосторожности, гнилые деревянные элементы или проржавевшие металлические детали будут немедленно заменены.
одним из основных узлов нашей мини-ГЭС является «гидроэнергетическая гирлянда», состоящая из двух плотно закрепленных (составляющих одно целое на рабочем валу) роторов. Диски компании легко изготавливаются из досок толщиной от 20 до 30 мм. Для этого создайте из них щит и с помощью циркуля начертите круг диаметром 600 мм. Затем разрежьте каждую доску по полученной кривой. Сколачив заготовку на две полосы (для придания необходимой жесткости), повторите все трижды, в зависимости от количества необходимых дисков.
Что касается лопастей, то мы рекомендуем изготовить их из кровельного железа. Еще лучше – разрезанная пополам (по оси) цилиндрическая емкость (бочка) из нержавеющей стали подходящего размера, в которой обычно хранятся и транспортируются сельскохозяйственные удобрения и другие агрессивные вещества.
В крайнем случае, клинок может быть изготовлен и из дерева. Однако их вес значительно увеличивается (особенно после длительного пребывания в воде). И об этом необходимо помнить при создании мини ГЭС на плаву.
К концу «гидроэнергетической гирлянды» прикреплена опора в форме шипа. В основном это короткие цилиндры с широким фланцем и торцевой прорезью под ключ. Фланец крепится к соответствующему диску ротора четырьмя болтами.
Подшипники размещены на центральной перекладине для уменьшения трения. А поскольку обычные шариковые и роликовые подшипники для работы под водой не подходят, используются самодельные деревянные подшипники. Конструкция каждого из них состоит из двух зажимов и вставной доски с отверстием для прохождения шиповой опоры. Кроме того, центральный вкладыш подшипника расположен так, чтобы волокна древесины были параллельны валу. Кроме того, были приняты специальные меры для обеспечения надежной фиксации вставной доски от боковых смещений. Это делается с помощью стяжных болтов.
Рисунок 3. Узел подшипника скольжения:
1 — обжимной кронштейн (Ст3, полоса 50х8, 4 шт.), 2 — средняя поперечина рамы, 3 — обжимная вставка (из твердой древесины, 2 шт.), 4 — сменная вставка (из твердой древесины, 2 шт.), 5 — болты М10, Гайки и шайбы Гровера (4 комплекта), 6 – шпильки М8, 2 гайки и шайбы (2 шт.).
В качестве генератора рассматриваемой микроГЭС может быть использован любой автомобильный генератор. Генерирует напряжение 12–14 В постоянного тока и легко подключается как к батареям, так и к электроприборам. Мощность этих машин составляет примерно 300 Вт.
Конструкция переносной мини-ГЭС с вертикальным расположением «гирлянды» и генератора также вполне приемлема для самостоятельного изготовления. По мнению авторов разработки, такие ГЭС используют меньше всего материалов. Несущая конструкция оборудования, фиксирующая его положение на русле реки, представляет собой полый стальной стержень (например, из отрезка трубы). Его длина подбирается исходя из характера дна русла и скорости течения. Кроме того, острые концы стержней вбиваются в дно, что обеспечивает устойчивость малой ГЭС и отсутствие перебоев из-за течения. Также возможно дополнительное применение при растяжках.
Диаметр использованного здесь ротора Савониуса легко рассчитать, определив активную площадь поверхности ротора по уравнению (1) и измерив глубину реки в месте расположения малой ГЭС. Для простой и самозапускающейся конструкции подойдет «гидроэнергетическая гирлянда», состоящая из двух роторов, соединенных так, что лопасти первого ротора смещены на 90° (вдоль оси вращения) относительно второго ротора создать . Кроме того, для повышения эффективности работы на боковой конструкции противотока установлен щиток, выполняющий роль направляющего аппарата.
Теперь приводной вал закреплен на подшипниках скольжения на верхней и нижней опорах. В принципе, для кратковременной эксплуатации мини-ГЭС (например, пешие походы) можно использовать шарикоподшипники большого диаметра. Однако если в воде есть песок или ил, вам придется промывать ее чистой водой после каждого использования.
Рис. 4. Малая ГЭС с вертикальными концевыми роторами:
1 — Опорная тяга, 2 — Нижний подшипниковый узел, 3 — Диски «Гидро Энергия Гирлянда» (3 шт.), 4 — Ротор (D600, 2 шт.), 5 — Верхний подшипниковый узел, 6 — Рабочий вал, 7 — Трансмиссия, 8 – генератор, 9 – «гусак» с фарфоровыми роликами и двухжильным изолированным проводом, 10 – зажим крепления генератора, 11 – подвижная направляющая панель; а, б — Отвал: раскос на верхнем конце опорного стержня не показан.
В зависимости от веса «гидроэнергетической гирлянды» и необходимости разбирать ее на части опоры прикручиваются к стержням болтами и привариваются. Верхний конец рабочего вала гидромашины является одновременно входным валом мультипликатора, для которого (в самых простых и технологичных) может использоваться ремень.
генератор снова взят из автомобиля. Легко крепится к опорным стержням с помощью зажимов. Сами провода от генератора также должны быть надежно гидроизолированы. Точные геометрические пропорции промежуточной передачи на схеме не показаны. Это потому, что это зависит от параметров вашего конкретного генератора. Ну а приводной ремень можно сделать из старой автомобильной камеры, разрезать его на полоски шириной 20 мм и скрутить в жгут.
Для электроснабжения небольших деревень подойдет мини-ГЭС типа «гирлянда» конструкции В. Блинова. Это не что иное, как цепочка из бочкообразных роторов Савониуса диаметром 300-400 мм, прикрепленных к натянутому гибкому тросу пересечь реку. Один конец троса крепится к шарнирной опоре, а другой конец крепится к валу генератора через простой мультипликатор. При скоростях потока от 1,5 до 2,0 м/с цепь ротора достигает максимальной скорости 90 об/мин. А за счет небольших размеров элементов «гидроэнергетической гирлянды» эксплуатировать эту микро-ГЭС можно на реках глубиной менее 1 метра.
До 1964 года В. Блинову удалось создать несколько передвижных и стационарных малых ГЭС собственной конструкции, крупнейшая из которых была построена вблизи деревни Порошки (Тверская область) Надо сказать, что это была гидроэлектростанция. Здесь пара гирлянд питала два штатных автомобильных и тракторных генератора общей мощностью 3,5 кВт.
МК 10 1997 г. И. Докунин
- Хотите связаться со мной?
