УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЁМА ВОДЫ
DEVICE FOR LIFTING WATER

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при проектировании гидротранспортных и энергетических систем.
Известен способ подъема воды путем опускания водоподъемного устройства под уровень воды в водоеме (SU 1043365 А, 23.09.1983).
Недостатком этого способа является отсутствие значительного влияния опускаемого под уровень воды водоподъемного устройства на повышение уровня свободной поверхности воды в водоеме.
Более близким к изобретению является способ подъема воды, при котором предварительно в водоеме с помощью корпуса, например в форме трубы, выделяют ограниченный объем воды, сравнимый с объемом погружаемого водоподъемного устройства или его части, в который и погружают водоподъемное устройство. В этом случае вода из водоема или резервуара вытесняется вверх (SU 1010228 А, 1983).
Недостаток этого способа заключается в том, что погружаемое водоподъемное устройство вытесняет воду лишь на высоту, ограниченную длиной воздуховода, которая не достигает высотной отметки водопотребителя, а вода, попадающая через воздуховод в поднимающийся поток по водоподъемной трубе, снижает запас энергии рабочей струи.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подъема воды, заключающийся в вытеснении воды погружающимся в нее телом водоподъемника. При этом воду предварительно помещают в корпус, сравнимый по размерам с погружающимся в него телом, а тело выполнено в виде сплошного цилиндра, равного по длине с длиной корпуса ( RU 2431059 С1, 10.10. 2011).
Недостатком этого способа является то, что при подъеме воды из колодцев и скважин погружаемое тело оказывается большого веса, препятствующего выполнению водоподъемных операций. Так, при диаметре корпуса 200 мм и высоте подъема воды 20 м вес погружаемого тела достигает более тонны. И хотя подъему такого тела способствует выталкивающая сила гидростатического давления, все равно требуются мощные подъемные устройства, осложняющие процесс водоподъема. Кроме того, такое длинное погружаемое тело трудно изготавливать и размещать в скважине, и материальные затраты на его изготовление очень существенны.
Задача изобретения снизить не менее чем на порядок вес погружаемого тела и этим облегчить работу водоподъемника и увеличить производительность.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для подъема воды, включающем погружаемое тело водоподъемника и средства для осуществления его движения, содержащем корпус со всасывающим клапаном, в котором установлено это тело с образованием кольцевого зазора для подъема жидкости, погружаемое тело имеет длину более его диаметра, но менее глубины наполнения водоема и диаметр от 0,5 до 0,95 диаметра корпуса, а его вес, с учетом веса столба жидкости воды над ним, больше выталкивающей силы воды, действующей на него при погружении, при этом погружаемое тело на верхнем торце дополнительно содержит жесткий перфорированный диск, на котором расположен сплошной диск из деформируемого материала с возможностью деформации или перемещения по вертикали вдоль оси симметрии тела.
Таким образом, в способе подъема воды или другой жидкости, включающем вытеснение воды погружением тела водоподъемника с предварительной изоляцией корпусом ограниченного объема воды, согласно изобретению длину погружаемого тела выполняют равной не менее диаметра этого тела и не более глубины наполнения водоема. При этом погружаемое тело может быть соединено с подъемным устройством гибким тросом. А для ограничения или предотвращения  перетоков воды при подъеме погружаемого тела последнее снабжено уплотнением на верхнем торце погружаемого тела в виде плоского перфорированного диска, на котором расположен плоский сплошной диск из деформируемого материала, например резины. Диски могут быть скреплены между собой в одной точке на оси симметрии погружаемого тела.
Пример осуществления способа
Воду поднимают следующим образом. В естественном водоеме или искусственном резервуаре с помощью корпуса со всасывающим клапаном (на схеме не показано) выделяют часть жидкости водоема с установкой корпуса на дно водоема. Затем в корпус, например, в виде трубы погружают тело водоподъемника, например, в виде сплошного цилиндра длиною более величины его диаметра, но меньше глубины жидкости в водоеме. Меньшая граница длины погружаемого тела обуславливается необходимостью стабилизации погружаемого тела при движении. Большая граница длины погружаемого тела ограничивается глубиной наполнения водоема потому, что дальнейшее увеличение длины не приводит к увеличению объема вытесняемой жидкости. Погружаемое тело подвешено на коротком плече рычага подъемного устройства с помощью гибкого троса. При погружении тела водоподъемника вода вытесняется из корпуса вверх по кольцевому зазору между стенками корпуса и погружаемого тела водоподъемника. Если за один цикл погружения вода в корпусе не достигла отвода водопотребителя, то совершают второй цикл. При подъеме погружаемого тела вверх ниже его в корпусе формируется пониженное давление, которое может быть и ниже атмосферного. Поэтому под действием гидростатического давления в водоеме открывается всасывающий клапан и вода из водоема занимает освободившееся место в корпусе. При очередном погружении тела водоподъемника вода в корпусе перетекает выше погрузившегося тела. Эта операция повторяется. На этом операции по подготовке устройства к подъему воды заканчиваются.
При последующем подъеме тела водоподъемника вода из корпуса будет вытесняться в отвод потребителя, а при погружении тела перетекать в корпусе выше погрузившегося тела. Таким образом, воду поднимают как при погружении тела водоподъемника, так и при подъеме тела водоподъемника. Вода, размещенная в корпусе водоподъемника выше погружаемого тела, может быть вся поднята при подъеме тела до отвода водопотребителя. Это наряду со снижением веса тела водоподъемника увеличивает надежность и производительность водоподъема.
Длину погружаемого тела принимают больше величины его диаметра, но менее глубины водоема при установке корпуса на дно водоема, При этом должен соблюдаться закон Архимеда. То есть вес погружаемого тела с учетом веса столба жидкости воды над ним должен быть больше выталкивающей силы воды, действующей на него при погружении. Причем для уменьшения гидравлического сопротивления погружению тела его диаметр принимают в пределах от 0,5 до 0,95 от диаметра корпуса. Больший предел величины диаметра определяется необходимостью стабилизации движения погружаемого тела в корпусе, а меньший предел обуславливается необходимостью снижения гидравлических сопротивлений при перетоке жидкости из области ниже погружаемого тела в область выше погружаемого тела.
Устройство для подъема воды изображено на прилагаемых чертежах.
На фиг. 1 показана схема водоподъемного устройства во время движения погружаемого тела вниз, на фиг.2 показана схема водоподъемного устройства при движении погружаемого тела вверх.
Устройство содержит корпус 1 с всасывающим клапаном (на схеме не показано), погружаемое тело 2, отвод для водопотребителя 3, подъемник 4 погружаемого тела. На верхнем торце погружаемого тела расположен перфорированный жесткий диск 5, а на нем сплошной деформируемый диск 6, скрепленные между собой и погружаемым телом в одной точке на оси симметрии погружаемого тела.
Устройство работает следующим образом. Корпус 1 устанавливают в открытом водоеме, колодце или скважине. Над корпусом 1 монтируют подъемник 4 погружаемого тела 2 и с помощью гибкого троса закрепляют на нем само погружаемое тело 2. На этом подготовка к работе устройства для подъема воды заканчивается. Для подъема воды погружаемое тело 2 опускают в корпус 1. Опускаясь в корпус 1 под действием своей силы тяжести, тело 2 может опуститься на дно корпуса 1, а может быть зафиксировано подъемным устройством 4 на определенной глубине. Погружаемое тело 2 вытесняет воду из корпуса 1 по кольцевому зазору между стенками корпуса 1 и боковыми стенками погружаемого тела 2. При этом давление в воде ниже погружаемого тела 2 от веса этого тела превышает давление воды выше погружаемого тела. Поэтому деформируемый диск отгибается вверх и пропускает воду. При этом тело 2 опускается вниз по корпусу 1.
При подъеме тела 2 вверх поднимается вверх и вода, расположенная выше погружаемого тела. При этом под погружаемым телом формируется пониженное давление. Поэтому давление в жидкости выше погружаемого тела превышает давление в корпусе ниже погружаемого тела. При этом деформируемый диск ложится на плоский перфорированный диск, закрывая все каналы для перемещения жидкости. Жидкость из области корпуса над погружаемым телом не может перетекать в область корпуса ниже погружаемого тела и погружаемым телом 2 перемещается вверх до отвода потребителя 3. Для большей надежности уплотнения скользящего контакта деформируемый диск может иметь манжету на периферии.
Такая конструкция устройства для подъема воды позволяет существенно снизить вес погружаемого тела 2 независимо от высоты подъема воды и длины корпуса 1 и повысить производительность водоподъема. Вода поднимается вверх как при движении погружаемого тела 2 вниз, так и при движении его вверх. Повышается надежность работы.