农村用的小型水力发电站

随着我国农业合作化的飞速发展，愈来愈多的地方需要建立收音站或播音站。目前，我国大多数农村还没有供电设备。用小型汽油、柴油机发电要大量消耗油料，既不经济，维护也有困难。但是我国的河流很多，根据苏联的先进经验，在农村中进行无线电化工作中，可以利用各种各样的农村可廉价得到的动力。这里介绍一种苏联农村用的小型水力发电机。这种发电机用不着水坝，只消用一些木料做成一个水涡轮，迎着河水放在河里，水涡轮一旋转，便能带动发电机发电。

图1甲和乙就是一个小型水力发电站。它的水涡轮的构造很简单，共分成三段，每段只有两个桨叶子。每个桨叶子是一个半圆形的凹槽，两个桨叶子合起来就成了一个圆筒子，顺着这个圆筒子的直径的方向把它们拉开，留下三分之一合在一起，就成了一段水涡轮。它的样子如图2。第一段水涡轮的两个桨叶子和第二段的两个桨叶子在位置上相差120°，而第二段的两个桨叶子又和第三段的桨叶子差120°。水涡轮的转轴垂直于水流的方向，平放在木撑架子上的轴承里。如果河很深，木撑架子可以装在木排上（图3）；河不深，木撑架子就装在插进河底的木桩上（图1）。

每段水涡轮正迎着水流的桨叶子，先受到水流的冲击。冲进桨叶子的水流过两桨叶子的内孔道（图4）而进入第二个桨叶子，从它的凹面流出时又推动了第二个桨叶子。水涡轮每转60°就有其中一个桨叶子受到水流的正面冲击，所以就不会出现死点，能够继续不断的旋转。在水涡轮靠岸的一头装有一个圆板，它的边缘上，刻有一条凹槽，凹槽里放一根三角皮带，和发电机的皮带轮相连。水涡轮一旋转，发电机就跟着旋转。发出来的电流可以沿着导线送到收音站或播音站。水的流速愈高，发电机所能发出的电功率就愈大。

我们看图2每段水涡轮的两头，有像半个圆筒的两个底似的东西，那是桨叶子的“盖板”；把水涡轮隔成三段的圆木板是“隔板”；还有钉在盖板上做成桨叶子曲面的板条，我们叫做“铺板”。

水涡轮的大小和需要发出多大的电功率有关系。拿300瓦的发电站来做例子，那么隔板的直径应当是600公厘。每块隔板是用八块同样大小的薄圆板叠成的，总共需要32块薄圆板。在每块薄圆板的中心要钻—个和转轴大小相适合的洞眼。桨叶子的盖板的半径应当是178公厘，厚度应当是40公厘。在离盖板圆心112公厘处，要凿一个可以通过转轴的半圆形小槽。为了减小水流涌进桨叶子时的阻力，盖板受水流冲击的边缘应削成45°的斜面。桨叶子的铺板是一些长665公厘、宽90公厘的木条，六条铺板可以钉成一个桨叶子，总共需要36条。装配时应按照相邻两段桨叶子相互成120°的原则，先把盖板钉在隔板上，盖板上的凹槽对齐隔板的洞眼，再把铺板钉在两块盖板的半圆形边缘上。为了不让铺板间有渗水的隙缝，可用齐口缝镶合木板的方法来做。这样三段水涡轮便装成了。在水涡轮两头的圆板上各装上一个轴衬管（图2和图4），然后把一根直径35—50公厘、长2.5公尺的铁轴穿过涡轮的中心，用I形销钉把轴衬管和转轴销住，再水平地放在临时的支架上试验整个结构是否平衡。在水涡轮上做一个记号，用手拨动，如果水涡轮在任何一个位置上都转回到原先的位置，一定是桨叶子有轻重，或者装得不对称。这种水涡轮在旋转时将会跳动，但可试钉些铁条在圆板上来改进水涡轮的平衡。

水涡轮木撑架子有两种，浅河里（水深约1公尺）用的是木桩式，深河里用的是木排式。木桩式的木桩（图1），至少钉入河底1公尺。假如河水流速高于1公尺／秒，那么还要插得深些。两个木桩之间的距离大约2.6公尺。每一根木桩还用一根撑棒撑在河的下流。撑棒和木桩之间用П形钉钉住。撑棒的下端钉上一段横放的圆木，以防止撑棒陷入河泥里，失去支撑的作用。横圆木埋在河底里的深度，至少要有半公尺。为了防止水涡轮被漂浮在水上的物件堵塞，在河的上流离水涡轮2－3公尺处，最好插上栅栏。

木排式的浮排（图3），是用粗圆木钉成的。靠近河岸的一组浮排由5根粗250公厘的圆木编成，另一组由4根圆木编成。两组浮排之间相隔2.4公尺，它们之间用六根厚80公厘、宽250公厘的木条联在一起。其中两根各长4.85公尺，钉成斜的；其余四根各长4.65公尺，钉在两组浮排的中间（图5）。

木排式的木撑架子（图3）是用四根厚80公厘、宽250公厘、长2.1公尺的木柱（1）做成的，每两根相隔0.5公尺钉在一组浮排上。在每两根木柱上，用螺栓水平地钉上两个长1.1公尺的条木（2），一个在上，一个在下。下面那个条木就用来装水涡轮的轴承。每个条木的横截面为280×80公厘。两对木柱之间，用两根截面为250×80公厘、长2.85公尺的木条子（3）钉起来。为了牢固起见，另外再用四根长3公尺、宽250公厘的木条（4）交叉地钉在两对木柱上。

为了把木排固定在正对河水流动的方向，我们把r形铁链分叉的两端分别凿在两组木排的甲点（图5），铁链的另一端固定在插进河底里的木桩上。另外再用一棵铁链缚在靠岸一组木排的乙点（图5），另一端固定在河岸上。这样，木排就被固定下来了。

木椿式水涡轮的木椿上，要铺上木板，两边还装上木栏杆，好像一座桥。水涡轮一头的圆板上，有一条装三角皮带用的凹槽。水涡轮的转动就靠了三角皮带传给发电机。发电机就放在水涡轮上面的木板上，它的皮带轮应该恰好就在凹槽的上面。为了保护发电机，在木板上可搭一个小棚，以防日晒雨淋。在浮桥的栏杆上，还要装上一根木杆。从发电机接出来的电线，先绕在木杆上的绝缘子上，然后再接到河岸上的电线杆。

木排式的水涡轮，发电机直接放在浮排上就行了。为了防止水浸，最好在浮排上搭一个放发电机的架子，至少使发电机高出水面半公尺。

当河水流速为1公尺／秒时，这种水涡轮大约每分钟能转32转。假使我们所用的是每分钟750转的慢速发电机，那么它们之间的速度比是1比24。这就是说，当水涡轮的圆板的直径为600公厘时，发电机的皮带轮的直径就应该是25公厘。（假使我们只有每分钟1500转或3000转的快速发电机，就必须用中间传动装置。）

上面所谈的水涡轮，是按照输出功率为300瓦设计的。要想获得其它功率，可按下列的公式来计算：

功率（单位千瓦）=0.25×桨叶子的面积（平方公尺）×水的流速\(^{3}\)（公尺／秒）。

例如我们想获得300瓦（0.3千瓦）的功率，而河水的流速为1公尺／秒，那么，桨叶子的面积=0.30.25=1.2公尺\(^{2}\)。

如果桨叶子宽0.6公尺，它的长度就应当是1.21.6=2公尺。

水涡轮圆板的直径D是最基本的尺寸，其它尺寸都是根据它来计算的。桨叶子的内孔道宽度（图4）e=\(\frac{25}{100}\)D；桨叶子的宽度b=62.5;100D。假使圆板的直径D=600公厘，那么e=150公厘，b=62.5100×600=375公厘。

照本文所介绍的方法制做水涡轮，河水的流速和发电的功率之间的关系如下表所示：

（朱邦俊根据苏联“无线电”杂志1949年第10期小功率水力发电站编写）