К ветродвигателю, предназначенному для водоснабжения, предъявляются требования, чтобы он в первую очередь обеспечил ферму водой, а при избытке мощности приводил в движение кормообрабатывающие машины. Можно, конечно, поставить и два ветродвигателя: один для водокачки, а второй для привода машин.
Выбор ветродвигателя для обеспечения фермы водой зависит:
а) от потребного суточного количества воды, а следовательно, от поголовья скота на ферме;
б) от напора подымаемой воды;
в) от среднегодовой скорости ветра данной местности.
В лесистых местах ветер значительно слабее, чем на открытых. В местах, окруженных высоким лесом, ветродвигатели вообще не работают. Даже отдельные высокие близко стоящие деревья и постройки значительно снижают мощность ветродвигателей.
Таблица 5. Суточные нормы расхода воды (в л)
Локомобили и другие паровые машины на 1 л. с. в час 25 л.
Примечания. 1. Приведенные нормы включают расход воды на хозяйственные и питьевые нужды.
2. Для определения максимальных часовых и суточных расходов воды вводятся коэффициенты неравномерности (суточный = 1,3 и часовой = 2 — 2,5).
Суточный расход воды определяется следующим образом. Количество голов каждого вида скота умножают на суточную норму воды, а затем итоги по видам скота складывают.
Если есть какие-либо иные потребители воды, как, например, локомобиль, трактор, молочная и т. п., то необходимо включить и этих потребителей воды.
После подведения итога, т. е. суммирования всех расходов, надо прибавить еще 5—10% на разлив и непредвиденные расходы. В результате получим действительный суточный расход воды, который должен быть обеспечен насосом и двигателем.
При проектных расчетах вместо прибавки 10% вводят так называемый коэффициент суточной неравномерности, равный 1,3. Для подсчета с коэффициентом следует суммарный суточный расход воды умножить на 1,3.
Напор подымаемого столба воды определяется как сумма:
а) высоты подъема воды от динамического уровня воды в скважине до поверхности земли;
б) высоты от поверхности земли до верха бака водонапорной башни или иного водохранилища;
в) потерь на трение воды в трубах.
Величина напора измеряется в метрах. Величина потерь напора в трубах на тренде невелика и может быть принята 1 м потерь напора на 20—25 м подъема.
Производительность и мощность насоса. Секундная производительность поршневого насоса одинарного действия определяется по формуле
где Q — производительность (в л сек);
F — площадь поршня (в кв. см),  (d — диаметр цилиндра насоса);
s — длина хода поршня (в см);
n — число оборотов (двойных ходов поршня) (в мин.);
η0 — коэффициент наполнения (полезного действия) насоса. Он зависит от состояния и качества деталей насоса. У поршневых насосов колеблется около 0,60 — 0,95.
Для получения часовой производительности полученную секундную производительность умножают на 3600 (число секунд).
Так как приведенная формула сложна и неудобна для практических быстрых подсчетов, то она может быть упрощена за счет некоторых допустимых замен и округлении.
Диаметр цилиндра и ход поршня выражают не в сантиметрах, а в дециметрах (1 дм
= 10 см), что удобнее, так как 1 литр = 1 куб. дм. Заменяя см на дм и подставляя  вместо F, получим: в секунду  , в минуту  и в час 
Подставляя вместо π величину 3,14 и принимая за средний коэффициент насоса η0
= 0,85, получим (сократив цифровые значения):  ,
Производительность кубометров в час выводится из последней формулы Qчac и выражается:  
Как вытекает из приведенных формул, производительность насоса зависит только от диаметра насоса, хода поршня и числа качаний.
Мощность насоса определяется:  л. с.
Мощность потребного двигателя вытекает уже из мощности  л.с. или  л.с.
где Q — производительность насоса (в л/сек) ( ;
Н — полный напор насоса (в м);
η — мех. к. п. д. насоса =
0,8 — 0,9 (потери на трение в насосе);
ηп — к.п.д.
передачи. У лебедок ηп = 0,6 — 0,9.
При установке электромоторов следует .подбирать их мощность с запасом на 30—50% больше расчетной.
Для определения количества воды, которую может дать двигатель определенной мощности, применяют формулу:
Мощность ветродвигателя, работающего на поршневой насос, оказывается, используется не полностью, а меньше. К.п.д. ветродвигателя снижается с 0,3 до 0,23. Поэтому при расчетах производительности по мощности следует вводить поправочный коэффициент
Подбор выгоднейшего хода поршня насоса. Далеко не безразлично, какой поставить к ветродвигателю насос и какой выгоднее установить ход поршня. Дело в том, что мощность насоса растет пропорционально числу качаний, а ветродвигателя —
пропорционально кубу скорости ветра. Поэтому характеристики мощности насоса и ветродвигателя не совпадают. Обычно подбор лучшего хода поршня .производят, совмещая характеристики ветродвигателя и насоса. Кривую насоса выбирают ту, которая дает большее время работы его по среднегодовой скорости ветра.
Имея лучшую длину хода поршня насоса для данного ветродвигателя при данном напоре, в случае изменения напоров, например у соседней ветронасосной установки, новый ход поршня рассчитывается, исходя из того, что sH = S1H1 =
const, т. е. произведение из величины хода поршня на напор является постоянной величиной. В данном случае новый ход поршня будет: 
Насос, установленный по мощности на большие скорости ветра, перегружает ветродвигатель на оптимальных скоростях настолько, что он не работает большую часть года, в то время как вода нужна ежедневно.
Исходя из опыта подбора насосов и ходов поршня следует, что для равномерной подачи воды необходимо выбирать такой ход поршня или диаметр насоса, при котором мощность насоса соответствовала бы максимальной мощности ветродвигателя, развиваемой им при среднегодовой скорости ветра данного района. Подобранный таким образом насос будет иметь оптимальную производительность в течение года.
Мощность ветродвигателя определяется по характеристике, а мощность насоса — по формуле  Заменяя   получим:  . Подставляя величину  получим:  . В этой формуле, подставляя разные величины хода поршня s, подбирают тот ход, при котором мощность насоса ближе подойдет к мощности ветродвигателя при vcp. год, или меняют насос.
Так как мощность подключенного насоса соответствует мощности двигателя при среднегодовой скорости ветра и растет незначительно в сравнении с нарастанием мощности двигателя при увеличении скорости ветра, то естественно вытекает, что на более высоких скоростях ветродвигатель будет недогружен. Следовательно, ветродвигатели в ветронасосных установках целесообразно догружать приводом кормообрабатывающих машин.
Ниже приводится таблица и даются некоторые указания для подбора хода поршня.
Таблица 6. Выгоднейшие ходы поршня при среднегодовой скорости ветра 4 м/сек
Во всех случаях подбора выгоднейшего хода поршня следует руководствоваться соображением, что лучше, чтобы насос работал на более низких скоростях ветра, так как стронуться ему будет легче и продолжительность работы будет больше.
Отсюда суточная подача воды будет равномернее и больше в маловетренные дни.
Поэтому практичнее из двух возможных решений выбирать меньший ход.
Если среднегодовая скорость ветра будет значительно меньше или больше 4 м/сек, то надо в величину допустимых напоров ввести поправочный коэффициент  , т.
е. отношение квадрата местной среднегодовой скорости ветра к квадрату скорости ветра = 4 м/сек, по которой составлена таблица. На этот коэффициент надо умножить ход поршня для нужного напора по таблице. В результате найдем требуемый выгоднейший ход поршня при новой скорости ветра. Формула эта эмпирическая, приблизительная, но практически вполне достаточная для определения выгоднейшего хода поршня. Поправка дает хорошие результаты при насосе НП-95. При насосе НП-120 фактически выгоднейший ход поршня получается несколько завышенным. Его следует снизить приблизительно на 5% .Точнее — 1% на каждую 0,1 скорости ветра, если она ниже 4 м/сек. В Белоруссии придется пользоваться рекомендуемыми ходами поршня по напорам, так как в большинстве районов среднегодовые скорости ветров мало отличаются от принятой в расчете.
Если будет замечено, что ветронасосная установка часто простаивает или, наоборот, работает, но недостаточно подает воду, то следует практически проверить и подобрать лучший ход поршня. В первом случае, т. е. при частом простаивании ветродвигателя, надо уменьшить ход поршня. Во втором случае —
увеличить ход поршня. Если ходы поршня стоят на пределах и изменить их невозможно, а изменение нагрузки необходимо, — надо менять насос на другой, с меньшим или большим диаметром цилиндра.
Для выбора ветродвигателя в зависимости от суточного расхода воды, величины напора и среднемесячной скорости ветра ниже приводится таблица 7, показывающая, с каким диаметром ветрового колеса требуется ветродвигатель.
В приведенной таблице производительность рассчитана с учетом того, что насос будет подобран наивыгоднейшего диаметра для данного напора и скорости ветра. Ветродвигатели же комплектуются насосами одного диаметра. Поэтому для избежания возможных ошибок следует исходить из показателя меньшего расхода воды (первый столбец цифр). В этом случае фактическая производительность ветронасосной установки иногда может оказаться несколько выше ожидаемой. Полученный излишек будет служить резервом мощности.
Таблица 7. Рекомендуемые диаметры ветроколеса
(Из инструкции по выбору ветродвигателя для водоподъема. Изд. НКЗ СССР, 1936 г.).
В таблице указан ветродвигатель Д-3. Это значит, что по мощности достаточно поставить ветродвигатель с диаметром ветрового колеса 3 м, но так как в данное время таких ветродвигателей нет, то ставится УТВ-5.
Там, где указан ветродвигатель с ветровым колесом 11,-5, можно поставить ТВ-8, избыточная мощность которого будет использована для привода кормообрабатывающих машин.
Ввиду того, что зимой скорости ветров выше, чем летом, и воды зимой на фермах требуется больше, то подбор ветродвигателя можно производить по показателям, соответствующим несколько большим скоростям ветра.
В случае, если ветродвигатель ТВ-8 укомплектован насосом с диаметром не 145 мм, а 120 мм, следует считать производительность его на 20% ниже при избытке мощности. Если же из-за малого диаметра скважины или по другим причинам ветродвигатель ТВ-8 будет работать с насосом д = 95 мм, то производительность его уменьшится на 40% против данных производительности, приводимых в таблицах (стр. 67).
Еще раз напомним, что в каждом отдельном случае надо считаться с диаметром скважины (бурового колодца). Если диаметр скважины мал, то нельзя поставить ветродвигатель с насосом большого диаметра. Максимальный диаметр насоса должен быть меньше диаметра скважины на 55—60 мм.
Как было видно из таблицы повторяемости ветров, ветры не постоянны по скорости, и неизбежны моменты, когда ветер будет отсутствовать. Если в момент, когда потребуется вода, не будет ветра, то ветродвигатель воды не даст. Иногда на большой ферме потребуется сразу большое количество воды (водопой большого стада скота, вернувшегося с поля), насос же работает довольно медленно, не считаясь с потребностью, особенно при слабых ветрах, и воды будет недостаточно. Чтобы избежать таких случаев при водоснабжении с помощью ветродвигателей, необходимо иметь водонапорные баки или иные водохранилища, куда накачивается вода и расходуется по мере надобности. На фермах, оборудованных водопроводом и автопоилками, вода, особенно зимой, расходуется почти беспрерывно, так как скот пьет воду и ночью. Установка водонапорного бака является обязательной частью строительства ветронасосной установки.
Теоретически считается, что емкость баков должна быть равной двухдневному запасу воды, но практика показала, что достаточно и несколько меньшего запаса.
Водохранилищем, желательным, для колхозной фермы, является водонапорная башня с деревянным или железным (баком. Высота башни, достаточная для обеспечения противопожарного напора, должна быть 12 м до днища бака. Установленный бак обшивается двустенной дощатой оградой с засыпкой межстенного пространства. Ограда эта образует помещение, защищающее воду в баке зимой от замерзания.
Трубы —
подающая воду в бак от насоса, разводящая, т. е. подающая воду из бака в сеть, и сливная (для слива излишка и промывки бака) — ставятся вместе и обшиваются дощатым двустенным коробом с засыпкой. Ноги башни во избежание подгнивания и осадки устанавливаются на деревянные лаги, которые укладываются на кирпичные или бетонные фундаменты и прикрепляются анкерными, болтами.
Баки рекомендуется делать деревянными из досок (клепки), стянутыми натяжными или набивными обручами. Набивные обручи ставятся на конические баки, а натяжные—на цилиндрические баки. Последние применяются чаще, так как цилиндрические баки проще в изготовлении и крепление их надежнее. В эксплуатации эти баки также удобнее.
Таблица 8. Размеры деревянных баков
При постройке водонапорной башни следует руководствоваться имеющимися типовыми проектами.
Как временное мероприятие на мелких фермах при невозможности построить водонапорную башню бак может быть поставлен на чердаке коровника или конюшни. В этих случаях бак делается небольшой, емкостью 10—15 куб. м. Балки, на которых ставится
"бак, обязательно подкрепляются стойками.
Описание бесшатровой сборно-блочной водонапорной башни приведено в конце книги.
Экономически выгодно использовать ветродвигатели не только на водоснабжении, но и для комплексной механизации трудоемких работ на животноводческих фермах. Опыт показал, что комплексную механизацию могут обеспечить не только ветродвигателя Д-18 и Д-12, но и Д-8. Ветродвигатель Д-8, кроме водоснабжения, может сделать много работ, а малые фермы он механизирует полностью. Это объясняется тем, что двигатель имеет неиспользованную мощность на скоростях ветра выше той, на которую установлен насос, а он устанавливается обычно на среднегодовую скорость ветра, а во-вторых, насос может работать в ночное время. Днем же ветродвигатель используется для привода кормообрабатывающих машин.
Э. Р. ЗАКРЖЕВСКИЙ
ВЕТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ
МИНСК 1959
|
