Челябинские ученые придумали, как качать воду в гору с помощью маятника и гидроудара
Насос для дачных и фермерских хозяйств требует немалых затрат электроэнергии, и полив влетает в копеечку. Оказывается, если пораскинуть мозгами, эта задача вполне решаема. Челябинские ученые поставили на службу поливному земледелию… маятник.
Используя силу текучей воды, гравитации и инерции, он может работать в качестве движителя в самых разных сферах АПК. Как научить маятник стать «тяговой силой» агропрома? Об этом — наш разговор с автором ноу-хау, старшим преподавателем ЮУрГАУ Вадимом Бакуниным.
— Как родилась идея создать маятниковый двигатель?
— Изначально она принадлежит сербскому изобретателю Велько Милковичу. Он изобрел двойной маятник, который приводит в движение насос, кузнечный пресс, ударный инструмент… Суть ноу-хау в том, что качающийся маятник воздействует на свою ось качания с переменной нагрузкой. Она качает кулису и совершает полезную работу. Причем по сравнению с простым архимедовым рычагом при тех же габаритах импульс силы увеличивается в несколько раз!
Взяв за основу эту идею, мы разработали алгоритм расчета оптимальных параметров маятникового мотора. Наша математическая модель позволяет создать конструкцию, работающую с максимальным КПД. Мы, например, смоделировали работу такого маятника в качестве привода для насоса, и результаты обнадеживают. Постоянный магнит создает поле, меняющее полюсность подкачивающего устройства насоса.
— А будет ли продолжение?
— Мы по схожему принципу придумали так называемый насос на приводе с дебалансным ротором, который может стать хорошим помощником для наших овощеводов. Это тоже маятник, только вращательного типа. На это изобретение получен патент. Впрочем, при этом можно использовать и альтернативные источники энергии, когда колесо приводит в движение сила ветра или падающей воды. А если изготовить колесо в виде ковшовой турбины, то и при отключении электродвигателя насос будет качать воду за счет так называемой гидравлической обратной связи. Как результат, бесперебойный полив и солидная экономия электричества.
— Такой принцип можно использовать в самых разных сферах?
— Инерционный движитель, к примеру, есть резон использовать на автотранспорте. В свое время Велько Милкович сконструировал самоходную повозку, которая едет за счет работы маятника! И никаких выхлопов, загрязнения окружающей среды! Этой идеей заинтересовался профессор ЮУрГАУ Геннадий Круглов, он предложил по этому принципу сконструировать экологичный автодвигатель совершенно нового типа, лишенный минусов бензиновых моторов.
— Возможно ли применить ваши ноу-хау в плотинах, для полива сельхозкультур?
— Для этого мы разработали так называемый гидравлический таран, который работает как бы сам по себе, энергоподпиткой является сама текущая вода. В основе его конструкции лежит принцип гидроудара, открытый еще в конце ХVIII века изобретателем воздушного шара Жаком-Этьенном Монгольфье. Если жидкость резко остановить, то возникнет скачок давления, это может привести к поломкам в трубах. Но этот эффект может приносить и немалую пользу. В 1968 году советский физик В. Овсепян доработал алгоритм расчета гидротарана, но не учитывал инерционность ударного клапана.
Мною был придуман способ поддержания максимально возможной производительности гидротарана при переменном входном напоре. Это дает возможность не перенастраивать гидротаран потребителю, а сразу использовать на любом перепаде воды. Гидравлический таран преобразует ударное давление в постоянное, обеспечивая оросительные системы водой. Для этого даже не нужна подкачка электромотором, вода сама себя качает!
Вода в гору потечет!
— Можно ли применить гидроудар, если плотины и уклона нет?
— Во дворце царя Кноссоса на Крите обнаружили водопроводную систему, которой 4 тысячи лет. По ней вода поднималась без насоса из долины к вершине горы, на которой стоял дворец! Все терракотовые трубы имели коническую форму — суживались на одном конце. Вода впрыскивалась из суженного конца трубы в следующую трубу — нам это известно по пневмозагрузочному соплу. Тем самым в следующей трубе образовывалось пониженное давление, которое импульсивно всасывало воду вперед и вверх на гору. Древнеегипетские гидравлики тоже могли поднимать воду без насоса на высокие горные вершины.
— А что можно придумать, если нет потока воды, например, в озере?
— В 2005 году в Испании начали проводить опыты с гидроударом в стоячей воде. Зарубежные ученые используют эффект резонанса в ударной трубе, и уже появились первые разработки резонансного гидротарана. Известно, что, когда солдаты идут в ногу по деревянному мосту, есть опасность, что он может рухнуть, поскольку энергия их шагов входит в резонанс со структурой материала — поэтому офицер командует «идти вразброд». Но эту разрушительную энергию можно превратить в полезную работу, заставить, например, качать воду из пруда. Но я планирую пойти дальше — использовать этот принцип и для создания подводного гидротарана. Одно из предложений — с его помощью откачивать воду из получивших пробоину кораблей.
Мальстрим из ручейка
— Есть ли у вас изобретения, так сказать, на стыке этих ноу-хау?
— Мы получили патент на преобразователь напора воды в системе турбина — насос. Он, как и гидротаран, преобразовывает меньший напор в больший, но с более высоким КПД за счет оптимальных конструкций составляющих. Высокоскоростная турбина в паре с низкоскоростным насосом способны подавать воду под высоким давлением на высоту большую, чем ее уровень на входе плотины! Мы убираем лишние детали — генератор и электродвигатель, и преобразователь напора качает воду без всяких затрат, только за счет энергии воды. На выходе — весомая экономия, что для аграриев очень важно.
— А если вместо жидкости газ? Например, в колесах авто…
— Физические законы работают и для жидкости, и для газа. К примеру, в составе творческой бригады ученых ЮУрГАУ, возглавляемой кандидатом технических наук Ириной Старуновой, я делал расчет опрокидывающего момента и автоматической перекачки газа в колесах трактора для придания ему устойчивости даже при подъеме в гору. Чтобы он не опрокинулся на склоне, нужно уменьшить давление в передних колесах и перекачать часть газа в задние. Мы составили математическую модель движения в этих условиях и справились с этой задачей. А главное, модернизация может предотвратить аварии, спасти жизнь и здоровье людей.
— Какие еще подобные ноу-хау у вас в активе?
— Мы запатентовали нашу разработку по сочетанию гидротарана и сифона, так сказать, в одном флаконе. Гидротаран работает на перепаде уровней воды, а как сделать так, чтобы не прокладывать трубу сквозь тело плотины? Мы нашли решение — перекинули через нее трубу-сифон. Для его запуска на входе специальным устройством создается начальное избыточное давление, а затем вода идет самотеком.
— Создается впечатление, что вечный двигатель уже на подходе…
— Мы не изобретаем perpetuum mobile, а используем законы физики — гравитацию, круговорот воды в природе… Правда, стремимся повысить КПД, что вполне реально. К примеру, недавно украинский изобретатель Андрей Ермола сконструировал генератор, работающий на силе тяжести груза и эффекта волчка Софьи Ковалевской (она составила уравнение его движения). При воздействии на ось волчок словно теряет ориентацию — начинает «танцевать кругами». Это явление, названное эксцентриситетом, происходит из-за нарушения баланса. Андрей Ермола утверждает, что «ручка волчка» в таких условиях сама поднимается вверх, совершая работу. На первый взгляд, это невозможно, поскольку противоречит нашим представлениям о сохранении энергии. Ведь такое может произойти, если вечный двигатель все же существует!
— Как можно это объяснить? И использовать на пользу человечеству…
— На мой взгляд, это связано с эффектом резонанса. Такое может быть, если система не закрытая, а как‑то связана с гравитацией, воздействием резонанса. Если это так, то в будущем возможно создать насосы и кузнечные прессы, которые станут работать сами по себе! Хотелось бы провести исследования, составить математическую модель этого явления. Я верю: когда‑нибудь мы сможем подчинить, казалось бы, необъяснимые силы природы, поставить их на службу человеку.
Источник
4 способа поднять воду на высоту для водоснабжения участка, если вы в деревне или на даче, а электричества нет
Мне всегда казалось, что водоснабжение в современном мире есть там, где живут люди. Но недавно я устроился работать водителем на почту.
То есть, я развожу всяческие газеты, письма и другие вещи по селам и поселкам городского типа нашего района. Какие-то из этих населенных пунктов, к моему удивлению, живут без электричества, либо только некоторые хозяева живут без него, а в целом оно в поселке есть.
Меня в этом плане удивило то, как люди добывают воду. У них, конечно, есть скважины и колодцы, но поднимают они эту воду самыми разными способами без использования электрических насосов.
Вот какие приспособления мне попадались на глаза.
История от нашего постоянного подписчика Дмитрия.
Поршневой насос
Я не знаю, возможно, ли самому сделать такую вещь. Но я интересовался в интернете, во сколько подобный насос может обойтись. Цены варьируют достаточно сильно.
Начиная от 5000 рублей, заканчивая 15 000 и выше. Есть совсем дорогие, но они работают на электричестве.
Те, которые я видел в деревнях, естественно, советского производства еще. Сейчас даже не знаю, где подобные можно купить. Наверняка только если у кого-то завалялся. Принцип работы его достаточно прост.
Внутри расположен цилиндр и поршень. Когда поршень поднимается, под ним создается разряженная полость, в которую всасывается вода.
Стоит понимать, что в данном устройстве есть клапана как на всасывающей трубе, так и на месте подачи воды наружу. То есть, когда поршень опускается, один клапан не дает той воде вытекать обратно, а второй открывается, чтобы вода вышла наружу.
Схема поршневого насоса.
Я один раз хотел набрать с помощью такого устройства воды, и понял, что для ежедневного пользования придется нормально так поработать физически. Проблема его в том, что вода как-то порывами льется, непостоянной струей. Это немного мешает.
Женщина демонстрирует мне, как нужно пользоваться поршневым насосом.
Важно! Проблема напора решается другими моделями устройства, у которого есть несколько поршней
Штанговый (или штоковый) насос
Это, можно сказать, аналог поршневого насоса. Внешне вы их и не отличите. Я как-то совершил такую же ошибку в разговоре с местным жителем одной из деревень. Но тот меня поправил и объяснил в чем их отличия.
Штоковый насос в одной из деревень.
Стоимость такого насоса будет чуть выше. Меньше 10 000 рублей думаю, вы экземпляров не найдете.
Дело в том, что такой насос используется для скважин и колодцев, глубина которых больше 10 метров. То есть, придется доплачивать не за сам механизм, а за большую длину трубы, чтобы добраться до водяного забора.
Схема штангового насоса.
Вода здесь не сразу вытекает через выходной патрубок. Сначала она заполняет все пространство трубы, которая находится следом за рабочим механизмом (поршнем).
Как мне объяснили, обычные поршневые насосы используются на глубине до 10 метров. У меня на даче, например, скважина глубиной 15 м (правда, и насос электрический). А вот у моего соседа через дом уже 25 м. Хотя вода одна и та же.
Кстати, этот принцип используется и на нефтяных скважинах.
Аэролифт
В свое время я делал это устройство самостоятельно. Тогда у меня еще не было на даче электронасоса. Все что мне понадобилось, это кусок пластиковый трубы и шланг.
Использовал я трубу диаметром 40 мм. Купил по 120 руб. за метр. Скважина 15 м, плюс один сверху. Считайте сами. Шланг обошелся по 130 руб. за метр. В общей сложности около 3 000 руб. Но это без насоса, который будет подавать воздух.
Принцип работы аэролифта.
В общем, нужно к нижней части трубы (та, что будет в воде) прикрепить шланг. Через него в полость трубы будет подаваться воздух. В результате этого будет образовываться водяная пена, которая и поступает наверх.
Принцип очень простой и не требует многих усилий на создания приспособления. Правда, я использовал электрический компрессор.
Поначалу поднимается песок, а потом идет чистая вода.
Можно воспользоваться ручным насосом, но понятное дело, на это придется потратить немало энергии. Хотя если будет нужна вода, то люди и не на такое готовы.
Я же был доволен своим результатом, но все же купленный затем электрический насос оказался куда предпочтительнее.
Винт Архимеда
А этот способ я увидел у одного жителя деревушки, участок которого располагался у речки. Он эту воду использовал для полива огорода. Но проблема в том, что уровень воды в реке, понятное дело, ниже, чем участок.
Местный житель использовал для этого винт Архимеда.
Принцип работы устройства схож с обычной мясорубкой. То есть, берется полая труба, а в неё устанавливается винт с изогнутыми полостями. При вращении эти винты черпают воду и на себе понемногу подают её наверх.
Правда, для этого один край устройства нужно опустить в воду под углом.
Принцип работы винта Архимеда.
Мужик показал мне, как это все работает в деле. Тогда он крутил устройство руками, но говорил, что хочет купить генератор и автоматизировать данный процесс.
В том месте, где вода выливается наружу, он просто ставит самодельный канал, который прямиком ведет в огород. Тогда он так поливал картошку. Если делать такой самому, то можно уложиться в 20 000 руб.
Тут только один бур стоит 15 000 (для бурения льда). Плюс кусок трубы для этого бура и доски для корпуса.
Важно! Винт Архимеда был создан одноименным изобретателем еще во II веке до н. э.
Больше всего мне понравился последний вариант. Просто своим видом и идеей. Мне интересно, видел ли кто-то еще что-то подобное. Мне кажется это редкое явление. Было бы интересно посмотреть на фотографии или видео, как это работает для полива.
Источник
