“水轮的叶片用铁皮或者塑料板做,安装在河流中,水流冲击叶片,推动水轮旋转。”他指了指简图:“水轮的转速很低,可能每分钟只有十几到几十转。但发电机需要高转速,每分钟一千到三千转。所以需要一个增速传动系统。”
他翻了一页,画了传动系统的简图,三级皮带传动。第一级:水轮轴上的大皮带轮,通过皮带连接到中间轴上的小皮带轮,增速比大约十比一。第二级:中间轴上的大皮带轮,通过皮带连接到发电机轴上的小皮带轮,再增速十比一。总增速比一百比一,水轮每分钟转二十转,发电机就能达到每分钟两千转。
“发电机用什么?”李申来了兴趣。
“现成的车载电机。”林奕说:“汽车发电机,从废弃的汽车上拆。汽车发电机是直流发电机,额定电压十二伏或二十四伏,功率几百瓦到一千瓦。用皮带连到水轮的传动系统上,水流转,发电机就转,就能发电。”
“发出的电怎么用?”
“通过整流器转成直流电,给蓄电池充电。”林奕说着设想:“和太阳能板的充电路径一样,太阳能板发的也是直流电,通过控制器给蓄电池充电。水力发的电走同一条路径,并联到现有的系统里就行。”
李申看了看简图,想了想。
“你做过吗?”
“没做过。”林奕老实说:“但我学过原理。飞行学院的时候,有一门课叫‘航空电气系统’,讲的就是飞机上的发电机、蓄电池、配电系统。原理是通的,都是电磁感应、整流、储能。”
“你需要什么?”
“需要人手和材料。”林奕说的很直白:“我现在动手还是要差一些,我可以负责设计和电气,需要人来测量数据,河水流速、河道深度、安装位置。还需要人机械加工和安装。那些水轮的叶片、支架、传动系统,都需要人来做。”
“我让史立涛和张大强来帮你。”李申想了想:“再让赵叔做指导。你们需要他的机加工,那些传动系统的设计和加工,让他来把关。”
“好,没问题。”林奕见李申愿意让他尝试,很是兴奋。
“那就不耽误,说做就做”李申站起来:“我给史立涛他们说一下。”
林奕带着史立涛和张大强去了河边。
三个人沿着河岸走了大约两百米,找到了一个合适的位置。
河道在这里微微收窄,流速比其他地方快一些。河底是碎石和硬泥,适合打桩固定支架。河岸两侧有树,可以拉绳索固定水轮。
史立涛用卷尺量了河道的宽度,大约四米。又用一根竹竿测了深度,最深处大约半米。
他用一个自制的简易流速计,就是一个系着绳子的浮标,扔进水里,计时十秒,量浮标漂流的距离,算出了流速,大约每秒零点八米。
“每秒零点八米。”史立涛在本子上记着:“河道宽四米,深零点五米。截面积两平方米。流量等于截面积乘流速,每秒一点六立方米。”
“够了吗?”张大强问。
“理论功率等于流量乘流速的平方除以二。”林奕在本子上算了一下:“一点六乘以零点八的平方除以二......大约零点五千瓦。考虑水轮效率,大概百分之三十到四十,实际输出功率大约一百五十到两百瓦。”
“一百五十到两百瓦。”他重复了一下:“不多。但二十四小时不间断,一天能发三到五度电。够给十块对讲机电池充电,或者给监控系统的备用电池补充电量。”
“那就做吧。”张大强撸了撸袖子。
三个人分工,林奕画设计图,史立涛测量和记录数据,张大强负责加工和安装。
林奕拿着草图先去了车间。
赵宏伟正蹲在工作台前面,给一批弹壳收口。看到林奕进来,把手里那发子弹放下,摘下护目镜:“什么事?”
林奕把草图递过去:“这就是李哥说的水轮发电机。我们觉得可行,想请你看看方案。”
赵宏伟把草图接过来,凑到灯下看了好一会儿。
“水轮直径多少?”他问。
“我们还没定,想听听你的意见。”
赵宏伟用铅笔在纸上比划了一下:“河宽四米出头,水轮直径不能太大,但也不能太小。直径一米二左右比较合适,叶片入水深度大约二三十厘米。水轮轴用镀锌管。”
他放下铅笔,看着林奕:“你要用齿轮?”
“是这么设想的。”林奕说。
赵宏伟沉默了一下:“我觉得可以用自行车链轮做,链传动比齿轮传动容易加工,精度要求低,适合手搓。”
“行。”
赵宏伟又想了想:“我记得库房有从报废的皮卡上拆的发电机,可以去找张薇薇拿。你们有什么需要可以随时来找我。”
第二天一早,林奕、史立涛和张大强在河边碰了头。
史立涛开着三轮过来,车斗里装着半成品。
水轮的加工在车间里进行。
直径一米二的框架,用六毫米圆钢弯成圆形,中心装一根五厘米粗的镀锌管作为主轴。
十二片叶片,用两毫米厚的铁皮裁剪成弧形,边缘卷边增加强度。叶片用螺栓固定在框架上,每一片的角度保持一致。
林奕用角尺和量角器一块一块地调。赵宏伟坐在旁边指导,但全程没动手。
支架是张大强用槽钢和角钢焊的,像一个“A”字形的架子,底部插入河底的碎石里,顶部用钢丝绳拉到河岸的树上固定。
水轮的轴是一根铁管,直径五厘米,穿过铁圈的中心,两端用轴承座固定在一个钢结构的支架上。
水轮通过葫芦吊装到支架上,主轴放进轴承座。
林奕和史立涛各站一边,用手转动水轮,确认转动顺畅,没有卡顿。
“转起来还行。”史立涛说:“轻微偏重,但问题不大。”
然后是齿轮增速机构。
大齿轮装在水轮主轴上,小齿轮装在中间轴上。用自行车链轮连接。二级增速也同样是这个构造。
“链传动比齿轮传动简单,但链条可能会松。”赵宏伟在车间里的时候说过:“你们要做一个张紧轮,防止链条打滑。”
史立涛用一块铁皮和一个小轴承做了一个张紧轮,装在链条的松边,用弹簧拉住。
发电机就是说的那个拆车件,十二伏直流发电机,额定功率五百瓦。赵宏伟帮忙检查了一下碳刷和整流子,还能用,换了一对碳刷,清理了整流子上的积碳。
整流器和控制器是林奕做的,用四个二极管搭了一个桥式整流电路。控制器是一个简单的稳压电路,用Lm7812稳压芯片,把电压稳定在十二伏,然后接到蓄电池上。