Як зробити гідростанцію. Саморобна гідроелектростанція зі старої пральної машини

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 гальм Доджа);
- 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 із розрізаної на 4 частини 4-х 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 близько 10 годин, проходить через середину колеса і виходить внизу, на 5 годинах, так що 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 зазор між дисками в 10 дюймів, використовуючи шпильки із 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 (протилежної генератору) в бічному диску є отвір в 4 дюйми діаметром – для зручності прикручування до генератора, а також для очищення, щоб засунути руку і 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 труба, на яку насаджено сопло. 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 3-х послідовно з'єднаних котушок, ми вивели назовні 6 кінців, тому 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 струмуу 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 усю 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 ході, 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 пару потужних магнітівна вході у трубу.

За матеріалами сайту: Otherpower.com

Серед усіх альтернативних джереленергії, найбільшою популярністю користуються гідроелектростанції. Цей факт пояснюється досить просто - за тих же капіталовкладень, віддача значно більша. Єдиний недолік у тому, що для стабільної роботи потрібна річка або струмок.

Класифікація міні ГЕС

Залежно від принципу роботи виділяють чотири основні типи гідроелектростанцій:

• ГЕС гірлянда, для посилення потоку води використовуються додаткові гідроспоруди;
• класичне водяне колесо, Найбільш простий варіант, для саморобної ГЕС;
• пропелер, підходить у тому випадку, якщо русло річки більше 10 м завширшки;
• Ротор Даоє застосовується виготовлення промислових мікро ГЕС.

Поєднує всі ці різновиди гідростанцій те, що для їх роботи не потрібно будувати греблю. Дана конструкція - це високоточний і дорогий інженерний об'єкт, будівництво якого коштує в рази більше, ніж сама ГЕС.

Другий критерій, за яким слід розділити дрібні гідроелектростанції - можливість застосування в побутових та промислових цілях. Мова йдепро те, що той самий тип ГЕС може мати кілька варіантів подачі та відведення води. Це робить можливим створення електростанцій, які можуть працювати в закритій системітрубопроводів. Актуальні вони для фабрик та підприємств, виробничий процес, які пов'язані з великими витратами води. Крім того, потужність установки має відповідати потребам в електриці.

Побутові установки набагато простіші та дешевші. Але їх монтаж можливий лише в тому випадку, якщо є джерело води. При цьому не йдеться про муніципальний водогін.

Переваги міні ГЕС

• працює практично безшумно та не забруднює атмосферу;
• ніяк не впливає на якість води, за бажання, на водовідведення встановлюється фільтри, що робить воду придатною для пиття;
• робота станції не залежить від погодних умов, електрика виробляється 24 години на добу;
• для роботи ГЕС достатньо навіть невеликого струмка;
• є можливість продавати надлишок електроенергії сусідам;
• немає необхідності збирати довідки та дозволи.

Порівняння саморобної та заводської міні ГЕС

Для побутового використанняпотрібно трохи більше 20 кВт на добу. Це не так багато, тож доцільність купівлі ГЕС, виготовленої промисловим способом, ставиться під сумнів. Здається, що немає жодних складнощів у тому, щоб виготовити гідростанцію колісного або пропелерного типу. Але на практиці виникає низка проблем.

По-перше, складно зробити необхідні розрахунки, по-друге, товщина та розмір деталей підбираються виключно досвідченим шляхом, по-третє, саморобні ГЕС виготовляються без захисних елементів, що призводить до постійних поломок і, як наслідок, додаткових витрат.

Якщо немає досвіду у гідроенергетиці, від ідеї саморобної установкикраще відмовитись. Набагато простіше та надійніше обговорити питання із сусідами та спільними зусиллями придбати фабричну ГЕС із гарантією якості. Крім того, компанії, що продають ці установки, здійснюють їх монтаж.

Огляд виробників міні ГЕС

Насправді виробництвом міні ГЕС займається не так багато фірм. Компанії-посередники намагаються не розголошувати цієї інформації, оскільки втратить левову частку доходів. Серед тих фабрик, яким справді варто довіряти, слід виділити CINK Hydro-Energy. Це визнаний світовий лідер у сфері розробок гідрообладнання.

Проте перед тим, як зв'язуватися з менеджером компанії, необхідно підрахувати витрати на обробку інформації, логістику та встановлення. Найчастіше сума вийде трохи менше, ніж в посередників.

В якій компанії замовити міні ГЕС

З огляду на те, що техніка досить дорога і для виготовлення потрібні точні математичні розрахунки, має сенс звернутися до компаній, які позитивно зарекомендували себе на ринку. Альтернативна енергетика- це новий напрямок для нашої країни, тож список досить невеликий.

1. AEnergy найбільший постачальник якісних ГЕС, компанія надає повний спектр послуг від збору та обробки інформації, до встановлення гідростанції.

2. ІНСЕТ – це компанія з Петербурга. Вона самостійно займається виготовленням ГЕС, тож за якість відповідає особисто. Переваги співробітництва у тому, що є можливість замовити мікро ГЕС на 5-10 кВт.

3. Гідропоніка – ще одна вітчизняна компанія, яка самостійно виготовляє ГЕС. Гарантія на продукцію 10 років. Найбільш цікава модель Шар-Булак з потужністю 5 кВт.

4. НУО Інверсія – конструкторське бюро, що спеціалізуються на розробці альтернативних та стандартних джерел енергії. Відмінні риси- наявність нестандартних ГЕС з потужністю 7,5 та 12,5 кВт.

5. Micro hydro power - китайська компанія, що продає дещо відносно недорогих побутових установок.

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 енергіюу 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 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 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 виробництваробоча 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 частина за, розглянемо конкретні конструкції, У кожної з них 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 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 (зі збитих в шт. товщиною 20-40 мм, 3 шт); металеві елементикріплення (включаючи розтяжки, маточини крайніх дисків) умовно не показані.

Зрозуміло, що глибина річки в місці встановлення міні-ГЕС повинна 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 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 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 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 заходиобережності, 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 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 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 за короткого часу 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.

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 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 даний момент всі 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.

Мал. 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 поплавець то далі, то ближче до берега, і за результатами 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(Див. 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 перебігу 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

Для початку визначимося з принципом роботи та типами невеликих ГЕС. Течія річки або водний потік, що падає, обертає лопаті турбіни і гідропровід, який з'єднаний з електрогенератором - останній і виробляє електроенергію. Сучасні компактні ГЕС мають автоматичне керуванняз можливістю миттєвого переходу на ручний режим у разі аварійної ситуації. Конструкції сучасних заводських ГЕС дозволяють звести до мінімуму виробництво. будівельних робітпід час монтажу обладнання.

Види міні гідроелектростанцій

До міні електростанцій відносяться пристрої, що генерують, потужністю від 1 до 3000 кВт. Принципово ТЕС складається з:

1. турбіни (водозабірного пристрою);
2. генеруючого блоку;
3. системи управління.

За типом водних ресурсів, що використовуються для генерації, міні ГЕС бувають:

• Руслові. Такі станції будуються на невеликих рівнинних річках із водосховищами.
• Гірські. Стаціонарні станції, які використовують енергію швидкої гірської течії.
• Промислові. Станції, які використовують перепади потоку води на промпідприємствах.
• Мобільні. Станції, що використовують для водяного потоку армовані рукави.

Гребельні типи станцій відрізняються високою потужністю, але будівництво греблі обходиться дорого, та й без дозволів у цьому випадку не обійтися. Зв'язуватися з чиновниками в нашій країні – не просто ускладнити собі життя, а ставити під сумнів реалізацію самих благих намірівтому відмовимося від цієї витівки відразу.

Як працює міні ГЕС

Принципову схему роботи ГЕС можна вибрати з кількох варіантів:

• Гірляндна ГЕС. З одного берега річки на інший під водою прокладено трос із нанизаними на нього роторами. Течія обертає ротори і, відповідно, сам трос. Один кінець троса в підшипнику, інший з'єднаний із генератором.
• Пропелер. Підводна конструкція, що нагадує вітряк із вузькими лопатями та вертикальним ротором. Лопата шириною всього 20 мм при великій швидкості обертання забезпечить мінімальний опір. Лопата такої ширини вибирається при швидкості потоку 0,8-2, 0 м в сек.
• Водяне колесо. Колесо з лопатями, частково занурене в потік, розташоване під прямим кутом до поверхні води. Потік води давить на лопаті, обертаючи колесо.
• Ротор Дар'ї. Вертикальний ротор із складними поверхнями лопатей. Рідина, обтікаючи лопаті, створює різний тиск, завдяки чому відбувається обертання.

На фото міні ГЕС на основі водяного колеса

Як оцінити потенційну потужність міні ГЕС

До будівництва міні гідроелектростанції власноруч потрібно визначити потужність, на яку можна розраховувати. Існує довідкове співвідношення між швидкістю потоку води і потужністю, яка може зніматися з валу кВт при діаметрі гвинта 1 м.

Швидкість потоку визначається виміром часу, протягом якого тріска, кинута у воду, пройде певну відстань. Зробивши нескладні розрахунки, отримаємо швидкість потоку за метри за секунду. Якщо в даному випадкушвидкість менше 1 м/сек, то будівництво ГЕС буде економічно недоцільним.

При швидкості потоку 2,5 м/с потужність становитиме 0,86 кВт, за 3 м/с – 1,24 кВт, за 4 м/с – 2,2 кВт. Співвідношення описується залежністю: потужність ГЕС пропорційна кубу швидкості потоку води. Якщо швидкість потоку на ділянці передбачуваного будівництва мала, її можна спробувати збільшити пристроєм перепаду висот потоку або встановленням зливної труби з діаметром, що змінюється на виході з водойми. Чим меншим буде діаметр труби на виході, тим більше вийде швидкість потоку.

Як зробити міні ГЕС у домашніх умовах

Принцип роботи невеликої саморобної ГЕС можна зрозуміти на прикладі велосипеда з фарою та динамо-машиною (генератором).

1. З покрівельного заліза робимо три лопаті довжиною, що дорівнює радіусу велосипедного колеса (відстань від центральної втулки до обода колеса) і шириною 3-4 см.
2. Встановлюємо лопаті між спицями колеса, загнувши для кріплення край лопаті навколо спиць. Лопаті повинні бути виставлені рівномірно із збереженням однакових кутів між ними.
3. Занурюємо колесо з лопатями у швидку річку на глибину від третини до половини діаметра колеса. Електроенергії, що виробляється, буде достатньо, наприклад, для освітлення намету.

Креслення одного з варіантів будівництва міні ГЕС

Прикладом може бути невелика ГЕС для фермерського господарствапотужністю 3-5 кВт із підручних матеріалів:

1. Ротор можна зробити зі старого металевого кабельного барабана діаметром 2,2 м. За допомогою болгарки та зварювання під кутом 45 градусів до радіуса потрібно вварити 18 лопатей. Обертається ротор на підшипниках. Опора – металева труба або куточок.
2. На роторі потрібно встановити ланцюговий редуктор з передавальним числом (коефіцієнтом передачі) 4. Далі обертання передаватиметься через карданний вал ВАЗ 2101. Використання кардану зменшить вібрацію, а також співвісність приводу та генератора при використанні валу буде некритичною.
3. Знадобляться редуктор, що підвищує (коефіцієнт – 40) і трифазний генератор. Швидкість обертання генератора близько 3000 об/хв. Загальний коефіцієнт редукції двох редукторів становитиме 40 х 4 = 160. Генератор слід закрити кожухом для захисту від вологи та безпеки. Розрахункове обертання водяного колеса має становити близько 20 обертів на хвилину.
4. Під генератор можна пристосувати асинхронний двигун, А блок управління взяти від будь-якого невеликого верстата. Знадобиться кабель ВВГ НГ 2х4 завдовжки від ротора до фермерських будівель.

Висновки

Сумарні витрати на виготовлення становитимуть близько 10-15 тисяч рублів. Основна стаття витрат – заробітня платазварювальнику та робітнику, що допомагає зробити і зібрати конструкцію.

Головними перевагами такого обладнання є низька вартість електроенергії, екологічна безпека, невичерпність джерела енергії та простота конструкції.

Завжди хотів отримати електрику з струмка, що протікає периметром мого будинку. Близько трьох років тому я встановив тимчасову турбіну, щоб перевірити, чи буде працездатним турбінне колесо більшого розміру.

Демо-версія цього колеса була зроблена зі старих підставок для абразивних кілі дерев'яних палетяк лопаті.

Як генератор я використав стару стрічку постійного струму з приводного двигуна Ametec. Щоб приготувати все повністю, я використав міні-мотоцеп і зірочки з 70 та 9 зубцями (для обертання колеса та на двигуні). Вартість всіх предметів вилилася приблизно 30 фунтів стерлінгів.

Максимально воно генерувало 25 Вт і пропрацювало десь протягом року, головним чином через обмеження двигуна Ametec та розмір колеса, і підштовхнуло мене до створення турбіни більшого розміру.

Насамперед мені потрібно було запрудити воду струмка, так, щоб рівень води був приблизно мені по груди. Не чекаючи кінця літа, я, за допомогою водонасосу відвів воду, зробив запруду з цементу.

Колеса турбіни мені виготовили місцеві будівельні компаніїіз міцного багатошарового матеріалу, що використовується для створення обшивки та настилу в суднобудуванні, товщиною 13 мм. З цього ж матеріалу я зробив і лопаті. На завершення я покрив диски та лопаті спеціальним водовідштовхувальним складом, щоб продовжити їхнє життя.

Основу для турбіни я спорудив із дубових полін. Дуб виявився дуже жорстким, довелося повозитись, поки я прикріплював поліна болтами до кам'яної рами. Довелося свердлити отвори, а для цього доводилося прив'язувати турбіну, щоб врівноважити її та підігнати всі розміри та затягнути болти.

Наступним кроком після встановлення колеса було вирішення питання з приводом та генератором.

Спочатку я використав привід виробництва Minimoto, але потім маленький ланцюг через інтервал між зубами почав зісковзувати, і я вирішив придбати ланцюги з кроком 3/8 і зірочки у постачальника підшипників. Генератор поставив Windblue Power Permanent Magnet Generator (PMG). Він здатний виробляти 12 на 150 об./хв. Його часто використовують як перероблений автомобільний генератор. Звичайний генератор видає 12 лише при 3000 оборотах. Цей двигун я замовив у США за 135 фунтів стерлінгів, включаючи витрати на поштове пересилання.

Колесо крутилося надто повільно, і мені довелося робити під запрудою ступінчастий піддон, на якому вода збиралася у вузьке жерло і з більшою силою лилася на лопаті.

Крім того я прикрутив сталевим тросомперетином в 1 см основні рейки каркаса, а там, де була можливість, зміцнив базу за допомогою анкерних болтівдовжиною 1 фут, щоб уберегти пристрій від поломки, якщо раптом греблю прорве або буде сильний порив вітру.

На турбіні встановлені акумулятори Brand New 4x55AH. З їх допомогою я постійно заряджаю ноутбук. Також я купив два військові тягові свинцеві акумулятори 2х110Аh Hawker для освітлення гаража та будинку. Подача напруги на два різних типу акумулятора йде з різних проводів.

Приблизно рік я експлуатую цю систему. Вихідна потужність – 50 Вт, на піку видає до 500 Вт. Кілька разів турбіна зупинялася через спад води, а також через перекриття основного потоку під час повеней. А так - цілий рікпрацює.

Переклад: Ярослав Миколайович