Расчет схемы водяные электростанции своими руками. Микро ГЭС своими руками из Металла и Дерева
Сила водного потока – это возобновляемый природный ресурс, позволяющий получать практически бесплатное электричество. Подаренная природой энергия предоставит возможность сэкономить на коммунальных услугах и решить проблему с подзарядкой техники.
Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, ими стоит воспользоваться. Они смогут обеспечить электроэнергией участок и дом. А уж если построена гидроэлектростанция своими руками, экономический эффект возрастает в разы.
В представленной статье детально описаны технологии изготовления частных гидротехнических сооружений. Мы рассказали о том, что потребуется для устройства системы и подключения ее к потребителям. У нас вы узнаете о всех вариантах миниатюрных поставщиков энергии, собранных из подручных материалов.
Гидроэлектростанции – это сооружения, способные преобразовать энергию движения воды в электричество. пока активно эксплуатируются только на Западе. На территории нашей страны эта перспективная отрасль лишь делает первые робкие шаги.
Галерея изображений
Меня всегда привлекало получение бесплатной энергии из природных ресурсов. И как-то у меня зародилась идея сделать простую мини электростанцию, которая бы вырабатывала электричество из проходящего мимо водяного ручья.
Все началось с идеи использовать барабан старой стиральной машины в качестве водяного колеса – миниатюрной самодельной гидроэлектростанции.
К барабану с помощью металлических уголков были прикреплены прямые лопасти из влагостойкой фанеры.
Крутящий момент с водяного колеса передается за счет ремня на велосипедную динамо-машину (генератор постоянного тока). Выработанная электроэнергия поступает на светодиод. Достаточно рукой слегка прокрутить колесо, и светодиод начнет мигать.
Основа всей конструкции – велосипедная рама.
Два подшипника позволяют водяному колесу свободно крутится.
Первые испытания на маленькой речке показали, что водяное колесо на раме установлено слишком высоко, что не дает потоку воды его нормально раскручивать.
После небольших изменений в конструкции рамы колесо стало располагаться ниже и скорость вращения резко возросла. Как результат, начала вращаться динамо-машина и светодиод на 4,5 В загорелся.
Вот так из старого хлама получилась самодельная гидроэлектростанция.
Далее мини ГЭС в сборе была установлена на небольшой ручей.
Вырабатывает она всего несколько вольт, но их достаточно для свечения светодиода.
Это был неплохой эксперимент для начала.
Дальнейшее усовершенствование в проекте
Дальнейшее усовершенствование водяного колеса должны затронуть:- Построить мини-дамбу для увеличения напора воды. При этом полностью речку не планируется перегораживать, чтобы рыба могла уходить во втором потоке.
- Под дамбой установить трубу, по которой вода будет поступать на самодельную турбину. В трубе устроить кожух из транспортерной резиновой ленты. Перекрыв поток воды через трубу можно провести обслуживание механизмов.
- По расчетам, турбина будет выдавать мощность примерно в два раза больше, чем водяное колесо. Кроме того, замена водяного колеса на турбину должна снять проблему замерзания в зимнее время.
- Поток воды будет раскручивать турбину, передавая крутящий момент генератору. Держаться турбина будет на двух подшипниках, изготовленных из массива дерева. При регулярном смазывании они прослужат долго. Упорная шайба будет удерживать механизм от бокового смещения.
- Изготовить металлические лопатки, рассчитав угол, под которым их нужно загнуть (от этого параметра зависит мощность гидроэлектростанции). Лопатки прикрутить нужно будет с использованием резиновых прокладок, чтобы избежать их отрыва.
- Для передачи крутящего момента использовать собранный из труб вал.
- Установить генератор. На генератор поставить шкив меньшего размера, чем установленный на валу. Это позволит повысить обороты, что необходимо для эффективной работы генератора.
Поскольку тарифы на электроэнергию в последнее время начали расти, все большую актуальность среди населения приобретают возобновляемые источники электроэнергии, позволяющие получать электричество практически бесплатно. Среди известных человечеству подобных источников стоит выделить солнечные батареи, ветрогенераторы, а также домашние гидроэлектростанции. Но последние являются достаточно сложными, ведь работать им приходится в очень агрессивных условиях. Хотя это вовсе не говорит, что мини-ГЭС своими руками соорудить невозможно.
Чтобы сделать все правильно и качественно, главное – подобрать правильные материалы. Они должны обеспечивать максимальную долговечность работы станции. Создаваемые своими руками домашние гидрогенераторы, мощность которых сравнима с аналогичной у солнечных батарей и ветряков, могут производить гораздо больший объем энергии. Но хотя от материалов и зависит многое, на них все не заканчивается.
Разновидности мини-гидроэлектростанций
Существует большое количество разнообразных вариаций мини-ГЭС, каждая из которых имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Выделяют следующие виды этих устройств:
- гирляндную;
- пропеллерную;
- ротор Дарье;
- водяное колесо с лопастями.
Гирляндная ГЭС состоит из троса, на котором закреплены роторы. Такой трос перетягивают через реку и погружают в воду. Поток воды в реке начинает вращать роторы, которые в свою очередь крутят трос, на одном конце которого расположен подшипник, а на втором – генератор.
Следующий вид – это водяное колесо с лопастями. Его устанавливают перпендикулярно водной глади, погружая меньше чем наполовину. Поскольку поток воды воздействует на колесо, оно вращается, и заставляет крутиться генератор для мини-ГЭС, на котором закреплено это колесо.
Классическое водяное колесо - хорошо забытое старое Что касается пропеллерной ГЭС, то представляет она собой ветряк, расположенный под водой с вертикальным ротором. Ширина не превышает 2 сантиметров. Подобной ширины для воды хватает, ведь именно такой номинал позволяет производить максимальное количество электроэнергии при минимальном сопротивлении. Правда, эта ширина оптимальна только для скорости потока до 2 метров в секунду.
Что касается других условий, то параметры лопастей ротора рассчитывают отдельно. А ротор Дарье является вертикально расположенным ротором, действует который по принципу перепада давления. Все происходит аналогично с крылом самолета, на который воздействует подъемная сила.
Преимущества и недостатки
Если рассматривать гирляндную ГЭС, то у нее имеется ряд очевидных недочетов. Во-первых, длинный трос, используемый в конструкции, представляет опасность для окружающих. Также большую опасность представляют скрытые под водой роторы. Ну а вдобавок, стоит отметить низкие показатели КПД и большую материалоемкость.
Что касается недостатков ротора Дарье, то чтобы устройство начало вырабатывать электроэнергию, его нужно предварительно раскрутить. Правда, при этом отбор мощности производится прямо над водой, так что как бы ни изменился поток воды, генератор будет вырабатывать электричество.
Все вышеперечисленное является факторами, которые делают более популярными гидротурбину для мини-ГЭС и водяные колеса. Если рассматривать ручное сооружение подобных устройств, то они не так уж и сложны. А в добавок, при минимальных затратах такие мини-ГЭС способны выдавать максимальные показатели КПД. Так что критерии популярности очевидны.
С чего начинать строительство
Возведение мини-ГЭС своими руками стоит начинать с измерения скоростных показателей течения рек. Это делается очень просто: достаточно отметить вверх по течению расстояние в 10 метров, взять в руки секундомер, бросить щепку в воду, и засечь время, за которое она пройдет отмеренную дистанцию.
В конечном итоге, если 10 метров разделить на количество затраченных секунд, получится скорость реки в метрах в секунду. Стоит учитывать, что нет толку сооружать мини-ГЭС в местах, в которых скорость потока не превышает 1 м/с.
Если водоем находится далеко, можно соорудить обходной канал Если нужно разобраться, как делают мини-ГЭС в местности, где небольшая скорость реки, то можно попытаться добиться увеличения потока путем организации перепада высот. Сделать это можно через установку сливной трубы в водоем. При этом диаметр трубы будет непосредственно влиять на скорость потока воды. Чем меньше будет диаметр, тем быстрее будет течение.
Подобный подход позволяет организовать мини-ГЭС даже в том случае, если возле дома будет проходить небольшой ручеек. То есть на нем организовывается разборная плотина, ниже которой производится монтаж непосредственно мини-гидроэлектростанции для питания дома и бытовых приборов.
Наиболее распространенными среди альтернативных источников энергии являются ветровые генераторы, однако они в значительной мере зависят от погодных условий. При отсутствии ветра или слабом его потоке они оказываются не эффективными. Для нормальной работы таких генераторов хороши районы, где среднегодовые показатели скорости ветра не ниже 5-6 м/с и выше.
В России районов с интенсивными ветрами не так много, степи и черноморское побережье Кубани, дальневосточное побережье и еще до десятка незаселенных территорий или малых по площади.
В средней полосе, в горах Кавказа, Урала, Алтая и других регионах, где есть небольшие, но стремительные реки, притоки, ручьи люди забывают про возможности использования гидрогенераторов.
Не рационально отказываться от их использования, это гарантированный источник электроэнергии, ведь река со стабильным уровнем и потоком гораздо надежнее переменчивого ветра.
Расчет мощности и выбор конструкции
В сущности, электрическая часть устройства ветрогенератора не отличается от гидрогенератора, принцип аналогичный преобразовать механическую энергию вращения в электрическую.
Отличие в движущей силе ветер или вода, принципиально будут отличаться устройства привода. Вместо пропеллера в гидрогенераторах применяются колеса барабанного типа с лопастями.
Гидрогенератор своими , если они растут из нужного места собрать не сложно, при наличии ветрового генератора, остается сконструировать и собрать гидропривод для его вращения.
В таких случаях, чтобы генератор вращался с нужной скоростью, часто приходится использовать редукторы, для изменения силы и скорости вращения, которые зависят от водного потока.
Просчитано что мощность наливного колеса существенно больше, чем подливного, наливное это когда поток воды падает на лопасти приводного колеса сверху, подливное колесо вращается потоком снизу.
Поэтому, исходя из своих условий, используйте по возможности конструкцию наливного колеса. Однако такое колесо имеет и свои недостатки:
- вращение его медленнее
- требует возведение дополнительных конструкций
На фото выше используется наливное колесо с прямым приводом на самодельный дисковый генератор с постоянными магнитами, конструкцию которого рассмотрим ниже.
В конструкциях приводного механизма можно использовать элементы транспортных средств:
- диски
- звездочки
- шестерни
- цепи и ремни
В некоторых случаях применяют даже коробки передач от мопедов и мотоциклов, на диски больших тракторных колес приваривают лопасти.
Варианты используемых генераторов и подключения к нагрузке
Генераторы можно использовать автомобильные, автобусные, лучше всего малооборотные тракторные на постоянных магнитах.
Они надежнее, проще в эксплуатации и ремонте, у них нет щеток.
1. генератор Г250-Г1 2. Р362 реле-регулятор 3. автомобильный аккумулятор 4. амперметр 5 и 6 переключатели 7 предохранитель 8 наргузка.
В зависимости от ваших условий и возможностей можете использовать генераторы на 24В.
1. Генератор Г-228 2. регулятор напряжения 11.3702 3. аккумуляторы по 12В, соединенные последовательно 4. Амперметр для измерения тока зарядки 5 и 6 переключатели 7. нагрузка.
В самом простом случае вы можете использовать аккумуляторы 6СТ-75, но для надежности конечно лучше поставить, новые литий-ионные стартерные аккумуляторы. Они конечно дороже, но легче по весу, чем свинцово-кислотные, меньше по габаритам, больше по емкости в А/Ч, срок службы гораздо дольше, превосходят свинцовые по всем параметрам.
Это решает каждый сам в зависимости от назначения генератора, условий эксплуатации и финансовых возможностей.
Если вы собираетесь использовать гидрогенератор для питания бытовых электроприборов рассчитанных на питание промышленной сети 220/50Гц, придется использовать преобразователи напряжения и тока.
Эти приборы постоянный ток аккумулятора в 12 или 24 В преобразуют в переменный ток напряжением 220В. Они бывают разные по мощности, выбирать нужно в зависимости от тока какую максимальную нагрузку вы собираетесь использовать.
Подключаются они по вышеуказанной схеме вместо нагрузки, самый простой преобразователь не большой мощности можно собрать самому.
Эта схема проверена годами, работает как часы, проста, не требует настройки. Недостаток то, что она маломощная 100Вт.
Используйте экономные лампы дневного света по 13-15Вт или светодиодные по 5-10 Вт вполне достаточно для освещения на ночь частного дома, гаража и, даже, двора. 15 ватные лампы по яркости светят как 80Вт лампы накаливания.
Если вам требуется большая мощность, чтобы полноценно эксплуатировать электросети можно купить промышленные преобразователи. В продаже большой ассортимент 12/220В; 24/220В; 48/220В, по мощности до5кВт и более.
Инвертор Pulso IMU-800 преобразует постоянный ток напряжением 12В в переменный на 220В/50Гц. максимальная мощность на выходе 800Вт. Этого вполне
достаточно для освещения, подключения телевизора, холодильника, для утюгов и кипятильников понадобятся более мощные инверторы.
Сборка самодельного генератора на магнитах
Многие делают гидрогенератор электричества своими руками, используя методику сборки генератора на ниодимовых магнитах. За основу, на которой будет крепиться вся конструкция можно взять ступицу автомобильного колеса с тормозным диском.
Заводская сборка, надежная и хорошо сбалансированная, на вращающейся части крепятся диски с постоянными магнитами, между которыми будет зафиксирован диск с обмотками ротора.
Преимущество генератора на постоянных магнитах в том, что магнитное поле управляемое, это достигается:
- минимальным зазором между ротором и статором
- через магнитно-проводящий диск силовые линии всех магнитов связаны между собой
Поэтому диски вращающегося ротора должны быть магнитно-проводящие, при другом материале мощность генератора снизится в два раза. Диски расчерчиваем на 12 одинаковых секторов потом, равномерно по периметру диска в каждом секторе приклеиваем супер клеем магниты диаметром 25мм толщиной 5мм.
Полюса магнитов чередуется через один (S-N-S-N….) и так далее по кругу. Можно увеличить количество магнитов и обмоток, будет больше полюсов, это позволит при меньших оборотах достичь большей мощности.
Но в нашем случае 12 магнитов, обмотки с проводом 08-1 мм, по 100 витков генерируют достаточную мощность для зарядки 12 В, стартерного аккумулятора.
Колесо диаметром 5 м, вращаясь со скоростью 150 об/м, выдает ток не мене 1А, при оборотах 200 токи зарядки достигают 4А, этого вполне достаточно.
Схема подключения обмоток
Диаметр диска делаем 30-35 см в зависимости от размеров ступицы, которую вы выбрали.
В нашем варианте магниты круглые, но лучше ставить прямоугольные 35х25х5мм, больше магнитный поток, соответственно больше мощность генератора.
При этом, обмотки статора делаются овальные, с размеры магнитов. При установке статора магниты должны совпадать с центром обмоток.
Толщина диска статора с обмотками должна быть одинакова с толщиной дисков с магнитами. Обмотки размещаем на фанерном диске и подключаем последовательно между собой по указанной схеме в звезду.
После соединения и изоляции контактов, провода аккуратно укладываются по внутреннему диаметру так, чтобы не касались вращающихся частей конструкции. После чего заливаются эпоксидной смолой. Для надежности можно залитую поверхность накрыть стекловолокном, немного прижать, потом сверху еще раз обильно пропитать стеклоткань эпоксидной смолой.
Такие меры исключают механические повреждения обмоток и попадания влаги. После просушки, собираем пластины генератора на платформе ступицы.
Через отверстия для крепления, надеваем первый диск на длинные болты вращающегося диска ступицы, магниты наружу фиксируем зажимными гайками.
Следующий одевается диск статора с обмотками и в последнюю очередь второй диск магнитами во внутрь. Диски фиксируются натяжными гайками так, чтобы зазор между ними был равномерный по всей плоскости и составлял не более 3мм. После сборки прокрутите для проверки на отсутствие вибрации и биений, при необходимости отрегулируйте.
Собирая гидрогенератор своими руками в домашних условиях, вы должны понимать, что прямое соединение генератора с колесом упрощает конструкцию, но не всегда бывают такие идеальные условия подачи водного потока на колесо.
В некоторых местах приходится применять схемы передачи крутящего момента через систему дополнительных валов, шестеренок или ременных передач, это снижает мощность.
Для тех, кто не хочет много мотать, сверлить и клеить есть совсем простые варианты можно купить надежный китайский генератор, ручного привода, точнее ножного. Такие генераторы применяют в велосипедных тренажерах, совмещают приятное с полезным, удобные при чрезвычайных ситуациях.
Генераторы NJB-800-12 очень практичны, имеют красивый дизайн, компактные.
При скорости вращения 250 оборотов на выходе мощность 500Вт, при 500 оборотах 800Вт. 12В.
Его удобно перевозить в багажнике автомобиля на кемпинг, для использования водных ресурсов надо присоединить только лопасти на колесо.
Все хорошо, но один недостаток: стоит это почти 30 тыс. рублей, не каждый может себе позволить. При наличии подходящего водного источника, современные технологии позволяют самостоятельно сделать надежный гидрогенератор, самый главный элемент в этом проекте это ваше желание. Как сделать ручной генератор на видео:
Если неподалеку от дома имеется пруд с плотиной или ручей, можно сделать отличный источник бесплатной дополнительной энергии. В статье будет рассмотрен пример, как своими руками можно сделать гидроэлектростанцию на основе водяного колеса. Изготовленная таким образом электростанция способна выдавать ток до 6 А, при установке на небольшой ручей установка показала результат в 2 А. Этого хватит, чтобы включить приемник и пару лампочек. Мощность зависит того, с какой силой идет водяной поток.
Материалы и инструменты:
- уголки и обрезки листового металла;
- диски для создания колеса (использовались от корпуса генератора Onan, который вышел из строя);
- генератор (был изготовлен из двух тормозных дисков Доджа по 28 см);
- вал и подшипники тоже были взяты от Доджа;
- медный провод с сечением около 15 мм;
- неодимовые магниты;
- фанера;
- полистироловая смола (нужна для заливки статора и ротора).
Процесс изготовления:
Шаг первый. Создаем колесо
Для создания колеса понадобится два стальных диска. В данном случае их диаметр составляет 28см (11 дюймов). Диск нужно разметить, чтобы было понятно, где устанавливать лопасти. Для изготовления лопастей берется труба диаметром 4 дюйма и разрезается вдоль на 4 части. Всего колесо имеет 16 лопастей. Чтобы зафиксировать диски, они стягиваются четырьмя болтами. Далее можно устанавливать лопасти на нужные позиции. Они привариваются с помощью сварки. Зазор между дисками составляет 10 дюймов, то есть длина колеса равна 10-ти дюймам.
На этом этапе сборка ГЭС окончена, колесо готово, теперь нужно сделать сопло и генератор. С одной стороны на диске есть отверстие для удобного крепления колеса к генератору.
Шаг второй. Делаем сопло
Сопло нужно для того, чтобы направлять воду на колесо. Его ширина составляет 10 дюймов, как и ширина колеса. Сопло изготавливается из цельного куска металла путем выгибания. Далее конструкция сваривается с помощью сварки.
Теперь можно устанавливать на ось колесо и механическая часть ГЭС практически готова. Осталось собрать и установить генератор.
Сопло сделано регулируемым по высоте, это позволяет управлять потоком воды в зависимости от ситуации.
Шаг третий. Собираем генератор
Процесс создания генератора состоит из нескольких шагов. Сперва нужно сделать обмотку, она состоит из 9-ти катушек. Каждая катушка имеет 125 витков. Диаметр медной проволоки составляет 1.5 мм. Каждая фаза образуется тремя катушками, которые соединены последовательно. Всего выведено 6 концов, это позволит сделать соединение как звездой, так и треугольником.
В заключении катушки заливаются полиэтиленовой смолой и выходит готовый статор. Его диаметр составляет 14 дюймов, а толщина 0.5 дюйма.
Для сборки генератора нужна фанера, из нее делается шаблон. Далее по этому шаблону устанавливаются 12 магнитов размерами 2,5 х 5 см и толщиной 1,3 см. В заключении ротор также заливается полиэтиленовой смолой. Вот и все, после засыхания генератор готов.
Под алюминиевой крышкой находятся выпрямители, которые делают из трехфазного переменного тока постоянный. Шкала амперметра имеет диапазон до 6 А. При самом минимальном зазоре между магнитами, устройство выдает 12 Вольт при оборотах 38 об/мин..
В задней части генератора есть два подстрочных винта, которые позволяют регулировать воздушный зазор. Таким образом, можно подбирать наиболее приемлемые параметры работы генератора.
Шаг четвертый. Заключительный этап сборки и установка генератора
Все крепежные элементы, а также водяное колесо нужно покрасить. Во-первых, так устройство будет выглядеть красивее. А во-вторых, краска будет защищать металл от ржавчины, которая быстро будет появляться возле источника воды. Неплохо бы было оснастить генератор защитным крылом, которое отводит брызги, но у автора не нашлось подходящего материала.
На фото можно увидеть место, где будет установлен генератор. Это труба, из которой с запруды течет вода. Перепад составляет порядка 3-ех футов. Колесо будет брать лишь некоторую часть от всего водного потока. На практике наилучшие результаты показало положение, когда вода заходит под углом в 10 часов, и выходит под углом 5 часов. Тогда достигается наибольшая мощность.
Loading...