Сделай Сам (Огонек) 1997-05, страница 23

Рис. 14. «Рабочая часть» среднебойного колеса с лопастями-ведрами:

а — конструкция; 6 — вращающие моменты на колесе;

G — вес «рабочих ведер» с водой; F — усилие на конце кривошипа;

— расстояние от оси колеса до оси ведра; &_г — длина кривошипа

V = bxhxv= 10X1X10= 100 дм³/с= 100 л/с (вода будет падать с высоты 1,5 м). В таких условиях можно даже говорить о работе среднебойного колеса с наружным диаметром 3м. Но мы выберем колесо диаметром, равным 2 м (по центрам лопастей). Таким образом, сила от давления воды на лопасти будет действовать на плече в._Л = 1 м.

Предположим, что решено не делать специальные лопасти-корыта, а использо вать по этому назначению, например, до ступные 10-литровые ведра из оцинкованного железа (и легко, и надежно!) или пластмассовые прямоугольные ящики для цветов (также емкостью примерно 10 л).

Схематично в масштабе 1 20 изобразим рабочую часть колеса, находящуюся под воздействием падающей воды {рис. 14).

Видим, что для колеса потребуется 16 ведер Для простоты будем считать (это хорошо иллюстрирует схема) что работают в основном два ведра (они образуют наиболь

ший момент), находящиеся непосредственно под каналом для подачи воды. Два нижних ведра из которых вода почти уже вылилась, в расчет не берем (оставим создаваемый ими вращающий момент на компенсацию сил трения в приводе насоса). Верхние же ведра вмещающие 20 л воды, весящие 20 кг и расположенные на расстоянии = 1 м от оси колеса, образуют вращающий момент 20 кгм.

Длину й₂ кривошипа, укрепленного на валу колеса для привода насоса, принимаем равной 0,1 м Из условия равенства вращающих моментов на одном плече определяем силу F на конце кривошипа:

F = Gg,/e₂ = 20ХЮ/1 = 200 кгс.

Зная силу на конце кривошипа F = = 200 кгс и давление в насосе Р_н = 1 кгс/см², определяем площадь поперечного сечения S цилиндра насоса:

S = F/P = 200/1 = 200 см² .

Зная площадьБ поршня, определим его диаметр по формуле:

D_H = 2y]S/K = 16 С М" 160 мм.

Предположим, что у нас имеется для изготовления насоса труба с внутренним диаметром 150 мм =1,5 дм. При ходе поршня, равном двум длинам й₂ кривошипа, то есть 200 мм, насос с таким диаметром цилиндра за один оборот колеса выдаст порцию воды V , вычисляемую по формуле:

v" = 7Г R² 22, = 3,14х0,75²х2х 100 = 3,53дм³.

» 2 '

Таким образом, такая простая установка даже при трех оборотах колеса в минуту (а ему ничто не мешает вращаться быстрее) станет подавать в напорный бак ведро воды за минуту\ Считаем, что этого хватит.

Какой же при этом будет режим работы плотины?

За три оборота колеса с 16 ведрами-лопастями расход воды V_K на колесе составит:

V_k = 10х 16X3 = 480*л/мин.

Пусть вода в ведра будет наливаться неаккуратно, пусть в три раза (!) больше будет разбрызгиваться и проливаться мимо. Тогда расход воды V_k на колесе составит примерно 2000 л/мин.

При расходе воды в речке V =100 л/с, то есть V =100x60 = 6000 л/мин, колесо будет использовать всего 30% потока.

Значит, 70% потока будет стекать через водосброс. То есть вполне можно удвоить ширину колеса.

Уменьшая потери воды при наполнении лопастей, применив грузовой аккумулятор энергии (груз на колесе), можно значительно повысить коэффициент полезного использования воды и очень эффективно и с большой пользой эксплуатировать такое простое устройство на малых речках каких у нас в России очень много.