Ветровая «Ромашка», ветронасос и другие ветро-агрегаты (чертежи, схемы, инструкции и видео)
Водоснабжение - острая проблема для многих начинающих членов садово-огородных кооперативов, владельцев приусадебных участков.
Подать воду из местных источников с помощью бензо- или электронасосов удается далеко не везде, испытанный же временем стародавний способ - колодец да бадья - тяжел и малопроизводителен. Ведь для садового участка площадью 0,01 га в летнее время требуется около 2-3 м3 воды в сутки.
Вот почему читательская почта все чаще обращается к практике использования энергии ветра: в ряде районов страны и за рубежом хорошо зарекомендовали себя ветромеханические водоподъемные агрегаты, многие из которых сконструированы и изготовлены самодеятельными авторами. К сожалению, нередко такие конструкции выполнены на примитивном уровне, что объясняется почти полным отсутствием массовой литературы по проектированию и изготовлению современных ветроустановок.
Сегодня мы решили познакомить читателей с устройством бытового ветромеханического агрегата «Ромашка», разработанного в Научно-производственном объединении «Ветроэн». По технико-экономическим показателям «Ромашка» принадлежит к числу современных отечественных устройств данного класса и превосходит по ряду параметров зарубежные образцы. Она проста конструктивно, не содержит дефицитных узлов и деталей, безопасна в работе, удобна и неприхотлива в эксплуатации.
Все это позволяет рекомендовать «Ромашку» для самостоятельного изготовления.
Установка «Ромашка» предназначена для подъема воды из любых водоисточников (скважины, колодца, открытого водоема и т. д.) с глубиной залегания воды до 8 м и может использоваться как на стационарных участках, так и на летних пастбищах.
Ветроагрегат рассчитан на применение в районах с умеренным климатом и среднегодовыми скоростями ветра не менее 3 м/с - это европейская часть СССР, Западная Сибирь, Казахстан, Средняя Азия, Закавказье, Алтай. Достоинство установки - автономность: постоянного присутствия или какого-либо вмешательства во время ее работы не требуется.
«Ромашка» (рис. 1) - ветродвигатель, в опоре стойки которого смонтирован насос. Трубчатая стойка крепится с помощью шести проволочных растяжек и трех забивных анкеров.
Ветродвигатель (рис. 2) - многолопастный, тихоходный. Его двух- или трехсекционная стойка может быть высотой 4 или 6 м. В верхней части расположена головка с 12-лопастным ветроколесом, имеющим три степени свободы. При изменении направления ветра оно автоматически самоустанавливается с подветренной стороны опоры благодаря повороту головки. Для эффективного самоустанова ветрового колеса и стабилизации его в ветровом потоке, а также для разгрузки от изгибающего момента оси лопастей наклонены к оси ветроколеса и составляют с ней угол в 75°.
Чтобы уменьшить лобовое давление воздушного потока и устранить влияние гироскопических сил при резких боковых порывах ветра, ветроколесо закреплено на коромысле, способном поворачиваться относительно горизонтальной оси, перпендикулярной оси вращения и пересекающейся с осью опоры. Таким образом, под действием сильного ветра колесо как бы «всплывает» в воздушном потоке. При этом момент от сил лобового давления на лопасти (относительно горизонтальной оси поворота коромысла) уравновешивается весовым моментом, равным 0,2-0,3 кГм, этим обеспечивается начало отклонения ветроколеса от исходного положения при скорости ветра 5-6 м/с. Для компенсации части веса колеса коромысло с наветренной стороны оборудовано грузом-противовесом, в отверстие которого вставлена проволочная петля. Последняя служит для остановки ветроагрегата: достаточно легким шестом с крюком на конце, зацепив его за петлю, перевести ось колеса в вертикальное положение.
Механизм передачи усилия от ветроколеса к насосу - кулачково-рычажный, с вертикальной тягой, движущейся возвратно-поступательно. Тяга проходит внутри опоры ветродвигателя в антифрикционных направляющих. На одном конце двуплечего рычага, закрепленного на оси между щек коромысла, имеется ролик (шарикоподшипник). Он взаимодействует с внутренней боковой поверхностью тарелки, эксцентрично закрепленной на ступице ветроколеса. При вращении лопастей ролик, обкатываясь по тарелке, сообщает рычагу колебательное движение. Другой конец рычага через шарнир и вертлюг соединен с вертикальной тягой. Ось подвески вертлюга (шарнир) при среднем положении рычага совпадает с горизонтальной осью поворота коромысла. Таким образом исключается влияние действующих в механизме передачи сил на положение ветроколеса и коромысла в ветровом потоке.
Так как ось поворота рычага находится ниже оси поворота коромысла, амплитуда вертикальных перемещений тяги насоса возрастает при увеличении скорости ветра и отклонении коромысла с ветроколесом. Этим обеспечивается увеличение производительности насоса, оптимальное использование мощности ветроколеса при различных скоростях ветра и повышение КПД агрегата.
Лопасть (рис. 3) представляет собой лопатку с приклепанным к ней стальным термообработанным стержнем. Лопатка - трапециевидная в плане, отштампована из дюралюминиевого листа марки Д16 или Мгб толщиной 1,2 мм; профиль - дужка постоянного радиуса. Для жесткости выполнен Т-образный зиг. Ось стержня проходит параллельно передней кромке, чем достигается геометрическая крутка лопасти 18°. Наклонная лыска на конце стержня обеспечивает одинаковое угловое положение лопастей в ступице ветроколеса (угол установки равен 23° на конце и 45° у комля), лыска способствует самозатяжке лопасти центробежными силами при ослаблении крепежных болтов (тем не менее болты после затяжки необходимо попарно контрить проволокой или отгибными шайбами). Масса отдельной лопасти - не более 400 г, а разность масс не должна превышать 5-10 г. Дисбаланс ветроколеса относительно оси вращения - не более 2,5 Гм.
Насос (рис. 4) - самовсасывающий, с горизонтальной проточной резиновой диафрагмой, имеет три полости. Приемная полость соединена с всасывающим рукавом, поддиафрагменная сообщается с приемной через шесть отверстий, перекрытых всасывающим клапаном, наддиафрагменная полость снизу соединяется с поддиафрагменной также шестью отверстиями, перекрытыми нагнетательным клапаном, а сверху - со сливным шлангом и с полостью опоры ветродвигателя. Последнее «спасает» ветроагрегат от поломки при случайных пережатиях сливного шланга.
Диафрагма по периферии зажата между верхним и нижним корпусами насоса шестью болтами, а по центру - между верхней и нижней тарелками с отверстиями - тремя винтами. В верхнюю тарелку запрессована ось насоса, в которую ввинчивается тяга ветродвигателя. На оси выполнена проточка, па нее надет пластинчатый нагнетательный клапан. Возвратная пружина с усилием от 5 до 10 кг через верхнюю тарелку поджимает диафрагму, обеспечивая ее возврат и силовое замыкание механизма передачи ветродвигателя.
Всасывающий рукав - полиэтиленовая (полипропиленовая) труба длиной 10... 30 м с внутренним диам. 20 мм и толщиной стенки 2 мм, что позволяет избежать его сжатия атмосферным давлением при разрежении в насосе.
Конец рукава снабжен приемным сетчатым фильтром с ячейками 1-1,5 мм. Чтобы предотвратить обильное газовыделение из воды (кавитацию) при больших глубинах всасывания, приемная полость насоса снабжена компенсирующей камерой (кольцевая проточка в нижнем корпусе). Поддиафрагменная полость насоса выполнена с возможно меньшим свободным объемом, что позволяет увеличить степень разрежения и вести всасывание с глубины до 8,5 м. Продольный шлицевый паз шириной и глубиной 2-3 мм на нижней тарелке со стороны клапана предотвращает срыв клапана при малых зазорах между всасывающим клапаном и нижней тарелкой диафрагмы.
Все части насоса, работающие в воде, следует тщательно защитить от коррозии. Наружные поверхности серийных ветроагрегатов покрывают грунтовкой ФЛ-ОЗК и окрашивают эмалью ПШ-115 в белый или светло-серый цвет, а концы лопастей, крышку ступицы, груз-противовес, соединительные муфты опоры и насос - в красный цвет. Трущиеся поверхности и подшипники необходимо смазать (ЦИАТИМ 201 или ЛИТОЛ).
«Ромашка» предназначена для эксплуатации в теплое время года при температуре воздуха не ниже плюс 1°. Перед наступлением заморозков ее необходимо остановить, переведя ветроколесо в положение «останов». На зиму же, чтобы увеличить сроки службы диафрагмы, ветроагрегат целесообразно разобрать, просушить и хранить в помещении.
«Ромашка» монтируется силами двух-трех человек на открытом для ветра месте так, чтобы расстояние от ветроколеса до ближайшего препятствия (деревьев, строений и т. п.) составляло не менее 25-50 м. Удаление от водоисточника зависит от длины всасывающего рукава и высоты подъема воды, но не должно превышать 15-20 м. Верхнюю точку всасывающего рукава следует располагать по возможности ниже. При высоком оголовке колодца (скважины) рукав выводится через отверстие в боковой стенке оголовка, проделанное в 150-200 мм от поверхности земли.
Устанавливают ветроагрегат на плотный утрамбованный грунт или твердую площадку, подставку. Анкера забиваются не ближе чем в 2,5-3 м от стойки ветроагрегата, равномерно по окружности, на глубину 400-800 мм. На слабом грунте (песок, торф) вместо анкеров целесообразнее применять закопанные на глубину 500-1000 мм якоря - пластины площадью не менее 0,06 м2.
Перед подъемом ветроагрегата растяжки предварительно цепляются за фланцы опоры и за отверстия в забитых анкерах, затем стойка с ветроколесом поднимается в вертикальное положение, при этом нижняя часть опоры (насос) подводится в центр площадки. Остается выбрать слабину растяжек и окончательно их закрепить. Натяжение верхнего яруса растяжек обеспечивается дозабивкой анкеров; нижний - страховочный ярус может слегка провисать.
Перед первым запуском следует залить в насос через сливной шланг 1 - 2 л воды - смочить и герметизировать клапаны насоса. При силе ветра 2,5 - 3 м/с через несколько минут после пуска агрегат начнет подавать воду.
Во время работы установки может возникнуть стук в кулачково-рычажном механизме, иногда затруднен запуск ветроколеса. Эти помехи устраняются регулировкой длины тяги ветродвигателя: навинчиванием (или свинчиванием) вертлюга на верхний резьбовой конец тяги.
Регулировку необходимо выполнить до подъема ветроагрегата, причем диафрагма насоса не должна доходить до крайнего нижнего положения на 2-3 мм при отклонении коромысла с ветроколесом на 45° от исходного положения. После регулировки тягу надо надежно законтрить, чтобы предотвратить самоотвинчивание.
Для гарантированного водообеспечения ветроагрегат эксплуатируется с водонакопителем - емкостью объемом 1,5-2 м3. Ее рекомендуется устанавливать не далее, чем в 10 м от насоса. На случай переполнения емкости следует предусмотреть специальный сливной патрубок или шланг.
Характеристики ветроагрегата, полученные на испытаниях при высоте всасывания 8 м и общей высоте подъема воды до 10 м, приведены на диаграммах (рис. 5 и 6). Максимальная скорость ветра при испытаниях составила 40 м/с.
Опыт годичной эксплуатации ветроагрегатов «Ромашка» показал их надежность, простоту и удобство обслуживания.
С. НИКОНОВ, главный конструктор проекта, НПО «Ветроэн»
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Производительность (при скорости ветра 5 м/с и общей высоте подъема воды 10 м), л/ч: 300
Максимальная глубина всасывания воды, м: 8,0
Минимальная рабочая скорость ветра, м/с: 2,5
Максимальная скорость ветра, м/с: 40
Максимальная высота нагнетания воды, м: 3,5 (5, 5)
Диаметр ветроколеса, м: 1,2
Число лопастей ветроколеса, шт: 12
Максимальный коэффициент использования энергии ветра: 0,36
Максимальный КПД ветроагрегата : 0,22
Номинальная быстроходность ветроколеса (отношение окружной скорости лопасти и скорости ветра: 1,1
Максимальные обороты ветроколеса на холостом ходу, об/мин., не более: 250
Высота ветроагрегата до оси ветроколеса, м: 4 (6)
Длина всасывающего рукава, м: не более 30
Масса ветроагрегата с комплектом анкеров и растяжек при высоте 4 м, кг: не более 37
Рис. 1. Ветроагрегатрегат «Ромашка» для подъема воды (А - рабочее положение, Б - останов): 1 - трубчатая стойка, 2 - опорная часть с насосом, 3 - растяжки, 4 - анкер, 5 - ветродвигатель.
Рис. 2. Устройство ветродвигателя: 1 - стержень с лопастью, 2 - ступица (АМг-6), 3 - болт М6, 4, 5 - упорные кольца, 6 - втулка (Ст. 45), 7 - крышка (АМг-6), 8 - подшипник № 60205, 9 - винт Мб (6 шт.), 10 - тарелка (Ст. 20), 11 - ось 0 30 мм (Ст, 20), 12 - буфер (резина диам. 20 мм), 13 - фланец (Ст. 3), 14 - труба L 1830 мм, 15 - муфта, 16 - втулка (полиамид, фторопласт, 2 шт.), 17 - муфта (Ст. 20), 18 - труба L 2000 мм, 19 - тяга (Ст. 20 диам. 6 мм), 20 - ось (Ст. 20), 21, 22 - упорные кольца, 23 - подшипник № 1000908, 24 - труба (Ст. 3), 25 - упорное кольцо, 26 - корпус (Ст. 20), 27 - вертлюг (Ст. 45), 28 - гайка (Ст. 45), 29 - кольцо (проволока диам. 1,6 мм), 30 - велосипедный подшипник, 31 - шарик диам. 10 мм, 32 - скоба (Ст. 20 диам. 6 мм), 33 - труба L 420 мм, 34 - груз, 35 - рычаг (Ст. 3), 36 - втулка (Ст.20), 37 - ось диам. 16 мм (Ст. 20), 38 - шайба (Ст. 20), 39 - болт М12 (Ст. 20), 40 - подшипник № 60201, 41 - втулка (БрАЖ-9-4), 42 - втулка (БрАЖ-9-4), 43 - полуось (Ст. 45), 44 - гайка М10, 45 - пружинная шайба (12 шт.), 46 - кольцо (Ст. 20), 47 - корпус вертлюга (Ст. 20), 48 - кольцо (Ст. 45), 49 - втулка (БрАЖ-9-4), 50 - шпилька М10 (Ст. 20), 51, 54 - щеки (Ст. 3), 52 - шпилька М10 (Ст. 20), 53 - ось (Ст. 20).
Рис. 3. Лопасть ветродвигателя: 1 - лопатка (АМг-6), 2 - стержень (Ст. 45 диам. 10 мм), 3 - заклепка, 4 - шайба.
Рис. 4. Насос: 1 - пробка, 2 - сетка, 3 - кольцо, 4 - всасывающий рукав, 5 - ниппели, 6 - диафрагма, 7 - корпус (АМг-6), 8 - всасывающий клапан, 9 - винт М5, 10 - гайка М5, 11, 14 - пружинные шайбы, 12 - болт Мб (6 шт.), 13 - гайка М6, 15 - днище (Ст. 3), 16 - прокладка, 17 - • кольцо (Ст. 3), 18 - тарелка (Ст. 20), 19 - нагнетательный клапан, 20 - пружина, 21 - конус (Ст. 3), 22 - кольцо (Ст. 3), 23 - ось (Ст. 20), 24 - кольцо (Ст. 3), 25 - поливной шланг.
Источник: "Моделист-Конструктор" 1988, №4
В институте EPRI и на фирме «WindPower» (Ливермор, штат Калифорния) создали прототип ветровой энерготурбины переменной частоты вращения мощностью 300 кВт. Конструкция лопастей и внедрение электронной системы управления обеспечивают вращение ротора с оптимальной частотой в широком диапазоне скоростей ветра. Кроме того, установка отличается пониженным накоплением усталостных напряжений в материалах и невысокой стоимостью эксплуатации. Дальнейшее совершенствование аэродинамических и электронных компонентов ветроэнергоустановок, как полагают в Министерстве энергетики США, позволит в ближайшие 20 лет уменьшить стоимость вырабатываемой ими электроэнергии до 3,5 центов/кВт-ч с умеренными ветровыми ресурсами. С экономической точки зрения наиболее выгодно подключать ветроустановки к энергосистемам в периоды пиковых нагрузок (в Алтамаунт-Пасс и Солано, штат Калифорния на их долю приходится 50 % энергии пиковых нагрузок).
12-лопастной ветроагрегат с понижающим редуктором
«Лишь бы ветер дул»
Я всегда хотел построить ветряк, чтобы его энергию использовать для обогрева дома, работы сельскохозяйственных механизмов, бытовых электроприборов и инструментов.
Изучил литературу, сконструировал на свой лад 12-лопастный агрегат с понижающим редуктором наверху. Многолопастные агрегаты тихоходные, но я специально сделал 12 лопастей, рассуждая так: сниму через одну лопасти, будет 6-лопастный агрегат, могу его сделать 4-лопастным или даже 2-лопастным - самым скоростным (рис. 1).
Лопасти вырезал из дюралюминия толщиной 6 мм, длиной 650, шириной в верхней части 390, нижней 57 мм. Зажал в тиски и развернул на одинаковый угол (от угла атаки зависит чувствительность к ветру и мощность). Сверлил их на кондукторе, чтобы были взаимозаменяемыми. Вес каждой подгонял на весах.
Нашел железный барабан от какого-то агрегата. Отверстие на нем со шпоночной канавкой подходило для вала диаметром 30 мм. Разделил барабан на 12 частей. На гибочном станке из труб внутренним диаметром 15 мм согнул 12 стволов, отрезал их на равные уголки. Приварил по меткам к барабану. Для прочности соединил дополнительно между собой сваркой. Сверху положил металлическое кольцо и все уголки соединил в нем сваркой.
Для крепления лопастей взял металлический прут диаметром 20 мм. Нарезал 12 кусков по 200 мм. Один конец проточил для плотной посадки на уголки из труб. На фрезерном станке все 12 кусков обработал для плотного крепления лопастей. В стержнях просверлил по 2 отверстия, нарезал резьбу. Стержни прикрепил к лопастям. Барабан положил на ровное место, вставил стержни расточенными концами в уголки труб и приварил все лопасти. Ветроколесо готово (рис. 2).
Редуктор тоже самодельный. Сварил железную коробку 150х150х150 мм со съемной крышкой. Спереди приварил трубу, сделал в ней гнезда и закрепил 2 подшипника № 306 для вала лопастей. Наружный подшипник желательно брать с одной закрытой стороной. На конце вала в коробке посадил угловую шестерню с 11 зубьями от сателлитов заднего моста автомашины ГАЗ-51. На другом конце вала я сделал то же самое, но угловую шестерню взял с 20 зубьями. Получил редуктор с прямой угловой передачей и коэффициентом уменьшения 1,8. Редуктор заполнил солидолом и крышку закрепил болтами.
К корпусу редуктора приварил 4 отрезка трубы длиной 770 мм, внутренним диаметром 15 мм. На эту своеобразную раму прикрепил "хвост" (дюраль 1000х1000х2 мм), чтобы ветряк постоянно поворачивался на ветер. Ветряк ведь как флюгер, всегда показывает наличие и направление ветра.
Поворотная опора - это отрезок трубы диаметром 82 мм. Внутри - два подшипника № 307. К нижнему концу опоры приварен фланец. Основание ветряка изготовлено так, что его можно поставить на треногу из труб диаметром 76 мм.
Устанавливают стойку, на конец которой приварена пята. В яму насыпают речной песок толщиной 2 м и сильно трамбуют. Стойку ставят в яму (глубина 1,2 м) и бетонируют. Чтобы она была устойчивой и не качалась, ее закрепляют 4 растяжками. К стойке приварена лестница. Ветряк располагают высоко, где больше скорость ветра.
Для установки генератора с одной стороны стойки приварена рама из уголков, с другой 2 угольника, забитых в землю. Генератор закреплен шарнирно для регулирования натяжения ремня.
Выше генератора закреплен угловой редуктор. На выходной вал его и генератора посажен 3-ручьевый шкив разного диаметра.
В домашних условиях при изготовлении ветряка проще использовать электросхему автомобиля или трактора, только достаточно мощных. К тому же заимствовать узлы следует комплектно: генератор, реле-регулятор, аккумулятор.
Автор: Самойлов В, Республика Чувашия.
ВЕТРОНАСОС
Ветряк - механический насос (ещё его называют ветряная водоподъёмная установка, ветряная водокачка) для подъёма воды в местах, где отсутствует электроэнергия. Позволяет поднимать воду с глубины до 40 м. Простое обслуживание, надёжность работы и невысокая стоимость ветронасоса делают его незаменимым в отдалённых степных районах. Безводная степь становится зелёным оазисом при небольших затратах и при наличии ветра.
Производятся три основных модификации ветровых насосов по глубине подъёма воды: 10 м, 20 м, 40 м.
Ветронасос с глубиной подъёма 10 метров оснащён мембранным насосом, 20 и 40 метров - поршневым погружным насосом.
Мы осуществляем производство, продажу, доставку и установку ветронасосов.
Ознакомиться с подробной инструкцией по монтажу и эксплуатации ветронасоса можно ЗДЕСЬ (4 Мб)
Ветронасос механический "Водолей"
"Водолей" предназначен для подъёма воды из водоисточников с глубиной залегания воды до 8 м. Может использоваться в индивидуальных хозяйствах, садово-огородных кооперативах, на дачных участках.
Ветронасос рекомендуется применять в районах с умеренным климатом и среднегодовыми скоростями ветра 3,5...8 м/с. Подъём воды может осуществляться при температуре окружающего воздуха не ниже +1 град. C.
Ветронасос снабжён устройством ручного включения и выключения насоса, системой защиты ветроколеса при буревых скоростях ветра.
Технические характеристики:
производительность при скорости ветра 5 м/с
и общей высоте подъёма воды 10 м - 300 л/ч
максимальная глубина всасывания воды - 8 м
диапазон рабочих скоростей скоростей ветра - 3...25 м/с
диаметр ветроколеса - 1,2 м
высота до оси вращения ветроколеса - 4 м
масса - 42 кг
Видео материалы по теме
