f Гидротурбина
Гонки и путешествия под парусом
Новости Регаты Рулевые Форум Видео Фотоконкурс Справочник

Автор Тема: Гидротурбина  (Прочитано 85014 раз)

0 Пользователей и 1 Гость смотрят эту тему.

Илья МГУ

  • Сообщений: 3440
  • Уважуха: +336/-162
  • Название: "Котоярви"
  • Тип: большая байдарка
  • Номер: М597
Re: Гидротурбина
« Ответ #40 : 19 Марта, 2009, 10:35:31 »
Упомянутые девайсы: 1. Бензогенератор из Робина, 2. Мотор винтовёрта (с редуктором)
"Лучше нет для нас призванья, чем бесплодные скитанья..."      Ю. Визбор

ЗАК

  • Сообщений: 3534
  • Уважуха: +348/-144
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Гидротурбина
« Ответ #41 : 21 Марта, 2009, 06:11:44 »
Хочу высказать некоторые соображения по поводу использования шуруповерта. Илья, я помню, что у тебя не шуруповерт в проекте и в этом смысле пишу безотносительно к.

Покрутил рукой два разных шуруповерта рукой за патрон и опечалился даже. Стронуть с места очень трудно (кнопку нажать для отключения "электротормоза" не забыл, да она на страгивание и не влияет). После страгивания легче идет, но от этого не легче.

В общем, очень сомнительно, что ротор с D=0.2м сможет стартовать при таком сопротивлении и скорости потока 3м/с.  Формальный расчет мощности ротора и, далее, момента через ометаемую площадь бессмыслен - ротор стоит и ничего не ометает. При малом дисковом отношении наверно можно считать, что лопасть работает как отдельное крыло.   А вот хорошо ли работает?
 
Углы атаки по очень грубой прикидке будут от 30-40 гр. у ступицы до 60-70 на концах.

 Вторая пара вопросов связанна с возможной проблемой масштаба, т.е. с малым диаметром ротора.
 Не возникнет ли проблемы с Re при столь малой скорости потока - 3м/с и малой шириной лопастей (см. у Байбакова, светлая ему память)? След. и с подъемной силой лопастей и далее с пусковым моментом? ? Если да, придется о профилях сильно думать.

Что делать, если таки стартовать не будет? Видится два путя - крутануть от подлежащего зарядке аккумулятора, либо поставить центробежное сцепление, сцепляющее только после разгона без нагрузки (не электическая нагрузка генератора имеется в виду).

Второй масштабный вопрос к пуску отношения не имеет. Нужно, чтоб крутило шуруповерт 500 об/мин или 8 об/сек. Линейная скорость концов лопастей получается примерно 5м/сек, быстроходность ротора получается 5/3 при нормальной бытроходности пропеллера примерно 6 -- 7 !!! Ужос. Хотим заставить работать пропеллер примерно с быстроходностью поперечных роторов.  А чего ж их тогда гнобил Ансуб? 500 об/мин можно и с ротора типа Савониуса снять, сопротивление будет раза в полтора выше, зато без проблем с пуском и про Рейнольдса можно забыть.
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

Филипп

  • Сообщений: 1647
  • Уважуха: +200/-119
Re: Гидротурбина
« Ответ #42 : 21 Марта, 2009, 11:41:33 »
Может редуктор снять и попробовать шагом винта обороты повысить? Хотя бы потерь от преобразования оборотов избежать таким образом? И потом, редуктор-то пластмассовый обычно, он при длительной работе может нагреться и выйти из строя. Разобрал свой старый шуруповёрт, там моторчик на магнитах. Прокручивается и без редуктора не очень.

ЗАК

  • Сообщений: 3534
  • Уважуха: +348/-144
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Гидротурбина
« Ответ #43 : 22 Марта, 2009, 01:07:56 »
Так это и есть "залипание", оно довольно обычно при постоянных магнитах.

Меня-то в данной теме винты интересуют, чисто платоночески правда, пытаюсь извилину изогнуть.

Неск. лет назад в садово-огородном журнале, в неск. номерах, мужик описывал свой ветряк киловатта но 3-4 и как его сделать. Штука серьезная, в кач. угловых мультипликаторов использовались редуктора главной передачи от Жигулей в к-ве двух штук. Так он писал, что при низких скоростях ветра лучше ставить не обычные пропеллеры, украшающие буржуиские пейзажи, а многолопастные колеса. Может, и так. Увеличение числа лопастей уменьшает быстроходность ротора и можно ожидать увеличения крутящего момента.

В 79-ом году мы сидели на базе месторождения лазурита (Ляджвар-дара) на Памире и ждали оказии, чтоб здрызнуть. От скуки я насобирал лазуритовой мелочевки, просыпанной из ящиков за много лет возле склада и решил отгалтовать.  На территории протекал шустрый горный ручей (дара), его и приспособил для вращения турбинки на одной  (наклонной) оси с галтовочным барабаном. По сути, галтовочный барабан аналогичен бетономешалке-бочке. Крутиться должен не слишком быстро, чтоб камушки пополам с образивом и водой бутыхались, не прилепляясь центробежной силой к стенке.
Удалось сделать несколько тихоходных роторов на двух принципах и их комбинации из плоских консервных банок. Например, сделав в дне много радиальных прорезей и закрутив получившиеся между ними полоски. Получилось по сути то-же многолопастное колесо с ободом, что и у мужика с ветряком. И оно исправно крутило барабан с каменюками. Может, нечто подобное и с шуруповертом прохиляло бы.
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

Илья МГУ

  • Сообщений: 3440
  • Уважуха: +336/-162
  • Название: "Котоярви"
  • Тип: большая байдарка
  • Номер: М597
Re: Гидротурбина
« Ответ #44 : 23 Марта, 2009, 01:39:30 »
Покрутил рукой два разных шуруповерта рукой за патрон и опечалился даже. Стронуть с места очень трудно (кнопку нажать для отключения "электротормоза" не забыл, да она на страгивание и не влияет). После страгивания легче идет, но от этого не легче.

В общем, очень сомнительно, что ротор с D=0.2м сможет стартовать при таком сопротивлении и скорости потока 3м/с.  Формальный расчет мощности ротора и, далее, момента через ометаемую площадь бессмыслен - ротор стоит и ничего не ометает. При малом дисковом отношении наверно можно считать, что лопасть работает как отдельное крыло.   А вот хорошо ли работает?

Да, к моей турбине это не относится, т.к. возбуждение включается автоматически при 530 об/мин на валу винта.

Про шуруповёрт:
Мне видится, что проблемы страгивания не существует вообще. Дело в том, что качество электроэнергии непосредственно от генератора настолько мало (любого, а коллекторного с постоянными магнитами - особенно), что напрямую его использовать практически нельзя. В любом случае, система энергоснабжения с турбиной или ветряком потребует аккумулятора. Раз так, то и страгивание с мёртвой точки легко производится с помощью аккумулятора. В схеме, которую я приклеил, забыл нарисовать кнопку, параллельную диоду и контрольной лампочке. Как производится запуск? Турбина опускается в воду, нажимается кнопка "старт". Если поле отпускания кнопки не загорается контрольная лампа, идёт генерация. Если она загорелась - увеличь скорость, сними траву с винта или убери турбину.

 
Углы атаки по очень грубой прикидке будут от 30-40 гр. у ступицы до 60-70 на концах.

Откуда такая прикидка? У меня с углами получился полный шоколад. За начальную скорость я выбрал 7 км/ч, что должно соответствовать 590 об/мин на валу. Поступь винта получается 192 мм. Скольжение при такой малой напряжённости на ометаемую поверхность будет очень малым. Я считал на 15 % , хотя реально должно быть ещё меньше. Получается винт с шагом 170, и это при диаметре 185. Вполне себе лодочномоторный винт, такие есть в каталогах.
    Кстати я вчера такой отлил ( снял копию с Джонсоновского 7 1/4 - 6 1/2)

 
Вторая пара вопросов связанна с возможной проблемой масштаба, т.е. с малым диаметром ротора.
 Не возникнет ли проблемы с Re при столь малой скорости потока - 3м/с и малой шириной лопастей (см. у Байбакова, светлая ему память)? След. и с подъемной силой лопастей и далее с пусковым моментом? ? Если да, придется о профилях сильно думать.

О каком роторе идёт речь? О винте? Так он и не будет малым. Если требуется мощность около 30 ватт на скорости 7 км/ч, то ротор будет не менее 185 мм. Рейнольдс тут с нами заодно, т.к. он будет сильно ниже режима работы того же винта на лодочном моторе. Это напрямую повлияет на сопротивление пофиля лопастей в сторону снижения трения.

 Предвижу другую серьёзную проблему - отвод тепла. Даже на здоровенном ИЖевском генераторе это имеет место быть. При первом же тесте на длительную работу встал вопрос об увеличении теплоотвода, чем сейчас я и занимаюсь. У винтовёртного моторчика из-за его компактности проблема будет стоять ещё серьёзнее. Особенно проблематично организовать теплоотвод от пластмассового корпуса редуктора. Возможно, корпус имеет смысл сразу же переделать на аллюминиевый. Зато, такой компактный генератор ничего не стоит выполнить в виде буксируемого герметичного модуля, что здорово обегчит сброс тепла через Алл. корпус.
« Последнее редактирование: 23 Марта, 2009, 01:47:29 от Илья МГУ »
"Лучше нет для нас призванья, чем бесплодные скитанья..."      Ю. Визбор

ЗАК

  • Сообщений: 3534
  • Уважуха: +348/-144
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Гидротурбина
« Ответ #45 : 24 Марта, 2009, 05:45:51 »
Илья, напомню, что писал безотносительно твоего проекта. Меня заинтересовало твое упоминание винтоверта, которого у меня нет. Но зато есть старая дрель-шуруповерт, аккумулятор которой сдох.
Из твоих ранних сообщений взял исходные данные, переведя в СИ и округлив: скорость - 3м/с (из 11 км/ч), диаметр - 0.2м. Плюс обороты для шуруповерта - 500 об/мин (от фонаря).

Как решить проблему пуска при помощи аккумулятора, я и сам допер двумя сообщениями раньше. Но о проблеме пуска пропеллера под нагрузкой хотелось подумать и для себя ее объяснить, поскольку о ней мне ничего не попадалось (правда, специально не искал). А вот о поганых пусковых свойствах (и даже их отсутствии) ротора Дарье поминают всюду. Несправедливо.

>>Откуда такая прикидка? У меня с углами получился полный шоколад.<<

Я писал об углах АТАКИ (а не установочных) применительно к пуску, когда ротор стоит. В этом случае угол атаки дополняет установочного до 90 гр. Прикидка делалась "в уме", мог градусов на 10 и просадить. А вот счас и посчитаю точнее. Но сперва про Рейнольдса.

При написании того сообщения не помнил значения к-та С  для воды в формуле Re=C*V*L и высказывался осторожно. Заглянул в "Школу яхтенного капитана" и вот:  Re=0.87*10^6 * V*L. Тут V - скорость [м/с], L - линейный размер [м], С - величина, обратная вязкости.

>>Рейнольдс тут с нами заодно, т.к. он будет сильно ниже режима работы того же винта на лодочном моторе. Это напрямую повлияет на сопротивление профиля лопастей в сторону снижения трения.<<

Не, это не про то. Рейнольдс вообще подлый, у него двойные стандарты. Применительно к крылу (лопасти) все ровно наоборот. Для каждого профиля существует пороговое (или критическое?) значение Re, НИЖЕ которого крыло с данным профилем работает крайне плохо. Для крыла в качестве L берется ширина, т.е. хорда. Чтоб нормально работало, поток должен турбулизоваться, а это происходит при Re, больше критического значения для данного профиля. Для большинства "обычных" профилей критические значения около 100 000. При малых фактических Re нужны специальные "самотурбулизующиеся" [Байбаков] профили.
При пуске V равно скорости лодки, т.к. винт не вращается. Для примера, при ширине лопасти 20 мм (0.02м) и V=3 получим Re~=50 000. Не густо. Возможно, оннако, что за лодкой поток уже настолько завихрен, что проблемы с Re и не будет.

Теперь расчет установочных углов лопастей для приведенных выше исходных:
V=3м/с, D=0.2м, n=500 об/мин = 8 об/с.

Существуют по крайней мере 3 принципа расчета установочных углов, не считая их комбинаций.
Принцип Жуковского - постоянный шаг на всех радиусах (постулат, без обоснований, но интуитивно приятен). Принцип постоянных углов атаки на расчетном режиме. Третий точно не помню, применю первые два.

Скорость потока, проходящего через винт Vf=2*V/3 = 2 [м/с] (винт замедляет входящий поток). "Исправленная" поступь винта П=Vf/n=2/8=0.25 [м].

1. С постоянным шагом.
С учетом необходимого скольжения, шаг винта должен быть больше поступи для винта-движителя и меньше поступи для винта-двигателя (турбины, ротора). Для ротора положим k=2/3 в формуле шага Н=k*П, тогда шаг H=2*П/3=0.167 [м].
Установочный угол лопасти на радиусе R получим как fi=atan(H/(2*pi*R)).
Например, у ступицы примем R=0.02, получим fi=53 гр. (Угол атаки при пуске 90-53=37 [гр].)
На концах лопастей R=0.1м, fi=28 гр., угол атаки при пуске - 90-28=62 [гр].

2. С постоянным углом атаки на расчетном режиме.
Посчитаем "предварительные" установочные углы на нужных радиусах, исходя из поступи, подставляя ее в формулу fi=... вместо шага. Например, у ступицы и на концах получим, соответственно, 63 и 38 градусов. Далее зададимся величиной "оптимального" угла атаки (по хорошему - исходя из поляр профилей на данных радиусах) и вычтем угол атаки из предварительных установочных углов (для движителя надо было бы прибавлять). Пусть "оптимальный угол атаки - 6 гр., например. Тогда, окончательно, установочные углы у ступицы и на концах будут, ствно, 57 и 28 градусов (По Жуковскому было 53 и 28).
« Последнее редактирование: 24 Марта, 2009, 23:26:30 от ЗАК »
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

Илья МГУ

  • Сообщений: 3440
  • Уважуха: +336/-162
  • Название: "Котоярви"
  • Тип: большая байдарка
  • Номер: М597
Re: Гидротурбина
« Ответ #46 : 24 Марта, 2009, 11:37:11 »




1. С постоянным шагом.
С учетом необходимого скольжения, шаг винта должен быть больше поступи для винта-движителя и меньше поступи для винта-двигателя (турбины, ротора) в k раз. Для ротора положим k=2/3, тогда шаг H=2*П/3=0.167 [м].


Ну да, и у меня примерно такая фигня получается. Так это и есть полный шоколад, ибо получается вполне пристойный винт с нормальным соотношением Ш/Д. Что касается пуска без подкрутки... Это интересно лишь с научной точки зрения. Проще подкрутить. Проблема стоит остро лишь для генераторов переменного тока на постоянных магнитах. Думаю, на них просто лучше не расчитывать.
Рейнольдсы сразу вырастут, стоит ротору раскрутиться, поэтому профиль будет работать нормально (надеюсь).

На этой неделе доделаю, испытать бы надо...  К вам на ММ можно будет приклеиться? Ездит тута сейчас кто-нибудь? Хотел на ручейке ГЭС поставить, но столкнулся с проблемой: нету ручейков с такими скоростями в Москве и области. Мне нужен диапазон 6-15 км/ч.
"Лучше нет для нас призванья, чем бесплодные скитанья..."      Ю. Визбор

Алекс М560

  • Сообщений: 4055
  • Уважуха: +288/-79
  • и нас тянет речка как чертенят сани
  • Тип: Ветер
  • Номер: М 560
Re: Гидротурбина
« Ответ #47 : 24 Марта, 2009, 12:13:15 »
Цитировать
нету ручейков с такими скоростями в Москве и области. Мне нужен диапазон 6-15 км/ч.
- Что-то не верится, что прям во всей области, и нету... А знаменитый водосброс на Пехорке, где каякеры кувыркаются?
А кроме того, вот-вот половодье начнется, и начнут действовать переливные трубы на всех парковых прудах, а их по Москве десятки... Наверняка можно будет подходящий "ручеек" найти ;).
Капитализм есть воровская власть плюс скотинизация всей страны.

Илья МГУ

  • Сообщений: 3440
  • Уважуха: +336/-162
  • Название: "Котоярви"
  • Тип: большая байдарка
  • Номер: М597
Re: Гидротурбина
« Ответ #48 : 24 Марта, 2009, 12:28:06 »
Цитировать
нету ручейков с такими скоростями в Москве и области. Мне нужен диапазон 6-15 км/ч.
- Что-то не верится, что прям во всей области, и нету... А знаменитый водосброс на Пехорке, где каякеры кувыркаются?
А кроме того, вот-вот половодье начнется, и начнут действовать переливные трубы на всех парковых прудах, а их по Москве десятки... Наверняка можно будет подходящий "ручеек" найти ;).

15 км/ч, это почти водопад. Ручейки кажутся такими быстрыми, потому, что они маленькие. Но если бросить бумажку и засечь время, то оказывается, скорости у них совсем небольшие.
Есть и другая проблема - измерение скорости потока, что необходимо для точного снятия характеристики. Лага у меня нет, придётся его делать. Ещё: а как эту турбину крепить в потоке? Держать руками по пояс в воде с потоком в 15 км/ч? На корабле проще, т.к. можно менять скорость и мерить её ЖПС-ом.
"Лучше нет для нас призванья, чем бесплодные скитанья..."      Ю. Визбор

ЗАК

  • Сообщений: 3534
  • Уважуха: +348/-144
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Гидротурбина
« Ответ #49 : 26 Марта, 2009, 00:07:45 »
Сегодня прогулялся за 300м до ручья, в надежде на приличную струю в тоннеле под мостом. А дулю в нюх! Вода низкая, скорость - 1м/с. И снегозапас нынче нищенский.
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"