Ветроагрегат Ромашка для подъема воды

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.

Технические характеристики

Рис. 1. Ветроагрегат “Ромашка” для подъема воды (А – рабочее положение, Б – останов) (нажмите для увеличения): 1 – трубчатая стойка, 2 – опорная часть с насосом, 3 – растяжки, 4 – анкер, 5 – ветродвигатель

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 самоустановления 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°.

Рис. 2. Устройство ветродвигателя (нажмите для увеличения): 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 М6 (6 шт.), 10 – тарелка (Ст. 20), 11- ось Ø 30 мм (Ст. 20), 12 – буфер (резина Ø 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 Ø 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 Ø 1,6 мм), 30 – велосипедный подшипник, 31 – шарик Ø 10 мм, 32 – скоба (Ст. 20 Ø 6 мм), 33 – труба L 420 мм, 34 – груз, 35 – рычаг (Ст. 3), 36 – втулка (Ст. 20), 37 – ось Ø 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)

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 Мг6 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.

Рис. 3. Лопасть ветродвигателя (нажмите для увеличения): 1 – лопатка (АМг-6), 2 – стержень (Ст. 45 Ø 10 мм), 3 – заклепка, 4 – шайба

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.

Рис. 4. Насос (нажмите для увеличения): 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 М6 (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

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, на 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 O 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 ст коррозии. Наружные поверхности серийных ветроагрегатов покрывают грунтовкой ФЛ-ОЗК и окрашивают эмалью ПФ-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.

Рис. 5. Зависимость производительности ветроагрегата “Ромашка” от скорости ветра

Рис. 6. Среднесуточная производительность ветроагрегата “Ромашка” для районов с различными среднегодовыми скоростями ветра

Опыт годичной эксплуатаций ветроагрегатов “Ромашка” показал их надежность, простоту и удобство обслуживания.

Автор: С.Никонов

---