Макет электростанции своими руками для детей

🔥 НАСТОЛЬНАЯ ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ⚒️ СВОИМИ РУКАМИ и ОЧЕНЬ ПРОСТО

Настоящая Паровая машина с Электрогенератором способная вырабатывать электричество создана на кухонном столе из самых бросовых материалов и с минимальным набором инструментов.

В качестве основания использован деревянный брусок, а в качестве парового котла и водо-накопителя использована пустая банка из под газировки или пива.

Генератором стал подобранный по усилию вращения моторчик от магнитофона.
От его характеристик зависит и сила тока и то как самодельная паровая турбина справится с прокручиванием ротора в момент отбора мощности. первые опыты по запуску такой паровой машины с генератором тока не увенчались успехом.

Пришлось увеличить вращающий момент с помощью специального устройства концентрирующего струю пара на лопатках самодельной турбины.
Турбину, которую легко вращал паровой котел емкостью 0,5 пришлось модернизировать под мощность котла емкостью 0,33 увеличив количество лопаток.

Правда в процессе модернизации у турбины появились отверстия не способствующие КПД отдачи мощности, но с этим пробелом мы разберемся, а пока даже пробные запуски показали эффективность такой установки (настольного макета паровой машины с электрогенератором)

Изначально планировалось использовать в качестве разогрева котла самодельную спиртовку, но её размер оказался слишком велик и на выручку пришли таблетки сухого спирта.

Одной таблетки хватает чтобы буквально за минуту разогреть котел до температуры при которой струя пара очень сильно вращает самодельную турбину. Ток и напряжение я фиксировал с помощью старого советского тестера, что более правильно чем показания китайских дешевых вольтметров.

Результат меня порадовал. Конечно зажечь лампу накаливания даже слабую удастся вряд ли (макет все таки), но пару тройку светодиодов это уж точно, вот только потребуется небольшой преобразователь, которых я уже наделал немалую кучку для различных целей.

Источник

Атомный конструктор: реактор на столе

В 1950-х годах, с появлением атомных реакторов, перед человечеством, казалось бы, замаячили блестящие перспективы решения всех энергетических проблем. Инженеры-энергетики проектировали атомные электростанции, судостроители — атомные электроходы, и даже автоконструкторы решили присоединиться к празднику и использовать «мирный атом». В обществе возник «атомный бум», и промышленности стало не хватать квалифицированных специалистов. Требовался приток новых кадров, и была развернута серьезная образовательная компания не только среди студентов университетов, но и среди школьников. Например, A.C. Gilbert Company выпустила в 1951 году детский набор Atomic Energy Lab, содержащий несколько небольших радиоактивных источников, необходимые приборы, а также образцы урановой руды. Этот «наисовременнейший научный набор», как было написано на коробке, позволял «юным исследователям провести более 150 захватывающих научных экспериментов».

Кадры решают все

За прошедшие полвека ученые получили несколько горьких уроков и научились строить надежные и безопасные реакторы. И хотя сейчас в этой области наблюдается спад, вызванный недавней аварией на Фукусиме, вскоре он вновь сменится подъемом, и АЭС по-прежнему будут рассматриваться как чрезвычайно перспективный способ получения чистой, надежной и безопасной энергии. Но уже сейчас в России чувствуется дефицит кадров, как ив 1950-х. Чтобы привлечь школьников и повысить интерес к атомной энергетике, Научно-производственное предприятие (НПП) «Экоатомконверсия», взяв пример с A.C. Gilbert Company, выпустила образовательный набор для детей от 14 лет. Разумеется, наука за эти полвека не стояла на месте, поэтому, в отличие от своего исторического прототипа, современный набор позволяет получить намного более интересный результат, а именно — собрать на столе самый настоящий макет атомной электростанции. Разумеется, действующий.

Грамотность с пеленок

«Наша компания родом из Обнинска- города, где атомная энергия знакома и привычна людям чуть ли не с детского сада, — объясняет «ПМ» научный руководитель НПП «Экоатомконверсия» Андрей Выхаданко. — И все понимают, что бояться ее совершенно не надо. Ведь по-настоящему страшна лишь неизвестная опасность. Поэтому мы и решили выпустить этот набор для школьников, который позволит им вдоволь поэкспериментировать и изучить принципы работы атомных реакторов, не подвергая себя и окружающих серьезному риску. Как известно, знания, полученные в детстве, самые прочные, так что выпуском этого набора мы надеемся значительно понизить вероятность повторения Чернобыля или

Фукусимы в будущем».

Ненужный плутоний

За годы работы множества АЭС скопились тонны так называемого реакторного плутония. Он состоит в основном из оружейного Pu-239, содержащего около 20% примеси других изотопов, в первую очередь Pu-240. Это делает реакторный плутоний абсолютно непригодным для создания ядерных бомб. Отделение примеси оказывается весьма сложным, так как разница масс между 239-м и 240-м изотопами — всего 0,4%. Изготовление ядерного топлива с добавкой реакторного плутония оказалось технологически сложным и экономически невыгодным, так что этот материал остался не у дел. Именно «бросовый» плутоний и использован в «Наборе юного атомщика», разработанном НПП «Экоатомконверсия».

Как известно, для начала цепной реакции деления ядерное топливо должно иметь определенную критическую массу. Для шара из оружейного урана-235 она составляет 50 кг, из плутония-239 — только 10. Оболочка из отражателя нейтронов, например бериллия, может снизить критическую массу в несколько раз. А использование замедлителя, как в реакторах на тепловых нейтронах, снизит критическую массу более чем в десять раз, до нескольких килограммов высокообогащенного U-235. Критическая масса Pu-239 и вовсе составит сотни граммов, и именно такой сверхкомпактный реактор, умещающийся на столе, разработали в «Экоатомконверсии».

Что в сундучке

Упаковка набора скромно оформлена в черно-белых тонах, и лишь неяркие трехсегментные значки радиоактивности несколько выделяются на общем фоне. «Никакой опасности на самом деле нет, — говорит Андрей, указывая на слова «Совершенно безопасно!», написанные на коробке. — Но таковы требования официальных инстанций». Коробка тяжеленная, что неудивительно: в ней находится герметичный транспортировочный свинцовый контейнер с тепловыделяющей сборкой (ТВС) из шести плутониевых стержней с циркониевой оболочкой. Помимо этого набор включает внешний корпус реактора из термостойкого стекла с химической закалкой, крышку корпуса со стеклянным окном и гермовводами, корпус активной зоны из нержавеющей стали, подставку под реактор, управляющий стержень-поглотитель из карбида бора. Электрическая часть реактора представлена свободнопоршневым двигателем Стирлинга с соединительными полимерными трубками, маленькой лампой накаливания и проводами. В комплект также входят килограммовый пакет с порошком борной кислоты, пара защитных костюмов с респираторами и гамма-спектрометр со встроенным гелиевым детектором нейтронов.

Источник

Самодельный малогабаритный электрогенератор. Как сделать походный электрогенератор.

Схема простейшего выпрямителя с фильтром.

С появлением и широким распространением портативных и достаточно экономичных электронных приборов типа мобильный телефон, GPS-навигатор, рации и радиостанции, карманный или портативный компьютер, цифровой фотоаппарат и т.п., возникла и обострилась проблема обеспечения их электропитанием. Если вы отлучаетесь от электросети на 1-2 дня или рядом с вами автомобиль, такого вопроса не возникает — всегда можно взять с собой 1-2 комплекта запасных аккумуляторов или батарей, а так же подзарядиться от бортовой сети автомобиля.

А как быть тем, кто например уходит в поход на неделю или постоянно живет на даче, не имеющей централизованного электроснабжения?

Ну тем, кто находится на одном месте несколько проще — они могут установить либо солнечную батарею либо простейший ветроэлектрогенератор, даже самодельный. А вот тем, кто находится в движении (идет пешком, плывет на байдарке, едет на велосипеде — такой вариант не подойдет.

В этом случае им поможет зарядить аккумуляторы своих телефонов. раций, навигаторов и компьютеров простейший самодельный электрогенератор. Такой генератор может вырабатывать напряжение практически в любых условиях. Разумеется, мощность его невелика (хотя зависит от размеров и конструкции), но он может вполне обеспечить практически постоянную подзарядку аккумуляторов.

Немного теории: Вам наверняка известно из школьных уроков физики, что если перемещать проводник в магнитном поле (поперек его магнитных линий), то в проводнике наводится ЭДС – элекродвижущая сила. Она вызывает разность потенциалов на концах проводника, что и порождает движение электронов, т.е. электрический ток.

Настоящие электрогенераторы по такому принципу и построены. Они имеют постоянные магниты или специальные электрические катушки, которые создают магнитное поле. В этом поле движутся (обычно вращаются) другие катушки, в которых и возникает ЭДС.

В нашем случае электрогенератор должен быть максимально компактным, легким, удароустойчивым. Поэтому он состоит собственно из катушки, на которую намотан медный провод. Внутри катушки свободно перемещается постоянный магнит.

Торцы внутренней трубки катушки заглушены, что бы магнит не выпал. Если мы будем трясти такой «электрогенератор», магнит внутри катушки будет перемещаться, а в проводе будет наводиться ЭДС. Т.е. катушка будет вырабатывать электроток.

И напряжение и полярность его будет меняться достаточно хаотично, поэтому что бы с его помощью заряжать аккумулятор потребуется сделать простой выпрямитель — диодный мост. Тогда при любом колебании магнита в катушке на выходе выпрямителя будет вырабатываться импульс тока нужной для зарядки полярности.

Теперь о том, как заставить магнит колебаться в катушке.

Разумеется — самый простой способ – это просто махать катушкой, как шейкером. Как это делает бармен при приготовлении коктейлей. Но такой способ и трудоемок (хотя и самый эффективный) и руки занимает. Нам же интересно, что зарядка происходила автоматически, почти без нашего участия.

Те, кто постарше, возможно помнят интермедию Аркадия Райкина, в которой он говорит:

— Вот балерина крутится! Привяжи к ноге динаму. Пусть она ток вырабатывает и дает в недоразвитые районы!

Вот в нашем случае это оказывается самым действенным приводом!

Допустим, вы сделали такой генератор размером со спичечный коробок. (Кстати, его мощности вполне хватит, что бы за день зарядить ваш, и не только ваш, сотовый телефон). Тогда, приделав к нему ремешок от часов и разместив на руке вы и станете такой «балериной с динамой». Пока вы идете и размахиваете рукой, магнит колышется внутри катушки и катушка вырабатывает ток!

Генератор помощнее можно разместить на ноге и даже на обеих. Тогда электроэнергии хватит и на светодиодный фонарик!

Если вы плывете на байдарке, можно прикрепить его к веслу — оно как раз совершает колебательные движения. И т.д.

Можно разработать всевозможные конструкции. Например — с дебалансом, используя криволинейную форму катушки, с маятником, где магнит пролетает вдоль катушки. Можно сделать кривошипно-шатунный механизм, который будет приводиться в движение ветром или водой, и т.д.

Если вам не удалось достать магнит линейной формы, воспользуйтесь кольцевым, от динамика. Только в этом случае катушка будет перемещаться внутри магнита или придется сделать диаметр генератора побольше.

В одной из статей был описан привод с помощью другого магнита, укрепленного на велосипедном колесе. Когда этот магнит приближался к магниту генератора (а они были повернуты друг к другу одноименными полюсами), то магнит генератора отталкивался от другого и совершал колебательное движение.

Конструкция генератора, как видите, чрезвычайно проста и вы может изготовить его для себя за пару часов. Но несмотря на это, КПД такого генератора очень высок, так как все проводники пересекают практически все магнитные линии.

Генератор не боится влаги, не требует смазки, имеет минимум движущихся частей и при тщательном изготовлении может работать хоть под водой будучи залитым ею. Он не боится грязи (достаточно обернуть его полиэтиленом), дождя, пыли, работает при любых температурах.

Для обеспечения лучших условий для колебания магнита в катушке, можно использовать уже описанный выше принцип — установить 2 магнита одноименными полюсами друг к другу. Можно использовать очень мягкую пружину. Вобщем, все зависит от конструкции генератора и его назначения. А остальное – в ваших руках.

Источник

Гидроэлектростанция своими руками: как соорудить автономную мини-ГЭС

Сила водного потока – это возобновляемый природный ресурс, позволяющий получать практически бесплатное электричество. Подаренная природой энергия предоставит возможность сэкономить на коммунальных услугах и решить проблему с подзарядкой техники.

Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, ими стоит воспользоваться. Они смогут обеспечить электроэнергией участок и дом. А уж если построена гидроэлектростанция своими руками, экономический эффект возрастает в разы.

В представленной статье детально описаны технологии изготовления частных гидротехнических сооружений. Мы рассказали о том, что потребуется для устройства системы и подключения ее к потребителям. У нас вы узнаете о всех вариантах миниатюрных поставщиков энергии, собранных из подручных материалов.

Ветряная электростанция для дома своими руками

Для того, чтобы создать ветряную электростанцию своими руками, необходимо сконструировать ветродвигательную установку, присоединить к ней электрический генератор и подключить его выход к системе управления накоплением и расходованием электроэнергии. В качестве ветродвигательной установки чаще всего рассматривают варианты с горизонтальным и вертикальным вращением ротора ветряной электростанции. Конструктивно вариант вертикальной оси вращения ротора представляется более реализуемым из-за простоты конструкции. Она представляет собой вал, на котором крепятся параллельные ему лопасти.

Каждая лопасть – это кусок листового материала (сталь, дюралюминий, многослойная лакированная фанера и т.п.), изогнутый по дуге так, что бы получилось подобие крыла. Оно имеет прямоугольную форму и крепится к валу длинной стороной параллельно оси его вращения. На валу может быть несколько таких лопастей. В более сложных конструкциях ветровых электростанций предусматривается механизм изменения углового положения лопастей. Это позволяет регулировать воздушное сопротивление агрегата и минимизировать его в случае возникновения слишком сильного ветра (чтобы избежать разрушения конструкции).

Изготовление ГЭС на основе водяного колеса

Разумеется, собрать «на коленке» и возвести махину, предназначенную для обслуживания предприятия или населенного пункта даже из десятка домов – идея из области фантастики. Но соорудить своими руками мини-ГЭС для экономии электричества – вполне реально. Причем задействовать можно как готовые комплектующие, так и подручные материалы.

Поэтому рассмотрим пошагово изготовление наиболее простого сооружения – водяного колеса.

Необходимые материалы и инструменты

Чтобы сделать своими руками мини-ГЭС, нужно подготовить сварочный аппарат, болгарку, дрель и набор вспомогательных инструментов – молоток, отвертку, линейку.

Из материалов понадобятся:

• Уголки и листовой металл толщиной не менее 5 мм.
• Трубы из ПВХ или оцинкованной стали для изготовления лопастей.
• Генератор (можно использовать готовый покупной или сделать самому, как в данном примере).
• Тормозные диски.
• Вал и подшипники.
• Фанера.
• Полистироловая смола для заливки ротора и статора.
• Медный провод на 15 мм для самодельного генератора.
• Неодимовые магниты.

Учтите, что конструкция колеса будет постоянно контактировать с водой, поэтому металлические и деревянные элементы необходимо выбирать с защитой от влаги (или позаботится об их пропитке и покраске самостоятельно). В идеале, фанеру можно заменить пластиком, но деревянные детали проще достать и придать им нужную форму.

Сборка колеса и изготовление сопла

Основой для самого колеса могут стать два стальных диска одинакового диаметра (если есть возможность достать стальной барабан от кабеля – отлично, это намного ускорит процесс сборки).

Но если металла в подручных материалах не нашлось, можно вырезать круги и из водостойкой фанеры, хотя прочность и срок службы даже обработанного дерева не сравнится со сталью. Затем на одном из дисков нужно прорезать круглое отверстие под установку генератора.

После этого изготавливаются лопасти, а их понадобится не меньше 16 шт. Для этого оцинкованные трубы разрезаются вдоль на две или четыре части (зависит от диаметра). Затем места резки и саму поверхность лопастей нужно отшлифовать, чтобы уменьшить потери энергии при трении.

Лопасти устанавливаются под наклоном примерно в 40-45 градусов – это поможет увеличить площадь поверхности, на которую будет воздействовать сила потока

Расстояние между двумя боковыми дисками должно быть максимально приближено к длине лопастей. Чтобы наметить место для расположения будущих ступиц, рекомендуется сделать шаблон из фанеры, на котором будет обозначено место для каждой детали и отверстия для фиксации колеса к генератору. Готовую разметку можно прикрепить на внешней стороне одного из дисков.

Затем круги устанавливаются параллельно друг к другу с помощью стержней со сплошной резьбой, а лопасти привариваются или фиксируются болтами в нужных позициях. Барабан будет вращаться на подшипниках, а в качестве опоры используется рама из уголков или труб небольшого диаметра.

На этом этапе сборку барабана можно считать законченной, осталось оснастить его самодельным генератором и соплом, направляющим поток воды

Сопло предназначено для водных источников каскадного типа – такая установка позволит использовать энергию потока по максимуму. Изготавливается этот вспомогательный элемент путем выгибания листового металла с последующей сваркой швов, а после насаживается на трубу.

Однако если в вашей местности протекает равнинная река без порогов и других высотных препятствий, в этой детали нет необходимости.

Важно, чтобы ширина выходного отверстия сопла соответствовала ширине самого колеса, иначе часть потока будет идти «вхолостую», не попадая на лопасти

Теперь колесо нужно насадить на ось и установить на подпорку из сваренных или скрепленных болтами уголков. Осталось сделать генератор (или установить готовый) и можно отправляться к реке.

Генератор своими руками

Для изготовления самодельного генератора нужно сделать обмотку и заливку статора, для чего понадобятся катушки со 125-ю витками медной проволоки на каждой. После их соединения вся конструкция заливается полиэстеровой смолой.

Каждая фаза состоит из трех последовательно прикрепленных мотков, поэтому соединение можно сделать в форме звезды или треугольника с несколькими наружными выводами

Теперь нужно подготовить фанерный шаблон, совпадающий по размерам с тормозным диском.

На деревянном кольце выполняется разметка и делаются прорези для установки магнитов (в данном случае использовались неодимовые магниты толщиной 1,3 см, шириной 2,5 см и длиной 5 см). Затем полученный ротор также заливается смолой, а после просушки – присоединяется к барабану колеса.

Водяное колесо с ротором из тормозных дисков и генератором из мотков медной проволоки – окрашенное, презентабельное и готовое к эксплуатации

Последним монтируется алюминиевый кожух с амперметром, закрывающий выпрямители. Задача этих элементов – преобразовывать трехфазный ток в постоянный.

После установки колеса в поток небольшой речки с каскадом или отводной трубой, можно рассчитывать на производительность мини-ГЭС в 1,9А * 12В при 110 оборотах за минуту

Чтобы в колесо не попадали листья, песок и другой мусор, принесенный с потоком, желательно поставить перед устройством защитную сетку.

Также можно поэкспериментировать с зазорами между магнитами и катушками с увеличенным количеством витков для увеличения КПД гидростанции.

О всех видах альтернативных источников энергии вы узнаете, ознакомившись со статьей, посвященной внедрению в быт “зеленых технологий”.

Солнечная электростанция для дома своими руками

Конструкция самодельньной солнечной электростанции, построенной своими руками, представляет собой сочетание самодельной солнечной батареи и системы накопления и расходования электроэнергии. В такой электростанции наиболее дорогостоящей частью является набор солнечных элементов, которые необходимо поместить в защитный поддон. После соединения солнечной панели с аккумулирующей системой остается правильно установить и ориентировать фотопанели.

В некоторых конструкциях солнечных панелей для этого предусматриваются специальные стойки, позволяющие регулировать угол наклона панели и фиксировать азимутальную ее ориентацию. Это позволяет обеспечить максимальность количества получаемой электроэнергии в зависимости от положения солнца.

Соблюдение мер безопасности

Электролизер представляет собой устройство повышенной опасности.
Поэтому во время его изготовления, монтирования и работы обязательно нужно соблюдение как общих, так и специальных мер безопасности.

Специальные меры включают следующие пункты:

• следует контролировать концентрацию смеси водорода с кислородом, в целях недопущения взрыва;
• если уровень жидкости не просматривается в смотровом окне водородного генератора, то его использовать нельзя;
• во время выполнения ремонта нужно удостовериться, что в конечной точке системы полностью отсутствует водород;
• противопоказано использование открытого огня, электрических нагревательных приборов и переносных ламп напряжением более 12 вольт рядом с электролизером;
• во время работы с электролитом следует себя обезопасить, используя средства защиты (спецодежда, перчатки и очки).

Водяная электростанция своими руками

Безусловным достоинством водной самодельной электростанции как на видео является независимость выработки ею электроэнергии от наличия благоприятных природных погодных факторов – ветра и солнца. Вода в реке или ручье течет круглые сутки, а в некоторых местах – в течение всего года. Соответственно получение электроэнергии имеет более стабильный характер, определяемый, главным образом, перепадом высоты воды. Впрочем, это не избавляет от необходимости включения в состав водной электростанции системы накопления вырабатываемой электроэнергии, компенсирующей изменения величины потребляемого тока (днем он может быть больше, а ночью – меньше).

БКак и в варианте ветряного энергоагрегата, в состав гидроэлектростанции входит лопастная установка, электрогенератор и конструкция, объединяющая все эти устройства в одну систему. В качестве электрогенератора можно использовать соответствующий узел от легкового или грузового автомобиля в комплексе с его электрической обвязкой.

Мы искренне надеемся, что наша статья с видео помогла вам ответить на вопрос, как сделать домашнюю электростанцию своими руками.

Условия для установки гидроэлектростанции

Несмотря на заманчивую дешевизну энергии, вырабатываемую гидрогенератором, важно учесть особенности водного источника, ресурсы которого вы планируете задействовать для собственных нужд.

Ведь далеко не каждый водоток подойдет для эксплуатации мини-ГЭС, тем более круглогодичной, поэтому не помешает иметь в резерве возможность подключения к централизованной магистрали.

Несколько «за» и «против»

Основные плюсы индивидуальной гидроэлектростанции очевидны: недорогое оборудование, которое вырабатывает дешевое электричество, да еще и природе не вредит (в отличие от плотин, перекрывающих ток реки). Хотя абсолютно безопасной систему назвать нельзя – все-таки вращающиеся элементы турбин могут нанести травмы жителям подводного мира и даже людям.

Чтобы предупредить несчастные случаи, гидростанцию нужно оградить, а если система полностью скрыта водой – установить на берегу предупреждающий знак

1. В отличие от других «бесплатных» энергоисточников (солнечных батарей, ветрогенераторов), гидросистемы могут работать вне зависимости от времени суток и погоды. Единственное, что может им помешать – замерзание водоема.
2. Для установки гидрогенератора необязательно наличие большой реки – те же водяные колеса с успехом можно использовать даже в мелких (но быстрых!) ручьях.
3. Установки не выделяют вредных веществ, не загрязняют воду и работают практически бесшумно.
4. Для монтажа мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не нужно оформлять разрешительную документацию (хотя все зависит от местных властей и типа установки).
5. Избыток электричества можно продавать в соседние дома.

Что касается недостатков – серьезной помехой для продуктивной эксплуатации оборудования может стать недостаточная сила течения. В этом случае придется возводить вспомогательные сооружения, что сопряжено с дополнительными затратами.

Если потенциальной энергии расположенной рядом реки при приблизительном расчете не хватит на выработку электричества в объеме, достаточном для практического применения, стоит обратить внимание на способы сооружения ветрогенераторов. Ветряк послужит эффективным дополнением.

Измерение силы водного потока

Первое, что нужно сделать, чтобы задуматься о виде и способе монтажа станции, – измерить скорость водного потока на облюбованном источнике.

Самый простой способ – опустить на стремнину любой легкий предмет (например, теннисный мячик, кусок пенопласта или рыбацкий поплавок) и засечь секундомером время, за которое он проплывет расстояние до какого-нибудь ориентира. Стандартная дистанция для «заплыва» – 10 метров.

Если водоем находится далековато от дома, можно построить отводной канал или трубопровод, и заодно и позаботиться о перепадах высоты

Теперь нужно пройденное расстояние в метрах разделить на количество секунд – это и будет скорость течения. Но если полученное значение будет меньше 1 м/сек, потребуется возвести искусственные сооружения, чтобы ускорить поток перепадами высот.

Это реально осуществить с помощью разборной плотины или неширокой сливной трубы. Но без хорошего течения от идеи с гидростанцией придется отказаться.

Типы гидрогенераторов непромышленного назначения

Итак, мы поняли, что гидрогенератор – это устройство способное преобразовывать энергию движения воды в электрическую. Применяются такие устройства в основном на ГЭС, однако и небольшие модели, вырабатывающие сотни киловатт не стали редкостью, особенно в регионах, не обедненных водными ресурсами.

Давайте посмотрим, какие типы таких устройств можно сегодня приобрести в магазине, или сделать самому.

Станция гирляндного типа

Гирляндная станция

Поперек реки натягивается гибкий стальной трос, на который на манер гирлянды, вешается цепь из роторов (не путать с ротором генератора). Трос при этом играет роль вала вращения, один конец которого присоединен к валу генератора, а второй к свободно вращающемуся подшипнику качения.

• Такая конструкция очень эффективна и при условии, что скорость потока воды составляет 2,5 м/с, каждый гидроротор, способен передать до 2 кВт энергии.
• Данные агрегаты с успехом применялись еще в середине 20-го века, и часто изготавливались кустарными методами. Роль винтов могли выполнять обыкновенные консервные банки или пропеллеры.
• Сегодня можно приобрести готовые решения от заводов изготовителей, которые будут отличаться по условиям эксплуатации, эффективности, габаритам и прочему.
• Конструкция весьма проста, но применение ее на практике весьма затруднительно, в виду некоторых особенностей. Во-первых, «гирлянда» перегораживает речной поток, что может не понравиться вашим соседям или представителям органов по охране экологии и водных ресурсов. Во-вторых, если зимой река замерзает, агрегат становится бесполезным и его приходится демонтировать.

Совет! Гирляндные гидростанции возводятся преимущественно в безлюдных местах и на время, например, на летних пастбищах для скота, где энергию взять больше не откуда.

Гидрогенератор гирляндного типа погружной, рамный

Сегодня конструкция гирляндного гидрогенератора получила свое продолжение в виде погружных рамных устройств. Их преимущество в том, что они не преграждают все русло, плюс устройство можно расположить на дне водоема, где оно никому не будет мешать.

Такая станция способна вырабатывать до 9,3 МВт в месяц, что позволяет решать проблемы электрификации в населенных пунктах, удаленных от центральных магистралей.

Ротор Дарье

Если вы читали нашу предыдущую статью про вертикальные ветрогенераторы, то наверняка помните про конструкции роторов Дарье.

Ротор Дарье на ветрогенераторе

Данные устройства могут успешно применяться и в воде, правда, используют их в силу сложности эксплуатации в основном промышленные предприятия.

Такие роторы очень сложно раскрутить, ровно, как и остановить (происходит это только при замерзании реки). Сама конструкция обладает приличными показателями КПД.

Подводные пропеллеры

«Ветряк» под водой

Еще одна конструкция, сделанная по образу и подобию ветряного генератора, но теперь с вертикально расположенной осью – пропеллерный генератор. Ставятся они напротив потока, однако вращаются не за счет давящего напора воды, а по принципу возникновения подъемной силы, так же как это делает винт корабля или крыло самолета.

Водяное колесо, оснащенное лопастями

Самый старый из известных водяных двигателей

Конструкция водяного колеса известна человечеству еще со временен далекой античности, однако данный гидродвигатель применяется и сегодня, не потеряв ни капли актуальности. Эффективность данного двигателя целиком зависит от типа источника, на котором он установлен.

По этому критерию различают три типа:

• Нижнебойные или подливные – располагаются на мелководных реках так, что водяной поток толкает нижние лопасти.
• Среднебойные – конструкции, располагающиеся на реках с природными каскадами так, чтобы поток попадал приблизительно в центр вращающегося колеса.
• Верхнебойные или наливные – установить такую конструкцию можно под плотиной, высоким естественным порогом или трубой, чтобы поток воды падал на вершину колеса, заставляя его раскручиваться.

Несмотря на некоторые отличия, принцип работы всех вариантов одинаков – напор воды толкает лопасти, которые приводят в движение колесо, центральная ось которого соединена с валом. Далее подключается генератор – напрямую или через цепь передаточных устройств.

Наливное колесо под акведуком из металлической бочки

Именно эта конструкция используется чаще всего народными умельцами при изготовлении самодельных гидрогенераторов. Строение ее очень простое, что позволяет применять различные подручные материалы.

Промышленное производство водяные колеса тоже не забывает, и сегодня на рынке предлагаются очень эффективные модели, лопасти которых рассчитаны на работу при определенной скорости потока воды. Из чего можно сделать такое колесо, и как собирается сам генератор, мы разберем чуть позже.

Водный генератор в водопроводной трубе

А теперь несколько слов о последних достижениях мировой инженерной мысли.

Гидрогенераторы водопровод

Буквально каких-то 10 лет назад, американская компания Lucid Energy представила миру первые гидрогенераторы в водопроводе. Представители фирмы утверждают, что проблема энергоснабжения населения может быть частично решена за счет совершенно новой технологии, при которой гидрогенераторы приводятся в движение от водопровода. На фото выше показано строение подобного устройства.

• За основу был взят принцип деривационной гидроэлектростанции безнапорного типа. Вода приводит в движение лопасти ротора, который продолжает вращаться, оказывая потоку лишь небольшое сопротивление.
• Опробовать новинку было решено в американском городе Портленд штата Орегон. Компания принялась за установку в действующий водопровод с чистой питьевой водой мини турбин, располагающихся в специальных трубах.

Гидрогенераторы водопровода: процесс установки

• Самым главным преимуществом такой системы является ее абсолютная безопасность для окружающей среды. Получаемая электрическая энергия очень дешева, и включает в себя только стоимость установки оборудования и его дальнейшее периодическое обслуживание.
• При этом генераторы весьма эффективны, из-за того, что вода в трубах практически никогда не останавливается. Не повлияют на работу и такие внешние факторы, как капризы непогоды.

Настройка системы

• Несколько таких устройств хватает, чтобы полноценно обеспечить электроэнергией муниципальное учреждение, например, школу.
• В частности, в названном городе, за счет водопроводных гидрогенераторов на испытуемом участке было реализовано бесперебойное освещение улиц города. Согласитесь, весомое достижение.
• Недостатки у системы все-таки есть, и заключаются они в ограниченности мест для установки. Имеется в виду, что подходят только те участки водопровода (с достаточным уклоном), где вода движется не за счет электронасосов, а самотеком, иначе эффективность установки будет небольшой.

Транспортировка водопроводного гидрогенератора

Микро – ГЭС водоворотного типа

Установки, работающие на принципе водоворота, целесообразно устанавливать на малых реках и полноводных ручьях. Мощность подобного типа микро – ГЭС составляет до 100,0 кВт. При строительстве подобных станций, монтируется специальный желоб, в который поступают водные массы из реки или ручья. В нижней точке желоба изготавливается цилиндрическое сооружение внизу которого устраивается отверстие. Вода поступает по желобу в приемник-цилиндр двигаясь по касательной к стенкам последнего, в следствии чего, внутри цилиндра, закручивается в водовороте, скорость ее движения увеличивается, и она вытекает через нижнее отверстие, попадая на лопасти турбины.

Благодаря постоянному вращению воды гидроэлектростанции подобного типа работают в круглогодичном цикле. Недостатком водоворотных микро-ГЭС является высокая стоимость, обусловленная большим объемом бетонных работ.

Пропеллерная станция

На раме в вертикальном положении располагается ротор и подводный ветряк, опускаемый под воду. Ветряк имеет лопасти, которые вращаются под воздействием потока воды. Лучшее сопротивление оказывают лопасти шириной два сантиметра (при быстром потоке, скорость которого, тем не менее, не превышает двух метров в секунду).

В данном случае лопасти приводятся в движение за счет возникающей подъемной силы, а не за счет давления воды. Причем направление движения лопастей перпендикулярно направлению течения потока. Этот процесс похож на работу ветровых электростанций, только работает под водой.

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе https://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

• цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
• трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
• провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.

Под ячейку Мейера можно приспособить готовый пластиковый корпус от обычного водопроводного фильтра

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.

Принципиальная схема включения электролизера

Что предлагает промышленность

В настоящий момент на просторах Таможенного Союза мало предприятий предлагают мини ГЭС по приемлемым ценам. Например, аналогичная мини ГЭС (3-5кВт) обошлась бы в 300-400 тысяч рублей. Более подробно с конкретикой вопроса можно ознакомиться по ссылкам:

• Гидрогенераторы и гидроэнергетика — https://energyservice.sitecity.ru/stext_1101130058.phtml
• Мини ГЭС 10 Пр — https://www.inset.ru/r_offers/MHPP-10Pr.htm
• Интересные рукавные всесезонные гидроэлектростанции Луч-1 и Луч-2 — https://iis97.narod.ru/pr12.htm
• Гидрогенераторы — https://www.powerpal.com/
• Необычные бесплотинные ГЭС нового поколения — https://www.rusphysics.ru/articles/221/
• Ещё о бесплотинных ГЭС — https://www.ntpo.com/techno/techno2_2/10.shtml
• Пособие по применению — https://www.sgp.uz/userfiles/MikroGES%20rus-new.pdf
• Микро гидротурбина — https://www.lpelectric.ro/ro/products/hydro/turbine_ro.html
• Гидрогенераторы — https://www.made-in-china.com/products-search/hot-china-products/Hydro_Turbine.html

Сферы применения водородного генератора

Ввиду проблем, связанных с транспортировкой и хранением водорода, такие устройства востребованы в производствах, где наличие этого газа требует технологический цикл. Перечислим основные направления:

1. Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
2. Изготовление топлива для ракетных двигателей.
3. Создание удобрений.
4. Производство нитрида водорода (аммиака).
5. Синтез азотной кислоты.
6. В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
7. Обработка металла (сварка и резка).
8. Восстановление металлов.
9. Синтез метилового спирта
10. Изготовление соляной кислоты.

Основные сферы применения генераторов водорода в промышленности
Несмотря на то, что производство водорода в процессе переработки нефти дешевле, чем его получение путем электролиза, как уже указывалось выше, возникают сложности с транспортировкой газа. Строить опасные химические производства, непосредственно, рядом с перерабатывающими нефть заводами не всегда позволяет экологическая обстановка. Помимо этого водород, полученный путем электролиза, значительно чище, чем при крекинге нефти. В связи с этим на промышленные водородные генераторы всегда высокий спрос.

Преимущества использования

Главное достоинство водорода как топлива состоит в его абсолютной безвредности: при сгорании этого вещества образуется чистый водяной пар.

Ни один другой вид топлива не может похвастаться этим качеством.

Даже природный газ при сжигании образует углекислоту, которая, как принято сегодня считать, приводит к возникновению парникового эффекта.

Второе преимущество – доступность. Водород является самым распространенным веществом во Вселенной, а добывать его можно прямо из воды, запасы которой на нашей планете можно считать неисчерпаемыми. Правда, как мы увидим далее, доступность эта пока только кажущаяся.

Важным достоинством является и то, что для перехода на водородное топливо газовый котел, как и двигатель внутреннего сгорания, почти не нужно переделывать.

Достоинства и недостатки различных систем для создания самодельной ГЭС

Недостатки гирляндной ГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих ( длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина. Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.

Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер. Большинство самоделок используют именно эти варианты.

Реактор из пластин

Высокопроизводительный генератор водорода, способный обеспечить работу газовой горелки, выполняется из нержавеющих пластин размером 15 х 10 см, количество – от 30 до 70 шт. В них просверливаются отверстия под стягивающие шпильки, а в углу выпиливается клемма для присоединения провода.

Кроме листовой нержавейки марки 316 понадобится купить:

• резина толщиной 4 мм, стойкая к воздействию щелочи;
• концевые пластины из оргстекла либо текстолита;
• шпильки стяжные М10—14;
• обратный клапан для газосварочного аппарата;
• фильтр водяной под гидрозатвор;
• трубы соединительные из гофрированной нержавейки;
• гидроокись калия в виде порошка.

Пластины нужно собрать в единый блок, изолировав друг от друга резиновыми прокладками с вырезанной серединой, как показано на чертеже. Получившийся реактор плотно стянуть шпильками и подключить к патрубкам с электролитом. Последний поступает из отдельной емкости, снабженной крышкой и запорной арматурой.

Примечание. Мы рассказываем, как сделать электролизер проточного (сухого) типа. Реактор с погружными пластинами изготовить проще – резиновые прокладки ставить не нужно, а собранный блок опускается в герметичную емкость с электролитом.

Схема водородной установки мокрого типа
Последующая сборка генератора, производящего водород, выполняется по той же схеме, но с отличиями:

1. На корпусе аппарата крепится резервуар для приготовления электролита. Последний представляет собой 7—15% раствор гидроокиси калия в воде.
2. В «бабблер» вместо воды заливается так называемый раскислитель – ацетон либо неорганический растворитель.
3. Перед горелкой обязательно ставится обратный клапан, иначе при плавном выключении водородной горелки обратный удар разорвет шланги и «бабблер».

Для питания реактора проще всего задействовать сварочный инвертор, электронные схемы собирать не нужно. Как устроен самодельный генератор газа Брауна, расскажет домашний мастер в своем видео:

Советы специалистов

Квалифицированные мастера считают, что изготавливать самодельные водородные генераторы для автомобилей в домашних условиях рискованное занятие.
Они объясняют это тем, что электролизер для авто имеет сложную и небезопасную систему устройств.

Заниматься изготовлением таких агрегатов нужно, применяя специальные материалы и реагенты.

Если все-таки решили самостоятельно изготовить автомобильный гидролизер, то обязательно следует оснастить его барботером – это специальный водяной клапан. При его использовании значительно повысится безопасность при вождении автомобиля.

Электрический ток можно получить из земли и воздуха самостоятельно. Подробности в этой статье:

Плюсы и минусы

Использования микро – ГЭС, позволяет получить положительный эффект от их использования в экономической и социальной сферах и экологической безопасности территорий, где строятся подобные сооружения. Производство электрической энергии позволяет обеспечить энергетическую независимость и безопасность территории, отдельного предприятия или объекта недвижимости. При строительстве не требуется сооружение больших гидротехнических сооружений, и как следствие, снижение стоимости строительно-монтажных работ. Важным достоинством малой гидроэнергетики является экологическая безопасность подобных установок. На флору и фауну не оказывается каких-либо вредных воздействий, качество воды остается неизменным.

Суммируя плюсы использования микро – ГЭС, к их положительным свойствам можно отнести следующие:

• Экологичность и безопасность установок;
• Энергия воды – это возобновляемый и неисчерпаемый источник энергии;
• Способность установок работать в автономном режиме;
• Вырабатываемая электрическая энергия обладает низкой себестоимостью;
• Продолжительные сроки эксплуатации;
• Техническая надежность установок.

У любого технического объекта, на ряду с положительными свойствами, всегда есть и отрицательные. Для сложных технических сооружений, которыми являются микро – ГЭС, возможно наличие нештатных ситуаций, в результате которых, производство электрической энергии может быть прекращено, в связи с чем, потребители будут обесточены. Сезонность работы станций, также является недостатком подобных установок. Это определяет регионы использования или необходимость устройства специальных устройств и конструкций.

Объединяя минусы использования микро – ГЭС, к их отрицательным свойствам можно отности:

• Васокая стоимость оборудования и выполнения строительно-монтажных работ;
• Выведение из общего пользования значительных площадей (затопление, при строительстве плотин и водохранилищ);
• Ограниченность использования, обусловленная возможностью монтажа установок и климатом региона установки оборудования;
• Наличие потенциальной опасности для живых организмов, обитающих в водоемах.

Использование малых гидроэлектростанций является одним из направлений развития возобновляемых источников энергии и уже сегодня конкурирует с традиционными источниками получения электрической энергии, являясь эффективным направлением развития альтернативной энергетики.

Проблемы с гидрогенераторами

Авария на Саяно-Шушенской ГЭС

Как и любое другое устройство механического типа, гидрогенераторы имеют привычку ломаться и выходить из строя. Некоторые поломки конструкции можно счесть несущественными, но все-таки важными, а некоторые могут привести к разрушительным последствиям – вспомним знаменитую аварию на Саяно-Шушенской ГЭС в 2009 году, когда погибло 75 человек, был нанесен серьезный удар по экологии и помещение электростанции сильно пострадало.

• Частой причиной поломок становится вибрация гидрогенератора. Данный эффект возникает из-за неуравновешенности роторов, несимметричного воздействия электромагнитных сил, нарушения шабровки или центровки подшипников, появления трещин в фундаментной плите, удерживающей корпус агрегата.

Подпятник для гидрогенератора

• Вибрация на гидрогенераторах может наблюдаться в результате температурной нестабильности, когда при нагреве обмоток, неравномерных потоках охлаждающих газов (воздуха), и межвиткового замыкания, бочка ротора начинает неравномерно греться. Далее наблюдается изменение упругой линии прогиба ротора, то есть он теряет баланс вращения.
• Вибрация гидрогенераторов может быть также вызвана недостаточной жесткостью корпуса и изменением линии прогиба консольных концов ротора в местах расположения контактных колец.
• Даже незначительные вибрации на высоких оборотах ротора создают вредные нагрузки на подшипники и на сам ротор. Если генератор продолжит работать в таком режиме, то со временем могут перетереться провода обмотки, из-за чего последует межвитковое замыкание на роторе или статоре, способное вызвать полный выход агрегата из строя.
• Как видите, даже небольшая нестабильность в работе, не устраненная вовремя, способна привести к серьезным проблемам. Все это одинаково справедливо и для компактных устройств — повреждения гидрогенераторов идентичны, хотя последствия куда менее разрушительны.
• Устранение всех неисправностей гидрогенераторов промышленного образца описывается стандартами организации его собравшей.
• Ремонт обмоток гидрогенераторов, а также его механических частей выполняется только обученным, высококвалифицированным персоналом.

Классификация мини-ГЭС

Мини-гидроэлектростанции (дома, в которых они используются, в большинстве относятся к частному сектору) чаще всего относятся к одному из следующих типов, которые различаются принципом работы:

• Водяное колесо – традиционный тип, который наиболее прост в исполнении.
• Пропеллер. Используют в тех случаях, когда река имеет русло шириной более десяти метров.
• Гирлянда устанавливается на реках с несильным потоком. Для усиления скорости течения воды используют дополнительные сооружения.
• Ротор Дарье устанавливается обычно на промышленных предприятиях.

Распространенность этих вариантов обусловлена тем, что они не требуют строительства плотины.

Схема мини-гидроэлектростанции

Принцип работы гидроэлектростанции для дома достаточно прост. Схема сооружения выглядит следующим образом. На турбину падает вода, заставляя вращаться лопасти. Они, в свою очередь, за счет крутящего момента или перепада давления приводят в движение гидропривод. От него передается полученная мощность на электрогенератор, который и вырабатывает электричество.

В настоящее время схема ГЭС чаще всего укомплектовывается системой управления. Это позволяет конструкции работать в автоматическом режиме. В случае необходимости (к примеру, аварии) имеется возможность перехода на ручное управление.

Источник