СПОСОБ ПОДЪЕМА ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК F04F5/54 

Изобретение относится к насосостроению, в частности к способам подъема воды, и может быть использовано не только в водоснабжении, но и при проектировании гидротранспортных и энергетических систем.

Известен способ подъема жидкости эрлифтом, содержащим подъемную трубу со смесителем, воздуховод и всасывающий патрубок, путем подачи воздуха в смеситель (US 3694106, 1972).

Недостатком данного способа является необходимость принудительной подачи воздуха в смеситель за счет использования промышленных источников энергии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ подъема жидкости путем эжектирования воздуха из атмосферы струей жидкости, втекающей в смеситель под действием гидростатического давления (SU 1043365 А, 1983).

Но этот способ используется только для запуска эрлифта, как разгонное устройство, а для перемещения воды требуется дополнительный напор, превышающий гидростатическое давление.

Задача изобретения - обеспечить дополнительный напор на водо-воздушную смесь в подъемной трубе без использования промышленных источников энергии.

Технический результат достигается тем, что в способе подъема жидкости, включающем эжектирование атмосферного воздуха струей воды, истекающей через насадок в камеру смешения под действием гидростатического давления, существующем в водоеме, и разделение водо-воздушного потока при выходе из подъемной трубы на фазы жидкостную и газовую с подачей жидкостной фазы в сборную емкость, согласно изобретению водоприемному насадку с водоподъемной трубой придают возвратно-поступательное движение, причем движение вниз совершают под действием силы тяжести насадки и подъемной трубы, а движение вверх - с помощью рычага, нагружаемого поднятой водой и/или мускульными усилиями человека.

Нагружение рычага поднятой водой может быть произведено путем предварительного складирования поднятой воды в промежуточную водосборную емкость до накопления нужного объема ее, а затем перемещения ее с помощью сифона во вторую промежуточную емкость, подвешенную на конце рычага.

Пример осуществления способа

Рассмотрим подъем воды из скважины предлагаемым способом. Водоприемному насадку с подъемной трубой предоставляют возможность свободного падения в воду. При входе приемного насадка в воду наряду со статическим давлением в воде водоема формируется динамическое избыточное давление, пропорциональное массе приемного насадка с подъемной трубой и квадрату скорости его движения. Поэтому от момента соприкосновения водоприемного насадка с поверхностью воды последняя под действием избыточного давления устремляется через насадок в камеру смешения и далее в подъемную трубу. Так как корпус водоприемного насадка близок по диаметру к диаметру скважины, то при опускании его в воду создается сопротивление движению воды между стенками корпуса водоприемного насадка и стенками обсадной трубы скважины. Основное количество воды поступает в канал подъемной трубы. По законам гидравлики при разветвленных сетях вода распределяется обратно пропорционально сопротивлению в соответствующих каналах. Ударное вхождение в воду лишь увеличивает надежность такого распределения, так как при этом возрастают скорости движения воды и в квадрате возрастает сопротивление каналов меньшей площади поперечного сечения.

Из подъемной трубы вода поступает в первую промежуточную водосборную емкость, закрепленную на коротком конце рычага. Объем поступившей воды в первом приближении можно определить как объем цилиндра с диаметром скважины и высотой, равной расстоянию от свободной поверхности воды в скважине, существовавшей до вхождения водоприемного насадка в воду, до крайнего нижнего положения приемного насадка после его опускания в скважину. После наполнения первой промежуточной емкости вода по сифонной трубе перетекает во вторую промежуточную емкость, закрепленную на длинном конце рычага. После заполнения второй промежуточной емкости последняя, опускаясь, поднимает рычагом водоподъемную трубу в верхнее исходное положение. Из второй промежуточной емкости вода по сифонной трубе перетекает в основную сборную емкость, а подъемная труба опускается в нижнее крайнее положение, и рабочий цикл повторяется. Таким образом, обеспечивается устойчивый подъем воды из скважины.

Если забор воды окажется не оптимальным по какой-либо причине, например снижение уровня воды в скважине и др., то для перемещения подъемной трубы в верхнее крайнее положение дополнительно прилагают к длинному рычагу мускульные усилия человека оператора. Если же недобор воды при рабочем ходе будет систематическим, например, из-за недостаточной длины рабочего хода или малого диаметра скважины и т.д., то может быть применено дополнительное техническое средство для опускания длинного рычага. Но чтобы не допускать сбоев, для каждой скважины необходимо проводить предварительную настройку коромысла с емкостями, веса водоприемного насадка с подъемной трубой и длины его рабочего хода.

Устройство для подъема воды.

Известен эрлифт, содержащий подъемную трубу со смесителем, имеющим воздуховод и всасывающий патрубок. Подъем воды с его помощью обеспечивается путем подачи воздуха компрессором в смеситель (US 3694106, 1972 г.). Недостатком его является сложность конструкции, запуска и управления им, а так же повышенная энергоемкость процесса, компенсируемая потреблением энергии от промышленных источников.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для подъема воды, содержащее струйный насос, камера смешения которого соединена с атмосферой, а водоподъемная труба заканчивается разделителем фаз на жидкостную и газовую (SU 1043365 А, 1983). В этом случае жидкость под действием гидростатического давления в водоеме через патрубок истекает в камеру смешения и увлекает за собой воздух из атмосферы. Водо-воздушная смесь из камеры смешения перемещается вверх по подъемной трубе за счет кинетической энергии воды в струе. Это устройство надежно работает в процессе погружения его в воду.

Задача изобретения - обеспечить непрерывный процесс подъема воды с уменьшением или полным исключением затрат энергии от промышленных источников энергии.

Технический результат достигается тем, что устройство для подъема воды, содержащее струйный насос, камера смешения которого соединена с атмосферой, а водоподъемная труба заканчивается разделителем фаз на жидкостную и газовую, согласно изобретению снабжено неравноплечим коромыслом, размещенным на опоре, на коротком плече которого смонтирована на шарнире водоподъемная труба и первая промежуточная емкость, а на длинном плече - вторая промежуточная емкость, при этом все водосборные емкости по направлению движения воды гидравлически связаны сифонными трубами с возможностью организации сифонного перетока жидкости и/или приложения мускульных усилий человека для нагружения длинного плеча коромысла.

На чертеже схематично изображено устройство для подъема воды.

Устройство для подъема воды содержит водоприемный насадок с камерой смешения, воздушной трубой и водоподъемной трубой 1, которые вместе представляют собой водоструйный насос, опору 2 с размещенным на ней неравноплечим коромыслом 3. На коротком плече коромысла 3 шарнирно закреплена труба 1 и установлена первая промежуточная водосборная емкость 4. На конце длинного плеча коромысла 3 подвешена вторая промежуточная водосборная емкость 5 так, чтобы уровень воды в ней всегда был ниже, чем в первой водосборной емкости 4. Ниже коромысла 3 размещен основной водосборник 6, к которому в его нижней части подключен трубопровод 7 для подачи воды потребителю. Трубопровод 8 входит в первую промежуточную емкость 4 в верхней части ее боковой стенки и опускается до ее дна с открытым входом. Трубопровод 9 входит во вторую промежуточную водосборную емкость 5 в верхней части ее боковой стенки и опускается до ее дна с открытым входом.

Устройство работает следующим образом. Водоприемный насадок, закрепленный на нижней части водоподъемной трубы 1, опускается в скважину. Диаметры корпуса водоприемного насадка и обсадной трубы скважины близки и имеют гидравлические сопротивления на границе скольжения. Водоподъемная труба 1 шарнирно закрепляется на коротком конце коромысла 3 таким образом, чтобы слив воды из трубы 1 осуществлялся в первую промежуточную емкость 4. Затем одним из известных способов, в том числе и за счет мускульных усилий человека, длинный конец коромысла 3 опускают вниз. При этом водоприемный насадок занимает наиболее верхнее положение. После представления свободы движения коромыслу 3 короткий его конец под действием силы тяжести водоподъемной трубы 1 и водоприемного насадка опускается вниз. Насадок соприкасается с поверхностью воды, формирует избыточное давление на воду и занимает наиболее низкое положение, вытесняя воду через трубу 1 в приемную емкость 4 в виде водо-воздушной смеси. Объем поступившей воды в емкость 4 в первом приближении можно определить как объем цилиндра с диаметром, равным диаметру скважины, и высотой, равной расстоянию от свободной поверхности воды в скважине в момент соприкосновения насадка до крайнего нижнего положения насадка при его опускании в скважину. При заполнении емкости 4 выше входа трубопровода 8 вода по закону сифона начинает изливаться из первой промежуточной емкости 4 во вторую промежуточную емкость 5 по трубопроводу 8. По мере заполнения водой второй промежуточной емкости 5 под действием силы тяжести воды в этой емкости длинный конец коромысла 3 останавливается, а затем начинает опускаться, а короткий конец коромысла 3 начинает подниматься. Подъемная труба 1 с водоприемным насадком переводится в верхнее крайнее положение. При заполнении второй промежуточной емкости 5 выше входа трубопровода 9 вода по закону сифона начинает изливаться из второй промежуточной емкости 5 в основную водосборную емкость 6 по трубопроводу 9. После опорожнения второй промежуточной емкости 5 короткий конец коромысла 3 под действием силы тяжести водоподъемной трубы 1 и водоприемного насадка начинает перемещаться в нижнее крайнее положение. Этим самым начинается повторный рабочий цикл устройства для подъема воды.

Для работы водоподъемной установки по указанной схеме могут быть использованы и другие технические средства, у которых рабочий орган совершает возвратно-поступательное движение. Главное, чтобы объем поднимаемой воды за рабочий цикл был достаточен для подъема длинным концом коромысла водоподъемной трубы с водоприемным насадком в верхнее крайнее положение. Если такое условие не выполняется, то дополнительное усилие на рычаг можно создавать мускульной силой человека. В любом случае энергоемкость процесса подъема воды снижается, так как рабочий ход совершается в любом случае за счет силы тяжести подъемной трубы, а холостой ход полностью или частично совершается за счет силы тяжести поднятой воды.

Группа изобретений может быть использована, в частности, в водоснабжении. Способ подъема жидкости включает эжектирование атмосферного воздуха струей воды, истекающей через насадок в камеру смешения под действием гидростатического давления, существующем в водоеме, и разделение водо-воздушного потока при выходе из подъемной трубы на фазы жидкостную и газовую с подачей жидкостной фазы в сборную емкость 4. Водоприемному насадку с водоподъемной трубой 1 при этом придают возвратно-поступательное движение. Движение вниз совершают под действием силы тяжести насадки и подъемной трубы 1, а движение вверх - с помощью рычага 3, нагружаемого поднятой водой и/или мускульными усилиями человека. Нагружение рычага 3 поднятой водой может быть произведено путем предварительного сливания поднятой воды в промежуточную водосборную емкость 4 до накопления нужного объема ее, а затем перемещения ее с помощью сифонного трубопровода 8 во вторую промежуточную емкость 5, подвешенную на конце рычага 3. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ подъема жидкости, включающий эжектирование атмосферного воздуха струей воды, истекающей через насадок в камеру смешения под действием гидростатического давления, существующего в водоеме, и разделение водо-воздушного потока при выходе из подъемной трубы на фазы жидкостную и газовую с подачей жидкостной фазы в сборную емкость, отличающийся тем, что водоприемному насадку с водоподъемной трубой придают возвратно-поступательное движение, причем движение вниз совершают под действием силы тяжести насадки и подъемной трубы, а движение вверх - с помощью рычага, нагружаемого поднятой водой и/или мускульными усилиями человека.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагружение рычага поднятой водой производят путем предварительного складирования поднятой воды в промежуточную водосборную емкость до накопления нужного объема ее, а затем перемещения ее с помощью сифона во вторую промежуточную емкость, подвешенную на конце рычага.

3. Устройство для подъема воды способом по п.1 или 2, содержащее струйный насос, камера смешения которого соединена с атмосферой, а водоподъемная труба заканчивается разделителем фаз на жидкостную и газовую, отличающееся тем, что оно снабжено неравноплечим коромыслом, размещенным на опоре, на коротком плече которого смонтирована на шарнире водоподъемная труба и первая промежуточная емкость, а на длинном плече - вторая промежуточная емкость, при этом все водосборные емкости по направлению движения воды гидравлически связаны сифонными трубами с возможностью организации сифонного перетока жидкости и/или приложения мускульных усилий человека для нагружения длинного плеча коромысла.