Водоподъемник

Водоподъемник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для обеспечения водопоя на пастбищах. Сущность изобретения: нижняя часть водонакопителя соединена с всасывающим и напорным трубопроводами (ТП). Внутренняя полость теплового радиатора ТП соединена с верхней частью водолакопителя (ВН). Радиатор выполнен из теплопроводного материала, заполнен газом , преимущественно воздухом, и имеет тепловой контакт с атмосферой. ВН расположен на высоте, при к-рой уровень воды в ВН при разрежении равен половине высоты подьема воды. Дополнительны ВН и емкости для воды соединены с атмосферой и установлены у выходных отверстий напорных ТП. Каждый из последующих ВН расположен выше предыдущего. Входные отверстия всасывающих ТП второго и последующих ВН расположены в нижней части соответствующих емкостей для воды. Расстояние по вертикали между входным отверстием напорного ТП всех ВН одинаково. Количество ВН выбирают из заданного условия . 3 з. п. ф-лы, 3 ил,

(я)5 F 04 F 1/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О

О

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4908756/29 (22) 07.02.91 (46) 07.09.93. Бюл. N 33-36 (75) Захаров В. А., Захаров А. В, (73) Захаров В. А. (54)ВОДОПОДЪЕМНИК (57) Использование: для обеспечения водопоя на пастбищах. Сущность изобретения: нижняя часть водонакопителя соединена с всасывающим и напорным трубопроводами (ТП). Внутренняя полость теплового радиатора ТП соединена с верхней частью водо,накопителя (ВН). Радиатор выполнен иэ теплопроводного материала, заполнен газом, преимущественно воздухом, и имеет

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для подьема воды в целях орошения земли, обеспечения водопоя на пастбищах и т.д, Известен водоподъемник. содержащий рабочий цилиндр (водонакопитель), нижняя часть которого соединена со всасывающим и напорным трубопроводами через обратные клапаны. Верхняя часть водонакопителя соединена трубопроводами с паровым котлом и через обратный клапан — с наполненным водой резервуаром. Для повышения производительности и возможности нагрева воды до кипения в паровом котле применен концентратор солнечного излучения.

Недостатком известного устройства является его сложность и ограниченная область применения, обусловленная необходимостью размещения устройства

RU 2000485 С тепловой контакт с атмосферой. ВН расположен на высоте, при к-рой уровень воды в

ВН при разрежении равен половине высоты подьема воды. Дополнительны ВН и емкости для воды соединены с атмосферой и установлены у выходных отверстий напорных ТП. Каждый из последующих ВН расположен выше предыдущего. Входные отверстия всасывающих Tfl второго и последующих ВН расположены в нижней части соответствующих емкостей для воды. Расстояние по вертикали между входным отверстием напорного ТП всех ВН одинаково.

Количество 8Н выбирают иэ заданного условия. 3 э. п. ф-лы, 3 ил, непосредственно в зоне действия солнечных лучей и концентрации последних.

Цель изобретения — упрощение устройства и расширение области его использования. Кроме того, целью изобретения является упрощение и облегчение теплового радиатора (теплообменника), а также увеличение высоты подьемэ воды.

Указанная цель достигается тем, что в водоподьемнике, содержащем водонакопитель, нижняя часть которого соединена с всасывэющим и напорным трубопроводами, обратные клапаны и пустотелый тепловой радиатор. внутренняя полость которого соединена трубопроводом с верхней частью водонакопителя, тепловой радиатор выполнен иэ теплопроводного материала, наполнен газом, преимущественно воздухом, и имеет тепловой контакт с атмосферой. Кроме того, водонакопитель расположен на высоте, при которой уровень воды в

2000485 водонакопителе при разрежении равен половине высоты подъема воды.

Устройство может быть дополнительно снабжено водонакопителями, расположенными на различных высотах, и емкостями для воды, соединенными с атмосферой и установленными у выходных отверстий напорных трубопроводов, причем входные OTверстия всасывающих трубопроводов второго и последующих водонакопителей расположены в нижней части соответствующих емкостей для воды. Кроме того, расстояние по вертикали между входным отверстием всасывающего трубопровода и выходным отверстием напорного трубопровода всех водонакопителей одинаково. а количество водонакопителей выбрано иэ условия ¹H/hi, где Н вЂ” общая высота подьема воды, hi — расстояние по вертикали между входным отверстием всасывающего трубопровода и выходным отверстием напорного трубопровода каждого иэ водонакопителей, N — целое число.

Упрощение устройства достигается тем, что устраняются такие элементы известного водоподьемника как концентратор, резервуар с водой и обратным клапаном. а также поплавок, Кроме.того, нет необходимости выполнять тепловой радиатор (в прототипе— паровой котел) и водонакопитель (рабочий цилиндр) из теплоизоляционного материала. Необходимый для подъема воды перепад давления в водонакопителе обеспечивается за счет изменения температуры окружающего вс-духа (например, за . сутки); воздействующего на стенку тепловоо радиатора. а через нее — на газ, находящийся в полости радиатора. При этом не обязательно воздействие солнечного излучения на радиатор, что существенно расширяет возможные сферы применения водоподъемника.

На фиг. 1 показана общая схема водоподъемника; на фиг. 2 — схема двухярусного водоподъсмника с общим тепловым радиатором; на фиг. 3 — зависимость объема перекачиваемый воды от высоты подъема и перепада температур окружающего воздуха при различном объеме воздуха в радиаторе.

Устройство (фиг. 1) содержит водонакопитель 1, представляющий собой полый жесткий сосуд, нижняя часть которого соединена с всасывающим трубопроводом

2 и напорным трубопроводом 3. В линии всасывающего трубопровода установлен обратный клапан 4, пропускающий в направлении водонакопителя, а в линии напорного трубопровода 3 — обратный клапан

5, пропускающий в направлении от водонакопителя, Верхняя часть водонакопителя 1

С последующим повышение температуры атмосферного воздуха фнем) воздух в радиаторе 6 нагревается и расширяется.

При этом клапан 4 закрывается. а клапан 5 открывается. Порция воды иэ водонакопителя 1 вытесняется через выходное отверстие напорного трубопровода 3 на высоте h по отношению к уровню воды в водохранилище.

Максимально возможная высота hm, на которую поднимается вода в напорном трубопроводе водоподъемника определяется иэ формулы

I соединена с пустотелым жестким тепловым радиатором 6 трубопроводом 7. Радиатор выполнен иэ теплопроводного материала, наполнен воздухом и имеет тепловой контакт с атмосферным воздухом. Полость радиатора соединена с атмосферой через запорное устройство (вентиль) 6, Входное отверстие всасывающего трубопровода 2 расположено ниже уровня во10 ды в емкости (водохранилище, из которой происходит перекачивание, а выходное отверстие напорного трубопровода 3 расположено на высоте h (емкость, в которую выливается перекачиваемая вода, на фиг, 1

15 не показана).

В другом варианте (см. фиг, 2) водоподъемник состоит из двух водонакопителей 1, . один из которых расположен выше другого. соответствующих всасывающих 2 и напорных 3 трубопроводов с обратными клапанами 4 и 5, а также емкости 9 для воды, установленной у выходного отверстия напорного трубопровода 3 нижнего водонакопителя. При этом входное отверстие

25 всасывающего трубопровода 2 верхнего водонакопителя расположено в нижней части емкости 9 для воды.

Водоподъемник работает следующим ббразом, 30 При закрытом вентиле 8 (см, фиг. 1) полость теплового радиатора 6 герметиэируется, оставаясь соединенной только с полостью водонакопителя 1 посредством трубопровода 7. С изменением температу35 ры окружающего атмосферного воздуха на величину hT, например с уменьшением температуры при переходе от дня к ночи, воздух в радиаторе 6 через его теплопроводную стенку охлаждается и соответственно сжи40 мается, При этом в полости водонакопителя

1 создается разрежение, обратный клапан 4 открывается и в водонакопитель через трубопровод 2 всасывается порция, воды, например до уровня h, показанного

45 пунктиром на фиг. 1.

2000485

h = — —P ЛТ (1) г Тг> где Po — давление воздуха в радиаторе при

То=273 К, ЛТ-Т2-Т, Tf — исходная температура воздуха;

Тг — повышенная температура воздуха: у- удельный вес перекачиваемой воды.

Из формулы видно, что независимо от объема радиатора Чр максимальная высота подьема воды прямо пропорциональна перепаду температур воздуха в радиаторе.

Например, при ЛТ-30 К получаем h

=110 см (Po-1000 r/cv, )1 r/cw ).

Максимально возможное количество перекачиваемой водоподъемником за один цикл воды Vm определяется из выражения

Чщ=Ч2 Vf o AT, (2) где V f — объем. занимаемый воздухом в радиаторе при начальной температуре Ть

Ч2 — то же, при повышенной температуре Тг; а- 1/Т вЂ” коэффициент объемного расширения;

Чо — обьем воздуха s радиаторе при

To=273 К.

На фиг. 3 показаны зависимости обьема

V вытекаемой из напорного трубопровода воды от высоты h расположения его выходного отверстия и разности температур AT.

Прямая 1 соответствует некоторой разности температур ЛТ и o6beMy воздуха в радиаторе Чо ; при этом максимальная высота подъема воды в напорном трубопроводе (V=O) равна h, а максимальный обьем перекачиваемой воды (h=0)-Vmf, Прямая 2 соответствует той же разности температур

ЛТ (соответственно остается неизменным и

hm), но вдвое большему значению объема воздуха 8радиаторе: :V AT; соответствен1 но, Ь >hm а Vmf >Ч, Реальный режим работы водоподьемника соответствует некоторому значению высоты h расположения выходного отверстия напорного трубопровода, лежащему в интервале от 0 до hm. При этой высоте в зависимости от объема воздуха в радиаторе и разности температур перекачиваются (поднимаются и выливаются на высоте h) обьемы воды Vf, Vf и Чг. Из построений на фиг, 3 (для любого иэ треугольников, образованных осями координат с прямыми 1, 1 и 2) видно, что в общем случае

Vpl hm

V hm--h (3) откуда количество поднимаемой за один

5 цикл воды

Vm(hm — h)

V = — — — —-hm

При заданном объеме радиатора Vn (полагаем для определенности, что Vp Vo) обьем перекачиваемой за один цикл воды равен

v =V (— AT - h)

To Pg (5) 15

Обьем V при фиксированном значении

h

Фиксированных значениях AT и h) напряжения.

С другой стороны, если нижняя часть водонакопителя расположена на уровне выходного отверстия напорного трубопровода

40 (h =h), то в момент всасывания воды через трубопровод 2 и клапан 4 (понижение температуры) в радиаторе возникает максимальное разрежение. тогда как при повышении температуры вода вытекает че45 рез клапан 5 без противодавления.

Таким образом, если необходимо, чтобы воздушный радиатор по тем или иным конструктивным соображениям подвергался минимальным знакопеременным (разрежение-давление) нагрузкам, то нижнюю часть водонакопителя (ту часть его. в которую всасывается порция воды) следует располагать на высоте, равной половине высоты подьема воды, т.е. выбирать h = 0,5h.

Как видно из формулы (1), при небольших значениях AT высота подъема воды (Л<Ь ) ограничена 80-100 см. Для увеличения высоты подъема воды может быть использовано последовательное соединение

2000485 водоподъемников, когда последние располагают на различных высотах. а между ними устанавливают емкости для воды, соединенные с атмосферой (на фиг, 2 показан простейший вариант многоагрегатного водоподъемника с двумя водонакопителями

1 и одной емкостью 9 для воды). Емкости размещают у выходных отверстий напорных трубопроводов, а входные отверстия всасывающих трубопроводов второго и последующих водонакопителей располагают в нижней части соответствующих емкостей для воды.

Тепловой радиатор может быть выполнен в виде отдельных герметичных емкостей. соединенных с верхней частью соответствующих водонакопителей, или в виде одного общего радиатора. полость которого соединена со всеми водонакопителями (см. фиг. 2).

Для упрощения расчета составного водоподъемника. унификации его узлов, а также для получения максимально возможной производительности водоподъемника расстояние Ь по вертикали между входным отверстием всасывающего трубопровода и выходным отверстием напорного трубопровода (высота подъема воды одного звена) всех водонакопителей выбирают одинаковым, а их количество — из условия N=H/hi, где Н вЂ” общая высота подъема воды составного водоподъемника. N — целое число, Соответственно, объем общего для всех водонакопителей теплового радиатора Чр должен быть в N раз больше объема Vpi

- радиатора одного звена (в случае выполнения водоподъемникэ с отдельными радиаторами) при сохранении того же объема V перекачиваемой воды, Например, если изменение температуры атмосферного воздуха составляет ЛТ=ЗО

К, то на основании (1) максимальная высота подъема воды в одной звене hm=--110 см. Допустим, что требуется поднимать зэ один цикл изменения температуры объем воды

V=100 л на общую высоту Н=-300 см, Если принять hi =0.5hm = 60 см, то число звеньев должно быть N=H/h;=5, а объем общего теплового радиатора

NV ,„Лт(1 Ь, л.) "О" л

Такой объем имеет емкость размерами

5х1х0,2 м . Она может быть выполнена, наз пример, в виде панели, установленной на земле, ската крыши какой-либо постройки или совмещена с элементами конструкций и сооружений. В качестве теплового рэдиато5

ЗО

55 ра могут использоваться различные ерметизированные полости конструкций, наполненные воздухом, металлические резервуары для хранения жидкостей и т.д.

Естественно, при помещении радиаторов в зону действия прямых солнечных лучей производительность водоподъемника существенно возрастает, так как даже без специальных концентраторов разность температур ЛТ воздуха s этом случае достигает

50-60 К. При этом производительность возрастает также за счет естественного увеличения количества циклов перекачки вследствие изменения в течение для облачности, чередования ясной и пасмурной погоды и т.п, Предлагаемая конструкция водоподьемника повышает надежность устройства, поскольку не содержит (за исключением обратных клапанов) подвижных частей. Она не требует ухода (например, зарядки испаряемой жидкости, как в известных устройствах), э так:ке никакой предварительной подготовки. поскольку запускается сразу же после монтажа и герметизации воздушных полостей системы.

Формула изобретения

1. Водоподьемник, содержащий водонакопитель, нижняя часть которого соедиHeèà со всасывающим и напорным трубопроводами, обратные клапаны и пустотелый тепловой радиатор, внутренняя полость которого посредством трубопровода соединена с верхней частью водонакопителя, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения области применения, тепловой радиатор выполнен из теплопроводного материала, заполнен газом, преимущественно воздухом, и имеет тепловой контакт с атмосферой.

2, Водоподъемник по и. 1, о т л и ч а ю-, шийся тем, что, с целью упрощения и облегчения теплового радиатора, водонакопигель расположен на высоте. при которой уровень воды в водонакопигеле при разрежении равен половине высоты подъема воды.

3. Водоподъемник по пп, 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения высоты подъема воды, он дополнительно снабжен водонакопителями и емкостями для воды, соединенными с атмосферой и установленными у входных отверстий напорных трубопроводов. причем каждый из последующих водонакопителей расположен выше предыдущего; а входные отверстия всасывающих трубопроводов второго и последующих водонаког1ителей расположе2000485

10 ны в нижней части соответствующих емкостей для воды, 4. Водоподъемник по п. 3. о т л и ч а юшийся тем, что расстояние по вертикали 5 между входным отверстием всасывающего трубопровода и выходным отверстием напорного трубопровода всех водонакопителей одинаково. а количество водонакопителей выбирается из условия N=H/h;, где Н вЂ” общая высота подьема воды; — расстояние по вертикали между входным отверстием всасывающего трубопровода и выходным отверстием напорного трубопровода каждого из водонакопителей;

N — целое число.

2000485

U) Составитель B.Çàõàðîâ

Техред М,Моргентал

Корректор М.Максимишинец

Редактор А.Бер

Заказ 3073

Тиоаж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101