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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Der Einsatz von Luftbrücken in Windkraftanlagen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Wenn Sie vorhaben, eine Windkraftanlage zum Heben von Wasser zu verwenden, können Sie eine Luftbrücke als Pumpe verwenden. Es handelt sich um ein Gerät, das Druckluftenergie zum Transport von Wasser nutzt. Zu seinen Vorteilen zählen das Fehlen beweglicher Teile, die Möglichkeit, ungeklärtes Wasser abzupumpen, Selbstregulierung bei Änderung des Wasserstands und der Luftzufuhrmenge, Zuverlässigkeit und Sicherheit im Betrieb. Es kann zum Heben von Wasser aus Brunnen, Brunnen und fließenden Quellen verwendet werden. Bei einem relativ geringen Wirkungsgrad der Luftbrücke selbst (0,2-0,4) ist der Gesamtwirkungsgrad der Anlage deutlich höher als beim Einsatz einer Windkraftanlage mit elektrischem Generator und unterbrechungsfreier Stromversorgung. Der Aufbau einer pumpenden Windkraftanlage ist einfach. Es besteht aus einem Repeller, einem Mast, einem Getriebe, einem Kompressor und einem Luftheber. Zur Erhöhung der Kompressordrehzahl kann ein Keilriemenantrieb mit entsprechender Übersetzung eingesetzt werden. Für den Bau einer kleinen pumpenden Windkraftanlage eignet sich ein Kompressor aus einem ZIL-Auto oder ähnliches. Nach Auswahl eines geeigneten Kompressors werden Overdrive und Repeller anhand seiner Parameter berechnet. Die Leistung des Kompressors bestimmt die Leistung der Luftbrücke. Der vom Kompressor entwickelte Druck hängt von der Eintauchtiefe der Airlift-Düse ab. Um das Overdrive-Übersetzungsverhältnis auf 2-3 zu reduzieren, empfiehlt sich die Verwendung eines Rotor-Repellers mit einem Durchmesser von bis zu 1 m. Bei einer Windgeschwindigkeit von ca. 6 m/s beträgt die Drehzahl des Kompressors ca. 450 U/min . Das entsprechende Drehmoment wird durch die Höhe des Repellerrotors erreicht. Der Aufbau der Luftbrücke selbst ist in Abb. 1 dargestellt.
Druckluft vom Kompressor 1 wird über Rohr 2 der Düse 3 zugeführt, die sich unterhalb des Wasserspiegels befindet. Die Düsenlöcher brechen den Luftstrom in einzelne Blasen, die das Steigrohr 4 hinaufströmen. Das leichtere Wasser-Luft-Gemisch im Rohr 4 wird durch eine Flüssigkeitssäule in den Luftabscheiderbehälter 6 verdrängt. Bei kontinuierlicher Luftzufuhr zur Düse 3 wird Das Wasser-Luft-Gemisch wird nach oben gefördert und das Wasser strömt über die Zufuhrleitung 5 zur Düse. Im Luftabscheider 6 strömt das Wasser-Luft-Gemisch am Ende des Steigrohrs 4 aus und die darin enthaltene Luft entweicht in den Atmosphäre. Die Eintauchtiefe der Düse und die Luftkonzentration im Luft-Wasser-Gemisch bestimmen die Airlift-Förderhöhe. Nomogramme zur Berechnung der Luftbrücke sind in Abb.2 dargestellt.
Nehmen wir an, wir wollen Wasser aus einem Brunnen mit einem Kompressor mit einer Leistung von V = 0,33 m3/min auf eine Höhe Hg = 7,5 m fördern, wobei die mögliche Eintauchtiefe der Düse in unserem Fall Npf = 5 m beträgt. Die geometrische Hubhöhe errechnet sich aus dem Ausdruck: H=Ng+Npf=12,5 m. Der Wert der relativen Eintauchtiefe der Düse ergibt sich aus dem Verhältnis: αpf=Npf/H=5/12,5=0,4. Es ist wünschenswert, dass dieser Wert im Bereich von 0,3 ... 0,8 liegt. Der Druck, den der Kompressor unter Berücksichtigung der Verluste in der Rohrleitung entwickeln muss, wird nach folgender Formel berechnet: Pk = (0,11...0,12)Npf = (0,11...0,12)5 = = 0,55...0,6 (kgf/cm2). Gemäß dem Nomogramm in Abb. 2 ergibt sich für αpf = 0,4 und Npf = 5 m der spezifische Luftstrom α = 4. Der Luftförderstrom Q (m3/h) wird basierend auf der Kompressorleistung V (m3/min) nach folgender Formel berechnet: Q=60V/α=60⋅0,33/4=5 м3/ч. Anhand des Nomogramms in Abb. 2,b für αпф=0,4 und Q=5 m3/h wird der erforderliche Durchmesser des Steigrohrs d=50 mm ermittelt. Die wirtschaftliche Bewegungsgeschwindigkeit des Gemisches im Steigrohr überschreitet nicht 6...10 m/s. Während sich das Gemisch nach oben bewegt, erhöht sich seine Geschwindigkeit durch die Ausdehnung der Luftblasen, sodass das Steigrohr oben einen größeren Durchmesser hat. Der Übergangspunkt von einem Durchmesser zum anderen wird durch Berechnung der Geschwindigkeit entlang der Rohrlänge bestimmt. Bei einer Förderhöhe bis 60 m ist ein Übergang der Förderleitung auf einen größeren Durchmesser in der Regel nicht vorgesehen. Die Düse kann wie folgt konfiguriert werden. In das Steigrohr werden an der Stelle, an der die Düse angebracht ist, fünf Lochreihen im Schachbrettmuster mit einem Bohrer D2...3 mm mit einem Abstand zwischen den Löchern und Reihen von 15...20 mm gebohrt. Oberhalb und unterhalb der Löcher sind zwei Flansche am Steigrohr angeschweißt. Der Düsenbereich wird mit einem Stück Großrohr verschlossen und entlang der Flansche verschweißt. Im oberen Flansch ist ein Fitting oder Rohr zur Luftzufuhr eingeschweißt. Unterhalb der Düse verbleiben 0,3...0,6 m Steigrohr in Form einer Zuleitung. Um zu verhindern, dass Öl ins Wasser gelangt, muss am Luftkanal nach dem Kompressor ein Ölabscheider installiert werden. Es empfiehlt sich, den Airlift beispielsweise mit mit einem Lösungsmittel verdünntem Epoxidkleber zu streichen. Autoren: D.A. Duyunov, A.V. Pischankow
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