Особенности скважины без насосного оборудования. Водяной насос без питания Как поднять воду из речки

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНОЙ ЭНЕРГИИ

С момента перехода к оседлому образу жизни человек стремился использовать энергию текущего, падающего водного потока и его напор.

Подъем воды

По-видимому, первым водоподъемным устройством была противовесная система типа колодезного «журавля» (в некоторых странах имевшая название «шадуф» или «чадуф», «чадуфон»). Она являлась одним из древнейших и простейших водоподъемных устройств. Изображения шадуфа встречаются на древнеегипетских папирусах и барельефах.

При необходимости поднять воду на большую высоту использовалась система шадуфов, в которой вода подавалась наверх в несколько приемов – со ступени на ступень.

Поливка садовых деревьев с помощью шадуфа (гробница Ипуи)

Конструкция шадуфа оказалась настолько простой, но в то же время удобной и эффективной, что использовалась во все времена практически всеми известными цивилизациями. Она используется и до сих пор.

В древних цивилизациях: египетской, шумерской, китайской, бенгальской (то есть в 4 000 – 3 000 лет до н. э.) для подъема воды и подачи ее на поля уже использовались водоподъемные колеса (рис.).

Водоподъемные колеса:

а – с черпаками; б – с лопатками

1 – колесо; 2 – черпак; 3 – лопасти; 4 – водоотводящий лоток

Они устраивались с черпаками или лопатками (лопастями) по ободу. У колеса с черпаками (рис. а ) вода поднималась до верхней точки колеса, изливалась из черпаков в приемный резервуар и поступала затем в оросительный канал. У колеса с лопатками (рис. б ) вода поднималась по желобу вверх на необходимую высоту и далее изливалась в канал. Водоподъемные колеса приводились во вращение рабами, верблюдами или волами. Рабы, находясь на колесе, шагали по специальным ступенькам и создавали вращательный момент.

Водоподъемное колесо с лопастями:

1 – привод, 2 – колесо, 3 – лопасти, 4 – приемное устройство

Водоподъемное колесо с черпаками:

1 – лоток, 2 – черпак, 3 – колесо

Водоподъемное колесо в древнем Китае

Водоподъемныеколеса в Сирии в городе Хама. 1960-е годы

Старые водоподъемные колеса в Сирии в городе Хама

На последнем рисунке приведена схема водоподъемного колеса и система водоснабжения (I век до н. э.): колесо диаметром около трех метров погружено в водоем. По перекладинам, установленным по ободу колеса, шел человек, как бы взбираясь по лестнице. Но получалось так, что он находился на месте, а колесо вращалось с помощью его ног. К ободу колеса были прикреплены ковши. При погружении ковша в водоем он наполнялся водой, а когда он поднимался наверх, вода выливалась в резервуар и далее текла по трубам к бассейну и фонтану.

До сих пор в Сирии сохранились в работоспособном состоянии 22 водяных колеса возрастом около 3000 лет. Это огромные деревянные колеса диаметром до 21 м и весом до 20 тонн. Они приводятся в движение течением воды в реке или канале и забирают воду с помощью деревянных желобов, прикрепленных под углом к окружности колеса. Когда желоб проходит через высшую точку колеса, вода выливается в водоотводный желоб. Похожие колеса, только из бамбуковых трубок, использовались в Китае.

а – с черпаками; б – с дисками

1 – ведомый вал; 2 – цепь с черпаками (с дисками); 3 – ведущий вал; 4 – лоток для отвода воды; 5 – труба

Нории – водоподъемные устройства в виде бесконечной вертикальной цепи с черпаками или дисками (рис.). Принцип подъема и излива воды здесь тот же, что и у водоподъемных колес. Разница лишь в том, что вместо жесткого обода колеса используется гибкая цепь. В нории с дисками на цепь вместо черпаков надеты диски, часть пути которых при вращении цепи проходит через трубу, поднимая воду к отводящему лотку.

Нория для подъема жидкости

Одна из разновидностей нории называлась «чигирем». Чигирь – это, как правило, огромное и тяжелое колесо-барабан, соединенное с горизонтальным валом, который вращался либо людьми, либо животными. Длина горизонтального вала доходила до 8 м. На барабане между его ободами располагались один или два каната – «бесконечная цепь», к которой крепились черпаки. Вода из опрокидывающихся черпаков поступала в отводной лоток и затем – к потребителям. Диаметры барабанов доходили до 6 м.

Другое название чигиря – персидское колесо.

По-видимому, название пришло в русский язык из Средней Азии (Хорезма), где такое водоподъемное колесо называлось «чикир». Довольно давно такое устройство появилось на юге России – в Астрахани, в Крыму. Слово вошло в язык казаков: «чигирать воду», «чигирная поливка».

Лошадь или волы вертят стоячий вал, с помощью шестерней вращение передается колесу-барабану над колодцем; через колесо перекинута круглая цепь с ковшами; они черпают и выливают воду опрокидкою через колесо в корыто или желоб, откуда она растекается скатными канавками по бахче; главное искусство – расположить канавки.

Чигири использовались на юге Европейской части России до конца XIX века. В странах Центральной Азии и Персидского залива (Афганистан, Иран, Ирак) используются до сих пор.

Для подъема воды на небольшую высоту использовались архимедов винт, вороты, четочные подъемники, противовесные системы в виде «журавля». Архимедов винт представлял собой вал с навитой на него винтовой поверхностью, установленный в наклонной трубе, нижний конец которой погружен в воду. При вращении оси вода поднимается вверх, так как она стремится сохранить самое низкое место между поверхностью винта и поверхностью цилиндра.

Архимедов винт с ручным приводом:

1 – винтовая лестница; 2 – труба; 3 – рукоятка вращения; 4 – отводящий лоток;

5 – регулирующее устройство

Архимедов винт, приводимый в движение ветряком:

1 – двигатель, 2 – винт, 3 – кожух

Для подъема воды использовались и вороты, приводившиеся в движение также действием воды (рис).

Водоподъемная машина с реверсивным водяным колесом

Четочный водоподъемник состоит из трубы с широким раструбом в нижней части, поставленной в колодец. Через ворот в трубу запускался запассованный на ворот канат с большим количеством грузиков размером, равным внутреннему диаметру трубы. При вращении ворота грузики-поршни входили в трубу и поднимали воду. Из верхнего обреза трубы вода изливалась в емкости для дальнейшего использования.

Четочный подъемник:

1 – отводящий лоток; 2 – труба; 3 – колодец;

4 – канат с грузиками-поршнями; 5 – ворот

Множество вариантов устройств для подъема воды придумал и изобразил в своих записках Леонардо да Винчи: архимедовы винты, водяные колеса.

Еще один метод подъема воды, предложенный Леонардо, заключался в применении водяного колеса с чашами, которые зачерпывали воду из нижней емкости и выливали ее в верхнюю.

На собственном участке земли, в первую очередь надо позаботиться об обеспечении его водой для полива, питья и других нужд. Для этого достаточно, чтобы была сооружена скважина, и из неё всегда можно будет добывать требуемое количество необходимой влаги в любое время года. Но для подъёма жидкости, как известно, нужен насос, который работает от электричества. А что делать, если участок находится далеко от цивилизации, и на нем нет электроэнергии? В таком случае можно обойтись и без насоса, воспользовавшись другими способами. Об этих способах сейчас и пойдет разговор.

Типы колодцев

Буровые колодцы могут быть двух типов: песчаные и артезианские. Первый тип имеет и другое название – фильтровая скважина. Бурится она до ближайшего водоносного слоя в песчаном грунте. Глубина может достигать 30 метров, а ширина обсадной трубы может быть около 13 см. Особенность строения такого источника в том, что на стенках трубы делается сетчатый фильтр. Для добычи воды из неё требуется глубинный или поверхностный агрегат. Прослужить она может около 15-ти лет. Но срок службы в первую очередь зависит от глубины залегания водоносного слоя и от того, насколько интенсивно она используется.

Второй тип – артезианская скважина. Вода в ней добывается с большой глубины, она может достигать 200 метровой отметки. У неё повышенная производительнос ть и высококачественн ая вода. Служит она гораздо дольше первого типа — более 50-ти лет. Соответственно, должен использоваться более мощный аппарат для подъёма влаги на поверхность. Для бурения такой ямы требуется разрешение в местных органах самоуправления.

Возможно ли из этих колодцев добыть воду без использования электрического насоса? Да, вполне возможно, причем из шахт обоих типов. Но при этом важно учитывать несколько нюансов. Многое зависит от ручных устройств, которые будут применяться при этом. Обычно они не дают достаточного давления на глубине более 30 метров. Поэтому такая система актуальна в основном для песчаного колодца. Но для начала давайте разберёмся, каким образом возможно поднять жидкость из такого сооружения без насоса, и что для этого понадобится.

Добыча воды давлением воздуха

Этот необычный способ отлично подойдет для добычи воды из шахты без насоса. То есть можно использовать любой ручной шланговый насос, работающий без электричества. Сделать такую систему довольно просто. Для начала необходимо полностью загерметизироват ь верх колодца. В нем проделывается 2 отверстия: в одно вставляется шланг от насоса, во второе — труба для подачи воды. При работе таким прибором в шахте создается давление, которое и выталкивает наружу жидкость.

Если напор воздуха, поступающий в шахту, мощный, то вполне можно обойтись без электрического насоса. Но при этом должно учитываться, что такое давление будет толкать воду не только наверх, но и вниз, в водоносный слой. Чем это чревато, будет описано ниже. Данный метод можно использовать совместно со стандартными подходами. Особенно он актуален, если давление в яме недостаточно сильное, даже для электрического насоса.

Добыча воды гидротаранным способом

Это еще один нестандартный способ добычи воды без насоса: в данном случае применяется гидравлический таран — устройство, предназначенное для механического подъёма жидкости из любого колодца, даже артезианского.

Работает такое приспособление на энергии, получаемой из потока воды. За счет поднятия воды на большую высоту и опускания её вниз, жидкость выталкивается наверх. Состоит такая конструкция из следующих компонентов:

отбойный клапан;

возвратный клапан;

питающая труба;

отводящая труба;

воздушный колпак.

За счет открытия и закрытия клапанов в определенной последовательнос ти и происходит циркуляция жидкости. Она разгоняется по питающей трубе и создается гидроудар, вымещающий жидкость наружу, в отводящую трубу. Такое устройство сложно сделать самостоятельно, но его легко приобрести. И это будет самым верным решением для участков, на которых отсутствует электричество.

Важные моменты

При добыче воды методом увеличения давления внутри шахты, необходимо учитывать несколько важных факторов. Во-первых, учитывается геологическое строение местности, на которой расположена скважина.

Также немаловажным является дебет шахты для добычи жидкости из земли и производительнос ть водоносного слоя.

Ну и, конечно, берется во внимание глубина залегания водоносного горизонта.

Если всё это не учесть, то из-за избыточного давления скважина может выйти из строя. Проще говоря, жидкость из водоносного слоя перестанет поступать в шахту. Это происходит из-за того, что образовавшийся внутри воздух будет толкать практически всю воду вниз, вдавливая её в землю. Поэтому подача воздуха должна быть оптимальной. Его должно хватать только на то, чтобы подталкивать воду наружу и не создавать избыточное давление.

Вы скажите, что остановить поток воды или даже заставить подниматься его вверх невозможно и будете неправы! Нет ничего невозможного, используя знания науки и последние, широко распространенные технологические устройства. Сегодня даже камни могут заставить летать, как в исталяции .

Некий Brusspup (http://www.youtube.com/user/brusspup) , разместил видео, на котором с помощью нехитрой самодельной установки и фотоаппарата, работающего в режиме съемки видео, автор заставлял останавливаться поток воды из шланга и, что самое невероятное – заставил его подниматься вверх. В первый же день, видеоролик набрал миллион просмотров.

Завораживающее видео магического движения (обездвиживания) воды представлено ниже.

Физическая суть эффекта заключается в синхронной работе видеокамеры вместе с колебаниями струи воды. Повторить данный эксперимент вполне под силу каждому, для этого необходимо:
1. Установить сабвуфер на краю прочной поверхности.
2. Закрепить легкий и гибкий шланг к диффузору динамика, например, с помощью липкой ленты, а лучше всего использовать молярный скотч, так как липкая лента может испортить диффузор динамика. Шланг должен оканчиваться на расстоянии 2-3 сантиметра от края динамика. Естественно шланг должен быть направлен вниз. В принципе это самая важная часть эксперимента – шланг должен касаться диффузора.
3. Подключите сабвуфер к усилителю, а усилитель подключите к источнику звука, такому как генератор звуковых частот или компьютер. Использование компьютера более приемлемый вариант, потому что для него проще найти программу, с помощью которой можно задать нужную звуковую частоту.
4. Включите камеру или переведите свой смартфон в режим видеосъемки.
5. Запустите программу генератора звуковых частот на компьютере и установите ту частоту, с которой производиться видеосъемка на вашей видеокамере. Такую информацию легко можно найти в паспорте или в интернете по типу вашей видеокамеры. Самыми распространенными параметрами являются 24 или 30 кадров в секунду, соответственно в программе генератора необходимо установить такое же значение.
6. Пустите воду по шлангу и посмотрите на поток воды через вашу камеру. Если частота, с которой производится видеосъемка, совпадет с частотой выставленной в программе генератора, то вы будете наблюдать неподвижный поток воды.
7. Регулируя уровень громкости можно получить разнообразную форму потока воды.
8. Изменив частоту звуковых колебаний в программе на один герц больше (если было 24Гц, то установив 25Гц) получим эффект движения воды вперед.
9. Изменив частоту звуковых колебаний в программе на один герц меньше (если было 24Гц, то установив 23Гц) получим эффект движения воды назад, обратно в шланг.
10. Не забудьте установить емкость, куда будет стекать вода.

Таким образом, вы можете получить волшебные эффекты и создать незабываемые видеоролики, которые нестыдно будет показать друзьям и знакомым.

Известно, что теоретически всасывающий насос не способен поднять воду с глубины более 8-9 метров. На практике это расстояние еще меньше – 6-7 м, а для создания достаточного напора в системе водоснабжения будет лучше, если зеркало воды находится на расстоянии 5 м от поверхности. Существует несколько способов решения проблемы подъема воды для насосной станции. Рассмотрим один из них.

Увеличение давления внутри скважины

Увеличение давление внутри скважины обусловит самопроизвольный подъем воды по трубе даже при отсутствии насоса. Если загерметизировать устье обсадной колонны оголовком и подать воздух в скважину при помощи компрессора, вода начнет подниматься вверх, испытывая отсутствие давления в водоподъемной трубе. Правда, специалисты предупреждают, что при таком способе добычи воды из , необходимо учитывать следующие факторы:

глубину залегания водонасыщенного пласта;
производительность водоносного горизонта;
дебит скважины;
особенности геологического строения участка.

В противном случае можно нарушить работу скважины, так как избыточное давление в обсадной колонне не позволит воде из водонасыщенного пласта поступать в скважину. То есть воздушная подушка между оголовком и зеркалом воды начнет толкать водяной столб вниз до полного его вытеснения из обсадной колонны обратно в водоносный пласт. Оптимальнее использовать компрессор в тандеме с насосной станцией. Даже незначительный рост давления в скважине увеличит мощность всасывания насоса.

Из недостатков такого способа доставки воды следует отметить шумную работу компрессорной установки. Учитывая, что сама насосная станция отличается повышенной шумностью, потребуется разместить оборудование в помещении с хорошей звукоизоляцией. Следует помнить еще одну особенность работы автоматической насосной станции: двигатель включается автоматически, как только давление в гидроаккумуляторе упадет ниже заданного.

Электропитанием управляет реле давления, на котором и выставляется уровень давления включения и выключения насоса. При выключенном двигателе вода расходуется из накопительного резервуара гидробака, и при уменьшении давления реле вновь включает насос. Отсюда следует, что насосную станцию и воздушный компрессор необходимо объединить в одну электрическую схему, чтобы по команде реле давления электропитание одновременно подавалось и на насос, и на компрессор.

В древние времена и эпоху средневековья перед людьми нередко стояла задача подъема воды на высоту. Она реализовывалась различными способами, которые может вспомнить любой домовладелец, оставленный на земельном участке на долгое время без электричества. В случае большой глубины источника водозабора и острой нужды в воде использование древних способов принесет определенную пользу в расширении кругозора, укреплении здоровья и получении дополнительных инженерно-строительных навыков.

Если вы решаете, как поднять воду на высоту, без насоса вам не обойтись. Только для подъема придется использовать не электрические, а ручные самодельные устройства, для работы которых потребуется приложение мускульной силы или энергия текущего водного потока.

Архимедов винт

Изобретение винтового устройства для подачи воды на высоту с целью наполнения оросительных каналов было сделано Архимедом приблизительно в 250 году до нашей эры.

Рис.1 Принцип действия винтового насоса Архимеда

Устройство состоит из полого цилиндра, внутри которого вращается винт, при работе оно опускается в источник водозабора под углом. При вращении лопасти винта захватывают воду и винт поднимает ее вверх по трубе, в верхней точке труба заканчивается и вода выливается в емкость или оросительный канал.

В древние времена рабочее колесо вращали рабы или животные, в наше время с этим могут быть проблемы и придется дополнительно строить ветряное колесо для приведения винта во вращение или самостоятельно укреплять мускулатуру.

Рис.2 Разновидность колеса Архимеда – насос из трубки

Устройство является аналогом современных шнековых насосов, может иметь различные модификации: винт вращается вместе с цилиндром или имеет форму полой трубки, намотанной на шток.

Метод гидротарана Монгольфье

Механик Монгольфье в 1797 придумал устройство, названное гидравлическим тараном. В нем используется кинетическая энергия воды, текущей сверху вниз.

Рис. 3 Принцип действия гидроударного водяного насоса

Принцип действия устройства основан на том, что при резком перекрытии водного потока в жесткой трубе вода через обратный клапан под давлением вытесняется в расположенный вверху гидробак. В его нижней части располагается штуцер, на который одевается выходной шланг для воды, идущий к потребителю. Обратный клапан не дает возможности воде вытечь обратно — таким образом происходит постоянное циклическое наполнение бака и непрерывный подъем и подача воды.

Запорный клапан устройства работает автоматически, поэтому присутствие человека и организации его работы кроме установки оборудования не требуется.

Рис. 4 Внешний вид промышленного гидроударного насоса

Следует отметить, что подобные устройства нет необходимости делать самостоятельно, они выпускаются промышленным способом в небольших объемах.

Аэролифт

Родоначальником метода является немецкий горный инженер Карл Лошер, придумавший способ в 1797 году.

Рис. 5 Принцип действия аэролифтового насоса и его разновидности

Аэролифт (эрлифт) — разновидность струйного насоса, для подъема воды используется воздух. Устройство представляет собой полую вертикальную трубу, опущенную в воду, к нижней части которой подключен шланг. При подаче через шланг в трубу воздуха под давлением, его пузырьки смешиваются с водой, и полученная пена вследствие легкой удельной массы подымается вверх.

Воздух можно подавать при помощи обычного ручного насоса через ниппель, препятствующий его выходу обратно.

Рис. 6 Автоматическая подача воды аэролифтом с использованием компрессора

Подобное устройство для подачи воды при отсутствии насоса довольно просто сделать своими руками и автоматизировать процесс, если имеется подающий воздух компрессор.

Подъем воды поршневым насосом

Рис. 7 Принцип действия самодельного поршневого насоса

Можно сделать устройство для подачи воды на высоту методом всасывания при помощи поршня. Устройство представляет собой трубу с системой обратных клапанов, внутри цилиндрической поверхности которой движется поршень. При возвратном движении вода всасывается в корпус цилиндра, при поступательном перемещении поршня обратные клапаны закрываются и вода выталкивается наружу.

Рис. 8 Поршневая помпа в организации ручного водоснабжения.

Поршневой насос с длинной трубой для подъема воды с больших глубин держать в руках и качать воду — занятие для подготовленных культуристов, его удобнее приспособить для подъема воды из узкой скважины, закрепив на внешней колонке с ручкой.

Для быстрого подъема воды с небольших глубин из узких расщелин можно использовать простейшее промышленное устройство. Для этого берется ручная помпа для воды и на ее входной клапан одевается длинная пластиковая трубка. Самодельный насос опускается в воду длинным концом трубки и она качается при помощи многократных нажатий на кнопку помпы.

Рис. 9 Ручная помпа для подъема воды

Методы подъема воды без электронасоса малоэффективны и требуют серьезных затрат и усилий для изготовления работоспособного и удобного устройства, несопоставимых не только со стоимостью самого дешевого электронасоса, но и дорогих моделей. Их применение оправдано при проживании в районах с полным отсутствием электроэнергии, что можно отнести к экстремальным способам выживания.