Введение

Тип насоса с ручным приводом
Водные и воздушные насосы

Ручные насосы – это насосы с ручным приводом, использующие мускульную силу и механическое преимущество для перемещения жидкостей или воздуха из одного места в другое. Они широко применяются во всех странах мира для различных промышленных, морских, ирригационных и рекреационных целей. Существует множество различных типов ручных насосов, работающих в основном по принципу поршня, диафрагмы или роторного лопастного механизма, с обратными клапанами на входных и выходных отверстиях камеры, функционирующими в противоположных направлениях. Большинство ручных насосов являются поршневыми или плунжерными и относятся к насосам вытеснительного типа. Ручные насосы широко используются в развивающихся странах для централизованного и индивидуального водоснабжения и могут устанавливаться на буровые скважины или колодцы, вырытые вручную.

История

Одним из видов насосов, когда-то распространенных во всем мире, был ручной водяной насос, или "колодезный насос". Он обычно устанавливался над общественными колодцами до появления централизованного водоснабжения. В некоторых частях Великобритании и Ирландии его часто называли приходским насосом. Хотя такие общественные насосы больше не распространены, выражение "приходской насос" до сих пор используется для обозначения места или площадки, где обсуждаются вопросы местного значения. Поскольку вода из колодезных насосов добывается непосредственно из грунта, она более подвержена загрязнению. Если такая вода не фильтруется и не обеззараживается, ее употребление может привести к желудочно-кишечным или другим заболеваниям, передающимся через воду. Ярким примером является вспышка холеры на Брод-стрит в 1854 году. В то время механизм передачи холеры был неизвестен, но врач Джон Сноу заподозрил загрязненную воду и приказал снять рукоятку с общественного насоса, который он считал источником заражения; после этого вспышка пошла на спад. Современные ручные насосы рассматриваются как наиболее устойчивое и экономичное решение для обеспечения безопасной водой в регионах с ограниченными ресурсами, особенно в сельской местности развивающихся стран. Ручной насос обеспечивает доступ к более глубоким слоям грунтовых вод, которые часто не загрязнены, а также повышает безопасность колодца, защищая источник воды от загрязненных ведер. Насосы, такие как Afridev, разработаны таким образом, чтобы их было дешево строить и устанавливать, а также легко обслуживать с помощью простых деталей. Однако дефицит запасных частей для таких насосов в некоторых регионах Африки снизил их эффективность в этих районах.

Ручные насосы для всасывания и подъема

При перекачке жидкостей важными факторами являются всасывание и подъем. Всасывание – это вертикальное расстояние между перекачиваемой жидкостью и центром насоса, а подъем – вертикальное расстояние между насосом и точкой подачи. Глубина, с которой ручной насос может всасывать жидкость, ограничена атмосферным давлением и составляет менее 7 метров. Высота подъема ручного насоса определяется способностью насоса и оператора поднимать вес жидкости в напорном трубопроводе. Таким образом, один и тот же насос и оператор смогут обеспечить больший подъем при использовании трубопровода меньшего диаметра, чем при использовании трубопровода большего диаметра. Помимо использования для подъема воды из неглубоких источников грунтовых вод для водоснабжения, в конце XIX века была разработана другая версия ручного насоса, с небольшим подъемом и высокой производительностью, для использования в качестве судового трюмного насоса (для небольших прибрежных судов) и насоса для строительных площадок. Он был известен как насос-водолей. Одним из производителей, иллюстрировавших этот продукт с конца 1880-х годов и до начала XX века, была компания Goulds Manufacturing Co.

Силовой насос

Если необходимо поднять воду на высоту, превышающую эффективную для смоктувального или подъемного насоса (около 7 метров), или увеличить давление для подачи воды с силой, например, через пожарный рукав, может быть использован напорный насос. Как и смоктувальный насос, в ручном исполнении он требует оператора для приведения в действие рукоятки. Однако, в отличие от него, после того как вода засасывается через нижний клапан (вследствие подъема поршня, соединенного с рукояткой), она выталкивается через патрубок или сопло в боковой стенке главного цилиндра. Вода, поднявшись над нижним клапаном и удерживаясь там, вытесняется при опускании поршня или плунжера во время следующего хода.

Сифон

Сифон (или сифон) в самом простом виде представляет собой изогнутую трубку, один конец которой помещается в жидкость, которую нужно перекачать, а другой – в сосуд для ее приема. Принимающий сосуд должен находиться на более низком уровне, чем сосуд-источник. Вода всегда стремится к самому низкому уровню. Используя этот принцип, для перекачки топлива или воды из канистр в баки применяются очень простые насосы с пластиковой или резиновой грушей и обратными клапанами на каждом конце. После заполнения груши жидкость будет перетекать из верхнего контейнера в нижний без дополнительных усилий. Многие ручные насосы позволяют жидкости проходить через них по направлению потока, особенно хорошо это удается диафрагменным насосам. Таким образом, при правильной разнице уровней большие объемы жидкости, например, в бассейнах, можно откачать с минимальными усилиями и без значительных затрат энергии.

Цепной насос

Цепной насос состоит из бесконечной цепи, несущей ряд дисков, которые опускаются в воду, а затем поднимаются внутри трубы, поднимая с собой большое количество воды. Это простая, старинная технология ручного насоса. В XVIII веке они использовались в качестве трюмных насосов на судах. Цепной насос – это тип водяного насоса, использующий цепь для перемещения воды из одного места в другое. Он работает по принципу непрерывного цикла движения цепи через ряд звездочек, с прикрепленными ковшами, которые поднимают воду по мере прохождения цепи над верхней звездочкой и выливают ее, когда цепь достигает нижней точки.

Прямые действия

Ручные насосы прямого действия имеют насосный стержень, который приводится в движение вверх и вниз непосредственно пользователем, выталкивая воду. Ручные насосы прямого действия просты в установке и обслуживании, но ограничены максимальной высотой подъема воды, которую человек может физически осилить – до 15 м. Примеры насосов прямого действия включают насос Canzee и насос EMAS.

Глубокие скважины

Для подъема воды на высоту более 15 м используются глубокие ручные насосы. Вес столба воды слишком велик для непосредственного подъема, поэтому применяется система механического преимущества, такая как рычаг или маховик. Глубокие насосы должны быть более прочными и надежными, чтобы выдерживать возросшие нагрузки. Установка, техническое обслуживание и ремонт глубоких ручных насосов сложнее, чем для других типов ручных насосов. Теоретически, глубокий ручной насос не имеет ограничений по глубине подъема воды. На практике глубина ограничена физической силой, которую человек может приложить для подъема столба воды, и обычно составляет около 30 м.

Диафрагма

Диафрагменные насосы имеют преимущество в том, что они перекачивают жидкость относительно легко благодаря отсутствию тяг и устойчивы к коррозии. Их недостаток заключается в том, что им требуется определенная длина шлангов и высококачественные резиновые диафрагмы, которые дороги и относительно неэффективны из-за дополнительной работы, необходимой для деформации диафрагмы. Резиновые диафрагмы со временем начинают протекать и требуют замены. Поскольку это обычно сложно и затратно, диафрагменные насосы, используемые в бедных сельских районах, часто бросают после износа диафрагмы.

Прогрессирующая полость

Прогрессивные винтовые насосы состоят из одного винтового ротора, вставленного в статор с двойной спиралью. При вращении ротора полости в статоре перемещаются вверх по оси вращения. Прогрессивные винтовые насосы могут иметь сложные редукторные механизмы, и местным специалистам по насосам сложно их обслуживать и ремонтировать. Насос с канатом и шайбой является типом прогрессивного винтового ручного насоса.

Ручные насосы и доступ к чистой воде

В ноябре 2002 года Комитет Организации Объединенных Наций по экономическим, социальным и культурным правам заявил, что доступ к чистой и безопасной воде не ограничивается определением воды как экономического блага. Комитет подчеркнул фундаментальное право на достаточный доступ к чистой воде для бытовых и личных нужд. "Право человека на воду необходимо для достойной жизни". С учетом этого, производители водяных насосов, такие как компания GOAZ Development в Малайзии, располагают широким кругом потенциальных клиентов: правительства, неправительственные организации, женские группы, общественные организации и другие организации различных типов, заинтересованные в расширении доступа к подземным водам.

Эксплуатация и обслуживание на уровне поселка

VLOM, что означает эксплуатацию и обслуживание на уровне населенного пункта, – это термин, впервые использованный в рамках проекта ручных насосов для сельского водоснабжения, реализованного ПРООН и Всемирным банком. Этот проект продолжался с 1981 по 1991 год и был посвящен изучению доступности и обслуживания систем ручных насосов. В лабораторных условиях было проанализировано 40 типов ручных насосов, а в полевых условиях – эффективность работы 2700 ручных насосов. Исследование установило, что централизованная структура обслуживания являлась причиной многих проблем в программах по ручным насосам, и что оптимальным является обслуживание на уровне населенного пункта. Организация продолжает работу над проектированием и созданием поддерживающей инфраструктуры для развития ручных насосов, являясь принимающей стороной Секретариата Сети сельского водоснабжения (RWSN).

Проекты по развитию ручного насоса

Примером проекта, финансируемого Банком, который иллюстрирует многие проблемы, связанные с ручными насосами, является проект по снабжению сельской местности Мали 1992 года. Проект обеспечил доступ к безопасной воде примерно 230 сельским населенным пунктам, склонным к периодам засухи, и 228 000 человек. Этот проект примечателен попыткой переложить ответственность за обслуживание насосов на сами деревни. Сложность насосов – фундаментальная проблема для всех подобных программ, равно как и их качество, учитывая интенсивное использование в сельской местности.

Доступность ручного насоса в сельских развивающихся районах

Проект по использованию ручных насосов в развивающейся стране является доступной альтернативой или нет, во многом зависит от того, кто или какая организация оплачивает расходы. Однако пример проекта помощи Эфиопии 1992 года иллюстрирует, во что обойдется это решение для местных жителей, которые извлекут из него пользу. Этот пример относится к изолированным сельским общинам в южных регионах. Было импортировано 165 ручных насосов Afridev из Индии. Каждый насос стоил около 700 долларов США, включая таможенную очистку, транспортировку и установку. Каждый насос обеспечивает водой примерно 55 домохозяйств. В то время Всемирный банк установил, что средний доход на душу населения в Эфиопии составлял 120 долларов. Ручной насос, первоначально разработанный исследователями Университета Ватерлоо и затем усовершенствованный в Университете Малайи, был спроектирован с учетом возможности приобретения запчастей на месте. Для обслуживания можно использовать легкодоступные материалы, такие как веревка, покрытая куриным жиром, или кожаный ремень. Компания GOAZ Development продает эти насосы по цене от 160 до 300 долларов. Таким образом, 11% годового дохода человека будет уходить на доступ к чистой воде. Это более чем вдвое превышает 5%, которые Всемирный банк назвал максимальной суммой, которую семья должна платить.