Usina hidrelétrica de Garland. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O fornecimento de energia para centros de rádio rurais de baixa potência, a iluminação de escolas, hospitais e bibliotecas em áreas não electrificadas podem ser conseguidos a partir de uma simples central hidroeléctrica, cuja construção é mais barata do que todas as centrais eléctricas existentes por quilowatt de energia. As usinas hidrelétricas descritas no artigo não necessitam de barragem e podem ser instaladas em rios com mais de 25 cm de profundidade e velocidade de vazão superior a 1 m/s.

A hidrelétrica é composta por turbinas leves - hélices hidráulicas, amarradas em forma de guirlanda em um cabo jogado sobre o rio. Uma extremidade do cabo é fixada no mancal de suporte, a outra gira o rotor do gerador. Neste caso, o cabo desempenha o papel de uma espécie de eixo, cujo movimento rotacional é transmitido ao gerador.

A potência P que pode ser obtida de tal usina hidrelétrica é calculada usando a fórmula:

P=0,15*DLV³K,

onde P é a potência em kW, D é o diâmetro da hélice em m, L é o comprimento ativo da guirlanda em m, V é a velocidade do fluxo em m/s, K é o número de guirlandas.

O número de revoluções n da guirlanda de asas é aproximadamente igual a

n=0,3*V/D

Cada hélice hidráulica é composta por dois semicilindros 11 deslocados entre si. Quando a hélice hidráulica é imersa em um fluxo de água, devido à diferença de pressão hidráulica em sua superfície, é criado um torque (em relação ao eixo de rotação) . Ao mesmo tempo, a hélice hidráulica também proporciona significativa resistência frontal ao fluxo, devido à qual o cabo guirlanda 1 é esticado e dobrado na direção do fluxo do rio. As hélices hidráulicas são fixadas ao cabo em pares, tendo cada par um ponto de fixação comum 13, 14, e em cada uma delas uma hélice hidráulica é girada 90° em relação à outra. Isso é necessário para criar uma rotação uniforme do cabo e, portanto, do eixo do gerador. A reação das forças de tensão dos cabos é percebida pelos apoios costeiros, que consistem em placas de apoio 6, fixadas no solo, e faixas de apoio 3, que possuem orifícios por onde são cravadas cunhas 4,5 no solo, segurando os apoios. As peças da caixa de engrenagens e do gerador da instalação são instaladas no chassi 18. O suporte livre na margem oposta possui um gancho 7 e um conjunto de mancal de suporte 6, 9, 10, que garante a rotação livre do cabo em diferentes ângulos em relação à direção do fluxo de água. A fixação da segunda extremidade do cabo também é articulada.

Ao retirar o cabo do suporte, durante os primeiros 20 a 30 segundos não deve pegá-lo, pois pode desenrolar-se bruscamente. A segunda extremidade do cabo é lançada sobre a polia 17 e fixada com amarras. A polia é fixada ao eixo da caixa de engrenagens (mecanismo de acionamento) por meio de um suporte 16 e parafusos. O cabo funciona por torção e só neste caso transmite energia das turbinas para o gerador.

Uma série de turbinas fornece energia de várias dezenas de watts a 5 a 15 quilowatts. Você pode combinar guirlandas, forçando-as a trabalhar com uma carga total e aumentando assim a potência da estação hidráulica.

Neste caso, o conjunto de suporte livre (Fig. 1 na moldura) é composto por perfis rígidos 14, interligados por forros 15 e fixados com estacas 17, sendo que as estacas repousam sobre vigas de madeira escavadas 13. No apoio livre, o as guirlandas são fixadas usando ganchos 16 e grampos do mancal de encosto 18. Esta unidade é semelhante à unidade de fixação para uma guirlanda. O gerador está instalado no local 11, localizado na lateral da primeira linha. A plataforma é rigidamente conectada ao corpo da estrutura 8 do eixo de transmissão 5, o eixo 5 é conectado à estrutura por meio de suportes 4. A rotação do cabo guirlanda é transmitida ao longo do eixo de transmissão por uma correia semicruzada que cobre eixo 5 e polia 1. Porém, para a instalação de estações hidráulicas de alta potência, é preferível utilizar o engate de engrenagens por meio de pares de engrenagens cônicas.

O gerador 2 é conectado diretamente através de um acoplamento adaptador ao eixo de transmissão 5 ou possui um estágio de redução 3. O resto do dispositivo fica claro nos desenhos. Para utilizar um gerador localizado verticalmente, que pode ser instalado em uma altura segura quando o nível da água sobe, as engrenagens 3 podem ser cônicas, com ângulo de engate de 45°. Toda a transmissão e o gerador podem ser alojados em um gabinete tipo campainha de ar à prova d'água.

A tabela mostra os nomes e dados básicos dos geradores mais comuns que podem ser utilizados em microcentrais hidrelétricas.

Um exemplo das microcentrais hidrelétricas descritas é uma estação instalada 1,5 km abaixo da cidade de Staraya Ruza, no rio Moscou. Neste local, a velocidade média do fluxo é de 1,5 m/s, a profundidade é de 40-50 cm, o comprimento ativo da guirlanda era de 47 m, o comprimento dos wingrotors em par era de 1 m, levando em consideração a folga, o diâmetro da guirlanda era de 0,3 M. A guirlanda desenvolveu uma potência de 8,6-8,8 kW e girou um gerador de 6 kW em plena carga (MP 543 1/2, n=428 rpm). A eficiência do gerador foi de 0,7, o diâmetro da guirlanda foi de 17,3 mm,

Para centrais hidráulicas menos potentes (1-2 kW), operando a velocidades de 1,5-2 m s, pode ser utilizado um cabo com diâmetro de 10-12 mm.

Apresentamos dados de cálculo para tal usina. Para girar o gerador GPM-130 (da turbina eólica VE-2), é necessária uma potência de 260 W. A uma velocidade de rotação de 500 rpm e a uma velocidade de fluxo do rio de 1,5 m/s, o comprimento da guirlanda deve ser de 3 m, o diâmetro de cada hélice deve ser de 200 mm e o comprimento deve ser de 450 mm. Para fornecer a potência necessária, serão necessários 3 pares de hélices hidráulicas instaladas a uma distância de 50 mm entre si - a velocidade de rotação da guirlanda será igual a 135 rpm e, portanto, é necessária uma caixa de câmbio que aumente a velocidade em 3.7 vezes.

As figuras mostram desenhos de peças e montagens de uma hidrelétrica de guirlanda.

(clique para ampliar)

O design de componentes e peças individuais pode ser alterado sem danos. A estrutura (parte 18) de um gerador, por exemplo, pode ser feita de vigas de madeira, a configuração da peça 17 pode ser simplificada fazendo uma polia de três discos rebitados entre si, etc.

A Figura 1, 2, 3 mostra uma usina hidrelétrica multi-garland e seus nós individuais.

(clique para ampliar)

Autor: V.Blinov

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