УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА ВОДЫ

Полезная модель относится к гидравлическим машинам и может быть использована для подъема воды из открытых водоемов за счет непосредственного воздействия сжатой воздушной среды при проведении мелиоративных и водохозяйственных работ.
Известно устройство для забора воды из водоема, описанное в патенте RU №83260 U1/ кл. Е03В 3/00, опуб. 27.05.2009, которое содержит погруженную в глубинных водах водоема, всасывающую трубу с оголовком, связанную другим концом с накопительной емкостью, которая установлена на земле и связанная с всасывающей трубой ниже уровня воды водоема. Однако, для подъема и распределения воды из накопительной емкости необходима установка дополнительного водоподъемного устройства.
Известен водоподъемник, описанный в патенте RU №77918 U1/ кл. F04F 1/18, опуб. 10.11.2008, который содержит установленную в водоеме всасывающую трубу, связанную эжектором камеры дымовых газов выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания с водоподъемной трубой, соединенной с расположенной выше уровня водоема накопительной емкостью. Для осуществления подъема воды необходимо управляемое транспортное средство с ограниченным ресурсом работы. Недостатком такого водоподъемника является небольшая производительность и отсутствие условий в ее повышении.
Известно устройство, описанное в патенте RU №89641 U1 / кл. F04F 1/04 опуб. 10.12.2009, которое содержит герметичную камеру с всасывающей и водоподъемной трубами, снабженными прямым и обратным клапанами соответственно, и расположенный в верхней части рабочей камеры испаритель в виде стакана с резистивным нагревательным элементом, размещенным в донной части стакана, причем всасывающий патрубок установлен в верхней части рабочей камеры выше стакана.
Указанное устройство требует значительных энергозатрат при не высокой производительности, что обусловлено существенным значением длительности времени цикла его работы за счет значительного времени охлаждения рабочей камеры и конденсации образовавшегося в ней пара, без завершения которых не может начаться очередной цикл всасывания воды.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении производительности, снижении энергопотребления, упрощения конструкции и увеличения срока службы.
Поставленная задача решена тем, что предложено устройство для подъема воды, включающее погруженную в водоем герметичную камеру, снабженную в верхней части трубой, связанной с атмосферой, и снабженную в нижней части всасывающей трубой и водоподъемной трубой, связанной с накопительной емкостью. Новым является то, что дополнительно введены компрессор, автоматические клапаны, расположенные одна под другой не менее двух герметичных камер, каждая из которых в нижней части связана через соответствующие автоматические клапаны с всасывающей и водоподъемной трубами, причем верхняя часть каждой герметичной камеры через соответствующие автоматические клапаны связаны трубами с предыдущей выше расположенной герметичной камерой, с компрессором и с трубой, связанной с атмосферой.
Технический результат заключается в повышении производительности за счет непрерывной подачи воды в накопительную емкость, снижении энергопотребления за счет кратковременного и периодического включения компрессора для вытеснения воды только из одной нижней герметичной камеры и увеличения срока службы за счет исключения трущихся поверхностей и деталей, требующих технического обслуживания.
Полезная модель поясняется чертежом, где приведена гидравлическая схема устройства для подъема воды.
Устройство содержит погруженные в водоем и расположенные одна под другой не менее трех герметичных камер 1, 2, 3, которые выполнены в виде сварной конструкции цилиндрической формы, разделенной герметичными перегородками на равные объемы. Каждая из герметичных камер 1, 2, 3 своей нижней частью связана с всасывающей трубой 4 через соответствующие автоматические клапаны 5, 6, 7 и с водоподъемной трубой 8 через другие соответствующие автоматические клапаны 9, 10, 11. Выход водоподъемной трубы 8 соединен с накопительной емкостью 12, расположенной выше уровня водоема. Верхние части каждой герметичной камеры 1, 2, 3, последовательно снизу вверх от нижней герметичной камеры 1 связаны трубами 13, 14, 15, через соответствующие автоматические клапаны 16, 17, 18 и соединены трубой 19 с атмосферой. При этом верхняя часть нижней герметичной камеры 1 через автоматический клапан 16 связана с выходом верхней части предыдущей выше расположенной герметичной камеры 2, а выход верхней части верхней герметичной камеры 2 через автоматический клапан 17 соединен с выходом верхней части предыдущей, выше расположенной герметичной камеры 3, который через автоматический клапан 18 соединен с трубой 19. Кроме того, выход верхней части нижней герметичной камеры 1, соединен через клапан 20 с компрессором 21. Управление автоматическими клапанами 5, 6, 7, 9, 10, 11, 16, 17, 18, 20, компрессором 21 осуществляется по сигналам датчиков уровня воды (на фиг. не показано), размещенных в каждой из герметичных камер 1, 2, 3. В качестве автоматических клапанов 5, 6, 7, 9, 10, 11, 16, 17, 18, 20 использовались двухходовые гидро - пневмо клапаны с электроприводом. Условия выбора компрессором 21 определяются в зависимости от производительности заявляемой полезной модели.
Устройство для подъема воды устанавливается в водоеме не выше уровня воды в водоеме. Гидростатическое давление во всасывающей трубе 4 и водоподъемной трубе 8 уравновешивается при равенстве высот столба воды в этих трубах:
где:
1
H - высота столба воды от поверхности воды в водоеме до входа всасывающей трубы 4 в герметичную камеру 1, м;
2
H - высота столба воды от поверхности воды в водоеме до выхода водоподъемной трубы 8 из герметичной камеры 2, м;
1
h - высота подъема воды от поверхности воды в водоеме до входа водоподъемной трубы 8 в накопительную емкость 12, м.
С другой стороны
где
1
H - высота столба воды от поверхности воды в водоеме до входа всасывающей трубы 4 в герметичную камеру 1, м;
2
H - высота столба воды от поверхности воды в водоеме до выхода водоподъемной трубы 8 из герметичной камеры 2, м;
2
h - высота герметичной камеры 1.
2
2
Тогда из формул (1) и (2) следует, что высота подъема воды зависит только от величины h. Следовательно, при конструктивном увеличении высоты h герметичных камер 1, 2, 3, или при увеличении расстояний между герметичными камерами 1, 2, 3 можно увеличить высоту подъема воды относительно поверхности воды водоема.
Например, при погружении в водоем трех вертикально ориентированных герметичных камер, каждая из которых имеет высоту один метр, высота подъема воды составляет, примерно, от одного до двух метров.
Устройство работает следующим образом. Для его установки в начальное положение одновременно открываются автоматические клапаны 6, 7, 17 и 18 при закрытых автоматических клапанах 5, 9, 10, 11, 16, 20 и выключенном компрессоре 21. Под давлением высоты столба воды в водоеме вода поступает по всасывающей трубе 4 через автоматические клапаны 6, 7 в соответствующие герметичные камеры 2, 3, заполняя каждую из них на установленный объем, который составляет, примерно, до 95% от соответствующих им объемов, что контролируется датчиками уровня воды. При этом воздух из герметичных камер 2, 3 через открытые автоматические клапаны 17 и 18 и трубопроводы 14, 15, 19 выдавливается в атмосферу. Пределы заполнения герметичных камер 2, 3 водой зависят от высоты расположения их входов и выходов. Герметичная камера 1 заполнена воздухом. Затем все автоматические клапаны выключаются, устройство готово для работы.
Рабочий цикл начинается с одновременного открытия автоматических клапанов 5, 16, 10. Под давлением высоты столба воды водоема вода поступает через автоматический клапан 5 в герметичную камеру 1, вытесняя находящийся в ней воздух в герметичную камеру 2 через трубопроводы 13, 14 и автоматический клапан 16. Сжимаемым воздухом вода из герметичной камеры 2 вытесняется через открытый автоматический клапан 10 по водоподъемной трубе 8 в накопительную емкость 12 до срабатывания датчика уровня воды (на фиг. не показано), установленного в герметичной камере 2. Герметичная камера 1 заполняется водой. Как только герметичная камера 1 заполнится водой, закрываются автоматические клапаны 5, 16, 10, и, одновременно, открываются автоматические клапаны 6, 17, 11. Под давлением высоты столба водоема вода поступает через автоматический клапан 6 в герметичную камеру 2, вытесняя находящийся в ней воздух в герметичную камеру 3 через трубопроводы 14, 15 и автоматический клапан 17. Сжимаемым воздухом вода из герметичной камеры 3 вытесняется через открытый автоматический клапан 11 по водоподъемной трубе 8 в накопительную емкость 12 до срабатывания датчика уровня воды (на фиг. не показано), установленного в герметичной камере 3. Герметичная камера 2 заполнена водой. Автоматические клапаны 6, 17, 11 закрываются. Подача воды из герметичных камер 2 и 3 закончена. После закрытия автоматических клапанов 6, 17, 11 открываются автоматические клапаны 9, 20 и включается компрессор 21, с помощью которого вода из герметичной камеры 1 под давлением воздуха компрессора 21 вытесняется через автоматический клапан 9 по водоподъемной трубе 8 в накопительную емкость 12 до срабатывания датчика уровня воды (на фиг. не показано), установленного в герметичной камере 1. Параллельно с процессом вытеснения воды из герметичной камеры 1 под давлением воздуха компрессора 21, открываются автоматические клапаны 7, 18, и вода из водоема заполняет герметичную камеру 3 до срабатывания датчика уровня воды (на фиг. не показано), а вытесняемый воздух выдавливается через автоматический клапан 18 в атмосферу. После заполнения водой герметичной камеры 3 и герметичной камеры 1 воздухом автоматические клапаны 9, 20 и 7, 18 закрываются, а компрессор 21 выключается. Рабочий цикл повторяется. Таким образом, вода поступает последовательно и непрерывно из вертикально расположенных герметичных камер 1, 2, 3 по водоподъемной трубе 8 в накопительную емкость 12.
Производительность устройства определяется согласно выражению (3).
где
Q - количество воды, литров в сек;
π - константа, равная 3, 14;
D - диаметр всасывающей и водоподъемной труб, м;
V - скорость воды на выходе всасывающей трубы, м/сек;
t - время в сек.
При погружении устройства в водоем ниже уровня воды в водоеме на глубину три метра, объеме каждой герметичной камеры один метр кубический, диаметре труб равному одному дюйму, без учета вязкости жидкости и трения в трубах, скорость воды на выходе всасывающей трубы 4 составляет, примерно, 3,9 метра в секунду, количество поступающей воды в герметичную камеру 1 составляет 1,8 литров в секунду, а время заполнения герметичной камеры составляет, приблизительно 10 минут. Производительность устройства составляет 6000 литров в час.
В зависимости от потребности и глубины водоема возможно применение более трех герметичных камер, что позволит снизить энергопотребление с увеличением производительности заявляемой полезной модели.