Kostengünstige Turgo-Turbine zum Selbermachen.
Eine kostengünstige DIY-Wasserkraft-Turgo-Turbine, hergestellt aus Haushaltslöffeln und optimiert, um eine mechanische Leistung von 1,5 kW bei einem Wirkungsgrad von über 60 % zu erreichen.
Durch ein Stipendium des UC Davis Blum Center for Developing Economies wurde ein von Studenten geführtes Team nach Ruanda geschickt, um Bildungsworkshops und Machbarkeitsstudien für lokal hergestellte kleine Wasserkraftsysteme durchzuführen. Die Reise umfasste Untersuchungen bestehender und potenzieller Wasserkraftstandorte, Dorfworkshops, bei denen partizipatives Design und Ideenfindung für die lokale Beschaffung von Wasserkraftmaterialien und deren Kosten zum Einsatz kamen, sowie ein Praktikum für zwei Ingenieurstudenten, das technische Schulungen sowie die Vernetzung von Wirtschaft und Regierung beinhaltete. Nachdem das Studententeam Kapitalkosten und Turbinenineffizienz als zwei Faktoren identifiziert hatte, die die Implementierung von Pico-Hydro-Systemen in ländlichen Dörfern behindern, entwarf, baute und testete es eine kostengünstige Pico-Hydro-Turgo-Turbine aus Esslöffeln. Die Turgo-Turbine eignet sich gut für Anwendungen mit hoher Förderhöhe und geringem Durchfluss. Hier wird diese kostengünstige „Esslöffel“-Turbine durch experimentelle Tests von sechs Designparametern optimiert: Düsendurchmesser, Strahleintrittswinkel, Anzahl der Löffel, Turbinengeschwindigkeit, Löffelausrichtung und Strahlauftreffort. Die Turbine erreichte eine mechanische Leistung von 1,5 kW bei einem Wirkungsgrad von 63 %.
Inhalt
Video
https://www.youtube.com/embed/_xo6RX5WkI0
Forschungsartikel
Quelle
Kyle Gaiser, Paul Erickson, Pieter Stroeve, Jean-Pierre Delplanque, Eine experimentelle Untersuchung von Designparametern für Pico-Hydro-Turgo-Turbinen mithilfe einer Reaktionsoberflächenmethodik, Renewable Energy, Band 85, Januar 2016, Seiten 406–418, DOI: http : //dx.doi.org/10.1016/j.renene.2015.06.049 . Volltext Open Access
Forschungszusammenfassung
Millionen netzunabhängiger Haushalte in abgelegenen Gebieten auf der ganzen Welt haben Zugang zu Piko-Wasserkraft-Ressourcen (5 kW oder weniger), die aufgrund der unerschwinglichen Installationskosten ($/kW) noch nicht erschlossen sind. Die Turgo-Turbine, eine hydroelektrische Impulsturbine, die im Allgemeinen für Anwendungen mit mittlerer bis hoher Fallhöhe geeignet ist, hat aufgrund ihrer potenziellen Anwendbarkeit an solchen Standorten in der Forschung erneut an Aufmerksamkeit gewonnen. Dennoch ist die veröffentlichte Literatur zur Turgo-Turbine begrenzt und weist darauf hin, dass die aktuelle Theorie und das experimentelle Wissen die Auswirkungen bestimmter Konstruktionsparameter wie Düsendurchmesser, Strahleintrittswinkel, Anzahl der Schaufeln und Schaufelgeschwindigkeit auf den Wirkungsgrad der Turbine nicht ausreichend erklären. In dieser Studie werden diese Parameter in einem dreistufigen zentralen Verbundreaktionsflächenexperiment verwendet. Eine kostengünstige Turgo-Turbine wird aus leicht verfügbaren Materialien gebaut und getestet und ein Regressionsmodell zweiter Ordnung wird entwickelt, um ihre Effizienz als Funktion jedes oben genannten Parameters und ihrer Wechselwirkungen vorherzusagen. Die Auswirkungen des Rotorblattausrichtungswinkels und der Strahlauftreffstelle auf den Wirkungsgrad werden ebenfalls untersucht und experimentell festgestellt, dass sie für die Turbine von relativ geringer Bedeutung sind. Der Zweck dieser Studie besteht darin, empirische Entwurfsrichtlinien zu erstellen, die es kleinen Wasserkraftherstellern und Einzelpersonen ermöglichen, kostengünstige, effiziente Turgo-Turbinen zu entwerfen, die für einen bestimmten Pico-Wasserkraftstandort optimiert werden können. Die Ergebnisse werden auch in dimensionslosen Parametern ausgedrückt, um eine mögliche Skalierung auf größere Systeme und Hersteller zu ermöglichen.
Papier-Highlights
- Eine Pico-Hydro-Turgo-Turbine wurde aus Haushaltsmaterialien für 30 USD gebaut.
- Experimentell wurde der Einfluss von Strahlwinkel, Schaufelanzahl, Düsendurchmesser und Drehzahl auf die Effizienz bestimmt.
- Empirische Formeln ermöglichen ein optimiertes Turbinendesign für jede gegebene Förderhöhe und Strömung und erreichen einen mechanischen Wirkungsgrad von 62 %.
- Die Ergebnisse zeigen, dass alle Parameter signifikante Haupteffekte und Wechselwirkungen zweiter Ordnung haben.
- Optimale Parameter waren: 35° Düsenwinkel, Verhältnis von Düsendurchmesser zu Schaufelabstand = 0,94 und Geschwindigkeitsverhältnis von 0,43.
Schlüsselwörter
Mach es selbst; Pico-Hydro; Turgo-Turbine; Wasserkraft; Optimierung
Fotos
- DIY Turgo-Turbine
Turgo-Turbine aus Esslöffeln.
Durch Experimente wurden die optimale Löffelanzahl, Löffelausrichtung, Düsendurchmesser, Düsenwinkel und Turbinengeschwindigkeit ermittelt.
Die DIY-Turgo-Turbine erreichte einen mechanischen Wirkungsgrad von 62 %.
Lokale ruandische Gemeinde, die uns bei der Untersuchung potenzieller Wasserkraftstandorte geholfen hat.
Vor Ort gebaute Pico-Hydro-Turbine.
Dorfworkshop zum Brainstorming von Ideen zur lokalen Beschaffung von Teilen für das Pico-Hydro-System.
Seien Sie einfallsreich (mit Kanistern und Bananenblättern), um den Wasserfluss während der Untersuchung von Wasserkraftstandorten zu messen.
Siehe auch
- http://blumcenter.ucdavis.edu/grants/past-grantees/2011-2012/grantee-profile-picohydro-in-rwanda
- http://web.archive.org/web/20150905081348/http://smallhydro.ucdavis.edu/featured-project/78/