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风力提水

日期:2020-07-18 11:32
 
 

  中国在1800年前东汉初期已有风力提水。1637年明代宋应星撰写的《天工开物》一书中有“扬郡以风帆数扇, 俟风转车, 风息则止”的描述。风车的较早记载也见于9世纪阿拉伯人的著作, 提到公元644年波斯、阿富汗边界地带有风车用以抽水和磨面。12~19世纪风车在欧洲广泛应用。14世纪以后,荷兰利用风力提水大规模围海造地。到19世纪中期,荷兰的风车数量已达到9000台。1854年以后,在风车的基础上,低速风力机又得到了大量发展。19世纪中期,美国曾建造了数百万台此类风力提水机。在大多数国家中,风力提水多用于农牧区人、畜的饮水和小片草地的浇灌。在平原湖网或沿海地区则用于农田排灌、水产养殖、提水晒盐以及滩涂冲刷加速盐碱地改良等。此外,风力提水还可用于蓄能,把水提升到水库中,用于水力发电。

  风力提水机的分类按形式分为传统风车、低速风力提水机和高速风力提水机;按叶片数分为少叶式和多叶式;按风轮轴位置分为水平轴风力提水机和垂直轴风力提水机;按叶片受力形式分为升力型和阻力型。

  风力提水机的结构性能风力提水机的主要部件是受风力作用而旋转的风轮。当风通过风轮时, 它的动能转变为带动提水机具作业的机械能。风轮通常由2~24个叶片组成。在相同的风速下, 叶片数少,风轮的转速高, 反之转速低。叶片的材料有多种, 早期通常是木质和帆布的, 现代风力提水机多采用镀锌薄钢板或玻璃钢复合材料。风力提水机要充分利用低风速的能, 带动起动阻力较大的机具作业, 它的起动扭矩要大, 所以一般风力提水机多采用多叶式的风轮。风轮从风中得到的功率有公式计算(见风力机)。

  简单的斜杆式风车由6~8个布篷构成的风轮、传动装置、支架和提水机具几部分组成。风车的转速和功率可根据风力的大小,改变布篷的数目或受风面积加以调节。八帆风车是中国的独特创造(见图),其风轮由8个垂直放置的风帆构成。风帆分别偏侧安装在8个木质立杆上。每一风帆都可以立杆为中心转动,风帆在风力作用下绕垂直轴旋转,风轮通过装在风车下部的齿轮带动水车提水。这种风车不受风向的影响。风轮在风力作用下旋转时,能使帆面正面自动对风,当帆面背向风面时又与风向平行,以减少风帆阻力,因此它可以接受任何方向的风力作用,省略了一般风轮需要的对风装置,并通过绳索的作用,能调节风帆的迎风面积,控制风车的转速和功率,使风车得到保护。

  曾广泛用于古代波斯、中东以及欧洲的传统风车,由4个长5~15米、宽1~3米的巨大木制叶片构成。叶片架上挂有亚麻布风帆,刮大风时可以卷起来保护风车。另一些风车在叶片上装有可活动的闸板,改变闸板的打开程度可以调节风轮的旋转速度。风轮的转速为10~40转/分。

  现代低速风力提水机由风轮、机头、尾翼、塔架、调节系统、传动系统及提水机具等组成。风轮直径2~8米,这类多叶片风力提水机特别适宜在低风速状态下作业。它一般在2~3米/秒的风速下就能开始转动作业。高速风力提水机风轮的叶片数少(2~4片),转速高,在同样输出功率条件下,比低速风轮轻得多。不足之处是起动困难,如无特殊装置,至少需要5米/秒的风速才能转动作业。

  风车的提水机具主要有龙骨水车、钢管水车、螺旋式水泵和拉杆式活塞泵,此外还可利用隔膜泵、螺杆泵、液力驱动泵、气力驱动泵、喷射泵等。与深井提水用低速风力机配套的活塞式水泵由一个活塞、两个阀门和吸水管等组成。其运行原理是:活塞下行时上阀打开,底阀关闭,水由活塞自由通过。当活塞上行时,上阀关闭,底阀打开,提水上升,形成正弦脉动水流。在低扬程下,螺旋式水泵与低速风力机配套能获得良好的效果,其适应风速范围低(3~7米/秒),提水量大,在设计风速下可达到50米3/时以上。高速风力提水机一般采用离心式或自吸式水泵,或先发电再通过电动水泵提水。

  为保证风力提水机在各种复杂的自然条件下正常和安全地运行,在机上设有自动限速的调节机构,该机构在风速超过额定值时,能使风轮偏离风向或改变叶片的安装角,使风轮的转速和功率保持在额定范围内。


   
 

 


 

 

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