На дачном участке или в загородном доме не всегда имеется подключение к магистральному водопроводу. Постоянные походы к колонке — утомительное занятие, требующее каких-то решений. Одно и них, распространенное и наиболее популярное у пользователей, это бурение скважины до водоносного горизонта и последующий забор воды из нее. Для этого обычно используются погружные насосы с питанием от сети 220 В. Но как быть тем, у кого на участке нет электроэнергии?
Решение вопроса существует, хотя и требует некоторых усилий. Это — использование ветряка для привода насоса, для чего не нужны ни электроэнергия, ни бензин ни любые другие виды топлива. Все происходит чисто механическими средствами, что делает способ простым и доступным каждому.
Как качать воду без электричества?
Механических способов перекачки воды известно достаточно много. Еще в древности использовалась система с чашками, укрепленным на бесконечной цепи, которые зачерпывали воду, поднимались вверх, опрокидываясь, выливали ее в емкость, опускались вниз и вновь зачерпывали ее и т.д. Такая система проста и очень надежна, она до сих пор используется в горнодобывающей отрасли для подъема руды через грузовые стволы.
Имеются и другие способы, схожие с этим, когда используются пластиковые бутылки или иные емкости. Но все они хороши при необходимости перекачки воды из открытого водоема в большую емкость, расположенную уровнем выше. Для скважин этот способ не подойдет.
Для подъема воды из скважины используется насос, приводимый в движение кривошипным механизмом, который, в свою очередь, вращается при помощи ветряка. Система на первый взгляд сложная, но на практике она вполне реализуема и не требует чрезмерных затрат (в ряде случаев затрат вообще не происходит). Конструкция насоса может быть разной, от классической трубы с поршнем и двух обратных клапанов, до бензонасоса от автомобиля или иного готового устройства. При этом, надо иметь в виду следующие особенности:
- для нормальной работы насоса на штоке должно быть определенное усилие
- мощность ветряка ограничена скоростью ветра, его размерами и весом. Чем больше его лопасти и прочие узлы, тем большее усилие он способен развить, и тем большая у него будет инерция покоя. При слабых ветрах такой ветряк не запустится, а сильные ветра бывают не часто
- глубина скважины играет большую роль — подъем воды с больших глубин требует большой мощности ветряка
Все эти обстоятельства вынуждают выбирать «золотую середину», находить оптимальное сочетание производительности насоса и размеров ветряка. Пользователи, изготовившие сначала мощный насос с большим ветряком, довольно скоро задумываются о создании конструкции поменьше. По их собственному утверждению, качать много воды при сильном ветре хорошо, но лучше иметь возможность качать ее помедленнее, но при любом, даже слабом ветерке.
Комбинации
Тяскер
Основная статья: Тяскер
В
Тяскер
в Нидерланды, то Тяскер
дренажная мельница с общие паруса подключен к Архимедов винт. Он используется для откачки воды в областях, где требуется лишь небольшой подъемник. Маховик установлен на штатив, что позволяет ему поворачиваться. Архимедов винт поднимает воду в сборное кольцо, откуда она сбрасывается в канаву на более высоком уровне, осушая землю.[22]
Тайские ветряные туфли
В Таиланде ветряные насосы традиционно строятся по китайским конструкциям. Эти насосы сделаны из бамбуковых шестов с проволочными скобками, несущих паруса из ткани или бамбуковых циновок; лопастной насос или водяной насос закреплен на Тайский ротор с лопастями. В основном они используются в солонки где требуемый подъем воды обычно составляет менее одного метра.[23]
Как самостоятельно изготовить насос
Если готового и рабочего насоса не имеется, то приходится выходить из положения любыми доступными средствами. Обычно используется готовый, но не работающий насос от автомобиля (механический), переделывается компрессор, словом, используется любое мало-мальски пригодное устройство, которое имеется в наличии. Если не имеется ничего подходящего, придется собирать насос с нуля.
Простейшая конструкция насоса
Проще всего (и надежнее) использовать самую примитивную, а потому — безотказную конструкцию обычной помпы. Она представляет собой цилиндр, нижняя часть которого имеет перемычку со всасывающим патрубком и обратным клапаном. Внутри цилиндра вверх-вниз перемещается поршень, дно которого также оборудовано обратным клапаном. При движении поршня вверх во всасывающем патрубке создается разрежение, вследствие чего полость между дном и поршнем заполняется водой. Оба клапана при этом закрыты.
При последующем движении вниз поршень начинает перепускать через свой клапан воду вверх, а нижний клапан закрывается, препятствуя выходу воды вниз. При достижении водой определенного уровня, происходит излив через выходной патрубок, носик или иные отверстия.
От чего зависит качество работы насоса?
Качество работы такого насоса напрямую зависит от герметичности всех элементов. Если поршень движется достаточно плотно и не пропускает воду в зазор между стенками цилиндра и своим уплотнительным кольцом, то устройство способно поднимать воду на высоту до 8 м.
Для изготовления такого насоса потребуется гильза и поршень с уплотнительным кольцом. Вся хитрость заключается в том, что чем плотнее поршень, тем большее усилие потребуется для его работы, что потребует увеличения мощности ветряка. Этот путь тупиковый, так как тяжелый ветряк сдвинуть с места сможет лишь ветер ураганной силы, поэтому надо подбирать механику насоса так, чтобы не требовалось слишком большого усилия.
Кроме того, надо обратить серьезное внимание на работу обратных клапанов. Они должны срабатывать очень легко, без усилия, но перекрывать путь воде вполне надежно. Могут быть использованы обычные гравитационные клапана, или более надежные подпружиненные конструкции, не «залипающие» в открытом положении.
Качество обратных клапанов определяет работу насоса даже в большей степени, нежели плотность поршня.
Из чего можно сделать насос
Изготовить насос можно из различных материалов:
- металл
- пластик
Выбор не очень обширен, но в данном случае длинный список и не требуется. Металлический насос прочнее и надежнее, но для его изготовления потребуется иметь доступ к токарному оборудованию. Кроме того, материалом для изготовления деталей устройства должны стать металлы, не подверженные коррозии — нержавеющая сталь, дюралюминий или латунь. Это — первое и основное условие, соблюдение которого делает насос прочным и долговечным.
Использовать готовые трубы не рекомендуется, так как внутренний профиль не всегда имеет идеальную круглую форму, что грозит падением производительности насоса. Можно использовать подходящие по форме и размерам готовые детали от других устройств, если таковые найдутся.
Пластиковые насосы, собранные своими руками, не боятся коррозии. При этом, в зимнее время они становятся хрупкими и могут попросту лопнуть. Это обстоятельство надо иметь в виду и постараться до наступления холодов как-то решить проблему. Сборка насоса возможна своими руками без обращения в мастерскую или специализированную организацию, поскольку в качестве исходного материала обычно используются полипропиленовые водопроводные или канализационные трубы, имеющие различные комплектующие, точно подходящие к ним по размерам.
Для мастера остается только выбрать наиболее подходящие элементы, сделать гильзу и поршень, заглушкой перекрыть нижнюю часть гильзы и соединить ее с всасывающим патрубком. В качестве обратного клапана можно использовать обычную резину, прикрепленную с одного края к заглушке. При подъеме поршня вверх она приподнимется, пропуская воду, а при движении вниз — опустится и перекроет выход. Работоспособность такого насоса обычно несколько ниже, но, в целом, все зависит от аккуратности и качества изготовления.
использованная литература
- Лукас, Адам (2006), Ветер, вода, работа: древние и средневековые технологии фрезерования
, Brill Publishers, стр. 65, ISBN 90-04-14649-0 - Дональд Рутледж Хилл, «Машиностроение на Средневековом Ближнем Востоке», Scientific American
, Май 1991 г., стр. 64-69. (ср. Дональд Рутледж Хилл, Машиностроение) - История науки: сила, доказательство и страсть — EP4: Можем ли мы иметь неограниченную власть?
- Сартон, Джордж (1934). «Симон Стевин Брюгге (1548-1620)». Исида
.
21
(2): 241–303. Дои:10.1086/346851. - https://www.yachtmollymawk.com/2008/11/spanish-water-works/ Водоподъемные мельницы в Регион Мерсия, Испания
- ^ аб
«Краткая история ветряных мельниц в Новом Свете» - americanheritage.com
- fnal.gov
- Пол Джип, Энергия ветра достигает зрелости
, Джон Уайли и сыновья, 1995 ISBN 0-471-10924-X, страницы 123-127 - Водоподъемные устройства; согласование лопастных роторов с насосами
- https://www.vintagewindmillpartslist.com/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/butlerpictorial.pdf
- Калькулятор производительности веб-сайта ветряной мельницы Железного человека, получено 15 января 2011 г.
- Часто задаваемые вопросы на сайте Aermotor, получено 17 сентября 2008 г.
- https://www.windmill-parts.com/index.html
- Аргав, Н., «Возобновляемые источники энергии для перекачивания воды в сельских деревнях», 2003 г., Отчет NREL 30361, стр. 27
- Брайан Вик, Нолан Кларк «Сравнение производительности и экономичности механической ветряной мельницы с ветроэлектрической водонасосной системой», 1997, Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США, см. Рисунок 2.
- ^ аб
Хау, Эрих «Ветровые турбины», 2005, стр. 101, рис. 5-10 - ^ аб
Кларк, Нолан «Насос с регулируемым ходом для механических ветряных мельниц», 1990, Материалы AWEA - https://www.econologica.org
- https://www.youtube.com/watch?v=6zIj7LCtX0U
- ENA Yelkapan Technologies Ltd.
- «Виды ветряков». Odur. Получено 2008-05-24.
- Смолдерс, П. (Январь 1996 г.). «Ветровая перекачка воды: забытый вариант» (PDF). Энергия для устойчивого развития
.
11
(5). - Змеевиковый насос, часто используемый при строительстве ветряных насосов
Устройство ветряка
Конструкция ветряка, используемая для такого насоса, должна быть наиболее эффективной и чувствительной к относительно слабому ветру. Известны два основных типа ветряков:
- горизонтальные
- вертикальные
Более удачными конструкциями считаются горизонтальные, поскольку энергия потока ветра у них используется намного эффективнее, чем у вертикальных ветряков.
При этом, для создания горизонтальной конструкции требуется обеспечить свободное вращение всего узла вокруг вертикальной оси для самонаведения на ветер. Получается два подвижных элемента на одном узле, что усложняет конструкцию.
Вертикальные ветряки не нуждаются в наведении, поскольку направление ветра для них неважно, только скорость. При этом, поток одновременно воздействует на обе стороны лопастей, отчего эффективность вращения снижается. Существуют разные конструкции таких ветряков, созданные для увеличения эффективности:
- ротор Савониуса
- ротор Дарье
- ротор Ленца
- ортогональный ротор
- геликоидный ротор и т.д.
Изыскания в этой области ведутся постоянно, решением проблемы заняты многие инженеры, поэтому каждый год анонсируются новые варианты исполнения с большей эффективностью. Так, создана конструкция из нескольких лопастей, наполовину закрытая специальным кожухом, скрывающим обратные стороны лопастей от потока ветра.
Кожух свободно вращается вокруг вертикальной оси, но не связан с рабочим колесом. Он имеет стабилизатор наподобие хвоста самолета, регулирующий положение защиты при изменении направления ветра. Есть и другие конструкции, обладающие определенными преимуществами, но кардинальных успехов пока никому не удалось добиться.
Как самому сделать ветряк
Самостоятельное изготовление ветряка обычно происходит по схеме:
- выбор типа конструкции
- создание проекта (рабочего чертежа)
- приобретение или изыскание материалов
- сборка вращающегося вала
- установка на него лопастей
- создание мачты
- сборка и установка ветряка
Эти этапы условны, в каждом конкретном случае работы ведутся так, как это удобно для мастера, но придерживаться такой схемы является самым рациональным способом действий.
Оптимальным вариантом является горизонтальная конструкция, поэтому выбирать лучше именно ее. Для создания потребуется горизонтальный вал, лопасти, расходящиеся от центра наподобие крыльев мельницы, устройство для передачи вращения на кривошип. Обычно делают вращающееся рабочее колесо, установленное на поворотной платформе со стабилизатором, самонаводящееся на поток. Вращение передается зубчатой или цепной передачей, в зависимости от возможностей или доступности того или другого устройства.
Размеры лопастей должны обеспечивать начало вращения при относительно слабом ветре, обычно это 33-5 м/с, но есть образцы, стартующие при меньших скоростях потока. Например, ротор Онипко, по утверждениям изобретателя, начинает вращение при скорости 1,4 м/с, что очень привлекательно для регионов со спокойной атмосферой. Имеется также недавно появившийся ротор Третьякова, довольно сложная конструкция, улавливающая поток и организующая его так, что он полностью воздействует на рабочее колесо без потерь. Эти конструкции довольно сложны для самостоятельного изготовления, так как обладают массой криволинейных деталей специфической формы, что сложно повторить в домашних условиях.
Содержание
- 1 Использование по всему миру
- 2 строительство
- 3 Многолопастные ветряные насосы
- 4 Основные проблемы многолопастных ветряных насосов 4.1 Неэффективный ротор
- 4.2 Плохое согласование нагрузки
- 4.3 Циклическое изменение крутящего момента
- 5.1 Эксперименты Министерства сельского хозяйства США в Техасе
- 6.1 Тяскер
Особенности установки
Монтаж ветряка обычно производится на пригорке, неподалеку от дома, но так, чтобы никакие постройки не заслоняли ветер. В нашем случае монтаж производится над скважиной, что исключает выбор оптимального места. Привязка к скважине вынуждает мириться с возможным присутствием помех для ветра, или делать более высокую мачту, позволяющую поднять ветряк над преградой. Этот момент надо учитывать еще на стадии проектирования установки, чтобы сразу собирать мачту нужной высоты, исключая необходимость переделок или изменений конструкции.
Немного физики для тех, кто решил серьезно заняться проблемой водоснабжения
Работа погружного насоса основана на вращательных движениях кривошипного механизма. Запустить устройство в действие позволяет обычный ветрогенератор. Его эффективность доказана практическим опытом многих дачников, сумевших разобраться с нюансами механизма и самостоятельно сконструировать его. Действительно, несмотря на кажущуюся сложность, собрать ветронасос своими руками можно достаточно быстро и с минимальными затратами. Единственное условие — при выполнении расчетов и разработке чертежей важно учесть несколько моментов:
- Чем глубже скважина, тем больше энергии требуется для работы насоса, и тем мощнее должен быть новый ветрогенератор.
- Для стабильной работы погружного механизма ветряного насоса для воды на его штоке постоянно должно быть некоторое усилие. Иначе вода будет подаваться с перебоями.
- В конструкции ветряка необходимо учитывать силу ветра на участке. Чем крупнее модель устройства, тем больше ветровой энергии требуется для его запуска. При слабом ветре такой генератор будет находиться в покое. Зато крупный ветряк отличается высокой мощностью, в отличие от более компактных моделей.
Как показывает опыт, первоначальный выбор в пользу крупного ветрогенератора со временем заставляет подумать о приобретении или изготовлении устройства средних размеров. Некоторые потери мощности в данном случае компенсируются стабильной работой ветряка даже при небольшой скорости воздушного потока. Тем более что на большей части страны сильные ветра наблюдаются сравнительно нечасто.
Парусный ветрогенератор «Водокачка»
Еще одна интересная модель парусного ветрогенератора. В этой конструкции энергия сообщаемая ветром направлена на перекачку воды.
Материалы и детали, которые понадобились автору для создания этого механизма:
1) труба внутренним диаметром 30 мм 2) ткань брезентовая 3) деревянные черенки диаметром около 30 мм 4) полуось от классического ваза 5) ступица от автомобиля 6) болты и скобы 7) труба диаметром 250 мм 
подшипники 9) камера легкового автомобиля
Рассмотрим более подробно конструкцию как самого ветряка, так и насоса, в паре с которым он работает.
Из каких материалов можно собрать самодельные ветряные насосы для воды
Простота конструкции технических устройств в большинстве случаев означает их надежность. Ветряной насос для воды своими руками — не исключение. Модель в виде помпы не требует сложной сборки и гарантирует безотказную и продолжительную работу. Такая конструкция имеет форму цилиндра, нижняя часть которого соединена с обратным клапаном и всасывающим патрубком. Внутри цилиндра в вертикальном направлении двигается поршень. Разреженная среда, создаваемая при поднятии поршня, заполняется водой из скважины, которая затем поступает в дом по системе труб.
В перечне материалов для сборки ветряного насоса своими руками — пластик и металл. Каждый из вариантов имеет свои достоинства и отдельные недостатки:
- Металлическая конструкция прочнее и долговечнее. Для сборки металлического насосного оборудования используют детали из латуни и дюралюминия. Стоит учесть, что далеко не все сплавы способны длительное время выдерживать повышенную влажность окружающей среды. Кроме того, изготовление деталей такого насоса требует наличия токарного оборудования.
- Пластиковые модели не боятся воды. Конструкция такого ветряного водяного насоса легко собирается из полипропиленовых труб. В качестве обратного клапана можно использовать резину, прикрепленную к заглушке. Двигаясь одновременно с поршнем, она поднимется, открывая путь для воды. А при опускании поршня резиновая деталь перекроет выход, тем самым исключив утечку. Однако с наступлением сильных холодов возникает риск разрыва конструкции из-за распирающего действия замерзшей воды.
Более простое решение — приобретение готовой модели насоса достаточной мощности. Оно позволит сразу перейти к сборке конструкции ветрогенератора и сэкономит время на запуск новой системы альтернативного водоснабжения.
Наиболее частые ошибки при покупке
Недовольные отзывы потребителей можно объяснить желанием получить качественный товар практически бесплатно, сэкономить на сервисных и монтажных работах. Поэтому многие покупают относительно дешевую технику, не особо изучая технические характеристики и прочие нюансы.
Поскольку все виды альтернативной энергетики довольно дороги и ветрогенератор не исключение, продавцы всеми силами стараются продать этот товар покупателю. Когда руководитель компании объясняет своему клиенту, что с лопастью диаметром 4 метра он сможет получить мощность в 7 кВт, он почему-то не уточняет, какой тип ветра.
Мощность ветрогенератора будет пропорциональна кубу скорости ветра и диаметру ветроколеса. То есть для регионов со средней скоростью ветра 6 м / с мощность будет W6 = 4 * (6 * 6 * 6) = 864 Вт. Довольный покупатель не подозревает, что мощность его системы на самом деле будет в 8 раз больше ниже обещанного.
Поэтому при выборе ветрогенератора нужно обращать внимание на: мощность, номинальную скорость ветра, диаметр лопастей, грамотно выбирать инвертор (с максимальным КПД и минимальным током холостого хода).
