УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЁМА ВОДЫ
DEVICE FOR WATER LIFTING

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при проектировании гидротранспортных и энергетических систем.
Известно устройство для подъема воды (RU №2431059, опубл. 10.10.2011 г.). Оно содержит корпус с всасывающим клапаном, рабочее тело в виде сплошного стержня по длине корпуса и подъемный механизм для рабочего тела. При погружении рабочего тела в корпус под действием силы тяжести вода вытесняется вверх к потребителю воды. При подъеме рабочего тела под действием гидростатического давления воды в водоеме открывается клапан и очередная порция воды поступает в корпус. Устройство надежно работает, но при большой высоте подъема воды рабочее тело имеет значительный вес, что осложняет работу устройства.
Известно другое устройство для подъема воды (RU №2582727, опубл. в 2016 г.). Оно имеет укороченное рабочее тело и поэтому сниженный вес. Это заметно облегчает работу по подъему воды. Однако при большой высоте подъема воды приходится делать многократные спуско-подъемные операции, чтобы заполнить корпус водой и затем доставить ее потребителю. Это так же осложняет работу по подъему воды, хотя и менее, чем в первом случае.
Задача изобретения снизить вес рабочего тела и одновременно исключить многократные подъемные операции рабочего тела при доставке воды потребителю.
Технический эффект достигается изменением состава и структуры рабочего тела. Нижнюю часть рабочего тела выполняют тяжелой из расчета гарантированного вытеснения воды на дневную поверхность потребителю, а верхнюю часть рабочего тела делают облеченной, приближая объемный вес рабочего тела на этом участке к объемному весу воды, обеспечивая нейтральное положение и исключая подъемную силу Архимеда.
Таким образом, рабочее тело в форме стержня согласно изобретению выполнено составным. Нижняя часть - тяжелая - для вытеснения жидкости, а более верхняя часть - облегченная - для формирования канала для движения вверх вытесненной жидкости.
Устройство для подъема воды поясняется чертежом, прилагаемым к описанию. Устройство содержит корпус 1 с клапаном (на схеме не показан), рабочее тело 2, подъемный механизм 3, сборную емкость воды 4, нижняя утяжеленная часть 5 погружаемого тела и верхняя облегченная часть 6 погружаемого рабочего тела. Работает устройство для подъема воды следующим образом. В водоеме с помощью корпуса с всасывающим клапаном изолируют часть жидкости водоема. Затем в корпус, например, в виде трубы погружают рабочее тело водоподъемника, например, в виде цилиндра. При погружении вода вытесняется по кольцевому зазору между стенками корпуса и погружаемого тела водоподъемника вверх до высотной отметки водопотребителя. Погружаемое тело водоподъемника по величине диаметра сравнимо с внутренним диаметром корпуса. Внутренний диаметр корпуса составляет от 1,2 до 1,02 диаметра погружаемого рабочего тела. При этом соотношение 1,2 соответствует глубине водоема до 15 м, а соотношение 1,02 соответствует большим глубинам порядка 100 м и более. При выполнении этих условий гарантируется выдача вытесняемой жидкости на дневную поверхность потребителю при умеренном рабочем ходе до 1 м погружаемого тела. В этом случае объем вытесняемой жидкости погружаемым рабочим телом всегда будет превышать объем кольцевого зазора в корпусе от его дна до отметки потребителя, а избыточное давление от веса погружаемого тела будет превышать гидростатическое давление в корпусе. Процесс подъема воды будет успешным.
Погружаемое рабочее тело выполнено составным. Оно имеет нижнюю утяжеленную часть и верхнюю облегченную часть. Утяжеленная часть погружаемого тела имеет вес, равный или больше того значения, при котором создается избыточное давление Ризб на воду в корпусе, обеспечивающее вытеснение воды из корпуса вверх потребителю. Ризб=G/S, где G - вес погружаемого рабочего тела, S - площадь поперечного сечения погружаемого рабочего тела. Вытеснение воды начинается при избыточном давлении в корпусе равном и большем, чем гидростатическое Рг. Гидростатическое давление в корпусе равно Рг=Yh, где Y - объемный вес воды, h - глубина воды в корпусе (Чугаев P.P., Гидравлика, Энергоиздат, 1975 г., стр. 34). Это обеспечивает работоспособность устройства для подъема воды, но не утяжеляет его, что позволяет в несколько раз, а иногда и в десятки раз снизить вес погружаемого рабочего тела. Например, при глубине скважины 100 метров вес погружаемого рабочего тела можно снизит в 700 раз. Кроме того, утяжеленный низ позволяет центрировать погружаемое тело в корпусе, исключая его перекос и трение о стенки при подъеме и спуске.
Снижение веса верхней части погружаемого тела достигнуто выполнением его из легковесного материала. Предпочтительны могут быть пластмассовый жгут или труба. Целесообразно довести объемный вес материала верхней части погружаемого тела ближе к объемному весу воды, чтобы не утяжелял и не облегчал объемный вес ниже объемного веса воды. Это позволит избежать эффектов всплытия. Нужно обеспечить нейтральное положение верхней части погружаемого тела.
Такое выполнение погружаемого рабочего тела позволяет существенно облегчить работу по подъему воды при сохранении надежного вытеснения вводы на дневную поверхность независимо от глубины колодца или скважины. Так как площадь поперечного сечения канала, по которому вытесняется жидкость, должна сохраняться постоянной, то сохраняется и диаметр рабочего тела постоянным по всей длине корпуса.