Екологія споживання. Наука і техніка: Створювані своїми руками домашні гідрогенератори за потужністю можна порівняти з сонячними батареями та вітряками, але виробляють набагато більший обсяг електроенергії.

Оскільки тарифи на електроенергію в Останнім часомпочали зростати, дедалі більшої актуальності серед населення набувають відновлювані джерела електроенергії, що дозволяють отримувати електрику практично безкоштовно. Серед відомих людству таких джерел варто виділити сонячні батареї, вітрогенератори, а також домашні гідроелектростанції Але останні досить складні, адже працювати їм доводиться в дуже агресивних умовах. Хоча це зовсім не каже, що міні-ГЕС своїми руками зробити неможливо.

Щоб зробити все правильно та якісно, ​​головне – підібрати правильні матеріали. Вони повинні забезпечувати максимальну довговічність станції. Створювані своїми руками домашні гідрогенератори, потужність яких можна порівняти з аналогічною у сонячних батарей і вітряків, можуть виробляти набагато більший обсяг енергії. Але хоч від матеріалів і багато залежить, на них все не закінчується.

РІЗНОВИДНОСТІ МІНІ-ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ

Існує велика кількістьрізноманітних варіацій міні-ГЕС, кожна з яких має свої переваги, особливості та недоліки. Виділяють такі види цих пристроїв:

• гірляндну;
• пропелерну;
• ротор Дар'ї;
• водяне колесоз лопатями.

Гірляндна ГЕС складається із троса, на якому закріплені ротори. Такий трос перетягують через річку та занурюють у воду. Потік води у річці починає обертати ротори, які у свою чергу крутять трос, на одному кінці якого розташований підшипник, а на другому – генератор.

Наступний вид – водяне колесо з лопатями. Його встановлюють перпендикулярно до водної гладі, занурюючи менше ніж наполовину. Оскільки потік води впливає на колесо, воно обертається і змушує крутитися генератор для міні-ГЕС, на якому закріплено це колесо.

Що стосується пропелерної ГЕС, то є вона вітряк, розташований під водою з вертикальним ротором. Ширина лопат у такого вітряка не перевищує 2 сантиметри. Подібної ширини для води вистачає, адже саме такий номінал дозволяє виробляти максимальна кількістьелектроенергії за мінімального опору. Щоправда, ця ширина оптимальна лише швидкості потоку до 2 метрів на секунду.

Що ж до інших умов, то параметри лопатей ротора розраховують окремо. А ротор Дар'ї є вертикально розташованим ротором, який діє за принципом перепаду тиску. Все відбувається аналогічно з крилом літака, який впливає підйомна сила.

ПЕРЕВАГИ І НЕДОЛІКИ

Якщо розглядати гірляндну ГЕС, то вона має ряд очевидних недоліків. По-перше, довгий трос, що використовується в конструкції, становить небезпеку для оточуючих. Також велику небезпеку становлять приховані під водою ротори. Ну а до того ж, варто відзначити низькі показникиККД та велику матеріаломісткість.

Що стосується недоліків ротора Дар'ї, то щоб пристрій почав виробляти електроенергію, його потрібно попередньо розкрутити. Правда, при цьому відбір потужності проводиться прямо над водою, так що хоч би як змінився потік води, генератор вироблятиме електрику.

Все перераховане вище є факторами, які роблять більш популярними гідротурбіну для міні-ГЕС і водяні колеса. Якщо розглядати ручну споруду подібних пристроїв, то вони не такі вже й складні. А на додаток, при мінімальних витратахтакі міні-ГЕС здатні видавати максимальні показники ККД. Тож критерії популярності очевидні.

З ЧОГО ПОЧИНАТИ БУДІВНИЦТВО

Зведення міні-ГЕС власноруч варто починати з вимірювання швидкісних показників перебігу річок. Це робиться дуже просто: досить відзначити вгору за течією відстань 10 метрів, взяти в руки секундомір, кинути тріску у воду, і засікти час, за який вона пройде відміряну дистанцію.

Зрештою, якщо 10 метрів розділити на кількість витрачених секунд, вийде швидкість річки за метри за секунду. Варто враховувати, що немає сенсу споруджувати міні-ГЕС у місцях, в яких швидкість потоку не перевищує 1 м/с.

Якщо потрібно розібратися, як роблять міні-ГЕС у місцевості, де невелика швидкість річки, можна спробувати домогтися збільшення потоку шляхом організації перепаду висот. Зробити це можна через установку зливальної труби у водойму. При цьому діаметр труби безпосередньо впливатиме на швидкість потоку води. Чим меншим буде діаметр, тим швидше буде перебіг.

Подібний підхід дозволяє організувати міні-ГЕС навіть у тому випадку, якщо біля будинку проходитиме невеличкий струмок. Тобто на ньому організовується розбірна гребля, нижче за яку проводиться монтаж безпосередньо міні-гідроелектростанції для живлення будинку і побутових приладів. опубліковано

Останнім часом через зростання тарифів на електроенергію все більш актуальними стають відновлювані джерела практично безкоштовної енергії.

Мала гідроелектростанціяабо мала ГЕС (МГЕС) - гідроелектростанція, що виробляє порівняно мала кількість електроенергії та заснована на гідроенергетичних установках потужністю від 1 до 3000 кВт. Загальноприйнятого всім країн поняття малої гідроелектростанції немає, як основний характеристики таких ГЕС прийнято їх встановлена ​​потужність.

Установки для малої гідроенергетики класифікують за потужністю:

• обладнання для міні гідроелектростанції потужністю до 100 кВт;
• обладнання для мікрогідроелектростанцій потужністю до 1000 кВт.

З відомої класичної тріади: сонячні батареї, вітрогенератори, гідрогенератори (ГЕС), останні найскладніші. Вони, по-перше, працюють в агресивних умовах, а по-друге, мають максимальне напрацювання за рівний проміжок часу.

Найбільш легко робити безщільні ГЕС, т.к. спорудження греблі є досить складною і дорогою справою і часто вимагає узгодження з місцевою владою або, принаймні, з сусідами. Безщільні міні ГЕС називають проточними. Існує чотири основні варіанти таких пристроїв.

Типи міні ГЕС

Водяне колесо- це колесо з лопатями, встановлене перпендикулярно поверхні води. Колесо занурене в потік менше ніж наполовину. Вода тисне на лопаті та обертає колесо. Існують також колеса-турбіни зі спеціальними лопатками, оптимізованими під струмінь рідини. Але це достатньо складні конструкціїшвидше заводського, ніж саморобного виготовлення.

Гірляндна міні-ГЕС- є тросом, з жорстко закріпленими на ньому роторами. Трос перекинутий з одного берега річки на інший. Ротори як намисто нанизані на трос і повністю занурені у воду. Потік води обертає ротори, ротори крутять трос. Один кінець троса з'єднаний із підшипником, другий із валом генератора.

Ротор Дар'ї- це вертикальний ротор, що обертається за рахунок різниці тисків на його лопатях. Різниця тисків створюється за рахунок обтікання рідиною складних поверхонь. Ефект подібний до підйомної сили суден на підводних крилах або підйомній силі крила літака.

Пропелер- це підводний «вітряк» з вертикальним ротором. На відміну від повітряного, підводний пропелер має лопаті мінімальної ширини. Для води достатньо ширини лопаті всього в 2 см. При такій ширині буде мінімальний опір і максимальна швидкістьобертання. Така ширина лопат вибиралася для швидкості потоку 0.8-2 метри в секунду. При більших швидкостях, можливо, оптимальні інші розміри.

Переваги та недоліки різних систем міні-ГЕС

Недоліки гірляндної МГЕСочевидні: велика матеріаломісткість, небезпека оточуючих (довгий підводний трос, приховані у воді ротори, перегородження річки), низький ККД. Гірляндна ГЕС – це невелика гребля. Ротор Дар'їскладний у виготовленні, на початку його потрібно розкрутити. Але він привабливий тим, що вісь ротора розташована вертикально і відбір потужності можна проводити над водою без додаткових передач. Такий ротор обертатиметься за будь-якої зміни напряму потоку.

Таким чином, з точки зору простоти виготовлення та отримання максимального ККД з мінімальними витратами, необхідно вибрати конструкцію типу водяне колесоабо пропелер.

Конструкція малої гідростанції

Конструкція малої ГЕСбазується на гідроагрегаті, який включає енергоблок, водозабірний пристрій і елементи управління. Залежно від того, які гідроресурси використовуються малими гідростанціями, їх поділяють на декілька категорій:

Руслові або прищілинні станції з невеликими водосховищами;

Стаціонарні міні ГЕС, що використовують енергію вільної течії річок;

МГЕС, які використовують перепади рівнів води на різних об'єктах водного господарства;

Мобільні міні ГЕС у контейнерах, із застосуванням як напірна деривація пластикових трубабо гнучких армованих рукавів.

Різновиди гідроагрегатів для малих гідроелектростанцій

Основою для малої гідростанції є гідроагрегат, який, у свою чергу, базується на турбіні того чи іншого виду. Існують гідроагрегати з:

осьовими турбінами;

Радіально-осьовими турбінами;

Ковшові турбіни;

Поворотно-лопатевими турбінами.

МГЕС класифікуються і залежно максимального використаннянапору води на:

Високонапірні – понад 60 м;

Середньонапірні – від 25 м;

Низьконапірні – від 3 до 25 м.

Від того, який напір води використовує мікрогідроелектростанція, відрізняються і види турбін, що застосовуються в устаткуванні. Ківшові та радіально-осьові турбіни розроблені для високонапірних ГЕС. Поворотно-лопатеві та радіально-осьові турбіни застосовуються на середньонапірних станціях. На низьконапірних малих гідростанціях (МГЕС) встановлюють переважно поворотно-лопатеві турбіни в залізобетонних камерах.

Щодо принципу роботи турбіни міні ГЕС, то він у всіх конструкціях практично ідентичний: вода під натиском надходить на лопаті турбіни, які починають обертатися. Енергія обертання передається на гідрогенератор, який відповідає за вироблення електроенергії. Турбіни для об'єктів підбираються відповідно до деяких технічними характеристиками, Серед яких головною залишається натиск води. Крім того, турбіни вибираються в залежності від виду камери, яка йде в комплекті - сталевої або залізобетонної.

Потужність мініГЕС залежить від напору та витрати води, а також від ККД використовуваних турбін та генераторів. Через те, що за природними законами рівень води постійно змінюється, залежно від сезону, а також ще з ряду причин, як вираз потужності гідроелектричної станції прийнято брати циклічну потужність. Наприклад, розрізняють річний, місячний, тижневий чи добовий цикли роботи.

При виборі міні ГЕС варто орієнтуватися на таке енергетичне обладнання, яке було б адаптоване під конкретні потреби об'єкта та відповідало таким критеріям, як:

Наявність надійних та зручних в експлуатації засобів управління та контролю за роботою обладнання;

Управління обладнанням в автоматичному режимі з можливістю переходу за потреби на ручне керування;

Генератор та турбіна гідроагрегату повинні мати надійний захиствід можливих аварійних ситуацій;

Площі та обсяги будівельних робітдля встановлення малих ГЕС мають бути мінімальними.

Вигоди використання міні-ГЕС:

Гідроелектростанції малої потужностімають цілу низку переваг, які роблять це обладнання все більш популярним. Насамперед, варто відзначити екологічну безпекуміні ГЕС – критерій, який стає все більш важливим у світлі проблем захисту довкілля. Малі гідроелектростанції немає шкідливого впливу ні властивості, ні якість води. Акваторії, де встановлюється гідроелектростанція малої потужності, можна використовувати як для рибогосподарської діяльності, так і як джерело водопостачання населених пунктів. Крім того, для роботи малих ГЕС немає необхідності у наявності великих водойм. Вони можуть функціонувати, використовуючи енергію течії невеликих річок і навіть струмків.

Що стосується економічної ефективності, то й тут мікро і міні гідроелектростанції мають чимало переваг. Станції, розроблені з урахуванням сучасних технологій, відрізняються простою в управлінні, вони повністю автоматизовані. Таким чином, обладнання не потребує присутності людини. Фахівці відзначають, що і якість струму, що виробляється малими ГЕС, відповідає вимогам ГОСТу як за напругою, так і частотою. При цьому міні ГЕС можуть діяти як автономно, так і у складі електромережі.

Говорячи про малі гідроелектростанції, варто відзначити і таку їхню перевагу, як повний ресурс їхньої роботи, який становить не менше 40 років. Ну а головне – об'єкти малої енергетики не вимагають організації великих водосховищ із відповідним затопленням території та колосальним матеріальним збитком.

Одним із найважливіших економічних факторів є вічна відновлюваність гідротехнічних ресурсів. Якщо підрахувати буквальну вигоду від застосування малих ГЕС, то з'ясується, що електроенергія, яку вони виробляють практично в 4 рази дешевше електроенергії, яку споживач отримує від теплоелектростанцій. Саме тому сьогодні ГЕС все частіше знаходять застосування для електропостачання електроємних виробництв.

Не забудемо і про те, що малі ГЕС не вимагають придбання палива. До того ж вони відрізняються порівняно простою технологією вироблення електроенергії, внаслідок чого витрати на одиницю потужності на ГЕС майже в 10 разів менші, ніж на ТЕЦ.

Якщо у Вашої оселі протікає річка або навіть невеликий струмок, то за допомогою саморобної міні ГЕС Ви можете отримати безкоштовну електроенергію. Можливо це буде не дуже велике поповнення бюджету, але усвідомлення того, що у Вас є своя власна електроенергія, коштує набагато дорожче. Ну а якщо, наприклад, на дачі, немає центрального електропостачання — то навіть невеликі потужності електроенергії будуть просто необхідні. І так, для створення саморобної гідроелектростанції необхідні як мінімум дві умови — наявність водяного ресурсу та бажання.

Якщо і те, й інше є, то перше, що потрібно зробити – це виміряти швидкість потоку річки. Зробити це дуже просто - кидаєте в річку гілочку і заміряйте час, протягом якого вона пропливе 10 метрів. Розділивши метри на секунди, ви отримаєте швидкість течії в м/с. Якщо швидкість менша за 1 м/с, то продуктивної міні ГЕС не вийде. У цьому випадку можна спробувати збільшити швидкість потоку штучно завузивши русло або зробивши невелику греблю, якщо маєте справу з невеликим струмком.

Для орієнтира, можна використовувати співвідношення між швидкістю потоку в м/с і потужністю електроенергії, що знімається з валу гвинта в кВт (діаметр гвинта 1 метр). Дані експериментальні, насправді отримана потужність залежить від багатьох факторів, але для оцінки підійде. Так:

• 0.5 м/с – 0.03 кВт,
• 0.7 м/с – 0.07 кВт,
• 1 м/с – 0.14 кВт,
• 1.5 м/с – 0.31 кВт,
• 2 м/с – 0.55 кВт,
• 2.5 м/с – 0.86 кВт,
• 3 м/с -1.24 кВт,
• 4 м/с – 2.2 кВт тощо.

Потужність саморобної міні ГЕС пропорційна кубу швидкості потоку. Як вже вказувалося, якщо швидкість течії недостатня, спробуйте її штучно збільшити, якщо це, звичайно, можливо.

Типи міні-ГЕС

Існує кілька основних варіантів саморобних міні гідроелектростанцій.


Це колесо з лопатями, встановлене перпендикулярно поверхні води. Колесо занурене в потік менше ніж наполовину. Вода тисне на лопаті та обертає колесо. Існують також колеса-турбіни зі спеціальними лопатками, оптимізованими під струмінь рідини. Але це досить складні конструкції швидше за заводське, ніж саморобне виготовлення.

Це ротор з вертикальною віссю обертання, що використовується для генерації. електричної енергії. Вертикальний ротор, що обертається за рахунок різниці тисків на його лопатях. Різниця тисків створюється за рахунок обтікання рідиною складних поверхонь. Ефект подібний до підйомної сили суден на підводних крилах або підйомній силі крила літака. Ця конструкція була запатентована Жорж Жан-Марі Дар'є, французьким авіаційним інженером у 1931 році. Також часто використовується у конструкціях вітрогенераторів.

Гірлянднагідроелектростанція складається з легких турбін - гідровінгроторів, нанизаних і жорстко закріпленими у вигляді гірлянди на тросі, перекинутому через річку. Один кінець троса закріплюється в опорному підшипнику, другий обертає ротор генератора. Трос у разі грає роль своєрідного валу, обертальний рух якого передається до генератору. Потік води обертає ротори, ротори крутять трос.

Також запозичений з конструкцій вітрових електростанцій, такий собі «підводний вітряк» із вертикальним ротором. На відміну від повітряного, підводний пропелер має лопаті мінімальної ширини. Для води достатньо ширини лопаті всього 2 см. При такій ширині буде мінімальний опір і максимальна швидкість обертання. Така ширина лопат вибиралася для швидкості потоку 0.8-2 метри в секунду. При більших швидкостях, можливо, оптимальні інші розміри. Пропелер рухається не за рахунок тиску води, а за рахунок підйомної сили. Так само, як крило літака. Лопаті пропелера рухаються впоперек потоку, а не захоплюються потоком у напрямку течії.

Переваги та недоліки різних систем саморобної міні ГЕС

Недоліки гірляндної ГЕС очевидні: велика матеріаломісткість, небезпека для оточуючих (довгий підводний трос, приховані у воді ротори, перегородження річки), низький ККД. Гірляндна ГЕС – це свого роду невелика гребля. Доцільно використовувати у безлюдних, віддалених місцях із відповідними попереджувальними знаками. Можливо буде потрібно дозвіл влади та екологів. Другий варіант - невеликий струмок у Вас на городі.

Ротор Дар'ї — складний у розрахунку та виготовленні. На початку роботи його треба розкрутити. Але він привабливий тим, що вісь ротора розташована вертикально і відбір потужності можна проводити над водою без додаткових передач. Такий ротор обертатиметься за будь-якої зміни напряму потоку — це плюс.

Найбільшого поширення при побудові саморобних гідроелектростанційотримали схеми пропелера та водяного колеса. Так як ці варіанти порівняно прості у виготовленні, вимагають мінімальних розрахунківі реалізуються за мінімальних витрат, мають високий ККД, прості в налаштуванні та експлуатації.

Приклад найпростішої міні-ГЕС

Найпростішу гідроелектростанцію можна швидко збудувати зі звичайного велосипеда з динамікою для велофари. З оцинкованого заліза чи товстого листового алюмінію треба заготовити кілька лопатей (2-3). Лопаті повинні бути довжиною від обода колеса до втулки, а шириною 2-4 см. Ці лопаті встановлюються між спицями будь-яким підручним способом або заздалегідь заготовленими кріпленнями.

Якщо ви використовуєте дві лопаті, то встановіть їх навпроти один одного. Якщо захочете додати більше лопатей, то розділіть коло колеса на число лопатей і встановіть їх через рівні проміжки. З глибиною занурення колеса із лопатями у воду можете поекспериментувати. Зазвичай його занурюють від третини до половини.

Варіант похідної вітроелектростанції розглядався раніше.

Така мікро ГЕС не займає багато місця і чудово послужить велотуристам - головна наявність струмка або річечки - що зазвичай є в місці розбивки табору. Міні ГЕС з велосипеда зможе висвітлювати намет та заряджати стільникові телефоничи інші гаджети.

У зв'язку з постійним подорожчанням вуглеводних енергоносіїв фахівці звертають все більшу увагу на переваги, які дає використання електроенергії, отриманої більш економним способом. Одним із найбільш економних та екологічно чистих способів отримання електроенергії є гідроелектростанція для будинку, витрати на яку зводяться до первинного будівництва та технічного обслуговуванняобладнання. Але не кожна місцевість має природні можливості для будівництва подібних споруд, для яких необхідний потужний водний потік і великий перепад висот, створюваних греблею, у цьому випадку на допомогу енергетикам приходять міні ГЕС.

Принцип роботи та міні ГЕС

Принцип роботи цього обладнання досить простий, що додає йому надійності. Водний потік, потрапляючи на лопаті турбіни, обертає гідропривід, пов'язаний з електрогенератором, який забезпечує вироблення електроенергії під управлінням контролюючої системи.
Сучасні міні ГЕС обладнані системою керування, що дає можливість здійснювати роботу в автоматичному режимі з миттєвим переходом на ручне керування у разі виникнення аварійної ситуації. Багаторівнева система захисту дозволяє уникнути перевантаження обладнання при зміні зовнішніх умов. Конструкція станцій дозволяє мінімізувати проведення будівельних робіт під час встановлення необхідного обладнання.

Різновиди міні ГЕС

Міні гідроелектростанція – це обладнання потужністю від 1 до 3000 кВт, яке включає водозабірний пристрій (турбіну), що генерує енергоблок і систему управління обладнанням.
Залежно від використовуваних водних ресурсівміні ГЕС діляться на кілька категорій:

• руслові станції, що використовують енергію невеликих рік з організованими водосховищами. Застосовуються переважно на рівнинній місцевості;
• стаціонарні станції, що використовують енергію швидкого перебігу при експлуатації гірських річок;
• станції, що використовують перепади водяного потоку на промислових підприємствах;
• мобільні станції, що використовують для організації потоку армовані рукави.

Відповідно до очікуваного натиску водного потоку проектується відповідність гідроагрегату та його турбіни потужності електрогенеруючого блоку для забезпечення необхідної частоти обертання генератора та полегшення створення необхідної частоти струму.

Для різних умовроботи міні ГЕС розроблено відповідні конструкції турбін:

• при великому натиску водяного потоку понад 60 м застосовують радіально-осьові та ковшові турбіни;
• при середній інтенсивності потоку 25 - 60 м добре зарекомендували себе турбіни поворотно-лопатевої та радіально-осьової конструкції;
• на низьконапірних потоках вигідніше використовувати поворотно-лопатеві та пропелерні конструкції, поміщені в залізобетонні камери.

Відео домашньої гідроелектростанції, зробленої своїми руками

Особливості підключення міні ГЕС

Пристрій цього обладнання дозволяє підключати станції безпосередньо до електропостачання, в цьому випадку використовується синхронний генератор. Для створення локальної мережівикористовують асинхронний агрегат, який комплектується блоком баластного навантаження, необхідної для розсіювання надмірної потужності, щоб уникнути виходу з ладу систем подачі електроенергії та стрибкоподібних змін основних параметрів мережі.

Переваги та недоліки міні ГЕС

До переваг роботи таких систем можна віднести:

• екологічну безпеку обладнання та відсутність необхідності затоплення великих площ;
• низьку вартість одержуваної електроенергії, яка в рази дешевша за вироблену на ТЕС;
• простоту та надійність застосовуваного обладнання та можливість його роботи в автономному режимі;
• невичерпність використовуваного природного ресурсу

До недоліків відносяться:

• перебої в електропостачанні певних регіонів при виході обладнання з ладу у разі використання міні ГЕС як локального джерела. Це компенсується наявністю аварійного джерела енергопостачання, що підключається автоматично;
• слабка виробнича та ремонтна базацієї галузі енергозабезпечення у нашій країні.

На черзі – конструкції, прообразом яких послужила вільнопотокова (зразка 1964 року) гірляндна ГЕС В. Блінова.

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 промислового використання, але цілком 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. Тому, перш ніж розпочати будівництво мініГЕС, необхідно визначити енергетичний потенціал вашої річки за простою методикою, викладеною . 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 мініГЕС повинна бути максимально простою і нескладною у виготовленні, найбільш відповідним типомперетворювача є ротор Савоніуса торцевої конструкції. При роботі з повним зануренням у воду величину F можна прийняти рівною добуткудіаметра 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 має забезпечити мініГЕС (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 мініГЕС.

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 мікроГЕС, має робочу швидкість обертання менше 750 об/хв. Однак від зв'язку доводиться часто відмовлятися. Адже для переважної більшості генераторів вітчизняного виробництва робоча швидкістьобертання 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 частина за, розглянемо конкретні конструкції, У кожної з них свої переваги.

Ось, наприклад, напівстаціонарна вільнопоточна мініГЕС 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. Занурювальні 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 постійного струму, 10 - «гусак» з порцеляновим роликом та двожильним ізольованим дротом, 11 - плита-основа (дошка 200x40), 12 - шків ведучий, 13 - вузол дерев'яного підшипника (2 шт.), 14 - ротор «гідроенергогірлянди» (D600, L1000, 2 шт.), 15 диск (із збитих в дощок завтовшки 20-40 мм, 3 шт.); металеві елементикріплення (включаючи розтяжки, маточини крайніх дисків) умовно не показані.

Зрозуміло, що глибина річки в місці встановлення міні ГЕС має бути меншою за висоту опорної 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 більше 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 дану конструкціюрекомендується 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 і т.д.) повинні бути по можливості нержавіючої сталіабо інших корозійностійких сплавів.

Ну а оскільки експлуатація подібної міні ГЕС найчастіше можлива в умовах Росії лише сезонна (через замерзання більшості річок), то після закінчення терміну роботи вся витягнута на берег конструкція підлягає ретельному огляду. Вчасно змінюють підгнилий дерев'яні елементи, іржаві, незважаючи на вжиті заходиобережності, металеві деталі.

Одним із головних вузлів нашої мініГЕС є «гідроенергетична гірлянда» з 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 сільгосп добрива, інші агресивні матеріали. У крайньому випадку лопаті можна зробити дерев'яними. Але їхня вага (особливо після тривалого перебування у воді) сильно зросте. І це слід пам'ятати під час створення миниГЭС 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 мікроГЕС використовується будь-який з автомобільних. Видають вони 12-14 У 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. Можливо і додаткове використаннярозтяжок.
Визначивши за формулою (1) активну поверхню ротора і заміривши глибину річки в місці встановлення 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 за короткого часу експлуатації міні ГЕС (наприклад, у туристичному поході) можна використовувати і шарикопідшипники великого діаметра. Однак за наявності у воді піску або мулу після кожного використання ці вузли доведеться промивати в чистій воді.

Мал. 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 мініГЕС 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 мікроГЕС 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