Как сделать модель гидростанции своими руками. Самодельная гидроэлектростанция на водяном колесе. Сборка колеса и изготовление сопла

Это устройство, преобразует протекающую через него воду в электричество. - это "чистая" энергия(постоянный или переменный ток), отличная иллюстрация многих законов физики, чистой добычи энергии. Устройство можно не только демонстрировать в качестве наглядного пособия ученикам всех возрастов, но и использовать в личных целях, при необходимости зарядить телефон, планшет, или любое другое электронное устройство. Возможно, именно таким способом, Вы однажды подзарядите севший аккумулятор Вашего автомобиля для запуска двигателя(ну мало ли, ремень на генераторе провиснет:)).

Видео:

В комплекте:
* Полностью собранное устройство
* Полоска светодиодов(можно подключить к водяному генератору во время его работы, и полоска будет светиться).
* Мостовой выпрямитель тока
* Всё необходимое для преобразования переменного тока в постоянный(в случае зарядки электронный устройств).
* Инструкция на английском(но может и не понадобиться, ведь использовать устройство достаточно просто).

Сегодня уже трудно удивиться какому-нибудь фонарику, который можно вращать рукой, и "заряжать" свой мобильный телефон. Почему слово "заряжать" было помещено в ковычки? Да потому, что всякие там фонарики, как правило дешевые и низкокачественные, справляются с такой задачей очень тяжело.
Есть и другие прибамбасы, которые пытаются заряжать электронные устройства. К примеру, различные блоки на солнечных батареях. Всё это уже давно нам знакомо, и при взгляде на очередное жалкое устройство, обычно появляется лишь отвращение. В лучшем случае, появляется желание разобраться в этой теме, загуглить, почитать, и найти самый лучший серьезный вариант, который, правда, будет стоить очень не мало(различные профессиональные устройства зарядки портативных устройств, работающие на раскладывающихся солнечных батареях).

Но сейчас речь не о них. Увидев этот водяной генератор , появилась мысль, что это действительно что-то новенькое, очень наглядное. Одновременно простое и немного сложное.
Водяные генераторы можно купить, но, как правило, они слишком громоздкие, "серьезные" что-ли. Стоят безумно дорого, и, уж точно, не станут работать от обычного шланга с водой или водопровода с краном.

Конечно, чтобы этот водяной генератор смог зарядить Ваш телефон, возможно, придется поискать специальные переходники, возможно еще какие-либо дополнительные устройства, позволяющие сэмитировать работу фирменного("родного") зарядного блока портативного устройства. Но, в итоге, зарядить что-нибудь точно получится, да и вообще, господа, 12 вольт, причем либо переменных, либо постоянных(Можно переключать) - это весьма приятное преобразование из потока воды.

Работает по достаточно простому принципу:
Вы подключаете шланг устройства к обычному водопроводному крану, шлангу с некоторым напором воды, или любому другому источнику с водой, на пример, к баку Вашей душевой кабины(через доп. шланг).
Вода вытекает в виде относительно тонкой струи, которая бьет по лопостям колеса устройства.
Колесо водяного генератора вращается, его вращение передается на маленький 12 вольтовый генератор.
Ось генератора вращается, и создается переменный ток. Далее, ток следует через мостовой выпрямитель, благодаря чему, становится более ровным.
Если нужен не переменный, а постоянный ток, то подсоединяется еще один компонент(в комплекте), и Вы получаете уже не переменный, а постоянный 12 вольтовый ток.

Всегда хотел получить электричество из ручья, протекающего по периметру моего дома. Около трех лет назад я установил временную турбину, чтобы проверить, будет ли работоспособным турбинное колесо большего размера.

Демо-версия этого колеса была сделана из старых подставок для абразивных кругов и деревянных паллет в качестве лопастей.

В качестве генератора я использовал старую ленту постоянного тока из приводного двигателя Ametec. Чтобы приготовить все полностью, я использовал мини-мотоцепь и звездочки с 70 и 9 зубцами (для вращения колеса и на двигателе). Стоимость всех предметов вылилась примерно в 30 фунтов стерлингов.

Максимально оно генерировало 25 Вт и проработало где-то в течение года, главным образом из-за ограничений двигателя Ametec и размера колеса, и подтолкнуло меня к созданию турбины большего размера.

В первую очередь мне нужно было запрудить воду ручья, так, чтобы уровень воды был примерно мне по грудь. Не дожидаясь конца лета, я, с помощью водооткачивающего насоса отвел воду, сделал запруду из цемента.

Колеса турбины мне изготовили местные строительные компании из прочного многослойного материала, используемого для создания обшивки и настила в судостроении, толщиной в 13 мм. Из этого же материала я сделал и лопасти. В завершение я покрыл диски и лопасти специальным водоотталкивающим составом, чтобы продлить их жизнь.

Основу для турбины я соорудил из дубовых поленьев. Дуб оказался очень жестким, пришлось повозиться, пока я прикреплял поленья болтами к каменной раме. Пришлось сверлить отверстия, а для этого приходилось привязывать турбину, чтобы уравновесить ее и подогнать все размеры и затянуть болты.

Следующим шагом после установки колеса было решение вопроса с приводом и генератором.

Первоначально я использовал привод производства Minimoto, но затем маленькая цепь из-за интервала между зубьями начала соскальзывать, и я решил приобрести цепи с шагом 3/8 и звездочки у поставщика подшипников. Генератор поставил Windblue Power Permanent Magnet Generator (PMG). Он способен вырабатывать 12 В на 150 об./мин. Его часто используют в качестве переделанного автомобильного генератора. Обычный генератор выдает 12 В лишь при 3000 оборотах. Этот двигатель я заказал в США за 135 фунтов стерлингов, включая расходы на почтовую пересылку.

Колесо крутилось слишком медленно, и мне пришлось делать под запрудой ступенчатый поддон, на котором вода собиралась в узкое жерло и с большей силой лилась на лопасти.

Кроме того я прикрутил стальным тросом сечением в 1 см основные рейки каркаса, а там, где была возможность, укрепил базу с помощью анкерных болтов длиной в 1 фут, чтобы уберечь устройство от поломки, если вдруг плотину прорвет или будет сильный порыв ветра.

На турбине установлены аккумуляторы 4x55AH Brand New. С их помощью я постоянно подзаряжаю ноутбук. Также я купил два военных тяговых свинцовых аккумулятора 2х110Аh Hawker для освещения гаража и дома. Подача напряжения на два разных по типу аккумулятора идет с разных проводов.

Примерно год я эксплуатирую эту систему. Выходная мощность - 50 Вт, на пике выдает до 500 Вт. Пару раз турбина останавливалась из-за спада воды, а также из-за перекрытия основного потока во время наводнений. А так - круглый год работает.

Перевод: Ярослав Николаевич

В качестве источника электроэнергии не так давно стали применятся мини электростанции, работающие на воде. Применение воды в качестве ресурса для получения энергии – решение максимально рациональное, поскольку ресурс этот практически неиссякаем.

Для проживающих в районах, отдаленных от централизованной энергосети и цивилизации в целом, мини ГЭС становятся все более популярным решением, выгодным и удобным. Состоит такая мини электростанция на воде из турбины наклонного типа и альтернатора, вырабатывающего переменный ток одно- или трехфазного типа. Данные агрегаты имеют малые габариты и небольшой вес.

Мини электростанция на воде не нуждается в оборудовании плотинного сооружения в отличие от крупных аналогов и позволяет качественно использовать энергию воды.

Энергия, получаемая такими гидрогенераторами абсолютно бесплатна, поскольку используется только сила воды, а обслуживание агрегата и вовсе сводится, как правило, к простейшей смазке подшипников вала турбины, производимой не чаще, чем раз в несколько месяцев.

В основе мини электростанции на воде лежит гидроагрегат, включающий в себя энергоблок, водозаборник и управляющие элементы. Существует несколько категорий малых гидроустановок, различающихся в зависимости от применяемого гидроресурса:

1. Станции русловые или приплотинные, устанавливаемые на небольших водохранилищах.
2. ГЭС, работающие от энергии речного течения.
3. Монтируемые на объектах водных хозяйств установки, работа которых основывается на применении уровневого перепада воды.
4. Мобильные мини ГЭС в контейнерах, применяющие напорный водоотвод из гибкого армированного рукава или же труб из пластика.

Гидроагрегаты для мини ГЭС.

Как уже упоминалось выше, в основе каждой малой ГЭС лежит гидроагрегат, базирующийся на том, или ином виде турбины. На сегодняшний день турбины для гидроагрегатов имеются в нескольких исполнениях:

1. Осевые.
2. Радиально-осевые.
3. Ковшовые.
4. Поворотно-лопастные.

Также ГЭС различают по возможности использования различного напора воды на три вида:

1. Высоконапорная ГЭС – напор более 60 м.
2. Средненапорная ГЭС – напор от 25 до 60 м.
3. Низконапорная ГЭС – от 3 до 25 м.

От напора, который использует мини электростанция на воде, зависит и вид устанавливаемой в гидроагрегат турбины. Турбины ковшового и радиально-осевого типа монтируются в высоконапорных мини ГЭС. Турбины поворотно-лопастного и радиально-осевого типа работы устанавливаются в средненапорных агрегатах. Для низконапорных вариантов ГЭС чаще всего применяют турбины поворотно-лопастного типа, монтируемые в камерах из железобетона.

Несмотря на разнообразие турбинных составляющих, принцип работы их практически один и тот же во всех случаях: при помощи напора вода поставляется к лопастям турбинного агрегата, заставляя их вращаться. Энергия вращательного движения передается на генератор, который и вырабатывает электричество. Мощность гидроэлектроустановки находится в прямой зависимости от нескольких факторов, среди которых напор воды и ее расход, а также разновидности частей механизма и их КПД. Уровень воды в силу климатических изменений периодически меняется, поэтому при выражении мощности ГЭС используется ее цикличная мощность.

Подбирая малую ГЭС стоит обратить внимание на соответствие агрегата потребностям конкретного объекта, а также на несколько не менее важных критериев:

• Надежная и простая в применении система контроля работы установки и управления ею.
• Опция автоматического самоуправления установки, с функцией перехода при потребности к ручному управлению.
• Степень защищенности турбины и генератора от возможных аварий.
• Удобство монтажа мини ГЭС, в процессе которого не потребуется произведение масштабных строительных работ и большое пространство.

Популярность маломощных гидроэлектростанций обусловлена целым списком преимуществ. Во-первых, это экологичность, все более ценимая в свете современной обстановки в окружающей среде. Качество используемой в малых гидроустановках воды никоим образом не снижается. Это позволяет производить монтаж таких станций в акваториях, применяемых как в рыбном хозяйстве, так и для снабжения населенных пунктов водой. К тому же, для такой гидроэлектростанции не требуется наличие крупного водоема – качественная функциональность вполне возможна и при наличии всего лишь небольшой реки или же ручья.

Во-вторых, стоит упомянуть и об экономичности микро и мини электростанций на воде. Тут также преимущество на стороне гидроагрегатов. Производимые на основе современных разработок станции замечательны своей простотой эксплуатации и высоким уровнем автоматизации. Присутствие человека практически совсем не требуется. Также такие гидроустановки способны работать не только в автономном режиме, но и применяться в качестве части сети электроснабжения.

В-третьих, мини электростанция на воде не потребляет никакого топлива вообще, что значительно повышает ее экономичность. Также затраты работы на единицу мощности минимальны, ведь технология производства электроэнергии такими агрегатами предельно проста. В среднем такие затраты почти в десять раз меньше, чем при использовании в качестве источника электроэнергии ТЭЦ.

Если неподалеку от дома имеется пруд с плотиной или ручей, можно сделать отличный источник бесплатной дополнительной энергии. В статье будет рассмотрен пример, как своими руками можно сделать гидроэлектростанцию на основе водяного колеса. Изготовленная таким образом электростанция способна выдавать ток до 6 А, при установке на небольшой ручей установка показала результат в 2 А. Этого хватит, чтобы включить приемник и пару лампочек. Мощность зависит того, с какой силой идет водяной поток.

Материалы и инструменты:
- уголки и обрезки листового металла;
- диски для создания колеса (использовались от корпуса генератора Onan, который вышел из строя);
- генератор (был изготовлен из двух тормозных дисков Доджа по 28 см);
- вал и подшипники тоже были взяты от Доджа;
- медный провод с сечением около 15 мм;
- неодимовые магниты;
- фанера;
- полистироловая смола (нужна для заливки статора и ротора).

Шаг первый. Создаем колесо
Для создания колеса понадобится два стальных диска. В данном случае их диаметр составляет 28см (11 дюймов). Диск нужно разметить, чтобы было понятно, где устанавливать лопасти. Для изготовления лопастей берется труба диаметром 4 дюйма и разрезается вдоль на 4 части. Всего колесо имеет 16 лопастей. Чтобы зафиксировать диски, они стягиваются четырьмя болтами. Далее можно устанавливать лопасти на нужные позиции. Они привариваются с помощью сварки. Зазор между дисками составляет 10 дюймов, то есть длина колеса равна 10-ти дюймам.

Теперь можно устанавливать на ось колесо и механическая часть ГЭС практически готова. Осталось собрать и установить генератор.
Сопло сделано регулируемым по высоте, это позволяет управлять потоком воды в зависимости от ситуации.

В заключении катушки заливаются полиэтиленовой смолой и выходит готовый статор. Его диаметр составляет 14 дюймов, а толщина 0.5 дюйма.

Под алюминиевой крышкой находятся выпрямители, которые делают из трехфазного переменного тока постоянный. Шкала амперметра имеет диапазон до 6 А. При самом минимальном зазоре между магнитами, устройство выдает 12 Вольт при оборотах 38 об/мин..

В задней части генератора есть два подстрочных винта, которые позволяют регулировать воздушный зазор. Таким образом, можно подбирать наиболее приемлемые параметры работы генератора.

Шаг четвертый. Заключительный этап сборки и установка генератора
Все крепежные элементы, а также водяное колесо нужно покрасить. Во-первых, так устройство будет выглядеть красивее. А во-вторых, краска будет защищать металл от ржавчины, которая быстро будет появляться возле источника воды. Неплохо бы было оснастить генератор защитным крылом, которое отводит брызги, но у автора не нашлось подходящего материала.

Устройство может обойтись и дешевле, если использовать более слабые магниты и делать между катушкой меньше зазор.
На данный момент под нагрузкой скорость вращения составляет 110 об/мин, а в холостую 160 об/мин, при этом ГЭС выдает напряжение 1,9 А х 12В.

Единственная проблема при работе такого генератора - налипание магниевого песка на магниты. Чтобы этого не происходило, нужно ставить экран и дополнительный магнит на входе, чтобы он улавливал магнитные частички.

Наиболее распространенными среди альтернативных источников энергии являются ветровые генераторы, однако они в значительной мере зависят от погодных условий. При отсутствии ветра или слабом его потоке они оказываются не эффективными. Для нормальной работы таких генераторов хороши районы, где среднегодовые показатели скорости ветра не ниже 5-6 м/с и выше.

В России районов с интенсивными ветрами не так много, степи и черноморское побережье Кубани, дальневосточное побережье и еще до десятка незаселенных территорий или малых по площади.

В средней полосе, в горах Кавказа, Урала, Алтая и других регионах, где есть небольшие, но стремительные реки, притоки, ручьи люди забывают про возможности использования гидрогенераторов.

Не рационально отказываться от их использования, это гарантированный источник электроэнергии, ведь река со стабильным уровнем и потоком гораздо надежнее переменчивого ветра.

Расчет мощности и выбор конструкции

В сущности, электрическая часть устройства ветрогенератора не отличается от гидрогенератора, принцип аналогичный преобразовать механическую энергию вращения в электрическую.

Отличие в движущей силе ветер или вода, принципиально будут отличаться устройства привода. Вместо пропеллера в гидрогенераторах применяются колеса барабанного типа с лопастями.

Гидрогенератор своими , если они растут из нужного места собрать не сложно, при наличии ветрового генератора, остается сконструировать и собрать гидропривод для его вращения.

В таких случаях, чтобы генератор вращался с нужной скоростью, часто приходится использовать редукторы, для изменения силы и скорости вращения, которые зависят от водного потока.

Просчитано что мощность наливного колеса существенно больше, чем подливного, наливное это когда поток воды падает на лопасти приводного колеса сверху, подливное колесо вращается потоком снизу.

Поэтому, исходя из своих условий, используйте по возможности конструкцию наливного колеса. Однако такое колесо имеет и свои недостатки:

• вращение его медленнее
• требует возведение дополнительных конструкций

На фото выше используется наливное колесо с прямым приводом на самодельный дисковый генератор с постоянными магнитами, конструкцию которого рассмотрим ниже.

В конструкциях приводного механизма можно использовать элементы транспортных средств:

• диски
• звездочки
• шестерни
• цепи и ремни

В некоторых случаях применяют даже коробки передач от мопедов и мотоциклов, на диски больших тракторных колес приваривают лопасти.

Варианты используемых генераторов и подключения к нагрузке

Генераторы можно использовать автомобильные, автобусные, лучше всего малооборотные тракторные на постоянных магнитах.

Они надежнее, проще в эксплуатации и ремонте, у них нет щеток.

1. генератор Г250-Г1 2. Р362 реле-регулятор 3. автомобильный аккумулятор 4. амперметр 5 и 6 переключатели 7 предохранитель 8 наргузка.

В зависимости от ваших условий и возможностей можете использовать генераторы на 24В.

1. Генератор Г-228 2. регулятор напряжения 11.3702 3. аккумуляторы по 12В, соединенные последовательно 4. Амперметр для измерения тока зарядки 5 и 6 переключатели 7. нагрузка.

В самом простом случае вы можете использовать аккумуляторы 6СТ-75, но для надежности конечно лучше поставить, новые литий-ионные стартерные аккумуляторы. Они конечно дороже, но легче по весу, чем свинцово-кислотные, меньше по габаритам, больше по емкости в А/Ч, срок службы гораздо дольше, превосходят свинцовые по всем параметрам.

Это решает каждый сам в зависимости от назначения генератора, условий эксплуатации и финансовых возможностей.

Если вы собираетесь использовать гидрогенератор для питания бытовых электроприборов рассчитанных на питание промышленной сети 220/50Гц, придется использовать преобразователи напряжения и тока.

Эти приборы постоянный ток аккумулятора в 12 или 24 В преобразуют в переменный ток напряжением 220В. Они бывают разные по мощности, выбирать нужно в зависимости от тока какую максимальную нагрузку вы собираетесь использовать.

Подключаются они по вышеуказанной схеме вместо нагрузки, самый простой преобразователь не большой мощности можно собрать самому.

Эта схема проверена годами, работает как часы, проста, не требует настройки. Недостаток то, что она маломощная 100Вт.

Используйте экономные лампы дневного света по 13-15Вт или светодиодные по 5-10 Вт вполне достаточно для освещения на ночь частного дома, гаража и, даже, двора. 15 ватные лампы по яркости светят как 80Вт лампы накаливания.

Если вам требуется большая мощность, чтобы полноценно эксплуатировать электросети можно купить промышленные преобразователи. В продаже большой ассортимент 12/220В; 24/220В; 48/220В, по мощности до5кВт и более.

Инвертор Pulso IMU-800 преобразует постоянный ток напряжением 12В в переменный на 220В/50Гц. максимальная мощность на выходе 800Вт. Этого вполне
достаточно для освещения, подключения телевизора, холодильника, для утюгов и кипятильников понадобятся более мощные инверторы.

Сборка самодельного генератора на магнитах

Многие делают гидрогенератор электричества своими руками, используя методику сборки генератора на ниодимовых магнитах. За основу, на которой будет крепиться вся конструкция можно взять ступицу автомобильного колеса с тормозным диском.

Заводская сборка, надежная и хорошо сбалансированная, на вращающейся части крепятся диски с постоянными магнитами, между которыми будет зафиксирован диск с обмотками ротора.

Преимущество генератора на постоянных магнитах в том, что магнитное поле управляемое, это достигается:

• минимальным зазором между ротором и статором
• через магнитно-проводящий диск силовые линии всех магнитов связаны между собой

Поэтому диски вращающегося ротора должны быть магнитно-проводящие, при другом материале мощность генератора снизится в два раза. Диски расчерчиваем на 12 одинаковых секторов потом, равномерно по периметру диска в каждом секторе приклеиваем супер клеем магниты диаметром 25мм толщиной 5мм.

Полюса магнитов чередуется через один (S-N-S-N….) и так далее по кругу. Можно увеличить количество магнитов и обмоток, будет больше полюсов, это позволит при меньших оборотах достичь большей мощности.

Но в нашем случае 12 магнитов, обмотки с проводом 08-1 мм, по 100 витков генерируют достаточную мощность для зарядки 12 В, стартерного аккумулятора.

Колесо диаметром 5 м, вращаясь со скоростью 150 об/м, выдает ток не мене 1А, при оборотах 200 токи зарядки достигают 4А, этого вполне достаточно.

Схема подключения обмоток

Диаметр диска делаем 30-35 см в зависимости от размеров ступицы, которую вы выбрали.

В нашем варианте магниты круглые, но лучше ставить прямоугольные 35х25х5мм, больше магнитный поток, соответственно больше мощность генератора.

При этом, обмотки статора делаются овальные, с размеры магнитов. При установке статора магниты должны совпадать с центром обмоток.

Толщина диска статора с обмотками должна быть одинакова с толщиной дисков с магнитами. Обмотки размещаем на фанерном диске и подключаем последовательно между собой по указанной схеме в звезду.

После соединения и изоляции контактов, провода аккуратно укладываются по внутреннему диаметру так, чтобы не касались вращающихся частей конструкции. После чего заливаются эпоксидной смолой. Для надежности можно залитую поверхность накрыть стекловолокном, немного прижать, потом сверху еще раз обильно пропитать стеклоткань эпоксидной смолой.

Такие меры исключают механические повреждения обмоток и попадания влаги. После просушки, собираем пластины генератора на платформе ступицы.

Через отверстия для крепления, надеваем первый диск на длинные болты вращающегося диска ступицы, магниты наружу фиксируем зажимными гайками.

Следующий одевается диск статора с обмотками и в последнюю очередь второй диск магнитами во внутрь. Диски фиксируются натяжными гайками так, чтобы зазор между ними был равномерный по всей плоскости и составлял не более 3мм. После сборки прокрутите для проверки на отсутствие вибрации и биений, при необходимости отрегулируйте.

Собирая гидрогенератор своими руками в домашних условиях, вы должны понимать, что прямое соединение генератора с колесом упрощает конструкцию, но не всегда бывают такие идеальные условия подачи водного потока на колесо.

В некоторых местах приходится применять схемы передачи крутящего момента через систему дополнительных валов, шестеренок или ременных передач, это снижает мощность.

Для тех, кто не хочет много мотать, сверлить и клеить есть совсем простые варианты можно купить надежный китайский генератор, ручного привода, точнее ножного. Такие генераторы применяют в велосипедных тренажерах, совмещают приятное с полезным, удобные при чрезвычайных ситуациях.

Генераторы NJB-800-12 очень практичны, имеют красивый дизайн, компактные.

При скорости вращения 250 оборотов на выходе мощность 500Вт, при 500 оборотах 800Вт. 12В.

Его удобно перевозить в багажнике автомобиля на кемпинг, для использования водных ресурсов надо присоединить только лопасти на колесо.

Все хорошо, но один недостаток: стоит это почти 30 тыс. рублей, не каждый может себе позволить. При наличии подходящего водного источника, современные технологии позволяют самостоятельно сделать надежный гидрогенератор, самый главный элемент в этом проекте это ваше желание. Как сделать ручной генератор на видео: