Самодельная микро ГЭС

Часть 1. Напорная установка или "Гравицапа"
Часть 2. Микро ГЭС из велосипедного колеса
Часть 3. Измерения и испытания
Часть 4. Испытания пропеллерной микро ГЭС

Часть 3

Измерения и испытания.

   Чтобы оценить энергетический потенциал речки необходимо произвести измерения скорости и глубины. Пусть эти испытания будут самыми примитивными, но даже они расставят все по местам. Изрядно поотрезвят от радужных надежд и, возможно, заставят отказаться от строительства затеянной установки. Реальность такова что скорость реки 1 м/с достаточна для постройки действующей энергоустановки, а скорость 0,5 м/с в большинстве случаев - нет.

   Простейшее испытание такое. Положите на берег веточку, камень или проведите заметную черту. Отмеряйте вверх по течению десять больших шагов - 10 метров. Хотите поточнее, отмерьте несколько своих ростов. Свой рост все знают с точностью до сантиметра. Киньте повыше от себя в воду щепочку и, когда она поравняется с Вами, начните отсчет секунд, произнося: "И-раз, и-два, и-три..." Стоит один раз посчитать, сверяя себя с секундной стрелкой, и у Вас на всю жизнь останется довольно точный "внутренний секундомер". Вам должно быть хорошо видно, когда щепочка поравняется с Вашей десятиметровой отметкой ниже по реке. Разделите отмерянное расстояние на получившийся счет, например, 10 метров на "семь-и", т.е на 7,5 секунд. Получится скорость 1,3 м/с.

Чем дальше от берега нужно произвести измерение скорости, тем длиннее должен быть измерительный участок. Потому что на большом расстоянии трудно зафиксирвать прохождение щепочки напротив измерительных отметок. На середине реки возможно воспользоваться длинным шестом 3 - 5 м. Одной рукой надо придерживать ее чтобы она не уплыла, или привязать к поясу, а другой бросать щепочку рядом с веткой. Не иронизируйте - это хорошие, добротные измерения, лучше которых могут быть только еще более точные измерения с линейкой и секундомером. Река имеет очень непостоянную скорость в зависимости от дождей, времени года. Поэтому Ваши погрешности не выйдут за пределы действительности.     Измерения надо проводить в безветреную погоду. Т.к. ветер сносит щепочку.

Чтобы померять скорость на разных глубинах, я сделал простейшую вертушку из оцинкованного железа. Одна лопасть окрашена в красный цвет чтобы можно было отсчитывать количество поворотов. Но вода в речке окзалась мутная и глубже 20 см скорость течения померять не удалось.

		Следущая конструкция - вертикальный ротор напоминающий ротор Савониуса Ротор диметром 100 мм сделан из консервных банок и укреплен на лыжной палке. Сверху на лыжную палку надеты два подшипника, а на них пластмассовый корпус тубы от силикона. Отсчет удобно вести не по оборотам самой палки, а по оборотам сепаратора. Он вращается примерно в три раза медленнее чем центральное кольцо. Оказалось, что удержать ее за ручку начиная с потока в 1 м/с становится невозможно. Рука не выдерживает напора. Можно было сделать дополнительную подшипниковую ручку на подшипнике посередине лыжной палки. Но установка работала на пределе. Мощности ее еле хватало, чтобы провернуть подшипники. Подтвердилась известная истина, что ротор Савониуса очень маломощен. А давление потока на него значительно.

Следущая идея, которая пришла в голову - укрепить флажок из 6 мм проволоки на той же самой лыжной палке. Оказалось, что он уже при скорости 1м/с становится почти горизонтально. и различить скорости выше этого предела становится невозможно. После того как изогнул его дугой, шкала прибора стала более равномерна. С другой стороны флажка припаяна проволочка-поводок, к которой привязана леска. Леска пропущена внутри лыжной палки. Сверху к ней привязана тоненеькая натягивающая резинка. Узелок ползает по шкале и показывает скорость реки.    Конструкция получилась в принципе работоспособная, но уж больно нежная. Наклон палки или неперпендикулярность флажка потоку заметно сказывались на результате измрения.

		Вернулся опять к идее вертушки. На лыжную палку привинтил полую медную втулку от велосипедной камеры. Ту, через которую накачивают колесо. Рассверлил ее под диаметр гвоздя. В шляпке гвоздя сделал "кривошип", вставил велосипедную спицу в качестве шатуна. Шляпка гвоздя находится внутри лыжной палки. А шатун проходит до самого верха палки. На нем укреплен красный флажок. Вертушка диаметром 160 мм вращается, и в такт ее вращению показывается-убирается флажек. Угол установки лопастей рассчитан так, что количество оборотов в секунду равно скорости реки. Например, 14 оборотов за 10 секунд означает скорость 1,4 м/с.    Недостаток вертушки обнаружился в том, что оцинкованное железо толщиной 1 мм слабовато для такого большого диаметра ветрушки. При скорости потока больше 1,5 м/с лопасти начинает изгибать. В остальном конструкция устраивает. Осталась неудовлетворенность в том плане, что такую тонкую работу трудно изготовить. Не получилось сделать простой измеритель скорости доступный для повторения любому желающему.

Вот выкройка измерительной вертушки с предыдущей фотографии. Угол α установки плоскости лопастей к плоскости вращения вычисляется по формуле α = arctg(V/2πrn). Отношение скорости к числу оборотов V/n удобно принять равным единице, тогда α = arctg(1/2πr). При среднем радиусе 0,07 м, как у меня, угол установки лопастей будет 66 градусов. Для измерения скорости надо подсчитать обороты за 10 секунд и разделить полученное число на 10. Например. При скорости потока 1,2 м/с вертушка будет делать 12 оборотов за 10 секунд.

Пробовал я для измерения скорости потока ставить в воду прозрачный шланг в вертикальном положении, с кончиком, находящимся на измеряемой глубине, изогнутым навстечу потоку. Вода в шланге от динамического напора воды поднималась над поверхностью воды строго в соответствии с формулой h = V2/2g. Но при скорости реки 0,5 м/с подъем был маленький 12,5 мм. Трудно измерить такую разницу высот в неспокойной воде. При 1м/с подъем был уже достаточен - 50 мм - но вода, набегая на шланг снаружи, образовывала буртик, и было непонятно откуда вести отсчет. Пришлось затею со шлангом оставить.

   Наконец гидрология реки выяснена. Можно с хорошей степенью достоверности прогнозировать энергодоход от речки. Микро ГЭС лучше ставить в самом глубоком месте пятого профиля. Там глубина 1,3 метра и скорость 1,5 м/с. Интересно оказалось изменение скорости реки с глубиной. Скорость воды слабо уменьшается по мере погружения лага. И лишь у самого дна поток начинает замедляться.

    Дальше просто катринки. Идеи на заметку. Как можно испытать генератор в домашних условиях.

Розин МН
7 июля 2007 г.