АЭРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ВОДОПОДЪЕМНИК
AIR-HYDRAULIC WATER LIFT

Изобретение относится к ирригационным системам.
Известно водоподъемное устройство гидравлический таран (Васильев Б.А., Грецов Н.А. Гидравлические машины. - М.: Агропромиздат, 1988, с.175-177), содержащее источник воды, подводящий трубопровод, воздушный колпак, напорную трубу, напорный бак и использующее систему вода-воздух для обеспечения процесса водоподъема.
Также известно изобретение (RU, патент на изобретение, 2117093 С1, 6 Е02В 13/02, 1998 - авторами взято за прототип), содержащее нижний резервуар с входным и выпускным патрубками, напорный резервуар, переключатель затворов и перегородку-разделитель бьефов.
Недостатком известного устройства является то, что весь транзитный поток проходит через переключающее устройство - магнитный переключатель. Магнитный переключатель сложен в изготовлении. В корпусе магнитных переключателей при установке на стальных водоводах диаметром более 152 мм имеют место значительные потери энергии на трение при повороте заслонки, что снижает стабильность работы конструкции. Этот факт исключает применимость конструкции для водотоков с большими расходами, что является существенным недостатком.
Также к недостаткам конструкции относится значительное количество механических элементов в цепи, передающей энергию гидравлического перепада к поршню водоподъемника. Само наличие поршня в напорной системе также является недостатком данной конструкции, так как обуславливает наличие потерь на трение.
Техническим решением задачи является расширение технологических возможностей за счет снижения потерь энергии на трение и упрощение процесса подъема жидкости.
Задача достигается тем, что аэрогидравлический водоподъемник, содержащий нижний резервуар с входным и выпускным патрубками, напорный резервуар, переключатель затворов и перегородку-разделитель бьефов, согласно изобретению имеет дополнительно верхний резервуар с воздуховодом и водоводом с обратным клапаном, сообщенным с напорным резервуаром, нижний резервуар снабжен поплавком и затворами со штоками, при этом переключатель затворов выполнен в виде установленного на опоре цилиндрического герметичного корпуса, в котором расположен подвижно перемещающийся шарообразный элемент, причем опора в верхней части имеет фиксатор затворов, сообщенный со штоками затворов нижнего резервуара, имеющими упоры для контакта с рычагами, которыми снабжен переключатель затворов.
Новизна заявляемого предложения заключается в том, что в результате использования в конструкции аэрогидравлического водоподъемника новой совокупности конструктивных признаков обеспечивается создание напора для подъема жидкости с применением воздушно-гидравлической напорной системы.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое предложение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция аэрогидравлического водоподъемника (этап наполнения нижнего резервуара воздухом и верхнего резервуара водой); на фиг.2 показано положение конструктивных элементов водоподъемника на начальном этапе наполнения нижнего резервуара водой в стадии начала вытеснения воздуха из нижнего в верхний резервуар и начала водоподачи в напорный резервуар; фиг.3 показывает положение конструктивных элементов водоподъемника на этапе завершения наполнения нижнего резервуара водой; фиг.4 отражает положение конструктивных элементов водоподъемника на этапе слива воды и наполнения воздухом нижнего резервуара, опускания и наполнения верхнего резервуара.
Аэрогидравлический водоподъемник состоит из нижнего резервуара 1 с входным 2 и выпускным 3 патрубками, напорного резервуара 4, переключателя затворов 5 (который выполнен в виде цилиндрического герметичного корпуса), перегородки-разделителя бьефов 6 (фиг.1). Конструкция дополнительно предусматривает верхний резервуар 7 с воздуховодом 8 и водоводом 9, оснащенным обратным клапаном 10. Нижний резервуар снабжен поплавком 11, затвором нижнего бьефа 12 и затвором верхнего бьефа 13. Затвор нижнего бьефа 12 управляется через шток затвора нижнего бьефа 14. Затвор верхнего бьефа 13 управляется через шток затвора верхнего бьефа 15. Штоки 14, 15 выполняются максимально легкими из пластмассовых материалов. На корпусе нижнего резервуара 1 предусмотрена опора 16, состоящая из двух параллельных металлических стержней (не показаны), между которыми укрепляются переключатель затворов 5 с расположенным в нем подвижно перемещающимся шарообразным элементом 17 (переключающим элементом) и фиксатор затворов 18. Штоки затвора нижнего бьефа 14 и затвора верхнего бьефа 15 снабжены упорами 19, которые контактируют с рычагами 20 переключателя затворов 5. Шток затвора нижнего бьефа 14 перемещается вертикально внутри направляющей 21, а шток затвора верхнего бьефа 15 перемещается вертикально внутри направляющей 22. Затворы нижнего бьефа 12 и верхнего бьефа 13 состоят из одинаковых конструктивных элементов: опорная часть затвора 23, гофрированная часть затвора 24 (опускается, образуя цилиндр, выполняется из гидротехнической ткани), нижнее кольцо 25 затворов 12, 13 (прикреплено к штоку в центре окружности на нескольких радиально расположенных прутах (не показаны); плоскость кольца в затворе выполняется абсолютно водопроницаемой с целью исключения гидростатического и гидродинамического воздействий и с целью увеличения скорости срабатывания затвора). Направляющие 21, 22 штоков затворов 14, 15 жестко соединены креплениями 26 с корпусом нижнего резервуара 1 и перегородкой-разделителем бьефов 6. Поплавок 11 в корпусе нижнего резервуара 1 имеет шток 27, снабженный верхним фиксатором 28, нижним фиксатором 29 и упорной площадкой 30. Шток 27 поплавка 11 двигается вертикально вверх и вниз сквозь направляющую 31 штока 27, снабженную гофрированной герметизирующей оболочкой 32, исключающей потери воздуха из нижнего резервуара 1. Упорная площадка 30 снабжена гибкой связью 33 для управления переключателем затворов 5. Опора 16 имеет шарнир 34 для крепления переключателя затворов 5 и шарнир 35 для крепления фиксатора затворов 18. Фиксатор затворов 18 содержит в корпусе удерживающий шарообразный элемент 36 и оснащен удерживающими рычагами 37, имеющими связь через шарниры 38 со штоками затворов нижнего бьефа 14 и верхнего бьефа 15. Корпус нижнего резервуара 1 оснащен воздушным клапаном 39, который выполнен подпружиненным в закрытом состоянии. Верхний резервуар 7 за счет удерживающего поплавка 40 и фиксатора 41 работает на уровне поверхности воды верхнего бьефа. Водонаполняющий клапан 42, расположенный на дне верхнего резервуара 7, обеспечивает цикл наполнения верхнего резервуара 7 водой, а обратный клапан воздуховода 43, расположенный на входе воздуховода 8 в верхний резервуар 7, исключает попадание воды в воздуховод 8.
Аэрогидравлический водоподъемник работает следующим образом. При сливе воды из нижнего резервуара 1 в него поступает воздух (фиг.1). Воздух поступает из верхнего резервуара 7 при его опускании и наполнении его водой через водонаполняющий клапан 42. Поплавок 11 опускается при сливе воды вдоль штока 27, и, достигнув нижнего фиксатора 29, он тянет своим весом вниз шток 27, который соединен гибкой связью 33 с рычагом 20 переключателя затворов 5, при этом на шарнире 34 переключатель затворов 5 поворачивается и из положения II достигает среднего положения III (фиг.1). Положение III является положением неустойчивого равновесия, и дальнейшее опускание левого рычага 20 переключателя затворов 5 приводит к перекатыванию подвижно перемещающегося шарообразного (переключающего) элемента 17, который своим весом переводит переключатель затворов 5 в положение I. Одновременно правый рычаг 20 переключателя затворов 5 воздействует на упор 19 и поднимает шток затвора верхнего бьефа 15, при этом поднимается нижнее кольцо 25 и сжимается гофрированная часть 24 затвора верхнего бьефа 13 и открывается доступ воды из верхнего бьефа в нижний резервуар 1. При поднятии шток затвора верхнего бьефа 15 через шарнир 38 и правый удерживающий рычаг 37 поворачивает на шарнире 35 фиксатор затворов 18. При повороте корпуса фиксатора затворов 18 левый фиксирующий рычаг 37, воздействуя через шарнир 38, опускает шток затвора нижнего бьефа 14, при этом опускается нижнее кольцо 25 и растягивается гофрированная часть 24 затвора нижнего бьефа 12 и прекращается слив воды из нижнего резервуара 1 в нижний бьеф. В корпусе фиксатора затворов 18 происходит перекатывание удерживающего шарообразного элемента 36, при этом затвор нижнего бьефа 12 фиксируется в закрытом положении, затвор верхнего бьефа 13 фиксируется в открытом положении и начинается наполнение нижнего резервуара 1 водой из верхнего бьефа (фиг.2). Наполнение происходит за счет энергии гидравлического перепада между уровнем верхнего бьефа и уровнем воды в нижнем резервуаре 1. Гидравлический перепад уровней обеспечивается перегородкой-разделителем бьефов 6, выполняющей роль подпорного сооружения. На начальном этапе наполнения водой нижнего резервуара 1 верхний резервуар 7 находится в нижнем положении и максимально наполнен водой (фиг.2). Корпус верхнего резервуара 7 за счет укрепленного на нем фиксатора 41 опирается на удерживающий поплавок 40. Воздух из нижнего резервуара 1 при его наполнении водой вытесняется по воздуховоду 8 в верхний резервуар 7. Таким образом, в верхнем резервуаре 7 создается напор, за счет которого закрывается водонаполняющий клапан 42 и вода из верхнего резервуара 7 поднимает обратный клапан водовода 10 и по водоводу 9 вытесняется в напорный резервуар 4. Происходит процесс водоподъема, в ходе которого верхний резервуар 7 по мере вытеснения из него воды наполняется воздухом и всплывает за счет действия выталкивающей силы (фиг.3). Наполнение нижнего резервуара 1 водой приводит к подъему поплавка 11 вдоль штока 27 до верхнего фиксатора поплавка 28. Достигнув фиксатора 28 поплавок 11, следуя за уровнем воды в нижнем резервуаре 1, поднимает шток 27 и упорную площадку 30. Упорная площадка 30, поднимаясь, поворачивает переключатель затворов 5 из положения I в положение неустойчивого равновесия III (фиг.3). При прохождении переключателем затворов 5 положения III подвижно перемещающийся шарообразный (переключающий) элемент 17 перекатывается вправо и переводит своим весом переключатель затворов 5 в положение II. При этом происходит смена положения фиксатора затворов 18, затвор нижнего бьефа 12 фиксируется в открытом положении, затвор верхнего бьефа 13 фиксируется в закрытом положении, начинается слив воды из нижнего резервуара 1 и поступление в него воздуха (фиг.4). Верхний резервуар 7 под действием собственного веса опускается, водонаполняющий клапан 42 открыт и пропускает воду, которая вытесняет воздух по воздуховоду 8 в нижний резервуар 1. Обратный клапан воздуховода 43 прекращает движение воздуха при завершении наполнения верхнего резервуара 7 водой и исключает возможность работы воздуховода 8 в режиме «сифона». При сливе воды из нижнего резервуара 1, в случае когда обратный клапан воздуховода 43 уже закрыт, воздух в нижний резервуар 1 поступает через воздушный клапан 39. Воздушный клапан 39 подпружинен в закрытом состоянии и открывается при наличии незначительного вакуума в нижнем резервуаре 1. Последующий слив воды из нижнего резервуара приводит систему конструктивных элементов водоподъемника в состояние, показанное на фиг.1, из которого система переключается на наполнение нижнего резервуара 1, то есть начинается следующий цикл водоподъема.