Как работает кувшинный насос?

На протяжении сотен лет питчерные насосы позволяли людям извлекать воду из подземных колодцев с относительно небольшими усилиями (по сравнению с вытаскиванием ведер из ручья). расходы (по сравнению со строительством аквадуков для отвода тающего льда с гор) и опасность загрязнения (по сравнению с открытым колодцем с погружением с помощью веревки и ведра) система). Система кувшинного насоса использует серию специальных поршней для создания вакуума, который позволяет естественному давлению атмосферы выталкивать воду вверх по трубе.

Чтобы управлять питчерным насосом, пользователь должен несколько раз толкать длинную ручку вверх и вниз. Ручка соединяется со специальным поршнем с отверстием в центре и металлической заслонкой, прикрепленной на шарнире (рис. 1). Когда ручка поднята, поршень находится в крайнем нижнем положении. Когда ручка опускается, поршень перемещается вверх в крайнее верхнее положение.

Если в трубах нет воды, при опускании ручки вниз поршень поднимается, что увеличивает общий объем трубы и вызывает небольшое падение давления. Чтобы уравновесить это давление, воздух с поверхности начинает течь через отверстие в поршне вниз в трубу. Этот воздушный поток захватывает металлическую заслонку и проталкивает ее через отверстие, закрывая поршень.

Между поршнем и дном патрубка находится неподвижная герметичная металлическая пластина с отверстием и откидной металлической заслонкой (рис. 1). По мере того как поршень продолжает двигаться вверх, объем между пластиной и поршнем продолжает увеличиваться, что снижает давление внутри пространства.

Каждый питчер-насос включает в себя небольшую пассивную трубку, которая проходит от поверхности до колодца. Это делается для повышения давления в скважине путем воздействия на нее земной атмосферы. Когда давление между пластиной и поршнем уменьшается, воздух из атмосферы устремляется в трубу и толкает воду из скважины, пытаясь уравнять давление. Это нисходящее давление из трубы заставляет воду подниматься в трубу, уменьшая объем между водой и металлической пластиной, увеличивая давление. Это давление заставляет заслонку открываться, поскольку воздух устремляется внутрь, чтобы уравновесить давление в пространстве между пластиной и поршнем. В этот момент ручка находится в крайнем верхнем положении.

При нажатии ручки вверх поршень перемещается вниз, увеличивая давление внутри камеры. Чтобы выровнять давление, воздух проходит через металлическую пластину, в результате чего заслонка закрывается. Путем закрывания давление между пластиной и колодцем фиксируется на месте, задерживая воду на ее текущей высоте внутри трубы.

Когда поршень опускается и пластина закрывается, давление между ними увеличивается. Это открывает металлическую заслонку поршня, позволяя давлению уравняться с атмосферным. Когда поршень снова движется вверх, он снижает давление до условий ниже атмосферного и позволяет воздуху из трубки поднимать воду еще дальше.

После нескольких циклов качания вверх и вниз вода в трубе наконец достигает неподвижной пластины. Как только это происходит, качели «вверх» втягивают воду через отверстие в пластине. Во время подъема падение давления заставляет воду течь обратно вниз через отверстие, пока металлическая заслонка быстро не закроется, удерживая воду.

Когда поршень давит на поверхность этой захваченной воды, вода течет в верхнюю часть камеры через отверстие в поршне, пока не достигнет своего нижнего положения. Следующее движение «вниз» заставляет металлическую заслонку поршня закрыться - и поршень поднимает воду вверх и выходит из крана.