IT

ОтШа r~°

Рис. 63a, 63 б. Механизм В. И. Грянина для наилучшей загрузки ветродр.игателя: — центробежный регулятор, 2 —контакт. 5 — пластина, 4 — подвижной барабан, 5 — электромагнит, if — поршень иасоса, 7 — клапан. 8 — второй контакт.

Предложение Грянина принципиально правильно разрешает вопрос об улучшении условий работы ветродвигателя и его наилучшей загрузке при работе с поршневым насосом. Но конструктивное выполнение, которое предлагается автором, настолько сложно, что механизм не мог быть рекомендован к применению в ветронасосных агрегатах.

Действительно, устройство специального клапана .с электромагнитом, наличие постороннего источника питания электромагнита и подводки к нему через специальное токосъ-емное устройство, работающее в воде, а также наличие центробежного регулятора, работающего при малых, числах оборотов,—все это делает механизм Грянина малопригодным к использованию.

Но ведь обеспечить запуск ветронасосного агрегата при незагруженном насосе можно и более простым способом.

Опыт эксплуатации ветроустановок показывает, что остановка насоса при уменьшении скорости ветра или после наполнения водонапорного бака длится обычно несколько часов. Это и было использовано в предложении С. Л. Розентул.

По предложению С. Л. Розентул для отвода воды из камеры нагнетания насоса ставится трубка. По этой трубке вода из камеры нагнетания и напорной трубы при остановке насоса удаляется в колодец или скважину. В том случае, если насос имеет на напорной трубе обратный клапан, трубка соединяется не с нагнетательной камерой насоса, а с нижней частью напорной трубы, расположенной над обратным клапаном.

Сечение трубки выбирается таким, чтобы во время остановки "насоса вся вода .успела бы стечь, а при работе насоса наличие трубки не влияло бы на его к. п. д.

При запуске ветродвигателя он начинает работать с насосом, у которого напор практически равен нулю, т. е. с разгруженным касосом. Только по наполнении водой напорной трубы ветродви-1^ателе!к воспринимается Полная нагрузка насоса. Все рассмотренные нами предложения дают возможность об-

84■ "

1с

Предложение С Л. Розентул

легчить условия работы ветродвигателей с поршневыми насосами; ко не избавляют от необходимости иметь у ветродвигателей понижающие редукторы, которые не только утяжеляют и удорожают установку, но и значительно снижают к. п. д. насосноЬ агрегата.

es5 im т ms т !2ео ш гт зт »w п^^с • Рнс. 64. Совмещенные характеристики мощности ветродвигателя, центробежного и вихревого насосов:

/ — кривая максимальной мош.ности, развиваемой ветродвигателем; 2 — характеристика мощности, потребляемой

^ст

центробежным насосом при Н„ =-т--=0,00; —то же

при Я^, =0.25; 4 — 10 же при Я„ = 6,5 и 5--то же при /j^.f = 0,75; 6 — то же для вихревого иасоса при Яст = 0.4; 7 —то же для вихревого насоса при Яс1 =0,8.

Отсюда понятно, что основная масса изобретательских и рационализаторских предложений относится не только к усовершенствованию методов использования существующих поршневых насосов, а также, в первую очередь, к созданию новых способов подъема воды с помощью быстроходных ветродвигателей.

Основная трудность в этой работе заключается в отыскании простого и надежного привода от ветроколеса к насосу и в создании устройства, заменяющего насос.

Прежде чем переходить к описанию предложений изобретателей по новым способам водоподъема и новым ветронасосным установкам, мы напомним читателю о ветронасосных установках, работающих с центробежными, вихревыми и другими ротацион:-ными насосами.

Ветронасосные установки с ротационными насосами

Рабочие характеристики этих насосов таковы; что они, как правило, очень хорошо сочетаются с ^рабочими характерйсчикамй

ветродвигателя: мощность, потребляемая, например, центробежным насосом, изменяется примерно так же, как и максимальная мощность, развиваемая ветродвигателем, т. е. пропорционально кубу числа оборотов.

Только в случае работы центробежных и вихревых насосов с большими статическими напорами характеристики этих насосов значительно отклоняются от наилучшей характеристики мощности ветродвигателя (рис. 64). Такие случаи будут наблюдаться всегда, когда насос подает воду на большие высоты, а потери в трубопроводах невелики, например, при вертикальных напорных трубах большого диаметра.

Мы не будем останавливаться на ветронасосных агрегатах с центробежными и вихревыми насосами, приводимыми от ветродвигателя с помощью ременных, зубчатых и других механических передач. Эти агрегаты и методы их построения достаточно хорошо описаны почти во всех книгах по ветротехнике, список которых приводится в конце книги (Л. 1, 2, 3).

Здесь скажем несколько слов только о ветронасосных агрегатах, в которых насосы приводятся от электродвигателя переменного тока. В этом случае электродвигатель привода насоса, питаясь от генератора ветроэлектрической станции, работающего с переменной частотой и напряжением, будет находиться в условиях, отличных от нормальных. Для обеспечения работы электродвигателя без порчи его обмоток необходимо создать соответствующее регулирование напряжения на его зажимах или же " устанавливать какой-тр специальный электродвигатель, который рассчитан на работу с переменной частотой.

Задача изобретателей и рационализаторов состоит в том, чтобы обеспечить устойчивую и безаварийную работу ветроэлектро-насосных агрегатов либо путем создания специальных электродвигателей, либо устройством специальных регуляторов напряжения.

Какие это методы регулирования напряжения и какими путями можно обеспечить нормальную работу электрических двигателей при переменной частоте мы здесь не рассматриваем, а отсылаем читателей к специальной электротехнической литературе.

Мы рассмотрели устройство современных ветронасосных установок с ветродвигателями заводского производства и предложения по улучшению поршневых насосов и приспособлению их к работе с быстроходными ветродвигателями.

Перейдем теперь к описанию некоторых наиболее интересных предложений изобретателей по новым способам подъема воды и новым ветронасосным агрегатам.

Ветроустановки с новыми и беспоршневыми насосами

Все предложения по насосным агрегатам могут быть разделены по типу привода, т. е. по типу передачи вращения от ветро-

Бескривошипиый иасос Л. М. Логова

(Авторское сридетельство № 93382)

колеса к насосу, на четыре основных группы: 1) агрегаты с механическим приводом, 2) с гидравлическим, 3) с пневматическим и, наконец, 4) с электрическим приводом.

Как мы уже видели, применение поршневых насосов с механической передачей сильно затрудняет использование быстроходных ветродвигателей.

А что если приводить от быстроходного ветродвигателя не один большой насос, а несколько маленьких насосов, которые будут подавать воду поочередно так, чтобы за один оборот вала каждый насос осуществил бы одно качание?

На таком принципе построен бескривошипный многоцилиндровый насос Л. М. Логова.

Основной недостаток поршневого насоса — его тихоходность — у бескривошипного насоса устранен путем использования нескольких цилиндров, поршни которых работают поочередно, обеспечивая подачу воды небольшими порциями, следующими друг за другом. Даже при очень большом числе качаний исключается возникновение больших динамических нагрузок на ветродвигатель и гидравлических ударов в трубопроводах. Насос может быть изготовлен на любое число оборотов, т. е. может быть выполнен для привода от современного быстроходного ветродвигателя, не имеющего, как правило, понижающего редуктора. Насос (рис. 65) представляет собой барабан /, по окружности кот®ро-го расположены 3—б или 9 цилиндров 2 с поршнями 3. Поршни шарнирно соединены с наклонной шайбой 4, которая укреплена на оси барабана и приводится во вращение от ветродвигателя. Вода из отдельных цилиндров подается в сборный коллектор 5 и оттуда в напорную трубу. При повороте оси с шайбой на 360° обеспечивается поочередная работа всех цилиндров, равномерная подача воды и повышение быстроходности поршневого насоса.

Если автоматически изменять число работающих цилиндров (т. е. рабочий объем насоса) или же наклон шайбы (т. е. ход поршней цилиндров), то можно обеспечить загрузку ветродвигателя в соответствии с его максимальной мощностью.

Характеристика насосного агрегата при работе с бескривошипным 3-цилиндровым насосом приводится на рис. 66, из кото-

87

Hwh/Sy бетро-

Рис.

65. Многоцилиндровый бескривошнп-ный насос Л. М. Логова. / — барабан. 2 — рабочие цилиндры. 5 — поршни, 4 — наклонная шайба, 5 — сборный коллектор. 6 — вал привода иасоса.

ррго видно, что даже при регулировании только числом-работающих цилиндров можно достичь весьма хорошей загрузки ветродвигателя.

60 120 /во zio 300 360 т т

Ш 60000/мин "ред^шсоса

Рис. 66. Совмещенные характеристики быстроходного ветродвигателя и автоматизированного 3-цилиндрового насоса Л. Л1 Логова.

Но С применением насоса Логова не устраняется основной недостаток механического привода, заключающийся в том, что требуется располагать насос либо под ветродвигателем, либо в непосредственной близости от него, что не всегда удобно, а в ряде случаев просто невозможно. Кроме того, механический привод, как правило, весьма металлоемкий. Действительно, в случае подачи воды из открытых водоисточников не всегда ветродвигатель может быть установлен вблизи водоема или реки. В случае глубоких скважин и колодцев потребуется вращающийся вал со многими подшипниками на всю глубину колодца. Сказанное относится не только к насосам Л. Логова, но и к центробежным, вихревым и другим ротационным насосам, имеющим механический привод.

В 1954 году группой изобретателей был предложен ветронасосный агрегат с быстроходным ветродвигателем ВИМ Д-3,5 с диафрагмовым насосом А. Г. Пшенко.

Устройство ветронасосной установки следующее (рис. 67). Вращение быстроходного ветроколеса / передается через верхний редуктор 2 и вертикальный вал 5 с подшипниками 4 диафрагмовому насосу 5.

Ветронасосная установка с диафрагмовым насосом А. Г. Пшенко

(Авторы Е. М. Фатеев в др.. авторские заявки №№ 14711 и 893S)

Насос А. Пшенко имеет трубку 6 (так наз. диафрагму) из эластичной резины (рис. 67), соединенную со всасывающим 7 ц нагнетательным 8 патрубками. Вертикальный вал ветродвигателя соединен с приводным валиком насоса 9. На приводном валике имеется ролик 10, который посажен на валу эксцентрично.

При вращении вала ролик нажимает на планку //, а через нее на диафрагму.

Сжатие и последующее расслабление диафрагмы обеспечивает всасывание и подачу воды насосом в напорную трубу.

Так как в насосе отсутствуют манжеты, а всасывающий и нагнетательный клапаны 12 выполнены в виде ниппелей (по типу ниппелей велосипед-/ ных камер), то число оборо-/ тов вала насоса может быть повышено до 300—500 оборо-ш/ тов в минуту. Следовательно, Штакой насос может приводить-

ся непосредственно от вала нижнего редуктора быстроходного ветродвигателя.

Вследствие того, что момент страгивания невелик, ветронасосный агрегат может начинать работать при относительно малых скоростях ветра.

Как и у обычного насоса, у этого насоса потребляемая мощность изменяется пропорционально числу оборотов, и он не загружает полностью ветродвигатель при всех скоростях ветра. Серьезным недостатком такого насоса является также наличие длинного вращающегося вала.

Автоматизация изменения производительности и мощности, потребляемой насосом, очень затруднена, так как для ее осуществления необходимо вводить в передачу бесступенчатый редуктор с тем, чтобы изменять скорость вращения приводного вала пропорционально кубу скорости ветра. Хотя этот путь принципиально и правилен, но он

Рис. 67. Ветронасосная установка с диафрагмовым насосом: / — быстроходное ветроколесо, 2 — верхний редуктор, 3 — вертикальный вал, < — подшипишш, 5 — диафрагмоаый насос, б —диафрагма, 7 и 8 —всасывающий и нагнетательный патрубки. 9 — привбдноя валик насоса, to — эксцентричный ролик, // — нажимная планка, 12 — всасывающий и нагнетательный клапаны.