Опыты с микроГЭС (часть 1)
Всем доброе утро! Как обещал, пост по теме микроГЭС. Я не ожидал, что тема ГЭС и их моделей вызовет такой интерес. Мне всегда было интересно моделирование, миниатюрные миры. Специально за этим я поехал в Гамбург в музей Miniatur Wunderland. Я увидел там несколько моделей ГЭС. Красивых, но, увы, статичных.
Это одна из них:
И вот еще одна:
Поскольку тема строительства и гидроэнергетики мне близка по профессии, я загорелся идеей сделать работающую микроГЭС, которую можно было бы разместить на макете железных дорог. Поэтому был выбран масштаб H0 (1:87). Выработка энергии будет совсем небольшая, но оно заработает. Я сразу решил, что буду использовать те же принципы, что и на больших оригиналах. Водяная мельница – это конечно, романтично, но скучно. А вот гидротурбина – другое дело.
Я не рассматривал бытовое применение микроГЭС – ветряк, например, проще во всех отношениях и потенциальных проблем меньше (не нужен доступ к воде, не надо перекрывать течение, затапливать территорию и т.д.). А если есть рядом речка с быстрым течением – легче поставить гирляндную ГЭС (натянутый поперек течения трос с подвешенными к нему турбинами) – не нужны плотины, водохранилища и т.д. Кстати, деривационным ГЭС тоже не нужны водохранилища как таковые – имея перепад уровня воды между двумя водоемами можно прорыть канал и на нем поставить гидротурбину.
Появилось множество вопросов: где взять хоть какие-то исходные чертежи? С чего начать? И главный вопрос: сколько эта модель будет вырабатывать электричества? В интернете, как ни странно, нашлось много полезных материалов, чертежей разного качества. Например, такой:
Учебники безусловно пригодились. Помогли и воспоминания с институтской практики, когда удалось побывать в машзалах и спуститься в паттерны.
Со способом изготовления я определился сразу: уже имевшийся на тот момент 3D-принтер подошел как нельзя лучше. Изготовить детали с плавными изгибами, сложными формами легче всего на нем - а гидроэнергетике именно такие формы распространены.
Какую ГЭС делать? Я сразу решил, что это будет русловая, а не арочная. Мне они нравятся, а небольшая высота напора создаст мне меньше проблем при тестах. За основу я взял одну из ГЭС Волжского каскада. Дальше началось проектирование и эксперименты - вопрос, как это заработает с уменьшением масштаба почти в 100 раз оставался для меня открытым.
Что делает ГЭС? Преобразовывает энергию потока воды сначала во вращение турбины, а затем, с помощью генератора, в электрическую энергию. Количество энергии в воде определяется напором – то есть разницей отметок между верхним и нижним бьефами (участок водного объекта, примыкающий к гидротехническому сооружению). А насколько эффективно мы эту энергию заберем зависит от конструкции водоводов и турбины.
Сначала поток воды нужно разогнать – для этого используются сужающиеся каналы водоводов – поток в них ускоряется.
Далее воду нужно направить на турбину. Почему не просто водяное колесо? У него очень маленькая рабочая поверхность. В каждый момент времени вода давит только на несколько лопастей. В турбине вода давит на все лопасти сразу.
Придумано несколько типов турбин, применяемых при разных напорах -радиально-осевые, осевые, ковшовые, наклонно-струйные - применяемые при разных напорах
Для того чтобы вода текла в нужном нам направлении и сбрасывалась сразу на все лопасти турбины используется спиральная камера. Она закручивает воду по спирали и постепенно сужается, выталкивая ее на турбину через направляющий аппарат.
После этого, казалось бы, вода нам больше не нужна. Но нет – мы еще не все из нее выжали. Отсасывающая труба тоже имеет сложную форму. За счет расширения канала поток замедляется, давление падает, и вода сверху как бы всасывается. Именно поэтому труба и называется «отсасывающей». Она и правда отсасывает воду и добавляет мощности турбине.
И на последок - первый опыт моделирования:
И видео тестирования первой версии гидротурбины - уже со спиральной камерой:
Осталась нераскрытой тема генератора. И, конечно, следующих экспериментов и новых моделей, доработки гидротурбины, сооружение водосбросной плотины и т.д. Если тема зайдет - будут новые посты.
