Винт Архимеда: простой способ поднять воду без электричества, для полива и осушения Опции

[Frocus]

По теме.

https://ancientrome.ru/dictio/article.htm?a=168784350

[Frocus]

Винт Архимеда: простой способ поднять воду без электричества для полива и осушения



Свет отключили, колодец в низине, а грядки наверху пересыхают. Или подвал затопило, и соседский насос занят. Знакомая картина?
Для таких случаев человечество придумало решение ещё лет 2300 назад — и с тех пор так ничего лучше и не нашло. Речь о винте Архимеда: механизм с одной движущейся частью, который поднимает воду вверх силой обычного вращения. Сегодня такой насос без электричества стоит в канализационных системах Лондона, на рыбных фермах Норвегии и на дачных участках по всей России. Разберём, как он устроен, сколько воды реально поднимет и можно ли собрать его из труб за один выходной. Придумал этот механизм Архимед около 250 г. до н.э. Использовали винт Архимеда для полива и для осушения болот.

Как это работает: вода снизу вверх без мотора

Конструкция до смешного проста. Представьте трубу, поставленную наклонно под углом 25–35 градусов к земле. Внутри — или снаружи, если труба открытая — навита спираль, как у гигантского болта. Нижний конец погружён в воду, верхний висит над бочкой или канавой. Крутите и вода идёт вверх.

Физика такая: при каждом обороте нижний виток спирали зачерпывает порцию воды. Когда вал поворачивается, эта порция оказывается запертой между витками — и начинает двигаться к верхнему концу. Вода не вращается вместе с винтом, она просто стремится занять самую нижнюю точку каждого кармана. А самая нижняя точка при вращении постепенно смещается вверх. Вот и весь секрет.

Расчёты: сколько воды реально поднять

Здесь начинается инженерия. Производительность зависит от трёх главных параметров: диаметра винта, скорости вращения и угла наклона.
Формула объёмного расхода выглядит так:
Q = π Ч (DІ − dІ) / 4 Ч S Ч N Ч η
Где D — внешний диаметр, d — диаметр центрального вала, S — шаг витка, N — обороты в секунду, η — коэффициент наполнения (обычно 0,8–0,9).
Не пугайтесь этой формулы - на практике даже самый самый гуманитарий посчитает за пять минут.
Пример для дачника. Берём ПВХ трубу диаметром 110 мм, навиваем шланг с шагом витка 110 мм (шаг равен диаметру — оптимально), крутим со скоростью 40 оборотов в минуту. Коэффициент наполнения 0,85. Получаем около 35–40 литров в минуту — то есть примерно 2,1 мі в час. Для полива участка в 6 соток хватает с запасом.
Теперь про мощность. Чтобы поднять 100 литров в минуту на высоту 2 метра при КПД 75%, нужно около 45 Вт. Велосипедист выдаёт 80–150 Вт. То есть педальный привод к такому насосу — это не фантастика, а вполне рабочий вариант.

Сделать своими руками: труба, шланг и полчаса времени

Самый простой способ — метод «трубка на трубе». Берёте стандартную серую канализационную трубу ПВХ диаметром 110 мм. Она послужит центральным валом. Дальше — прозрачный виниловый шланг диаметром 20 мм.
Прозрачный — не ради красоты: через него видно, идёт вода или нет, и сразу понятно, правильно ли собрали.

Шланг плотно навиваете на трубу с постоянным шагом — около 110 мм между витками. Фиксируете нейлоновыми стяжками каждые 15–20 см. Нижний конец шланга должен выходить за пределы трубы сантиметров на 10–15 — это «зачерпывающий» захват. Верхний конец выводите в бочку или канаву.
Конструкцию ставите под углом 25–30 градусов к земле, нижний конец опускаете в водоём — хоть в лужу после дождя, хоть в пруд, хоть в затопленный подвал. Начинаете крутить трубу. Через несколько оборотов из верхнего конца потечёт вода.

Крутить руками можно, но утомительно. Дачники давно придумали три способа модернизации.

Велосипедный: старый велик ставят рядом, снимают заднее колесо и через цепную передачу соединяют педали с валом насоса. Педалями качать воду куда удобнее, чем руками.
Ветряк: лопасти прямо на верхнем конце вала, и в ветреный день насос работает сам, наполняя накопительную бочку.
Водяное колесо, если рядом есть ручей с течением: колесо крутит винт без какого-либо участия человека.
Главная слабость: чего он не умеет
Высоко поднять воду — не его конёк. Выше 5 метров производительность резко падает. А если угол наклона больше 45 градусов вода просто не удерживается в витках и стекает обратно. Если нужно поднять воду с глубины 10–20 метров — это уже не к винту Архимеда.
Второй момент — обратный ход. Если резко бросить ручку или выключить привод, столб воды внутри начинает двигаться вниз и раскручивает конструкцию в обратную сторону. На самодельном устройстве это просто хлопок и всплеск. На серьёзной установке — риск повредить передачи. Профессиональные насосные станции ставят на вал храповик. Дачнику достаточно плавно останавливать вращение.
И зима. Воду из конструкции нужно сливать перед морозами — иначе расширяющийся лёд разорвёт шланг. Слить просто: прокрутите вал в обратную сторону, пока из нижнего конца не перестанет течь вода.

Сравнение с другими насосами без мотора

На рынке «без электричества» у винта Архимеда есть три конкурента. Разберу кратко все, а в ближайшее время планирую выпустить серию статей и по остальным насосам.

Гидравлический таран — хитрый механизм, который использует энергию водяного удара, чтобы поднять часть воды на высоту до 30–50 метров. Работает круглосуточно без участия человека. Но требует проточного ручья, перекачивает лишь 5–15% от общего потока и моментально выходит из строя при попадании песка в клапаны. Для питьевой воды из горного ручья — идеально. Для откачки затопленного подвала — не подходит вовсе.

Верёвочный насос — замкнутый канат с резиновыми шайбами, который тянется через узкую трубу. Поднимает воду из скважин до 40–60 метров глубиной, стоит копейки. Минус — верёвка изнашивается, в скважину попадает грязь от открытого механизма. Для узкой скважины на питьевую воду — лучший бюджетный вариант. Для широкого открытого водоёма — неудобен.

Педальный насос — поршневая конструкция с приводом от ног. Производительность до 5 мі/час. Но сложнее в изготовлении: клапаны, поршни, уплотнения — всё это требует точности и регулярного обслуживания. Попадание камня или ветки — поломка.
Винт Архимеда выигрывает именно там, где другие пасуют: загрязнённая вода, открытый водоём, небольшая высота подъёма и минимальное обслуживание.
Сорок литров в минуту без единого ватта электричества. Для полива — достаточно. Для осушения ямы — вполне. А главное — ломаться там нечему.

Источник: Популярная наука на Дзене.