День добрый! За этот год мы с вами уже разобрали принцип работы гужевых насосов и я наконец созрел для статьи о ветряных насосах. Это крупный пласт истории техники, так как именно они были флагманской технологией, обеспечивающей освоение многих дальних территорий по всему миру. Они использовались по всему миру, но наибольший вклад внесли в развитие таких территорий как Северная Европа, а также западная и центральная часть США. Именно поэтому крупный массив материала в этой статье будет именно из тех мест.
Конструктивно все сооружения подобного типа состоят из одинакового набора элементов: ветряное колесо (преобразует энергию ветра в механическую энергию вращающихся элементов), систему приводов (передают вращение колеса к остальным элементам), насосный агрегат (осуществляющий перемещение воды) и собственно корпус (строение), объединяющее все вместе. Формы строений бывают разными, но ключевое отличие в системах идет именно по виду водоподъемного устройства. Ветряки работали для двух основных целей: мелиоративное водоснабжение и дренаж; подача питьевой воды в резервуары из скважин и колодцев. В литературе все ветряки зачастую по умолчанию называют ветряными мельницами или "wind mill", я же их буду попросту называть ветряками.
1. Ветряные насосы для мелиоративных задач.
Являются самыми ранними системами и устанавливались для подъема воды на небольшую высоту в равнинных районах с ветренным климатом. В качестве насосной системы использовались винты Архимеда и водяные водоподъемные колеса.
Одним из самых простых и примитивных можно назвать Фризский ветряной насос. Он состоял из наклонного ветряка, который был соединен единым валом с винтом Архимеда. В литературе и сети их можно найти в большом числе по названию "Tjasker".
Простота конструкции позволяла создавать целые каскады, но такие ветряки имеют тот же минус, что и все винты Архимеда- из-за низкой точности подгонки винта и корпуса их эффективность сильно падает с увеличением высоты подъема. Ещё один минус- низкое расположение ветряного колеса- малая скорость вращения, так как ветер у уровня земли всегда меньше нежели наверху.
Следующим шагом в усложнении сооружения и повышения его эффективности и соответственно сложности - строительство полноценных сооружений по типу ветряной мельницы. В качестве водоподъемника использовались или винты Архимеда или водяные колеса (в основном конечно последние).
Схема работы достаточно проста- ветер попадал на ветряное колесо и вращал его, на оси ветряного колеса находилась крупная шестерня, входившая в зацепление с шестерней, закрепленной на валу и имевшей меньший диаметр, для повышения скорости вращения вала. В нижней части шестерня вала входила в зацепление с шестерней водяного колеса. Уже оно, своим вращением поднимало воду из нижнего канала, подводимого к ветряку в верхний-отводной.
Размеры водяного колеса, а именно его ширина и диаметр влияли на объем воды и высоту её подъема, но требовали больших ветряных колес, толще вали и выше скоростей ветра. Соблюдение баланса и технических возможностей, делало строительство таких объектов поистине сложным.
При необходимости подъема воды на большие высоты использовались каскады таких ветряков.
2. Ветряные насосы для водоснабжения.
Последующее развитие технологий значительно усложнило конструкции ветряков, позволив использовать в них поршневые насосы, что сделало из пригодными для задач водоснабжения, так появилась возможность качать воду из колодцев и наполнять водонапорные резервуары и башни. Из последних вода подавалась по трубам в системы бытового или мелиоративного водопровода.
Такое усложнение сделало невозможным строительство таких башен только из местных материалов и большая часть комплектующих изготавливались промышленным путем. Ветряки не требовали для своей работы электроэнергии, что делало их необходимыми в развитии отдаленных и сельских регионов. Использование поршневых насосов потребовало изменения механики ветряка, для перевода вращательного движения ветряного колеса в поступательное движение штока простейшего поршневого насоса потребовалось применение так называемой "коробки передач" (windmill gear box):
Находилась эта коробка в верхней части ветряка и напрямую соединялась с ветряным колесом. В такой системе вал от коробки к насосу совершал возвратно-поступательное движение, а не вращательное как в старых конструкциях с колесом или винтом.
В скважине находился простейший поршневой насос, при нижнем ходе центрального вала клапан насоса открывался и производился набор воды, при ходе вверх он закрывался и вода перемещалась наружу.
На основании такого простого принципа было разработано несколько достаточно интересных вариантов компоновки ветряка, для работы в различных схемах водопровода:
а. Система забора воды из открытого водоема.
б. Система работы насоса и ветряка с гибкой передачей, для водоснабжения дома из подвального колодца.
в. Система с передачей для работы водозабора в водоеме при расположении самой башни ветряка на берегу.
Доп. Проект оригинального поршневого насоса, разработанный в конце 18 века.
На этом описание и доклад можно заканчивать. Если вам удалось найти ещё редких фотографий, то конечно же пишите о них в комментариях. Ссылка на наш telegram-канал t.me/HYDReducation.
Подборка статей о новых проектах в России!, Наша Подборка статей по гидравлике и конечно Подборка по водоснабжению. Новые материалы на оружейно-охотничью тематику Вы можете увидеть в Этой подборке.