ВОДОПОДЪЁМНИК

ВОДОПОДЪЁМНИК, приспособление для подъёма воды на нек-рую высоту. Применяется при орошении и осушении земель, при водоснабжении и в различных процессах пром-сти. Господствующим типом В. являются насосы (см.). В с. х-ве применяются также: 1) водоподъёмное колесо, 2) гидравлический таран, 3) архимедов винт, 4) чигирь, 5) нория, 6) чёточный В., 7) капиллярный В., 8) ячеисто-ленточный водоподъёмник.

1. Водоподъёмное колесо устанавливают в реке или канале так, что его нижняя часть погружена в воду (рис. 1). Текущая вода давит на лопатки колеса и вращает его На ободе колеса прикреплены неподвижно или подвешены шарнирно черпаки. При вращении колеса черпаки погружаются в воду и наполняются водой, а затем поднимаются и выливают воду в жолоб, отводящий её к месту потребления. Если скорость движения воды в реке меньше 0,8 ^м/_сек, то колесо ставят в отводном бетонном или каменном русле, к-рое делается шире колеса на 1 - 2 см. В этом русле часто устраивают перепад с выс. падения 30 - 60 см, для увеличения скорости течения и давления воды на колесо. Т. к. уровень водотока колеблется, то ось водоподъёмного колеса переставляют в стойках на разную выс. или же сами стойки устанавливают на пловучих понтонах. Водоподъёмные колёса имеют диам. обода от 3 до 10 м и шир. не меньше 0,9 м. Выс. подъёма воды не больше 9 м. Количество поднимаемой воды Q=μ×n×z×q ^м³/_мин, где: n - число оборотов колеса в 1 мин. (обычно не меньше 2 и не больше 5); z - число черпаков; q - ёмкость черпака в м³; р. - степень его заполнения, равная 0,8 - 0,9. К. п. д. колеса 0,3 - 0,6. Производительность водоподъёмного колеса ср. размеров составляет 40 - 80 ^м³/_час. Водоподъёмные колёса, приводимые в движение течением воды, применяются б.ч. на быстрых водотоках для подъёма воды на небольшую высоту. Существуют водоподъёмные колёса, вращаемые живыми и механическими двигателями.

2. Гидравлический таран - В., использующий напор притекающей к нему воды для подъёма части её вверх. Гидравлический таран изобретён в 1796 и по8же был усовершенствован. Современный гидравлический таран отечественного производства (рис. 2 и 3) состоит из: водоподводящей питательной трубы 4, ударного клапана 2, вес к-рого д. б. больше гидростатического давления воды на него, воздушного колпака 1, нагнетательного клапана 3, открывающегося внутрь колпака 1, нагнетательной трубы 5, по к-рой поднимается вода, воздухонагнетательной трубочки 7, чашки 11, в к-рой затоплен нагнетательный клапан, и, наконец, гайки 9 и шайбы 10 на стержне 8 ударного клапана.

Рис. 1. Водоподъёмное колесо с шарнирно подвешенными черпаками: А - вид сбоку, Б - вид спереди; 1 - черпак; 2 - жолоб; 3 - брусок для наклона черпаков, прикреплённый к жолобу

Рис. 2. Гидравлический таран: 1 - воздушный колпак; 2 - ударный клапан; 3 - нагнетательный клапан; 4 - питательная труба; 5 - нагнетательная труба; 6 - выходное отверстие; 7 - воздухонагнетательная тру бочка; 8 - стержень ударного клапана; 9 - гайка; 10 - шайба; 11 - чашка нагнетательного клапана

Если открыть ударный клапан 2, то вода, идущая из источника по питательной трубе 4 (рис. 2 и 3), сначала выливается через выходное отверстие б нарушу (рис. 2). Постепенно, увеличив скорость течения, вода приподнимает ударный клапан 2, закрывает отверстие 6 и мгновенно останавливается, вследствие чего получается гидравлический удар. Этот удар мгновенно создаёт повышенное давление, поднимающее нагнетательный клапан 3 и вталкивающее в колпак 1 часть воды, к-рая сжимает находящийся в колпаке воздух. Под давлением сжатого воздуха, играющего роль буфера, клапан 3 закрывается, а вода из колпака поступает в нагнетательную трубу 5.

Рис 3. Схема таранной установки: 1 - воздушный колпак; 2 - ударный клапан; 3 - нагнетательный клапан; 4 - питательная труба; 5 - нагнетательная труба; h - высота падения воды от источника; Н - высота подъёма воды

Давление, созданное гидравлическим ударом, весьма быстро падает и становится меньше атмосферного, клапан 2 опускается, и т. о. весь механизм тарана приходит в начальное положение; цикл описанных тактов повторяется безостановочно. Воздух в колпаке 1 пополняется через воздухонагнетательную трубочку 7. Для пуска тарана надо 2 - 3 раза нажать на стержень 8 ударного клапана; для остановки тарана надо приподнять ударный клапан и в этом положении подержать его ок. полминуты.

Количество воды, протекающей через таран, т. е. пропускная способность его, зависит от высоты падения и поднятия воды, дл. и диам. питательной и нагнетательной трубы и быстроходности ударного клапана. Пропускная способность тарана возрастает с увеличением: выс. падения воды, диам. питательной трубы, выс. хода ударного клапана и веса его, а также с укорочением дл. питательной трубы. Выс. падения воды определяется, гл. обр., положением источника, а диам. питательной трубы размерами тарана. Ход ударного клапана, по опытным данным, д. б. ок. ¹/₅-¹/₆ от диам. питательной трубы; он регулируется соответствующей установкой гайки 9 на стержне клапана. Вес клапана, влияющий на число ударов (к-рое м. б. в пределах 30 - 120 в мин.), регулируется изменением числа шайб 10 на стержне клапана. Питательную трубу целесообразно делать возможно короче, но не менее 15 м.

Количество воды, поднимаемой тараном, составляет часть воды, поступившей в него из источника, и определяется по формуле: q=μ×Q^h/_H^м³/_сек. Здесь Q - количество воды, притекающее из источника (река, пруд и т. п.) по трубе 4; h - превышение уровня воды в источнике над гнездом ударного клапана 2; Н - выс. подъёма воды от того же гнезда; р.-к. п. д., значения к-рого зависят, гл. обр., от отношения ^H/_h и в меньшей мере от сочетания др. элементов процесса.

В ^наст/_время в СССР выпускается гидравлический таран ТГ-1 различных размеров и различной производительности. Для подбора рациональных размеров и рабочих характеристик ТГ-1 для заданного частного случая можно пользоваться нижеприведённой табл., в к-рой h - выc. падения (в м), q₀ - производительность тарана, т. е. количество поднимаемой им воды (в ^л/_мин.), Н - выc. нагнетания (в м), Q₀ - пропускная способность питательной трубы, d₀ = 76 мм, I - длина питательной трубы (в м), п - быстроходность ударного клапана, т. е. число его ударов в 1 мин., рμ=^q₀H/_Q₀h к. п. д. тарана.

Если в конкретной установке диам. питательной трубы равен d, то для определения Q и q в этом случае надо соответствующие значения Q₀ и q₀ помножить на ^d²/_d₀².

Таблица для подбора рациональных размеров и рабочих характеристик ТГ-1 при диаметра питательной трубы d0=76 мм

Таблица для подбора рациональных размеров и рабочих характеристик ТГ-1 при диаметра питательной трубы d₀=76 мм

Зная количество воды, потребное для водоснабжения (см.), выс. падения и подъёма воды и желая получить высокий к. п. д. тарана, можно, пользуясь данными табл., выбрать требуемый размер тарана и отрегулировать быстроходность ударного клапана.

Гидравлический таран работает автоматически, без механического двигателя, портится редко, требует небольшого ухода, служит десятки лет. Он успешно применяется, если q - не больше 6 ^л/_сек, если падение h не меньше 1,0 м и не больше 10 м, если выс. подачи Я не больше 50 - 60 м и если водоисточник столь обилен, что позволяет брать из него Q, значительно превосходящее подачу q. Вода д. б. чистая.

Рис. 4. Архимедов винт

Батарея из неск. гидравлических таранов способна обеспечить водоснабжение колхоза и небольшого города и орошение небольшого (до 20 га) участка земли. Если воду надо подать на более значительную высоту, то подъём осуществляется ступенями - последовательно неск. гидравлическими таранами, но при этом количество поднимаемой воды прогрессивно уменьшается.

3. Архимедов винт (рис. 4) - В., рабочим органом к-рого являются укреплённые на валу неск. витков винтовой поверхности (архимедовой спирали) с наружным диам. D = 0,3-2,0 м. Будучи погружён одним концом в водоисточник, винт, вращаемый живым или механическим двигателем (часто ветровым), захватывает воду из источника и продвигает её по винтовой поверхности вверх. Архимедов винт по конструкции бывает закрытый и открытый. Закрытый винт плотно вставляется в цилиндр, к-рый вращается с ним. Он устанавливается под углом ок. 25° к горизонту; при понижении уровня воды в источнике нижний конец винта м. б. опущен, и угол наклона увеличен до 45°. Открытый винт помещается в неподвижном открытом железном, бетонном или деревянном лотке, соприкасаясь с его дном; угол наклона не больше 30°. Архимедов винт поднимает Q=μ×n×z×qм³ воды в 1 мин. (здесь q - ёмкость 1 винтовой лопасти; μ - степень её наполнения водой; z - число ходов винта; n - число оборотов винта в 1 мин.). Дл. винта L = 2H-1, 2D, где Н - высота подъёма в м.

Значение показателей см. в след. таблице

Обычно подаётся от 36 до 2 460 ^л/_сек, но в единичных мощных установках до 30 ^м³/_сек. Архимедов винт успешно подаёт и грязную воду. Он часто применяется при орошении (Египет) и осушении (БССР, Голландия).

4. Чигирь (рис. 5) - В., рабочим органом к-рого является деревянное колесо диам. в 2 - 4 м, насаженное на горизонтальном валу, соединённом цевочной или зубчатой передачей с вертикальным валом, к-рый вращают силой ж-ного. На обод колеса навешена бесконечная цепь с черпаками, нижняя часть к-рой погружена в колодец. При вращении колеса цепь движется, и черпаки, зачерпнувши воду из колодца, поднимаются вверх и, наклоняясь, выливают воду в приёмный жолоб. Чигирь поднимает до 20 м³ воды в 1 ч. на выс. б. ч. не более 16 м. При приводе 1 лошадью, чигирь подаёт на выc. 6 - 7 м до 6,5 ^м³/_час. К. п. д. колеблется от 0,25 до 0,5. Чигирь имеет много разновидностей (татарский, хорезмский, болгарский и т. д.). Чигирь применяется при орошении мелких участков (напр., огородов).

Рис. 5. Чигирь

Рис. 6. Нория

5. Нория - подобный чигирю, но более совершенный В. (рис. 6). Нория имеет 2 колеса с черпаками; подаёт от 72 до 150 м³ воды в 1 ч. на выc. обычно 5 - 15 м, а иногда 25 АС. К. п. д. ок. 0,4 - 0,6. Приводится в движение ж-ными, реже механическими двигателями.

6. Четочный В. (рис. 7) - разновидность чигиря. Рабочим органом чёточного В. является бесконечная цепь с насаженными на неё чётками (вместо черпаков) диам. в 12 - 15см, к-рая внизу погружена в воду, а вверху перекинута через шкив. Одна ветвь цепи при вращении шкива движется в трубе, и чётки её поднимают воду по трубе в сливной жолоб. Неточный В. приводится в движение б. ч. силой ж-ных и механическими двигателями. Применяется для подъёма загрязнённой воды, навозной жижи и т. п. на выс. не больше 5 м. Четыре человека могут поднять до 17 м³ воды в 1 ч. на выс. 5 м и до 80 ^м³/_час на выс. 2,5 м.

7. Капиллярный В. (рис. 8) - бесконечная, спирально обвитая проволокой цепь, перекинутая через верхний блок, вращаемый вручную или приводом посредством зубчатой передачи, и через нижний блок, погружённый в воду. При вращении верхнего блока цепь движется; в нижней части цепи вода прилипает к проволоке, образуя между её витками капиллярную плёнку, и поднимается вместе с цепью вверх. Вверху, при крутом повороте цепи, вода отрывается от проволоки и падает в сливной лоток. Количество поднимаемой воды тем больше, чем больше диам. верхнего блока и число его оборотов в 1 мин. и чем толще навитая проволока. Работая с приводом, капиллярный В. может поднять 155 ^л/_мин б. ч. на выс. до 40 м и в отдельных случаях до 60 м. Капиллярный В. прост и прочен, но при подъёме на большую выс. и при значительной толщине проволоки требует большой мощности двигателя.

Рис. 7. Чёточный водоподъёмник

Рис. 8. Капиллярный водоподъёмник

8. Ячеисто-ленточный В. (рис. 9) - бесконечная цепь, составленная из тяговой (стальной оцинкованной) ленты толщиной в 0,4 - 0,5 мм и ячеистой (стальной или из алюминиевой бронзы) ленты толщиной в 0,3 - 0,35 мм. Ячеистая лента согнута на тяговой, образуя трапециевидные ячейки (рис. 10). Тяговая лента надета на верхний вращающийся шкив (ведущий) и на нижний (ведомый) шкив, погружённый в воду и оттягиваемый грузом в 15 - 20 кг. При движении ленты ячеи поднимают воду и, огибая верхний шкив, выливают её в приемный лоток. Производительность ячеисто-ленточного В. зависит от скорости движения тяговой ленты (а следовательно, от диам. и числа оборотов в 1 мин. верхнего шкива) и от конструкции ячеистой ленты. Производительность существующих ячеисто-ленточных В. 50 - 115 ^м/_мин, в зависимости от типа ленты и числа оборотов верхнего шкива.

Рис. 9. Ячеисто-ленточный водоподъёмник: 1 - толь; 2 - 3 - брёвна d= 16 см; 4 - брусок 16Х10 см; 5 - пластина; 6 - подкладки; 7 - лоток; 8 - изливной лоток; 9 - ячеистая лента

Рис. 10. Ячеистая лента

Для подъёма воды на вые. до 10 АС нужен 1 рабочий, при выс. 10-20 м - 2 рабочих; при большей выс. применяют механические двигатели. Ячеисто-ленточный В. легко устанавливается и переносится. Недостаток его - частый разрыв ленты.

Литература: Грибанов И., Простейшие водоподъёмники для орошения небольших площадей, М., 1943; Костяков А., Основы мелиорации, 4 изд., М., 1938; Лаврентьев А. и Трембовельский Д., Таранное водоснабжение колхозов и совхозов, М., 1938; Черкасов А., Мелиорация и сельскохозяйственное водоснабжение, 2 изд., М., 1939.