Власов В.Н.
Двигатель и насос из поплавка и сифона.
На обновленном форуме сайта Гравио участник под ником asdfghjkl представил интересный материал, взятый из детского журнала «Юный техник» (ЮТ). Во времена СССР это был очень полезный и интересный журнал, посредством которого дети, а с ними и взрослые, приобщались к знаниям.
Комментарий asdfghjkl вместе с рисунком приведен ниже:
ВОДА ПОДНИМАЕТ ВОДУ
ЮТ 1983 №8
Человек использует и самые мелкие источники водоснабжения — небольшие речки, ручьи, родники. Особенно велика их роль для отдаленных сельских районов засушливого климата. Для мелких источников и предназначена оригинальная водоподъемная установка, предложенная Татьяной и Борисом Белогубовыми из города Железноводска. Она обеспечит водой полевой стан, экспедиционную базу, поможет полить небольшой сад или огород. В основе установки — обычный насос, который приводится в действие архимедовой силой.
Схема работы ясна из рисунка. По лотку вода поступает в резервуар 1, где расположен поплавок 2. Поплавок соединен рычагом 3 с эластичной гофрированной емкостью 4 (вместо нее можно использовать цилиндр с поршнем). Когда резервуар наполняется, поплавок поднимается и через рычаг разжимает емкость. Вода через трубу 5 и клапан 6 набирается в емкость. В конце подъема поплавок откроет клапан 8, вода начнет сливаться из резервуара. Под действием веса опускающегося поплавка емкость будет сжиматься и выталкивать воду через клапан 7 к потребителю. Когда резервуар почти опорожнится, клапан 8 закроется и цикл повторится сначала.
Как видно, этот насос работает автономно, он не требует никакого источника энергии, кроме потока воды. Он может действовать при самом незначительном напоре воды, и это отличает его от широко распространенного автономного водоподъемника — гидравлического тарана.
Рис.1. Насос, приводимый в действие архимедовой силой.
Конструкция данного устройства, действительно, очень простая. Изобретатели оригинально заставили работать всем известный сливной бачок. Только в сливном бачке поплавок служит для ограничения максимального уровня воды в бачке, а в этом устройстве поплавок управляет моментом слива воды из наполненного бака. Как это происходит уже описано в комментарии asdfghjkl.
В этой схеме самое главное то, что за счет колебания уровня воды в основном баке поднимается и опускается поплавок, который через систему рычагов обеспечивает работу насоса, перекачивающего воду в необходимую точку пространства. Поплавок нагружен сразу двумя функциями: управлять насосом 4 и открывать клапан 8. От последней функции поплавок можно освободить. Для этого надо в схему ввести древнее изобретение – сифон (рис.2.).
Рис.2. Насос с сифоном в роли регулятора уровня воды.
В таком варианте устройство в целом становится более надежным, так как сифон может исправно работать десятки лет, не требуя контроля со стороны человека. Необходимо только подобрать для трубы материал, соответствующий условиям эксплуатации.
Но у такого насоса есть слабое звено. Поплавок должен удовлетворять минимум двум условиям. С одной стороны поплавок должен плавать в воде, т.е., его плотность должна быть меньше плотности воды. Но с другой стороны, вес у поплавка должен быть достаточным, чтобы выдавить воду из сильфона (поршня) 4 через клапан 7. Поэтому, если мы возьмем поплавок с удельной плотностью 0.5 от плотности воды, то придется делать поплавок и емкость для него большими. Это может быть и не принципиально, но хотелось бы заставить такой «мотор» работать более эффективно.
Известно, что чем плотность тела, погруженного в воду, ниже, тем больше сила Архимеда. Поэтому лучше сделать такой насос двухтактным, в котором в каждом такте сила Архимеда будет работать практически на все 100%. Примерная схема такого насоса показана на рис.3. Теперь насос будет содержать уже две ёмкости с сильфонами, а так как они будут работать в противофазе, то на каждое плечо коромысла 3 будет действовать максимально возможная сила Архимеда, если в качестве материала для поплавков выбрать, например, пенопласт. Чем легче менее плотный будет материал для поплавков, тем мощнее, по идее, получится насос. Такой насос сохранит все достоинства своего прототипа.
Рис.3. Двухтактный насос с сифонами.
Заранее прошу прощения за качество рисунка, за то, что соединение коромысла со штоками поплавков показано с ошибками. Просто пришлось приспосабливать для этого первоначальный рисунок (рис.2). Главное в рис.3 – это показать саму идею, причем в таком варианте, оказывается, уже не так важен удельный вес поплавков, так как теперь вес одного поплавка и сила Архимеда на другом начинают работать содружественно, в сумме остаются одинаковыми для поплавков с любой плотностью, так как, теряя в силе Архимеда, столько же приобретаем в весе на другом конце коромысла 3 и обратно. Кроме того, теперь вместо одного насоса 4 (сильфона, поршня) можно по обе стороны оси вращения коромысла разместить сразу 2, что, скорее всего, должно увеличить КПД установки.
Осталось отделить мух от котлет. Поэтому логично будет в конструкции выделить «мотор» из двух емкостей с поплавками и сифонами, работающими в противофазе, с одной стороны, и собственно насос (элементы 4, 5, 6 и 7). Насос в отдельном исполнении, но приводящийся в действие архимедо-гравитационным устройством из двух емкостей с сифонами, можно будет приспособить для перекачки нефтепродуктов, спирта, вина, масла и любых других жидких продуктов, не разрушающих элементы насоса.
Может такой насос перекачивать и воздух. А значит, его можно заставить закачивать воздух прямо из атмосферы в ресивер, а уже из ресивера, как аккумулятора, сжатый воздух можно будет направлять в пневмоинструмент или в пневматический двигатель, газовую турбину с электрогенератором и т.д. Вот вам и источник энергии на 1-5 кватт. Естественно, такой источник энергии требует постоянного потока воды, но там, где он есть, такое простое устройство позволит обеспечить энергией несколько домов или личное подворье. Кроме того напор воды может быть самым минимальным, лишь бы поток воды был бы достаточной для потребителя мощности. Не надо перекрывать реку, достаточно сделать водоотвод. Этот источник энергии можно дополнить ветряком подобной мощности и тогда практически всегда потребитель будет иметь энергию. Если вода будет подаваться из водохранилища, то в периоды работы ветряка поток воды из водохранилища можно временно перекрывать, а при избытке энергии от ветряка эту энергию можно использовать для закачки воздуха в ресивер или возврата воды в водохранилище. При отсутствии ветра будет использоваться энергия водного потока.
Это устройство, особенно в двухтактном исполнении, отличается более высоким КПД
по сравнению с такими устройствами как турбина или гидротаран. А всё потому,
что в данной конструкции потенциальная энергия воды используется практически на
все 100% и нет необходимости преобразовывать потенциальную энергию в
кинетическую. Наверно, только турбина Gravio может конкурировать по простоте с
рассмотренным устройством, так как она также преобразует потенциальную энергию
воды на все 100%. Её также можно использовать везде, где есть потоки воды с
небольшими перепадами высот, например, там, где есть система арыков, по которым
вода доставляется на поля. И тогда одновременно с поливом полей можно будет
вырабатывать электроэнергию. Приходилось мне видеть такие системы в
Таджикистане, по которым вода без толку протекает десятки километров, например,
от Катасайского водохранилища до Зафарабатского района с его хлопковыми полями.
Кто мешает вдоль таких арыков (в сами арыки) установить самые обычные подливные
колеса, чтобы вырабатывать электроэнергию. Пусть её будет немного, но для
ближайших домов может оказаться достаточной. А мешает косность мышления людей и
их жадность.
Примерно на таком же принципе, скорее всего, работает эксцентриковая
гидромашина Анатолия Кузьмина (http://www.eprussia.ru/tech/articles/194.htm),
что явно следует из описания его изобретения.
Напоследок хотелось бы пожелать читателям почаще перечитывать такие журналы как «Юный техник». Советская власть много делала, чтобы дети росли грамотными. Поэтому через этот журнал в доступной форме детей приобщали к новейшим достижениям того времени. И, как видим, вполне серьёзные конструкции не обязательно должны быть сложными и дорогими.
06.02.2009
