Устройство для подъема воды

Устройство для подъема воды

Реферат

Изобретение относится к устройствам для подъема воды, приводимым в действие солнечной энергией, и предназначено для полива растений, позволяет обеспечить скрытый от глаз полив декоративных растений из открытого источника водоснабжения и художественное оформление мест массового отдыха населения.

Известен солнечный насос Мушо (см. Сеть Интернет, поисковая система Яндекс. Насос Мушо). Это устройство имеет герметичный конусообразный сосуд, продолжающийся в трубу, погруженную в воду. В нижней части трубы установлен первый клапан, пропускающий воду вверх и не пропускающий вниз. Над клапаном труба соединена с боковым отростком, от которого поднимается второе колено трубы, подсоединенное своим верхним концом к накопителю воды. В этом колене внизу установлен второй клапан, пропускающий воду вверх и не пропускающий вниз. Работа устройства основана на нагревании воздуха в конусообразном сосуде солнцем и охлаждении его при испарении воды, сопровождаемые расширением и сжатием воздуха, которые используются как поршень насоса для поднятия воды на некоторую высоту.

Недостаток насоса Мушо заключается в использовании клапанов, содержащих трущиеся поверхности. Это снижает надежность его работы.

Кроме того, насос Мушо поднимает воду на сравнительно небольшую высоту - полутора метров.

Кроме того, конусообразному сосуду насоса Мушо невозможно придать форму, создающую зрительный образ элемента декора. По этой причине не обеспечивается полив декоративных растений скрыто.

Кроме того, в течение процесса охлаждения воздуха в конусообразном сосуде давление внутри сосуда принимает значение ниже атмосферного. По этой причине исключается возможность использования конусообразного сосуда с тонкостенной оболочкой.

Известно устройство для подъема воды, содержащее подъемную трубу со смесителем, имеющим воздуховод и всасывающий патрубок (патент US 3694106, опубл. 1972).

Недостатком этого устройства является необходимость принудительной подачи воздуха в смеситель за счет использования промышленных источников энергии.

Известно устройство для подъема воды (патент RU 2215196, опубл. 2003), которое по совокупности признаков является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения. Это устройство включает подводящую и нагнетательную трубы. Оно содержит герметичный сосуд, выполняющий функцию гидропневмоаккумулятора, в котором размещены концы подводящей и нагнетательной труб. Срез подводящей трубы размещен в верхней части сосуда. Срез нагнетательной трубы размещен в нижней части сосуда. Вода поступает самотеком из источника в присоединенный к подводящей трубе оголовок. Параметры оголовка и подводящей трубы подбирают такими, чтобы в трубе образовался аэрированный поток воды, т.е. происходил подсос в поток воды воздуха образовавшейся воронкой. По этому признаку оголовок выполняет функцию смесителя-дозатора. Попадая в сосуд, аэрированный поток воды разделяется на воду, которая оседает внизу сосуда, и воздух, который располагается над водой. В стенке нагнетательной трубы на высоте выше среза подводящей трубы выполнено отверстие. Благодаря поступлениям воды и воздуха в нагнетательную трубу через соответственно нижний ее срез и отверстие в ее стенке столб воды в нагнетательной трубе разделяется на чередующие друг за другом порции воды и воздуха, образуя водовоздушный столб, перемещаемый давлением воздуха вверх. По этому признаку нижний срез в нагнетательной трубе и отверстие в ее стенке выполняют функцию второго смесителя-дозатора.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании этого устройства, относится невозможность его использования для подъема воды из водоема, в котором отсутствует перепад уровней воды.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в обеспечении скрытия полива декоративных растений, обыкновенно выращиваемых на малых земельных участках городских и сельских территорий, предназначенных для отдыха (на клумбе, на альпийской горке, на берегу декоративного водоема, на искусственном плавающем средстве (плавающем острове), в контейнерах, установленных на нескольких уровнях над свободной поверхностью открытого источника водоснабжения), придании воздушной камере, которая входит в состав устройства для подъема воды, формы, выполняющей декоративную функцию (изысканной, величественой статуи в античном стиле, декоративного камня, яркой надувной фигуры в виде персонажа сказки или произвольного образа), и автоподкачки воздуха в воздушную камеру, которая может содержать тонкостенную жесткую (ненадувную) или воздухоопорную (надувную) оболочку с малой воздухопроницаемостью.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для подъема воды, содержащее гибкие подводящий и нагнетательный трубопроводы, герметичный сосуд, выполняющий функцию гидропневмоаккумулятора, в котором размещены нижний конец подводящего трубопровода и первый конец нагнетательного трубопровода, и два смесителя-дозатора, первый из которых соединен с верхнем концом подводящего трубопровода и установлен на водной поверхности источника водоснабжения, а второй установлен в герметичном сосуде с подсоединением к нагнетательному трубопроводу, причем герметичный сосуд установлен ниже уровня водной поверхности источника водоснабжения, согласно изобретению оно снабжено воздушной камерой, которая устанавливается на местах, открытых солнцу, гибким воздушным трубопроводом, соединяющим вход в воздушную камеру с верхней частью полости герметичного сосуда, гибким подъемным трубопроводом, верхний конец которого подводится к точке полива растений, дополнительным герметичным сосудом, в котором размещены нижний конец подъемного трубопровода и второй конец нагнетательного трубопровода, при этом срез подводящего трубопровода установлен в нижней части полости основного герметичного сосуда, в дополнительном герметичном сосуде срез подъемного трубопровода установлен выше среза нагнетательного трубопровода, нагнетательный трубопровод оснащен отвесным участком, установленным над дополнительным герметичным сосудом. Каждый смеситель-дозатор содержит трубу малого диаметра, трубу с большим диаметром, которая оснащена грузилом, и поплавковый корпус, в верхней части которого размещена часть трубы малого диаметра, две другие части которой неодинаковы по длине и выступают наружу с противоположных сторон поплавкового корпуса. Выступающая наружу длинная часть трубы малого диаметра соединена с концом трубы большего диаметра, второй конец которой в первом смесителе-дозаторе соединен с верхнем концом подводящего трубопровода, введенным в нижнюю часть поплавкового корпуса. В крайней нижней части поплавкового корпуса первого смесителя-дозатора установлено второе грузило. Во втором смесителе-дозаторе второй конец трубы большего диаметра соединен с концом нагнетательного трубопровода, введенным в нижнюю часть поплавкового корпуса. В крайней нижней части поплавкового корпуса второго смесителя-дозатора установлено грузило-подпорка.

Компенсация утечки воздуха через оболочку воздушной камеры обеспечивается, во-первых, благодаря подбору параметров смесителей-дозаторов такими, чтобы в подводящем трубопроводе образовался поток чередующихся порций воды и воздуха, плотность которого была бы меньше плотности потока чередующихся порций воды и воздуха в нагнетательном трубопроводе, и, во-вторых, оснащением второго смесителя-дозатора грузилом-подпоркой. При выполнении данных требований осуществляется поступление в основной герметичный сосуд балластного воздуха, часть которого проходит в воздушную камеру, компенсируя утечки воздуха из нее, а другая часть выходит из основного герметичного сосуда в атмосферу через последовательно соединенные второй смеситель-дозатор, нагнетательный трубопровод, дополнительный герметичный сосуд и подъемный трубопровод.

При применении устройства для полива растений на берегу водоема основной герметичный сосуд монтируется под землей, а при применении устройства для полива растений, выращиваемых на плавающем средстве, заглубляется в водоем.

Изобретение решает задачу подачи воды в одну точку полива. Для подводки воды к нескольким точкам необходимо использовать известные технические средствами дозирования и распределения подаваемого расхода воды между каналами полива или создавать искусственные уклоны, по которым вода самотеком будет поступать от одной точки полива к другой.

На фигуре представлена схема варианта устройства для подъема воды, установленного на поверхности водоема с использованием плавучей опоры.

Устройство содержит воздушную камеру 1, выполненную в виде надувного шара. В таком исполнении камеру 1 можно использовать в качестве рекламоносителя. Камера 1 установлена на поверхности водоема с использованием плавучей опоры 2. В водоем заглублен герметичный сосуд 3, верхняя часть полости которого посредством гибкого воздушного трубопровода 4 соединена с входом в камеру 1. Устройство содержит также дополнительный герметичный сосуд 8 и два смесителя-дозатора 5(I, II). Смеситель-дозатор 5(I) соединен с верхним концом гибкого подводящего трубопровода 6 и установлен на открытой водной поверхности источника водоснабжения. Нижний конец трубопровода 6 введен в сосуд 3 с размещением среза в нижней части полости сосуда 3, кроме того, в сосуд 3 введены смеситель-дозатор 5(II) и первый конец гибкого нагнетательного трубопровода 7, при этом смеситель-дозатор 5(II) соединен с трубопроводом 7. В сосуд 8 введены нижний конец гибкого подъемного трубопровода 9, срез которого установлен в верхней части полости сосуда 8, и второй конец трубопровода 7, срез которого установлен ниже среза трубопровода 9. Трубопровод 7 оснащен отвесным участком 10, размещенным над сосудом 8. В качестве смесителей-дозаторов 5(I, II) могут использоваться устройства, предназначенные для создания потока водовоздушной смеси или чередующихся порций воды и воздуха. Для конкретности на фигуре представлены смесители-дозаторы 5(I, II), предназначенные для создания потоков чередующихся порций воды и воздуха. Каждый смеситель-дозатор 5 содержит поплавковый корпус 11, в верхней части которого укреплена труба 12, концевая часть 13 которой выступает наружу с одной стороны поплавкового корпуса 11, а концевая часть 14 - с другой, при этом длина части 14 трубы 12 превышает длину части 13 и трубу 15, диаметр которой превышает диаметр трубы 12. Труба 15 оснащена грузилом 16. Конец части 14 трубы 12 соединен с первым концом трубы 15. В смесителе-дозаторе 5(I) второй конец трубы 15(I) соединен с верхним концом подводящего трубопровода 6, введенным в нижнюю часть поплавкового корпуса 11(I). В крайней нижней части поплавкового корпуса 11(I) установлено грузило 17. В смесителе-дозаторе 5(II) второй конец трубы 15(II) соединен с первым концом трубопровода 7, введенным в нижнюю часть поплавкового корпуса 11(II), в крайней нижней части которого установлено грузило-подпорка 18. Трубы 12 и 15 каждого смесителя-дозатора 5 выполяют функцию двухплечевого рычага, качающегося над водной поверхностью вокруг точки опоры, расположенной в верхней части поплавкового корпуса 11. При применении устройства для полива растений, выращиваемых в цветочных горшках 19(I, II, III) с дренажными отверстиями 20 и поддонами 21(I, II, III), снабженными отверстиями для стока избыточной воды, цветочные горшки 19(I, II, III) можно установить на многоярусной клумбе, каскадной стойке для цветов или многоступенчатом сооружении из камня или бетона. Верхний конец трубопровода 9 закрепляют в поддоне 21(I) цветочного горшка 19(I), размещенного на верхней ступеньке многоступенчатого сооружения. Для создания пути водотока от поддона 21(I) к последующему поддону 21(II), размещенному на ступеньку ниже, и так далее через все поддоны 21(I, II, III) используются трубопроводы 22(I, II, III).

Для включения устройства в работу необходимо окунуть смеситель-дозатор 5(I) в водоем, что приведет к поступлению воды в трубу 12(I) и далее через трубу 15(I) и трубопровод 6 в сосуд 3. Затем смеситель-дозатор 5(I) возвращают на поверхность водоема. В связи с заполнением труб 12(I) и 15(I) водой происходит увеличение силы тяжести, действующей на концевую часть 14(I) трубы 12(I) и трубу 15(I), вследствие чего трубы 12(I) и 15(I) повернутся вокруг точки опоры с выходом из воды концевой части 13(I) трубы 12(I) и упругим изгибом верхней части трубопровода 6. Продолжая истекать в сосуд 3, вода засасывает в трубы 12(I) и 15(I) воздух из атмосферы, что приводит к уменьшению силы тяжести, действующей на концевую часть 14(I) трубы 12(I) и трубу 15(I), вследствие чего трубы 12(I) и 15(I) повернутся вокруг точки опоры с входом в воду среза концевой части 13(I) трубы 12(I) и упругим изгибом верхней части трубопровода 6 в обратном направлении. Благодаря поочередному засасыванию в срез концевой части 13(I) трубы 12(I) воды из водоема и воздуха из атмосферы образуется поток чередующихся порций воды и воздуха, поступающий в сосуд 3. Если требуется уменьшить (увеличить) плотность этого потока, необходимо увеличить (уменьшить) вес грузила 16(I) и/или пододвинуть грузило 16(I) к первому концу трубы 15(I) (пододвинуть грузило 16(I) ко второму концу трубы 15(I)). Чтобы уменьшить (увеличить) угол качания труб 12(I) и 15(I) вокруг точки опоры требуется увеличить (уменьшить) вес грузила 17. Попадая в сосуд 3, поток, состоящий из порций воды и воздуха, разделяется на воду, которая оседает внизу сосуда 3, и воздух, который располагается над водой. Затем в воздушную камеру 1 (если камера 1 содержит воздухоопорную оболочку) закачивают воздух. Давление в камере 1 и сообщающемся с камерой 1 сосуде 3 повышается, вследствие чего в срез концевой части 13(II) трубы 12(II) смесителя-дозатора 5(II), расположенного в сосуде 3 на поверхности воды, нагнетаются чередующиеся порции воды и воздуха, которые, попадая через трубопровод 7 в сосуд 8, разделяются на воду, заполняющую полость сосуда 8 до уровня установки среза подъемного трубопровода 9, и воздух, который через трубопровод 9 выходит в атмосферу. С этого момента в трубопровод 9 начинают нагнетаться чередующиеся порции воды, которые изливаются в поддон 21(I) цветочного горшка 19(I), и порции воздуха, которые выходят в атмосферу. Возросшее давление воздуха в сосуде 3 приводит к образованию в подводящем трубопроводе 6 водяной пробки, благодаря которой истечение воды из сосуда 3 по трубопроводу 6 не происходит. Закачку воздуха в воздушную камеру 1 завершают, когда уровень воды в сосуде 3 снизится до уровня, при котором грузило-подпорка 18 смесителя-дозатора 5(II) упрется в дно сосуда 3. С этого момента погружение среза концевой части 13(II) трубы 12(II) в воду и слив воды в поддон 21(I) цветочного горшка 19(I) прекращаются. Работа смесителя-дозатора 5(II) на поверхности воды в сосуде 3 принципиально не отличается от вышеописанной работы смесителя-дозатора 5(I) на поверхности водоема. Для предотвращения накопления в сосуде 3 балластной воды и обеспечения автоматической компенсации утечки воздуха через оболочку камеры 1 достаточно установить на трубе 15(II) грузило 16(II) существенно меньшего веса грузила 16(I) и/или пододвинуть грузило 16(II) ко второму концу трубы 15(II).

Устройство работает следующим образом. Теплообмен воздушной камеры 1 с окружающей средой приводит к понижению температуры внутри камеры 1 ночью и повышению днем. В ночное время суток охлаждающийся в камере 1 воздух сжимается, отсасывая воздух из сосуда 3, вследствие чего происходит цикл засасывания в срез концевой части 13(I) трубы 12(I) смесителя-дозатора 5(I) чередующихся друг за другом порций воды и воздуха, перетекаемых из смесителя-дозатора 5(I) в сосуд 3 по трубопроводу 6. Попадая в сосуд 3, чередующиеся порции воды и воздуха разделяются на воду, которая оседает внизу сосуда 3, и воздух, который располагается над водой. Под действием пониженного давления, возникшего в сосуде 3, вода, хранимая в сосуде 8, засасывается в отвесный участок 10 трубопровода 7, вследствие чего создается водяная пробка, благодаря которой проникновение в сосуд 3 атмосферного воздуха по трубопроводу 7 не происходит. В дневное время суток камера 1 разогревается, воздух в ней расширяется, давление в камере 1 и в сосуде 3 повышается, в подводящем трубопроводе 6 образуется водяная пробка, благодаря которой истечение из сосуда 3 воды по трубопроводу 6 не происходит, в срез концевой части 13(II) трубы 12(II) смесителя-дозатора 5(II) поступают чередующиеся порции воды и воздуха, которые перетекают по трубопроводу 7 в сосуд 8. Попадая в сосуд 8, чередующиеся порции воды и воздуха разделяются на воду, заполняющую полость сосуда 8 до уровня установки среза нижнего конца трубопровода 9, и воздух, который через трубопровод 9 выходит в атмосферу. С этого момента в трубопровод 9 начинают нагнетаться чередующиеся порции воды, которые изливаются в поддон 21(I), и порции воздуха, которые выходят в атмосферу. Когда уровень воды в сосуде 3 снизится до значения, при котором грузило-подпорка 18 смесителя-дозатора 5(II) упрется в дно сосуда 3, слив воды в поддон 21(I) прекратится. Поступление чередующихся порций воды и воздуха в сосуд 3 в ночное время суток и слив накопленной в сосуде 3 воды в поддон 21(I) цветочного горшка 19(I) в дневное время суток автоматически повторяется, при этом и днем и ночью давление в сосуде 3 и воздушной камере 1 принимает значение выше атмосферного.

Выполнено испытание экспериментального образца устройства. Результаты испытания подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.

1. Устройство для подъема воды, включающее подводящий и нагнетательный трубопроводы, первый смеситель-дозатор, к которому подсоединен верхний конец подводящего трубопровода, второй смеситель-дозатор и установленный ниже уровня водной поверхности источника водоснабжения герметичный сосуд, в котором размещены нижний конец подводящего трубопровода, первый конец нагнетательного трубопровода и второй смеситель-дозатор, причем первый конец нагнетательного трубопровода подсоединен ко второму смесителю-дозатору, отличающееся тем, что содержит воздушную камеру, воздушный трубопровод, соединяющий вход в воздушную камеру с верхней частью полости герметичного сосуда, в нижней части которой установлен срез подводящего трубопровода, подъемный трубопровод и дополнительный герметичный сосуд, в который введены нижний конец подъемного трубопровода и второй конец нагнетательного трубопровода, при этом срез подъемного трубопровода установлен в верхней части полости дополнительного герметичного сосуда, а срез нагнетательного трубопровода установлен ниже среза подъемного трубопровода, кроме того, нагнетательный трубопровод оснащен отвесным участком, размещенным над дополнительным герметичным сосудом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый смеситель-дозатор содержит трубу малого диаметра, трубу с большим диаметром, на котором размещено грузило, и поплавковый корпус, в верхней части которого размещена часть трубы малого диаметра, две другие части которой неодинаковы по длине и выступают наружу с противоположных сторон поплавкового корпуса, причем конец выступающей из поплавкового корпуса длинной части трубы малого диаметра соединен с концом трубы большего диаметра, другой конец которой подсоединен к размещенному в нижней части поплавкового корпуса верхнему концу подводящего трубопровода, кроме того, в крайней нижней части поплавкового корпуса установлено второе грузило.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй смеситель-дозатор содержит трубу малого диаметра, трубу с большим диаметром, на котором размещено грузило, и поплавковый корпус, в верхней части которого размещена часть трубы малого диаметра, две другие части которой неодинаковы по длине и выступают наружу с противоположных сторон поплавкового корпуса, причем конец выступающей из поплавкового корпуса длинной части трубы малого диаметра соединен с концом трубы большего диаметра, другой конец которой подсоединен к размещенному в нижней части поплавкового корпуса первому концу нагнетательного трубопровода, кроме того, в крайней нижней части поплавкового корпуса установлено грузило-подпорка.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что воздушная камера содержит тонкостенную жесткую оболочку с малой воздухопроницаемостью.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что воздушная камера содержит воздухоопорную оболочку с малой воздухопроницаемостью.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что воздушной камере придана форма элемента декора.