|
О ветряках---->
Книги о ветряках и других источниках энергии
ГЛАВА 4.
Выбор типа ветроагрегата. Распределение водоисточников
и ветровые зоны.
ВЫБОР ТИПА ВЕТРОНАСОСНОГО АГРЕГАТА
Для эффективного использования агрегата его тип и
характеристики необходимо выбирать, учитывая ветровые, гидрогеологические и
хозяйственные условия зоны. Если, например, в районе с сильными ветрами
установить ветронасосный агрегат с двигателем тихоходного типа
(многолопастный), то он может выйти из строя вследствие больших
аэродинамических нагрузок на ветроколесо. С другой стороны, использование
быстроходных (малолопастных) агрегатов без пусковых устройств в зонах с малой
среднегодовой скоростью ветра (меньше 3,5) может привести к снижению
выработки.
Большое значение для повышения производительности и
срока службы установки имеет выбор типа водоподъемника или насоса. Он должен
соответствовать характеристике водоисточника: глубине, дебиту, составу воды и
т. д.
Так, например, на пастбищах Туркмении несколько лет
тому назад были установлены опытные ветронасосные агрегаты ДДК-4 с поршневыми
насосами. Известно, что в воде большинства шахтных колодцев в пустынях
Каракумы содержится много взвешенных частиц (песка), солей и кислот.
Вследствие этого через несколько месяцев работы насосы вышли из строя:
износились цилиндры и манжеты, нарушилась притирка клапанов, нагнетательные
полости насосов быстро забились песком. Для создания нормальной работы насосов
не помогает даже установка специальных фильтров.
Таким образом, для пескующих водоисточников при повышенном
содержании в воде химических веществ не рекомендуется применять поршневые
насосы. В этом случае лучше использовать ленточные водоподъемники или
пневматические насосы.
В маловодных районах Казахстана, Туркмении, на Черных
землях часто встречаются шахтные колодцы, в которых небольшой слой малосоленой
воды (так называемая пресная линза) находится на подстилающем, более мощном
слое соленой или горько-соленой воды. В этих колодцах, получивших в Туркмении название
«чирле»,
собираются атмосферные осадки, сливаемые в колодцы с водосборных площадок или такыров.
На нескольких таких колодцах были установлены ветроводоподъемники ВП-ЗМ. Но использование их на этих водоисточниках оказалось нецелесообразным, так как во время работы ленточного водоподъемника пресная вода перемешивалась с соленой. В воде, которую поднимали на поверхность, содержалось много солей, и животные отказывались ее пить. Поэтому пришлось отказаться ют применения ленточных водоподъемников и использовать насосы других типов.
Чтобы поднимать только пресную воду, на колодцах типа «чирде» лучше применять центробежные и пневматические насосы. Их целесообразно устанавливать на понтоне так, чтобы водоприемная часть была выше границы раздела пресной и соленой воды.
Так как при интенсивной откачке толщина опресненной линзы быстро уменьшается, необходимо насос крепить на тросе или установить на подставку, чтобы он не опускался и не мог забирать соленую воду.
В этом случае вода будет подниматься на поверхность лишь по мере накапливания пресной воды. Если же ее не будет, насос начнет работать вхолостую или его принудительно остановят.
Для подъема воды из скважин и мелкотрубчатых колодцев наиболее выгодно использовать ветроагрегаты с инерционным водоподъемником (типа ВБ-3) или с погружным центробежным электронасосом (установки ВЭВ-1-6 или ВЭН-4), а в тех случаях, когда водоисточники имеют хорошие фильтры и вода не содержит песка, — штанговые (поршневые) насосы.
При этом в соответствии с имеющимися в настоящее время техническими средствами ветроэлектронасосные агрегаты можно применять при суммарных напорах до 70 м (статический напор 15— 60 м), установки с поршневыми насосами — при статических напорах до 40 м, инерционные для подъема воды с глубины до 15 м при общем напоре 25—30 м.
Суммарный напор, с которым работают ветроустановки на пастбище, обычно на 15—20% выше, чем расстояние (в метрах) от оголовка колодца пли верха резервуара до динамического уровня воды в водоисточнике. При использовании ветродвигателя на ферме нужно знать величину напора, создаваемого насосом для подачи воды в водонапорную башню. С учетом потерь в напорном трубопроводе, эта величина составит 12—15 м. На водоисточнике надо устанавливать такой ветродвигатель, который может работать с напором большим или по крайней мере равным суммарному напору, подсчитанному с учетом всех потерь.
Суммарный напор определяют по формуле:
Нсум= (1,15 -1,2)•(Нв + Нб) м,
Стр. 66
где Нв — расстояние от поверхности земли до динамического уровня воды, м; Нб — расстояние от поверхности земли до верхней кромки
бака или водонапорной башни, м. Максимальная часовая производительность ветроагрегата должна быть меньше, чем часовой дебит водоисточника, иначе можно испортить колодец.
При выборе типа и мощности ветроагрегата необходимо учитывать хозяйственные и климатические условия: суточное потребление воды на водопойном пункте или ферме, время использования пастбищ (сезон, год), климатические условия пастбищного периода, систему технического обслуживания, транспортные связи района, место использования ветродвигателя (пастбище, ферма, населенный пункт).
Суточное водопотребление определяют, исходя из средних норм расхода воды на одну голову животного, а также учитывая хозяйственные и другие нужды. Известно, что в стойловый период на одну корову при механизации поения и доения ежедневно расходуется до 100 л воды, при доении вручную на 15—20 л меньше. Примерно столько же воды потребляет каждая свиноматка (с приплодом). На молодняк крупного рогатого скота в возрасте до года расходуется по 25—30 л воды, на молодняк старше года — по 45— 50 л.
Обычно на ферме, содержащей 100 коров со шлейфом, расходуется в сутки 17—18 м3 воды, на ферме со 100 свиноматками — 12—13 м3, при откорме 2500 свиней расход воды составляет около 90—100 м3, а на птицеферме с 10 тыс. голов потребляется около 10 м3 воды в сутки. В пастбищный период расход воды на каждую голову обычно на 20—30% меньше, чем при стойловом содержании.
На отгонных пастбищах суточный расход воды на одну овцу зависит от времени года, температуры и влажности воздуха, а также от состава кормов. Так, на пустынных пастбищах Туркмении суточная норма воды на одну овцу составляет летом 6—8 л, а весной и зимой падает до 4—5 л.
В среднем суточное потребление воды (Qc) отарой овец в 1000 голов достигает 5 м3. Расход воды можно подсчитать, умножая на поголовье количество воды qср, потребляемое одной овцой, и учитывая расход воды на хозяйственные нужды (Qx) 300—400 л в сутки. Так как расход не всегда постоянен, в расчет вводят коэффициент суточной неравномерности водопотребления кн = 1,15—1,2. При этом принимают, что фактический расход может быть на 15—20% выше среднего. Следовательно, суточный расход воды составит:
Qc = Кн•qcp•i + Qx м3,
где i — количество животных.
Потребление воды за весь период находят, умножая среднесуточный расход на число дней пастбищного периода.
Стр. 67
По таблице 19 выбирают ветронасосный агрегат, который в течение данного периода (год, сезон) может поднять при ветровых условиях района и подсчитанном напоре нужное количество воды.
Пример. Ветронасосный агрегат устанавливают на колодце глубиной 22 м для водоснабжения двух отар (1800 овец) на пастбище, где среднегодовая скорость ветра Vср= 5 м/сек. Пастбище используют в течение года. Определяем годовое потребление воды из расчета 6 л на овцу в сутки:
Qгод = (1800 • 6 + 300) • 365 = 4 051 500 л = 4051,5 м3.
По таблице 19 находим, что при указанной среднегодовой скорости ветра ветронасосные агрегаты ВБ-3 и ВВУ-3 поднимают в год соответственно 9650 и 7250 м3. Следует иметь в виду, что на пастбищах при подъеме воды из малодебитных колодцев двигатель некоторое время может работать вхолостую из-за отсутствия воды. Снижение производительности ветронасосного агрегата учитывают коэффициентом совпадения графиков выработки и потребления Кс, который для пастбищных установок при сезонном их использовании можно принимать равным 0,80—0,95, а при годовом 0,7—0,55. Принимая коэффициент Кс =0,7 и умножив его на табличные данные, получим выработку 6755 и 5075 м3. Устанавливаем ветронасосный агрегат ВВУ-3, выработка которого близка к полученной. Одновременно следует учесть соответствие типа двигателя ветровому режиму и типа водоподъемника характеристикам водоисточника.
Время использования пастбищ и климатические условия в этот период также определяют требования к ветронасосному агрегату. В Казахской ССР пастбища круглогодичного использования составляют менее 30% всех пастбищ. Остальные используют для выпаса скота не более 2—3 месяцев в году: зимой, летом или в весеннеосенний период. Зимой температура достигает —30—35°, поэтому на круглогодичных или зимних пастбищах нежелательно применять ветродвигатели с ленточными водоподъемниками: их эксплуатация зимой затруднена, требуется хорошее утепление оголовка колодца.
Учитывая также, что зимой наблюдаются сильные и порывистые ветры, в этих условиях лучше устанавливать быстроходные ветронасосные агрегаты с инерционным водоподъемником, пневматическим или погружным центробежным электронасосом. На пастбищах, где ветродвигатели эксплуатируют обычно в теплое время года, можно применять любой тип водоподъемника. Однако следует иметь в виду, что в пустынях и полупустынях летом часто бывают песчаные и пыльные бури, поэтому не рекомендуется применять двигатели с открытыми передачами. Нужно также предохранять ремни привода водоподъемника или генератора от действия солнечных лучей.
Необходимо учитывать рельеф местности и характер грунта. Например, на песках лучше устанавливать ветродвигатели на свободностоящих башнях, чем на мачтах с растяжками, так как их надежно закрепить труднее, чем заделать штыри свободностоящей
Стр. 68
опоры. Кроме того, опыт эксплуатации показывает, что животные часто рвут растяжки. Сделать же в условиях пустыни ограждение ветродвигателя насосного агрегата практически невозможно.
Если пастбища расположены в районе с относительно слабыми скоростями ветра и используются длительное время в году, то процент рабочих часов будет не очень велик. В этих условиях для гарантированного обеспечения животных водой придется устанавливать резервный бак очень большой емкости или в периоды безветрия поднимать воду вручную, а там, где возможно, подключать тепловой двигатель. Поэтому лучше использовать установку с ветродвигателем, смонтированным в стороне от водоисточника. В этом случае оголовок колодца не загромождается и можно легко поднимать воду вручную. Двигатель должен иметь устройство для резервного привода. В подобных условиях лучше применять ветроводоподъемник ВВУ-3.
Если двигатель установлен для подъема воды из колодца с ограниченным дебитом, то желательно применять двигатели с автоматическим устройством для остановки агрегата при заполнении бака или снижении уровня воды в колодце, а также для запуска двигателя в работу в случае уменьшения запаса воды в резервуаре.
Эти устройства важно иметь и для ветронасосных установок, эксплуатируемых на скотопрогонных трассах, где воду потребляют периодически.
В районах, где часто наблюдаются ураганные ветры, целесообразно применять двигатели с устройствами, автоматически останавливающими их во время бури. К таким устройствам относится, например, защелка на хвосте ветронасосного агрегата 2ВПЛ-4.
Если рядом с водоисточником находится домик чабана, то выгодно, чтобы двигатель приводил в движение не только насос, но и генератор, заряжающий аккумуляторные батареи, используемые для освещения и радиофикации. В этих случаях лучше применять ветроэлектронасосные и ветронасосные агрегаты ВВУ-3 или 2ВПЛ-4.
Установка для снабжения фермы водой или подъема воды для населения обычно находится под ежедневным наблюдением. Для ее обслуживания выделяют рабочего. Как правило, вода подается в водонапорную башню или бак. В этих случаях выбирают агрегат, обеспечивающий напорную подачу воды. Так как колодец обычно находится на территории фермы, постройки мешают свободному прохождению воздушного потока. На животноводческом дворе всегда движется транспорт, скот. Поэтому здесь лучше применять агрегаты с электрической или пневматической трансмиссией, устанавливая их на возвышенных местах, подальше от построек. Башня должна быть свободностоящей.
Тип ветрооросительных установок выбирают в зависимости от ветровых и гидрогеологических условий.
|
