전류를 주는 화환. 구성표, 설명

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전력망에서 멀리 떨어진 황무지에 dachas와 심지어 농장의 출현, 연료 및 전기 가격의 급속한 상승은 태양, 바람 및 물의 자연 에너지를 널리 사용하여 자율 전력 공급이라는 오래된 아이디어에 생명을 불어 넣었습니다. 특히 초소형 수력발전소에 대한 관심이 높아지고 있다.

V. Blinov의 자유 흐름(1964년 모델) 데이지 체인 수력 발전소는 검토 대상의 프로토타입 역할을 했습니다.

논의될 수력 발전소는 자유 흐름이며, 소위 Savonius 로터의 다소 독창적인 터빈이 공통(아마도 유연한 복합) 작업 샤프트에 연결되어 있습니다. 설치를 위해 댐 및 기타 대규모 수력 구조물이 필요하지 않습니다. 설계의 단순성, 소형화 및 신뢰성과 결합된 얕은 물에서도 완전한 효율성으로 작업할 수 있어 이 수력 발전소는 작은 수로(강, 시내) 근처에 토지가 있는 농부와 정원사에게 매우 유망합니다 도랑).

쌀. 그림 1. 자체 제작 데이지 체인 초소형 수력 발전소용 Savonius 로터(확대하려면 클릭): a, b - 블레이드; 1 - 가로, 2 - 끝

댐과 달리 자유 흐름 수력 발전소는 알려진 바와 같이 흐르는 물의 운동 에너지만 사용합니다. 힘을 결정하기 위해 여기에 공식이 있습니다.

N=0,5*p*V³*F*n(1),

여기서 N은 작동축의 동력(W), p는 물의 밀도(1000kt/m³), V - 강 유속(m/s), F - 유압 기계 작동체의 활성(잠긴) 부분의 단면적(m²), n - 에너지 변환 효율.

공식 1에서 알 수 있듯이 1m/s의 강 속도에서 이상적으로(n = 1인 경우) 유압 기계의 활성 부분 섹션의 평방 미터당 500W에 해당하는 전력이 떨어집니다. 이 값은 산업용으로 사용하기에는 분명히 작지만 농부나 여름 거주자의 보조 농장에는 충분합니다. 또한 여러 "유압 화환"의 병렬 작동으로 증가시킬 수 있습니다.

그리고 또 하나의 미묘함. 다른 부분에서 강의 속도가 다릅니다. 따라서 소규모 수력 발전소 건설을 시작하기 전에 1996년 잡지 창간호에 요약된 간단한 방법을 사용하여 강의 에너지 포텐셜을 결정해야 합니다. 측정 플로트가 이동한 거리를 통과 시간으로 나눈 값은 이 섹션의 평균 유속과 일치합니다. 또한 이 매개변수는 계절에 따라 변경된다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 구조 계산은 강의 평균 속도(계획된 마이크로하이드로 운영 기간 동안)에 따라 이루어져야 합니다.

다음으로 유압 기계의 활성 부분 크기와 유형을 결정해야 합니다. 전체 마이크로 수력 발전소는 가능한 한 간단하고 쉽게 제조할 수 있어야 하므로 가장 적합한 유형의 변환기는 최종 설계의 Savonius 로터입니다. 물에 완전히 잠긴 상태에서 작업할 때 F 값은 회전자 직경 D와 길이 L의 곱과 같으며 n=0,5입니다. 연습에 허용되는 정확도의 회전 주파수 f는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

f=48V/3,14D(rpm)(2).

수력 발전소를 가능한 한 컴팩트하게 만들기 위해 계산에 지정된 전력은 실제 부하와 상관 관계가 있어야 하며 전력 공급은 미세 수력 발전소에서 제공되어야 합니다(풍력 터빈과 달리 전류가 지속적으로 공급되기 때문입니다) 여기에서 소비자의 네트워크에). 일반적으로 이 전기는 조명, TV, 라디오, 냉장고에 전원을 공급하는 데 사용됩니다. 그리고 후자만이 낮 동안 지속적으로 작업에 포함됩니다. 나머지 전기 제품은 주로 저녁에 작동합니다. 이를 바탕으로 미세 수력 발전소에서 충전된 배터리로 최대 부하를 커버하는 250-300W 정도의 "유압 화환" 하나의 최대 전력에 집중하는 것이 좋습니다.

수력 발전소의 작동축에서 발전기 풀리로의 토크 전달은 일반적으로 중간 변속기를 사용하여 수행됩니다. 다만, 이 요소는 엄밀히 말하면 미소수력발전소의 설계에 사용되는 발전기의 운전회전속도가 750rpm 미만인 경우에는 제외될 수 있다. 그러나 직접적인 커뮤니케이션은 종종 포기해야 합니다. 결국, 대부분의 국내 생산 발전기의 경우 전력 "전달"이 시작될 때 작동 회전 속도는 1500-3000rpm 범위에 있습니다. 이것은 수력 발전소의 샤프트와 발전기의 추가 조정이 필요함을 의미합니다.

글쎄, 이제 예비 이론 부분이 끝났으니 구체적인 디자인을 고려해 봅시다.각각의 장점이 있습니다.

쌀. 2. 가로형 로터가 수평으로 배열된 수중 발전소(확대하려면 클릭): 1 - 스파 베이스(빔 150x100, 2개), 2 - 하부 대들보(보드 150x45, 2개), 3 - 중간 대들보(빔 150x120 , 2개), 4 - 라이저(직경 100인 원형 목재, 4개), 상부 스파 5개(보드 150x45, 2개), 6 - 상부 크로스 멤버(보드 100x40 , 4 개), 7 - 중간 샤프트 (스테인리스 스틸, 직경 30의 막대), 8 - 풀리 블록, 9 - DC 발전기, 10 - 도자기 롤러와 11 코어가있는 "갠더" 절연 전선, 200 - 베이스 플레이트(보드 40x12), 13 - 드라이브 풀리, 2 - 나무 매듭 베어링(14개), 600 - "유압 화환"의 로터(D1000, L2, 15개), 20 디스크 (40-3mm 두께의 보드에서 실드에 두드려서 XNUMX 개); 금속 패스너(확장부, 외부 디스크 허브 포함)는 일반적으로 표시되지 않습니다.

예를 들어, 여기에는 두 개의 동축이 수평으로 배열되고 서로에 대해 90 ° 회전하고 (자체 시동을 용이하게하기 위해) 견고하게 연결된 가로형 Savonius 로터가있는 반 고정식 자유 흐름 미세 수력 발전소가 있습니다. 또한, 이 집에서 만든 수력 발전소의 주요 부품과 구성 요소는 가장 접근하기 쉽고 "순종하는" 건축 자재인 목재로 만들어졌습니다.

제안된 마이크로 HPP는 잠수할 수 있습니다. 즉, 지지 프레임은 바닥의 수로를 가로 질러 위치하며 스트레치 케이블 또는 기둥으로 보강됩니다 (예를 들어 근처에 산책로, 보트 부두 등이있는 경우). 이것은 수로 자체에 의한 구조의 연행을 피하기 위해 수행됩니다.

물론 미소수력발전소 설치현장의 하천의 깊이는 지지틀의 높이보다 낮아야 한다. 그렇지 않으면 전기 발전기에 물이 들어가는 것을 방지하는 것이 매우 어렵습니다(불가능하지는 않더라도). 음, 미세 수력 발전소를 배치해야 할 장소의 깊이가 1,5m 이상이거나 연중 내내 크게 변하는 높은 흐름과 유속이있는 경우 (그런데 일반적입니다. 눈이 내리는 수로), 이 디자인은 플로트를 장착하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 강에 설치했을 때 쉽게 이동할 수 있습니다.

미소 수력 발전소의 지지 프레임은 못과 와이어(케이블)로 고정된 목재, 보드 및 작은 통나무로 만든 직사각형 프레임입니다. 구조물의 금속 부분(못, 볼트, 클램프, 모서리 등)은 가능하면 스테인리스강 또는 기타 내부식성 합금으로 만들어야 합니다.

글쎄, 그러한 미세 수력 발전소의 작동은 러시아에서 계절적으로 만 가능하기 때문에 (대부분의 강이 얼기 때문에) 작동 기간이 만료 된 후 해안으로 끌어 올린 전체 구조물은 철저한 검사를받습니다. 예방 조치를 취했음에도 불구하고 썩은 나무 요소, 녹슨 금속 부품을 적시에 변경하십시오.

우리 마이크로 수력 발전소의 주요 노드 중 하나는 두 개의 견고하게 고정된(작동 샤프트에서 단일 전체를 구성하는) 로터의 "수력 화환"입니다. 디스크는 20-30mm 두께의 보드로 쉽게 만들 수 있습니다. 이렇게하려면 나침반을 사용하여 방패를 만든 후 직경 600mm의 원을 만드십시오. 그 후, 각 보드는 그 위에 얻은 곡선에 따라 절단됩니다. 필요한 강성을 제공하기 위해 두 개의 슬레이트에서 블랭크를 함께 두드린 후 필요한 디스크 수에 따라 모든 것을 세 번 반복합니다.

블레이드는 루핑 아이언으로 만드는 것이 좋습니다. 그리고 더 나은-적절한 크기의 원통형 스테인리스 용기 (배럴)에서 반으로 자르고 (축을 따라) 일반적으로 농업 비료 및 기타 공격적인 재료가 저장되고 운송됩니다. 극단적인 경우 블레이드를 나무로 만들 수도 있습니다. 그러나 그들의 무게는 (특히 물에 오래 머문 후에) 크게 증가합니다. 그리고 이것은 플로트에 미세 수력 발전소를 만들 때 기억해야 합니다.

스파이크 지지대는 "수력 에너지 화환"의 끝에 부착됩니다. 실제로 이들은 넓은 플랜지와 키용 끝 슬롯이 있는 짧은 실린더입니다. 플랜지는 XNUMX개의 볼트로 각 로터 디스크에 부착됩니다.

쌀. 3. 플레인 베어링 어셈블리(확대하려면 클릭): 1, - 크림핑 브래킷(St3, 스트립 50x8, 4개), 2 - 중간 프레임 크로스 멤버, 3 - 크림핑 인서트(단단한 목재로 제작, 2개), 4 교체 가능한 인서트(단단한 목재로 제작, 2개), 5 - Grover의 너트와 와셔가 있는 M10 볼트(4세트), 6 - 8개의 너트와 와셔가 있는 M2 스터드(XNUMX개)

마찰을 줄이기 위해 중간 크로스바에 베어링이 있습니다. 그리고 일반 볼 또는 롤러 베어링은 수중 작업에 적합하지 않기 때문에 집에서 만든 목재를 사용합니다. 각각의 디자인은 스파이크 지지대를 통과시키기 위한 구멍이 있는 두 개의 클램프와 인서트 플레이트로 구성됩니다. 또한 중간 베어링 쉘은 여기에서 목재 섬유가 샤프트와 평행하도록 배치됩니다. 또한 인서트 플레이트가 측면 변위로부터 견고하게 고정되도록 특별한 조치가 취해집니다. 조임 볼트를 사용하여이 작업을 수행하십시오.

고려되는 미소수력발전소의 발전기로는 자동차용 발전기가 사용된다. 그들은 12-14V DC를 제공하고 배터리와 전기 제품 모두에 쉽게 도킹합니다. 이 기계의 전력은 약 300W입니다.

전류를 공급하는 화환
쌀. 4. 종단형 로터가 수직으로 배열된 마이크로 HPP: 1 - 지지대, 2 - 하부 베어링 어셈블리, 3 - 수력 화환 디스크(3개), 4 - 로터(D600, 2개), 5 - 상부 베어링 어셈블리 , 6 - 작동 샤프트, 7 - 트랜스미션, 8 - 발전기, 9 - 도자기 롤러와 10선 절연 와이어가 있는 "갠더", 11 - 발전기 장착 클램프, XNUMX - 이동식 실드 가이드; a, b - 블레이드: 지지봉 상단의 연장부는 일반적으로 표시되지 않습니다.

"화환"과 발전기의 수직 배열을 갖춘 휴대용 미세 수력 발전소의 설계는 자체 생산에 상당히 적합합니다. 개발 작성자에 따르면 이러한 수력 발전소는 재료 집약도가 가장 낮습니다. 강바닥에서 위치를 고정하는 설비의 지지 구조는 속이 빈 강철 막대(예: 파이프 섹션)입니다. 길이는 수로 바닥의 특성과 흐름의 속도에 따라 선택됩니다. 또한 바닥에 박힌 막대의 날카로운 끝은 미세 수력 발전소의 안정성과 그 경로에 따른 불가분성을 보장합니다. 추가 스트레치 마크를 사용하는 것도 가능합니다.

식 (1)에 의해 로터의 활성 표면을 결정하고 미소수력 발전소 설치 현장에서 하천의 깊이를 측정하면 여기에 사용되는 Savonius 로터의 직경을 쉽게 계산할 수 있습니다. 설계를 간단하고 자동으로 시작하려면 첫 번째 블레이드가 두 번째 블레이드에 대해(회전축을 따라) 90° 이동되도록 연결된 두 개의 로터로 구성된 "유압 화환"을 만드는 것이 좋습니다. 또한 작업의 효율성을 높이기 위해 다가오는 흐름의 측면 구조에는 가이드 베인 역할을 하는 쉴드가 장착되어 있습니다. 음, 작업 샤프트는 상부 및 하부 지지대의 플레인 베어링에 장착됩니다. 원칙적으로 초소형 수력 발전소의 짧은 작동 시간(예: 캠핑 여행)으로 대구경 볼 베어링도 사용할 수 있습니다. 그러나 물에 모래나 실트가 있으면 매 사용 후 깨끗한 물로 세척해야 합니다.

지지대를 막대에 고정하는 것은 "유압 화환"의 무게와 부품으로 분해해야 할 필요성에 따라 볼트로 고정되고 용접됩니다. 유압 기계의 작동 샤프트 상단은 멀티플라이어의 입력 샤프트이기도 하며 (가장 간단하고 기술적으로) 벨트로 사용할 수 있습니다.

발전기는 자동차로 다시 가져옵니다. 클램프로 지지대에 쉽게 부착할 수 있습니다. 그리고 발전기에서 나오는 전선 자체에는 안정적인 방수 기능이 있어야 합니다. 그림에서 중간 변속기의 정확한 기하학적 비율은 사용자가 가지고 있는 특정 발전기의 매개변수에 따라 달라지기 때문에 일반적으로 표시되지 않습니다. 글쎄요, 전송 벨트는 오래된 자동차 카메라를 20mm 너비의 테이프로 자른 다음 묶음으로 꼬아 서 만들 수 있습니다.

작은 마을의 전원 공급을 위해 V. Blinov가 설계한 데이지 체인 미세 수력 발전소가 적합하며, 이는 유연한 케이블에 장착된 직경 300-400mm의 배럴 모양 Savonius 로터 체인에 지나지 않습니다. 강을 가로질러 뻗어 있습니다. 케이블의 한쪽 끝은 힌지 지지대에 연결되고 다른 쪽 끝은 간단한 승수를 통해 발전기 샤프트에 연결됩니다. 1,5-2,0m/s의 유량에서 로터 체인은 최대 90rpm을 만듭니다. 그리고 "수력 화환" 요소의 크기가 작기 때문에 수심이 XNUMXm 미만인 강에서 이 미세 수력 발전소를 작동할 수 있습니다.

나는 1964 년 이전에 V. Blinov가 자신의 디자인으로 여러 개의 휴대용 및 고정식 마이크로 수력 발전소를 만들 수 있었으며 그중 가장 큰 것은 Porozhki 마을 (Tver 지역) 근처에 지어진 수력 발전소였습니다. 여기에 있는 한 쌍의 화환은 총 3,5kW의 전력으로 두 개의 표준 자동 트랙터 발전기를 구동했습니다.

저자: I.Dokukin

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