Ve starověku a ve středověku lidé často čelili úkolu zvednout vodu do výšky. Realizoval se různými způsoby, které si pamatuje každý majitel domu, který zůstal na pozemku delší dobu bez elektřiny. V případě velké hloubky zdroje příjmu vody a naléhavé potřeby vody přinese použití starých metod určité výhody v rozšíření obzorů, zlepšení zdraví a získání dalších inženýrských a stavebních dovedností.
Způsoby zvedání vody bez elektrického čerpadla
Pokud řešíte, jak zvedat vodu do výšky, bez čerpadla se neobejdete. Pouze pro zvedání budete muset použít ne elektrická, ale ručně vyrobená zařízení domácí výroby, jejichž provoz bude vyžadovat použití svalové síly nebo energie aktuálního vodního toku.
Archimédův šroub
Vynález šroubového zařízení pro dodávání vody do výšek k naplnění zavlažovacích kanálů vytvořil Archimedes kolem roku 250 před naším letopočtem.
Obr.1 Princip činnosti Archimedova šroubového čerpadla
Zařízení se skládá z dutého válce, uvnitř kterého se během provozu otáčí šroub, je spuštěn pod úhlem do zdroje příjmu vody. Jak se lopatky vrtule otáčí, zachycují vodu a vrtule ji v horním bodě zvedá do potrubí, potrubí končí a voda se nalévá do nádoby nebo zavlažovacího kanálu.
V dávných dobách otáčeli oběžným kolem otroci nebo zvířata, v naší době s tím mohou být problémy a budete muset dodatečně postavit větrné kolo, které pohání vrtuli do rotace nebo posiluje svaly sami.
Obr. 2 Varianta Archimedova kola – trubkové čerpadlo
Zařízení je obdobou moderních šnekových čerpadel a může mít různé modifikace: šnek se otáčí s válcem nebo má tvar duté trubky namotané kolem tyče.
Montgolfierova hydroramova metoda
Mechanik Montgolfier v roce 1797 vynalezl zařízení zvané hydraulický beran. Využívá kinetickou energii vody proudící shora dolů.
Rýže. 3 Princip činnosti hydraulického nárazového vodního čerpadla
Princip činnosti zařízení je založen na skutečnosti, že při náhlém zablokování průtoku vody v pevném potrubí je voda vytlačována přes zpětný ventil pod tlakem do hydraulické nádrže umístěné nahoře. V jeho spodní části je armatura, na kterou se nasazuje výstupní hadice na vodu směřující ke spotřebiči. Zpětný ventil zabraňuje zpětnému vytékání vody – dochází tak k neustálému cyklickému plnění nádrže a kontinuálnímu stoupání a přivádění vody.
Uzavírací ventil zařízení pracuje automaticky, není tedy nutná přítomnost osoby a organizace její práce jiná než instalace zařízení.
Rýže. 4 Vzhled průmyslového hydraulického nárazového čerpadla
Je třeba poznamenat, že není třeba vyrábět taková zařízení sami; jsou vyráběny průmyslově v malých objemech.
Airlift
Zakladatelem metody je německý důlní inženýr Karl Loscher, který metodu vynalezl v roce 1797.
Rýže. 5 Princip činnosti vzduchového čerpadla a jeho varianty
Aerolift (airlift) je typ tryskového čerpadla, které využívá vzduch ke zvedání vody. Zařízení je dutá svislá trubka spuštěná do vody, na jejíž dno je připojena hadice. Když je vzduch pod tlakem přiváděn hadicí do potrubí, jeho bubliny se mísí s vodou a výsledná pěna stoupá vzhůru díky své lehké specifické hmotnosti.
Vzduch lze přivádět pomocí běžné ruční pumpy přes vsuvku, která zabraňuje jeho úniku zpět.
Rýže. 6 Automatický přívod vody vzduchovou dopravou pomocí kompresoru
Je docela snadné vyrobit takové zařízení pro dodávku vody v nepřítomnosti čerpadla vlastníma rukama a automatizovat proces, pokud je k dispozici kompresor dodávající vzduch.
Zvedání vody pístovým čerpadlem
Rýže. 7 Princip činnosti podomácku vyrobeného pístového čerpadla
Zařízení pro přívod vody do výšky můžete vyrobit metodou sání pomocí pístu. Zařízení je potrubí se systémem zpětných ventilů, uvnitř jehož válcové plochy se pohybuje píst. Při zpětném pohybu je při pohybu pístu vpřed nasávána voda do tělesa válce, zpětné ventily se uzavírají a voda je vytlačována.
Rýže. 8 Pístové čerpadlo v organizaci ručního zásobování vodou.
Držení pístové pumpy s dlouhou trubkou pro zvedání vody z velkých hloubek v rukou a čerpání vody je činnost pro trénované kulturisty, vhodnější je přizpůsobit ji zvedání vody z úzké studny připevněním k vnějšímu sloupku pomocí a zacházet s.
K rychlému zvedání vody z mělkých hloubek z úzkých štěrbin můžete použít jednoduché průmyslové zařízení. K tomu si vezměte ruční vodní pumpu a na její vstupní ventil umístěte dlouhou plastovou trubici. Domácí čerpadlo je spuštěno do vody dlouhým koncem trubky a čerpá opakovaným stisknutím tlačítka čerpadla.
Rýže. 9 Ruční čerpadlo pro zvedání vody
Způsoby zvedání vody bez elektrického čerpadla jsou neúčinné a vyžadují vážné náklady a úsilí na výrobu účinného a pohodlného zařízení, které jsou nesrovnatelné nejen s náklady na nejlevnější elektrické čerpadlo, ale také s drahými modely. Jejich použití má své opodstatnění při pobytu v oblastech s naprostým nedostatkem elektřiny, které lze zařadit mezi extrémní způsoby přežití.
Vždycky mě přitahovala zajímavá technická řešení, zejména ta, která umožňují s minimálním úsilím uspořádat něco velmi užitečného.
A pokud se zároveň vytvoří iluze porušení zákona zachování energie, pak je to obecně dobré: -)
A dnes si povíme právě o takových zařízeních, konkrétně o čerpadlech, která umožňují čerpat užitečnou látku bez dodávání externí energie*.
*Je třeba ihned poznamenat, že žádné z těchto čerpadel samozřejmě neporušuje zákon zachování energie. Aby tedy mohla vykonávat užitečnou práci, potřebují nějakou vnější energii. Zde se předpokládá, že se nejedná o lidskou práci ani o nic, co vyžaduje spotřebu paliva nebo elektřiny.
Jsou zajímavé, protože tato potrava může být získávána z přírodních zdrojů, a proto jejich práce může mít blahodárný vliv na člověka.
Kupodivu takové existují a jsou široce používány „v řadě úzkých oblastí“.
O toto téma se zajímám už docela dlouho a v různých fázích ho přiživovala díla jako „Yankee na dvoře krále Artuše“, „Tajemný ostrov“, „Zlá smrt 3“ atd., která jasně ukazují, že člověk s technickým smýšlením, i když skončí na neobydleném ostrově nebo v minulosti, se nikdy neztratí a bude se tam moci usadit. A navíc, aniž by měl k dispozici moderní technologie, bude si je tam schopen sám přinést
Dříve jsme se zabývali zajímavým konceptem, který teoreticky umožňuje „získat“ 15 kilovoltů (možná i více – toto číslo je určeno informacemi o experimentech, o kterých jsem se podařilo najít data) přímo z vody, bez jakýchkoli generátorů, a napájet rádiový vysílač vyrobený z drátu.
Dnes si povíme o absolutně neteoretických zařízeních, která jsou široce používána (nebo byla používána v minulosti), mají jednoduchou konstrukci, a proto jsou spolehlivá, a to: vodních čerpadlech, která pracují v automatickém režimu a čerpají vodu bez jakéhokoli externího napájení energií.
Každé z těchto zařízení lze postavit samostatně a dobře poslouží k zásobování vodou obydlené oblasti, vašeho skleníku, letního domu atd. a výběr konkrétního zařízení závisí pouze na tom, jakou sadu výchozích komponentů pro jeho konstrukci máte.
▍ Heronova fontána
Mezi historicky nejstarší zařízení tohoto typu tedy můžeme jmenovat „Heronovu fontánu“, jejíž autorství je připisováno Héronovi z Alexandrie, který žil v prvním století našeho letopočtu:
Jak je vidět na výše uvedeném diagramu, fontána tohoto typu se skládá ze tří propojených nádob, kde horní nádoba může být buď zcela uzavřená, nebo otevřená, například představující běžné jezírko.
Druhá a třetí nádoba shora musí být uzavřeny, zatímco druhá nádoba shora je naplněna vodou.
Tato fontána funguje následovně: voda z horní nádrže proudí do nejspodnější nádrže a postupně v ní zvyšuje tlak vzduchu, který skrze trubici umístěnou na pravé straně obrázku úměrně zvyšuje tlak vzduchu v druhé nádrži shora, což vede k vytlačení vody z této nádrže – čím více, tím větší je tlak.
Tato voda je vytlačována z nádrže trubicí a začíná stříkat ven po hladině nejvyšší nádrže.
Teoreticky by výška vodního paprsku nad hladinou nejvyšší nádrže mohla být přibližně rovna trubici na levé straně obrázku, tj. mezeře mezi nejvyšší a nejspodnější nádrží.
V případě potřeby lze provoz této fontány smyčkovat, například automatickým střídáním druhé a třetí nádrže – jedné za druhou, jakmile se jedna vyprázdní a druhá naplní.
Nebo instalací ventilů, které se také automaticky spustí v určitém časovém okamžiku a umožní nalévání vody ze spodní nádrže do druhé.
Je jasné, že se jedná spíše o hračku a její praktické využití může být pravděpodobně pouze k dekorativním účelům.
No a níže si můžeme prohlédnout praktickou ukázku, kde si od 3:00 můžete všimnout zajímavé variace – jak smyčkovat provoz této fontány tak, aby fungovala podmíněně donekonečna, bez jakýchkoli ventilů nebo výměny nádrží:
AKTUALIZACE. Jak bylo správně uvedeno v komentářích, v čase 3:58 je dána odpověď na otázku, proč to funguje 
Baterie a čerpadlo – to je celé tajemství! Takže ti, kteří chtějí, budou muset trochu víc přemýšlet o tom, jak toto čerpadlo skutečně zapnout a vypnout bez externího napájení.
Do vody můžete přidat i nějaké aroma (například jedlový olej – dříve jsem ho aktivně přidávala do ultrazvukového zvlhčovače: vůně byla jako v borovém lese), nebo repelent proti komárům, aby to nejen fungovalo, ale mělo to i nějaký přínos nejen pro oči, ale i pro celkový smysl
Pokud mluvíme o „smyčkových čerpadlech“ s externím napájením, můžeme si představit poměrně působivý příklad solárního fontánového čerpadla (videa jeho provozu jsou uvedena níže): solární baterie napájí malé čerpadlo, které nasává vodu a silou ji vrhá nahoru ve formě fontány. Mimochodem, na Ali je spousta takových fontán s klíčovými slovy „solární fontána“:
▍ Pulzní čerpadlo
Předpokládá se, že prvním autorem tohoto čerpadla je Charles Taylor, který jej vynalezl v roce 1910. V těchto letech však bylo určeno pro stlačování vzduchu, ve skutečnosti se jednalo o vzduchový kompresor pro dodávku vzduchu do tavicích pecí a také pro dýchání v těžebních provozech. V těchto letech se mu říkalo „Trompe“ (nebo rusky „Tromp“):
Jak vidíte na obrázku výše, voda padající z velké výšky (ve skutečnosti by „výška“ takových zařízení mohla dosáhnout i 100 metrů, respektive hloubky, protože se vyráběly v dolech), s sebou nese vzduch, který je nasáván otvory po stranách trubky.
Takové zařízení je v moderní terminologii v podstatě jednou z iterací „tryskového“ čerpadla.
Ve spodní části potrubí je utěsněná komora, která periodicky odvádí nahromaděnou vodu a nahromaděný vzduch pod tlakem je potrubím dodáván spotřebitelům.
Podobná zařízení se používala před rozšířeným zavedením vzduchových kompresorů, jak je známe dnes.
Pokud se toto zařízení používá k čerpání vody, bude vypadat takto:
Jak vidíte, celý systém se skládá ze dvou propojených nádrží, kde levá nádrž je umístěna o něco výše než pravá.
Voda, tekoucí z levé nádrže do nádoby umístěné pod oběma nádržemi, s sebou současně unáší vzduchové bubliny, které se hromadí v dolní nádrži, pod jejím stropem, kde je tato dolní nádrž zpočátku zcela naplněna vodou, a voda jí protéká do pravé nádrže.
Jak se pod stropem spodní nádrže hromadí vzduch, nastane bod, kdy je ho tolik, že hladina vody klesne tak nízko, že se odkryje spodní okraj potrubí vedoucího ze spodní nádrže.
Protože toto potrubí již obsahuje určité množství vody a jeho horní konec komunikuje s atmosférou, pak když tlak vzduchu stoupne nad atmosférický, tento tlak pronikne potrubím a začne tlačit vodní zátku před ním, zatímco tlak vzduchu v podzemní komoře úměrně klesá, spodní okraj potrubí opět „nabere“ vodu. A pak se celý cyklus opakuje.
Jak tedy vidíte, střídavé úseky vody a vzduchu neustále sledují potrubí stoupající nahoru a dodávka vody pomocí takového čerpadla je pulzní provoz, odkud vlastně dostalo i své jméno.
Jedno z provedení tohoto čerpadla je vidět na videu níže, kde je zobrazeno od 3:56:
Všechny výše uvedené konstrukce se však používají relativně zřídka (soudě podle otevřených zdrojů), ale pokud jde o skutečně sériově vyráběnou konstrukci, aktivně používanou pro hromadné zásobování vodou, jedná se o následující typ čerpadla: čerpadlo s vodním kladivem.
▍ Čerpadlo s vodním rázem (hydraulické pěchovací čerpadlo)
Jaké je tedy typické čerpadlo tohoto typu:
Jak vidíte, hned na začátku videa je zobrazen diagram, kde na levé straně, ve velké nadmořské výšce, se nachází vesnice, kde je voda čerpána pomocí čerpadla podobné konstrukce, které je napájeno tlakem vody z řeky, která se nachází na pravé straně. Tento tlak tedy umožňuje zvednout vodu do velké výšky, do vesnice.
Podobný systém, pouze se dvěma výstupními trubkami, je vidět na videu níže, kde s délkou výstupních trubek 320 metrů umožňuje čerpání vody do nádrže umístěné 53 metrů nad čerpadlem s průtokem vody 65 litrů za minutu:
A ve videu níže můžete vidět, jak byl organizován systém zásobování vodou v jedné z vesnic na ostrově Sumatra, kde délka vstupního potrubí pro vodní kladivo je 24 m, bazén s napájecí vodou se nachází ve výšce 5,5 m, délka výstupního potrubí je 1,3 km a vesnice se nachází nad čerpadlem ve výšce 45 m.
První video ukazuje proces montáže těchto čerpadel a druhé video ukazuje, jak vypadají v provozu:
Je třeba hned říci, že pro provoz tohoto čerpadla je nutný zdroj vody umístěný mírně nad čerpadlem.
Čerpadlo funguje následovně: voda protékající potrubím má dostatečnou kinetickou energii a v určitém bodě se její průtok zvýší natolik, že uzavře vypouštěcí ventil na konci potrubí, což vede k prudkému nárůstu tlaku v potrubí a otevření výstupního ventilu umístěného výše.
Otevřeným výstupním ventilem proudí voda potrubím ke spotřebiteli a současně stlačuje vzduch v expanzní nádrži, což slouží k rovnoměrnějšímu chodu čerpadla (poněkud vyhlazuje pulzace při přívodu vody, takže voda z kohoutku bude podmíněně proudit víceméně rovnoměrně).
Jakmile objem vody proudí ke spotřebiteli, tlak v potrubí, kterým je voda do systému přiváděna, klesá, což vede k uzavření výstupního ventilu nahoře a otevření vypouštěcího ventilu na konci potrubí, po kterém se celý cyklus opakuje.
S celou touto konstrukcí je jeden zjevný problém, a to, že expanzní nádrž, která obsahuje určitý vzduch, tento vzduch postupně ztrácí v důsledku toho, že se vzduch časem rozpouští ve vodě.
Aby se tomu zabránilo, je nutné nainstalovat vzduchový ventil, který při každém uzavření výfukového ventilu nasáje malé množství vzduchu z atmosféry a ve válci se vytvoří malý podtlak.
Pro spolehlivý provoz čerpadla je nutné, aby potrubí, kterým voda vstupuje do čerpadla, bylo 3krát delší než výškový rozdíl mezi zdrojem vody a čerpadlem a potrubí, ve kterém dochází k vodnímu rázu, by mělo být co nejrovnější.
Zájemci budou pravděpodobně mít mnoho praktických otázek týkajících se konstrukčních proměnných této hydraulické pístové jednotky.
Tyto podrobnosti záměrně neuvádím, protože jejich řádné a úplné posouzení by daleko přesahovalo rámec článku.
Místo toho doporučuji přečíst si knihu: V.M. Ovsepyan – „Hydraulický píst a beranidlové instalace. Teorie, výpočet a návrh“ (Moskva, 1968), kde jsou všechny tyto otázky dostatečně podrobně zváženy:
A nakonec ještě pár videí o hydraulických pístových systémech: od montáže až po spuštění.
Abych to shrnul, rád bych řekl, že člověk je takový tvor, že chce „všechno najednou a nejlépe bez námahy“. Existují však oblasti techniky, kde je to kupodivu možné, a automatická vodní čerpadla, která fungují na principu přírodních sil, jsou jednou z takových zajímavých oblastí…
© 2025 MT FINANCE s.r.o.
- ruvds_articles
- hydraulický píst
- Heronovo čerpadlo
- pulzní čerpadlo
