Kuinka kannupumppu toimii?

Sadan vuoden ajan kannupumput ovat antaneet ihmisten ottaa vettä maanalaisista kaivoista suhteellisen pienellä vaivalla (verrattuna ämpärien vetämiseen virrasta), kustannukset (verrattuna vesijohtojen rakentamiseen sulavan jään ohjaamiseksi vuorilta) ja saastumisvaara (verrattuna avoimeen kaivoon, jossa on köyden ja ämpärin upotus järjestelmä). Kannupumppujärjestelmä käyttää sarjaa erityisiä mäntiä luomaan tyhjiön, jonka avulla ilmakehän luonnollinen paine työntää vettä putken läpi.

Syöttöpumpun käyttämiseksi käyttäjän on työnnettävä pitkää kahvaa ylös ja alas toistuvasti. Kahva yhdistetään erityiseen mäntään, jonka keskellä on reikä ja saranalla kiinnitetty metallilevy (kuva 1). Kun kahva on ylöspäin, mäntä on alimmassa asennossaan. Kun kahva vedetään alas, mäntä liikkuu ylöspäin kohti korkeinta asemaansa.

Jos putkissa ei ole vettä, kahvan vetäminen alas nostaa mäntää, mikä lisää putken kokonaistilavuutta ja aiheuttaa pienen painehäviön. Tämän paineen tasoittamiseksi pinnan ilma alkaa virrata männän reiän läpi putkeen. Tämä ilmavirta tarttuu metalliläppään ja työntää sen reiän yli ja tiivistää männän.

Männän ja putken pohjan välissä on kiinteä, suljettu metallilevy, jossa on reikä ja saranoitu metalliläppä (kuva 1). Kun mäntä liikkuu edelleen ylöspäin, levyn ja männän välinen tilavuus kasvaa edelleen, mikä vähentää paineita tilan sisällä.

Jokaisessa syöttöpumpussa on pieni, passiivinen putki, joka kulkee pinnasta alas kaivoon. Tämä tehdään kaivon paineistamiseksi altistamalla se maan ilmakehään. Kun levyn ja männän välinen paine pienenee, ilmakehän ilma tunkeutuu putkeen ja työntyy kaivovettä vasten yrittäen tasoittaa paineen. Tämä putken alaspäin suuntautuva paine pakottaa veden putkeen, mikä vähentää veden ja metallilevyn välistä tilavuutta ja lisää painetta. Tämä paine pakottaa läpän auki, kun ilma tunkeutuu tasaamaan paine levy-mäntätilassa. Tässä vaiheessa kahva on korkeimmillaan.

Kahvan työntäminen ylöspäin siirtää männän alaspäin ja lisää painetta kammion sisällä. Paineen tasoittamiseksi ilma virtaa alas metallilevyn läpi, jolloin läppä napsahtaa kiinni. Kääntämällä kiinni, levyn ja kaivon välinen paine lukittuu paikalleen suspendoimalla veden nykyiselle korkeudelleen putken sisälle.

Kun mäntä liikkuu alaspäin ja levy suljetaan, paine niiden välillä kasvaa. Tämä kääntää männän metalliläpän auki, jolloin paine tasaantuu ilmakehän kanssa. Kun mäntä liikkuu jälleen ylöspäin, se vähentää paineen ilmakehän alle ja antaa putkesta tulevan ilman työntää vettä vielä kauemmas.

Muutaman ylös- ja alas-kääntösyklin jälkeen putkessa oleva vesi saavuttaa lopulta paikallaan olevan levyn. Kun tämä tapahtuu, "ylös" -kierto vetää vettä levyssä olevan reiän läpi. Nousun aikana paineen lasku saa veden virtaamaan takaisin reiän läpi, kunnes metalliläppä napsahtaa nopeasti kiinni ja vangitsee veden.

Kun mäntä painaa alas tämän loukkuun jääneen veden pintaa, vesi virtaa kammion yläosaan männän reiän läpi, kunnes se on saavuttanut alimman asennon. Seuraava "alas" kääntö saa männän metalliläpän kääntymään kiinni - ja mäntä nostaa vettä ylös ja ulos hanasta.