Κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης
Το νερό συγκαταλέγεται στις πιο καθαρές συμβατικές πηγές ενέργειας, διότι δεν προκαλεί κάποια περιβαλλοντική ρύπανση. Την ενέργεια του νερού την χρησιμοποιούσε από αρχαιοτάτων χρόνων ο άνθρωπος προς όφελος του. Παρόλο που η κατασκευή υδροηλεκτρικών μονάδων είναι πολυδάπανη, η ηλεκτρική ενέργεια αποκ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24483 |
| id |
nemertes-10889-24483 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Υδροπαραγωγή Κανόνες σχεδίασης υδροστροβίλου Hydroelectric plants |
| spellingShingle |
Υδροπαραγωγή Κανόνες σχεδίασης υδροστροβίλου Hydroelectric plants Ζευγαράς, Αποστόλης Κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης |
| description |
Το νερό συγκαταλέγεται στις πιο καθαρές συμβατικές πηγές ενέργειας, διότι δεν προκαλεί κάποια περιβαλλοντική ρύπανση. Την ενέργεια του νερού την χρησιμοποιούσε από αρχαιοτάτων χρόνων ο άνθρωπος προς όφελος του. Παρόλο που η κατασκευή υδροηλεκτρικών μονάδων είναι πολυδάπανη, η ηλεκτρική ενέργεια αποκτάται χωρίς σημαντικό λειτουργικό κόστος.
Στόχο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη και η κατασκευή μιας υδροστροβιλικής γεννήτριας μικρής κλίμακας κατάλληλη για το δίκτυο ύδρευσης, εστιάζοντας στη διερεύνηση της ισχύος που μπορεί να αποδώσει στην έξοδο της.
Στο 1ο κεφάλαιο εισάγεται η έννοια της υδροπαραγωγής και αναλύονται οι διάφορες κατηγορίες των υδροηλεκτρικών μονάδων παραγωγής. Έπειτα γίνεται μια σύγκριση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων της υδροηλεκτρικής ενέργειας με σκοπό τη κατανόηση της χρησιμότητάς της ως όφελός μας. Τέλος, περιγράφονται τα χαρακτηριστικά και μέσα δικτύων ύδρευσης, καθώς επίσης αναλύεται το ελληνικό σύστημα ύδρευσης.
Στο 2ο κεφάλαιο αναφέρονται οι κατηγορίες και οι τύποι υδροστροβίλων που χρησιμοποιούνται στην πράξη και διακρίνονται οι καταλληλότερες για την περίπτωση της εφαρμογής μας.
Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη επισκόπηση των γεννητριών. Αναλύθηκαν τα λειτουργικά και κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της σύγχρονης γεννήτριας μόνιμου μαγνήτη, της σύγχρονης γεννήτριας με τύλιγμα διέγερσης και της ασύγχρονης γεννήτριας. Τέλος, διακρίνεται ποια είναι η καταλληλότερη κατηγορία με βάση τα χαρακτηριστικά αυτά για την περίπτωση τη εφαρμογής μας.
Στο 4ο κεφάλαιο περιγράφεται λεπτομερώς η μέθοδος που ακολουθήθηκε για την εξαγωγή γενικών κανόνων σχεδίασης υδροστροβίλου. Αρχικά περιγράφονται τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του προγράμματος υπολογιστικής ρευστομηχανικής που χρησιμοποιήσαμε (TCAE), η λειτουργικότητα του οποίου στηρίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Έπειτα, περιγράφονται οι προσαρμογές που έγιναν στη γεωμετρία του υδροστροβίλου με σκοπό την εξαγωγή των κανόνων σχεδίασης του. Τέλος, προχωρώντας στις προσομοιώσεις και μέσα από επαναλαμβανόμενες παρατηρήσεις εξήχθησαν γενικοί κανόνες σχεδίασης υδροστροβίλων.
Στο 5ο κεφάλαιο γίνεται πρώτα μια εισαγωγή στα λογισμικά σχεδίασης και με βάση τις ανάγκες της δικής μας εφαρμογή επιλέχθηκε το καταλληλότερο εξ’ αυτών. Ακόμη περιγράφεται η λειτουργία των τρισδιάστατων εκτυπωτών και γίνεται η επιλογή του καταλληλότερου λογισμικού που χρησιμοποιήθηκε για την λειτουργία του τρισδιάστατου εκτυπωτή μας. Τέλος δίνονται μερικά παραδείγματα εκτυπωμένων εξαρτημάτων.
Στο 6ο κεφάλαιο πραγματοποιείται η πειραματική μελέτη της εφαρμογής μας. Περιγράφεται η κατασκευαστική δομή του πειράματός μας και γίνεται μια αναφορά στους μαγνήτες που τοποθετήθηκαν στο ρότορα. Πραγματοποιούνται μετρήσεις συχνότητας, ενεργού τιμή της τάσης, πίεσης σε είσοδο και έξοδο του συστήματος της υδροστροβιλικής γεννήτριας, ενεργού τιμή ισχύος στην έξοδο της γεννήτριας και της σύγχρονης ταχύτητας. Παρατηρήθηκε ότι η ισχύς που λαμβάνουμε στην έξοδο της γεννήτριας είναι σχετικά χαμηλή, οπότε προσχωρήσαμε σε τροποποιήσεις όπως η αλλαγή της γωνίας των πτερυγίων, τη μείωση της διατομή εισόδου του νερού που προσκρούει στο στρόβιλο και επίσης την χρησιμοποίηση πιδάκων. Με αυτά επιδιώξαμε την παραγωγή μεγαλύτερης ισχύος κάτι που καταφέραμε ως ένα βαθμό.
Στο τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα σημαντικότερα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε μετά το πέρας της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ακόμη, υποδεικνύονται προτάσεις και προοπτικές για τη περαιτέρω-μελλοντική βελτίωση της λειτουργίας της. |
| author2 |
Zevgaras, Apostolis |
| author_facet |
Zevgaras, Apostolis Ζευγαράς, Αποστόλης |
| author |
Ζευγαράς, Αποστόλης |
| author_sort |
Ζευγαράς, Αποστόλης |
| title |
Κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης |
| title_short |
Κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης |
| title_full |
Κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης |
| title_fullStr |
Κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης |
| title_full_unstemmed |
Κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης |
| title_sort |
κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/24483 |
| work_keys_str_mv |
AT zeugarasapostolēs kataskeuēydrostrobiloudiktyouydreusēs AT zeugarasapostolēs constructionofahydroturbineforawatersupplynetwork |
| _version_ |
1771297215881412608 |
| spelling |
nemertes-10889-244832023-02-21T04:35:58Z Κατασκευή υδροστροβίλου δικτύου ύδρευσης Construction of a hydroturbine for a water supply network Ζευγαράς, Αποστόλης Zevgaras, Apostolis Υδροπαραγωγή Κανόνες σχεδίασης υδροστροβίλου Hydroelectric plants Το νερό συγκαταλέγεται στις πιο καθαρές συμβατικές πηγές ενέργειας, διότι δεν προκαλεί κάποια περιβαλλοντική ρύπανση. Την ενέργεια του νερού την χρησιμοποιούσε από αρχαιοτάτων χρόνων ο άνθρωπος προς όφελος του. Παρόλο που η κατασκευή υδροηλεκτρικών μονάδων είναι πολυδάπανη, η ηλεκτρική ενέργεια αποκτάται χωρίς σημαντικό λειτουργικό κόστος. Στόχο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη και η κατασκευή μιας υδροστροβιλικής γεννήτριας μικρής κλίμακας κατάλληλη για το δίκτυο ύδρευσης, εστιάζοντας στη διερεύνηση της ισχύος που μπορεί να αποδώσει στην έξοδο της. Στο 1ο κεφάλαιο εισάγεται η έννοια της υδροπαραγωγής και αναλύονται οι διάφορες κατηγορίες των υδροηλεκτρικών μονάδων παραγωγής. Έπειτα γίνεται μια σύγκριση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων της υδροηλεκτρικής ενέργειας με σκοπό τη κατανόηση της χρησιμότητάς της ως όφελός μας. Τέλος, περιγράφονται τα χαρακτηριστικά και μέσα δικτύων ύδρευσης, καθώς επίσης αναλύεται το ελληνικό σύστημα ύδρευσης. Στο 2ο κεφάλαιο αναφέρονται οι κατηγορίες και οι τύποι υδροστροβίλων που χρησιμοποιούνται στην πράξη και διακρίνονται οι καταλληλότερες για την περίπτωση της εφαρμογής μας. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη επισκόπηση των γεννητριών. Αναλύθηκαν τα λειτουργικά και κατασκευαστικά χαρακτηριστικά της σύγχρονης γεννήτριας μόνιμου μαγνήτη, της σύγχρονης γεννήτριας με τύλιγμα διέγερσης και της ασύγχρονης γεννήτριας. Τέλος, διακρίνεται ποια είναι η καταλληλότερη κατηγορία με βάση τα χαρακτηριστικά αυτά για την περίπτωση τη εφαρμογής μας. Στο 4ο κεφάλαιο περιγράφεται λεπτομερώς η μέθοδος που ακολουθήθηκε για την εξαγωγή γενικών κανόνων σχεδίασης υδροστροβίλου. Αρχικά περιγράφονται τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του προγράμματος υπολογιστικής ρευστομηχανικής που χρησιμοποιήσαμε (TCAE), η λειτουργικότητα του οποίου στηρίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Έπειτα, περιγράφονται οι προσαρμογές που έγιναν στη γεωμετρία του υδροστροβίλου με σκοπό την εξαγωγή των κανόνων σχεδίασης του. Τέλος, προχωρώντας στις προσομοιώσεις και μέσα από επαναλαμβανόμενες παρατηρήσεις εξήχθησαν γενικοί κανόνες σχεδίασης υδροστροβίλων. Στο 5ο κεφάλαιο γίνεται πρώτα μια εισαγωγή στα λογισμικά σχεδίασης και με βάση τις ανάγκες της δικής μας εφαρμογή επιλέχθηκε το καταλληλότερο εξ’ αυτών. Ακόμη περιγράφεται η λειτουργία των τρισδιάστατων εκτυπωτών και γίνεται η επιλογή του καταλληλότερου λογισμικού που χρησιμοποιήθηκε για την λειτουργία του τρισδιάστατου εκτυπωτή μας. Τέλος δίνονται μερικά παραδείγματα εκτυπωμένων εξαρτημάτων. Στο 6ο κεφάλαιο πραγματοποιείται η πειραματική μελέτη της εφαρμογής μας. Περιγράφεται η κατασκευαστική δομή του πειράματός μας και γίνεται μια αναφορά στους μαγνήτες που τοποθετήθηκαν στο ρότορα. Πραγματοποιούνται μετρήσεις συχνότητας, ενεργού τιμή της τάσης, πίεσης σε είσοδο και έξοδο του συστήματος της υδροστροβιλικής γεννήτριας, ενεργού τιμή ισχύος στην έξοδο της γεννήτριας και της σύγχρονης ταχύτητας. Παρατηρήθηκε ότι η ισχύς που λαμβάνουμε στην έξοδο της γεννήτριας είναι σχετικά χαμηλή, οπότε προσχωρήσαμε σε τροποποιήσεις όπως η αλλαγή της γωνίας των πτερυγίων, τη μείωση της διατομή εισόδου του νερού που προσκρούει στο στρόβιλο και επίσης την χρησιμοποίηση πιδάκων. Με αυτά επιδιώξαμε την παραγωγή μεγαλύτερης ισχύος κάτι που καταφέραμε ως ένα βαθμό. Στο τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα σημαντικότερα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε μετά το πέρας της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ακόμη, υποδεικνύονται προτάσεις και προοπτικές για τη περαιτέρω-μελλοντική βελτίωση της λειτουργίας της. Water is one of the cleanest conventional sources of energy, because it does not cause any environmental pollution. The energy of the water has been used from people, since ancient times, for their own benefits. Although the construction of hydroelectric plants is expensive, electricity is obtained without significant operating costs. The aim of this diploma thesis is the study and the construction of a small-scale hydroturbine generator, focusing on the investigation of the amount of power it can deliver to its output. Chapter 1 introduces the concept of hydrogeneration and analyzes the different categories of hydroelectric power plants. Then a comparison of the advantages and disadvantages of hydropower is made, in order to understand its usefulness as our benefit. Finally, the characteristics and means of water supply networks are described, as well as the Greek water supply system is analyzed. Chapter 2 refers to the categories and types of water turbines used in practice and distinguishes the most appropriate for the case of our application. Chapter 3 gives a brief overview of the generators. The functional and construction characteristics of the permanent magnet synchronous generator, the excitation winding generator and the asynchronous generator are analyzed. Finally, it is distinguished which is the most appropriate based on these characteristics for the case of our application. Chapter 4 describes in detail the method we used to extract general hydroturbine design rules. In the beginning, we mentioned the functional features of our computational fluid mechanics program (TCAE), the functionality of which is based on the finite element method. Next, we described the adjustments we made to the geometry of the water turbine in order to extract its design rules. Finally, moving on to the simulations and through repeated observations, general rules for the design of water turbines were derived. Chapter 5 introduces the design software and based on the needs of our application, the most appropriate of them was selected. The operation of three-dimensional printers is also described and the most appropriate software used for the operation of our three-dimensional printer is selected. Finally, a few examples of printed parts are given. Chapter 6 deals with the experimental study of our application. The construction structure of our experiment is described and a reference is made to the magnets placed in the rotor. Frequency measurements, active value of voltage, pressure at inlet and output of the hydroturbine generator system, active power value at the output of the generator and the modern speed. It was observed that the power we receive at the output of the generator is relatively low, so we adhered to modifications such as changing the angle of the blades, reducing the inlet cross-section of the water hitting the turbine and also using jets. With these we sought to produce more power, which we achieved to some extent. In the last chapter, the most important results and conclusions that we reached after the end of this diploma thesis are presented. Furthermore, proposals and prospects for the further-future improvement of its operation are indicated. 2023-02-20T08:02:14Z 2023-02-20T08:02:14Z 2023-02-06 https://hdl.handle.net/10889/24483 el Attribution 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/ application/pdf |
