Колесо для зрошення (доповнення)

Відео: Rocket League - ДИВИМОСЯ НОВЕ ДОПОВНЕННЯ!

замість введення
Два дні тому відправив вам бандероль з рукописами, в тому числі там була стаття «Колесо для зрошення», а ввечері дружина мені говорить, що читала мою статтю (цю саму) і що її, на її думку, треба б доповнити простеньким розрахунком - прикладом . «Самодельщиков ваші самі побояться приступати до розрахунків, навіть до простих. Їм треба показати, що все тут просто », - це мене змусило написати додаток до статті.
Приклад нескладного розрахунку
Припустимо, що ділянка, який ми збираємося поливати, знаходиться недалеко, приблизно в межах 100 м від річки на висоті 3 ... 4 м над рівнем води. Напірний бак встановимо на висоті 3 м біля ділянки. Значить воду з річки нам належить подавати на висоту 6 ... 7 м, тобто насосу доведеться забезпечити в циліндрі насоса тиск Рн gt; 7 м водяного стовпа (з урахуванням опору трубопроводу). Ми приймемо Рн трохи більше - 10 м водяного стовпа, тобто 1 атм (1 кгс / см²).
Припустимо, що річка має ширину в = 10 дм, глибину h = 1 дм, швидкість течії v = 10 дм / с, при цьому глибина русла річки 1,6 м. Таким чином, в нашому розпорядженні після спорудження греблі виявиться енергія водоспаду з витратою води V = bxhxv = 10 х 1 х 10 = 100 дм³/ С = 100 л / с (вода буде падати з висоти 1,5 м). В таких умовах можна навіть говорити про роботу среднебойного колеса з зовнішнім діаметром 3 м. Але ми виберемо колесо діаметром, рівним 2 м (по центрам лопатей). Таким чином, сила від тиску води на лопаті буде діяти на плечі l1 = 1 м.
Припустимо, що вирішено не робити спеціальні лопаті-корита, а використовувати по цьому призначенню, наприклад, доступні 10-літрові відра з оцинкованого заліза (і легко, і надійно!) Або пластмасові прямокутні ящики для квітів (також ємністю приблизно 10 л).

Відео: How an Irrigation Wheel Works

Мал. 1. «Робоча частина» среднебойного колеса з лопатями-відрами: а - конструкція- б - обертаючі моменти на колесе- G - вага «робочих відер» з водою-F - зусилля на кінці крівошіпа- l1 - відстань від осі колеса до осі відра : l2 - довжина кривошипа

Відео: Persian Wheel - Near UET Taxila

Схематично в масштабі 1:20 зобразимо робочу частину колеса, що знаходиться під впливом падаючої води (рис. 1).
Бачимо, що для колеса потрібно 16 відер. Для простоти будемо вважати (це добре ілюструє схема), що працюють в основному два відра (вони утворюють найбільший момент), що знаходяться безпосередньо під каналом для подачі води. Два нижніх відра, з яких вода майже вже вилилася, в розрахунок не беремо (залишимо створюваний ними крутний момент на компенсацію сил тертя в приводі насоса). Верхні ж відра, що вміщають 20 л води, що важать 20 кг і розташовані на відстані l1 = 1 м від осі колеса, утворюють обертовий момент 20 кгм.
Довжину l2 кривошипа, укріпленого на валу колеса для приводу насоса, приймаємо рівною 0,1 м. З умови рівності моментів, що обертають на одному плечі визначаємо силу F на кінці кривошипа:
F = G x l1 / l2 = 20 х 10/1 = 200 кгс.
Знаючи силу на кінці кривошипа F = 200 кгс і тиск в насосі Рн = 1 кгс / см², визначаємо площа поперечного перерізу S циліндра насоса:
S = F / Р = 200/1 = 200 см².
Знаючи площу S поршня, визначимо його діаметр за формулою:
Dн = 2 x (S / )^1/2 = 16 см = 160 мм.
Припустимо, що у нас є для виготовлення насоса труба з внутрішнім діаметром 150 мм = 1,5 дм. При ході поршня, що дорівнює двом довжинам l2, кривошипа, тобто 200 мм, насос з таким діаметром циліндра за один оборот колеса видасть порцію води Vн, яка обчислюється за формулою:
Vн = x R2 x 2 x l2 = 3,14 х 0,752 х 2 х 100 = 3,53 дм³.
Таким чином, така проста установка навіть при трьох оборотах колеса в хвилину (а йому ніщо не заважає обертатися швидше) стане подавати в напірний бак відро води за хвилину! Вважаємо, що цього вистачить.
Який же при цьому буде режим роботи греблі?
За три оберти колеса з 16 відрами-лопатями витрата води Vк на колесі складе:
Vк = 10 х 16 х 3 = 480 л / хв.
Нехай вода в відра буде наливатися неакуратно, нехай в три рази (!) Більше буде розбризкується і проливатися повз. Тоді витрата води Vк на колесі складе приблизно 2000 л / хв.
При витраті води в річці V = 100 л / с, тобто V = 100 х 60 = 6000 л / хв, колесо буде використовувати всього 30% потоку.
Значить, 70% потоку буде стікати через водоскид. Тобто цілком можна подвоїти ширину колеса.
Зменшуючи втрати води при наповненні лопатей, застосувавши вантажний акумулятор енергії (вантаж на колесі), можна значно підвищити коефіцієнт корисної використання води і дуже ефективно і з великою користю експлуатувати такий простий пристрій на малих річках, яких у нас в Росії дуже багато.