Отключили электричество, колодец расположен внизу участка, а грядки на возвышенности уже трескаются от засухи? Или подвал затоплен, а у соседа насос занят? Картина до боли знакомая многим.
Для подобных ситуаций решение придумали ещё около 2300 лет назад — и с тех пор ничего принципиально более простого и надёжного человечество так и не изобрело. Речь идёт о винте Архимеда — устройстве с единственной подвижной деталью, способном поднимать воду вверх за счёт обычного вращения.
Сегодня такие механизмы без всякого электричества работают в лондонских канализационных системах, на норвежских рыбных хозяйствах и на дачных участках по всей России. Разберёмся, как устроен этот насос, какой объём воды он реально способен перекачать и возможно ли собрать его из подручных материалов всего за один выходной.
Создал этот механизм Архимед примерно в 250 году до н.э. Изначально его применяли для орошения полей и осушения заболоченных территорий.
Как это устроено: подъём воды без двигателя
Конструкция предельно проста. Представьте трубу, установленную под наклоном 25–35 градусов к поверхности земли. Внутри неё — либо снаружи, если речь об открытом варианте — размещена спираль, напоминающая гигантский винт. Нижний край погружён в воду, верхний направлен к бочке или канаве. Начинаете вращать — и вода поднимается вверх.
Принцип действия элементарен: при каждом обороте нижний виток спирали захватывает порцию воды. Когда вал проворачивается, эта порция оказывается зажатой между витками и постепенно перемещается к верхнему выходу. Сама вода не крутится вместе с винтом — она стремится занять самую нижнюю точку внутри каждого «кармана». А эта нижняя точка по мере вращения постепенно смещается вверх. В этом и заключается весь механизм.
Есть важный нюанс: между порциями воды обязательно должен оставаться воздух. Если заполнить винт полностью, движение остановится. Именно воздушные прослойки между водяными «порциями» создают тягу. Поэтому такой насос отлично справляется с грязной водой — илом, листьями, мелкими ветками — там, где центробежный агрегат давно бы вышел из строя.
Расчёты: реальная производительность
Дальше начинается инженерная часть. Эффективность зависит от трёх ключевых факторов: диаметра винта, частоты вращения и угла установки.
Формула объёмного расхода выглядит так:
Q = π × (D² − d²) / 4 × S × N × η
Где D — внешний диаметр, d — диаметр центрального вала, S — шаг спирали, N — число оборотов в секунду, η — коэффициент наполнения (обычно 0,8–0,9).
Не стоит пугаться формулы — на практике даже человек без технического образования разберётся за несколько минут.
Пример для дачного участка. Берём ПВХ-трубу диаметром 110 мм, наматываем шланг с шагом 110 мм (когда шаг равен диаметру — это оптимально), вращаем со скоростью около 40 оборотов в минуту. При коэффициенте наполнения 0,85 получаем примерно 35–40 литров в минуту, то есть около 2,1 кубометра в час. Для полива шести соток этого более чем достаточно.
Теперь о мощности. Чтобы перекачивать 100 литров в минуту на высоту 2 метра при КПД 75%, потребуется примерно 45 ватт. Человек на велосипеде способен развивать 80–150 ватт. Значит, педальный привод для такого насоса — вполне реальное и рабочее решение.
Сборка своими руками: минимум деталей
Самый доступный вариант — способ «трубка на трубе». Понадобится стандартная канализационная ПВХ-труба диаметром 110 мм — она станет центральным валом. Далее берём прозрачный виниловый шланг диаметром 20 мм.
Прозрачность нужна не для красоты: через него видно, пошла ли вода, и легко понять, всё ли собрано правильно.
Шланг плотно наматывается на трубу с равномерным шагом около 110 мм. Закрепляется нейлоновыми стяжками через каждые 15–20 см. Нижний конец шланга должен выступать за край трубы на 10–15 см — это зона захвата воды. Верхний выводится в ёмкость или канаву.
Конструкцию устанавливают под углом 25–30 градусов, нижнюю часть опускают в источник воды — будь то пруд, лужа после дождя или затопленный подвал. Начинаете вращать вал — и спустя несколько оборотов сверху появляется поток воды.
Вращать вручную возможно, но довольно утомительно. Поэтому дачники давно придумали способы доработки.
Велосипедный вариант: старый велосипед ставят рядом, снимают заднее колесо и соединяют цепью педали с валом насоса. Крутить педали значительно удобнее.
Ветряной способ: на верхнем конце вала закрепляют лопасти, и при ветре насос работает самостоятельно, наполняя накопительную бочку.
Если рядом есть ручей, можно использовать водяное колесо, которое будет вращать винт без участия человека.
Ограничения конструкции
Подъём на большую высоту — не его сильная сторона. При превышении примерно 5 метров производительность заметно падает. А если наклон сделать больше 45 градусов, вода не удерживается в витках и стекает обратно. Для глубины 10–20 метров этот механизм уже не подходит.
Есть и обратный эффект. Если резко остановить вращение, столб воды внутри начинает двигаться вниз и раскручивает вал в противоположную сторону. В самодельном варианте это просто всплеск. В серьёзных установках возможна поломка передачи, поэтому там применяют храповики. В бытовых условиях достаточно плавно прекращать вращение.
Не стоит забывать о зиме. Перед морозами воду из системы нужно полностью удалить, иначе замерзание разорвёт шланг. Слить её просто: прокрутите вал в обратную сторону до полного опустошения.
Сравнение с другими безмоторными насосами
У винта Архимеда есть три основных конкурента.
Гидравлический таран использует энергию водяного удара и способен поднимать воду на 30–50 метров, работая круглосуточно без участия человека. Но он требует постоянного проточного ручья, перекачивает лишь 5–15% потока и чувствителен к песку. Для чистого горного источника — отличное решение, для откачки грязного подвала — нет.
Верёвочный насос представляет собой замкнутый трос с резиновыми шайбами внутри трубы. Он поднимает воду из скважин глубиной до 40–60 метров и стоит недорого. Однако верёвка изнашивается, а механизм открыт для загрязнений. Для узкой скважины — хороший бюджетный вариант, для открытого водоёма — неудобен.
Педальный поршневой насос обеспечивает производительность до 5 кубометров в час. Но конструкция сложнее: клапаны, поршни, уплотнения требуют точности и регулярного обслуживания. Попадание мусора может привести к поломке.
Винт Архимеда выигрывает там, где остальные уступают: при работе с загрязнённой водой, в открытых водоёмах, при небольшой высоте подъёма и минимальном обслуживании.
Сорок литров в минуту без единого ватта электроэнергии — этого достаточно для полива и вполне хватает для осушения ямы. И главное преимущество — в конструкции практически нечему ломаться.
