Szélpumpa - Windpump
A windpump olyan típusú szélmalom amelyet szivattyúzására víz .
Szélszivattyúkat használtak vízpumpálásra legalább a 9. század óta a mai Afganisztán , Irán és Pakisztán területén . A szélszivattyúk használata széles körben elterjedt a muszlim világban, és később elterjedt Kínában és Indiában is . Később a szélmalmokat széles körben használták Európában, különösen Hollandiában és Nagy -Britannia Kelet -Anglia térségében , a késő középkortól kezdve a mezőgazdasági vagy építési célú földek lecsapolására.
Simon Stevin a vízgyűjtőben végzett munkája során javították a zsilipeket és a kiömlőnyílásokat az árvíz ellen . Szélmalmok voltak már használatban kell kiszivattyúzni a vizet, de a Van de Molens ( malmok ), azt javasolta fejlesztések, beleértve a gondolat, hogy a kerekeket lassan és egy jobb rendszert illeszkedő a fogaskerék fogai . Ezek a fejlesztések háromszorosára növelték azoknak a szélmalmoknak a hatékonyságát, amelyekkel vizet szivattyúztak ki a polderokból . 1586 -ban szabadalmat kapott újításán.
Nyolc- tíz pengéjű szélmalmok használtak a Murcia régió , Spanyolország , az emelés a víz öntözési célra. A szélmalom forgórészének hajtását a toronyon keresztül lefelé vezette, majd a falon keresztül vissza, hogy egy nagy kereket forgasson , amelyet noriának neveznek . A noria egy vödörláncot támasztott alá, amely lelógott a kútba. A vödrök hagyományosan fából vagy agyagból készültek. Ezek a szélmalmok az 1950 -es évekig maradtak használatban, és sok torony még mindig áll.
A korai bevándorlók az új világba magukkal hozták Európából a szélmalmok technológiáját. Az amerikai gazdaságokban, különösen az Alföldön , szélszivattyúkkal szivattyúzták a vizet a szarvasmarhák mezőgazdasági kútjaiból. Kaliforniában és néhány más államban a szélmalom egy önálló háztartási vízrendszer része volt, beleértve a kézzel ásott kutat és egy vörösfenyő víztornyot, amely vörösfenyő tartályt támogat, és vörösfás iparvágány ( tartályház ) veszi körül. Az önszabályozó üzemi szélszivattyút Daniel Halladay találta fel 1854-ben. Végül acéllapátok és acéltornyok váltották fel a faépítést, és 1930-as csúcspontjukon becslések szerint 600 000 darabot használtak, 150 megawatt teljesítménynek megfelelően. Ausztráliában a nagyon nagy, könnyebb szélszivattyúk közvetlenül forgatják a szivattyút a szélmalom forgórészével. Az extra hátsó fogaskerekek a nagy forgószélű területeken a kis forgórészek és a szivattyú forgattyúja között megakadályozzák, hogy a szivattyú rudakat gyorsabban lehessen lenyomni a leütésnél, mint amennyire a gravitáció miatt leeshetnek. Ellenkező esetben a túl gyors szivattyúzás a szivattyú rudak kihajlásához vezet, ami miatt a tömítődoboz tömítése szivárog, és átkopik az emelkedő fővezeték (UK) vagy a cseppcső (USA) falán, így minden kimenet elveszik.
A multi-pengéjű szél szivattyú vagy a szél turbina tetején egy rácsos torony fából vagy acélból így lett, sok éven át, egy állványt a táj egész vidéki Amerikában. Ezek a különféle gyártók által gyártott malmok sok lapátot tartalmaztak, hogy mérsékelt szélben lassan forogjanak, jelentős nyomatékkal , és nagy szélben önszabályozóak legyenek. A torony tetején lévő sebességváltó és a forgattyús tengely a forgómozgást váltómozdulatokká alakította át, amelyeket egy rúdon keresztül lefelé vezettek az alatta lévő szivattyúhengerhez. Ma a növekvő energiaköltségek és a továbbfejlesztett szivattyúzási technológia egyre nagyobb érdeklődést mutatnak az egykor hanyatló technológia alkalmazása iránt.
Világméretű használat
A holland jól ismert a szélmalmok. A legtöbb ilyen ikonikus struktúrák mentén található szélén polderekre valójában windpumps, amelynek célja, hogy lefolyjon a földet. Ezek különösen fontosak, mivel az ország nagy része a tengerszint alatt fekszik .
Az Egyesült Királyságban a szélszivattyú kifejezést ritkán használják, és jobban ismertek vízelvezető szélmalmokként . Ezek közül sokat a The Broads és a The Fens of East Anglia cégekben építettek fel a szárazföld lecsapolására, de többségüket azóta dízel vagy elektromos hajtású szivattyúk váltották fel . Sok eredeti szélmalom még mindig elhagyatott állapotban áll, bár néhányat helyreállítottak. [idézni kell]
A szélpumpákat széles körben használják Dél -Afrikában , Ausztráliában, valamint farmokon és tanyákon a középső síkságon és az Egyesült Államok délnyugati részén. Dél -Afrikában és Namíbiában továbbra is több ezer szélszivattyú működik. Ezeket többnyire emberi víz, valamint nagy juhállományok ivóvízellátására használják.
Kenya is profitált a szélszivattyús technológiák afrikai fejlesztéséből. Az 1970 -es évek végén az Egyesült Királyság NGO Intermediate Technology Development Group mérnöki támogatást nyújtott a kenyai Bobs Harries Engineering Ltd cégnek a Kijito szélszivattyúk fejlesztéséhez. A Bobs Harries Engineering Ltd továbbra is gyártja a Kijito szélszivattyúkat, és közülük több mint 300 egész Kelet -Afrikában üzemel .
A világ számos részén kötélszivattyút használnak szélturbinákkal együtt. Ez a könnyen felépíthető szivattyú úgy működik, hogy csomózott kötelet húz egy csövön (általában egyszerű PVC csövön) keresztül, és a vizet felhúzza a csőbe. Ez a típusú szivattyú általánossá vált Nicaraguában és más helyeken.
Építkezés
Szélszivattyú megépítéséhez a lapátos rotort hozzá kell igazítani a szivattyúhoz. A nem elektromos szélszivattyúknál a nagy szilárdságú forgórészeket a legjobban a térfogat-kiszorításos (dugattyús) szivattyúkkal együtt lehet használni, mivel az egyszeres működésű dugattyús szivattyúknak körülbelül háromszor annyi nyomatékra van szükségük az indításhoz, mint a folyamatos működéshez. Az alacsony szilárdságú rotorokat viszont legjobban centrifugálszivattyúkkal , vízhólyag -szivattyúkkal, valamint lánc- és alátétszivattyúkkal lehet használni , ahol a szivattyú indításához szükséges nyomaték kisebb, mint a tervezési sebességnél történő működéshez szükséges nyomaték. Az alacsony szilárdságú rotorokat akkor lehet a legjobban használni, ha villamosenergia -generátor meghajtására szolgálnak; ami viszont meghajthatja a szivattyút.
Többlapátos szivattyúk
A többlapátos szivattyúk világszerte megtalálhatók, és az Egyesült Államokban, Argentínában, Kínában, Új-Zélandon, Dél-Afrikában és Ausztráliában készülnek. Az USA -ban és Kanadában általánosan ismert, mint „szélkakas”, mert úgy viselkedik, mint egy hagyományos szélkakas, a szél irányában mozog (de a szélsebességet is méri). A Butler márka 1897 -ben továbbfejlesztette a szélszivattyúk technológiáját, 1898 és 1905 Egy 4,8 m átmérőjű szélszivattyú óránként akár 6,4 tonna vizet is képes emelni 100 láb magasságra, 24–32 km/h széllel. ). Azonban erős szélre van szükségük, hogy elinduljanak, így megfordítják a dugattyús szivattyú forgattyúját. A szélszivattyúk kevés karbantartást igényelnek - általában csak évente cserélik a hajtóműolajat. Becslések szerint 60 000 szélszivattyút használnak még az Egyesült Államokban. Különösen vonzóak azoknak a távoli helyeknek a használatához, ahol nem áll rendelkezésre elektromos áram, és a karbantartás nehezen megoldható. Egy közös, többlapátos szélszivattyú hasznosan szivattyúz, az éves szélerő körülbelül 4–8% -a halad át az általa söpört területen. Ez az alacsonyabb konverzió a szélrotorok és a rögzített löketű dugattyús szivattyúk közötti rossz terhelésnek köszönhető.
A többlapátos szivattyúk alapvető problémái
Nem hatékony rotor
A többlapátos rotor fő tervezési jellemzője a "nagy indítónyomaték", amely a dugattyús szivattyú működtetéséhez szükséges. Az indítás után a többlapátos rotor túl magas billenési sebességgel működik, kevesebb, mint a legjobb 30%-os hatásfoka. Másrészt a modern szélrotorok több mint 40% -os aerodinamikai hatékonysággal tudnak működni magasabb billenési sebesség mellett, kisebb örvény hozzáadása és kárba vitele a szélnek. De szükségük lenne egy nagyon változó löketmechanizmusra, nem csak a forgattyú -dugattyús szivattyúra.
Rossz terhelésillesztés
A többlapátos szélmalom mechanikus eszköz dugattyús szivattyúval. Mivel a dugattyús szivattyú fix löketű, az ilyen típusú szivattyú energiaigénye csak a szivattyú sebességével arányos. Másrészt a szélrotor energiaellátása arányos a szélsebesség kockájával. Emiatt a szélrotor túlzott sebességgel (a szükségesnél nagyobb sebességgel) jár, ami az aerodinamikai hatékonyság csökkenését eredményezi.
Egy változó löket megegyezik a forgórész sebességével a szélsebesség szerint, úgy működik, mint egy "változó sebességű generátor". A változó löketű szélszivattyú áramlási sebessége kétszer növelhető az azonos szélsebességű rögzített löketű szivattyúkkal összehasonlítva.
Ciklikus nyomatékváltozás
A dugattyús szivattyú nagyon könnyű szívó fázissal rendelkezik, de az ütés nehéz, és nagy hátramenetet okoz az indító rotornak, amikor a forgattyú vízszintes és emelkedő. Egy ellensúly a forgattyún a toronyban, és a szélirányú rángatás legalább a forgatónyomatékot a forgattyú ereszkedésére terjesztheti.
Továbbfejlesztett szélszivattyúk fejlesztése
Bár a többlapátos szivattyúk bevált technológián alapulnak és széles körben használatosak, a fent említett alapvető problémákkal rendelkeznek, és praktikus, változó löketű mechanizmust igényelnek.
USDA kísérletek Texasban
1988 és 1990 között változó löketű légszivattyút teszteltek az USDA-Agriculture Research Center-Texas-ban, két szabadalmaztatott kivitel alapján (Don E. Avery Patent #4.392.785, 1983 és Elmo G. Harris Patent #617.877, 1899). A változó löketű szélszivattyúk vezérlőrendszerei mechanikusak és hidraulikusak voltak; ezek a kísérletek azonban egyetlen szélszivattyú -gyártó figyelmét sem keltették fel. Ezzel a változó löketű szélszivattyúval végzett kísérletek után a kutatás a szél-elektromos vízszivattyús rendszerekre összpontosított; kereskedelmi, változó löketű szélszivattyú még nem létezik.
Rebbenő szélszivattyúk
Kanadában kifejlesztettek vibráló szélszivattyúkat, amelyek szivattyú lökete erősen változik amplitúdójukkal, hogy elnyelje a szél minden változó teljesítményét, és megakadályozza, hogy az uniblade függőleges középső helyzetétől túlságosan túllendüljön a vízszintesen. Sokkal könnyebbek és kevesebb anyagot használnak, mint a többlapátos szivattyúk, és hatékonyan tudnak szivattyúzni könnyebb szélviszonyok esetén.
Változó löketű szélszivattyú
Egy török mérnök modern elektronikus vezérlőberendezések segítségével újratervezte a változó löketű szivattyútechnológiát. A kutatás 2004 -ben kezdődött, állami K + F támogatással. Az első kereskedelmi új generációs változó löketű szélszivattyúkat tíz év kutatás -fejlesztés után tervezték. A 30 kW-os változó löketű szélszivattyú kialakítás magában foglalja a Darrieus típusú, modern szélrotort, az ellensúlyt és a regeneratív fék technológiát.
Függőleges tengelyű szivattyú (VAWP)
Függőleges tengelyű szélturbinával megoldható a turbina nyomatékának vízszintesről a függőleges tengelyre történő átirányítása, ezáltal alapvető tengelykapcsolat jön létre a turbina és a szivattyú között. A közvetlen csatlakozás hatékonyabb szélszivattyút eredményezhet. Például, ha a VAWP rendszert nagynyomású (HP-VAWP) csepegtető öntözőrendszerrel kombinálja, megfelelő optimalizálással a hagyományos szélszivattyúkhoz képest kétszer-háromszor nagyobb hatékonyságot eredményezhet.
Kombinációk
Tjasker
A holland , a tjasker egy vízelvezető malom közös vitorlák csatlakozik egy archimedesi csavar . Ezt vízszivattyúzásra használják olyan területeken, ahol csak kis emelésre van szükség. A széltengely egy állványon ül, amely lehetővé teszi a forgatást. Az archimédészi csavar a vizet egy gyűjtőgyűrűbe emeli, ahol azt egy magasabb árokba húzzák, így leeresztik a földet.
Thai szélszivattyúk
Thaiföldön a szélszivattyúkat hagyományosan kínai légszivattyúkon alapozzák. Ezek a szivattyúk huzalból készült bambuszoszlopokból készülnek, amelyek szövetet vagy bambuszszőnyeget hordoznak; egy lapátos szivattyú vagy vízhólyag -szivattyú egy thai lapátos rotorhoz van rögzítve. Elsősorban sós edényekben használják, ahol a szükséges vízemelkedés általában kevesebb, mint egy méter.
Lásd még
- Tjasker a holland Wikipédián
- Szélturbina
- Penge szilárdsága
- Tekercses szivattyú , egy másik gyakran használt szivattyú
- Loeriesfontein, Észak-fok , ahol múzeum található a vízszivattyúzó szélmalmok számára
- Aermotor Windmill Company , amerikai szélszivattyú -gyártó
