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WERKZEUGE UND MECHANISMEN FÜR DIE LANDWIRTSCHAFT
Windkraftanlage Kamille zum Heben von Wasser. Zeichnung, Beschreibung
Verzeichnis / Werkzeuge und Mechanismen für die Landwirtschaft Die Wasserversorgung ist für viele neue Mitglieder von Gartenbaugenossenschaften und Besitzer privater Grundstücke ein akutes Problem. Es ist nicht überall möglich, Wasser aus lokalen Quellen mit Gas- oder Elektropumpen zu liefern; die bewährte und uralte Methode – ein Brunnen und eine Wanne – ist schwer und ineffektiv. Schließlich benötigt ein Gartengrundstück von 0,01 Hektar im Sommer etwa 2-3 m3 Wasser pro Tag. Aus diesem Grund greift die Leserbriefe zunehmend auf die Praxis der Windenergienutzung zurück: In zahlreichen Regionen des In- und Auslandes haben sich windmechanische Wasserhebeanlagen bewährt, von denen viele von Hobbyautoren entworfen und hergestellt werden. Leider werden solche Konstruktionen oft auf einem primitiven Niveau hergestellt, was durch das fast vollständige Fehlen von Massenliteratur über die Konstruktion und Herstellung moderner Windkraftanlagen erklärt werden kann. Heute haben wir beschlossen, den Lesern das Design der windmechanischen Haushaltseinheit „Romashka“ vorzustellen, die von der Forschungs- und Produktionsvereinigung Vetroen entwickelt wurde. In Bezug auf technische und wirtschaftliche Indikatoren gehört „Romashka“ zu den modernen Haushaltsgeräten dieser Klasse und übertrifft ausländische Modelle in einer Reihe von Parametern. Es ist einfach im Design, enthält keine seltenen Komponenten und Teile, ist sicher zu bedienen, bequem und unprätentiös in der Verwendung. All dies ermöglicht es uns, "Kamille" für die Eigenproduktion zu empfehlen. Die Anlage „Romashka“ ist zum Heben von Wasser aus beliebigen Wasserquellen (Brunnen, Brunnen, offenes Reservoir usw.) mit einer Wassertiefe von bis zu 8 m konzipiert und kann sowohl in stationären Gebieten als auch auf Sommerweiden eingesetzt werden. Die Windkraftanlage ist für den Einsatz in Gebieten mit gemäßigtem Klima und durchschnittlichen jährlichen Windgeschwindigkeiten von mindestens 3 m/s konzipiert – das sind der europäische Teil der UdSSR, Westsibirien, Kasachstan, Zentralasien, Transkaukasien, Altai. Der Vorteil der Anlage liegt in ihrer Autonomie: Eine ständige Anwesenheit oder ein Eingriff während des Betriebs ist nicht erforderlich. „Romashka“ (Abb. 1) ist eine Windkraftanlage mit einer im Gestellträger montierten Pumpe. Der Rohrpfosten wird mit sechs Abspannseilen und drei Einschlagankern gesichert. Technische Eigenschaften
Die Windkraftanlage (Abb. 2) ist eine mehrflügelige Windkraftanlage mit niedriger Drehzahl. Sein zwei- oder dreiteiliger Ständer kann 4 oder 6 m hoch sein. Im oberen Teil befindet sich ein Kopf mit einem 12-Blatt-Windrad mit drei Freiheitsgraden. Wenn sich die Windrichtung ändert, richtet er sich durch Drehen des Kopfes automatisch auf der Leeseite der Stütze aus. Zur effektiven Selbstmontage des Windrads und seiner Stabilisierung in der Windströmung sowie zur Entlastung vom Biegemoment sind die Achsen der Flügel zur Achse des Windrads geneigt und schließen mit dieser einen Winkel von 75° ein .
Um den Frontaldruck des Luftstroms zu verringern und den Einfluss gyroskopischer Kräfte bei starken seitlichen Windböen zu eliminieren, ist das Windrad auf einem Kipphebel montiert, der sich um eine horizontale Achse senkrecht zur Drehachse drehen kann und diese schneidet der Unterstützung. So scheint das Rad unter dem Einfluss eines starken Windes im Luftstrom zu „schweben“. In diesem Fall wird das Moment aus den Frontaldruckkräften auf das Blatt (relativ zur horizontalen Drehachse der Wippe) durch ein Gewichtsmoment von 0,2–0,3 kgm ausgeglichen, wodurch sichergestellt wird, dass das Windrad abzuweichen beginnt seine ursprüngliche Position bei einer Windgeschwindigkeit von 5-6 m/s. Um einen Teil des Radgewichts auszugleichen, ist die Wippe auf der Luvseite mit einem Gegengewicht ausgestattet, in dessen Loch eine Drahtschlaufe eingeführt wird. Letzteres dient dazu, das Windrad zu stoppen: Mit einem relativ leichten Mast mit Haken am Ende, den man in die Schlaufe einhakt, die Radachse in eine vertikale Position bringen. Der Mechanismus zur Kraftübertragung vom Windrad auf die Pumpe ist ein Nockenhebelmechanismus, bei dem sich eine vertikale Stange hin und her bewegt. Der Schub wird in Wälzführungen innerhalb des Windkraftanlagenträgers übertragen. An einem Ende des doppelarmigen Hebels, montiert auf der Achse zwischen den Wippenwangen, befindet sich eine Rolle (Kugellager). Es wirkt mit der Innenseite der Platte zusammen, die exzentrisch an der Nabe des Windrades befestigt ist. Wenn sich die Messer drehen, versetzt die Walze, die um die Platte rollt, eine oszillierende Bewegung auf den Hebel. Das andere Ende des Hebels ist über ein Scharnier und Drehgelenk mit einer vertikalen Stange verbunden. Die Schwenkachse der Aufhängung (Scharnier) fällt in der Mittelstellung des Hebels mit der horizontalen Drehachse des Kipphebels zusammen. Dadurch wird der Einfluss der im Übertragungsmechanismus wirkenden Kräfte auf die Position von Windrad und Kipphebel in der Windströmung eliminiert. Da die Drehachse des Hebels unterhalb der Drehachse des Kipphebels liegt, nimmt die Amplitude der vertikalen Bewegungen des Pumpenschubs mit zunehmender Windgeschwindigkeit und der Auslenkung des Kipphebels mit dem Windrad zu. Dies sorgt für eine Steigerung der Pumpenleistung, eine optimale Nutzung der Windradleistung bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten und eine Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage. Bei der Klinge (Abb. 3) handelt es sich um eine Klinge, an der ein Stab aus wärmebehandeltem Stahl angenietet ist. Die Klinge ist im Grundriss trapezförmig und aus Duraluminiumblech der Güteklasse D16 oder Mg6 mit einer Dicke von 1,2 mm gestanzt. Profil - ein Bogen mit konstantem Radius. Aus Gründen der Steifigkeit wird ein T-förmiger Zickzack hergestellt. Die Achse der Stange verläuft parallel zur Vorderkante, wodurch eine geometrische Drehung des Blattes um 18° erreicht wird. Eine schräge Abflachung am Ende der Stange sorgt für die gleiche Winkelstellung der Flügel in der Nabe des Windrades (der Einbauwinkel beträgt 23° am Ende und 45° am Ende), die Abflachung begünstigt die Selbstspannung des Windrades Das Sägeblatt wird beim Lösen der Befestigungsschrauben durch die Fliehkräfte beschädigt (nach dem Festziehen muss den Schrauben jedoch paarweise mit Draht oder Fächerscheiben entgegengewirkt werden). Die Masse eines einzelnen Flügels beträgt nicht mehr als 400 g, und der Massenunterschied sollte 5-10 g nicht überschreiten. Die Unwucht des Windrads relativ zur Rotationsachse beträgt nicht mehr als 2,5 Gm.
Die Pumpe (Abb. 4) ist selbstansaugend, mit einer horizontal durchströmten Gummimembran und verfügt über drei Hohlräume. Der Aufnahmehohlraum ist mit dem Saugschlauch verbunden, der Untermembranhohlraum ist über sechs durch das Saugventil verschlossene Löcher mit dem Aufnahmehohlraum verbunden, der Obermembranhohlraum ist von unten durch ebenfalls sechs verschlossene Löcher mit der Untermembran verbunden durch das Ablassventil und von oben - mit dem Ablaufschlauch und mit dem Hohlraum des Windkraftanlagenträgers. Letzteres „rettet“ die Windkraftanlage vor Schäden durch versehentliches Einklemmen des Ablaufschlauchs.
Die Membran wird entlang des Umfangs zwischen dem oberen und unteren Pumpengehäuse mit sechs Schrauben und in der Mitte – zwischen der oberen und unteren Platte mit Löchern – mit drei Schrauben festgeklemmt. Die Pumpenachse ist in die obere Platte eingepresst, in die die Windmotorstange eingeschraubt ist. Auf der Achse befindet sich eine Nut, auf der ein Plattenauslassventil angebracht ist. Eine Rückholfeder mit einer Kraft von 5 bis 10 kg drückt die Membran durch die obere Platte und sorgt so für ihre Rückkehr und das erzwungene Schließen des Getriebemechanismus der Windkraftanlage. Der Saugschlauch ist ein 10...30 m langes Rohr aus Polyethylen (Polypropylen) mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Wandstärke von 2 mm, das eine Kompression durch den atmosphärischen Druck während des Vakuums in der Pumpe verhindert. Das Ende der Hülse ist mit einem Aufnahmenetzfilter mit Zellen von 1–1,5 mm ausgestattet. Um bei großen Saugtiefen eine übermäßige Gasfreisetzung des Wassers (Kavitation) zu verhindern, ist der Aufnahmeraum der Pumpe mit einer Ausgleichskammer (Ringnut im Untergehäuse) ausgestattet. Der Untermembranhohlraum der Pumpe ist mit dem kleinstmöglichen freien Volumen ausgestattet, was eine Erhöhung des Vakuum- und Sauggrades aus einer Tiefe von bis zu 8,5 m ermöglicht. Auf der unteren Platte befindet sich eine 2-3 mm breite und tiefe Längsschlitznut auf der Ventilseite verhindert Ventilausfall durch kleine Lücken zwischen Saugventil und unterer Membranplatte. Alle im Wasser betriebenen Teile der Pumpe sollten sorgfältig vor Korrosion geschützt werden. Die Außenflächen serienmäßiger Windkraftanlagen sind mit FL-OZK-Grundierung beschichtet und mit PF-115-Email in Weiß oder Hellgrau lackiert, und die Enden der Rotorblätter, Nabenabdeckung, Gegengewicht, Stützkupplungen und Pumpe sind rot lackiert. Reibflächen und Lager müssen geschmiert werden (CIATIM 201 oder LITOL). „Romashka“ ist für den Einsatz in der warmen Jahreszeit bei Lufttemperaturen von nicht weniger als plus 1°C vorgesehen. Vor dem Einsetzen des Frosts muss dieser gestoppt werden, indem das Windrad in die Position „Stopp“ gebracht wird. Im Winter empfiehlt es sich, die Windkraftanlage zu demontieren, zu trocknen und im Innenbereich zu lagern, um die Lebensdauer der Membran zu erhöhen. „Romashka“ wird von zwei oder drei Personen an einem windgeschützten Ort installiert, sodass der Abstand vom Windrad zum nächsten Hindernis (Bäume, Gebäude usw.) mindestens 25-50 m beträgt. Der Abstand zum Wasser Die Quelle hängt von der Länge des Saugschlauchs und der Höhe des Wasseranstiegs ab, sollte jedoch 15–20 m nicht überschreiten. Der obere Punkt des Saugschlauchs sollte so tief wie möglich liegen. Wenn der Kopf eines Brunnens (Brunnens) hoch ist, wird der Schlauch durch ein Loch in der Seitenwand des Kopfes herausgeführt, das 150–200 mm über der Bodenoberfläche angebracht ist. Installieren Sie die Windkraftanlage auf dichtem, verdichtetem Boden oder einer festen Plattform oder einem festen Ständer. Die Anker werden nicht näher als 2,5–3 m vom Windkraftanlagenständer entfernt und gleichmäßig über den Umfang bis zu einer Tiefe von 400–800 mm eingetrieben. Auf weichem Boden (Sand, Torf) ist es ratsamer, anstelle von Ankern Anker zu verwenden, die bis zu einer Tiefe von 500–1000 mm vergraben sind – Platten mit einer Fläche von mindestens 0,06 m2. Vor dem Anheben der Windkraftanlage werden zunächst die Abspannseile an den Stützflanschen und an den Löchern der verstopften Anker eingehängt, dann wird der Ständer mit dem Windrad in eine vertikale Position angehoben, während der untere Teil der Stütze (Pumpe) angehoben wird in die Mitte der Website gebracht. Es bleibt nur noch, die Abspannseile zu lockern und sie schließlich zu befestigen. Die Spannung der oberen Abspannseilreihe wird durch das Anbringen von Ankern sichergestellt; die untere – die Sicherheitsstufe kann leicht durchhängen. Vor dem ersten Start sollten Sie 1-2 Liter Wasser über den Ablaufschlauch in die Pumpe einfüllen – Pumpenventile befeuchten und verschließen. Bei einer Windstärke von 2,5-3 m/s beginnt das Gerät wenige Minuten nach dem Einschalten mit der Wasserversorgung. Während des Betriebs der Anlage kann es zu einem Klopfen im Nockenhebelmechanismus kommen, und manchmal ist es schwierig, das Windrad zu starten. Diese Störungen werden durch Anpassen der Länge der Windturbinenstange beseitigt: Durch Aufschrauben (oder Anschrauben) des Drehgelenks auf das obere Gewindeende der Stange. Die Einstellung muss vor dem Anheben der Windkraftanlage erfolgen und die Pumpenmembran darf die unterste Position nicht um 2-3 mm erreichen, wenn der Kipphebel mit dem Windrad um 45° von der ursprünglichen Position abweicht. Nach der Einstellung muss die Stange sicher verriegelt sein, um ein Selbstabschrauben zu verhindern. Um eine garantierte Wasserversorgung zu gewährleisten, wird die Windkraftanlage mit einem Wasserspeicher mit einem Fassungsvermögen von 1,5-2 m3 betrieben. Es wird empfohlen, es nicht weiter als 10 m von der Pumpe entfernt zu installieren. Für den Fall, dass der Behälter überläuft, sollte ein spezielles Abflussrohr oder -schlauch bereitgestellt werden. Die bei Tests bei einer Ansaughöhe von 8 m und einer Gesamtwassersteighöhe von bis zu 10 m ermittelten Kenndaten der Windkraftanlage sind in den Diagrammen (Abb. 5 und 6) dargestellt. Die maximale Windgeschwindigkeit betrug während des Tests 40 m/s.
Die Erfahrung des einjährigen Betriebs der Romashka-Windkraftanlagen hat deren Zuverlässigkeit, Einfachheit und Wartungsfreundlichkeit bewiesen. Autor: S. Nikonov
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