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無線電子工学および電気工学の百科事典 電流を流すガーランド。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
送電網から遠く離れた荒れ地にダーチャや農場が出現し、燃料と電気の価格が急激に上昇したことで、太陽、風力、水からの自然エネルギーを広く利用して自律的に電力を供給するという古い考えが現実のものとなりました。 。 特に、ミニ水力発電所やマイクロ水力発電所への関心が高まっています。 調査対象のプロトタイプは、V. ブリノフの自由流式 (1964 年モデル) ガーランド水力発電所でした。 これから説明する水力発電所はフリーフロー型で、いわゆるサボニウスローターで作られたかなり独創的なタービンが共通の（おそらく柔軟な複合材の）作動シャフトに張られています。 設置にダムやその他の大規模な水力構造物は必要ありません。 浅い水域でも最大限の効率で稼働することができ、設計のシンプルさ、コンパクトさ、信頼性と相まって、これらの水力発電所は、小さな水路（川）の近くに土地区画がある農家や園芸家にとって非常に有望なものとなっています。 、小川や溝）。
ダムとは異なり、フリーフロー水力発電所は、流れる水の運動エネルギーのみを使用することが知られています。 パワーを決定するには次の式があります。 N=0,5*p*V3*F*n(1), ここで、N は作動シャフトの動力 (W)、p は水の密度 (1000 kt/m)3）、V - 川の流速（m / s）、F - 油圧機械の作動体のアクティブ（水中）部分の断面積（m2)、n はエネルギー変換効率です。 式 1 からわかるように、川の速度が 1 m/s の場合、油圧機械の作動部分の断面積 1 平方メートルあたり、理想的には (n=500 の場合) 出力はわずか XNUMX W に相当します。 。 この値は工業用としては明らかに小さいですが、農家や夏の居住者の補助区画としては十分です。 さらに、複数の「水力エネルギーガーランド」を並行して運用することで増加させることができます。 そしてもう一つの微妙な点。 川の流れの速さはセクションによって異なります。 したがって、マイクロ水力発電所の建設を開始する前に、1996 年の雑誌の創刊号で概要が説明されている簡単な方法を使用して、河川のエネルギー潜在力を決定する必要があります。 測定フロートがカバーする距離を通過時間で割ったものが、この領域の平均流速に相当するということだけを思い出してください。 このパラメータは時期によって変化することにも注意してください。 したがって、設計計算は、マイクロ水力発電所の計画運転期間にわたる平均河川流量に基づいて行う必要があります。 次に、油圧機械のアクティブ部分のサイズとそのタイプを決定する必要があります。 マイクロ水力発電所全体は、製造が可能な限り単純で複雑でない必要があるため、最も適切なタイプのコンバーターは、エンドエンド設計のサボニウスローターです。 完全に水に浸して作業する場合、F の値はローターの直径 D とその長さ L の積と等しく、n=0,5 と見なすことができます。 回転周波数 f は、次の式を使用して実践に許容できる精度で決定されます。 f = 48V / 3,14D（rpm）（2）。 水力発電所をできるだけコンパクトにするには、計算で指定された電力を実際の負荷と相関させる必要があり、その電力供給はマイクロ水力発電所によって提供される必要があります（風力タービンとは異なり、電流は消費者ネットワークに継続的に供給されます）。 この電気は原則として、照明、テレビ、ラジオ、冷蔵庫の電源として使用されます。 さらに、後者のみが一日中常に稼働しています。 残りの電化製品は主に夕方に動作します。 これに基づいて、マイクロ水力発電所から充電されたバッテリーの助けを借りてピーク負荷をカバーする、約250〜300 WのXNUMXつの「水力エネルギーガーランド」からの最大電力に焦点を当てることが賢明です。 水力発電所の作動シャフトから発電機のプーリーへのトルクの伝達は、通常、中間変速機を使用して行われます。 ただし、厳密に言えば、マイクロ水力発電所の設計に使用される発電機の動作回転速度が 750 rpm 未満の場合、この要素は除外できます。 ただし、直接のコミュニケーションを拒否しなければならないこともよくあります。 実際、国産発電機の大多数では、出力開始時の動作回転速度は1500～3000rpmの範囲にある。 これは、水力発電所のシャフトと発電機の間に追加の調整が必要であることを意味します。 さて、予備的な理論的な部分は終わったので、具体的な設計を見てみましょう。それぞれに独自の利点があります。
たとえば、ここにあるのは、（自己始動を容易にするために）相互に 90 度回転され、強固に接続された XNUMX つの同軸の水平配置の横型サボニウス ローターを備えた、半固定式フリーフローマイクロ水力発電所です。 さらに、この自家製水力発電所の主要部品とコンポーネントは、最も手頃な価格で「従順な」建築材料である木材で作られています。 提案されているマイクロ水力発電所は水没型です。 つまり、その支持フレームは底部で水路を横切って配置されており、ガイロープまたはポールで強化されています（たとえば、近くに歩道やボート乗り場などがある場合）。 これは、構造物が水路自体によって持ち去られるのを避けるために行われます。 もちろん、マイクロ水力発電所の設置場所の川の深さは支持フレームの高さよりも浅くなければなりません。 そうしないと、発電機への水の浸入を避けることが（不可能ではないにしても）非常に困難になります。 さて、マイクロ水力発電所が設置される予定の場所が深さ1,5メートル以上である場合、または水量が多く、流速が年間を通じて大きく変化する場合（ちなみに、雪の供給される水路では非常に典型的です)、その場合、このデザインにフロートを装備することをお勧めします。 これにより、河川に設置する際の移動も容易になります。 マイクロ水力発電所の支持フレームは、木材、板、小さな丸太で作られた長方形のフレームで、釘とワイヤー（ケーブル）で固定されています。 構造物の金属部品 (釘、ボルト、クランプ、アングルなど) は、可能であればステンレス鋼またはその他の耐食性合金で作るべきです。 さて、このようなマイクロ水力発電所の運転は、ロシアの状況では（ほとんどの河川が凍結するため）季節的にのみ可能であることが多いため、運転期間の満了後は、陸上に引き上げられた構造全体が徹底的な検査の対象となります。 予防策を講じたにもかかわらず、腐った木製要素や錆びた金属部品は直ちに交換されます。 私たちのマイクロ水力発電所の主要コンポーネントの 20 つは、30 つのしっかりと固定された (作動シャフト上で単一のユニットを形成する) ローターからなる「水力エネルギー ガーランド」です。 同社のディスクは、厚さ 600 ～ XNUMX mm のボードから簡単に作成できます。 これを行うには、それらからシールドを作成し、コンパスを使用して直径XNUMX mmの円を作成します。 その後、得られた曲線に従って各ボードを切断します。 （必要な剛性を与えるために）XNUMXつのストリップ上でワークピースを叩き合わせた後、必要なディスクの数に応じて、すべてをXNUMX回繰り返します。 ブレードに関しては、屋根鉄で作ることをお勧めします。 さらに良いのは、適切なサイズの円筒形のステンレス製の容器 (バレル) を (軸に沿って) 半分に切断したもので、通常はその中に農業用肥料やその他の攻撃的な物質が保管および輸送されます。 極端な場合には、ブレードを木製にすることもできます。 しかし、体重は（特に水中に長時間滞在した後）大幅に増加します。 そして、このことはフロート上にマイクロ水力発電所を作るときに覚えておく必要があります。 「水力エネルギーガーランド」の端にはスパイク状のサポートが取り付けられています。 基本的に、これらは幅広のフランジとキー用の端スロットを備えた短いシリンダーです。 フランジは XNUMX 本のボルトで対応するローター ディスクに取り付けられます。
摩擦を軽減するために、中央のクロスバーにベアリングが配置されています。 そして、通常のボールベアリングやローラーベアリングは水中での作業には適していないため、自家製の木製ベアリングが使用されています。 それらのそれぞれの設計は、XNUMX つのクランプと、ほぞサポートを通すための穴を備えたインサート ボードで構成されています。 さらに、中央のベアリングシェルは、ここの木繊維がシャフトと平行になるように配置されています。 さらに、インサートボードが横方向の動きに対してしっかりと固定されるように、特別な対策が講じられています。 これは締め付けボルトを使用して行われます。 検討中のマイクロ水力発電所の発電機としては、任意の自動車発電機が使用される。 12 ～ 14 V DC を生成し、バッテリーと電化製品の両方に簡単に接続できます。 これらの機械の電力は約 300 W です。
「ガーランド」と発電機を垂直に配置したポータブルマイクロ水力発電所の設計も、自己生産に十分受け入れられます。 開発の作者によれば、このような水力発電所は資材の使用量が最も少ないという。 川底にその位置を固定する設備の支持構造は、（パイプ部分などからの）中空の鋼棒です。 その長さは、水路の底の性質と流れの速度に基づいて選択されます。 さらに、ロッドの鋭い端が底に打ち込まれているため、マイクロ水力発電所の安定性と電流による中断のないことが保証されます。 ストレッチマークの追加使用も可能です。 式（1）を使用してローターの活性表面積を決定し、マイクロ水力発電所の設置場所で川の深さを測定すれば、ここで使用されるサボニウスローターの直径を計算するのは簡単です。 設計をシンプルで自動始動させるには、最初のローターのブレードが 90 番目のローターに対して (回転軸に沿って) XNUMX° オフセットされるように接続された XNUMX つのローターからなる「水力エネルギー ガーランド」を作成することをお勧めします。 また、作業効率を高めるため、対向流側の構造にはガイドベーンの役割を果たすシールドを設けています。 さて、作動シャフトは上部および下部サポートの滑り軸受に取り付けられています。 原理的には、マイクロ水力発電所の短期間の運転（例えば、ハイキング旅行）では、大直径のボールベアリングを使用することができます。 ただし、水中に砂やシルトが含まれている場合は、使用後に毎回きれいな水で洗う必要があります。 「水力エネルギーガーランド」の重量と部品に分解する必要性に応じて、サポートはロッドにボルトで固定され、溶接されます。 油圧機械の作動シャフトの上端は、マルチプライヤの入力シャフトでもあり、（最も単純で技術的に先進的なものとして）ベルト シャフトとして使用できます。 発電機は再び車から取られます。 クランプでサポートロッドに簡単に取り付けられます。 また、発電機からのワイヤー自体にも信頼性の高い防水処理が施されている必要があります。 図では、中間トランスミッションの正確な幾何学的比率は示されていません。これは、お使いの特定の発電機のパラメータに依存するためです。 さて、伝動ベルトは古い車のインナーチューブから作ることができ、それを幅 20 mm のストリップに切断し、それをねじって束にします。 小さな村への電力供給には、V. ブリノフが設計したガーランド型マイクロ水力発電所が適している。これは、延ばされたフレキシブルケーブルに取り付けられた直径300〜400 mmの樽型サボニウスローターのチェーンにすぎない。川を横切る。 ケーブルの一端はヒンジ付きサポートに取り付けられ、もう一端は単純なマルチプライヤーを介して発電機のシャフトに取り付けられます。 1,5 ～ 2,0 m/s の流速では、ローターのチェーンは最大 90 rpm になります。 そして、「水力エネルギーガーランド」の要素のサイズが小さいため、深さXNUMXメートル未満の川でこのマイクロ水力発電所を運転することが可能です。 1964年以前に、V.ブリノフは彼自身の設計によるいくつかの可搬式および定置式マイクロ水力発電所を作成することができ、そのうち最大のものはポロシキ村（トヴェリ地方）の近くに建設された水力発電所であったと言わなければなりません。 ここでは、一対の花輪が、合計出力 3,5 kW の標準的な自動車およびトラクターの発電機 XNUMX 台を駆動しました。 著者：I.Dokukin
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