Как работает помпа для воды

Принцип работы помпы для воды: особенности и разновидности насосов

Для обеспечения нужд владельцами загородного дома используется автономное или централизованное водоснабжения, но в любом из случаев им может потребоваться перекачка воды. Она необходима для решения разных задач — для полива насаждений, для заполнения накопительной емкости, бассейна и т. д. Чтобы выполнить подобную работу, человеку нужна помощь агрегатов. Для добычи или перемещения жидкости используют помпы, которые называют помповыми насосами. Выбор подходящего оборудования бывает довольно непростой операцией: очень часто будущим владельцам приходится искать различную информацию об интересующем приборе. Поэтому в первую очередь нужно понять принцип работы помпы для воды, узнать о ее устройстве, разновидностях и возможных сферах применения.

Насос и помпа: есть ли различия?

Нередко возникает путаница в понятиях, поэтому многие спрашивают, чем отличается один агрегат от другого. Иногда помпами называют любые насосы. На самом деле, это не совсем корректно. Общие характеристики у них есть: оба вида оборудования — гидравлические механизмы, тот и другой агрегат используется для перекачивания жидкости.

Существенные отличия тоже существуют. Насос — это общее название всех всасывающих, перекачивающих устройств. Помпа — только один из его видов. Первые классифицируются по видам, типу, назначению, вторые — только по типу, так как сфера применения их гораздо уже.

Помпы отличаются от насосов более высокой производительностью, мощным напором жидкости и мобильностью. Благодаря этим особенностям цены таких аппаратов дороже. Они эффективны, некоторые типы (бензиновые, дизельные) способны работать там, где использование обычного оборудования попросту невозможно.

Сферы применения помп для воды

Помповые насосы незаменимы на загородных участках, в садоводстве, строительстве, в коммунальных хозяйствах, везде, где требуется перекачать жидкость. С помощью помповых насосов решают различные задачи:

• тушат пожары;
• перекачивают воду, наполняют резервуары;
• осушают водоемы: естественные и искусственные;
• ликвидируют последствия ЧП — поводков, наводнений;
• обеспечивают эффективную работу систем полива, орошения;
• ведут добычу полезных ископаемых (примеры — нефть, золото);
• устраняют последствия аварий, произошедших в системах водоснабжения, канализации;
• осушают заболоченные местности, участки, где скопилась вода из-за ливней, таяния снега;
• откачивают воду из траншей, котлованов, затопленных помещений — подвалов или погребов.

С помощью помповых насосов освобождают от «жидкой субстанции» выгребные ямы, канализационные колодцы, септики, очистные сооружения.

Устройство и принцип работы помпы для воды

Главные элементы помпы — насос и двигатель, приводящий его в действие. Сейчас к механическому ручному оборудованию присоединились агрегаты, работающие благодаря бензину, газу, дизельному топливу и электричеству. Большинство водяных помп оснащается центробежными двигателями. Принцип работы помпы для воды понять нетрудно.

1. Жидкость, попавшая через входной патрубок во внутреннюю камеру агрегата, захватывается лопастями (лопатками) вращающегося колеса. Рабочий элемент приводит в движение двигатель.
2. Благодаря центробежной силе вода отбрасывается на стенки камеры, из-за чего увеличивается давление жидкости. Вследствие этого жидкость выталкивается из насосной камеры, и устремляется наружу через выходной (напорный) патрубок.

Одновременно в центральной части рабочей камеры создается зона разреженного воздуха. Поскольку природа не может терпеть пустоты, туда быстро всасывается новая порция жидкости, процесс продолжается. Лопастное колесо вращается с постоянной скоростью. По этой причине подача жидкости не ослабевает. Это и считается самым главным преимуществом помпового насоса.

Разновидности помповых насосов

Принцип работы помпы для воды одинаков для всех устройств, работающих с помощью центробежного двигателя, однако именно по его типу классифицируются эти перекачивающие устройства.

Типы, определяемые двигателем

В зависимости от вида агрегата, приводящего насос в действие, помпы делятся на:

• бензиновые;
• газовые;
• дизельные;
• электрические.

С этими разновидностями, их плюсами и минусами тоже придется познакомиться.

Электрические, газовые помпы

Самыми удобными в эксплуатации остаются традиционные бытовые приборы, работающие от электричества. Есть агрегаты бытовые, специальные и промышленные. Они привычны, безотказны, однако во многих случаях зависимость от сети 220 Вольт становится большим недостатком, которого лишены мобильные конструкции. Наиболее известные фирмы-производители: Al-Ko, Aquatica, Kärcher, Pedrollo, Sprut, Wilo.

Газовая помпа — один из видов этого оборудования, но к теме водяных устройств она относится только косвенно, это — оборудование специальное. Например, таковыми являются водолазные насосы, предназначенные не для перекачки жидкости, а для подачи газовой смеси (воздуха) в водолазные костюмы.

Бензиновые, дизельные модели

Это моторизованные помпы, или просто мотопомпы. Бензиновые и дизельные двигатели водяных насосов — идеальный вариант там, где из-за отсутствия стационарного энергообеспечения крайне важна автономная работа оборудования. Однако «самостоятельность» не единственное их преимущество. В список плюсов мотопомп можно отнести:

• беспрерывную работу из-за охлаждения насоса перекачиваемой водой;
• максимально быстрый запуск даже при минусовых температурах;
• высокую производительность оборудования;
• простоту обслуживания, ремонта;
• мощный напор жидкости.

Если рассматривать мощность, производительность конкретных приборов, то параметры в большей степени зависят от размеров агрегата. Минусы автономных помп — шумность работы (особенно дизельных моторов), выхлопные газы, большие габариты и вес. Однако эти недостатки перевешивает их полная независимость — возможность использовать насосное помповое оборудование практически везде, без исключений.

Дизельные устройства имеют преимущества перед приборами, работающими на бензине. Они считаются более экологичными. КПД их выше (на 40%), дизельные помпы потребляют меньшее количество топлива (на 20%), отличаются более длительным сроком службы. Плюсы бензиновых помповых насосов — более высокая мощность, бесперебойная работа при низких температурах, меньшая стоимость топлива.

Наиболее популярными производителями мотопомп остаются компании CHAMPION, Daishin, Forte, FUBAG, Gardena, Hitachi, Honda, Hyandai, PATRIOT, Садко и Калибр.

Ручные помпы

Особняком стоят механические конструкции, для работы которых нужно прикладывать усилия. Это еще один известный вид, он появился самым первым. Это оптимальный вариант для сельской местности, для владельцев загородных домов или дач, которые не подключены к центральному электроснабжению.

Недостаток механических насосов — узкая сфера применения. Такое, не слишком эффективное, оборудование не позволит откачать воду из более-менее глубокого подземного источника, но с элементарными задачами справится.

Виды простейших помп

Типов механических конструкций для воды существует несколько:

• роторные;
• мембранные (диафрагменные);
• поршневые устройства: первый пример — колонки, знакомые всем;
• штанговые: эти проборы могут работать с глубокими источниками (до 30 м).

Существует еще одна разновидность. Это крыльчатые механизмы: в этом случае принцип работы помпы для воды аналогичен действиям центробежного насоса.

Принцип работы помпы для воды

Помповые механические насосы функционированием мало отличаются от своих электрических аналогов. Состоят они из цилиндрического корпуса, в котором находится поршень, соединенный с рычагом приводом.

Когда на рычаг нажимают, в движение приходит поршень, понижающий давление в корпусе. В результате образуется зона разряженного воздуха. После этого начинается всасывание воды, которая через впускной (обратный) клапан попадает в сливную трубу. Эффективность, производительность механических помповых приборов зависит от конструкции.

Однако ручные насосы, способные выкачивать воду с глубины более 8 м, скорее исключение. Большую роль в работе механического прибора играет качество обратного клапана. Если оно невысокое, то насос не сможет гарантировать создание необходимого давления. Обратные клапаны для ручных помп бывают двух видов — мембранные и шариковые. Материалы для изготовления агрегатов — нержавеющая сталь или чугун. Для производства отдельных элементов используют резину и пластик.

Мини-устройства для бутилированной воды

Это еще один вид конструкций, которые также называют помпами. Это миниатюрный водяной насос, предназначенный для «добычи» воды из такого же источника воды — из большой пластиковой бутыли (19 л). Как и их «взрослые коллеги», такие устройства тоже бывают механическими и электрическими.

1. Механические. Их крепят на бутылку, а воду выкачивают, нажимая на верхнюю часть устройства, либо на рычаг. Это простейший вариант: как в эксплуатации, так и обслуживании.
2. Электрические конструкции работают от электросети или батареек. Такие мини-приборы уже максимально удобны. Вместо нажимания на корпус или манипуляций с ручкой для наливания воды используется кнопка.

Минус ручных механических конструкций — вода, набираемая небольшими порциями. Этого недостатка лишены электрические мини-агрегаты. Прогресс на месте не стоит, поэтому не так давно появились очень удобные разновидности электроприборов — помпы-подставки, соединенные «трубопроводом» с емкостью. Это конструкции, являющиеся миниатюрными платформами-столиками с чайником, краном для воды и сенсорными кнопками.

Популярные простые модели (механические и электрические) выпускают компании AEL, Aqua Work, Carnero Electronics, Hotfrost, HomeStore, Vatten, Waterclick.

Оборудование и условия его работы

Как и обычные насосы, помпы делятся на поверхностные и погружные конструкции.

Насосы, работающие на поверхности

Поверхностные агрегаты располагаются на участке, который находится в непосредственной близости от источника воды. К всасывающему патрубку насоса присоединяют шланг, другой его конец погружают в жидкость. Такие устройства бывают:

• садовыми насосами: их используют только для полива сада или огорода;
• напорными: эти приборы становятся элементом инженерной системы, их задача — обеспечение необходимого напора воды;
• насосными станциями, в которые помимо помпы входит гидроаккумулятор — прибор, накапливающий воду, а также регулирующий давление в системе.

Плюс поверхностных конструкций — простота обслуживания и эксплуатации. Минус — невозможность добычи воды из источников большой глубины.

Помпы, находящиеся в источнике

Погружные помпы работают непосредственно в толще воды. Жидкость поднимается наверх по шлангу или заборной трубе. Поскольку это оборудование не всасывает, а создает постоянный напор, их используют для источников, глубина которых уже значительна – от 100 метров или более. Погружное оборудование делится на несколько видов.

1. Колодезные. Эти помпы могут работать с источниками, глубина которых составляет 10 метров. Их особенности — лучшее охлаждение, меньшая чувствительность к твердым, крупным включениям, низкий уровень шума.
2. Скважинные помповые насосы. Такое вытянутое цилиндрическое оборудование имеет максимальную мощность. Оно предназначено для выкачивания жидкости из глубоких, узких источников с большим дебитом.
3. Дренажные. Их предназначение — борьба с затоплениями подвалов, котлованов, канав или траншей. Дренажные приборы рекомендуют использовать, если диаметр частиц в жидкости не превышает 30 мм.
4. Фекальные. Данное оборудование выполняет самую неблагодарную работу. Его задача — выкачивание сильнозагрязненной воды, которая имеет различные примеси.

Как видно, выбор устройства целиком зависит от качества жидкости, от вида и глубины источника. Поскольку многим из них угрожает «уход» воды, лучшим вариантом для скважины или колодца в любом случае остается погружной прибор. К тому же это оборудование можно использовать для осушения котлованов, освобождения цистерн и других резервуаров.

Предназначение помп: зависимость от жидкости

Моделей водяных помп выпускают довольно много, но все устройства отличается еще одной характеристикой — возможностью беспроблемной работы с той или иной жидкой средой.

1. Чистая либо слабозагрязненная вода. Такое оборудование имеет шанс без ущерба для рабочих узлов перекачивать почти незагрязненную жидкость. Она может содержать твердые включения размером до 0,5-0,8 мм.
2. Вода средней степени загрязненности. Помпы, предназначенные для работы с ней, отличаются большей мощностью. В этом случае проборы способны справиться с перекачиванием жидкости, размеры твердых частиц которой составляют максимум 15 мм. Первый пример — пожарные мотопомпы, используемые не только по прямому назначению, но и для транспортировки воды на большие расстояния.
3. Жидкость с сильной степенью загрязнения. Для этого насосного оборудования характерна высокая производительность, способность создать напор, максимальный показатель которого составляет 35 м водяного столба. Такие помпы легко справляются с включениями, диаметр которых не превышает 25 мм.

Самая серьезная проблема — канализационные сточные воды, требующие «профессионалов». Такие помповые насосы называют фекальными. Их предназначение — перекачка сточных вод, имеющих крупные, волокнистые, нерастворимые включения. Отличие фекальных агрегатов от всех предыдущих видов — наличие специального устройства — режущего механизма. Его задача — измельчение твердых неорганических компонентов жидкости.

Как выбрать подходящий агрегат?

Принцип работы помпы для воды не единственное, на что необходимо обращать внимание при выборе насосного оборудования. Обязательно учитывают другие немаловажные факторы.

1. Производительность помпового насоса. Она показывает, сколько жидкости агрегат способен перекачать за единицу времени. Чтобы купить идеальный прибор, надо точно подсчитать количество используемой воды. В противном случае у хозяев возникнут проблемы, если модель окажется менее мощной.
2. Создаваемый напор. Сначала определяют глубину источника, затем высчитывают протяженность трассы до точек водозабора. Если есть вертикальные участки, то обязательно учитывают их.
3. Расход топлива для автономных устройств. От этого параметра зависит экономичность прибора. Если затраты на топливо будут чрезмерны, то оборудование приобретать нецелесообразно.

Качество подаваемой воды — еще один фактор, который влияет на выбор. При подборе любого прибора всегда отдают предпочтение именитым производителям, так как только в этом случае можно надеяться на надежность, удобство использования, долгую работу и функциональность моделей. Комплектация — далеко не последнее, что нужно узнать перед покупкой.

Познакомиться с ценами и популярными моделями оборудования можно здесь:

Поскольку выбор оборудования зависит от задач, которые перед ним ставятся, все решает то, для чего предназначается искомая модель. С одним из видов дренажных насосов познакомит следующее видео:

Водяная помпа: принцип работы и сферы применения

Представленные на современном рынке в большом разнообразии для воды помпы практически ничем не отличаются от обычного насосного оборудования ни по конструкции, ни по функциональным возможностям. Более высокая стоимость таких устройств объясняется тем, что они, если сравнивать их с обычными насосами, характеризуется высокой производительностью и способны формировать поток воды с более мощным напором. Кроме того, водяные помпы отличаются высокой мобильностью и работают автономно, что позволяет использовать их даже в тех местах, где применение обычных насосов не представляется возможным.

По настоящему мобильными является бензиновые и дизельные помпы

Назначение, конструкция и принцип действия

Основу конструкции помп, предназначенных для перекачивания воды, составляют два элемента: непосредственно сам насос и двигатель, который приводит его в действие. Если раньше помпы для воды выпускались исключительно в ручном исполнении, то сейчас они оснащаются приводными двигателями, работающими на газе, бензине, дизельном топливе и электричестве.

Благодаря своим техническим и эксплуатационным характеристикам водяные помпы обладают широкими функциональными возможностями, что позволяет успешно использовать такое оборудование для решения различных хозяйственных и бытовых задач:

• осушения искусственных и естественных водоемов;
• откачивания воды из затопленных погребов и подвальных помещений, строительных котлованов и траншей;
• осушения заболоченных участков, а также участков, на которых вода скопилась в результате обильных осадков или интенсивного таяния снега;
• ликвидации последствий наводнений и паводковых ситуаций;
• устранения последствий аварий в системах водоснабжения и канализации;
• обеспечения функционирования систем полива и орошения;
• тушения пожаров;
• откачивания жидкой среды из выгребных ям, септиков и резервуаров очистных сооружений;
• перекачивания воды из различных резервуаров и их наполнения.

Устройство водяной помпы на основе двигателя внутреннего сгорания

Водяные помпы оснащаются преимущественно центробежными насосами, принцип работы которых заключается в следующем.

• Вода, попадающая во внутреннюю камеру такого устройства через его входной патрубок, захватывается лопатками вращающегося рабочего колеса, которое приводится в движение при помощи приводного двигателя.
• Центробежная сила отбрасывает перемещаемую воду к стенкам рабочей камеры и увеличивает давление жидкости.
• Под воздействием давления вода выталкивается из внутренней камеры насоса через его напорный патрубок.
• В результате в центральной части внутренней камеры создается разрежение воздуха, что способствует всасыванию новой порции перекачиваемой воды.

Принцип работы вертикального центробежного насоса

Поскольку вращение рабочего колеса центробежного насоса происходит с постоянной скоростью, процесс перекачивания воды через его внутреннюю камеру протекает в постоянном режиме, без пульсаций, что является одним из наиболее значимых достоинств устройств данного типа.

Основные виды

Помпы для перекачивания воды классифицируются по различным параметрам. В зависимости от того, какого типа двигатель приводит в действие насос, помпы могут быть:

1. электрическими;
2. бензиновыми;
3. дизельными;
4. газовыми.

Наиболее распространенными видами водяных помп, которые отличаются простотой эксплуатации и доступной стоимостью, являются устройства, оснащаемые электродвигателем. Для их работы необходимо наличие электрической сети с напряжением 220 В.

Водяная помпа с электродвигателем справится с откачкой незначительного объема воды из подвала

Водяные помпы, оснащенные бензиновыми и дизельными двигателями, являются полностью автономными, для их функционирования не требуется наличия электрической сети. Благодаря этому использовать такое насосное оборудование можно в любом месте, где в этом возникает необходимость. К достоинствам бензиновых и дизельных помповых устройств также следует отнести:

• высокую производительность;
• высокое значение создаваемого напора воды;
• простоту технического обслуживания и ремонта;
• возможность работать практически в беспрерывном режиме за счет охлаждения рабочих узлов потоком перекачиваемой воды;
• быстрый запуск даже в условиях минусовых температур.

Габариты бензиновой или дизельной помпы зависят от её мощности и производительности

Из недостатков бензиновых и дизельных помп для воды, если сравнивать их с электрическими устройствами, следует отметить большие габариты и вес, а также значительный шум при работе.

Ручные помпы для воды, приводимые в действие приложением физических усилий пользователя, сегодня также достаточно активно используются собственниками дач и частных домов, не подключенных к сети центрального электроснабжения. Такие устройства производятся в различном конструктивном исполнении и могут быть применены лишь в тех случаях, когда глубина подземного источника, из которого необходимо откачать воду, не слишком значительна.

Основные разновидности ручных помп для воды

Сегодня производители предлагают несколько типов ручных помп:

1. поршневые, работающие по принципу хорошо знакомой всем колонки;
2. штанговые, которые способны откачивать воду с глубины, доходящей до 30 метров;
3. крыльчатые, функционирующие по принципу центробежного насоса;
4. мембранные (или диафрагменные);
5. роторные.

Принцип действия ручной помпы поршневого типа

По расположению водяной помпы по отношению к перекачиваемой воде выделяют поверхностные и погружные устройства. Первые, как следует из их названия, располагаются на поверхности земли, в непосредственной близости от водного источника, а в перекачиваемую жидкость погружается всасывающий шланг, верхний конец которого подсоединяется к всасывающему патрубку устройства. По удобству эксплуатации и технического обслуживания поверхностные модели являются более предпочтительным вариантом, но они не могут откачивать воду из подземных источников значительной глубины.

Погружная помпа для воды в процессе эксплуатации располагается в толще перекачиваемой жидкой среды, которая поднимается на поверхность по заборной трубе или шлангу. Поскольку насосы погружного типа работают не по всасывающему, а по напорному принципу, их можно использовать для откачивания жидкой среды из подземных источников даже очень значительной глубины (100 м и более).

Погружная помпа может использоваться для откачивания воды из колодцев, цистерн или котлованов

На различные типы помпы водяные насосы делятся также в зависимости от типа и степени загрязненности жидкой среды, которую они могут перекачивать.

• Водяные помпы для перекачивания чистой и слабозагрязненной воды без ущерба для своего технического состояния могут работать с жидкостью, в составе которой содержатся частицы твердых включений с размером не больше 0,5–0,8 мм.
• Помпы, предназначенные для перекачивания жидких сред, характеризующихся средней степенью загрязненности, отличаются высокой производительностью и способностью формировать поток жидкости с мощным напором. Применять их можно в тех случаях, когда размер частиц твердых включений, содержащихся в составе перекачиваемой воды, не превышает 1,5 см. К таким высоконапорным устройствам относятся пожарные мотопомпы, используемые не только для тушения пожаров, но и для решения различных бытовых и хозяйственных задач, связанных с необходимостью откачивания воды и ее дальнейшей транспортировки по напорному шлангу или рукаву на значительные расстояния.
• Помпы для воды, характеризующейся сильной степенью загрязнения, применяются для перекачивания жидких сред, содержащих в своем составе твердые частицы, размер которых доходит до 2,5 см. Насосное оборудование данного типа отличается высокой производительностью и способно создавать напор потока жидкой среды, значение которого доходит до 35 метров водяного столба.
• Насосное оборудование фекального типа специально предназначено для перекачивания канализационных сточных вод, в составе которых содержатся крупные и волокнистые нерастворимые включения. Конструкция таких насосов дополнена специальным устройством, в функции которого входит измельчение нерастворимых твердых и волокнистых включений, содержащихся в перекачиваемой жидкой среде.

Рекомендации по выбору

Для правильного выбора насосного оборудования недостаточно ориентироваться на водяных насосов типа помпа фото или на видеорекламу, в таких случаях необходимо обращать внимание на целый ряд перечисленных ниже технических параметров.

• Производительность оборудования указывает на то, какое количество жидкой среды водяная помпа способна перекачать в единицу времени. Прежде чем выбрать насос по данному параметру, следует рассчитать общую потребность в воде, которую должен обеспечивать насос соответствующей производительности.
• Важен также напор потока жидкой среды, который способен сформировать насос. Выбирая модель водяной помпы по значению создаваемого ей напора, необходимо сначала определить глубину подземного источника, из которого необходимо откачивать воду, а также рассчитать общую длину горизонтального участка трубопровода, по которому жидкая среда должна транспортироваться до точек водозабора. Кроме того, если вода после ее откачивания из подземного источника должна перемещаться по трубам или шлангу не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном, то высоту подъема также надо учесть в расчетах.
• Если выбирается помпа для воды бензинового или дизельного типа, то следует учитывать такой параметр, как расход топлива приводным двигателем, что напрямую влияет на экономичность эксплуатации устройства.

При выборе помпы следует обратить внимание на комплектацию оборудования

Помпы для розлива питьевой воды

К отдельной категории помповых устройств относятся механические или электрические приспособления, специально предназначенные для розлива питьевой воды из пластиковых бутылей большой емкости. Такие устройства можно встретить во многих офисах или в общественных учреждениях с большим количеством посетителей. С такими же целями используются кулеры, но они, в отличие от помп, которые только перекачивают воду из емкости, дополнительно фильтруют и охлаждают ее.

Самая простая помпа для розлива бутилированной воды – это ручной насос. приводимый в действие ладонью

Сегодня производители предлагают два вида помп, используемых для розлива питьевой воды: механические и электрические. Естественно, более удобными в использовании являются электрические помпы, которые приводятся в действие и отключаются простым нажатием на кнопку. Работать помпы электрического типа могут от специального блока питания, подключаемого к стандартной электросети, либо от аккумуляторной батареи с напряжением 12 В.

Для того чтобы привести в действие помпу для питьевой воды механического типа, необходимо нажать на верхнюю часть корпуса такого приспособления. В отличие от электрических, механические помпы выдают воду не непрерывным потоком, а порциями – при каждом нажатии.

Как работает помпа для воды?

Для этого достаточно понимать, как она работает. Механическая помпа для воды плотно фиксируется на горлышке бутыли. Нажимая на кнопку с помощью пластмассовой гофры, вы аккумулируете в таре воздух. Постепенно давление возрастает, и вода начинает идти вверх по трубочкам.

Как пользоваться электронной помпой для воды?

5:4111:12Рекомендуемый клип · 48 сек.Начало рекомендуемого клипаКонец рекомендуемого клипа

Почему помпа для воды не качает?

Возможные причины, по которым помпа не качает воду и действия по их исправлению: . Насос расположен выше допустимого уровня для забора воды. Опустить помпу на должный уровень. Корпус мотопомпы загрязнен.19 мар. 2019 г.

Что делать если не качает помпа?

Что делать если помпа не качает?Проверьте соединение трубки с «качающим» механизмом. . Возможно, нарушена герметичность между краями горлышка бутылки и помпой. . Есть вероятность, что гофрированная часть вашей помпы повреждена. . Если у вас электрическая помпа, то, возможно, ее надо поставить на подзарядку.

Почему помпа пропускает воздух?

Осуществляя нажатия на гофру, внутренний механизм помпы выталкивает воздух тем самым создавая повышенное давление внутри, которое передается на поверхность воды. В силу этого жидкость поднимается вверх по телескопической трубке и вытекает через носик в емкость.

Как настроить помпу для воды?

Просто поместите помпу на горловину бутыли и плотно придавите. Использовать только для водыНе стучать и не бить по помпеБудьте очень осторожны при снятии помпы с бутылиПосле того, как помпа была разобрана, ее следует собрать, плотно закрепив все детали.

Почему не всасывает мотопомпа?

Мотопомпа может не всасывать воду при выходе из строя уплотнителей или из-за слабо закрученной заливной пробки. Низкая мощность всасывания. Причинами могут быть: несоответствие длины и диаметра заборного рукава, засор фильтра или крана на заборном рукаве.

Как открыть помпу с водой?

0:411:37Рекомендуемый клип · 56 сек.Начало рекомендуемого клипаКонец рекомендуемого клипа

Как открыть бутылку с насосом?

Как открыть: Вставляем кончик насоса в пробку как можно глубже и начинаем вкачивать воздух в бутылку (обычно хватает двух-трех движений). Пробка вылезет, а то и вылетит под давлением. Делать все это лучше осторожно, чтобы бутылка не треснула.8 нояб. 2019 г.

Насос для наливания воды и элементарная физика

Помпа на кухне? Это редкость, если только это не что-то сантехническое или часть фильтра для очистки воды. Но все-таки можно вспомнить кухонные приборы, использующие помпу. В простейшем виде она предназначена для наливания обычной питьевой воды, доставляемой в больших бутылях (рис. 1). Пара нажатий на крышку, которая служит ручкой ручного насоса, и вода уже льется в подставленную емкость. За этим стоит очень простая физика: насос гонит воздух в пластиковую бутыль, создавая в ней избыточное давление воздуха в верхней части, над водой. Это давление передается воде, и после того как оно превысит определенное значение, вода начнет течь из трубки. На том же принципе работает и ручная помпа в термопоте — устройстве для нагрева воды и поддержания ее в горячем состоянии (некий гибрид термоса и чайника; рис. 2).

Рис. 1 и 2. Слева — бутыль с водой и насос для ее наливания. Справа — современный электрический термопот

Температура воды никак не влияет на работу помпы, поэтому смело можно ограничиться простейшим случаем наливания воды комнатной температуры. Чему равно минимальное необходимое избыточное давление воздуха? Если вы знакомы с формулой Паскаля для давления внутри жидкости, то ответ \(p=\rho gh\) приходит мгновенно. С первыми двумя сомножителями вопросов нет: \(\rho\) — это плотность жидкости, в случае воды \(\rho= 1000\) кг/м 3 ; \(g = 9<,>8\) м/с 2 — это ускорение свободного падения. А что же считать высотой подъема воды \(h\)? Может показаться, что это разность высот между горизонтальным участком трубки для воды, т. е. максимальной высотой, на которую поднимается вода в помпе, и уровнем воды в помпе, но здесь есть определенный нюанс. Чтобы понять это, вспомним, что такое сифон. Воспользуемся для этого цитатой из книги Вильяма Сибрука «Роберт Вуд. Современный чародей физической лаборатории» (М.: Наука, 1980):

«Другим открытием, возвысившим его в глазах мальчишек, было применение принципа сифона, о котором он узнал из старой отцовской книжки. В январе случилась оттепель, и под горкой, с которой катались мальчики, образовался маленький пруд. Это было плохо, потому что, скатываясь по льду, набираешь большую скорость. Потом санки попадают в лужу, и тебя обливает грязной водой. Девочки на своих высоких санках съезжали с горки медленнее, и у них все сходило благополучно. Но ведь ни один мальчик из гордости не сядет на такие санки. Все продолжали скатываться, лежа на животе, промокали и покрывались грязью. Тогда появился Роб с шлангом для поливки сада и объявил, что он собирается откачать воду. Его товарищи — в том числе мальчики старше его, ходившие в ту же школу, стали над ним смеяться. Вокруг лужи было возвышение больше чем на фут, и все хорошо знали, что вода не течет в гору. Роб положил шланг на землю, велел одному из мальчиков заткнуть конец пальцем, а сам начал наливать воду в другой, пока весь шланг не наполнился. Уже тогда — по природе своей — демонстратор, Роб взял этот конец и вместо того, чтобы просто положить его на землю, перекинул шланг через высокий забор, который отделял дорогу от канавы. Вода потекла через сифон. Это, вероятно, была первая публичная научная победа Вуда».

Итак, вода сама течет по трубке или шлангу, если их нижний конец находится ниже уровня воды в верхнем сосуде. При этом должны выполняться два условия: вода полностью, без воздушных участков, заполняет шланг или трубку и высота ее подъема в самом высоком месте не превышает 10 метров. Откуда взялось второе ограничение? Давайте разберемся с ним, а уж потом продолжим обсуждать нашу помпу.

Но вначале отдадим должное человеку, который открыл свойства сифона. Это древнегреческий изобретатель, математик и механик Ктесибий (Κτησιβίος или Ctesibius). Он считается первым заведующим Александрийского музея (или мусейона), т. е. храма Муз. Этот финансируемый древнеегипетским элинистическим государством религиозный исследовательский, учебный и культурный центр был основан в начале 3 века до н. э. В его состав входила и знаменитая Александрийская библиотека. Труды самого Ктесибия до нас не дошли, но они описаны его учеником Героном, а его изобретения известны также по находкам сохранившихся устройств. Кроме сифона, Ктесибий изобрел гидравлический орган, водяные часы, пневматический самострел и насос, который до сих пор используют все велосипедисты, естественно, в более современном исполнении.

Такой насос использовался и для поднятия воды из колодцев, а это всегда было очень важным делом. Кроме снабжения водой для питья и орошения, он применялся и для откачки воды из первых шахт, которые без осушения просто бы затопило. Вдобавок Ктесибий на основе все того же насоса сделал пожарную помпу. В то время придумали немало механических устройств для поднятия воды, вроде водяного колеса и архимедова винта. До этого воду поднимали на веревках, иногда с помощью ворота. Поднимали ведрами или другими емкостями вроде кожаных мешков. А вот устройство, называемое сакиэ, поднимало воду еще во времена фараона Рамзеса. Со временем для подъема воды начали применять паровые машины, потом электромоторы.

Впрочем, нас интересует не сколько техника, сколько лежащая в ее основе физика. Поэтому приглядимся к насосам, создающим разрежение воздуха для всасывания воды и ее подъема. Уже насос Ктесибия был прообразом вакуумного поршневого насоса, появившегося почти 2000 лет спустя. Обратим внимание на слово «вакуумного». Вакуум или пустота был предметом жарких споров в античности и в средневековье. Естественно, не научных, а философских или натурфилософских, т. е. не основанных на опыте и фактах. В результате Аристотель (384–322 до н. э.) и его последователи, за которыми стоял авторитет церкви, пришли к выводу, что природа не терпит пустоты (этот принцип кратко именуется horror vacui). Впрочем, в 1277 году богословы Сорбонны, возглавляемые епископом Парижа Э. Тампье, пришли к заключению, что отрицание всякой возможности существования вакуума ограничило бы всемогущество Божие. Специальным постановлением пустота была отнесена к категории causus divini — явлений, не существующих в природе, но возможных для Бога. Этой боязнью пустоты и объясняли работу насоса, всасывающего воду (но не нагнетательных насосов, создающих избыточное давление). Если бы вода не поднималась по трубе вверх, то там образовалась бы столь нелюбимая природой пустота. Поэтому воде не остается ничего иного, как подниматься, заполняя собой место, которое в противном случае занял бы этот гадкий вакуум.

Однако жизнь любит потешаться над любителями умозрительных рассуждений. В своих «Беседах», вышедших в 1638 году, Галилей отмечал, ссылаясь на опыт флорентийских водопроводчиков, что существует максимально возможная высота, на которую можно поднять воду насосами такого типа. И высота эта всегда одна и та же и составляет примерно 18 локтей. На большую высоту воду приходится поднимать в несколько этапов: вначале на доступную промежуточную высоту, затем это повторяется столько раз, сколько необходимо. Вывод, сделанный Галилеем: сила боязни пустоты ограничена.

Дальнейшие исследования после смерти Галилея продолжил его ученик Эванджелиста Торричелли. Он предложил другому ученику и впоследствии биографу Галилея Винченцо Вивиани заменить воду на куда более тяжелую ртуть. Тот в 1643 году заполнил ртутью запаянную с одного конца длинную стеклянную трубку, заткнул отверстие пальцем и погрузил открытый конец трубки в тазик со ртутью. А затем убрал палец, позволив ртути перетекать из вертикальной трубки в тазик. Она и вытекла, но не вся — в трубке остался столбик ртути высотой около 28 дюймов, или 76 сантиметров в современных единицах измерения. А над ней сквозь прозрачные стенки виднелась та самая якобы невозможная пустота. Ну как виднелась? Вакуум оказался прозрачным, и сквозь него и стенки можно было увидеть освещенные предметы. Любопытно, что вскоре физики, дорвавшись до опытов с таким экзотическим тогда объектом, как вакуум, установили, что звук вакуум не пропускает.

К опытам подключился сам Торричелли и через год установил, что высота ртутного столба хотя и незначительно, но меняется в разные дни. И, основываясь на этом наблюдении, ввел понятие атмосферного давления, которое стало стандартным в наши дни. Атмосфера оказывала на ртуть такое давление, которое соответствовало давлению, создаваемому ртутью в приборе, получившем название ртутного барометра. Стандартным атмосферным давлением считается давление ртутного столба высотой 760 миллиметров: \(p = 760\) мм рт. ст. По формуле \(p=\rho gh\) его можно выразить в метрической системе: \(p = 101325\) Па. Однако в зависимости от погоды это давление меняется, и барометр информирует нас о его текущем значении. Прибор оказался полезен для предсказания погоды и стал незаменим на кораблях.

Но кто мешает заменить ртуть водой и взять трубку подлиннее? Рассчитаем высоту водяного столба при нормальном атмосферном давлении по формуле Паскаля и получим 10,33 м. Так что для водяного барометра потребуется достаточно высокое здание. Гаспаро Берти оборудовал на фасаде своего дома в Риме подобное устройство, а Эмануэль Маньяно проводил эксперименты с полученным этим конкретным прибором вакуумом над водяным столбом. Впрочем, это был тот еще вакуум, давление в этой части было далеко не нулевым и составляло нескольких десятков миллиметров ртутного столба.

Существенно большее разрежение удалось достичь другому физику-любителю, бургомистру Магдебурга Отто фон Герике. Во время пребывания в Регенсбурге в 1654 году он узнал об опытах Торричелли. Около 1657 года Герике установил в Магдебурге грандиозный водяной барометр. Он состоял из длинной медной трубки, прикрепленной к наружной стене трехэтажного дома Герике. Нижний ее конец был погружен в сосуд с водой, а верхний был снабжен краном и мог быть соединен с воздушным насосом. После откачивания воздуха вода в трубке поднялась до высоты 19 локтей.

Вскоре при помощи этого прибора Герике нашел, что атмосферное давление постоянно изменяется, почему он и назвал свой барометр Semper vivum — всегда живой. Потом, заметив соотношение между высотой воды в трубке и состоянием погоды, он назвал его Wettermannchen — погодный человечек. Для большего эффекта на поверхности воды в стеклянной трубке, вставленной в верхней части барометра (чтобы уровень воды был виден), плавал поплавок в виде человеческой фигурки с рукой, указывающей на табличку с надписями, соответствующими различным состояниям погоды. В 1660 году прибор удивил жителей Магдебурга, предсказав сильную бурю за два часа до ее начала.

Теперь можно вернуться к нашему сифону. Ограничение на высоту подъема трубки связано с атмосферным давлением. Именно оно не позволяет образоваться внутри трубки участку, ничем не заполненному или заполненному даже не вакуумом, а водяным паром с очень низким давлением. Но атмосферное давление эквивалентно давлению 10,33 м водяного столба. При попытке подъема шланга на большую высоту в нем образуется участок с пустотой, и жидкость перестанет течь по сифону.

Разобравшись с принципом работы сифона, поговорим о водяной помпе. Как бы то ни было, ее высота заведомо меньше 10 метров и сифон в верхней части прекрасно работает. Поэтому нам надо поднять воду до высоты отверстия, из которого она вытекает. Дальше через более высокий участок изогнутой трубки воду переправит сифон, и для этого не понадобится дополнительного избыточного давления. Точнее понадобится, но только на заполнение водой сифона при прохождении самой первой порции воды. Когда же вода перестанет вытекать, она выльется из сифона. Уровень воды в трубке будет близок к уровню отверстия, из которого наливается вода в подставленную емкость.

В результате, для того чтобы вода начала течь из помпы, в ней надо создать избыточное давление, которое в миллиметрах водяного столба равно или превышает высоту самого высокого, горизонтального участка трубки в помпе относительно уровня жидкости. А когда она прекращает вытекать, остаточное давление оказывается равным высоте отверстия, из которого вытекает вода, относительно нового уровня воды, который понизился при наливании.

Что же поднимает воду вверх по трубке? Избыточное давление воздуха в сосуде — результат его нагнетания внутрь с помощью помпы. Высоту поднятия воды можно узнать по той же формуле Паскаля. А можно просто измерить избыточное давление в миллиметрах водяного столба, тогда каждые избыточные 10 мм вод. ст. обеспечат подъем воды на 1 см.

Если мы вскрыли новую бутыль с водой и вставили в нее помпу, то воду надо поднять на сравнительно небольшую высоту, скажем 10 см. Допустим, еще 5 см понадобится на заполнение сифона. Для всего этого достаточно обеспечить избыточное давление порядка 150 мм вод. ст. в небольшом объеме воздуха над уровнем воды в бутыли. Этого можно добиться одним энергичным нажатием на помпу.

По мере расходования воды ее уровень понижается. Когда воды в бутыли мало и ее уровень чуть выше дна, поднимать воду приходится на большую высоту — около 50 см. Соответственно, потребуется избыточное давление в 550 мм вод. ст. Оно приблизительно вчетверо больше давления в начале эксплуатации бутыли, но все еще мало по сравнению с атмосферным давлением, равным 10 330 мм вод. ст. Понятно, что избыточное давление в 5% атмосферного легко выдержит обычная стеклянная бутылка. Приблизительно такое же давление создается просто налитой в бутыль водой.

Есть еще один фактор, связанный с опустошением бутыли. Нам не только приходится создавать большее избыточное давление, но и обеспечивать его в существенно большем объеме почти пустой бутыли объемом около 20 литров. В результате при наливании из почти пустой бутыли нам не обойтись парой нажатий на помпу. Их потребуется гораздо больше только для того, чтобы вода начала течь из трубки. Это нетрудно проверить на опыте. Если вода налита в бутыль почти доверху, то одного нажатия достаточно для того, чтобы в подставленный сосуд налилось немного воды. Если уровень немного ниже середины, то для этого потребуется уже три нажатия. Если воды совсем мало, то качать надо больше. Естественно, не стоит делать паузы между качками — ведь сосуд далеко не герметичный и избыточное давление понемногу уменьшается за счет воздуха, просачивающегося наружу.

И вот вода потекла, но почему-то не спешит прекращать это делать. Стоп, нам ведь надо было налить всего 100 граммов воды, а стакан продолжает наполняться. Увы, это плата за конечный объем воздуха, загоняемый внутрь сосуда при одном нажатии.

Давайте посмотрим, как объем наливаемой жидкости зависит от ее уровня в бутыли. Для этого проделаем несложные оценки. Начнем с того, что введем некоторые обозначения. Обозначим давление воздуха в сосуде буквой \(p\), атмосферное давление — этой же буквой с нижним индексом 0, т. е. \(p_0\). Объем воздуха в сосуде обозначим буквой \(V\), а объем воздуха, накачиваемый при одном качке, — \(V_0\). Обозначим буквой \(h\) высоту, на которую помпа поднимает воду, т. е. разность высот отверстия для воды и уровня жидкости, а \(S\) — площадь поверхности воды. Ясно, что величины \(S\), \(p_0\) и \(V_0\) постоянны, а \(p\) и \(V\) меняются в зависимости от уровня жидкости (как естественно меняется и \(h\)).

Нажмем на помпу столько раз, сколько понадобится, чтобы вода начала вытекать. В сосуде создается минимальное избыточное давление, необходимое для наливания и равное \(\rho gh\). Очевидно, оно не превышает давления полуметра водяного столба и существенно меньше атмосферного давления, которое больше давления 10 метров водяного столба. Иными словами, давление в сосуде будет очень слабо превышать атмосферное. Сделаем еще один качок помпой. При этом мы загоним воздух объемом \(V_0\) в сосуд объемом \(V\), а их давления и плотности были почти равны. В результате мы увеличим избыточное давление на некоторую величину, которую мы обозначим \(\Delta p\). Произведение давления газа на занимаемый объем постоянно при неизменной температуре газа — это закон Бойля — Мариотта. И хотя температура воздуха при качании может незначительно меняться, мы можем применить этот закон для оценки величины \(\Delta p\). Действительно, в сосуде объемом \(V\) был воздух с давлением \(p\), качок помпы добавил воздух объемом \(V_0\) с давлением \(p_0\). Сжавшись, воздух занял объем \(V\) и его давление равно \(p+\Delta p\). Из закона Бойля — Мариотта получаем \(pV+p_0V_0=(p+\Delta p)V\). Отсюда и получаем оценку:

Возросшее давление и заставляет воду выливаться, ее уровень в бутыли уменьшается. Выливание прекращается после того, как уровень опустится на \(\Delta h\). Объем вылившейся воды равен \(S\Delta h\) — это и есть объем воды, наливаемый за один качок.

Но почему выливание прекращается в какой-то момент? Это результат совместного действия двух причин. Первая заключается в том, что по мере опускания уровня воды объем, занимаемый воздухом в сосуде, возрастает и давление воздуха из-за этого падает. Вторая состоит в том, что избыточное давление, необходимое для того, чтобы вода выливалась, увеличивается по мере опускания уровня. Когда давление в сосуде сравняется с минимальным избыточным давлением, необходимым для выливания воды, этот процесс прекратится. Мы пока не знаем, одинаково ли важны обе причины или одна из них вносит львиную долю в их совместное действие, а вторая дает всего лишь маленькую добавку. Попробуем разобраться.

Еще раз призовем на помощь закон Бойля — Мариотта. Воздух в сосуде имел объем \(V\) и давление \(p+\Delta p=p+p_0V_0/V\). Вода перестала вытекать, когда он занимал объем \(V + S\Delta h\) и имел давление \(p+\rho g \Delta h\). Напомним, что избыточное давление, требуемое для поднятия выливаемой воды, немного увеличилось из-за того, что ее надо было поднимать на чуть большую высоту. В соответствии с законом Бойля — Мариотта,

\[pV+p_0V_0=(V+S\Delta h)(p+\rho g\Delta h).\]

Разделим обе части уравнения на \(pV\) и получим

Здесь мы ввели два новых обозначения. Первое \(H_1= V/S\) — это высота слоя воздуха в сосуде над водой. Она не может превышать полуметра просто из-за ограничения высоты сосуда. Второе \(H_2=p_0/(\rho g)\) — это высота водяного столба, обеспечивающего атмосферное давление, т. е. приблизительно 10,3 м. Поскольку \(H_2\) существенно превышает \(H_1\) то при любом \(\Delta h\) второй сомножитель в правой части нашего уравнения существенно ближе к единице, чем первый. Вот мы и разобрались в том, какой эффект самый главный: изменение объема воздуха куда важнее изменения величины избыточного давления. Точнее, важнее более чем в 20 раз. Поэтому мы забываем о более слабом эффекте и получаем окончательную оценку

которая упрощается до

если вспомнить, что \(p\approx p_0\) и \(H_1=V/S\). Объем наливаемой за один качок воды получается близким к объему помпы \(V_0\).

Такой же результат можно получить и из рассуждений об энергии. Каждый качок помпы требует совершения работы, равной произведению объема помпы на избыточное давление. Когда вода начинает течь, последнее равно \(\rho gh\). Эта работа идет на поднятие воды, причем для того, чтобы поднять единичный объем воды, надо затратить энергию \(\rho gh\). Отсюда получаем, что объем поднятой, а потом вылитой воды равен \(V_0\). И действительно, опыт подтверждает полученный результат. Один качок нашей помпы наливает около 120 мл воды независимо от ее уровня. Так что при накачивании воздуха лишняя внимательность явно не помешает — ведь остановить процесс выливания воды невозможно. Впрочем, мы можем нагнать в сосуд и меньшее количество воздуха, просто не доведя качок до самого конца. Однако налить совсем мало воды не получится и в этом случае. Легко понять, что у нашей помпы есть минимальный объем воды, который можно налить с ее помощью. Это объем сифона, т. е. части трубки, расположенной выше наливного отверстия. И хотя это не особо важно при пользовании помпой, стоит иметь в виду эту деталь.

В заключение нашей оценки стоит сделать одно замечание, которое нетерпеливый читатель может пропустить. Мы сделали простую и понятную оценку объема воды, наливаемой одним качком, исходя из закона сохранения энергии. Каждый хороший физик должен уметь делать подобные оценки даже в уме. А зачем мы привели еще и более сложный вывод, основанный на применении закона Бойля — Мариотта? Ведь чем проще получен ответ, тем лучше. Дело в том, что мы хотим продемонстрировать возможные потенциальные проблемы при таком оценивании «на пальцах». Оно неявно включает в себя отбор эффектов, которые надо учитывать. Отбор этот основан на опыте и интуиции, а они могут обмануть или не сработать в качественно других обстоятельствах.

Например, если бы кто-то изготовил подобную помпу высотой с многоэтажный дом и качал с ее помощью воду, уровень которой находился бы не очень высоко, то каждый качок выдавал бы меньшее количество воды, чем дает оценка по энергии. Применив более нудный, но корректный расчет на основе закона Бойля — Мариотта, мы узнали бы, что для этой супер-пупер-помпы величина существенно превышает \(H_2\). Теперь первый сомножитель в правой части нашего уравнения существенно ближе к единице, чем второй. Важность эффектов поменялась местами — изменение величины избыточного давления стало важнее изменения объема воздуха. Поэтому объем воды за один качок надо оценить теперь как \(V_0H_2/H_1\) что меньше оценки для обычной помпы.

Почему же простая оценка, основанная на сохранении энергии, нас подвела? Да потому, что энергия в помпе запасается еще и в виде энергии сжатого воздуха. Ее обеспечивают те самые начальные качки, при которых вода не течет. А сжатый воздух обладает дополнительной энергией. Это подтвердит каждый, кто накачивал шину автомобиля или велосипеда ручным насосом, и тот, кто надувал надувной матрас. Просто в обычной помпе при наливании воды эта энергия меняется слабо, а в придуманной для примера супер-пупер-помпе с ее огромным резервуаром основная часть работы, совершаемой при качке, будет запасена именно в виде энергии сжатого газа и только небольшая часть (равная \(H_2/(H_1+H_2)\)) пойдет на подъем воды. Так что простые и красивые оценки впечатляют, но могут иногда и подвести, особенно в нестандартных условиях.