1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29677
(51) F04F 1/18 (2006.01)
F04F 5/02 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/1897.1
(22) 13.12.2013
(45) 16.03.2015, бюл. №3
(72) Яковлев Александр Александрович; Саркынов
Ербол; Асанбеков Бакдаулет Абибуллаевич;
Тлеукулов Алмас Токтасынович; Жакупова Жанар
Зиядовна; Малау Рахима Сулеймановна; Сайын
Аскар Сайынулы
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный аграрный университет"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) KZ 20252 A, 17.11.2008
KZ 10811 A, 15.10.2001
SU 1606745 A1, 15.11.1990
SU 1504375 A1, 30.08.1989
SU 1086236 A, 15.04.1984
US 6220822 B1, 24.04.2001
JP 3572667 B2, 05.10.2004
Струйные насосы. Конструкции современных
насосов. 2006. URL: http://www.nsosinfo.ru/node/28
(54) ПНЕВМОВАКУУМНАЯ (ЭРЛИФТНАЯ)
НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
(57) Изобретение относится к области
насосостроения, в частности, к конструкции
пневмовакуумной (эрлифтной) насосной установки,
и может быть использовано для подъёма воды из
подземных водоисточников с улучшением качества
поднимаемой воды методом аэрации.
Конструкция пневмовакуумной (эрлифтной)
насосной установки обеспечивает улучшение
энергетических показателей путем
совершенствования технологического процесса:
повышение создаваемого вакуума в форсунке и
увеличение подсоса поднимаемой воды в
водоподъёмный трубопровод за счёт кинетической
энергии создаваемой водовоздушной смеси, а также
использование атмосферного воздуха,
засасываемого через эжектор за счёт кинетической
энергии поступающей водовоздушной смеси, для
улучшения качества поднимаемой воды методом
аэрации без дополнительного использования
рабочего сжатого воздуха, в результате повышается
подача и КПД насосной установки.
Насосная установка (Фиг.1) состоит из
водоподъёмной 1 и воздухопроводной 2 труб,
соединённых между собой в нижней части
форсункой 3, включающей корпус - трубу 4, днище
5 со всасывающей трубой 6, впускное отверстие с
седлом которой перекрывается обратным клапаном
7, подпружиненным пружиной сжатия 8, и крышку
9 с подсоединительными патрубками 10 и 11, с
внутренней стороны которой установлены активное
сопло 12 в виде U-образного патрубка, входная
часть которого соединена с
воздухоподсоединительным патрубком 10, а
выходная часть снабжена дополнительным
пассивно-активным соплом 13 в виде конфузора 14,
смесительной камеры 15, диффузора 16 и сопла 17,
установленным соосно между его активным соплом
12 и пассивным соплом 18 водоподсоединительного
патрубка 11 и взаимодействующим пассивной
частью 14 с активным соплом 12 U-образного
патрубка, а активной частью 17 с пассивным соплом
18 водоподсоединительного патрубка 11,
выполненного в виде конфузора 19 со смесительной
камерой 20 и диффузором 21, при этом активные
сопла по отношению к пассивным соплам
установлены соосно и выполнены регулируемыми в
осевом направлении посредством резьбового
соединения 22.
Водоподъёмная 1 труба в верхней части
снабжены эжектором 23, подающий патрубок 24 с
активным соплом 25 которой через угольник 26
соединён с верхней частью водоподъёмной трубы 1
и выполнен с возможностью осевого перемещения и
регулирования посредством резьбового соединения
22, а всасывающий патрубок 27 пассивного сопла 28
сообщён в зоне образования вакуума через отвод 29
с атмосферным воздухом.
Пассивное сопло 28 всасывающего патрубка 27
эжектора 23 через смесительную камеру 30 с
диффузором 31 сообщено с водовоздухоприёмной
ёмкостью 32, имеющей водоотводной 33 и
воздухосбросной 34 патрубки с вентилями 35 и 36.
(19)KZ(13)B(11)29677

2. 29677
2
Изобретение относится к области
насосостроения, в частности, к конструкции
пневмовакуумной (эрлифтной) насосной установки,
и может быть использовано для подъёма воды из
подземных водоисточников с улучшением качества
поднимаемой воды методом аэрации.
Известен струйный аппарат для подъёма и
перекачивания воды (М.В.Луговской и др. Средства
механизации и основы расчёта систем
сельскохозяйственного водоснабжения. М.:
Машиностроение, 1969. с.21-25), состоящий из
подводящего патрубка с активным соплом,
всасывающего патрубка с пассивным соплом,
смесительной камеры с диффузором, которые
взаимосвязаны и соосно установлены между собой,
активное сопло подводящего патрубка размещено
внутри пассивного сопла всасывающего патрубка,
примыкающего к смесительной камере.
Недостатком этого струйного аппарата является
малый диапазон использования по высоте
водоподъёма, обеспечивающий лишь вакуумным
напором за счёт разряжения, а также
неиспользование его для улучшения качества
поднимаемой воды методом аэрации.
Известен воздушный водоподъёмник (эрлифт)
для подъёма воды из скважин (Предпатент КZ
№10811, кл. F04F 1/18, 2001г, Бюл. №10),
состоящий из водоподъёмной и воздухопроводной
труб, соединённых между собой в нижней части
форсункой, включающей корпус-трубу, днище со
всасывающей трубой, впускное отверстие с седлом
которой перекрывается обратным клапаном,
подпружиненным пружиной сжатия, и крышку с
подсоединительными патрубками.
Недостатком этого воздушного водоподъёмника
(эрлифта) является необходимость значительного
заглубления форсунки с водоподъёмными и
воздухопроводными трубами под динамический
уровень воды в скважине, например, для
осуществления технологического процесса
водоподъёма с оптимальными выходными
параметрами по подаче и КПД, необходимо
форсунку заглубить под динамический столб воды в
скважине, равный высоте водоподъёма, в результате
большой расход водоподъёмных и
воздухопроводных труб и соответственно большая
металлоемкость водоподъёмника. Несмотря на то,
что для подъёма воды используется сжатый воздух,
качество поднимаемой воды улучшается
незначительно, так как технологический процесс
проходит порционно (вода + воздух и т.д.) и
поэтому поднимаемая вода ни в форсунке, ни в
водоподъёмных трубах не подвергается достаточной
аэрацией. Причиной недостатка является
конструкция водоподъёмника.
Известен пневмовакуумный водоподъёмник для
подъёма воды из скважин (Предпатент KZ №20252,
кл. F04F 1/18, F04F 5/2, 2008г, Бюл. №11),
состоящий из водоподъёмной и воздухопроводной
труб, соединённых между собой в нижней части
форсункой, включающей корпус-трубу, днище со
всасывающей трубой, впускное отверстие с седлом
которой перекрывается обратным клапаном,
подпружиненным пружиной сжатия, и крышку с
подсоединительными патрубками, которая снабжена
с внутренней её стороны активным соплом в виде U-
образного патрубка, входная часть которого
соединена с воздухоподсоединительным патрубком,
и пассивным соплом, выполненным в виде
конфузора со смесительной камерой и диффузором
и соединённым с водоподсоединительным
патрубком, выходная часть активного сопла соосно
установлена внутри пассивного сопла, а
водоподъёмная и воздухопроводная трубы в верхней
части снабжены эжектором, всасывающий патрубок
с пассивным соплом которого соединён с
водоподъёмной трубой, подающий патрубок с
активным соплом, снабжённый вентилем и
тройником, соединён через один отвод и вентиль с
воздухопроводной трубой, другой - с источником
сжатого воздуха. Активное сопло подающего
патрубка эжектора выполнено в виде съёмных и
регулируемых в осевом направлении насадка и
конфузора с дополнительным пассивным соплом,
помещённых в направляющей, выполненной в виде
конфузора с радиальным отверстием и насадкой и
соосно установленной и примыкающей к торцу
полости всасывающего патрубка, пассивное сопло
которого через смесительную камеру с диффузором
сообщено с водовоздухоприёмной ёмкостью,
снабжённой водоотводным и воздухосбросным
патрубками с вентилями.
Недостатком данного пневмовакуумного
водоподъёмника является недостаточность
создаваемого вакуума в форсунке, лишь за счёт
кинетической энергии сжатого воздуха и не
используется кинетическая энергия создаваемой
водовоздушной смеси и соответственно
уменьшается подсос поднимаемой воды в
водоподъёмный трубопровод, в результате
снижается подача водоподъёмника. Недостатком
также является использование рабочего сжатого
воздуха для улучшения качества поднимаемой воды
методом аэрации, которое приводит к уменьшению
расхода сжатого воздуха на основной
технологический процесс и соответственно к
уменьшению подачи водоподъёмника, а не
использование атмосферного воздуха, который
может через эжектор засасываться за счёт
кинетической энергии поступающей водовоздушной
смеси и вместе с водовоздушной смесью поступать
в водовоздухоприёмную ёмкость, улучшая качество
поднимаемой воды без дополнительного
использования сжатого воздуха. Причиной
недостатка является конструкция пневмовакуумного
водоподъёмника.
Задачей изобретения является создание
пневмовакуумной (эрлифтной) насосной установки
с улучшенными показателями.
Технический результат изобретения - улучшение
энергетических показателей путем
совершенствования технологического процесса:
повышение создаваемого вакуума в форсунке и
увеличение подсоса поднимаемой воды в
водоподъёмный трубопровод за счёт кинетической
энергии создаваемой водовоздушной смеси, в

3. 29677
3
результате повышается подача насосной установки;
использование атмосферного воздуха,
засасываемого через эжектор за счёт кинетической
энергии поступающей водовоздушной смеси, для
улучшения качества поднимаемой воды методом
аэрации без дополнительного использования
рабочего сжатого воздуха, в результате повышается
подача насосной установки.
Технический результат достигается тем, что
пневмовакуумная (эрлифтная) насосная установка,
состоящая из водоподъёмной и воздухопроводной
труб, и соединённых между собой в нижней части
форсункой, включающей корпус- трубу, днище со
всасывающей трубой, впускное отверстие с седлом
которой перекрывается обратным клапаном,
подпружиненным пружиной сжатия, крышку с
подсоединительными патрубками, с внутренней
стороны которой установлены активное сопло в
виде U-образного патрубка, входная часть которого
соединена с воздухоподсоединительным патрубком,
и пассивное сопло в виде конфузора со
смесительной камерой и диффузором соединено с
водоподсоединительным патрубком, выходная часть
активного сопла соосно установлена внутри
пассивного сопла, а водоподъёмная труба в верхней
части снабжена эжектором, состоящим из
подающего патрубка с активным соплом и
всасывающего патрубка с пассивным соплом,
который через смесительную камеру и диффузор
соединён с водовоздухоприёмной ёмкостью,
имеющей водоотводной и воздухосбросной
патрубки с вентилями, согласно изобретению,
активное сопло U - образного патрубка снабжено
дополнительным пассивно-активным соплом,
установленным соосно между активным и
пассивным соплами и взаимодействующим
пассивной частью с активным соплом U - образного
патрубка, а активной частью с пассивным соплом
водоподсоединительного патрубка, при этом
активные сопла по отношению к пассивным соплам
выполнены регулируемыми в осевом направлении
посредством, например, резьбового соединения,
подающий патрубок с активным соплом эжектора
через угольник соединён с верхней частью
водоподъёмной трубы и выполнен с возможностью
регулирования с осевым перемещением
посредством резьбового соединения, а всасывающий
патрубок пассивного сопла, соединённый через
смесительную камеру и диффузор с
водовоздухоприёмной ёмкостью, сообщён в зоне
образования вакуума с атмосферным воздухом.
Причинно-следственная связь между
техническим результатом и существенными
признаками очевидна: снабжение активного сопла
U-образного патрубка дополнительным пассивно-
активным соплом, установленным соосно между
активным и пассивным соплами и
взаимодействующим пассивной частью с активным
соплом U - образного патрубка, а активной частью с
пассивным соплом водоподсоединительного
патрубка, при этом активные сопла по отношению к
пассивным соплам выполнены регулируемыми в
осевом направлении посредством, например,
резьбового соединения, позволяет повысить
создаваемый вакуум в форсунке от использования
кинетической энергии водовоздушной смеси при
прохождении её через активную часть пассивно-
активного сопла, создавая дополнительное
разряжение (вакуум) в пассивном сопле
водоподающего патрубка водоподъёмной трубы и
засасывая дополнительно воду из форсунки в
водоподъёмный трубопровод, в результате
увеличивается количество воды, поступающей в
водоподъёмный трубопровод и соответственно
повышается подача насосной установки.
Увеличение создаваемого вакуума в форсунке,
позволяет улучшить процесс её заполнения и
уменьшить погружение её под динамический
уровень воды в водоисточнике.
Соединение подающего патрубка с активным
соплом эжектора через угольник с верхней частью
водоподъёмной трубы, выполнение активного сопла
по отношению к пассивному с возможностью
регулирования с осевым перемещением
посредством резьбового соединения и сообщение
всасывающего патрубка пассивного сопла в зоне
образования вакуума с атмосферным воздухом,
позволяет использовать атмосферный воздух,
засасываемый через эжектор за счёт кинетической
энергии поступающей водовоздушной смеси, для
улучшения качества поднимаемой воды методом
аэрации без дополнительного использования
рабочего сжатого воздуха, в результате расход
сжатого воздуха полностью используется на
выполнение основного технологического процесса,
поэтому повышается подача и КПД насосной
установки.
Выполнение активных сопел по отношению к
пассивным соплам регулируемыми в осевом
направлении посредством, например, резьбового
соединения, позволяет устанавливать щелевое
сечение между активным и пассивным соплами в
оптимальном режиме в зависимости от исходных
параметров подающего сжатого воздуха,
водовоздушной смеси и необходимого расхода
атмосферного воздуха, увеличивая эффективность
технологического процесса водоподъёма и аэрации
по улучшению качества поднимаемой воды.
Таким образом, заявленная группа признаков
обеспечивает улучшение показателей
пневмовакуумной (эрлифтной) насосной установки
с одновременным улучшением качества
поднимаемой воды, т.е. технический результат
достигается.
Сущность изобретения поясняется чертежом
(Фиг.1).
Пневмовакуумный водоподъёмник состоит из
водоподъёмной 1 и воздухопроводной 2 труб,
соединённых между собой в нижней части
форсункой 3, включающей корпус - трубу 4, днище
5 со всасывающей трубой 6, впускное отверстие с
седлом которой перекрывается обратным клапаном
7, подпружиненным пружиной сжатия 8, и крышку 9
с подсоединительными патрубками 10 и 11, с
внутренней стороны которой установлены активное
сопло 12 в виде U-образного патрубка, входная

4. 29677
4
часть которого соединена с
воздухоподсоединительным патрубком 10, а
выходная часть снабжена дополнительным
пассивно-активным соплом 13 в виде конфузора 14,
смесительной камеры 15, диффузора 16 и сопла 17,
установленным соосно между его активным соплом
12 и пассивным соплом 18 водоподсоединительного
патрубка 11 и взаимодействующим пассивной
частью 14 с активным соплом 12 U-образного
патрубка, а активной частью 17 с пассивным соплом
18 водоподсоединительного патрубка 11,
выполненного в виде конфузора 19 со смесительной
камерой 20 и диффузором 21, при этом активные
сопла по отношению к пассивным соплам
установлены соосно и выполнены регулируемыми в
осевом направлении посредством резьбового
соединения 22.
Водоподъёмная труба 1 в верхней части
снабжена эжектором 23, подающий патрубок 24 с
активным соплом 25 которой через угольник 26
соединён с верхней частью водоподъёмной трубы 1
и выполнен с возможностью регулирования с
осевым перемещением посредством резьбового
соединения 22, а всасывающий патрубок 27
пассивного сопла 28 сообщён в зоне образования
вакуума через отвод 29 с атмосферным воздухом.
Пассивное сопло 28 всасывающего патрубка 27
эжектора 23 через смесительную камеру 30 с
диффузором 31 сообщено с водовоздухоприёмной
ёмкостью 32, имеющей водоотводной 33 и
воздухосбросной 34 патрубки с вентилями 35 и 36.
Пневмовакуумная (эрлифтная) насосная
установка работает следующим образом (Фиг.1.)
При опущенной в водоисточник, например,
скважину форсунки 3 с водоподъёмными 1 и
воздухопроводными 2 трубами на глубину Нф,
равной сумме динамического уровня Нд и
вакуумного напора Нвак, создаваемого в форсунке 3,
в водоподъёмных 1 и воздухопроводных 2 трубах
вода заполняется не до статического уровня, а ниже-
до динамического из-за воздействия пружины
сжатия 8 на обратный клапан 7, перекрывающий
впускное отверстие всасывающей трубы 6, усилие
которой задаётся величиной вакуумного напора,
создаваемого внутри форсунки 3. А при пуске
сжатого воздуха в воздухопроводные трубы 2 при
открытии вентиля 37, в них создаётся давление и
воздух, проходя через активное 12 и пассивное 14
сопла в форсунке 3, создаёт разряжение, в
результате чего обратный клапан 7 в форсунке 3,
преодолевая усилие пружины сжатия 8, открывается
и вода поступает через пассивное сопло 14 в
смесительную камеру 15 дополнительного
пассивно-активного сопла 13, где перемешиваясь с
сжатым воздухом, поступает в виде водовоздушной
смеси; по диффузору 16 и, проходя через активное
сопло 17, создаёт разряжение (вакуум) во
всасывающем патрубке в пассивном сопле 18 и вода
из форсунки 3 новой порцией засасывается во
всасывающий патрубок пассивного сопла 18 и
подаётся в смесительную камеру 20 и вместе с
водовоздушной смесью через диффузор 21 подаётся
в водоподъёмные трубы 1.
В верхней части водоподъёмной трубы 1 водо-
воздушная смесь, проходя через активное сопло 25
эжектора 23, создаёт разряжение (вакуум) в
пассивном сопле 28 и через всасывающий патрубок
27 засасывает атмосферный воздух и поступает
вместе с водовоздушной смесью в смесительную
камеру 30, где, интенсивно перемешиваясь,
завершается процесс аэрации воды атмосферным
воздухом и через диффузор 31 вода поступает в
водовоздухоприёмную ёмкость 32, где воздух,
отделяясь от воды, выходит через воздухосбросной
патрубок 34 и вентиль 36 в атмосферу, а при
открытии вентиля 35 водоотводного патрубка 33
вода улучшенного качества поступает к
потребителю. Водовоздушная смесь при
установившемся режиме непрерывно поступает в
водоподъёмные трубы 1 и таким образом, проходит
технологический процесс водоподъёма
пневмовакуумной (эрлифтной) насосной установки.
Для подачи воды к потребителю под напором, в
водовоздухоприёмной ёмкости 32 может
создаваться избыточное давление путём
дросселирования вентилем 36 сброса отработанного
воздуха через воздухосбросной патрубок 34.
Остановка работы пневмовакуумной (эрлифтной)
насосной установки осуществляется перекрытием
подачи сжатого воздуха в воздухопроводные трубы
2 вентилем 37 или остановкой автономного
компрессора, при этом подача водовоздушной смеси
по водоподъёмным трубам 1 прекращается,
подпружиненный обратный клапан 7 перекрывает
поступление воды через всасывающую трубу 6 в
форсунку 3, предотвращая поступление воды в
водоподъёмные 1 и воздухопроводные 2 трубы до
статического уровня.
При повторной подаче сжатого воздуха в
воздухопроводные трубы 2, технологический
процесс работы пневмовакуумной (эрлифтной)
насосной установки повторяется.
Таким образом, предлагаемая конструкция
пневмовакуумной (эрлифтной) насосной установки
обеспечивает, улучшение энергетических
показателей путем совершенствования
технологического процесса: повышение
создаваемого вакуума в форсунке и увеличение
подсоса поднимаемой воды в водоподъёмный
трубопровод за счёт кинетической энергии
создаваемой водовоздушной смеси, а также
использование атмосферного воздуха,
засасываемого через эжектор за счёт кинетической
энергии поступающей водовоздушной смеси, для
улучшения качества поднимаемой воды методом
аэрации без дополнительного использования
рабочего сжатого воздуха, в результате повышается
подача и КПД насосной установки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Пневмовакуумная (эрлифтная) насосная
установка, состоящая из водоподъёмных и
воздухопроводных труб, соединённых между собой
в нижней части форсункой, включающей корпус-
трубу, днище со всасывающей трубой, впускное

5. 29677
5
отверстие с седлом, которая перекрывается
обратным клапаном, подпружиненным пружиной
сжатия, и крышку с подсоединительными
патрубками, с внутренней стороны которой
установлены активное сопло в виде U-образного
патрубка, входная часть которого соединена с
воздухоподсоединительным патрубком, и пассивное
сопло в виде конфузора со смесительной камерой и
диффузором соединено с водоподсоединительным
патрубком, выходная часть активного сопла соосно
установлена внутри пассивного сопла, а
водоподъёмная труба в верхней части снабжена
эжектором, состоящим из подающего патрубка с
активным соплом и всасывающего патрубка с
пассивным соплом, который через смесительную
камеру и диффузор соединён с
водовоздухоприёмной ёмкостью, имеющей
водоотводной и воздухосбросной патрубки с
вентилями, отличающаяся тем, что активное сопло
U-образного патрубка снабжено дополнительным
пассивно-активным соплом, установленным соосно
между активным и пассивным соплами и
взаимодействующим пассивной частью с активным
соплом U-образного патрубка, активной частью с
пассивным соплом водоподсоединительного
патрубка, а подающий патрубок с активным соплом
эжектора через угольник соединён с верхней частью
водоподъёмной трубы и всасывающий патрубок
пассивного сопла, соединённый через смесительную
камеру и диффузор с водовоздухоприёмной
ёмкостью, сообщён в зоне образования вакуума с
атмосферным воздухом.
2. Насосная установка по п.1, отличающаяся
тем, что активные сопла форсунки по отношению к
пассивным соплам выполнены регулируемыми в
осевом направлении посредством, например,
резьбового соединения.
3. Насосная установка по п.1, отличающаяся
тем, что подающий патрубок с активным соплом
эжектора выполнен с возможностью осевого
перемещения и регулирования посредством,
например, резьбового соединения.
4. Насосная установка по п.1, отличающаяся
тем, что всасывающий патрубок пассивного сопла
эжектора выполнен во входной его части на боковой
поверхности в виде отвода, а на торцевой, например,
муфты с резьбовым соединением.
Верстка А. Сарсекеева
Корректор К. Нгметжанова