Ветряк для привода насоса

Ветряной насос: устройство и характеристики

Обновлено: 5 января 2021

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.

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:

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.

Устройство ветряка

Конструкция ветряка, используемая для такого насоса, должна быть наиболее эффективной и чувствительной к относительно слабому ветру. Известны два основных типа ветряков:

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.

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.

Источник

Ветряной насос для воды — как сделать

С давних времен люди используют энергию ветра. При буме технической революции, различные ветряки отошли на второй план. Но невосполнимых ресурсов становится все меньше, поэтому цена на них начинает расти в геометрической последовательности. Ветряной насос не требует электричества и других видов энергии, кроме энергии ветра, которая пока не иссякает и не требует материальных затрат. Еще такой насос идеально подойдет для подъема воды со скважины или колодца на даче, в случае отсутствия электричества. Предлагается довольно простая, классическая схема — рабочее колесо, стабилизатор, вал отбора мощности. Тем не менее, данная установка испытанная не одним годом эксплуатации, потому и рекомендуется.

Рабочее колесо установки через угловой редуктор и кривошипно-шатунный механизм приводит в движение поршень насоса. Можно применить любой ручной бытовой насос. В принципе, не обязательно использовать угловой редуктор, можно поставить кривошипный механизм прямо на рабочее колесо и использовать поступательное движение шатуна для привода насоса. В случае же с угловым редуктором Вы сможете использовать энергию вращения для других различных целей. Например, если поставить еще один понижающий редуктор, получится мощная лебедка, с ее помощью можно выкорчевывать пни, поднимать груз (из погреба) и даже пахать. Можно приспособить генератор и получать электроэнергию с Вашего ветряка, по ссылке более подробно.

Проще ветряк, конечно, роторный, но по сравнению с лопастным и при одинаковых условиях он явно уступает ему по мощности, поэтому предпочтение было отдано второму. При относительно небольших размерах и весе он обладает довольно хорошими параметрами: накачивает емкость объемом в 3 м3 за несколько часов при среднем ветре, а при сильном за час-полтора. Изменяя радиусы кривошипов, можно заставить ветряк качать воду даже при слабом ветре, правда с меньшей производительностью.

Работает насосная ветроустановка в автономном режиме, то есть поливает грядки и выключается самостоятельно. Схема для полива в таком режиме следующая: в накопительной емкости вблизи максимального уровня воды врезана дренажная труба, которая соединяется с трубопроводом поливной системы. Вода, умеренно поступающая в емкость, уходит через дренаж в систему и выливается через переносную длинную трубу с многочисленными отверстиями на предназначенный для полива участок, где надо много воды, — например, земляники или малины. Если же ветер усилится и поступление воды больше, чем ее уходит в систему полива, то повышающийся уровень в баке изменит положение поплавка, который через тягу включит тормозное устройство рабочего колеса и оно остановится. Чтобы снова включить ветряк, необходимо понизить уровень воды в емкости и перевести рычаг спускового устройства тормоза в положение «Выключено». А в тех случаях, когда нет ветра (хотя в нашей местности такое случается редко), выручит ручной насос, включенный последовательно с насосом ветроустановки; а в основном он нужен только лишь для того, чтобы в любое время можно было накачать воды для бытовых нужд.

Эксплуатация ветроустановки в течение пяти лет показала ее преимущества перед другими системами, потребляющими какую-либо энергию, особенно бензиновыми. Во-первых, это прежде всего безопасность, во-вторых — автономность и независимость источников энергии, в-третьих — не требуется постоянного ухода и, наконец, что немаловажно, — ветряк экологически чист. Кроме того, эта своеобразная конструкция украсит территорию сада.

Ветроустановка состоит из ветрового колеса с тормозным устройством, углового редуктора, стабилизатора, мачты, ящика с насосами и системы привода тормоза ветряка, связанной с поплавком емкости для воды.

Рабочее колесо установки собирается из двенадцати лопастей из жесткого дюралюминия толщиной 1 мм, приклепанных на несущие спицы из нержавеющей трубки диам. 12 мм. Для прочности в несущие спицы со стороны ступицы на длину 200 мм вбиты трубки диам. 10 мм, также из нержавейки. Несущие спицы вставлены в направляющие гнезда разборной ступицы и зажаты болтами. Гнезда несущих спиц обработаны цилиндрической фрезой, зажатой в патрон токарного станка.

Стабилизатор выполнен из листа дюралюминия толщиной 0,5 мм; для жесткости он слегка согнут проволочными стяжками и соединен с редуктором дюралюминиевой трубкой диам. 32 мм с толщиной стенки 1 мм и двумя поддерживающими тягами.

Тормозная система состоит из барабана, колодок, привода (шток, рычаг), нажимной шайбы с амортизатором, тяги спускового устройства, спускового устройства и поплавкового привода.

Принцип работы тормозной системы следующий. При наполнении емкости водой до максимального уровня поплавок через тягу выводит рычаг спускового устройства за ось равновесия, в результате чего последний перестает удерживать пружину амортизатора в сжатом состоянии. Пружина начнет толкать нажимное кольцо с нажимной шайбой вверх к толкателю с роликом. Нажимная шайба, упираясь в ролик толкателя, поворачивает рычаг с разжимным кулачком, который прижимает тормозные колодки к тормозному барабану. Рабочее колесо останавливается. Ролик толкателя, катаясь по поверхности нажимной шайбы, удерживает в заторможенном состоянии рабочее колесо при любом повороте при изменении направления ветра. Нажимная шайба сверху закрыта кожухом, предохраняющим поверхность шайбы от намерзания льда и попадания грязи. Амортизатор взят от мотоцикла «Восход» и подвергнут небольшой доработке. Чтобы происходило медленное торможение, обратный клапан зачеканивается и в нем сверлится (можно прямо в поршне) отверстие диам. 1 мм, для медленного перетекания масла. Прямой клапан остается. Порог срабатывания тормозной системы регулируется винтом, расположенным на спусковом устройстве.

Корпус редуктора сварной, из стального листа толщиной 5-6 мм. Вертикальный и горизонтальный валы также стальные. Так как первый является одновременно и несущим, то его желательно выполнить из одной заготовки. Шестерни углового редуктора взяты от дифференциала автомобилей ВАЗ, но можно использовать и другие шестерни с передаточным отношением примерно 1:2. Полость редуктора заполнена до шестерен литолом, разжиженным до кашеобразного состояния любым нейтральным маслом (например, МС-20).

Мачта изготовлена из трубы диам. 97 мм, она разъемная, соединена фланцами.

Насосный ящик сварен из уголков и листового железа толщиной 1,5 — 2 мм. Внутри закреплен бытовой ручной насос с диаметром цилиндра 76 мм. Чтобы он мог работать в горизонтальном положении, его клапаны были заменены на резиновые подпружиненные — как в общем обратном клапане, а детали кривошипно-шатунного механизма заменены на усиленные каленые диам. 12 мм, ширина шатуна увеличена до 10 мм, сальниковая втулка под набивку заменена чугунной — с двухрядным резиновым сальником. С такими переделками насос проработал четыре года. Поршневые кольца из чугуна со временем поменял на полиэтиленовые диам. 77 мм. За четыре года они почти не износились, и после замены сальника и пальцев оставлены в прежнем комплекте. Снаружи на ящике укреплен ручной насос. Единственный измененный узел в нем — сальниковая втулка, сюда поставлен также двухрядный сальник.

Насосный ящик установлен на две опоры и крепится к ним 3-4 болтами.

Вода для полива поступает из скважины глубиной 12 м. Так как насосы должны быть постоянно заполнены водой, обратный клапан колодца выполняется очень тщательно и должен держать воду в течение всего поливного сезона. Осенью вода из всей системы и скважины сливается.

Источник