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.
Рис. 1. Ветроагрегат «Ромашка» для подъема воды (А — рабочее положение, Б — останов):
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:
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:
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:
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 Ø 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.
