УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА ГЛУБИННОЙ МОРСКОЙ ВОДЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ
DEVICE FOR LIFTING OF DEPTH SEA WATER ONTO SURFACE

Изобретение относится преимущественно к области океанологии и предназначено для забора глубинной воды морей и океанов с заданных горизонтов для последующих физических, химических, биологических исследований или для извлечения из нее отдельных минеральных или газовых компонентов в промышленных целях. Оно может быть использовано при решении любых иных задач, технологическим этапом которых является подъем воды с заданной глубины открытого водоема.
Обычно подъем глубинной воды на поверхность, например, мзрской воды, осуществляется с помощью погружного электрического насоса, который закрепляют на конце водозаборной трубы и опускают на глубину с помощью тросовой лебедки. Например, известно средство для подъема морской воды, использованное в устройстве для дегазации воды [1]. Оно содержит погружной водонапорный насос скважинного типа с водопроводным шлангом в виде полиэтиленовой трубки, по которой вода нагнетается наверх. Сходными признаками с существенными признаками заявленного изобретения являются насос с прикрепленным к нему водозаборным шлангом.
Недостатком таких аналогов является то, что такое оборудование достаточно громоздко, сложно, особенно небезопасно в условиях штормящего моря и потребляет значительное количество электроэнергии -используемые в таких водоподъемных средствах насосы запитываюгся по кабелю напряжением 220-380 В и потребляют мощность порядка нескольких кВт.
Известен волновой водоподъемник [2], предназначенный преимущественно для применения в сельском хозяйстве. Он использует энергию ветровых волн открытого водоема путем непосредственного преобразования ее в водоподъемную силу с использованием вертикальных волновых перемещений и гидродинамического давления волны. Водоподъемник включает в себя неподвижную опору, закрепленную на дне открытого водоема, снабженную в своих верхней и нижней частях поворотным узлом с приводом жестко фиксированного горизонтального перемещения рамы с поршневым насосом и рычагом опоры, в нижней части опора снабжена рычагом с возможностью свободного вертикального перемещения связанного жестко со штоком насоса и стержнем поплавка, установленным под углом 105° к оси рычага. Приведенное устройство, как и заявленное решение, является волновой установкой и наиболее близко подходит к изобретению по совокупности признаков. Поэтому оно выбрано в качестве прототипа. Сходными признаками этих технических решений являются наличие поплавкового элемента и насоса, а также то, что заявленное устройство, как и прототип, может быть прикреплено к дну открытого водоема.
Недостатками прототипа являются его сложность и ограничение применения, т.к. он предназначен для работы в открытых водоемах с небольшими глубинами - устройство крепится к его дну. В целях океанографических исследований это устройство может быть использовано только в узкой прибрежной зоне и не применимо для подъема глубинной морской воды с целью извлечения сероводорода для нужд промышленности.
В основу изобретения поставлена задача создания устройства для подъема воды из водоема, которое преобразует энергию поверхностных волн этого водоема в водоподъемную силу, и в котором совокупностью характеризующих его существенных признаков обеспечивается технический результат - упрощение устройства. При этом за счет признаков, характеризующих постановку устройства, достигается новое свойство: возможность забора воды именно с больших глубин открытых водоемов -морей и океанов, что обусловливает другой технический результат изобретения - расширение области применения устройства для подъема воды.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для подъема глубинной морской воды на поверхность путем использования механической энергии поверхностных морских волн, которое содержит поплавковый элемент, насос и жестко прикреплено к морскому дну, новым является то, что насос выполнен в виде цилиндрической трубообразной вертикально расположенной полупогруженной в море камеры, которая жестко прикреплена к морскому дну или к массивной плавучести и снабжена в своих нижней и верхней частях соответственно нижним и верхним штуцерами, на первом из которых закреплен расположенный в толще воды шланг определенной длины, при этом в камере размещен закрепленный на штоке поршень в виде впускного обратного клапана, который выполнен с возможностью пропускания воды в камере только в направлении от нижнего штуцера к верхнему и соединен посредством штока с поплавковым элементом, помещенным на поверхность моря. Поршень может быть выполнен в составе мембраны, прилегающей к плоскости диска, выполненного со сквозными отверстиями, оси которых параллельны оси диска. При необходимости вместо диска может быть применен цилиндр.
Отличия заявленного изобретения относятся к особенностям конструктивного исполнения волнового насоса, взаимосвязям характеризующих его признаков с другими существенными признаками устройства, а также к особенностям постановки устройства, а именно: оно может быть жестко прикреплено в зоне шельфа к морскому дну посредством опоры, как и прототип, и вместе с тем оно может быть через крепление жестко присоединено к массивной плавучести, например корпусу судна или морского буя, т.к. разность инерционностей массивной плавучести и легкой. плавучести - поплавкового элемента - обусловливает работоспособность конструкции при таком новом закреплении водоподъемного устройства.
Сущность изобретения поясняется с помощью рисунка, на котором изображена постановка устройства путем закрепления его на массивной плавучести.
Устройство содержит волновой насос в виде цилиндрической трубообразной вертикально расположенной полупогруженной в море камеры 1, которая может быть выполнена из отрезка алюминиевой трубы длиной 1500 мм, внутренним диаметром 100 мм и толщиной стенки 6 мм. Труба заглушена сверху - крышкой, в центре которой установлен сальник 2, а снизу - днищем с установленным з нем нижним штуцером 3, на котором закреплен заборный шланг 4 заданной длины с концевиком 5, служащим для заглубления шланга, его вертикального расположения в толще воды, а также предотвращения попадания в шланг инородного тела. В качестве шланга 4 может быть использована полиэтиленовая трубка с внутренним диаметром 32 мм, длиной 1000 м. Концевик 5 выполнен металлическим с сетчатой поверхностью. В верхней своей части камера 1 содержит верхний штуцер 6 для слива поднятой воды, например в реактор 7, где производятся дальнейшие технологические операции по извлечению требуемых компонентов из воды или ее использованию. Камера 1 через крепление жестко присоединена к массивной плавучести - морскому бую 8. Устройство содержит П-образный шток 9, выполненный из согнутого нержавеющего прутка с диаметром поперечного сечения 6 мм. На одном конце штока 9 жестко закреплен поплавковый элемент 10, помещенный на поверхность моря, и который выполнен из винипласта в форме диска диаметром 500 мм, высотой 150 мм. Другой конец П-образного штока 9 через сальник 2 пропущен в полость камеры 1 и на нем жестко закреплен поршень, д.г я хода которого внутренняя поверхность камеры обработана. Поршень выполнен в виде впускного обратного клапана, который пропускает воду в камере только снизу вверх, например он выполнен в виде диска 11, например из фторопласта, высотой 8 мм со сквозными отверстиями, оси которых параллельны оси диска, и прилегающей к верхней плоскости диска мембраны 12, которая выполнена, например, из кислотощелочностойкой резины толщиной 4 мм и диаметром, соответствующим диаметру диска 11. Для предохранения устройства от ударов при появлении поверхностных волн большой высоты, например выше 1 м, камера снабжена верхним 13 и нижним 14 ограничителями хода штока 9, которые, например, выполнены в виде резиновых подушек.
Таким образом, поплавковый элемент и поршень насоса образуют конструктивно единое целое.
Устройство работает следующим образом. Под воздействием волновой энергии поплавковый элемент 10 совершает вертикальные колебательные движения. Сущность изобретения в том, что такие колебания поплавка преобразуются в поступательное движение воды из глубины моря наверх. А именно: при подъеме волны поплавковый элемент 10 идет вверх и одновременно поднимается вверх поршень насоса, в то время как его корпус - камера 1 - остается неподвижным вследствие инерционности морского буя 8, который имеет массу, например, 1000 кг. Вода в надпоршневом пространстве камеры 1 прижимает мембрану 12 к верхней плоскости диска 11 и перекрывает его отверстия. В подпоршневом пространстве камеры 1 создается разрежение и вода из глубины по шлангу 4 поднимается наверх, заполняя это пространство. При опускании волны поплавковый элемент 10 движется вниз и одновременно опускается поршень. При этом нарушается плотное прилегание мембраны 12 к диску 11, его отверстия открываются и поршень проходит вниз сквозь воду подпоршневого пространства камеры. При движении поплавка снова вверх отверстия диска 11 перекрываются мембраной 12, отсекая надпоршневый объем воды. Поршень идет вверх, вытесняя глубинную воду из камеры 1 через сливной штуцер 6 в реактор 7.
При эксплуатации устройства в условиях интенсивного волнения оно может быть снабжено дополнительными обратными клапанами, которые могут быть расположены на нижнем штуцере 3, концевике 5 и в шланге 4, например через каждые 50 м его длины.
Достоинством предложенного устройства является то, что оно не требует источников электроснабжения и участия оператора, является безопасным и эффективным из-за способности обеспечить доставку с большой глубины на поверхность значительных объемов воды за счет непрерывности работы, т.к. волновые колебания поверхности, в том числе ветровые волны, практически всегда имеют место в открытых водоема <5 особенно в морях и океанах, где преимущественно работает устройство.
Использованные источники:
1. Устройство для дегазации воды. А.с. СССР № 1150228. опубл. 15.04.85, бюл.№ 14.
2. Волновой водоподъемник. Заявка РФ № 93006302/29 на изобретение, опубл. 20.12.95, бюл. № 35 - прототип.