журнал для самодельщиков. Чертежи, схемы, описания, разработки, ремонт, изготовление, фото





Солнечная водокачка. Использование солнечной системы для подъема воды из скважины. Проект насоса.

Раздел: Садово-дачная техника и инструмент


Времена, когда бензин или любое другое топливо были «бесплатными», похоже навсегда канули в лету. Дешевых энергоносителей уже больше не будет никогда. По прогнозам, и стоимость электроэнергии к 2010-2012 годам вырастет до 5-6 рублей за 1 КВт/час. Рост благосостояния - не решение проблемы. Ресурсов просто начинает не хватать! И все больше и больше людей обращаются к возобновляемым и действительно бесплатным источникам энергии - Солнцу и ветру.

В настоящей статье я предлагаю проект солнечной водокачки. Простая солнечная система позволит поднимать воду из колодца или скважины бесплатно в течении многих сезонов.

Общеизвестным фактом является то, что при нагревании практически все вещества расширяются (увеличивают свои размеры), а при охлаждении – сжимаются. Для каждого вещества получен т.н. коэффициент теплового линейного расширения. Клр показывает, как сильно изменяет свои размеры предмет из определенного вещества, если изменить его температуру на 1 градус Цельсия.

Среди дачников давно известна конструкция под названием «тепловой цилиндр». Его задача состоит в том, что бы проветривать теплицы. Когда температура в теплице повышается слишком сильно, цилиндр нагревается, его рабочее тело внутри цилиндра начинает расширяться и выталкивает шток цилиндра, который упирается в раму (форточку). Форточка приоткрывается и теплица проветривается, сбрасывая излишнее тепло.

Если заставить такой цилиндр работать циклически (т.е. нагревать и охлаждать попеременно), то мы получим прекрасный двигатель. Который можно заставить делать все что угодно. Например, воду качать из скважины. Проблема состоит в процессе организации такой цикличности, причем, желательно без использования искусственных источников энергии. А исключительно используя энергию ветра или солнца.

Ветровые водяные насосы известны давно и довольно прекрасно работают в тех местах, где есть сильный ветер. В средней же полосе России с «рабочими» ветрами достаточно скудно (на их долю приходится всего 10-15% ветровой энергии). Остальные же 85% приходятся на долю слабых ветров до 5 метров/сек. Сделать ветряной водяной насос на такой ветер достаточно трудно (хотя и можно). А что говорить про сложность изготовления ротора или винта для такого ветряка?

Другое дело - Солнце. Уж если светит, так светит и нагревает все вокруг. Поэтому получить тепловую солнечную энергию весьма просто при помощи простого солнечного коллектора. Нам это интересно в плане организации рабочего цикла для теплового цилиндра.

Если рассматривать цикл длиною в сутки, то все ясно. Днем он нагревается, ночью охлаждается. Но много ли накачает такой насос, делая 1 качёк в сутки? Даже если насос в скважине будет большого объема, вряд ли более 10-15 литров. Стоит ли возиться ради автоматического подъема ведра воды, и то не каждый день.

А вот если циклов будет хотя бы 5-6 в час (например)? Тогда за солнечный день такая солнечная водоподъемная система нам накачает несколько сот литров! Это уже может обеспечить любые разумные потребности семьи. В таком случае игра стоит потраченных на нее свеч.

Теперь немного о тепловом цилиндре. Он представляет собой обычный цилиндр, заполненный каким то рабочим телом. Это может быть масло, легкокипящая жидкость, гранулы сильнорасширяющегося полимера (капрон, полиэтилен, фторопласт) и т.д. Чем сильнее расширяется вещество при нагревании, тем лучше. Легкокипящая жидкость использует фазовый переход между своими состояниями. Будучи холодной она жидкость, при нагревании она закипает и превращается в газ (пар), который создает давление.

Несмотря на то, что рабочий ход теплового цилиндра весьма невелик, усилие им развиваемое просто чудовищное - сотни килограммов! Поэтому можно смело применять различные рычаги, увеличивающие длину рабочего хода до приемлемой для поршневого водяного насоса.

Рассмотрим схему такой солнечной системы, предназначенной для подъема воды и принцип ее работы. (см. рабочий эскиз – проект).

В скважину опущен поршневой насос. Если вода не глубже 8 метров, то его можно установить и над скважиной. Устройство поршневого водяного насоса см. здесь. Рабочий шток насоса посредством рычага подсоединен к поршню теплового цилиндра. Труба от насоса идет в верхний накопительный бак.

Тепловой цилиндр заполнен водостойким рабочим телом, например, мелкими гранулами полиэтилена (его Клр = 0,0002 град, что выше, чем у других пластиков). У жидкостей Клр на порядок выше, однако они и гораздо более теплоемкие.

На рабочее тело опирается рабочий поршень цилиндра. Он будет вытесняться рабочим телом вверх, когда оно нагревается (одновременно будет тянуть вверх поршень водяного насоса через рычаг, совершая рабочий ход). И опускаться вниз при охлаждении рабочего тела, совершая холостой ход.

Из накопительного бака идут две тонких трубы. Первая, через электрический клапан подает в цилиндр холодную воду. Только что поднятая из скважины вода имеет температуру примерно 8-10 градусов, не больше.

Другая труба питает солнечный водонагреватель коллектор. Вода в нем нагревается солнцем до 50-60 градусов как минимум. На выходе коллектора так же стоит электрический клапан, и труба ведет в тепловой цилиндр.

Управление солнечной системой электрическое. Используются концевые выключатели (на рычаге) и простейшее термореле на основе биметаллической пластины. Оно блокирует срабатывание электроклапана солнечного коллектора. Почему все же нельзя обойтись без простейшей электрики? Потому, что организовать управление с ее помощью легко и дешево. Если же упираться и бороться «за чистоту», то сложная система рычагов управляющая краниками и ее регулировка может убить больше нервов, чем вы воды накачаете. Питание электросхемы можно организовать от небольших аккумуляторов, которые так же будут подзаряжаться от солнечной батареи. Или просто от обычного комплекта батарей, которого хватит на весь сезон. Можно применить и земляные гальванические элементы и т.д.

Работает солнечный водоподъемник так:

Ночью, когда все остывает, рабочий поршень цилиндра находится в нижнем положении, Концевой выключатель управляющий электроклапаном солнечного коллектора сработал, но открытие клапана заблокировано термореле. Термореле разрешит работу этого электрического клапана солнечного коллектора когда вода в нем нагреется до рабочей температуры, например 30-40 градусов. Когда вода в коллекторе нагреется, термореле сработает и клапан все же откроется и теплая вода начнет поступать в тепловой цилиндр, Гранулы, орошаемые теплой водой начнут нагреваться и расширяться. Сам тепловой цилиндр тоже, кстати, надо сделать так, что бы он хорошо поглощал солнечное тепло.

В нижней его части есть тонкая трубка, по которой вода медленно стекает в нижний накопительный бак. Пока вода протекает между гранулами рабочего тела и отдает им тепло, они продолжают расширяться, поршень идет вверх и одновременно поднимает воду из скважины в верхний накопительный бак. По мере движения поршня (и рычага), концевой выключатель выключает электроклапан и горячая вода перестает поступать. Но поскольку тепловые процессы достаточно медленные и вода не отдает свое тепло мгновенно, поршень некоторое время продолжает двигаться вверх. Когда он достигнет верхней рабочей точки, должен сработать другой концевой выключатель, управляющий электроклапаном холодной воды. Он срабатывает, и в цилиндр начинает поступать холодная вода, охлаждая гранулы. Они сжимаются и поршень начинает опускаться (холостой ход). Достигнув нижней рабочей точки, рычаг заставляет сработать концевик горячей воды и цикл повторяется.

Для устойчивой работы солнечной водоподъемной системы необходимо, что бы количество поднимаемой воды перекрывало сумму объемов горячей и холодной воды, необходимой для совершения рабочего хода. Иначе верхний накопительный бак опустеет, и система будет работать гораздо медленнее, используя нагревание лишь самого теплового цилиндра. Впрочем, этот баланса достаточно просто будет достичь, так как усилие цилиндра достаточно, что бы поднять воды много, а расход можно отрегулировать вентилями на трубках.

Так же следует обратить внимание и на мощность солнечного коллектора. Он должен успевать подогревать воду, необходимую для работы системы. Ведь с каждым рабочим циклом часть горячей воды утекает, а в коллектор поступает холодная вода из накопительного бака.

Отработанная вода, разумеется не пропадает, а поступает в нижний накопительный бак, откуда собственно и расходуется на нужды. В него же поступает и перелив из верхнего бака.

А если солнца не будет, без воды сидеть? Система хороша тем, что она работает «от горячей воды», а не от солнца. Солнце в данном случае лишь источник тепла. А получить тепло и нагреть воду можно многими способами. Например, дровяной водогрейкой (сжигая всякий горючий мусор), от компостной кучи (тогда система будет работать круглосуточно и непрерывно 2-3 недели) и т.д. Сгодится любой источник тепла. Солнце в данном случае просто его бесплатный источник.

Как вы понимаете, данный проект - всего лишь теория. Ближайший аналог такого теплового водоподъемника - двигатель Стирлинга ( двигатель внешнего сгорания). А они прекрасно работают ! И лишь дешевизна углеводородов не позволяла им развиваться. Но похоже, их время приходит…

Предстоят огромные опытные и экспериментальные работы по отработке создания теплового цилиндра, подбору рабочего тела (возможно применение жидкостей или легкокипящих веществ), отработке рабочего цикла и пр и др.

Я буду чрезвычайно благодарен, если вы примите активное участие в обсуждении данного проекта в виде конструктивной критики, советов, поделитесь своим опытом .

Обсуждение проекта на форуме

Константин Тимошенко






 

Разделы сайта:

  
  • САМ-издат.  
  • Авто - Мото - Вело  
  • Кулинарные рецепты  
  • Здоровье и медицина  
  • Дом и Квартира  
  • Дачное строительство  
  • Садово-дачная техника и инструмент  
  • Сад и огород  
  • САД и ОГОРОД (NEW!)  
  • Ремонт бытовой техники  
  • Интернет и Компьютеры  
  • Фото и Видео  
  • Разное  
  • Телевидение  
  • Рыбалка, Охота, Грибы  
  • Туризм и Отдых  
  • Полезные советы  
  • Плохие вещи  

  • БАРАХОЛКА (NEW!) товары для самодельщиков  

  • Все страны мира
        Отзывы туристов.