ВОДОПОДЪЕМНИКИ – это приборы и сооружения, служащие для подъема и передвижения воды из нижележащего расположения в вышележащее. Они разделяются на две группы:
1. Те сооружения и приборы, которые при посредстве различных приспособлений механически перемещают различные объемы воды на требуемую высоту;
2. Механизмы, при посредстве которых вода не только перемещается и подымается по трубам, но также получает и желаемое давление, называемое напором.
Из механизмов первой группы заслуживают внимания простые приборы, как-то: ведра, бадьи, черпаки, качающиеся лопаты, машина Мореля, пошвенное колесо, тимпан, журавль, ворот, чигирь, нория, цепной насос, насос Шен-Элиса, Архимедов винт, воздушный насос «мамут»; из второй группы: гидравлический таран, гидропульсер, поршневой, центробежный и турбинный насосы.
Простейшими водоподъемниками являются ведро, бадья и т. п. в руках человека. При высоте подъема в 1 м рабочий, в 8-часовой рабочий день, считая остановки и отдых, поднимает около 40 куб. м воды. При большей высоте подъема работа одного человека становится менее производительной. Если высота подъема превосходит 2 м, то в подъеме участвуют двое рабочих, из которых один передает наполненное ведро вышестоящему. В таких случаях применяется также ведро с длинной ручкой, или черпак, которым может работать один человек.
Чтобы облегчить и ускорить подъем воды, подвешивают ведро с помощью веревки, цепи или шеста к качающемуся на стойке коромыслу, снабженному противовесом; такое приспособление носит название журавль. Один рабочий может поднять журавлем на высоту 1 м в течение 8 час. до 55 куб. м, т. е. в lVa раза больше, чем просто ведром. Если устроить журавль так, чтобы рабочий мог приводить его в качание собственной тяжестью, то, при высоте подъема до 3 м, двое рабочих могут поднять до 25 куб. м.
Подъем воды из глубоких колодцев производится посредством ведра или бадьи с веревкой, перекинутой через блок (см. рисунок 1). Для той же цели служит ворот, т. е. горизонтальный вал, на который наматывается веревка с прикрепленным на ее конце ведром. Устраивают ворот также с двумя бадьями, из которых одна с водой поднимается в то время, как другая, порожняя, опускается (см. рисунок 2). Категорию простых приборов в целях орошения огородов или отлива воды из помещений составляют корзины, выложенные внутри лоток. В точках соединения отдельных желобов имеются клапаны D, Е, G для перепуска воды из одного желоба в смежный вышележащий.
Этот прибор в течение часа подымает воду на высоту до 4 м в количестве 42 куб. м (см. рисунок 4). Для подъема воды на высоту до 20 м служат приспособления, известные под названиями чигирь и нория, устройство которых одинаково: через барабан перекинут бесконечный канат, к которому прикреплены черпаки. Для приведения в действие чигиря или нории впрягаются в привод животные (от 1 до 4). Применение этих приборов распространено во всех странах, практикующих искусственное орошение (см. рисунок 5, 5а и 6). Прибор, производящий подъем воды при посредстве деревянной или металлической трубы, в к-рой движется бесконечная цепь с прикрепленными к ней дисками, кожаными кружочками и четками, носит название цепного, или четочного, насоса. Насос этот служит для подъема воды до 5 м.
В течение часа четверо рабочих могут поднять на высоту около 2 л до 72 куб. м воды (см. рисунок 7). Для подъема больших количеств воды до 4,5 м применяется т. н. Архимедов винт, состоящий из деревянного или металлического барабана, внутри которого вращается Архимедова спираль— винтовая поверхность, плотно соприкасающаяся со стенками барабана. Винты приводятся в движение б. ч. силой пара или силой ветра. Число оборотов винта в минуту составляет от 5 до 6, и в один оборот винтом поднимается около 20 куб. м воды (см. рисунок 8). Описанные устройства приводятся в движение мускульной силой животного или особым двигателем. КВ., которые приводятся в действие силой течения воды живого русла, относится пошвенное колесо, снабженное лопатками и сосудами, или черпаками, наглухо прикрепленными к окружности колеса, вращающегося на горизонтальном валу. Колесо устанавливают в каналах; течение воды, действуя на лопатки, приводит колесо во вращение; обыкновенно диаметр колеса составляет около 4,5 л», и оно делает 4 оборота в минуту, поднимая на высоту 3 метров до 36 куб. м воды в минуту (см. рисунок 9). К этому же типу относится римский водоподъемник под названием тимпан, усовершенствованный Лафе и состоящий из нескольких криволинейных желобов, направляющихся от окружности колеса к центру. Вода, попадая в желоб, при вращении колеса поднимается вверх, скользя внутри желоба, пока не достигнет пустотелого вала, откуда и вытекает в сборный отводный лоток (см. рисунок 10 и 11).
Воздушный насос, называемый также пневматическим или «мамут», представляет устройство для подъема воды сжатым воздухом по трубе, погруженной в буровую скважину под воду на расстояние, в 2— 2,25 раза большее подъема воды. Сжатый воздух, входя у конца опущенной трубы под напором немного бблыним, чем гидро – статическое давление столба воды над этим концом, будет стремиться подняться по трубе вверх и поэтому заполнит мелкими пузырьками весь столб воды в трубе; столб воды, сделавшись удельно легче, поднимется вверх, выльется через верхний край трубы, и затем установится непрерывно изливающаяся струя смеси воды и воздуха. Коэффициент полезного действия этого насоса очень низок. Обычно вода из бурового колодца поднимается воздушным насосом в резервуар, устраиваемый в земле рядом со скважиной. Воздушные насосы «мамут» имеют широкое применение благодаря простоте устройства, содержания и легкости наблюдения (см. рисунок 12).
Ленточные водоподъемники (см. рисунок 13) состоят из бесконечной полосы толстой парусины, подвешенной на барабане так, что нижний конец ее погружен в воду колодца. При вращении ленты вода по закону поверхностного притяжения поднимается из колодца вместе с лентой до барабана и здесь сбрасывается центробежной силой с ленты в отводящий желоб. Если к ленте, сделанной из резины или тонкой металлической полосы, прикрепить ряд ячеек из нержавеющего металла, то получится водоподъемник большой производительности даже при малых скоростях вращения.
Так, например, при подаче 2,4 куб. м 2А (Рисунок 12.) Мамут. воды в час каждая ячейка имеет ширину и глубину 25 мм. Вода может подниматься этим подъемником с глубины до 120 ж в количестве до 80 куб. м в час, Однако, при таких условиях коэффициент полезного действия невысок. В. аналогичного действия, но имеющий вместо ленты Спиральную пружину, обвитую вокруг металлической цепи, носит название водоподъемник «Шен – Элис» (см. рисунок 14).
Следует указать, что эти водоподъемники могут применяться для подъема как чистой колодезной воды, так равно и для перекачки сточных канализационных жидкостей. При обильном водоисточнике подъем воды часто осуществляется посредством прибора, изобретенного Монгольфье в конце XVIII в. и называемого гидравлическим тараном.
Таран (см. рисунок 15) соединяет в себе работу двигателя и насоса; он работает импульсами от ударов, развивающихся от внезапно закрывающегося клапана на пути движения воды. Прибор состоит из воздушного колокола А с клапаном В, открывающимся снизу вверх, и с нагнетательной трубой, по которой вода подается на требуемую высоту — И. Колокол посажен на замкнутую коробку, на которой располагается ударный клапан F, открывающий отверстие при опускании вниз. Коробка соединяется трубой с источником воды— резервуаром, родником, рекой, прудом, уровень которых расположен на некоторой высоте h Шен-элис. выше» прибора. Действие тарана состоит в следующем: вода от источника по трубе входит в прибор и выливается через Спираль В открытый штопорный или ударный клапан до тех пор, пока скорость воды не достигнет своего максимума и не закроет, вследствие живой силы, клапан F и, открыв клапан В, поступит в воздушный колпак А. В этот момент произойдет в коробке некоторое обратное движение воды, вызывающее уменьшение давления на штопорный клапан F, который поэтому и откроется. Т. к. поступление воды со стороны источника будет происходить непрерывно, то это явление будет повторяться вновь в количестве от 60 до 120 раз в минуту, результатом чего явится подъем воды по нагнетательной трубе. Для приведения тарана в действие вначале рукой поднимают и опускают клапан, пока прибор не начнет самостоятельно работать. Тараном можно поднять до 200 л в минуту. Если требуется поднять большее количество воды, то ставится несколько таранов.
Гидропульсер, изобретенный Абрагамом (см. рисунок 16), действует по принципу гидравлического тарана, но в нем ударный и нагнетательный клапаны заменены турбинным колесом аЪ, которое приводится в движение водой источника и направляет воду попеременно то в нагнетательную трубу Е (положение II), то наружу (положение I). Иногда в кожух турбинного колеса включают несколько питательных труб С и тогда соответственно увеличивают производительность прибора. Такой гидропульсер называется напорным. Подобные приборы могут быть и всасывающими, как показано на рис. 17; здесь рабочая вода из питательной трубы С поступает в нагнетательную трубу Е, но одновременно отработанная вода по трубе S всасывается в ту же камеру Ег и вместе с рабочей водой поступает в нагнетательную трубу. Гидропульсеры применяются для сельских водоснабжении, для орошения, осушения и т. п.
Перечисленные водоподъемники в отношении их применения для обслуживания населенных мест делятся на 2 категории, из которых одна (в нее входят: водоподъемное колесо, Архимедов винт, чигирь-нория, черпак, машина Мореля) имеет назначение по преимуществу для орошения земель, тогда как другая (к которой относятся остальные водоподъемники) обслуживает, гл. обр., водоснабжение населенных пунктов. В. последней категории в отношении сан. оценки могут быть разделены также на две группы, из которых одна, хотя и более распространенная, должна быть признана неудовлетворительной, т. к. в ней основной элемент, служащий для подъема, ведро -может способствовать загрязнению воды:, сюда относятся журавль, блок, ворот; другая группа (например, цепной, ленточный, спиральный водоподъемник, таран) дает возможность в этих механизмах считать перемещение поднятой воды на пути ее следования от места приема до места ее разбора достаточно обеспеченным в отношении сохранения качества воды.
Стоимость водоподъемников этой группы для большинства сельского населения является малодоступной, и потому в крестьянском обиходе встречаются, главным образом водоподъемники с ведрами, мало совершенные в санитарном отношении. Было бы вполне рационально, с санитарной точки зрения, избегать устройства таких водоподъемников и заменять их поршневыми насосами, а колодцы делать закрытыми.
