Wasserkraftwerk

 
darthtaker
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Wasserkraftwerk

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Gepostet: 24.04.2016 - 11:30 Uhr  ·  #1
Hallo

Leider habe ich bei meiner Teichanlagen keinen Stromanschluss.
Um einige wenige Verbraucher wie GSM-Router, Kamera, Raspberry PI für Temperatur Überwachung usw... zu betreiben musste eine Lösung her.

Um dies Umzusetzen habe mir eine kleine Wasserkraftanlage zusammengebaut:

wasserrad1
wasserrad2
wasserrad3

Es fließen ca 12-15 l/s durch ein 150mm Rohr bei einer Fallhöhe von ca 60cm. Das Wasserrad hat einen dm von 50cm und ist 20cm breit.

Neben dem Wasserrad ist eine 56cm Felge montiert die auf eine 5cm Riemenscheibe übersetzt ist. (Der Keilriemen hat einen Umfang von 3,5m damit der Generator weit genug vom Wasserrad weg ist.

Ich habe schon einige Generator ausprobiert und hab mit [url=http://www.ebay.at/itm/ElvWiS-Doppel-Scheiben-Generator-225-Watt-Windrad-Windkraft-Windenergie-/172025072950?var=&hash=item280d7e4d36ⓂmmeWGNw3G_tZP4RKNEZf-SA]diesem[/url] das bisher "beste" Ergebnis erzielt.

Gleichgerichtet beträgt die Leerlaufspannung 30V
Bei einer 12V 21 Watt Birne bricht die Spannung auf 5V ein.
Bei einer 12V 5 Watt Birne auf 20V und es fließen 0,4A.

Gibt es überhaupt eine Möglichkeit hier mehr rauszuholen? Ich werde mal einen kürzeren Keilriemen ausprobieren aber sonst habe ich keine Idee mehr.

Wenn ich mir das Video von Herrn Schwarz ansehe müsste doch mehr erreichbar sein?

Danke für die Hilfe
strawberry
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 24.04.2016 - 16:03 Uhr  ·  #2
Hallo darthtaker,

die in deinen "Wassermengen" enthaltene Leistung P = 12x06x9.81
Also etwa 70 Watt (theoretisch)

Ich bin zwar kein Fachmann für Wasserräder denke aber dass bei Deinem Aufbau des Schaufelrades und der Wasserführung gut 50% verloren gehen. Der Antrieb zum Generator und dieser selbst haben auch noch Verluste (50%?)
Es blieben also maximal sagen wir 18 Watt über.

Zitat
Gibt es überhaupt eine Möglichkeit hier mehr rauszuholen? Ich werde mal einen kürzeren Keilriemen ausprobieren aber sonst habe ich keine Idee mehr.


Du benutzt einen Generator welcher eine Nennleistung von 100 Watt bei 1200 U/min hat. Die hohe Drehzahl ist das Problem. Deine Übersetzung von 1:10 frisst viel Leistung, möglicherweise bräuchte dein Generator sogar 1:20.
Damit mehr Leistung übrig bleibt braucht es einen langsam laufenden Generator.
Und... Du müsstest überlegen wie das kostbare Nass besser ans Wasserrad herangeführt werden kann. Eventuell müssen die Schaufeln umgebaut werden.

Viel Glück.
strawberry
Erdorf
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 24.04.2016 - 19:38 Uhr  ·  #3
Hallo darthtaker,

Hans (dolle) hatte in einem anderen Thread einen günstigen Naben Motor verlinkt:
Naben-Motor-Dynamo-Sanyo-250W

Vielleicht wäre das ja was für dein Projekt und das Getriebe, die Übersetzung,
kann entfallen?

Grüße
windreichHP
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 24.04.2016 - 22:12 Uhr  ·  #4
Ebenfalls nicht zu vernachlässigen ist die Drehgeschwindifkeit des Wasserades im Verhältnis zur Ausströmgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
Um die maximale Leistung zu erziehlen sollte die Ausstromgeschwindigkeit des Fluides die doppelte sein groß sein wie die Radialgeschwindikeit des Rades.
Möglichst ein Generator wählen, der in diesen Drehzahlbereich sein Maximalen Wirkungsgrad hat.
Was auch opptimiert werden kann ist der Auftreffwinkel. Diesen möglichst rechtwinklig zur Fläche wählen, dabei aber beachten, dass die Flüssigkeit ja sich auch wieder vom Blatt entfernt. Die Ströme ( zum Blatt, weg vom Blatt) sollten sich als möglichst nicht berühren.

Hoffe konnte helfen.
Carl
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 24.04.2016 - 22:55 Uhr  ·  #5
Schade, auf den Videos lassen sich die Radschaufeln nicht klar zuordnen. Ein Becherrad (wie bei der Pelton-Turbine) soll angeblich einen sehr hohen Wirkungsgrad bringen, über 90%. Wird seit etwa 100 Jahren in Wassserkraftwerken mit Wasserstrahldruck und Wasserleitrohren aus großer Höhe eingesetzt. Ob´s bei niedrigem Gefälle auch so gut funktioniert - schwer zu sagen! Da Dein Wasserrad oberschlächtig ist, kommt es dafür jedenfalls eher in Frage als ein unterschlächtiges...

Verzicht auf Übersetzungsgetriebe durch Direktbetrieb des Generators bringt sicher zusätzlich was. Der Generator sollte leistungsmäßig möglichst genau an den erntbaren Energieinhalt des Wasserrades angepasst sein. Wenn das 70 Watt sind, dann sollte das auch die Nennleistung des Genis sein, jedenfalls ungefähr. 100 W schaden nicht viel!

Das mit dem 250 W Sanyo-Nabenmotor (Erdorf möge mir verzeihen) hat noch einen weiteren kleinen Haken - er hat in der Trommel ein Getriebe, vermutlich Planetengetriebe. Sicher weiß ich nur, das der Sanyo ein Übersetzungsverhältnis 1:2 hat. Da gibt es einige weitere Hersteller, die das so machen um Gewicht und Baugröße zu sparen (Heinzmann und weitere, auch No-Name Chinesen) Vielleicht geht`s auch damit, besser wäre dann - wenn schon so groß - möglicherweise ein Nabenmotor ganz ohne Getriebe. Beim Sanyo stimmt immerhin der Preis, mit 36 Euro sehr günstig, dreht aber von Hand - kostet mächtig viel Kraft - (hauptsächlich wegen der Übersetzung) schwer. Von Sanyo ist immerhin bekannt, dass dort beim Generatorbau auf sehr guten elektrischen Wirkungsgrad geachtet wird.

Es kann sein, das Dein jetziger Generator, wenn es einer mit Echtmagneten ist, unter Last soweit ausgebremst wird, dass er in den Bereich seines Losbrechmomentes kommt /Kogging der Magnete). So kann er nicht mehr abgeben, was in ihm steckt. Was Feines sind dann auch eisenlose Generatoren ganz ohne dieses Kogging. Ob`s die mit Nennleistung so im 100 Watt-Bereich gibt? Schau dafür mal ins Nachbarforum www.daswindrad.de . Dort ist ein ziemlich umtriebiges Mitglied: "Manfred", der baut Heißluftmotoren (Flamelicker) und bestückt sie mit dem Feinsten vom Feinsten an Generatortechnik in einer zu seinen Modellen passenden kleinen Leistungsklasse. Er ist ein super Typ und kann Dich sicher bestens beraten.
XXLRay
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 25.04.2016 - 09:33 Uhr  ·  #6
FamZim
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 25.04.2016 - 11:21 Uhr  ·  #7
Hallo

Ich denke Er hat schon einen richtig guten Generator, der wird als Doppelscheibengenerator bezeichnet und sollte demnach ein Dualscheibengenerator sein, so ziemlich das beste und ohne rasten.
Für eine Drehzahlerhöhung würde ich das dicke 150 mm Rohr unten im Durchmesser stufenweise reduzieren.
So auf 50 mm bis 40 mm Durchmesser.
Damit erreichen will ich eine niedrigere Fließgeschwindigkeit im 150 mm Rohr, aber mit ausnutzung des ganzen Querschnittes.
Das Fallrohr sollte ohne Luftinhalt sein.
So ist der Rohrwiederstand geringer, und das Wasser hat am Ausfluß richtig Druck und Geschwindigkeit.
Das Wasserrad wäre mir auch viel zu breit, es braucht nur so breit sein wie der Wasserstrahl ist, denke ich.
Auch Schaufeln wie bei der Peltonturbiene, aus zwei halben Rohrsegmenten, die zu einer 3 verbunden werden, und senkrecht auf der Welle stehen, sollte schon besser sein als ein einfaches Prallbrett wie im Moment.
Das Wasser wirt dann im Bogen eingefangen von den Schaufeln, und prallt nicht nur auf das Brett.
Die Bewegungsenergie wird harmonisch auf die Schaufel übertragen.

Gruß Aloys.
darthtaker
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 25.04.2016 - 12:27 Uhr  ·  #8
Hier 2 Fotos vom Wasserrad:
zwischen den Schaufeln wurde noch ein Blech montiert um es optimal zu nutzen.


Carl
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 25.04.2016 - 12:38 Uhr  ·  #9
Das Wasserrad finde ich richtig gut, die Vorschläge von Famzim lassen sich mit einfachen Mitteln ohne Neubau nachträglich einrichten. Einengung des Fallrohres und der Schaufeln sind eine saubere Lösung. Wenn dann noch die Nennleistung des Generators dazu passt, ist alles im Lot.
FamZim
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Peltonschaufel

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Gepostet: 25.04.2016 - 15:54 Uhr  ·  #10
Hallo

Die Schaufeln sind doch schon Peltonschaufeln, aber nur einseitig, das ist doch OK.
Der Wasserstrahl trift nur etwas zu tief mitten in die Schaufel.
Etwas weiter an den Wasseraustritt heran, würde den Strahl mit den Schaufeln anschneiden lassen, wie bei Pelton und besser umleiten.
Mit höherer Geschwindigkeit dann auch mehr Drehzahl bringen.
Aber auch so wie es ist, aber dichter an das Rohr heran !! wären meine nächsten Versuche.

Gruß Aloys.
FamZim
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 25.04.2016 - 16:05 Uhr  ·  #11
Hallo

Um eine Düse zu bauen kann man Reduzierstücke nehmen.
Von 150 mm auf 125 --100 --70--50--40 mm.
Normal zusammenstecken, und für die 150,, zu 150 mm Verbindung, eine beidseitige Schiebehülse nehmen.
Dem Wasser ist es sicher egal das es dann falsch herum durch die Rohstücke fließt.
Der sich aufbauende Wasserdruck wird die Stücke aber auseinanderschieben wollen.
Ewentuell jede Steckung, bei Erfolg, mit 2 Spaxschrauben sichern.

Gruß Aloys.
Ralf B
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 25.04.2016 - 19:13 Uhr  ·  #12
Hallo

Sollte man nicht auch das Wasserrad an die Fallhöhe anpassen (Fallhöhe 60 cm Durchmesser Wasserrad 50 cm !? ) Wasserraddurchmesser nahe/ gleich der Fallhöhe. Gibt mehr Drehmoment!
Oder das Wasserrad direkt knapp über der Wasseroberfläche, wäre meiner Meinung nach optimal.

Gruß Ralf
Carl
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 26.04.2016 - 08:36 Uhr  ·  #13
Die geschlossene Wannenform der Schaufeln nützt die vorhandene Fallhöhe bereits optimal aus (nach den Verbesserungsvorschlägen von Famzim). Eine Verkleinerung des Rades bis knapp über der Wasseroberfläche ginge zwar, wenn man die dann größere Fallhöhe bis zum Auftreffen auf das Rad weiterhin auch mit dem Vorschlag von Famzim durch verjüngtes Leitrohr (Einleitdüse) verbindet, dass dabei größeres Drehmoment entsteht bezweifle ich.

Ein kleinerer Turbinendurchmesser bedeutet bei gleichbleibender Strömung, dass die Hebelarme der Schaufeln die auf die Welle wirken kürzer werden und das so das Drehmoment kleiner während die Drehzahl (allerdings) größer wird.

Bei dem bei kleinerem Rad durch Fallhöhe der davor stehenden nunmehr höheren Strömung größer werdendem Drehmoment muss auch der kürzere Wirkungsweg, den dass Wasser in den Schaufeln bleibt, mit einbezogen werden, also nicht nur die kleinere Hebelwirkung.

Wie auch immer, Versuch macht kluch.
Ralf B
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 26.04.2016 - 09:54 Uhr  ·  #14
Hallo Carl

Ich meine das Wasserrrad größer im Durchmesser zu machen! momentan ist es nur 50 cm Durchmesser bei einer Fallhöhe von 60 cm !
Und es ist nicht knapp über der Wasseroberfläche, sondern darüber! ( weil das Keilriemenrad 60 cm Durchmesser nicht im Wasser drehen soll...! meine Vermutung .)

die Fallhöhe wird meiner Meinung nach nicht optimal voll ausgenutzt Wasserrad ist im Durchmesser zu klein.... könnte größer! ----> mehr Drehmoment!
oder es müßte tiefer gesetzt werden dann ist der Wasserstrahl schon von oben schneller beschleunigt! ----> höhere kinetische Energie...

So wird die vorhandene Fallhöhe "mehr genutzt". alles was von der Wasserradunterkante weiter runterfällt ist meiner Meinung nach "ungenutzt".

Gruß Ralf
Carl
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 26.04.2016 - 11:26 Uhr  ·  #15
Hallo Ralf, Dein Vorschlag ist so natürlich nachvollziehbar und gut. Man könnte vielleicht auch das vorhandene Rad etwas tiefer legen um mehr Druck drauf zu bekommen. Es dreht dann auch schneller und ein kleineres dann nicht im Wasser schleifendes Riemenrad reicht dann vielleicht. Eine Vergrößerung des Rades stelle ich mir aufwendiger vor als die übrigen Optimierungsvorschläge. So ein Ding neu bauen ist ja mal ein Arbeitsgang! Das eigentliche Ziel wurde schon genannt - es sollen nur die bisherigen Verbraucher ordentlich laufen, kein Überschuss muss generiert werden. Da reicht es vielleicht auch schon mit den kleineren Veränderungen die Famzim vorgeschlagen hat. Super, ich habe viel gelernt! :-)
FamZim
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Fallhöhe

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Gepostet: 26.04.2016 - 16:12 Uhr  ·  #16
Hallo

Das vorgestellt Wasserrad ist doch keines im sinne von Oberschlächtig und so.
Diese Art fürt das Wasser auf das Rad und nutzt die Fallhöhe wärent es im Wasserrad verweilt, als Energie aus.
Die Umpfangsgeschwindigkeit ist etwa die Einströmgeschwindigkeit am Einlauf des Wassers.
Hier aber wirt das Wasser gegen die obere Schaufel gespritzt und fängt sich etwas durch das "Halbrohr" und läuft dann irgentwie weiter runter oder wirt abgeschläudert.
Dabei wird die Durchmesserhöhe fast nicht genutzt.
Denkbar ist aber die Turbine unterschlächtig zu betreiben, und von den 50 cm Durchmesser noch 40 cm zu den 60 cm Fallhöhe zu zu gewinnen.
Ergebniss mehr Druck und Geschwindigkeit.
Drehrichtung dann anders herum, ist aber kein Problem für den Generator.
Das Rohr muß dann sehr nahe an die Schaufeln heran, um ganz in die Schaufel zu treffen.

Gruß Aloys.
wieso
 
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 26.04.2016 - 20:10 Uhr  ·  #17
Hallo

Schoene Sache

Kommt ja gut Wasser , soviel hab ich auch an meiner 1000 watt turbine nur mit 22 m Hoehenunterschied :devil:

Im Video 2 sieht man etwas von der Umgebung , und da scheints schon recht bergauf zu gehen ... kann mann nicht weiter hoeher anzapfen ? oder haben da was die Nachbarn dagegen ?

Wie ist der Ueberlauf geregelt und wie geht as Gelaende dann weiter ? Vieviel liter hat der Teich ?

Ich frag das weilleventuell ja eine kleine "low head" Turbine geht am Auslauf und die dann betreibt (braucht halt mehr wasser) wenn man vor Ort ist , oder am einlauf auch bzw eine sehr kleine turgo turbine
Auch ,was Aloys sagt klingt einleuchtend


Gruss Lars
dig-it
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 27.04.2016 - 09:47 Uhr  ·  #18
Zitat

Denkbar ist aber die Turbine unterschlächtig zu betreiben, und von den 50 cm Durchmesser noch 40 cm zu den 60 cm Fallhöhe zu zu gewinnen.
Ergebniss mehr Druck und Geschwindigkeit.


Genau das hatte ich mir in der Zwischenzeit auch überlegt. Oberschlächtige Wasserräder arbeiten hauptsächlich mit dem Gewicht des Wassers, das sich in den Fächern/Trögen befindet, Deshalb haben sie auch fast immer einen sehr großen Durchmesser, um durch den langen Hebelarm ein hohes Drehmoment zu erhalten. Die Drehzahl ist gering. Deshalb würde sich bei der gewünschten Anwendung ein unterschlächtiges Rad anbieten, das die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Wassers nutzt. Genau so ist es ja auch im gezeigten anderen Beispiel von Herrn Schwarz gemacht worden.

Ein paar Prozente wird man auch noch gewinnen, wenn man das "Eiern" des Antriebsrades abstellt, indem man die Felge zentriert;-)

Dieter
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 26.05.2016 - 01:10 Uhr  ·  #19
Hallo zusammen,

Erstmal schönes Mühlrad.
Nun zu deiner Frage ob man mehr Leistung rausholen kann:

Punkt 1:
Da es sich um ein oberschlächtiges Staberrad ohne Radboden handelt, verlierst du wegen dem miesen Wirkungsgrad eine Menge Energie.

Oberschlächtige Wasserräder sind Zellenräder bei dem die Schaufelform einer Kammer (Zelle) gleicht.
Wenn das Rad optimal gebaut ist und unter optimalen Bedingungen läuft kann es Problemlos 80 %
Wirkungsgrad erreichen.

Punkt 2:
Getriebe.
Richtig edel können Zahnradgetriebe aus alten Getriebemotoren
sein. Die kostengünstigere Variante wäre die Fahrradkette.
Keilriemen sind extreme kraftfresser die Leistung schlucken.
Eine jahrhundertealte Tradition hat der Flachriemen der bei mir in der Mühle immer noch benutzt wird.

Punkt 3:
Wasserzufuhr.
Die Wasserzufuhr sollte möglichst stoßfrei in das Rad erfolgen.
Das heißt die Rinne sollte flach und nur minimal schmäler als die Radbreite sein.

Ich mache diese Aussagen weil ich Mich im Mühlenbau sehr gut auskenne und selbst eine Wassermühle betreibe. (Wasserrad, Zuppinger 5 Meter Durchmesser, 1,50 Meter breit, 10 kW Leistung)

So nun genug aus meiner Ecke,

Liebe Grüße aus der Mühle
Benny
FamZim
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Re: Wasserkraftwerk

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Gepostet: 28.05.2016 - 19:47 Uhr  ·  #20
Hallo Benny

Wie kommt man den mit 19 Jahren an eine 5 m Wassermühle !!!
Da hast Du ja noch lange etwas von :D

Gruß Aloys.
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