ВОДОПОДЪЕМНЫЙ УЗЕЛ
WATER-RAISING UNIT

Изобретение относится к ирригационным системам.
Известно водоподъемное устройство - гидравлический таран (Овсепян В.М. Гидравлический таран и таранные установки. - М.: Машиностроение, 1968, 124 с.), 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, 2318956, C1, E02B 13/02, 2006 - прототип), содержащее камеру с входным и выходным патрубками, поплавок со штоком и направляющими, водоподъемник в виде насоса.
Недостатком первого устройства является то, что большая часть потока является транзитной, т.е. лишь небольшая часть воды, проходящая по питательному патрубку, подается в нагнетательный патрубок. Также для эффективной работы данного устройства необходимы большие величины расхода и напора.
Недостатками второго устройства являются значительное количество гидромеханических устройств, снижающих надежность сооружения, а также необходимость в серьезной реконструкции, для применения на уже работающих сооружениях.
Техническим результатом является уменьшение объема транзитного стока (холостого сброса воды) и числа гидромеханических устройств.
Технический результат достигается тем, что в водоподъемном узле, содержащем камеру с входным и выходным патрубками, поплавок со штоком и направляющими и насос-водоподъемник, согласно изобретению, камера снабжена воздушным клапаном и воздуховодом с обратным клапаном для подачи сжатого воздуха на насос-водоподъемник, а поплавок со штоком и направляющими расположен в камере, причем поплавок посредством штока сообщен с установленным на выходном патрубке клапаном-затвором и имеет крышку, выполненную из ферромагнитного металла, на верху которой расположен резиновый уплотнитель, при этом на входном патрубке также расположен резиновый уплотнитель, который совместно с уплотнителем, расположенным на крышке, при всплытии поплавка обеспечивают герметичное закрытие входного патрубка, имеющего постоянные магниты, фиксирующие поплавок в верхнем положении после всплытия.
Новизна заявляемого предложения заключается в том, что в результате использования в конструкции водоподъемного узла новой совокупности конструктивных признаков, а именно камеры с воздушным клапаном и воздуховодом с обратным клапаном, поплавка со штоком и направляющими расположенными внутри камеры и постоянными магнитами, обеспечивается создание и накопление энергии сжатого воздуха для подъема жидкости с применением воздушно-гидравлической напорной системы и ее использование для привода насоса-водоподъемника (при этом снижается холостой сброс воды и уменьшается число гидромеханических устройств).
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 водоподъемного узла (положение закрытого выходного патрубка и открытого входного патрубка, в состоянии наполнения камеры водой и начала вытеснения накопленного воздуха и подачи его на насос); на фиг.2 - показано положение, приближенное к максимальному наполнению камеры водой; фиг.3 - изображена максимально наполненная камера, всплытие поплавка, закрытие входного патрубка и открытие выходного патрубка, начало слива воды и наполнения воздухом камеры; фиг.4 - изображено положение системы при сливе воды до минимального уровня воды в камере и максимального наполнения камеры воздухом, с последующим открытием входного патрубка и закрытием выходного патрубка.
Водоподъемный узел состоит из камеры 1, которая представляет собой герметичный бак, с входным 2 и выходным 3 патрубками. Входной патрубок 2 соединен питательной трубкой 4, которая на входе снабжена диффузором 5. Камера 1 снабжена воздушным клапаном 6 для наполнения ее воздухом и воздуховодом 7 по которому подается сжатый воздух на насос-водоподъемник 8, работающий за счет энергии сжатого воздуха. Воздуховод 7 на входе оснащен обратным клапаном 9. Камера 1 снабжена поплавком 10, который соединен штоком 11 с клапаном-затвором 12, установленным на выходном патрубке 3. Верхняя крышка 13 поплавка 10 выполнена из ферромагнитного металла. На верху крышки 13 расположен резиновый уплотнитель 14, а на входном патрубке 2 расположен резиновый уплотнитель 15, который совместно с резиновым уплотнителем 14, при всплытии поплавка 10, ходящего вдоль направляющих 16, расположенных в камере 1, обеспечивает герметичное закрытие входного патрубка 2, на котором установлены постоянные магниты 17, фиксирующие поплавок 10 в верхнем положении после всплытия. Поплавок 10, с клапаном-затвором 12, направляющими 16 и постоянными магнитами 17 в совокупности представляют собой регулятор доступа и сброса воды в камере 1. Также в конструкции водоподъемного узла предусмотрена ревизионная камера 18 и компенсатор 19 для уменьшения гидравлического удара при закрытии входного патрубка 2.
max
min
Водоподъемный узел работает следующим образом. При открытом положении входного патрубка 2, выходной патрубок 3 закрыт клапаном-затвором 12, при этом начинается наполнение камеры 1 водой из верхнего бьефа (фиг.1). Наполнение происходит за счет наличия гидравлического перепада Z между уровнем верхнего и уровнем нижнего бьефа. Гидравлический перепад уровней создается на трубчатых переездах оросительных систем в месте сопряжения дренажно-сбросных каналов различных порядков, при работе канала младшего порядка в подпорном режиме. При наполнении камеры 1 водой, в ней возникает избыточное давление воздуха и происходит вытеснение и подача воздуха по воздуховоду 7 на насос-водоподъемник 8. Наполнение камеры 1 водой происходит до определенного уровня УВ (фиг.2), при котором гидростатическая подъемная сила (архимедова сила) становится больше силы гидростатического давления действующего на клапан-затвор 12, и выталкивает полый цилиндрический поплавок 10. Происходит подъем поплавка 10 (фиг.3) вдоль направляющих 16 до верхнего резинового уплотнителя 15 входного патрубка 2. Достигнув резинового уплотнителя 15 входного патрубка 2, крышка 13 поплавка 10 притягивается и фиксируется постоянными магнитами 17, что приводит к герметичному закрытию входного патрубка 2, резиновым уплотнителем 14 и резиновым уплотнителем 15 входного патрубка 2. Гидравлический удар в момент закрытия входного патрубка 2 смягчается за счет повышения уровня воды в компенсаторе 19. При смене положения поплавка 10 происходит закрытие входного патрубка 2 и открытие выходного патрубка 3 и начинается этап слива воды из камеры 1, при этом происходит закрытие обратного клапана 9 и открытие воздушного клапана 6 (за счет незначительного вакуума), через который поступает воздух и занимает весь предоставленный ему объем. Опорожнение камеры 1 происходит до уровня УВ (фиг.4), при котором гидростатическая подъемная сила и удерживающая сила постоянных магнитов 17 становятся меньше веса поплавка 10 и силы давления воды на крышку 13 со стороны входного патрубка 2, что приводит к смене положения поплавка 10. Поплавок 10 опускается, клапаном-затвором 12 закрывается выходной патрубок 3, открывается входной патрубок 2. Начинается наполнение камеры 1 водой (фиг.1) и подача воздуха на насос-водоподъемник 8, начинается следующий цикл. При этом насос-водоподъемник 8 подает воду из каналов сбросной сети в каналы оросительной сети для повторного использования на орошение или на другие виды хозяйственного использования.