PaterNoster-vattenkraftverk?

[Halte]

Jag har suttit och funderat lite på småskalig eltillverkning och jag fastnade lite för en idé jag fick som påminner om en s.k. paternoster-hiss (http://sv.wikipedia.org/wiki/Paternoster-hiss)

Se skissen.. Trianglarna är då tänkta att vara "koner", de fångar alltså upp vattenströmmen som ett segel åt ena hållet men på tillbakavägen går de med den spetsiga änden först som en "pil" genom vattnet.. Borde inte det kunna snurra på av sig självt och kunna generera ström i ett rinnande vattendrag?

[Trollmor]

Såna där reklampelare som snurrar i vinden, är de inte gjorda efter ungefär den principen?  Hur ska du få dem att vända på ett bra sätt vid ändarna?  Kan du använda delar av en gammal sidräfsa?

Vad har Pater Noster med detta att göra?  Pater Noster-skären har jag hört om, men en "ström-snurra" ... 

[besk]

Den kan nog komma att snurra, men frågan är om du kan plocka ut någon effekt (att tala om). Ett litet aber är ju att returen, så som du ritat, ska dras genom vattnet. Det skulle kanske hjälpa om du vred det hela 90 grader och undvek friktionen.

[Trollmor]

Hur blir det när isen lägger sig på vattendraget?
Hur mycket effekt behövs för att det ska vara lönsamt att sätta upp den?
Behöver man tillstånd?
Vad slags material har du tänkt dig?

[Halte]

Den kan nog komma att snurra, men frågan är om du kan plocka ut någon effekt (att tala om). Ett litet aber är ju att returen, så som du ritat, ska dras genom vattnet. Det skulle kanske hjälpa om du vred det hela 90 grader och undvek friktionen.

Ja just det, att returen går ovanför vattenytan ja.. Vill ju bara till att det är en hyffsad jämn vattennivå i så fall och som Trollmor skriver, att det inte fryser till på vintern.

Jag vet inte om jag är så hågad att bygga det själv, min tid räcker nog inte till.. Var mera intresserad att kolla om tanken skulle kunna fungera i praktiken..

[Trollmor]

Vi är nog flera här som tänker och funderar medan vi går i helt andra arbeten ... 

[Halte]

Såna där reklampelare som snurrar i vinden, är de inte gjorda efter ungefär den principen?  Hur ska du få dem att vända på ett bra sätt vid ändarna?  Kan du använda delar av en gammal sidräfsa?

Vad har Pater Noster med detta att göra?  Pater Noster-skären har jag hört om, men en "ström-snurra" ... 

Se min länk till "PaterNoster-hissen" i första inlägget.. Det blir ju ungefär samma konstruktion, iaf utseendemässigt

[Trollmor]

Du menar att din upphittade ritning ser ut ungefär som en sidräfsa?  Men hur fungerar det materialet under vatten?  Tål det ens så stora mängder fukt?  Kylan?

[Halte]

Ja lite som en sidräfsa ja.. Material har jag inte ens funderat på, inte heller storlek o.s.v..
Det var bara själva funktionen jag funderade över, om det skulle kunna fungera som komplement i självhushållarsammanhang när det gäller eltillverkning

[Trollmor]

Min far hade för länge sen ett jobb som innebar många kontakter med bönder.  En av dem hade en sån där amerikansk vindsnurra.  Den var kopplad till vattenbrunnen.  Bonden sade:  "Det där är min bäste dräng!  Han drar upp vatten till alla djuren, varje dag, i helg och söcken, och inte kräver han mera löning än att jag ska klättra upp en gång om året och hälla i honom lite olja!"

  Annorlunda uttryckt:  För självhushållarändamål kan det vara viktigare med pålitlig drift än effekt.

[torbjorn]

Ett principiellt problem med en sådan där anordning är ju varifrån energin ska komma. Man måste ju få ett tryckfall över den anordning som ska ta ut energi ur vattnet, och det innebär när man har fria vattenytor att ytan uppströms anordningen måste vara högre än ytan nedströms anordningen.

Den effekt man kan ta ut är ju vattenföringen x fallhöjden x en lämplig konstant beroende på vilka enheter man räknar med. Om fallhöjden är lika med noll, som det blir när man tänker sig att lägga någon slags pryl i eller på ett vatten som kan strömma fritt på sidorna om, så kan man inte heller få ut någon effekt.

[Trollmor]

Strömma fritt på sidorna om ...  Usch vad du är besvärlig, Torbjorn!  Men ... kan inte luften strömma frit på sidorna om en väderkvarn?

[torbjorn]

Jo, men luft är en gas och vatten är en vätska, och gaser och vätskor beter sig på olika sätt...

[Trollmor]

Ah, jag som trodde att luftens motstånd var mindre än vattnets.  Än en båtpropeller då?  En åra?

[besk]

torbjorn: Du har nog missat en liten poäng här. Det du säger är förvisso en helt och fullt korrekt beskrivning av en ändring av lägesenergin, arbetet mot jordens gravitationsfält. Men tingesten är avsedd att utnyttja rörelseenergin i vattnet. Alltså att hastigheten på vätskan sänks. Finns flera varianter av mindre så kallade strömningsturbiner, t.ex. impulsturbiner, där man utnyttjar den principen. Av praktiska skäl är det ofta svårt att utnyttja stora delar av den kinetiska energin och för att få ut någon vidare effekt måste hastigheten vara relativt hög. Många skvaltkvarnar utnyttjar detta delvis. I princip så är det omöjligt att renodla någon av principerna och det mesta är en blandning.

Sen har du helt åt pepparn fel rörande gaser och vätskor. Vi kan inte principiellt skilja på dessa två aggregationstillstånd utifrån deras egenskaper och beteenden. Enda anledningen till att vi kan särskilja dem är att vi kan observera dem i jämvikt. Den tätare fasen kallar vi då för vätska och den tunnare för en gas.

[sɹǝpuɐ]

Ett principiellt problem med en sådan där anordning är ju varifrån energin ska komma. Man måste ju få ett tryckfall över den anordning som ska ta ut energi ur vattnet, och det innebär när man har fria vattenytor att ytan uppströms anordningen måste vara högre än ytan nedströms anordningen.

Den effekt man kan ta ut är ju vattenföringen x fallhöjden x en lämplig konstant beroende på vilka enheter man räknar med. Om fallhöjden är lika med noll, som det blir när man tänker sig att lägga någon slags pryl i eller på ett vatten som kan strömma fritt på sidorna om, så kan man inte heller få ut någon effekt.

Att bromsa upp vattnet lite kan räcka fint för att få ut effekt. Det behövs ingen höjdskillnad, bara ändrad fart på vattnet. Det är så exempelvis en slingpump fungerar. En vanlig propeller fungerar på samma sätt, men tvärtom. Genom att öka farten på lite vatten får man en motsatt effekt som driver båten framåt.

 

Slingpump

[fishyerik]

Visst kan man plocka ut energi ur strömmande vatten utan nämnvärd fallhöjd, men det blir inte mycket energi att tala om, särskilt inte ned den konstruktionen, och särskilt pålitlig drift tror inte jag att det blir med den konstruktionen.

Vad jag hört är vattens motstånd ca 800 gånger större än luftens, däremot är det inte många som har tillgång till några kvadratmeter genomsnittsyta å som rör sig med 7 meter per sekund.

Slingpumpen som är betydligt mer effektiv och enkel i sin konstruktion än pater noster-varianten levererar inte särskilt många watt arbete, man skulle kunna montera en generator i en liknande konstruktion och hämta någon några watt el.

Ett skovelhjul är ett enkelt sätt att kunna plocka ut energi ur rinnande vatten, fallhöjd ökar möjliga effektuttaget markant.   

[silvervarg]

Vatten rör sig inte så ofta med 7m/s, men om du har ett rinnande vattendrag så har du en relativt jämn fart på vattnen.
Största vinsten är förståss att vattnets densitet är så mycket högre än luft att ofta finns mycket energi att ta ut jämfört med vad små vindkraftverk kan ta ut.

Jag är också inne på skovelhjul som enkla och bra konstruktioner om man gör saker själv. Om det skall vara turbinliknande så är det känsligt med vinklar etc och lämpar sig bättre för massproducerade saker.
För att vattnet inte skall rinna vid sidan av i för stor utsträckning så kan man lämpligen fördämma upp med en "tratt"-liknande konstruktion. Dels så ökar vattnets hastighet och dels så avger stor del av vattnet sin energi till skovelhjulet.
Högre fart på vattnet minskar också risken för att vattnet fryser till is.

För högsta effekt så skall man förståss styra in allt vatten genom skovelhjulen, men jag skulle rekommendera en lösning där en hyfsad del av vattnet går vid sidan av så att man inte stoppar vägen för fiskar som vill ta sig uppströms.

[Mats Pyssling]

Tjena,

Trevlig läsning. Jag är ny här.

Jag har tänkt en del i de här banorna förut. Det lär ha funnits en enkel friliggande vattenturbin att köpa förr i världen, som hette Hydra. Den kunde läggas ut från t ex en bro i ett strömmande vatten, och med en kombinerad vajer och kraftkabel levererade den likström.

Det är riktigt resonerat att energin i ett vindkraftverk  tas upp på liknande sätt som i den här typen av friliggande turbiner. Man kan helt bondförnuftmässigt tänka sig att tryckfallet över turbinen, alltså det motstånd som turbinen utgör för det strömmande mediet avgör i vilken grad mediet strömmar ut och åt sidorna. För vindkraftverk kallas det för Betz’ gräns och är en teoretisk begränsning för hur mycket av vindenergin som går att ta tillvara på. Och den är typ 59,3 procent. Det beror på att luft är en gasblandning och gasblandningar är kompressibla, dvs går att trycka ihop. Luften trycks alltså ihop en aning runt turbinen kan man säga. Sen har det att göra med att luften bakom turbinen inte kommer undan utan bromsar genomströmningen. När det gäller vatten är det kanske lite annorlunda, eftersom vattnet kan tränga undan vatten (som ju inte är kompressibelt) som i sin tur tränger undan luft, vilket kräver att vattenytan i princip stiger. Plus att strömmande vatten har lite höjdskillnad och därför liksom har nånstans att ta vägen naturligt. Därför skulle jag helt bondförnuftmässigt säga att jag tror att det går att få ut mer energi ur en friliggande vattenturbin än en friliggande vindturbin.

När det gäller paternoster-tekniken, så skulle jag tycka att det ursprungliga förslaget från Halte, med hela turbinpaketet nedsänkt i vattnet, har sina fördelar trots allt, dvs med axel-ändarna i luften. Man behöver då inte ha några kopplingar under vattnet, utan bara lagerändar, plus att man kan laborera med olika kraftöverföringar och kanske montera generatorn på ett mer stänkskyddat ställe. Om man lägger axlarna ner måste man nästan sätta generatorn rakt ovanför. Men det är klart att man kan få ett annat kraftutbyte om man kan ha returen i luften. Men överlag är jag skeptisk till att göra ett hembygge som man sätter fast i botten på ett strömmande vatten.

Frågan är om inte ett stort vattenhjul, med moderna material och vettig axellagring skulle kunna vara både lättare att tillverka och mindre underhållsmässigt svårt. Annars spann jag vidare på utmaningen att bygga en underhållsmässigt praktisk friliggande turbin för strömmande vatten och kom fram till detta:



Alltså en flytbrygga med flera vattenhjul och all axellagring ovanför vattnet, remskivedrift till en generator och kraftöverföring till land med förtöjningen. Vore kul att bygga en sån här på prov.

OBS: Jag hade tokfel på Betz gräns och rättade upp det från att först ha angivit typ 20%... Så mycket för skolkunskaper och dess fästförmåga i huvudet. /M

[fishyerik]

Välkommen till Alternativ Pyssling!

Jag tror inte man ska stirra sig blind på vetenskapliga teorier om man ska bygga ett minikraftverk, utan försöka bygga bort problem.

Remmar och kedjor ställer till med problem, ställer krav på axlar, äter energi och kräver underhåll.  Så sånt ska i möjligaste mån undvikas.

Paternosterverk som är helt nedsänkt i vattnet möter ju "skovlarna" motström på tillbakavägen, själva verket bromsar vattenhastigheten mycket. Totalt sett extremt inneffektivt, dyrt, och sannolikt mycket underhållskrävande.

För att få en så bra princip som möjligt behöver man titta på vad som är nödvändigt, och optimera det, och ta bort allt annat.

Skovlarna/bladen är det som först omvandlar energin, de ska ha så stor yta mot vattnet som möjligt i drivande riktning, i motarbetande riktning (när det finns en sådan) ska de ha så liten yta mot vattnet som möjligt.

Största enskilda förbättring av första idén i tråden utan att ändra grundkonstruktionen är alltså att låta skovlarna gå i luften på tillbakavägen.   

Nästa stora förbättringspotential är att bli av med bandet/remmen/kedjan som skovlarna sitter på, och en onödig axel, och vips har vi hjulen du ritat.

Paternosterverket kan verka ha fördelar med att skovlarna tar upp energi under en längre sträcka, men är det rörelseenergin man är ute efter minskar ju rörelseenergin som finns att hämta för bakomvarande skovlar avsevärt, och ett skovelhjul i luften med skovlarna i vattnet kan man öka radien och skovel- tätheten och storleken på om man är ute efter det där lilla extra.

På din bild har du kvar problemet med kraftöverföringen som kostar, byt de tre hjulen mot ett större och montera generatorn direkt på hjulaxeln så har du kommit mycket närmre en för ändamålet bra konstruktion.