Самодельная мини-ГЭС и ее промышленные аналоги

В статье приведено описание и опыт применения различных самодельных и промышленных мини-ГЭС.

В последнее время, из-за роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергии.

Из известной классической триады: солнечные батареи, ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС), последние наиболее сложные. Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

При изготовлении самодельного гидрогенератора нужно больше потрудиться и выбрать более качественные материалы, чтобы обеспечить его долговечность. Зато такой генератор (при равной мощности с ветряком и солнечной батареей) выдаст, за равный промежуток времени, гораздо больше энергии.

Что и как делать?

Наиболее просто делать бесплотинные ГЭС, т.к. сооружение плотины достаточно сложное и дорогое дело и часто требует согласования с местными властями или, по крайней мере, с соседями. Бесплотинные ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств: водяное колесо, гирляндная ГЭС, ротор Дарье и пропеллер.

Типы мини-ГЭС

Водяное колесо, это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Гирляндная ГЭС представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье, это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.

Пропеллер – это подводный «ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.

Достоинства и недостатки различных систем для создания самодельной ГЭС

Недостатки гирляндной ГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих ( длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина. Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.

Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер. Большинство самоделок используют именно эти варианты.

С чего начать?

Если вы решились построить свою мини-ГЭС, то первое, что нужно сделать – это измерить скорость течения реки. Осуществить это довольно просто: вооружитесь секундомером, отмерьте шагами 10 метров вверх по течению, бросьте в воду щепку и замерьте время прохождения этих 10 метров. Поделив метры на секунды, вы получите скорость потока. Опыт показал, что если скорость меньше 1 м/с, то эффективной ГЭС не получится.

Для примера, можно привести соотношение, полученное экспериментальным путем, между скоростью потока м/с и мощностью снимаемой с вала винта кВт (диаметр винта 1 метр). Итак: 0.5 м/с – 0.03 кВт, 0.7 м/с – 0.07 кВт, 1 – 0.14, 1.5 – 0.31, 2 – 0.55, 2.5 – 0.86, 3 -1.24, 4 – 2.2 и т.д. Мощность пропорциональна кубу скорости потока. Если скорость потока в вашем водоеме недостаточная, попробуйте организовать достаточный перепад высот для потока жидкости.

Это можно сделать, установив сливную трубу из пруда или заключив ручеек в трубу и организовав плавное изменение диаметра трубы. Чем меньше будет диаметр в конце трубы, тем больше будет скорость потока. Если рядом с вами протекает только небольшой ручей, то можно сделать маленькую разборную плотину, а за плотиной поставить вашу ГЭС.

Примеры изготовления

Можно привести несколько примеров самодельных мини-ГЭС. Начнем с простейшего, который не отнимет у вас много времени, но поможет создать представление, как это работает.

Возьмем обычный велосипед с велогенератором (динамо машиной) и велофарой. Из кровельного железа или из листового алюминия вырежем несколько лопастей (2-3). Лопасти должны быть длиной от обода колеса до втулки, а шириной 2-4 см. Лопасти устанавливаются между спицами, для крепления их края загибают плоскогубцами вокруг спиц. Так как металл лопастей тонкий, это не сложно сделать.

Если вы используете две лопасти, то установите их напротив друг друга. Если захотите добавить большее количество лопастей, то разделите окружность колеса на число лопастей и установите их через равные промежутки.

Такая микро ГЭС, зто большое подспорье велотуристам, если они остановились на берегу реки с быстрым течением. Вода поможет освещать палатку и заряжать сотовые телефоны. С глубиной погружения колеса можно поэкспериментировать. Обычно его погружают от одной трети до половины.

Другой пример гидрогенератора – это микро-ГЭС для электроснабжения небольшого фермерского хозяйства, мощностью 3-5 кВт. Мощность потока, вращающего колесо, составляет примерно 100 литров в секунду. Для изготовления использовались только подручные материалы, из тех. Что можно найти на свалке.

Ротор-колесо был сделан из металлического барабана от кабеля. Диаметр барабана 2200 мм. Барабан разрезали болгаркой и переварили. Расстояние между щечками составило 300 мм. Под углом 45 градусов к радиусу вварили 18 лопастей. Материал лопастей – это остатки от разрезанного барабана. Барабан вращается на подшипниках, в качестве опоры для конструкции применена рама из труб или уголков.

На колесе смонтирован цепной редуктор, с коэффициентом передачи равным четырем. Далее вращение передается через карданный вал от «Жигулей» ВАЗ 2101. Кардан позволяет уменьшить вибрацию и снизить требования к соосности привода и генератора. Генератор и прочая электрика и механика, связанная с ним, закрыты водонепроницаемым кожухом (контейнером). Это сделано из соображений безопасности и долговечности.

Внутри кожуха установлен повышающий редуктор с коэффициентом 40 и трехфазный генератор. Скорость вращения генератора примерно 3000 оборотов в минуту. Общий коэффициент редуцирования двух редукторов (цепного и шестеренчатого) 160. Таким образом, водяное колесо вращается со скоростью около 18-20 оборотов в минуту.

В качестве генератора был использован списанный асинхронный двигатель, блок управления взят от старой списанной кормодробилки 1953 года выпуска. От генератора до фермы протянут кабель ВВГ НГ 2х4 квадрата. Кабель закреплен на самодельных столбах.

Материалы и изготовление обошлись в 10000 рублей. Большая часть денег это зарплата рабочих и сварщика. Сумма может быть и меньше, ведь в России так много свалок, куда выбрасывают вполне работоспособное оборудование и собственные голова и руки помогут вам экономить деньги.

Что предлагает промышленность

В настоящий момент мало отечественных предприятий предлагают мини ГЭС по приемлемым ценам. Наприрмер, аналогичная миниГЭС (3-5кВт) обошлась бы в 300-400 тысяч рублей. Более подробно с конкретикой вопроса можно ознакомиться по ссылкам:

http://www.intersolar.ru/catalog/hydro/renewable/ — каталог материалов,

http://energyservice.sitecity.ru/stext_1101130058.phtml — гидророгенераторы и гидроэнергетика от ОсОО «Гидропоника»,

http://www.inversiya.com/alternativ/001.htm — мини-гидроэлектростанции от «НПО Инверсия»,

http://www.inset.ru/r_offers/MHPP-10Pr.htm — микроГЭС10Пр от «МНТО ИНСЭТ»,

http://www.avante.com.ua/rus/price/catalog/tmc_el01937.htm — микрогидроэлектростанция ПР-5-Г-20 от фирмы «Аванте»,

http://iis97.narod.ru/pr12.htm — интересные рукавные всесезонные гидроэлектростанции Луч-1 и Луч-2,

http://promcomplex.ru/rukavnaya_perenosnaya_gi — рукавная переносная гидроэлектростанция РПГЭС-1,5,

http://www.powerpal.com/ — гидрогенераторы в Канаде,

http://www.rusphysics.ru/articles/221/ — необычные бесплотинные ГЭС нового поколения,

http://www.ntpo.com/techno/techno2_2/10.shtml — ещё о бесплотинных ГЭС,

http://the-mostly.narod.ru/misc/garland_hydro_electrical_plant.html — гирляндная гэс,

http://www.sgp.uz/userfiles/MikroGES%20rus-new.pdf — пособие по применению,

http://www.lpelectric.ro/ro/products/hydro/turbine_ro.html — микро гидротурбина,

http://www.made-in-china.com/products-search/hot-china-products/Hydro_Turbine.html — гидрогенераторы, произведенные в Китае.

http://alt-energy.org.ua/2009/08/19/barzhi-generatory-gidrokineticheskoj-energii/ — баржи, генераторы гидрокинетической энергии.

Выводы

Чем дольше живешь, тем больше понимаешь, что кризис гнездится в головах наших руководителей. Россия самодостаточная страна, т.к. в ней есть все – ресурсы, талантливые люди и миллион направлений для желающих что-то изменить к лучшему. Нам есть, к чему стремится – самый длинный путь начинается с первого шага. Сделайте его и опишите свои достижения. Поделитесь своим опытом.

Источник

Гирляндная Мини ГЭС своими руками

Авторизация на сайте

Самодельная Тросовая Гирляндная мини ГЭС – отличное решение для получения доступной и недорогой электроэнергии, если с местом вашего проживания есть небольшая река.

Конструкция гирляндой тросовой мини ГЭС основано на вращении троса в русле реки.

Первые конструкции автономной простейшей ГЭС давно были воплощены в жизнь отдельными умельцами еще полвека назад. Еще в журнале «Радио» за 50-е годы печатали информацию про гирляндную ГЭС, выполненную а консервных банках и с генератором от авто!

Рис.1. Внешний вид тросовой гирляндой мини ГЭС сделанной своими руками.

Как сделать тросовую гирляндную ГЭС своими руками

На рисунке снизу показана схема конструкции простой тросовой гирляндной мини-ГЭС с турбинно-тросовым гидроприводом, который вращается от потока течения реки.

Рис.2 Схема и принцип работы Гирляндной мини ГЭС.

1. Подшипник, 2. Опора, 3. Металлический трос, 4. Гидроколесо (турбина), 5. Электрогенератор, 6. Уровень верхнего течения реки, 7. Русло реки.

В качестве гидроколёс (роторов),в тросовом гидроприводе мини-ГЭС можно использовать несколько «крыльчаток», изготовленных из тонкого металлического листа, диаметром около полуметра, по типу детской игрушки — пропеллера из квадратного листа бумаги. В качестве гибкого вала целесообразно использовать обычный стальной трос диаметром 10…15 мм.

Ориентировочные расчеты показывают, что от такой тросовой ГЭС, можно получить с одного гидроколеса до 1,5…2,0 кВт, при течении реки около 2,5 метра/сек!

Если опоры 2 с подшипниками 1 и электрогенератором 5 установить на дно реки, и подшипники с генератором поднять выше уровня реки, а всё это сооружение разместить по оси течения, то результат, практически будет тот же. Эта схема целесообразно применяется для очень «узких речек» но с глубиной более 0,5 метра. Тепловую энергию в такой ГЭС можно получить путем подключения электронагревателей к электрогенератору.

Роторы гирляндой ГЭС, как правило, располагаются в ядре потока (на 0,2 глубины от поверхности летом и 0,5 глубины от поверхности льда зимой). Глубина реки в месте установки гирляндой ГЭС не превышает 1,5 м. При глубине реки более 1,5 м. вполне возможно использовать роторы, расположенные в два ряда.

Более подробную информацию по проектированию и строительству гирляндой мини ГЭС своими руками Вы можете узнать из книги: Б.С. Блинова «Гирляндная ГЭС»

Еще 2 конструкции гирляндной ГЭС описано

О том как сделать мини гэс своими руками без плотины читайте в этой статье

Источник

Гирляндная ГЭС своими руками- конструкция и принцип работы

Авторизация на сайте

Гидроэлектростанция состоит из лёгких турбин — гидровингроторов, нанизанных в виде гирлянды на тросе, переброшенном через реку. Один конец троса закрепляется в опорном подшипнике, второй — вращает ротор генератора. Трос в этом случае играет роль своеобразного вала, вращательное движение которого передается к генератору.

Мощность Р, которую можно получить от такой гидростанции, подсчитывается по формуле:

• Р — мощность в кВт,
• D — диаметр вингротора в м,
• L — активная длина гирлянды в м,
• V — скорость течения в м/сек, n=0,3*V/D

На рисунках помещён внешний вид такой микрогэс и основные детали гидростанции.

Каждый гидровингротор состоит из двух смещённых относительно друг друга полуцилиндров 11. При погружении гидровингротора в поток воды вследствие разности гидравлических давлений на его поверхности создаётся крутящий момент (относительно оси вращения).

Одновременно гидровингротор оказывает и значительное лобовое сопротивление потоку, благодаря чему трос гирлянды 1 натягивается и выгибается в направлении течения реки. Гидровингроторы крепятся к тросу попарно, при этом каждая пара имеет общий узел крепления 13, 14, и в каждой из них один гидровингротор развёрнут по отношению к другому на 90°. Это необходимо для создания равномерного вращения троса, а следовательно, и вала генератора.

Реакция сил натяжения троса воспринимается береговыми опорами, которые состоят из подпорных досок 6, укреплённых в грунте, и опорных лент 3, имеющих отверстия, через которые забиваются в грунт клинья 4,5, удерживающие опоры. На раме 18 установлены редукторная и генераторная части установки. Свободная опора на противоположном берегу имеет крюк 7 и узел опорного подшипника 6, 9, 10, обеспечивающего свободное вращение троса под разными углами к направлению потока воды. Крепление второго конца троса также шарнирное.

Снимая трос с опоры, в течение первых 20 — 30 сек не следует брать его в руки, так как он может резко раскрутиться. Второй конец троса перекинут через шкив 17 и закреплён стяжками. Шкив закреплён на оси редуктора (механизма привода) при помощи обоймы 16 и болтов. Трос работает на скручивание, и только в этом случае он передает мощность с турбин на генератор.

Одна гирлянда турбин обеспечивает мощность от нескольких десятков ватт до 5-15 киловатт. Можно объединять гирлянды, заставляя работать их на общую нагрузку и повышая тем самым мощность гидростанции.

В этом случае узел свободной опоры (рис. 1 в рамке) состоит из жёстких профилей 14, соединённых между собой накладками 15 и закреплённых кольями 17, причём колья опираются на вкопанные деревянные брусья 13. У свободной опоры гирлянды крепятся с помощью крюков 16 и обойм упорного подшипника 18. Этот узел аналогичен узлу крепления одной гирлянды. Генератор устанавливается на площадке 11, расположенной со стороны первой линии. Площадка жёстко соединена с корпусом станины 8 трансмиссионного вала 5, Вал 5 соединён со станиной посредством опор 4. Вращение троса гирлянд передается по трансмиссионному валу полуперекрещивающимся ремнём, охватывающим вал 5 и шкив 1. Однако для установки гидростанций больших мощностей лучше применять шестерёнчатое зацепление посредством пар конических шестерёнок./p>

Генератор 2 крепится либо непосредственно через переходную муфту к трансмиссионному валу 5, либо имеет ступень редукции 3. В остальном устройство понятно из чертежей. Для использования вертикально расположенного генератора, который может быть установлен на высоте безопасной при подъёме уровня воды, шестерни 3 можно выполнить коническими, с углом зацепления 45°. Всю трансмиссию и генератор можно помещать в водонепроницаемый кожух типа воздушного колокола.

В таблице приведены названия и основные данные наиболее распространённых генераторов, которые могут быть использованы на микрогэс.

В качестве примера описанных микрогэс может служить станция, установленная на 1,5 км ниже г. Старая Руза на Москве-реке. В этом месте средняя скорость течения 1,5 м/сек, глубина 40-50 см. Активная длина гирлянды равнялась 47 м, длина вингроторов в паре — 1 м с учётом просвета, диаметр гирлянды — 0,3 м. Гирлянда развивала мощность 8,6-8,8 кВт и вращала с полной нагрузкой генератор 6 кВт (МП 543 1/2, n=428 об/мин). КПД генератора был равен 0,7, диаметр гирлянды — 17,3 мм,

При менее мощных гидростанциях (1-2 кВт), работающих на скоростях 1,5-2 м сек, можно применять трос диаметром 10-12 мм.

Приводим данные расчёта такой электростанции. Для вращения генератора ГПМ-130 (от ветроагрегата ВЭ-2) требуется мощность 260 Вт.

При скорости вращения 500 об/мин и скорости течении реки 1,5 м/сек длина гирлянды должна быть равна 3 м, диаметр каждого вингротора 200 мм, а длина — 450 мм. Для обеспечения необходимой мощности потребуется 3 пары гидровингроторов, установленных на расстоянии 50 мм друг от друга-Скорость вращения гирлянды при этом будет равна 135 об/мин, и, следовательно, нужен редуктор, повышающий число оборотов в 3.7 раза.

На рисунках приведены чертами деталей и узлов гирляндной гидростанции.

Конструкция отдельных узлов и деталей может быть без ущерба изменена. Рама (деталь 18) для генератора, например, может быть выполнена из деревянных брусьев, конфигурацию детали 17 можно упростить, выполнив шкив из трёх дисков, склёпанных вместе, и т.д.

На рисунке 1, 2, 3 показана многогирляндная ГЭС и отдельные её узлы.

Более подробную информацию по проектированию и строительству гирлядной мини ГЭС своими руками Вы можете узнать из книги: Б.С. Блинова «Гирляндная ГЭС»

Источник