Насос гейзера своими руками
Новая насосная технология
— это возможность улучшить маленькую фильтровальную станцию
Штатный работник газеты NSFC
Натали Эдди
Примечание автора: Основная цель NSFC — сообщить о новых технологиях по мере их возникновения. В этом духе представлена и эта статья. Упоминание о продукте или услуге в квартальной статье ещё не является подтверждением регистрации в NSFC. Все изготовители и консультанты, которые не зарегистрировались в базе данных NSFC, приглашены сделать это в нашем техническом отделе услуг.
У малопроточных фильтровальных станций(станций, обрабатывающих менее 1-го миллиона галлонов в день) существует проблема недостаточного регулирования подачи при окончательном осветлении, но новый насос для фильтровальной станции, который называется Насос Гейзера, возможно является долгожданным решением для операторов. » Быть оператором на фильтровальной станции — это кошмар.»- сказал Пит Уорен, человек, который установил Насосы Гейзера на семи станциях в Западной Вирджинии, Вирджинии, Кентукки, Теннеси и Мериленде. Согласно Питу все операторы были удовлетворены: » Эти маленькие фильтровальные станции являются в 10 раз более сложными, чем системы полного размера из-за трудности в эксплуатации оборудования. Но создание этого насоса несколько облегчило эксплуатацию оборудования. Я не услышал плохих отзывов от операторов станций, которые уже используют это оборудование. И наконец, этот насос может транспортировать 2-х дюймовые твердые тела и не имеет движущихся частей, а также имеет свойство точно поставлять очень низкие нормы расхода, обычно меньше 2-х галлонов в минуту.»
Пит — инженер-эколог, владеющий Advanced Engineering Services в графстве Ботетурт, Вирджиния, предоставил устройство, которое поможет операторам фильтровальных станций, обрабатывающих 40000 галлонов в день, использовать теже способы контроля, что и операторы заводов, обрабатывающих 10 миллионов галлонов в день. Масао Кондо является разработчиком насоса, он также является руководителем докторантуры по механическим разработкам и владеет фирмой NCA2DUNN в Северной Каролине. Пит после посещения конференции в Северной Каролине, где был представлен насос разработанный Кондо, связался с другом. Оба подписали соглашение о распространении насоса, и Кондо получил патент на устройство в декабре 2000 года.
Теория
» Трудность в управлении оборудования при осветлении (очистке) существует благодаря прежде всего явлению «возврата» густой грязи»,- сказал Пит: » Если масса твердых веществ(твердой взвеси веществ в жидкости) является большей, чем 3500 миллиграмм на литр, и если оборудование остановлено( выключено), то твердые вещества осядут на дно осветлителя. Во многих маленьких системах норма расхода сокращена и период времени для окончательной очистки меньше одного часа.»
Он объясняет, что в типичном эрлифтном насосе воздух поднимает и толкает поток вдоль трубы, тогда когда воздушная плавучесть больше веса жидкости. Однако неприятность возникает потому, что нет никакой возможности регулировать количество поступающего воздуха.» Эрлифтные насосы хороши, но они либо работают либо нет. Если вы пытаетесь замедлить их, то они только выключаются.»-сказал Пит: » В насосе Гейзера воздушный пузырь возникает в отдельном смесителе. Вы можете регулировать размеры этого пузыря в зависимости от быстроты подачи воздуха в магистраль.»
» Если вы хотите чтобы подача жидкости была 2 галлона в минуту и у вас есть 1 галлон в подъемной трубе, то для поучения нужной подачи необходимо заставить насос пульсировать 2 раза в минуту. Вам необходимо заполнять смеситель подачей воздуха, необходимой для создания 2-х пузырей в минуту и вы получите 2 галлона в минуту. Это просто.»- сказал Пит: » С насосом Гейзера нормы очистки могут быть до 100 процентов втекающего потока или ниже, если необходимо. Старый метод с использованием эрлифтов тоже надежен, но при условии, что оператор поддерживает необходимую подачу воздуха к системе. Если же подача воздуха не адекватна, то насос перестанет действовать.»
О насосе
Идея насоса Гейзера не является новой. Фактически, идея использования возуха при перемещении жидкости происходит с 1780-х годов. На продолжении столетий эрлифт состоял из вертикальной трубы затопленной на 60 процентов её длины, и входящей в неё линией подачи воздуха, диаметр трубы которой в четыре раза меньше диаметра подъемной трубы. Если воздушный поток достаточен, то плавучая сила пузыря будет больше, чем вес столба жидкости над ним, и жидкость будет вытесняться из конца трубы наружу. » Самые большие преимущества эрлифтных насосов — это отсутствие в конструкции перемещающихся частей и их способность к перемещению крупных твердых тел,» — сказал Пит: » Однако одна из причин ограниченного использования эрлифтов — это ограниченный коэффициент полезного действия. Если воздушный поток ограничен небольшой подачей, то эрлифт не будет действовать. Насос Гейзера значительно улучшает характерные преимущества эрлифтного насоса, и имеет больший коэффициент полезного действия. » Пит также объяснил принцип действия насоса, который состоит в том, что: воздух поставляется в герметичный купол, который входит в состав эрлифта, расположенный в центре трубы; внутренняя часть купола — это меньший перевернутый воздушный купол, расположенный в центре трубы. » Мы взяли купол, разместили его на трубе с дополнительным цилиндром, в который подается воздух, также обеспечили вход в подъемную трубу, способную к созданию воздушного пузыря, большего чем входной диаметр трубы. Так как воздух подводится к большему куполу, то давление во внутренней части увеличивается до тех пор, когда давление воздуха не станет больше, чем давление столба жидкости в подъемной трубе насоса, тогда пузырь освобождается от купола и поднимается в подъемной трубе до её окончания, вынося с собой столб жидкости, также как и в эрлифтном насосе,»- сказал Пит. Также он добавил, что данное решение довольно простое, но это революционный метод, при его использовании требуется меньший расход воздуха, чем при использовании простого эрлифта, а также он дает возможность управления и регулирования подачи эрлифта.
Установка насоса
Установка насоса Гейзера довольно простая и недорогая. Стоимость установки может составлять около 500$ в зависимости от спецификации работ. » Все, что вам придется сделать- это снять старое оборудование и поставить новое,»-сказал Пит. Насос имеет ряд размеров и ряд материалов изготовления, которые могут быть выбраны по индивидуальному заказу. Пит сказал, что насос может также использоваться при уравнивании потока, смешивании густой грязи, передаче густой грязи, дозировании химикатов, и многих других отраслях за пределами фильтровальных станций.» Это единственное решение, там где насос будет работать, будут устранены различные нежелательные ситуации. Я знаю проблемы многих операторов. Их иногда обвиняют в неспособности выполнять свои обязанности, управлять чем-нибудь, » — сказал Пит.
Первое испытание
Пит рассказал о первом испытании, происходящем возле его родного города Игл Рок, в Вирджинии, на фильтровальной станции с расходом 20000 галлонов в сутки. Станция получила новое разрешение, которое требовало строгого ограничения уровня азота. » Они пробовали увеличить количество отфильтровываемой густой грязи, » — сказал Пит: «Так как они пробовали поднять концентрацию твердых веществ, у ни были трудности с переносом крупных твердых тел, я видел, что такие проблемы существуют на каждой фильтровальной станции, и действовал. А через несколько месяцев перед этим я встретил материал друга о новом насосе на конференции в Северной Каролине. Часть которая заинтриговала меня была воздушным насосом, который полностью управлялся и мог быть установлен независимо от уровня очистки стоков и того по каким нормам вам необходимо эксплуатировать фильтровальную станцию. » Пит сказал, что после установки насоса Гейзера на станции в Игл Рок результат был положительный. «Это было замечательно и в течении нескольких месяцев уровень аммиака снизился меньше, чем 1 мг/л для твердых отходов и содержание кислорода было в норме, » — сказал Пит. » Сегодня фильтровальная станция работает лучше, чем когда-либо. Поэтому мы установили насосы ещё на шести фильтровальных станциях.»
Оператор Пауль Пери, инспектор станции из отдела общественного контроля в графстве Ботетурт, полагает, что благодаря насосу Гейзера произойдут положительные перемены в процессе очистки. » Я думаю, что насос является большим усовершенствованием оборудования для очистки на фильтровальной станции,»- сказал Пери, который работает оператором на станции в Игл Рок в течении 12 лет. » Наша станция была первой фильтровальной станцией, где был применен насос Гейзера. В основном насос был применен на эмпирическом основании, чтобы посмотреть как он будет управляться. Я думал, что насос заглохнет, но он начал превосходно работать. Я думаю, что насос будет работать без остановки. На станции в Игл Рок содержание азота в жидкости понизилось, а подача жидкости на старой 10-ти летней фильтровальной станции поднялась до 20000 галлонов в сутки, и это все по прошествии 6-ти месяцев после установки насоса. Уровень содержания азота в жидкости на станции понизился с 7-ми миллиграмм на литр до менее чем 0,2 миллиграмм на литр, позволяя станции соответствовать требуемым нормам. Мы добились большего успеха, чем остальные фильтровальные станции. До этого не было никакого точного метода управления подачей смеси жидкости и густой грязи без остановки работы эрлифта, » — сказал Пери. Насос Гейзера — это то оборудование, которое предоставит вам возможность лучшего управления подачей стоков, чем на фильтровальных станциях с эрлифтным насосом. Вы можете установить насос в любом режиме пульсирования в широком диапазоне секундных или минутных интервалов. Контроль давления воздуха позволяет установить величину времени, необходимую для заполнения свода насоса, увеличивая время содержания стоков в осветлителе. Более длительное время нахождения в осветлителе помогает снизить уровень содержания азота в жидкости, » — сказал Пери. Также он добавил, что насос может применяться операторами на других заводах. Насос может быть выполнен для любых систем и может быть изготовлен из различных материалов, он доступен и его легко приобрести.
Арвиль Андерсон, который работает на фильтровальной станции в Миделсбро в штате Кентукки, согласен, что насос является успешным. » Похоже, он действительно хорошо работает в наших условиях, » — сказал Андерсон. «Мы владеем маленькой фильтровальной станцией с подачей 5000 галлонов в сутки. У нас были проблемы с регулированием подачи густой грязи. С тех пор, как мы установили насос Гейзера, мы можем при необходимости уменьшить подачу без остановки линии, что ранее было просто невозможно. У нас был просто непрерывно работающий насос. Если бы мы попробовали остановить работу насоса, то линия засорилась бы. Данный насос предоставил нам больше возможностей для регулирования и наблюдения за подачей жидкости, » — сказал Андарсон. Насос был установлен на старой 15-ти летней фильтровальной станции в течении 3-х месяцев, расположенной на Юго-Востоке Кентукки. Андерсон не смог вспомнить точную цену установки насоса, но сказал, что это было не очень дорого. » Мы не только сэкономили деньги, но также это оборудование позволило нам соответствовать требуемым нормам. Я думаю, что насос действительно сделал лучше работу фильтровальной станции, » — сказал Андерсон, который проработал более 10-ти лет на станции: » Я рекомендую насос Гейзера для любой маленькой фильтровальной станции.»
Small Flows Quarterly, Зима 2002, раздел 3, Number 1.
©2001 National Small Flows Clearinghouse
Источник
Гидроудар или как сделать бесплатный насос, используя энергию воды
В этой статье мы расскажем о том, как создать насос, не требующий топлива или электричества для работы. Статья содержит описание принципа работы устройства, основные элементы конструкции, а также видео с процессом сборки базовой модели таранного насоса. Вы узнаете, как собрать его самостоятельно.
Гидравлика — наука такая же древняя, как и сама вода. Законы гидравлики действуют абсолютно для любой жидкости, и мы рассмотрим, как использовать эти законы в организации насоса или помпы с применением кинетической энергии.
Прототип насоса, основанного на действии гидроудара, был создан во Франции ещё в 17-ом веке изобретателем воздушного шара Монгольфье. Практически одновременно с ним идентичную конструкцию запатентовали изобретатели в Англии, США и Германии. В России он получил звучное народное название «гидротаран».
Конструкция гидротарана
Привычные помпы состоят из нагнетающего устройства (закрытая крыльчатка, поршень, мембрана), активатора (ДВС, электромотор, иной привод), трубопровода и системы клапанов. Схема гидротаранного насоса предельно проста, его уникальность заключается в том, что активатором и поршнем выступает сам агент (вода). Его конструкция примечательна тем, что в ней нет механических подвижных частей (кроме двух примитивных клапанов), не используются ГСМ и участки под постоянным давлением.
Основа насоса — сплошная трубка с тремя отводами, которую можно собрать из обычных фитингов и трубы, имеющихся в любом магазине сантехники.
Первый отвод. К нему подключается питающая труба (фидер), о ней расскажем отдельно.
Второй отвод. Через ниппели и муфты к нему подключается обратный клапан, расширительный бак с мягкими стенками и выходной патрубок. В качестве расширительного бачка вполне пригодна пластиковая бутылка, на заводских моделях устанавливают полноценные баки в металлическом корпусе с резиновой мембраной.
Третий отвод. Здесь должен быть установлен главный элемент — проточный гидроклапан. Это элемент запорной арматуры, который перекрывает поток воды при критическом увеличении давления. Его работа регулируется пружиной. Такие клапаны до 1,5″ можно пробрести в магазине, но при большем диаметре их стоимость может быть довольно велика (20 у. е. и выше). Если стоит задача создать насос для реальных хозяйственных нужд под большой объём воды, лучше изготовить этот клапан самостоятельно.
Сборка насоса с самодельным клапаном — пошаговое видео
Как и почему работает гидротаран
Главная особенность данного насоса — он использует кинетическую энергию воды, которая уже находится в потоке. То есть, для подачи воды на высоту необходим перепад уровней. Он может быть минимальным — 0,5 м, но чем этот показатель больше, тем эффективнее работа насоса. Мы нарочно не приводим гидравлический расчёт — он крайне сложен и сводится лишь к оптимальной пропорции перепада высоты между точкой забора воды, рабочей частью насоса и верхней точкой слива. Поскольку это устройство будет установлено в конкретных условиях, все величины разумно определить по месту.
Вода, попадая в фидер, под действием гравитации стремится к нижней точке, создавая избыточное давление, на которое реагирует гидроклапан. В момент его срабатывания вода блокируется в закрытой системе и происходит явление гидроудара, который проталкивает воду через обратный клапан в расширительный бак. Эластичные стенки бака накапливают избыточное давление от гидроудара, но не в воде (она несжимаема), а в воздухе. Это давление и проталкивает воду по отводному каналу (шлангу, трубе), а обратный клапан не даёт давлению выровняться.
Принцип работы гидротаранного насоса на видео
После сброса давления в расширительный бак гидроклапан снова открывается и цикл возобновляется. Подача воды происходит импульсами. Многие уже догадались, что работа насоса становится возможна за счёт разности плотности сред — несжимаемой воды и воздуха, который легко аккумулирует давление. Вся сила гидроудара переходит в спрессовку газа (воздуха) в расширительном баке, который потом подаёт воду наверх.
Фидер и гидроклапан
Эти два элемента — основные в конструкции, которую планируется создать своими руками. От их размеров и устройства зависит вся работа агрегата.
Фидер
Представляет собой закрытый канал, соединяющий точку водозабора и точку гидроудара. В идеале это длинная ровная труба, расположенная под уклоном. Вода, находящаяся в трубе, и есть тот самый поршень, который создаёт избыточное давление — причину гидроудара. Поэтому чем больше сечение, тем мощнее будет таран. Диаметр трубы фидера должен лежать в разумных пределах — от 50 до 150 мм. Эта величина должна соотноситься с диаметром остальных каналов системы и требуемой высотой подачи.
В заборной части фидера рекомендуем установить раструб для лучшего улавливания воды.
Оптимальные соотношения диаметров гидротаранного насоса
| Фидер, мм | Система, мм |
| 50 | 16 |
| 100 | 32 |
| 150 | 32–50 |
В последнем случае при длине фидера 10 м и перепаде в 1,5 м вода будет подаваться на высоту в 10 м со скоростью около 1500 л/час.
Гидроклапан
Заводская модель этого устройства может оказаться дорога за счёт материала, прокладок и пружины, выставленной на определённое давление. В нашем случае, когда мы используем бесплатную энергию, которую просто нет смысла экономить или учитывать, достаточно самого факта блокировки потока воды. Для этого вполне подойдёт гидроклапан собственного изготовления.
Насос с самодельным гидроклапаном — видео установки с комментариями
Идеальное место установки такого насоса — пороги реки с их значительными перепадами или ручьи.
Гидротаранные насосы заводского изготовления
Разумеется, такие простые и надёжные устройства не могли миновать претензий на серийное производство. В настоящий момент их производят как отечественные, так и зарубежные фирмы. Однако из-за своей специфики работы (часть воды сбрасывается через клапан) они имеют довольно узкую область применения — в городском хозяйстве они практически бесполезны, зато незаменимы в отдалённых, неосвоенных районах, экопоселениях и фермерских хозяйствах.
На сегодняшний день в России только одна фирма выпускает эти экологически чистые и эффективные устройства — производственная артель «Урал». Модельный ряд представлен насосами «Качалыч» ГТ-01 (190 у. е.) и ГТ-03 (110 у. е.), а также их разновидностями.
Изготовление насоса своими руками обойдётся несколько дешевле, даже если приобретать все детали. Однако реальная экономия достигается при наличии подручных средств — в этом случае насос будет практически бесплатным, при этом его производительность может быть существенно выше за счёт более объёмного фидера и пропускной способности всей системы.
Любой прибор или устройство на основе действий естественных сил заслуживает пристального внимания и разработки. Игнорируя бесплатную энергию, данную самой природой, мы рискуем внезапно остаться беспомощными в отсутствие бензина и электричества. Перевод подсобного хозяйства на альтернативные источники энергии — залог спокойствия и гармонии с окружающей средой.
Виталий Долбинов, рмнт.ру
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Источник
