Су қысымына негізделген электр генераторын жасаудың прототипі

Мақала  авторлары: Асқар Альмира, Әжмахан Диана

Мамандық: 6B01502-Физика мұғалімдерін даярлау

Ғылыми жетекші: Оразымбетова Гүлайым

Аңдатпа

Бұл ғылыми жоба су қысымына негізделген электр генераторын жасаудың прототипін әзірлеуге арналған. Жобаның мақсаты – су қысымының механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіру үшін тиімді және экологиялық таза құрылғы құру. Су ресурстарының молдығы мен тұрақты қозғалысы бұл технологияның энергия өндірудегі болашағын айқындайды. Жобада қолданылатын негізгі принцип – су ағымының қысымы мен жылдамдығын электр энергиясына түрлендіретін арнайы турбиналық жүйе арқылы энергия алу. Генератордың тиімділігін арттыру үшін заманауи материалдар мен инновациялық конструкцияларды қолдану көзделеді. Құрылғының прототипі салыстырмалы түрде қарапайым және арзан болуы тиіс, бұл оны кеңінен қолдануға мүмкіндік береді. Жоба экологиялық таза энергия көздерін пайдалану арқылы электр қуатының өндірісін жеңілдетуге, сондай-ақ дәстүрлі энергия көздеріне тәуелділікті азайтуға ықпал етеді. Бұл жоба су энергетикасы саласында жаңа мүмкіндіктерді ашуға және энергетикалық тұрақтылықты қамтамасыз етуге бағытталған.

Аннотация

Этот исследовательский проект посвящен разработке прототипа для создания электрического генератора на основе давления воды. Цель проекта-Создание эффективного и экологически чистого устройства для преобразования механической энергии давления воды в электрическую. Обилие и устойчивое движение водных ресурсов определяют будущее этой технологии в производстве энергии. Основным принципом, используемым в проекте, является получение энергии через специальную турбинную систему, которая преобразует давление и скорость потока воды в электричество. Для повышения эффективности генератора предусматривается применение современных материалов и инновационных конструкций. Прототип устройства должен быть относительно простым и недорогим, что позволит его широко использовать. Проект будет способствовать облегчению производства электроэнергии за счет использования экологически чистых источников энергии, а также снижению зависимости от традиционных источников энергии. Данный проект направлен на открытие новых возможностей в сфере гидроэнергетики и обеспечение энергетической стабильности.

Annotation

This research project is dedicated to developing a prototype for creating an electric generator based on water pressure. The aim of the project is to create an efficient and environmentally friendly device for converting mechanical energy from water pressure into electrical energy. The abundance and sustainable movement of water resources determine the future of this technology in energy production. The main principle used in the project is to generate energy through a special turbine system that converts the pressure and flow rate of water into electricity. To increase the efficiency of the generator, the use of modern materials and innovative designs is envisaged. The prototype of the device should be relatively simple and inexpensive, which will allow it to be widely used. The project will facilitate the production of electricity through the use of environmentally friendly energy sources, as well as reduce dependence on traditional energy sources. This project is aimed at

Жобаның бағытын сипаттайтын кілт сөздер: су диірмені, генератор, баламалы энергия, ауылшаруашылық технологиялары.

Кіріспе

Қазіргі таңда әлемде энергия тапшылығы мен экологиялық проблемалар өзекті мәселелерге айналуда. Кәдімгі энергетикалық ресурстардың шектеулігі, олардың қоршаған ортаға тигізетін зиянды әсері және бағасының тұрақсыздығы адамзат алдында жаңаша, экологиялық таза әрі тиімді энергия көздерін іздестіруді талап етеді. Осы орайда, су ресурстарының молдығын және олардың энергия өндірудегі мүмкіндіктерін пайдалану маңызды шешім болып табылады.

Су энергиясы – табиғаттың жаңарған және тұрақты энергия көздерінің бірі. Су ағымының механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендірудің дәстүрлі әдістері әдетте үлкен бөгеттер мен күрделі құрылымдарды талап етсе де, су қысымына негізделген шағын электр генераторлары, сондай-ақ су ағымының қысымынан энергия өндіретін жүйелердің қолжетімділігі мен тиімділігі соңғы жылдары көп

Бұл жобаның мақсаты – су қысымына негізделген электр генераторының прототипін жасау. Жобаның негізі идеясы – су ағымының қысымын пайдаланып, электр энергиясын өндіру арқылы тұрақты және экологиялық таза энергия көзі алу. Генератордың негізгі компоненттері ретінде су ағымының қысымын механикалық энергияға айналдыратын турбина мен генератор жүйесі қарастырылады. Прототипті жасау барысында заманауи материалдар мен технологияларды қолдану, құрылғының қарапайымдылығын және тиімділігін қамтамасыз ету көзделеді.

Бұл ғылыми жоба су энергетикасын дамыту, энергия өндірісін экологияға зиян келтірмей арттыру және энергия тапшылығын шешу бағытында өз үлесін қосуға бағытталған.

Зерттеу әдістері

Су қысымына негізделген электр генораторының прототипін жасауда біз теориялық-эмприкалық әдістерді қолдандық. Ең алдымен зерттеудің бірінші кезеңіне сәйкес қолданылған теориялық әдіске тоқталайық.

Біз бұл ғылыми жобаны жасау барысында ғылыми мақалаларды талдап, зерттеу жұмысын жүргіздік. Ең алдымен зерттеу тақырыбымызға сәйкес кілт сөздерді таңдап алдық. «Mendeley.com» деректер базасынан  «Watermill» – кілт сөзі арқылы ғылыми мақалалар жинақталды. Нәтижесінде 189 ғылыми мақала шықты. Бірақ біз анализ жасау арқылы тақырыбымызға сәйкес нақты мақалаларды іріктеп алу мақсатында, «Watermill» кілт сөзіне «Generator» кілт сөзін қосу арқылы іздеуді жалғастырдық. Нәтижесінде5 мақала іріктелді. Соңғы үш жылда таңдау арқылы (2020ж. – 2022ж. ) 3 мақаланы негізге алдық. Осы үш мақалалардың мазмұны толық талданды және нәтижелер төмендегі 1-кесте арқылы рәсімделді.

Кесте 1 – Зерттеу тақырыбына сәйкес ғылыми мақалаларды талдау нәтижесі.

№	Тақырыбы	Журнал	Ғалымдардың аты-жөні	Нәтижесі	Жылы
1	Шағын шаруа қожалықтары үшін ауылшаруашылық технологияларының мысалы ретінде су диірмендерінің тұрақты және регенеративті дамуы	Water (Switzerland)	А.Н.Ангелакис, М.Валипур, Й.Дитрих, К.Вудурис, Р.Кумар, М.Салгот, С.А.Махмудиан, А.Ронтогианни және Т.Цоутсос	Су диірмендерін тарихтағы ерекшеліктері мен қатар әр кезеңдегі қолданылуын анықтап, практикалық маңызын көрсете алды.	2022ж.
2	Тұрақты магнит генераторын пайдалану арналған ашық өнімді пикогидро электр станциясын қолдану	Prosiding SNAST	М.Суйанто, Г.Сантосо, А.Пермади	Пикогидроэлектрстанциясы тұрақты ток кернеуі 13,2 В және ток 2,3 А шығара алатындай нәтижеге қол жеткізді.	2021ж.
3	Су ағынының қысымына негізделген электр генераторын жасаудың прототипі	Telkomnika (Telecommunication Computing Electronics and Control)	Сахазати Мд Розали, Розилавати Мохд Нор, Норфариза Аб Вахаб, Ализа Че Амран, Салеха Мохамад Салех.	Радиусы 10 см болатын поливинилхлоридті қолдану арқылы жасалған турбина бассейндік материалдан, 5, 8 В жоғары кернеуді шығарғанын көрсетті.	2022ж.

Мақалаларды талдау нәтижесінде біздің зерттеуіміздің эмприкалық әдістерді қолдану маңыздылығы айқындалды.

Су қысымына негізделген электр генораторының прототипін жасауда қажетті құрал-жабдықтартарды айта кететін болсақ: подшипник, труба, мыс сым, магнит, трансформатор, сорғы, шестрня, разетка, лампа, айна, ыстық клей, ағаш таяқшалар, резина, тақтай, бассейн, сымдар, бұрандалар мен болттар.

Бұл жердегі трансформатор дегеніміз – магнит өрісімен қосылған екі немесе одан да көп орамдар арасында электр энергиясын тасымалдау үшін қолданылатын электр құрылғысы. Ол электромагниттік индукция құбылысына негізделген және электр тізбектеріндегі кернеуді өзгерту үшін қолданылады.

Трансформатордың негізгі бөліктеріне жалпы магниттік ядроға оралған екі өткізгіш орамасы жатады. Энергия көзіне қосылған орамдардың бірі бастапқы, ал екіншісі тұтынушыға қосылған екінші реттік деп аталады. Бастапқы орамның айналасындағы магнит өрісі айнымалы ток арқылы жасалады және бұл магнит өрісі екінші реттік орамға беріледі, бұл ондағы электр кернеуінің индукциясын тудырады

Сорғы –  сұйықтықты немесе газды бір жерден екінші жерге жылжытуға арналған механикалық құрылғы. Сорғылар көбінесе сумен қамтамасыз ету, отынды беру, өнеркәсіпте сұйықтықтарды тасымалдау, жылыту және салқындату жүйелерінде қысымды ұстап тұру және басқа мақсаттарда қолданылады.

Шестрня (тісті доңғалақ) – тістер деп аталатын проекциялары бар тісті дөңгелектен тұратын механикалық құрылғы. Тісті доңғалақтар қозғалыс пен айналдыру моментін бір біліктен екіншісіне беру үшін қолданылады. Олар айналмалы қозғалысты беру үшін бірнеше беріліс бір-бірімен жалғанатын беріліс пойызының бөлігі болуы мүмкін.

Тісті дөңгелектер әртүрлі машиналар мен механизмдерде, соның ішінде автомобильдерде, өнеркәсіптік жабдықтарда, сағаттарда және басқа да көптеген техникалық құрылғыларда кеңінен қолданылады. Олар тиімді қозғалыс берілісін және айналу жылдамдығын басқаруды қамтамасыз етеді.

Подшипник – бұл қозғалыстың белгілі бір тірегі мен бағытын қамтамасыз ету арқылы машиналар мен механизмдердің қозғалатын бөліктері арасындағы үйкелісті азайтуға арналған механикалық құрылғы. Ол біліктерді және осьтерді орнында ұстау және айтарлықтай үйкеліссіз айналуды қамтамасыз ету үшін қолданылады.

Мыс сым – мыстан жасалған электр сымы. Мыс жоғары электр өткізгіштікке, жылу өткізгіштікке, икемділікке және беріктікке байланысты сым өндірісінде жиі қолданылады.

Магнит – магнит өрісін құру немесе магнит өрістерімен әрекеттесу мүмкіндігі бар материал немесе құрылғы. Магниттер табиғи (мысалы, магнетит) немесе жасанды (магниттелген материалдар) болуы мүмкін.

Розетка – электр құрылғыларын немесе тұрмыстық құрылғыларды электр желісіне қосуға арналған электр құрылғысы. Резервуарлар қабырға немесе еден арнасынан электр құрылғыларына немесе құрылғыларға электр қуаты тасымалданатын интерфейсті қамтамасыз етеді.

Лампа(электр шамы) – әдетте электр шамы, жарықдиодты шам немесе энергияны үнемдейтін шам сияқты электрлік жарық көзін білдіреді.

Шам жарық көзі ретінде электр энергиясын жарыққа айналдыру негізінде жұмыс істейді.

Біздің ғылыми жобамыздың ерекшелігі, генератор ауыл шаруашылық өнеркәсіптік технологияларды пайдалануға кететін энергияны қамтамасыз ету үшін қолданылады. Ашып айтатын болсақ, су қысымына негізделген электр генераторы жиілікті реттеуде, қосымша жүктемелерді атқаруда және энергетикалық жүйенің апаттық қорын қамтамасыз етуде тиімділігі жоғары. Су диірмені шағын фермалар үшін ауылшаруашылық технологияларын сәтті қолданудың бір мысалы. Су диірмендері қандай да бір техниканы пайдалану үшін табиғи энергия ресурстарын механикалық энергияға айналдыратын алғашқы құрылғы болды.

Қолданылған ғылыми мақалаларға талдау жасайтын болсақ:

Бірінші мақаланың ерекшелігі су диірмендерінің тарихын сонымен қатар қайда пайдалануға болатынын көрсетіп бере алды.

Екінші мақаланың ерекшелігі баламалы энергияны өндіріп, ауылшаруашылық тенологиялардың мүмкіндіктерін кеңейтуді қарастырды. Бұл зерттеу тұрақты магнит генераторын пайдаланып пикогидроэлектрстанцияның ашық арна үлгісін қолдану туралы талқылайды. Пикогидроэлектрстанциясы тұрақты ток кернеуі 13,2 В және ток 2,3 А шығара алатындай нәтижеге қол жеткізді.

Үшінші мақаланың ерекшелігі 5,8 В жоғары кернеу ала алатын нәтиже арқылы, су қысымына негізделген шағын электр генораторын жасау арқылы электр энергиясын өндіре алатынай практикалық маңызы болды.

 

Қорытынды

Бұл зерттеу принципіне су ағынының қысымына негізделген шағын электр генераторының прототипін құрастыра алдық. Жасалған генератор жиілікті реттеуде, қосымша жүктемелерді атқаруда және энергетикалық жүйенің апаттық қорын қамтамасыз етуде тиімділігі жоғары.Су диірмендері ауылшаруашылық өнеркәсіптерде қандай да бір техниканы пайдалану үшін табиғи энергия ресурстарын механикалық энергияға айналдырамыз және  ауылшаруашылық технологияларын сәтті қолдана аламыз.

Су диірмендері дәстүрлі түрде астық ұнтақтау немесе әртүрлі машиналарды жүргізу сияқты әртүрлі механизмдерді басқару үшін су ағынының энергиясын механикалық энергияға механикалық түрлендіру үшін қолданылады. Бұл механикалық энергия су дөңгелегінен берілістер мен біліктердің жүйесі арқылы жұмыс механизміне берілді. Дегенмен, дәстүрлі диірмендер электр энергиясын өндіру үшін энергияны пайдаланбайды.

Қорытындылай келе, генератордың көмегімен су диірменін механикалық энергияны электр энергиясына айналдыруға бейімдеуге болады. Ол үшін су дөңгелегінен механикалық энергия генератордың білігіне берілуі керек, ол оны электр энергиясына айналдырады. Осылайша су қысымына негізделген генератордан электр энергиясын ала аламыз.