Водяной генератор электрического тока на трубу. Мини-гидроэлектростанции для частного дома, дачи

Самодельная гидроэлектростанция (ГЭС) на водяном может быть установлена в небольшом пруду, (пруд служит в качестве плотины) либо пруд или река в которой стекает небольшой поток воды, например ключ или родник.

Именно на этом месте Мы попытаемся сделать нашу новую гидроэлектростанцию. Ранее на этом пруду уже были предприняты попытки создания самодельной ГЭС из беличьего колеса с ременной передачей на генератор (она кстати показана на фото в конце статьи), который давал ток около 1Ампера, этого было достаточно для питания нескольких лампочек и радиоприемника в нашем маленьком охотничьем домиком. Данная электростанция успешно проработала более 2-х лет, и мы решили создать на месте этой мини плотины более мощный вариант аналогичный вариант гидроэлектростанции.

Для изготовления мини плотинной ГЭС на м понадобится:

Обрезки листового металла и уголки;
- Диски для колеса (использовались от корпуса вышедшего из строя генератора фирмы Onan);
- Генератор (его сделали из двух дисков диаметром 11 дюймов от дисковых тормозов Доджа);
- Ведущий вал и подшипники – вроде бы тоже от Доджа, мы не помним точно, так сняли их своими руками с какой-то другой самоделки ;
- медная проволока сечением примерно 15 мм;
- немного фанеры;
- магниты;
- полистироловая смола для заливки ротора и статора.

Процесс изготовления

Лопасти ведущего колеса делаем из разрезанной на 4 части 4-х дюймовой стальной трубы.

Мы сделали шаблон, который помог заложить из отверстия, Боковые поверхности колеса – диски диаметром 12 дюймов.

Делаем шаблон, с помощью которого размечаем отверстия для ступиц (5 штук), а также позицию угол лопастей. В таком колесе, если посмотреть сбоку, вода бьет сверху, примерно в районе 10 часов, проходит через середину колеса и выходит внизу, на 5 часах, так что вода бьет по колесу два раза. Мы пересмотрели большое число фотографий и попытались смоделировать ширину и угол лопастей. На фото сверху – разметка для краев лопастей и отверстия для крепления колеса к генератору. В колесе 16 лопастей.

Шаблон приклеили к одному из дисков – будущей боковой поверхности колеса, оба диска мы зажали вместе. На фото выше – сверление маленьких отверстий для позиционирования лопастей.

Делаем зазор между дисками в 10 дюймов, используя шпильки со сплошной резьбой, и максимально аккуратно выравниваем их перед установкой лопастей.

Процесс сварки колеса показан на фото выше. Очень важно, чтобы лопасти сделаны из оцинкованной стальной трубы. Перед сваркой необходимо зачистить цинк с краев лопастей, так как при сварке гальванизированный металл выделяет токсичный газ, чего мы стараемся избежать.

Готовое колесо нашей будущей гэс, без генератора. На, другой стороне колеса (противоположной генератору) в боковом диске есть отверстие в 4 дюйма диаметром – для удобства прикручивания к генератору, а также для очистки, чтобы засунуть руку и вынуть палки и прочий мусор, который может занести внутрь вода.

Сопло имеет такую же ширину (10 дюймов), что и колесо, и около 1 дюйма высоты с того конца, где выходит вода. Площадь сопла чуть меньше, чем 4-х дюймовая труба, на которую сопло насажено. На фото сверху – мы гнем металлический лист своими руками для сопла.

Насаживаем колесо на ось, наша ГЭС практически готова, осталось только сделать и установить генератор. Вся конструкция подвижная. Мы можем двигать сопло вперед, назад, вверх, вниз. Колесо и генератор могут двигаться вперед и назад.

Изготовление генератора для нашей ГЭС. >

Делаем обмотку статора и подготавливаем для заливки. Обмотка состоит из 9 катушек, каждая катушка состоит из 125 витков медной проволоки сечением 1,5 мм. Каждая фаза состоит из 3-х последовательно соединенных катушек, мы вывели наружу 6 концов, так что можем сделать соединение как звездой, так и треугольником.

А это статор – после заливки. (Для его заливки используем полиэстеровую смолу) Его диаметр 14 дюймов (35.5 см) , толщина 0,5 дюйма 1,3 см.

Делаем шаблон из фанеры – для разметки под магниты.

На фото – шаблон и один из тормозных дисков (будущий ротор).

Расставляем по подготовленному шаблону 12 магнитов размером 2,5 х 5 см, толщиной 1,3 см.

Заливаем ротор полиэстеровой смолой, и когда смола засохнет ротор будет готов к работе.

Вот так выглядит наша почти законченная гидроэлектростанция в сборе с генератором.

Фото с другой стороны. Под алюминиевой крышкой – два мостовых выпрямителя из 3-х фазного переменного тока в постоянный. Шкала амперметра – до 6А. В этом состоянии, когда воздушный зазор между магнитными роторами уменьшен до предела, машина выдает 12,5 вольт при 38 об/мин.

В заднем магнитном роторе, есть 3 настроечных винта для регулирования воздушного зазора, для того, чтобы генератор мог вращаться быстрее по необходимости, в надежде найти оптимум.

На досуге, участие в создании ГЭС принимало 17 человек.

Приступаем к изготовлению крепежных элементов, для этого сначала очищаем с листового металла и уголков всю ржавчину, грунтуем и красим, это конечно не обязательно, но так красивее, да и вид товарный будет.

Наш генератор с водяным колесом готов, осталось только установить его!

Было бы неплохо соорудить экран от брызг для генератора, который вращался бы вместе с колесом, но мы так и не нашли подходящего материала. Поэтому решили сделать это потом, если ГЭС заработает.

Еще фото генератора с водяным колесом. Сопло еще не установлено, оно сзади в кузове и мы скоро его поставим.

На фото – место где мы хотим ее поставить. 4-х дюймовая труба выходит снизу запруды, перепад около 3-х футов. Мы забираем только небольшую часть водяного потока.

Эта наша старая микро-ГЭС, проработавшая 2 года, включая зимы. Ее хватало на 1 Ампер (12 Ватт) или около того. Это беличье колесо, с ременной передачей на движок от компьютерного стримера фирмы Ametek. Натяжение ремня критично для успешной работы, его надо часто настраивать. Мы надеемся, что соорудили нечто лучше этого.

Вот и наша ГЭС на месте, производим ее настройку. Наконец, мы приходим к теоретически предсказанным параметрам: лучший результат получается, когда вода входит на 10 часов колесного диска, и выходит в районе 5 часов.

Заработало! Выход около 2 Ампер (1,9 если быть точным). Увеличить ток не удается. Настройки производить нелегко – каждое передвижение колеса требует соответствующего передвижения сопла, и наоборот. Еще мы можем изменять воздушный зазор и менять соединение со звезды на треугольник. Результат явно лучше у звезды – мощность выше, чем у треугольника при тех же оборотах. В итоге мы остановились на звезде, с зазором 1,25 дюйма (довольно много).

Машинку можно сделать чуть дешевле, если использовать менее мощные магниты и меньший воздушный зазор… или она может выдавать больше тока с теми же магнитами, меньшим зазором и катушками с большим количеством витков. Когда-нибудь мы этим займемся. А пока – колесо выдает 160 об/мин на холостом ходу, 110 об/мин под нагрузкой, производя 1,9 А х 12В.
Удовольствия мы получили море, было очень весело, да и мини-ГЭС неплохо работает. Нам все-таки нужен экран на генератор – в речке полно магнетитового песка! Каждые несколько часов приходится очищать магнитные роторы от песчаных нарастаний. Надо или ставить экран, или приделать пару мощных магнитов на входе в трубу.

По материалам сайта: Otherpower.com

В связи с постоянным удорожанием углеводных энергоносителей, специалисты обращают все большее внимание на преимущества, которые дает использование электроэнергии, полученной более экономным способом. Одним из самых экономных и экологически чистых способов получения электроэнергии является гидроэлектростанция для дома, затраты на которую сводятся к первичному строительству и техническому обслуживанию оборудования. Но не каждая местность имеет природные возможности для строительства подобных сооружений, для которых необходим мощный водный поток и большой перепад высот, создаваемых плотиной, в этом случае на помощь энергетикам приходят мини ГЭС.

Принцип работы и мини ГЭС

Принцип работы этого оборудования достаточно прост, что добавляет ему надежности. Водный поток, попадая на лопасти турбины, вращает гидропривод, сопряженный с электрогенератором, который и обеспечивает выработку электроэнергии под управлением контролирующей системы.
Современные мини ГЭС оборудованы системой управления, дающей возможность осуществлять работу в автоматическом режиме с мгновенным переходом на ручное управление в случае возникновения аварийной ситуации. Многоуровневая система защиты позволяет избежать перегрузок оборудования при изменении внешних условий. Конструкция станций позволяет минимизировать проведение строительных работ во время установки необходимого оборудования.

Разновидности мини ГЭС

Мини гидроэлектростанция – это оборудование мощностью от 1 до 3000 кВт, которое включает в себя водозаборное устройство (турбину), генерирующий энергоблок и систему управления оборудованием.
В зависимости от используемых водных ресурсов мини ГЭС делятся на несколько категорий:

• русловые станции, использующие энергию небольших рек с организованными водохранилищами. Применяются в основном на равнинной местности;
• стационарные станции, использующие энергию быстрого течения при эксплуатации горных рек;
• станции, использующие перепады водного потока на промышленных предприятиях;
• мобильные станции, использующие для организации потока армированные рукава.

Согласно ожидаемому напору водного потока проектируется соответствие гидроагрегата и его турбины мощности электрогенерирующего блока для обеспечения необходимой частоты вращения генератора и облегчения создания необходимой частоты тока.

Для различных условий работы мини ГЭС разработаны соответствующие конструкции турбин:

• при большом напоре водяного потока более 60 м применяют радиально-осевые и ковшовые турбины;
• при средней интенсивности потока 25 — 60 м хорошо зарекомендовали себя турбины поворотно-лопастной и радиально-осевой конструкции;
• на низконапорных потоках выгодней использовать поворотно-лопастные и пропеллерные конструкции, помещенные в железобетонные камеры.

Видео домашней гидроэлектростанции сделанной своими руками

Особенности подключения мини ГЭС

Устройство этого оборудования позволяет подключать станции непосредственно к сети электроснабжения, в этом случае используется синхронный генератор. Для создания локальной сети используют асинхронный агрегат, который комплектуется блоком балластной нагрузки, необходимой для рассеивания избыточной мощности во избежание выхода из строя систем подачи электроэнергии и скачкообразных изменений основных параметров сети.

Преимущества и недостатки мини ГЭС

К преимуществам работы подобных систем можно отнести:

• экологическую безопасность оборудования и отсутствие необходимости затопления больших площадей;
• низкую стоимость получаемой электроэнергии, которая в разы дешевле вырабатываемой на ТЭС;
• простоту и надежность применяемого оборудования и возможность его работы в автономном режиме;
• неисчерпаемость используемого природного ресурса

К недостаткам относятся:

• перебои в электроснабжении определенных регионов при выходе оборудования из строя, с случае использования мини ГЭС, как локального источника. Это компенсируется наличием аварийного источника энергоснабжения, подключаемого автоматически;
• слабая производственная и ремонтная база этой отрасли энергообеспечения в нашей стране.

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).

Процесс изготовления:

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.

На этом этапе сборка ГЭС окончена, колесо готово, теперь нужно сделать сопло и генератор. С одной стороны на диске есть отверстие для удобного крепления колеса к генератору.

Шаг второй. Делаем сопло
Сопло нужно для того, чтобы направлять воду на колесо. Его ширина составляет 10 дюймов, как и ширина колеса. Сопло изготавливается из цельного куска металла путем выгибания. Далее конструкция сваривается с помощью сварки.

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.

Шаг третий. Собираем генератор
Процесс создания генератора состоит из нескольких шагов. Сперва нужно сделать обмотку, она состоит из 9-ти катушек. Каждая катушка имеет 125 витков. Диаметр медной проволоки составляет 1.5 мм. Каждая фаза образуется тремя катушками, которые соединены последовательно. Всего выведено 6 концов, это позволит сделать соединение как звездой, так и треугольником.

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

Для сборки генератора нужна фанера, из нее делается шаблон. Далее по этому шаблону устанавливаются 12 магнитов размерами 2,5 х 5 см и толщиной 1,3 см. В заключении ротор также заливается полиэтиленовой смолой. Вот и все, после засыхания генератор готов.

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.

На фото можно увидеть место, где будет установлен генератор. Это труба, из которой с запруды течет вода. Перепад составляет порядка 3-ех футов. Колесо будет брать лишь некоторую часть от всего водного потока. На практике наилучшие результаты показало положение, когда вода заходит под углом в 10 часов, и выходит под углом 5 часов. Тогда достигается наибольшая мощность.

Генератор работает, вот он уже выдает почти 2 Ампера. Регулировки показали, что эффективнее всего работает соединение по типу звезды, при этом воздушный зазор составляет 1.25 дюйма.

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.

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.

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