Startsida Forum Webbutik Manualer Sol Vind Vatten El & elekronik Värme Kalkylatorer Projekt Övrigt Länkar Om 24 volt Kontakta oss
Svenska English
Projekt
Vattenhjul
Generator
Bilder och filmFilm
Bromsad effekt
Mixters francisturbin
Vindkraftverk
Del 1 - Ståldetaljer
Del 2 - Fena & bom
Del 3 - Turbinen
Del 4 - Generatorn
Vindhjul av aluminium
Hembyggd bil & traktor
Poncelet vattenorgel

Sök på 24volt.eu
 


Besökare/Visitors
online:
3

Vattenhjulets vridmoment, effekt och verkningsgrad

Vridmoment För att kunna mäta vattenhjulets vridmoment och beräkna effekt och verkningsgrad, samt förluster i kilremsväxeln, behövs en momentarm för dessa tester.

Genom att använda en 1,1 meter lång arm (längden på just min momentarm) med en fjädervåg längst ut (ej den på bilden), kan vattenhjulets vridande moment mätas. Hjulet bromsas genom att skruvar dras åt så att armen nyper runt vattenhjulets axel. Mellan hjulets axel och bromsarmen sitter bromsbackar gjorda av trä.

Utan belastning snurrar hjulet med 37 rpm, så jag börjar med är att dra åt skruven tills vågen visar 0,5 kg och därefter mäter jag hjulets varvtal vid denna belastning. Detta upprepas i steg om 0,5 kg tills hjulet helst stoppats.
Eftersom momentarmen sitter horisontellt placerad och vågen är fäst i 90 graders vinkel i förhållande till den, kan vridmomentet τ (Tau) förenklat beräknas med formeln:

τ = F x r

F = m x g (uppmätt vikt i kg x 9,81) Kraften (F) anges i Newton och momentarmens längd (lägesvektorn, r) i meter, vilket ger vridmomentet i Newtonmeter (Nm). Lägesvektorn är helt enkelt avståndet mellan hjulaxelns centrum och vågen. Är vinkeln 90° mellan momentarm och våg, så som på bilden, blir armens längd från hjulaxelns centrum till fästpunkten för vågen = lägesvektorn.

Vid min första mätning fick jag följande resultat när hjulet bromsades tills vågen visade 0,5 kg:
τ = 0,5 x 9,81 x 1,1
τ = 5,4 Nm

Axeleffekten kan därefter beräknas enligt följande formel där n är vattenhjulets varvtal/sekund.

P = τ x n x 2 x pi

Vid 32 rpm, det varvtal när hjulet bromsats 0,5 kg enligt vågen, får jag följande resultat:

P = 5,4 x (32/60) x 2 x 3,14
P = 18 watt

När vridmoment och axeleffekt är beräknade vid alla varvtal kan en kurva ritas upp. Vid något bakåtvinklade skovlar fick kurvorna följande utseende enligt de mätningar jag gjorde. Flödet vid mättillfället var 56 liter/sekund och fallhöjden 25 centimeter. Tyvärr hade tre av skovlarna brutits sönder vid sina fästpunkter, så resultatet blev en aning missvisande. Inte heller hade jag tagit hänsyn till armen och vågens vikt, vilket ger ett något sämre resultat.

Effekt


Som man ser eftersträvar kurvan för vridmoment av att vara linjär. Hade vågen varit tillförlitlig och bromsbackarna (som var gjorda av trä) hållit för påfrestningarna, hade mätningarna blivit mer exakta och momentkurvan hade förmodligen varit helt linjär. Ett vridmoment uppstår alltså omedelbart när hjulet bromsas och når sitt max när hjulet stannar. Av effektkurvan ser man att högsta effekt uppnås vid 50 procent av hjulets maximala varvtal.

Ett hjul med dubbelt så stort diameter skulle ge dubbelt så högt vridmoment, men effekten blir oförändrad eftersom hjulets varvtal samtidigt halveras. Hjulets diameter bör alltså anpassas till fallhöjden och dess bredd till flödet.

Effektkurva


Hade mätningarna varit helt exakta hade kurvorna för effekt och vridmoment förmodligen sett ut så här istället. Man ser då att det egentligen räcker med en enda kraftmätning och det är att bromsa hjulet tills det nästan stannar. Den andra mätpunkten är noll och den har vi vid hjulets obelastade maxhastighet. Drar man ett rakt streck mellan dessa båda punkter får man hjulets vridmoment vid olika varvtal.

Se även Vridmoment och effekt, där det också finns kalkylatorer till hjälp vid beräkningar.