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 споруддля встановлення 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 достатньо 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 типом перетворювача є ротор Савоніуса торцевої конструкції. Працюючи з повним зануренням у воду величину F можна прийняти рівної добутку діаметра 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 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 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 постійно струму, 10 - «гусак» з фарфоровим роликом та двожильним ізольованим проводом, 11 - плита-основа (дошка 200x40), 12 - шків ведучий, 13 - вузол дерев'яного підшипника (2 шт.), 14 - ротор «гідроенергогірлянди» (D L1000, 2 шт.), 15 дисків (зі збитих у щит дощок 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 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 і 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 конструкцієюустановки, що фіксує її положення в руслі річки, є сталевий порожнистий стрижень (наприклад, із 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. Можливе додаткове використання розтяжок.
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

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 необхідно 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.

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 і т.д.

Потужність саморобної міні ГЕСпропорційна 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.

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 досить складні конструкції швидше заводського, ніж саморобного виготовлення.

Ротор Дар'ї

Це ротор з вертикальною віссю обертання, що використовується для створення 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.

Гірляндна ГЕС

Гідроелектростанція складається з легких турбін - гідровінгроторів, нанизаних та 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.

Пропелер

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. За великих швидкостей, 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 ГЕСочевидні: велика матеріаломісткість, небезпека оточуючих (довгий підводний трос, приховані у воді ротори, перегородження річки), низький ККД. Гірляндна ГЕС – це своєрідна 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 розрахунків і реалізуються при мінімальних витратах, мають високий ККД, прості в налаштуванні та експлуатації.

Якщо у Вас немає водяного енергоресурсу, можете самостійно зробити домашню вітроелектростанцію.

П ример найпростішої міні-ГЕС

Найпростішу гідроелектростанцію можна швидко збудувати зі звичайного велосипеда з динамікою для велофари. З оцинкованого заліза або 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 Велика кількістьлопат, то розділіть коло колеса на число лопат 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 чи річечки – що зазвичай і є у місці розбивки табору. Міні ГЕС з велосипеда зможе висвітлювати намет та заряджати стільникові телефони чи інші гаджети.

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 і т.д.

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 створення 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. За великих швидкостей, 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 своєрідна 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 гідроелектростанцій набули схеми пропелера та водяного колеса. Так як ці варіанти порівняно прості у виготовленні, вимагають мінімальних розрахунків і 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 або 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 телефони чи інші гаджети.

Незалежне джерело електроенергії у заміському особняку – перша необхідність. Ринок електротоварів пропонує широкий асортимент генераторів електричного струму різних конструкційКабіна: газові, інверторні, бензинові, дизельні. Серед них водяні електрогенератори займають особливе місце, завдяки своїм перевагам та економії у витрачанні палива. Вироблення електрики з природних джерел – найбільш екологічний та маловитратний спосіб виробництва енергетичного ресурсу.

Область застосування та особливості пристрою

Різна сфера застосування

Дані гідравлічні пристроїможуть застосовуватися для різних побутових та господарських потреб:

• у сільському господарстві;
• Містечках геологів;
• У річковому транспорті;
• на базах відпочинку;
• У гірничодобувній промисловості;
• На дачних та заміських ділянках.

Для перетворення різного роду енергії на електричну. Пристрій приладу простий: двигун, сам генератор і корпус.

Дивимося відео, область застосування генераторних установок та їх види:

Залежно від типу силової установки генератори поділяються на:

Також генератори бувають водяні та на сонячних батареях. Водяний електрогенератор відрізняється від дизельного або бензинового більшою економічністю в експлуатації та абсолютною екологічністю. Якщо поряд із заміським будинком протікає річка чи струмок, витратна сума обслуговування станції дорівнює нулю.

Принцип роботи

Виробництво енергії за допомогою обертання конструктивного елементазастосовувалося з давніх-давен, досить згадати водяні млини. Водяний генератор для електричної енергії мало відрізняється від старовинних пристосувань.

Дивимося відео, найпростіший механізмроботи:

Вам потрібно підключити шланг пристрою до джерела води (потік, водопровідний кран, бак кабінки для душу), а обертання лопат колеса під напором води передаватиме енергію на сам генератор. У свою чергу, генератор перероблятиме отриману енергію в струм відповідної частоти (змінний або незмінний).

Види гідрогенераторів

Промислові вироби розрізняються за параметрами потужності, що виробляється. Для побутових потребвикористовують малопотужні гідросистеми (10-100 кВт) з вертикальним положенням осі обертання ротора, що працюють на основі невеликих водотоків. Для потреб промисловості апарати конструюють із горизонтальним обертальним рухом осі.

Водяне колесо

У побутових цілях використовують безплотинний вид міні-ГЕС, який поділяють на 4 види:

1. Водяне колесо;
2. Гірлянда ГЕС;
3. Ротор Дар'ї;
4. Пропелер.

Водяне колесо являє собою елемент, що обертається з лопатями, який встановлюють перпендикулярно руху води, занурюючи наполовину або трохи менше. За допомогою водного тиску на лопаті створюється обертання колеса та перетворення енергії.

Конструкція гірлянди для водяного генератора являє собою трос із зафіксованими роторами, перекинутий з одного на інший берег річки. Один кінець троса прикріплений до генератора, а другий – закріплений підшипником. Занурені у воду ротори починають обертатися під тиском потоку, викликаючи обертання троса. Через війну генерується електроенергія.

Ротор Дар'ї

Ротор Дар'є являє собою вертикальний елемент, що обертається, який наводиться в рух за рахунок зміни тисків на лопатях складної конструкції. Саме обтікання потоком складної поверхні створює перепад тисків.

Водяний генератор-пропелер нагадує собою вітряк, оснащений ротором, але встановлений під водою. Ширина лопатей (2 см) має необхідні розміридля створення максимальної швидкостіобертання при мінімальному навантаженні опору. Однак розміри лопатей потрібно підбирати відповідно до течії водного потоку, їх показники можуть відрізнятися.

У побуті набули поширення гідроустановки пропелерного типу та колеса. Перевага даних приладів – високий ККД при мінімумі витрат.

Огляд продукції

Виробники випускають міні гідростанції побутового використаннядля генерування струму постійної та змінної частоти у трифазному та однофазному виконанні. Для вироблення електрики необхідний невеликий тиск води - до 12 л/сек. Як правило, дані гідроустановки застосовуються в місцях з протіканням невеликих річок або в місцевості з природним/штучним водоспадом, а також з побудованою греблею.

Міні генератор Ct-02 (Китай)

• Потужність – 5 кВт;
• струм, що виробляється - 50 Гц;
• Швидкість обертання – 30-3000 об/хв;
• Струм - змінний.

Продукцію можна придбати на замовлення, позначивши необхідні параметри. Початкова вартість - 30 000 рублів.

Міні генератор для будинку xj13 (Китай)

• Потужність – 8,5 кВт;
• струм, що виробляється - 50 Гц;
• Швидкість обертання – 145-1920 об/хв;
• Струм - змінний.

Ця модель горизонтальної установкимає свої переваги, мала вага та невеликі обсяги. Апарат можна легко встановити в присадибній ділянці. Ціна – від 16 000 рублів.

Гідрогенератор LPWG

Гідрогенератор LPWG

• Потужність – 5 кВт;
• струм, що виробляється - 50 Гц;
• Швидкість обертання – 500 об/хв;
• Струм - змінний.

Ця гідросистема з горизонтальною подачею води забезпечить струмом присадибне господарство або заміський будинок. Купівля водяного генератора електричного струму коштуватиме 49 596 рублів.

Як зробити гідроелектростанцію самостійно

Створення водяного електрогенератора своїми руками – процес цікавий. Можна сконструювати з урахуванням звичайного велосипедного генератора. По-перше, слід визначити швидкість течії водного потоку за допомогою секундоміра. Якщо швидкість буде недостатня, доведеться створити перепад висот, наприклад, встановивши зливну трубу.

Дивимося відео, робимо поетапно своїми руками:

Вам потрібно вирізати з алюмінієвого листакілька лопатей шириною 2-4 див. Довжина лопатей має збігатися з діаметром велосипедного колеса (від обода до втулки). Потім лопаті встановлюються між спицями та фіксуються за допомогою плоскогубців. Колесо поринає у воду на третину. Дуже непоганий варіант вироблення електроенергії в поході для освітлення намету та заряджання телефонів.

Вибираємо електрогенератор

Потужність

• Для постійного забезпечення енергією приватного заміського будинкуцілком вистачить потужності 20-30 кВт.
• Щоб точно визначити необхідну потужність, потрібно скласти показники споживаної потужності всіх побутових приладів та додати лампи освітлення.
• Слід враховувати, що до загальної суми потужності потрібно додати ще 20 відсотків зверху з урахуванням пускових струмів.
• Якщо ви працюєте з електроприладами будівельного призначення, величина необхідної потужності має бути втричі більшою (до 100 кВт).

Ціни та виробники

Ринок товарів забезпечується різними постачальниками та компаніями-виробниками. Ціновий фактор формується залежно від розкрученості бренду. Останнім часом добре зарекомендували себе китайські виробники. Сприятливе поєднання якості та ціни заслуговує на увагу.

Найбільш поширеними серед альтернативних джереленергії є вітрові генератори, проте вони значною мірою залежать від погодних умов. За відсутності вітру або слабкому потоці вони виявляються не ефективними. Для нормальної роботитаких генераторів хороші райони, де середньорічні показники швидкості вітру не нижче 5-6 м/с та вище.

У Росії районів з інтенсивними вітрами не так багато, степу та чорноморське узбережжя Кубані, далекосхідне узбережжя та ще до десятка незаселених територій або малих за площею.

У середній смузі, у горах Кавказу, Уралу, Алтаю та інших регіонах, де є невеликі, але стрімкі річки, притоки, струмки, люди забувають про можливості використання гідрогенераторів.

Не раціонально відмовлятися від їх використання, це гарантоване джерело електроенергії, адже річка зі стабільним рівнем і потоком набагато надійніша мінливого вітру.

Розрахунок потужності та вибір конструкції

По суті, електрична частина пристрою вітрогенератора не відрізняється від гідрогенератора, аналогічний принцип перетворити механічну енергіюобертання в електричну.

Відмінність у рушійною силоювітер чи вода, принципово відрізнятимуться пристрої приводу. Замість пропелера в гідрогенераторах застосовуються колеса барабанного типуз лопатями.

Гідрогенератори своїми, якщо вони ростуть з потрібного місцязібрати не складно, за наявності вітрового генератора, Залишається сконструювати і зібрати гідропривід для його обертання.

У таких випадках, щоб генератор обертався з потрібною швидкістю, часто доводиться використовувати редуктори для зміни сили та швидкості обертання, які залежать від водного потоку.

Прораховано що потужність наливного колеса істотно більша, ніж підливного, це коли потік води падає на лопаті приводного колеса зверху, підливне колесо обертається потоком знизу.

Тому, виходячи зі своїх умов, використовуйте наскільки можна конструкцію наливного колеса. Однак таке колесо має свої недоліки:

• обертання його повільніше
• вимагає зведення додаткових конструкцій

На фото вище використовується наливне колесо із прямим приводом на саморобний. дисковий генераторіз постійними магнітами, конструкцію якого розглянемо нижче.

У конструкціях приводного механізму можна використовувати елементи транспортних засобів:

• диски
• зірочки
• шестерні
• ланцюги та ремені

У деяких випадках застосовують навіть коробки від мопедів і мотоциклів, на диски великих тракторних коліс приварюють лопаті.

Варіанти використовуваних генераторів та підключення до навантаження

Генератори можна використовувати автомобільні, автобусні, найкраще малооборотні на постійних магнітах.

Вони надійніші, простіші в експлуатації та ремонті, у них немає щіток.

1. генератор Г250-Г1 2. Р362 реле-регулятор 3. автомобільний акумулятор 4. амперметр 5 і 6 перемикачі 7 запобіжник 8 наргузка.

Залежно від ваших умов та можливостей можете використовувати генератори на 24В.

1. Генератор Г-228 2. регулятор напруги 11.3702 3. акумулятори по 12В, послідовно з'єднані 4. Амперметр для вимірювання струму зарядки 5 і 6 перемикачі 7. навантаження.

У найпростішому випадку ви можете використовувати акумулятори 6СТ-75, але для надійності звичайно краще поставити нові літій-іонні стартерні акумулятори. Вони звичайно дорожчі, але легші за вагою, ніж свинцево-кислотні, менше за габаритами, більше за ємністю в А/Ч, термін служби набагато довше, перевершують свинцеві за всіма параметрами.

Це вирішує кожен сам, залежно від призначення генератора, умов експлуатації та фінансових можливостей.

Якщо ви збираєтеся використовувати гідрогенератор для живлення побутових електроприладів, розрахованих на живлення промислової мережі 220/50Гц, доведеться використовувати перетворювачі напруги та струму.

Ці прилади постійний струмакумулятора в 12 або 24 перетворюють в змінний струмнапругою 220В. Вони бувають різні за потужністю, вибирати потрібно залежно від струму, яке максимальне навантаження ви збираєтеся використовувати.

Підключаються вони за вищезгаданою схемою замість навантаження, найпростіший перетворювач невеликої потужності можна зібрати самому.

Ця схема перевірена роками, працює як годинник, проста, не потребує налаштування. Недолік те, що вона малопотужна 100Вт.

Використовуйте економні лампи денного світла по 13-15Вт або світлодіодні по 5-10 Вт цілком достатньо для освітлення на ніч приватного будинку, гаража і навіть двору. 15 ватяні лампи за яскравістю світять як 80Вт лампи розжарювання.

Якщо вам потрібна велика потужність, щоб повноцінно експлуатувати електромережі, можна купити промислові перетворювачі. У продажу великий асортимент 12/220В; 24/220В; 48/220В, за потужністю до 5кВт і більше.

Інвертор Pulso IMU-800 перетворює постійний струм напругою 12В змінний на 220В/50Гц. максимальна потужність на виході 800Вт. Цього цілком
достатньо для освітлення, підключення телевізора, холодильника, для прасок та кип'ятильників знадобляться потужніші інвертори.

Складання саморобного генератора на магнітах

Багато хто робить гідрогенератор електрики своїми руками, використовуючи методику складання генератора на ніодимових магнітах. За основу, на якій кріпитиметься вся конструкція можна взяти маточину автомобільного колеса з гальмівним диском.

Заводська збірка, надійна і добре збалансована, на частині, що обертається, кріпляться диски з постійними магнітами, між якими буде зафіксований диск з обмотками ротора.

Перевага генератора на постійних магнітах у тому, що магнітне поле кероване, це досягається:

• мінімальним зазором між ротором та статором
• через магнітно-провідний диск силові лінії всіх магнітів пов'язані між собою

Тому диски ротора, що обертається, повинні бути магнітно-провідні, при іншому матеріалі потужність генератора знизиться в два рази. Диски розкреслюємо на 12 однакових секторів потім, рівномірно по периметру диска у кожному секторі приклеюємо супер клеєммагніти діаметром 25мм завтовшки 5мм.

Полюси магнітів чергується через один (S-N-S-N….) тощо по колу. Можна збільшити кількість магнітів та обмоток, буде більше полюсів, це дозволить при менших обертах досягти більшої потужності.

Але в нашому випадку 12 магнітів, обмотки з проводом 08-1 мм, по 100 витків генерують достатню потужність для зарядки 12, стартерного акумулятора.

Колесо діаметром 5 м, обертаючись зі швидкістю 150 об/м, видає струм не менше 1А, при оборотах 200 струми зарядки досягають 4А, цього цілком достатньо.

Схема підключення обмоток

Діаметр диска робимо 30-35 см залежно від розмірів маточини, яку ви вибрали.

У нашому варіанті магніти круглі, але краще ставити прямокутні 35х25х5мм, більший магнітний потік, відповідно більша потужність генератора.

При цьому обмотки статора робляться овальні, з розмірами магнітів. Під час встановлення статора магніти повинні збігатися з центром обмоток.

Товщина статора диска з обмотками повинна бути однакова з товщиною дисків з магнітами. Обмотки розміщуємо на фанерному диску та підключаємо послідовно між собою за вказаною схемою у зірку.

Після з'єднання та ізоляції контактів, дроти акуратно укладаються по внутрішньому діаметру так, щоб не торкалися частин конструкції, що обертаються. Після чого заливаються епоксидною смолою. Для надійності можна залиту поверхню накрити скловолокном, трохи притиснути, потім зверху ще раз рясно просочити склотканину епоксидною смолою.

Такі заходи виключають механічні пошкодження обмоток та попадання вологи. Після просушки, збираємо пластини генератора на платформі маточини.

Через отвори для кріплення, надягаємо перший диск на довгі болти диска маточини, що обертається, магніти назовні фіксуємо затискними гайками.

Наступний одягається диск статора з обмотками і в останню чергу другий диск магнітами усередину. Диски фіксуються натяжними гайками так, щоб проміжок між ними був рівномірний по всій площині і становив не більше 3мм. Після складання прокрутіть для перевірки на відсутність вібрації та биття, при необхідності відрегулюйте.

Збираючи гідрогенератор своїми руками в домашніх умовах, ви повинні розуміти, що пряме з'єднання генератора з колесом полегшує конструкцію, але не завжди бувають такі ідеальні умови подачі водного потоку на колесо.

У деяких місцях доводиться застосовувати схеми передачі моменту, що крутить, через систему додаткових валів, шестерень або ремінних передач, це знижує потужність.

Для тих, хто не хоче багато мотати, свердлити та клеїти є зовсім прості варіантиможна купити надійний китайський генератор, ручного приводу, Точніше ножного. Такі генератори застосовують у велосипедних тренажерах, поєднують приємне з корисним, зручні при надзвичайних ситуаціях.

Генератори NJB-800-12 дуже практичні, мають гарний дизайн, компактні.

За швидкості обертання 250 оборотів на виході потужність 500Вт, при 500 оборотах 800Вт. 12в.

Його зручно перевозити у багажнику автомобіля на кемпінг, для використання водних ресурсів треба приєднати лише лопаті на колесо.

Все добре, але одна вада: коштує це майже 30 тис. рублів, не кожен може собі дозволити. За наявності відповідного водного джерела, сучасні технологіїдозволяють самостійно зробити надійний гідрогенератор, самий головний елементу цьому проекті це ваше бажання. Як зробити ручний генератор на відео: