Водоподъемное устройство

(51) 04 1/00 (2006.01) 04 1/18 (2006.01) 03 7/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ тем, что водоподъемное устройство, содержащее водяное колесо и мембранный насос, в котором передаточный механизм, закрепленный в корпусе, с подшипником качения, взаимодействует с поршнем,содержащим на боковой поверхности замкнутый винтовой спиральный паз (канавку). Гильза цилиндра, изготовленная из анти-фрикционного материала,выполняет одновременно роль подпятника и подшипника скольжения. Поршень через подшипник качения, стопорное кольцо, ось подшипника кинематически связан с мембраной. Муфта с подвижным соединением с подшипниками качения, взаимодействует с выходным концом вала водяного колеса с нессиметричным расположением лысок и подшипников качения относительно горизонтальной оси. Радиус и высота водяного колеса и боковые перегородки стоики регулируются по высоте.(72) Сатыбалдиев Искендербек ДжамшутовичНартов Владимир Иванович(57) Водоподъемное устройство относится к гидроэнергетике, и, может быть использовано в установках для использования энергии гидравлического потока и применена в сельском,лесном, и коммунальном хозяйствах. Задачей предполагаемого изобретения является упрощение конструкции, повышение КПД, уменьшение массы и габаритных размеров. Данная задача решается Предполагаемое изобретение относиться к гидроэнергетике и может быть использована, в частности, в установках для использования энергии гидравлического потока, и применено в сельском,лесном и коммунальном хозяйствах. Известно с древних времен водоподъемное колесо, состоящее из водяного колеса и черпаков,которые укреплены на колесе таким образом, что при вращении колеса черпают воду из реки или канала, поднимают ее на высоту диаметра колеса и переливают в горловину другого водовода, по которому она подается самотеком на орошаемый участок. Величина напора данных устройств обычно составляет 34 метра при подаче до 10 м 3/час К.Бадеке и др. Насосы. М. Машиностроение. 1979 Достоинство - простота и высокая надежность. Основными недостатками данного устройства являются громоздкость конструкции, большая масса и подъем воды на небольшую высоту. Известно водоподъемное устройство, состоящее из водопогружного центробежного насоса,соединенного с приводом, привод выполнен в виде водяного колеса с лопатками, установленного на валу, который через передаточное устройство соединен с водопогружным центробежным насосом,выполненным многоступенчатым. СатыбалдиевИ.Ж., Орозбеков Э.Т. А.с. Кыргызской республики Водоподъемное устройство, МПК 03 В 13/00. Достоинство - возможность подъема воды выше 100 м и с подачей более 65 м 3/час. Недостатком данного устройства является сложность, громоздкость конструкции и большая масса необходимость потока,движущегося сравнительно большой скоростью - 3 м/с и более неэффективно используется энергия гидравлического потока - при вращении водяного колеса определенная часть потока уходит вниз и в боковые стороны от лопатки водяного колеса, унося с собой накопленную кинетическую энергию лопастные насосы, обычно, обладают слабой всасывающей способностью и, поэтому требуется дополнительный подьем и подвод воды во всасывающую полость насоса, например, с помощью ковшей сравнительно низкое значение коэффициента полезного действия неавтономность,в случае необходимости, невозможно оперативно переустановить на другое место, невозможно организовать их серийное производство, в связи индивидуальным подходом к каждому из них. Известен энергосберегающий водовоздушный подъемник (эрлифт) патент Российской Федерации 2135839 МПК 04 1/18. Данный водоподъемник содержит воздушный колпак, водоподъемную трубу и водяное колесо, которое от действия набегающего потока воды в открытом русле через лопасти приводит во вращение вал. Вал соединен с компрессором через редуктор. Для повышения КПД эрлифта в дне русла открытого потока устроен колодец. Водовоздущная труба с форсункой и фильтром установлена в колодце. Воздух от компрессора через ресивер подается в форсунку для образования смеси и подъема воды. 2 Недостатками данного подъемника являются сложность и громоздкость конструкции, большая масса сравнительно низкое значение КПД неавтономность,в случае необходимости,невозможно оперативно переустановить на другое место. Известен гидроагрегат,содержащий гидротурбину, включающую статор, рабочее колесо с установленной на валу втулкой и закрепленными на ней лопастями и гидронасос, работающий по принципу всасывания и вытеснения объема воды А.с.1020616, кл. 03 В 13/00, 1983. Недостатками данного гидроагрегата являются сложность и громоздкость конструкции, большая масса сравнительно низкое значение КПД неавтономность,в случае необходимости,невозможно оперативно переустановить на другое место. Один из двух последних упомянутых аналогов предлагаемого водоподъемного устройства может быть принят в качестве прототипа. Цель изобретения - уменьшение массы,габаритных размеров, упрощение конструкции и повышения коэффициента полезного действия,улучшение технико-экономических, ремонтноэксплуатационных и экологических показателей водоподъемного устройства. Сущность предполагаемого изобретения заключается в следующем водоподъемное устройство, состоящее из водяного колеса с возможностью регулирования радиуса лопаток, из опорных стоек (ножек) в виде равнобедренной трапеции с возможностью регулирования высоты водяного колеса с помощью удлинителей, и из боковых перегородок,с возможностью регулирования по высоте относительно лопатки водяного колеса в его нижнем вертикальном положении, и насоса, содержащего размещенный в корпусе гильзу цилиндра, исполняющего роль подшипника скольжения и подпятника для поршня в момент его движения внутри ее, муфту с подвижным соединением с подшипниками качения и взаимодействующего с муфтой выходного конца вала водяного колеса с прямолинейными лысками В с их нессиметричным расположением относительно горизонтальной, а также из закрепленного в корпусе насоса передаточного механизма с подшипником качения,взаимодействующего с поршнем,содержащим на боковой поверхности замкнутый винтовой спиральный паз (канавку), при этом паз спиральной канавки в крайних точках,расположенных параллельно оси поршня имеет закругления по радиусу, равное радиусу наружной поверхности подшипника, и механизм передачи усилия от вращающегося поршня к мембране(плунжеру), в которой передача усилия мембране происходит через ось, соединенного с ней и поршнем через подшипник качения. Особенностью данного водоподъемного устройства является то, что- за счет большой величины передаточных отношений, получаемых в этой конструкции,(механизм напоминает передачу винт-гайка) появляется возможность изготавливать водоподъемные устройства автономными,компактными, переносными с малым весом с возможностью установки его в любом месте реки и канала, и дополнительно, позволяет унифицировать большинство деталей и узлов и приближает долгожданный момент, когда возможно организация их серийного производства- при вращении поршня, за счет действия крутящего момента, получаемого от вала водяного колеса подшипник качения передаточного механизма вращается вокруг своей оси и благодаря возникающему силовому взаимодействию его наружной и боковой поверхностью замкнутого спирального паза поршень совершает сложное движение вращательное вокруг своей оси и возвратно-поступательное движение вдоль той же оси. Закругление в верхней и нижней точке спирального паза улучшает динамику движения подшипника передаточного механизма.- выходной конец толкателя представляет собой муфту с подвижным соединением с двумя подшипниками качения, и жестко соединенного с толкателем с помощью крепежных соединений, при этом выходной конец вала водяного колеса вращается на опорах качения оставаясь практически недвижимым в осевом направлении- вращательное и возвратно-поступательное движение поршня насоса происходит в гилзе цилиндра,играющего роль подшипника скольжения, и размещена в корпусе насоса, при этом он, изготовленный из антифрикционного материала используется одновременно как самосмазывающийся радиальный подшипник скольжения и как подпятник для поршня от действия боковых сил, возникающих при взаимодействии передаточного механизма с замкнутым винтовым спиральным пазом. лопатки водяного колеса являются выдвижными ( по принципу труба в трубе ) с последующим креплением,что позволяет регулировать радиус водяного колеса, а, это значить, можно изменять скорость вращения водяного колеса и передаточное отношение, которая показывает во сколько раз осевая сила,действующая на мембрану превышает равнодействующую сил, действующих на лопатки водяного колеса Данное решение обеспечивает существенное повышение КПД, надежности и срока службы,улучшение технико-экономических,массогабаритных, ремонтно-эксплуатационных и экологических показателей и повышения автономности водоподъемного устройства,Предполагаемое изобретение илистрируется чертежами, на фиг.1 показан общий вид, вид сбоку на фиг.2 показан вид крепления лопатки на фиг.З показана конструкция насоса в разрезе на фиг.4 показана схема соединения выходного конца вала водяного колеса с муфтой с подвижным соединением на фиг.5 показан поперечный разрез данного соединения. Водоподъемное устройство содержит водяное колесо, муфту 3 с подвижным соединением и насос. Водоподъемное устройство содержит стойки 1 в виде равнобедренной трапеции,и установленные на нем привод в виде водяного колеса с опорами качения 2, муфту 3 с подвижным соединением и насос с патрубками для забора 4 и отвода 5 поднимаемой воды. Лопатка 34 водяного колеса, содержит раму 6, из труб квадратного сечения и пластину 7. Вал 8 водяного колеса содержит фланцевые полукольца 9 с проушинами,стягиваемые резьбовыми элементами 10, труб 11 квадратного сечения, закрепленных к фланцевым полукольцам 9, количество труб равно количеству лопаток. Стойка 1 дополнительно содержит удлинитель с башмаком 12, штырь 13 для крепления его к грунту дна реки, крепежными элементами 14 и боковые перегородки 15. Водоподъемное устройство содержит муфту 3 с подвижным соединением, являющаяся выходным концом поршня 21 и содержащая подшипники качения 16,оси 17, регулировочные шайбы 35 крепежные элементы 18 и фланец 19 для жесткого соединения с поршнем 21. Насос водоподъемного устройства содержит корпус 23, гильзу-подшипник скольжения 22, поршень 21, содержащий на боковой поверхности замкнутый винтовой паз (канавку),взаимодействующий с передаточным механизмом,содержащим ось 24, подшипник качения 25,пружинную шайбу 27 и гайку 26. Поршень 21,содержит подшипник качения 28 , стопорное кольцо 29, удерживающее подшипник 28 от сдвига осевом направлении, и ось 30, который закреплен с мембранной 32 с помощью шайбы 36 крепежными элементами 31. Дополнительно насос содержит крышку 37 с рабочей камерой с всасывающим и нагнетательным клапанами (на чертежах условно не показано). Водоподъемное устройство работает следующим образом крутящий момент от вала 8 водяного колеса, приводимое в движение кинетической энергией потока, через муфту 3(выходной конец толкателя) передается поршню 21. При дальнейшем вращении поршня 21, подшипник качения 25, вращаясь вокруг своей оси 24 и благодаря возникающему силовому взаимодействию между его наружной и боковой поверхностью замкнутого спирального паза, заставляет поршень 21 совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси. Возникающая осевая сила вдоль оси поршня передается мембране 32 через ось 30 подшипника качения 28. Вращательное и возвратно поступательное движение поршня 21 происходит в гильзе-подшипнике скольжения 22, размещенного в корпусе насоса 23. При этом, гильза-подшипник скольжения 22,изготовленный из антифрикционного материала (граффитофторопласты различных марок) используется одновременно как самосмазывающийся подшипник скольжения,работающий без смазки и,дополнительно, как подпятник для поршня 21 от действия боковых сил, возникающих при вращении поршня (изгибающий момент, старающийся перекосить поршень 21 внутри подшипника скольжения 22). Так как ось 30 подшипника 28 жестко соединен с мембраной 32 при дальнейшем 3 постоянном вращении поршня 21 происходит всасывание и нагнетание воды. При вращении поршня 21 муфта 3 (выходной конец поршня) совершает возвратно - поступательное движение совместно с поршнем 21, при этом выходной конец вала 8 водяного колеса вращается на опорах 2 качения оставаясь практически недвижимым в осевом направлении. Передача крутящего момента от вала 8 водяного колеса через муфту 3 с подвижными соединениями с нессиметричным расположением подшипников качения 16 и прямолинейных лысок В на валу 8 водяного колеса относительно горизонтальной оси исключает перекос подшипников и их односторонний износ. Конструкция водоподъемного устройства позволяет оперативно изменять передаточное отношение водоподъемного устройства, которая показывает во сколько раз осевая сила,действующая на мембрану 32 в период нагнетания превышает равнодействующую сил, действующих на лопатки 34 водяного колеса. Это достигается следующим образом.- если скорость потока реки незначительна, и чтобы лопатки 34 водяного колеса не остановились увеличивают силу действующую на мембрану 32 путем оперативного увеличения радиуса лопаток водяного колеса, при этом уменьшается скорость вращения водяного колеса.- если скорость потока значительная и большой запас по мощности у водяного потока, с целью увеличения скорости вращения водяного колеса уменьшают радиус водяного колеса. Изменение радиуса лопатки 34 следующим образом Откручиваются крепежные элементы 33,расположенные в раме 6 с двух боковых сторон лопатки, передвигается в ту или иную сторону в соответствующие отверстия,и стягиваются крепежными элементами 33. В потоках, где глубина реки,превышает высоту опорной стойки водоподъемного устройства снабжено удлинителем 12. Для удлинения на определенную длину откручивают крепежные элементы 14,передвигают,аналогично изменению радиуса, и стягивают крепежные элементы 14. Водоподъемное устройство для эффективного использования энергии гидравлического потока,снабжено боковыми перегородками 15 в нижней части стойки опорной 1 (с возможностью регулирования по высоте) с целью уменьшения количества потока,уходящего в боковые стороны и уносящего с собой определенную часть накопленной кинетической энергии. Предполагаемое изобретение обеспечивает следующие технические преимущества повышение коэффициента полезного действия упрощение конструкции, уменьшение массы и габаритных размеров улучшение технико-экономических,ремонтноэксплуатационных и экологических показателей. Промышленная применимость. На базе представленной конструкции можно организовать серийное производство различных типоразмеров водоподъемных устройств. Водоподъемные установки можно применять для подъема воды из русла рек и каналов для полива сельскохозяйственных земель,полива искусственных лесных угодий,садов,виноградников, расположенных на полях и склонах горных ущелий, для подачи в емкости системы общего и питьевого водоснабжения населенных пунктов с последующим обеззараживанием. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Водоподъемное устройство, содержащее водяное колесо с лопатками, установленное на валу, и насос,содержащий корпус рабочей камеры с всасывающим и нагнетательным клапанами, корпус насоса, гильзу цилиндра и поршень, отличающееся тем, что содержит закрепленный в корпусе передаточный механизм с подшипником качения и взаимодействующий с поршнем, содержащим на боковой поверхности замкнутый винтовой спиральный паз с закруглением его в верхней и нижней точке радиусом, равным радиусу наружной поверхности подшипника, и движущимся внутри гильзы, выполняющей роль подпятника и подшипника скольжения, изготовленного из антифрикционного материала и неподвижно расположенного в корпусе насоса, при этом поршень через подшипник качения, стопорное кольцо, ось подшипника кинематически связан с мембраной, и муфту с подвижным соединением с подшипниками качения и жестко связанную с поршнем крепежными элементами,взаимодействующую с выходным концом вала водяного колеса с несимметричным расположением прямолинейных лысок на нем и подшипников качения муфты с подвижным соединением относительно горизонтальной оси при этом изменение радиуса и высоты водяного колеса производится изменением расположения лопаток и удлинителя опорной стойки а также снабжено боковыми перегородками, регулируемыми по высоте в зависимости от высоты расположения лопаток.