発電実験:マイクロ水力発電

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マイクロ水力発電の実験 ①水車・発電機　2024/7/2

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１．どうする水車・発電機 ２．仕様と購入品の確認 ３．機械的問題発生！　作業途中 ４．設置　未実施 ５．動作試験　未実施

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１．どうする水車・発電機 　早く進めるため、水車と発電機については、安価な既製品を探し購入することにした。 　海外のECモールで価格と評判を見て決めたのが右の商品で、最安値では無いが、このショップでも送料を含め57,425円と非常に安価！ 　水車と発電機は写真の様に一体型になっており水車についは、ターゴインパルスタイプの水車で、流量調整装置は手動のバルブだけしかないので、このバルブは最大出力を超えない様にする制限バルブになると思う。 [目次に戻る]

２．仕様と購入品の確認 出力電圧 AC220(V) 出力 500(W) ノズル直径 18(mm) 落差 7-15(m) 流量 0.008-0.011(m3/s) 導水管直径 8(cm 3inch) 発電機については永久磁石発電機とメモに記載されていた。 　ショップから出力電圧について本当にAC220(V)で良いかの確認が有った。 　質問の理由は記載されていなかったが、おそらく日本では100(V)が普通だと思っての配慮だとおもい、質問ありがとう２２０VでOKと返信しました。 　なお当方英語はできないので、google翻訳に頼りきっている。 　発注してから約3週間で左下の写真上側に写っている箱に入って届いた。 水車（右写真）は当然？錆びていた。性能が出るか心配だ！ この水車発電機は、或る場所に試験的に設置し、これから作成するシステムで性能検査することにしている。 発電機の測定項目をあまり知らないが性能が不安なので、発電機の抵抗値を測定した。 　　R=23(Ω 測定器B35) 　　L=84(Ω 100Hz 224mH Q3.6 測定器DE-5000) 　　DE5000のQからRを計算すると 　　(2πfL)/3.6≒84/3.6≒23.3≒23(Ω f=60Hz) 　　Z=√R2+L2＝87(Ω)となる。 　　最大出力時の電流は500(W)/220(V) = 2.27(A) 　測定値を見ると消費する電流のひずみ尤度はなさそうなので、この発電機に接続する負荷についは、低ひずみの回路にした方がよさそうである。 上の写真はLを測定中の測定器DE-5000である。 [目次に戻る]

３．機械的問題発生！ 　試験のため、水を供給する側の径が50Aと言う事が判り、早速50Aの受け口を取付ける事にしたが・・・・・ 　購入した水車のフランジが日本の規格外で有る事が判った。 　近い規格は50Aのフランジと水車のフランジの違い 　 50A 水車側 ボルト穴中心径 105(mm) 101(mm) ボルト穴 15(mm) 8(mm) 　50Aのフランジボルト穴に写真の様な2mm偏心したスペーサを作成した。 　6mmのボルトで良いか確認する。 　パット計算するため、使用圧力を15m×2倍の30m、管の断面直径をボルト取付径とした。 No 項　目 値 単位 ① 落差 30 ｍ ② 圧力変換 0.2942 N/mm2 ③ 管直径 105 mm ④ 断面積 8659 mm2 ⑤ ボルト径 8 mm ⑥ 計算用ボルト断面積 36.6 mm2 ⑦ ボルト本数 4 本 ⑧ ④/(⑥×⑦) 108 　 ⑨ ⑧＊② 31.77 N/mm2 ⑩ 6(mm)ボルトの引っ張り強度 N/mm2 ⑫ 安全率 　 安全率が 倍以上となったので、OKとする。 が・・・・・水車側のフランジ厚みが？？？強度があるのか心配です。 エイ！ヤ！の強度確認方法が合っているかも不安です。 偏心スペーサは 　28mmの丸鋼を旋盤で加工して、最後にフライス盤で偏心した場所に８(mm)の穴を開けました。 　その他材料として ゴムパッキン、白ねじ込みフランジ ニップル、径違いチーズ ブッシング、小型ボールバルブ ホースニップル、ホースバンド 圧力計 購入計　8,039円 基礎を作成するために発電時のトルクをエイ！ヤ！で計算 使用周波数５０Hz、発電機が4極から　 　１２０×５０／４ ＝１,５００　 回転速度は１,５００min-1 発電機の効率が０．８と記載されて・・ トルクT＝Ｐ／（２πｎ/60）＝５００×６０／（０．８×２×π×１５００）≒４（N・ｍ） ※発電機の仕様ステッカーに１，５００～５００min-1と記載されていると思うので、 ５００の場合は≒１２（N・m）になるので 昔人間なので、ｋｇで換算すると １２×０．１０１９７≒１．３(kg・m)（小数点第２位切り上げ）となる。 Ｌアングルは発電機中心から40cmなので杭当でＬアングルを発電機中心から３５ｃｍの位置で固定するとすれば1個当たり 　０．３５×４／１．３≒１．１ｋｇのチカラが円周方向にかかる。 一脚当たり１．１ｋｇの回転力がかかってもずれない様に杭を固定する必要がある。 またＬアングルと水車を４本のボルト（１０ｍｍで発電機中心から１３ｃｍの位置にある）で支えているがこれについても せん断力として ０．１３×４／１．３≒４N １０mmボルトのせん断＝引っ張り×０．６＝ 水車取付部とLアングル取付部の距離は１０ｃｍの１本当たりの曲げモーメントは 1本あたりのP= Mmax=PL／４＝４×０．１／４＝０．１(N・m) 鋼のヤング係数２０５００からたわみWmax=PL3/3EI 再計算中 １０ｍｍボルトのせん断 [目次に戻る]

４．設置 未実施 [目次に戻る]

５．動作試験 未実施 [目次に戻る]