Многоступенчатый пневматический водоподъемник Советский патент 1993 года по МПК F04F1/12 

Изобретение относится к устройствам для подъема воды с глубины, а именно - к устройствам, в которых вода вытесняется сжатым воздухом, и может быть использовано при обводнении пустынь.

Технический результат предлагаемого изобретения выражается в повышении надежности водоподъемника и устранении необходимости предварительного заполнения его рабочих камер водой.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема многоступенчатого пневматического водоподъемника; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид рабочей камеры многоступенчатого пневматического водоподъемника.

Многоступенчатый пневматический водоподъемник содержит герметичные тонко- стенные рабочие камеры 1 и 2, последовательно соединенные шлангами

гидромагистрали 3, и пневмомагистрали 4 и

5.Рабочие камеры 1 и 2 подвешены в виде гирлянды на тросе (не показано) в скважине

6.Каждая камера 1 и 2 имеет корпус 7, крышку 8, донышко 9, водозаборник 10 и поплавковый клапан 11. В крышки 8 имеется окно 12 для соединения с пневмомагистралями 4 и 5. В донышке 9 имеется водоприемное окно 13. Водозаборник 10 содержит трубку 14, проходящую сквозь крышку 8, и обратный клапан 15 с мембранами 16 и водозаборными окнами 17. Последовательное включение нескольких запорных -мембран 16 существенно повышает надежность обратного клапана 15, поскольку полная вероятность его отказа равна произведению вероятностей отказа каждой из млр: мембрана 16 - седло клапана 15. Попллвкопый клапан 11 имеет кольцеобразные поплавки 18 и мембрану 19, расположенную млд подосо w

-А

сл ю

со

заборными окнами 17. Корпус 7 рабочей камеры 2 служит нэпряпляющей для.поплавкового клапана 11.

Нижняя рабочая камера 1 затоплена под воду в скважине 6 (фиг. 1) и к ее водоприемному окну 13 присоединен обратный клапан 15.

Подвешенные в виде гирлянды камеры 1 и 2 соединены последовательно шлангами гидромагистрали 3, а их водоприемные окна 13 соединены трубками 14 с водозаборника- ми 10 нижерасположенных рабочих камер 22. Каждая вторая рабочая камера 2 присоединена к одной из пневмомагистралей 4, а камеры 1 подсоединены к другой пневмома- гистрали5. Окна 12 камер 1 и 2 подсоединены к пневмомагистралям 4 и 5 через шланги 20 в верхних торцах корпусов 7 рабочих камер 1 и 2.

Работает пневматический водоподъемник следующим образом.

В пневмомагистрали 4 и 5 попеременно подается сжатый воздух. В период подачи сжатого воздуха в одну магистраль вторая магистраль подключена к атмосфере,

Рассмотрим переходный процесс заполнения водой гирлянды рабочих камер 1 и 2. Нижняя затопленная камера 1 самозаливом заполняется водой через обратный клапан 15 и водоприемное окно 13. При подаче сжатого воздуха в магистраль 5 и, следовательно в нижнюю затопленную камеру 1 вода вытесняется из нее в вышерасположенную камеру 2. В этот период времени пневмомагистраль 4, к которой присоединены камеры 2, открыта в атмосферу. Остальные камеры 1 (кроме затопленной нижней) при этом еще не заполнены водой, но сжатый воздух не вытраливается из них через водозаборники 10 в вышерасположенные камеры 2, поскольку водозаборные окна 17.закрыты мембранами 19 поплавковых клапанов 11. При подаче сжатого воздуха в пневмомагистраль 4 и подключении пневмомагистрали 5 к атмосфере вода, вытесняется из нижней камеры 2 в вышерасположенную камеру 1. Нижняя затопленная камера 1 при этом самозаливом заполняется водой. Повторение рассмотренного цикла обеспечивает заполнение водой всей гирлянды рабочих камер 1.

Теперь рассмотрим циклическую работу пневматического водоподъемника в установившемся режиме. На первом этапе цикла при подаче сжатого воздуха в пневмомагистраль 5 вода вытесняется из камер 1 через водозаборники 10 по шлангам гидромагистрали 3 в камеры 2. Из верхней рабочей камеры 1 вода под давлением поднимается по гидромэгистрали 3 из скважины 6 на поверхность земли. Камеры 1 опорожняются. Обратные клапаны 15 водо- заборников 10 не позволяют воде вытекать из камер 1 в обратном направлении в нижерасположенные камеры 2. т.е. обеспечивают однонаправленное движение воды вверх по гидромагистрали 3. На втором этапе цикла пневмомагистраль 5 открывается в атмосферу, сжатый воздух, заполнивший

камеры 1, выхлопывается в атмосферу и в камерах 1 устанавливается атмосферное давление. В пневмомагистраль 4 подается сжатый воздух и вода вытесняется из рабочих камер 2 в вышерасположенные камеры

5 1. при этом нижняя затопленная камера 1 самозаливом заполняется водой из скважины 6. Таким образом, все камеры 1 оказываются заполненными, а все камеры 2 - опорожненными, далее цикл повторяется.

0 Поступление воды из скважины 6 на поверхность земли по гидромагистрэли 3 происходит на первом этапе цикла, когда вода вытесняется из камер 1 в камеры 2.

Давление сжатого воздуха Р. требуемое

5 для работы пневматического водоподъемника, определяется из соотношения:

dxH Р dx(H + h);

где d - плотность воды, Н - шаг навески (перепад высот между камерами) в гирлян0 де, h - перепад высот на шлангах 20, соединяющих камеры 1 и2с пневмомагистралями 4 или 5. Перепад высот h на шлангах 20 служит для предотвращения попадания воды в пневмомагистрали 4 и 5.

5 При испытании экспериментального пневматического водоподъемника с давлением сжатого воздуха 0,1 МПа (1 атм) установлено, что рабочие камеры необходимо подвешивать с шагом Н около 10 метров.

0 Рациональное значение перепада высот h (длина шланга 20) около 1-2 метров.

Поскольку предлагаемый пневматический водоподъемник работает при относительно низком давлении сжатого воздуха

5 (около 0,1 МПа), то потери энергии, связанные с выхлопом в атмосферу, также относительно невелики - около 30%. Остальная энергия сжатого воздуха расходуется на работу по вытеснению воды под давлением.

0 Предложенный пневматический водоподъемник не требует предварительной заливки воды в рабочие камеры 1, 2 и имеет более высокую надежность по сравнению с известными пневматическими водоподъем5 никами.

Формула изобретения 1. Многоступенчатый пневматический водоподъемник, содержащий рабочие камеры со всасывающими отверстиями, напорные трубопроводы, соединенные с

камерами и установленные последовательно друг за другом, воздушные трубопроводы, соединенные с рабочими камерами через одну двумя группами и с источником давления с распределительным устройством, отличающийся тем. что рабочие камеры снабжены водоз аборниками, выполненными в виде сообщенных через окна с обратными клапанами цилиндров, перегородками с окнами, установленными над во- дозаборниками, и поплавковыми клапанами, расположенными над окнами

перегородок, при этом корпусы каждого из цилиндров сообщены с напорными трубопроводами, а воздушные трубопроводы подключены к рабочим камерам я верхних торцах последних.

2. Водоподъемник по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что обратные клапаны цилиндров водозаборников снабжены мембрана- ми, а поплавковые клапаны выполнены в виде кольцевых поплавков, жестко соединенных с мембранами.

Использование: при обводнении пустынь. Сущность изобретения: напорные тру- бопроводы (ТП.) соединены с рабочими камерами и установлены последовательно друг за другом. Воздушные ТП соединены с камерами через одну двумя группами и источником давления с распределительным устройством. Камеры снабжены водозабор- никами, выполненными в виде сообщенных через окна с обратными клапанами цилиндров. Перегородки с окнами установлены над водозаборниками. Поплавковые клапаны расположены над окнами перегородок. Корпуса цилиндров сообщены с напорными ТП.. Воздушные ТП подключены к камерам в верхних торцах. Обратные клапаны цилиндров снабжены мембранами. Поплавковые клапаны выполнены в виде кольцевых поплавков, жестко соединенных с мембранами. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

А-А

Фие-2.

8т2

15

3