Гидротурбина своими руками - строительство и ремонт

Перед тем как построить мини-ГЭС своими руками, необходимо определить мощность, на которую можно рассчитывать. Существует эталонная зависимость между расходом воды и мощностью, которую можно снять с вала в кВт при диаметре пропеллера 1 м.

Содержание

Бесплатная энергия из потока. Мини гидроэлектростанция своими руками

Давайте сначала определимся с принципом работы и типами малых гидроэлектростанций. Течение реки или падающий поток воды вращает лопасти турбины и гидроэнергетический кабель, который соединен с электрогенератором – последний вырабатывает электроэнергию. Современные компактные гидроэлектростанции управляются автоматически, с возможностью немедленного ручного управления в случае чрезвычайной ситуации. Конструкция современных гидроэлектростанций позволяет проводить минимальные строительные работы при установке оборудования.

Типы мини-гидроэлектростанций

Мини-электростанции включают в себя генерирующее оборудование мощностью от 1 кВт до 3 000 кВт. В основном, тепловая электростанция состоит из:

турбина (водозаборник);
генераторного блока; системы управления.
системы управления.

Канальные электростанции. Такие электростанции строятся на небольших равнинных реках с водохранилищами.
Горные. Стационарные электростанции, использующие энергию быстрых горных потоков.
Промышленные. Станции, использующие разницу в расходе воды на промышленных предприятиях.
Мобильные. Станции, использующие армированные шланги для подачи воды.

Электростанции плотинного типа имеют высокий КПД, но плотины дороги в строительстве и не требуют разрешений. Иметь дело с чиновниками в нашей стране – это не только усложнить себе жизнь, но и поставить под сомнение реализацию самых благих намерений, поэтому от этой идеи мы отказываемся сразу.

Как работает мини-гидроэлектростанция

Принципиальная схема гидроэлектростанции может быть выбрана из нескольких вариантов:

Цепная гидроэлектростанция. Трос с нанизанными на него роторами прокладывается под водой от одного берега реки к другому. Течение вращает роторы и, таким образом, сам кабель. Один конец кабеля находится в подшипнике, а другой подключен к генератору.
Пропеллер. Подводная конструкция, напоминающая ветряную турбину с узкими лопастями и вертикальным ротором. Ширина лопасти составляет всего 20 мм, при этом скорость вращения высокая, что обеспечивает минимальное сопротивление. Лопасть такой ширины выбирается для скорости течения от 0,8 до 2,0 м/с.
Водяное колесо. Колесо с лопастями, частично погруженными в поток воды и установленными под прямым углом к поверхности воды. Поток воды давит на лопасти, вращая колесо.
Рабочее колесо Дарье. Вертикальный ротор со сложенными поверхностями лопастей. Жидкость, протекающая вокруг лопастей, создает разное давление, благодаря чему происходит вращение.

2005 Реферат патентаСвободнотекущая микрогидроэлектростанция

Разработано устройство для преобразования кинетической энергии свободно текущей воды в электрическую энергию. Микрогидроэлектростанция состоит из водяной турбины с горизонтальной осью вращения, соединенной с герметичным электрогенератором, погруженным в воду. Электростанция оснащена базовой рамой, на концах которой установлены панели, образующие слияние на входе потока воды и диффузор на выходе. Электрогенератор представляет собой тихоходный генератор, вал которого непосредственно соединен с валом гидротурбины, состоящей из отдельных секций, установленных на подшипниковых опорах. Каждая секция содержит одну или несколько лопастей, смещенных относительно друг друга под равными углами. Каждый движитель состоит из двух встречно вращающихся лопастей, представляющих собой профиль NASA, измененный путем выполнения углубления на нижней плоскости с максимальной глубиной 10-14% от максимальной высоты профиля, и установленных на стойках, закрепленных на валу гидротурбины с возможностью постоянного перемещения лопастей в радиальном и угловом направлениях. Конструкция микрогидроэлектростанции позволяет снизить стоимость ее изготовления и монтажа. 4 илл.

Модель изобретенияRU 2 247 859 C1

Погружная свободнопоточная микрогидроэлектростанция, содержащая гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенную с погруженным в воду герметичным электрогенератором, отличающаяся тем, что микрогидроэлектростанция снабжена несущей рамой, состоящей из секций, на концах которых установлены щиты, образующие слияние на входе потока воды и диффузор на выходе; в качестве электрогенератора используется низкооборотный генератор, вал которого непосредственно соединен с валом гидротурбины, выполненный из отдельных секций, установленных в подшипниковых опорах, каждая из которых содержит один или несколько лопастных движителей, смещенных относительно друг друга на равный угол, каждый движитель состоит из двух противоположных лопастей, каждая из которых представляет собой профиль NASA, измененный путем создания углубления на нижней плоскости с максимальной глубиной 10-14% от максимальной высоты профиля, и Гидроэлектростанции для непромышленного применения оснащены гидравлическим валом турбины с постоянным движением лопастей в радиальном и угловом направлениях.

Гидроэлектростанции для непромышленного применения

Гидроэлектростанции – это устройства, способные преобразовывать энергию движения воды в электричество. Альтернативные "зеленые" источники энергии активно используются только на Западе. В нашей стране эта перспективная отрасль делает только первые пробные шаги.

Фотогалерея
Фото из

Выработка электроэнергии путем извлечения потенциала воды – одно из перспективных направлений "зеленой энергетики". Ее преимущества заключаются в использовании неисчерпаемых бесплатных ресурсов нашей планеты при минимальном ущербе для окружающей среды.

К малым гидроэнергетическим установкам относятся мини-ГЭС мощностью от 3-100 кВт до 25 МВт.

Использование гидроэнергии для выработки электроэнергии не обязательно требует наличия стремительной горной реки или строительства большой плотины. Достаточно просто сузить русло небольшой реки или ручья.

Турбина небольшой гидроэлектростанции может расчистить даже относительно небольшой канал, в который вода поступает из близлежащего водохранилища или ручья.

Малые гидроэлектростанции, установленные непосредственно в водном потоке, просты, но не имеют возможности регулировать силу и объем потока. Миниатюрное водохранилище обеспечивает управляемость

Наиболее перспективными для создания мини-ГЭС являются горные ручьи с характерным перепадом высот. Однако аналогичные условия можно создать и для реки, текущей по равнине

Все виды вращения и завихрения воды, которые можно создать искусственно путем заливки бетонных конструкций, способствуют повышению эффективности мини-ГЭС.

Для повышения эффективности конструкторы малых гидроэлектростанций совершенствуют турбины. Например, обычный лопастной ротор заменяется многолопастным винтом.

Использование воды для выработки электроэнергии
Один из традиционных вариантов для малых гидроэлектростанций
Сужение канала для извлечения энергии
Канал с лопастями
Вариант канала с небольшим водохранилищем
Перепады высот в русле ручья или реки
Искусственно созданный турбинный вихрь
Винтовая турбина большей мощности

Небольшие частные гидроэлектростанции могут быть плотинами на крупных реках, вырабатывающими от десяти до нескольких сотен мегаватт, или мини-ГЭС с максимальной мощностью 100 кВт, что вполне достаточно для нужд частного дома. О последних мы сейчас расскажем более подробно.

Условия для строительства гидроэлектростанции

Несмотря на привлекательную дешевизну гидроэнергетики, важно учитывать источник воды, ресурсы которой вы планируете использовать для собственных нужд.

В конце концов, не каждый ручей подходит для мини-ГЭС, особенно круглогодичной, поэтому не помешает иметь в резерве возможность подключения к централизованной магистрали.

Некоторые плюсы и минусы

Основные преимущества индивидуальной гидроэлектростанции очевидны: недорогое оборудование, которое производит дешевую электроэнергию и при этом не вредит природе (в отличие от плотин, которые перекрывают течение реки). Однако систему нельзя назвать полностью безопасной – вращающиеся элементы турбин все же могут травмировать подводных обитателей и даже людей.

Для предотвращения несчастных случаев гидроэлектростанцию следует огородить или, если система полностью скрыта водой, установить предупреждающий знак на береговой линии

В отличие от других "бесплатных" источников энергии (солнечные батареи, ветряные турбины), гидросистемы могут работать независимо от времени суток и погоды. Единственное, что может им помешать, – это замерзание водоема.
Для гидрогенератора не нужна большая река – те же водяные колеса можно успешно использовать даже в небольших (но быстрых!) ручьях.
Электростанции не имеют выбросов, не загрязняют воду и практически бесшумны.
Для установки мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не требуется никаких разрешений (хотя это зависит от местных властей и типа станции).
Излишки электроэнергии можно продавать соседним домам.

Что касается недостатков – недостаточный поток может стать серьезным препятствием для продуктивной работы оборудования. В этом случае потребуется возведение вспомогательных сооружений, что влечет за собой дополнительные расходы.

Установка гидроэлектрогенератора

Подготовительные работы к демонтажу
Для начала необходимо разобрать стиральную машину, оставив только нужные детали.

Стиральная машина вертикального типа, поэтому снимите переднюю крышку и выньте электронную панель управления режимом стирки.

Вытащите внешний барабан и отсоедините насос и шланги подачи лишней воды.

Нам не нужен циферблат стирки, а также внутренний стальной контейнер для белья.

Все, что должно остаться – это внешний пластиковый барабан и мотор на валу.

Изготовление водяной турбины

Резиновая прокладка, вырезанная из старой камеры, поможет уплотнить наш вал. Проделайте в ней отверстие посередине и плотно наденьте на шток вала.

Маленькое колесо Пелтона будет приводить в движение водозаборник. Этому изобретению почти сто пятьдесят лет, оно используется и сегодня, даже на некоторых гидроэлектростанциях. Его нужно прикрепить к валу так, чтобы оно могло свободно двигаться и не касаться корпуса.

Размечаем в корпусе отверстие для подачи воды и сверлим его корончатым сверлом.

С помощью лобзика или сабельной пилы делаем прямоугольное сливное отверстие и прикручиваем к нему кусок водонепроницаемого брезента. Должно получиться вот так (фото).

Мини-гидроэлектростанция из велосипедных деталей и труб ПВХ

Если рядом с вашим садом протекает быстрый ручей, вы можете установить в нем мини-ГЭС. Этот альтернативный источник энергии обеспечивает бесплатное электричество круглосуточно и лучше, чем солнечные батареи и ветряные турбины. Вы можете построить небольшую гидроэлектростанцию, используя минимум доступных материалов.

Что вам потребуется:

Двигатель постоянного тока;
роликовая цепь;
набор велосипедных звездочек;
велосипедное колесо;
стальной лист толщиной 3-6 мм;
адаптер вала двигателя;
пластиковая труба 200 мм;
стальная труба 1/2";
болты, гайки;
круглый стальной прут 10-12 мм.

Двигатель постоянного тока можно использовать в качестве генератора на гидроэлектростанции без каких-либо модификаций.

Для его вращения необходимо собрать ротор и соединить его с валом двигателя с помощью цепной передачи. Для изготовления ротора используется велосипедное колесо.