Wprowadzenie: Pompa ręczna do wody
Pompy ręczne to rodzaj ręcznie obsługiwanej pompy wyporowej. Są powszechnie stosowane w wielu obszarach wiejskich, gdzie brak jest infrastruktury wodociągowej. Pompy ręczne charakteryzują się prostą i solidną konstrukcją, wymagają minimalnej konserwacji i są łatwe w obsłudze, co przyczyniło się do ich szerokiego zastosowania na całym świecie.
Pompa ręczna
Historia pomp ręcznych
Wynalezienie ręcznie obsługiwanej pompy tłokowej miało miejsce w Europie i sięga XV wieku. W kolejnych stuleciach większość wiosek, miasteczek i miast zyskała dostęp do niezawodnego źródła wody dzięki pompie ręcznej lub tradycyjnej studni. Zazwyczaj pompy ręczne były instalowane nad istniejącymi studniami, co oznaczało raczej ulepszenie istniejącej infrastruktury niż całkowicie nową formę infrastruktury.
Diagram średniowiecznej pompy tłokowej
Ponieważ pompy ręczne często instalowano w centrum społeczności, aby ułatwić dostęp lokalnym mieszkańcom, często nazywano je ‘pompami parafialnymi’; wynikało to z faktu, że kościoły i parafie były lokalnym punktem spotkań w większości społeczności, więc sensowne było instalowanie pomp wodnych w pobliżu. Inną nazwą szeroko stosowaną dla tego typu pompy studziennej jest ‘pompa dzbanowa’.
Pompa ręczna / Pompa parafialna / Pompa dzbanowa
Zanieczyszczenie wody z pompy ręcznej (lub jakiegokolwiek źródła wody studziennej) jest możliwe, ponieważ woda jest pobierana z gleby. Cholera to jedna z bakterii, która może rozprzestrzeniać się poprzez spożycie zanieczyszczonej wody. John Snow udowodnił rozprzestrzenianie się cholery przez wodę po wybuchu epidemii w 1854 roku na Broad Street w Londynie. Podejrzewając, że źródłem epidemii była zanieczyszczona woda, usunął uchwyt z lokalnej pompy wodnej, a liczba przypadków cholery wkrótce się zmniejszyła. Dzięki swojej trafnej hipotezie i metodzie, jaką się posłużył, John Snow jest dziś uważany za założyciela epidemiologii (nauki o tym, jak bakterie i wirusy występują i się rozprzestrzeniają).
John Snow – założyciel epidemiologii
Podoba Ci się ten artykuł? Koniecznie sprawdź nasze Kursy Wideo z Inżynierii! Każdy kurs zawiera quiz, podręcznik, a po jego ukończeniu otrzymasz certyfikat. Ciesz się!
Komponenty pompy ręcznej
Pompa ręczna składa się z niewielu elementów, które zazwyczaj obejmują te wymienione poniżej, ale liczba i rodzaj części zależą od indywidualnego projektu pompy.
Wlot ssący – długa, pusta rura łącząca cylinder pompy z źródłem wody.
Cylinder – pusty cylinder, który otacza tłok, zawór stopowy i zawór tłokowy.
Wylot – pusta rura umożliwiająca przepływ wody z cylindra do punktu konsumpcji.
Tłok – zespół umożliwiający instalację zaworu zwrotnego i klatki zatrzymującej.
Pręt tłokowy – solidny metalowy pręt łączący tłok z uchwytem/dźwignią.
Uchwyt/Dźwignia – używany do zapewnienia operatorowi przewagi mechanicznej; czasami nazywany ‘prętem siłowym’.
Zawór stopowy – zawór zwrotny umieszczony u podstawy cylindra.
Komponenty pompy ręcznej
Teoria działania pompy ręcznej
Celem ręcznie obsługiwanej pompy studziennej jest podniesienie cieczy z niższego poziomu na wyższy, w sposób bezpieczny i efektywny. Przewaga mechaniczna uzyskana dzięki uchwytowi/dźwigni pompy ręcznej zależy od siły użytkownika i długości uchwytu; można to wyjaśnić, analizując moment siły w obliczeniach:
Moment = Siła x Odległość
M = F.d
Gdzie:
Moment = efekt obrotowy siły wokół punktu obrotu.
Siła = siła zastosowana przez operatora.
Odległość = odległość od punktu obrotu.
Mechanika pompy ręcznej
Zwiększenie długości uchwytu zwiększa odległość od punktu obrotu, a tym samym wynikowy moment. Zwiększenie zastosowanej siły również zwiększa moment. Zauważ, że można zwiększyć zastosowany moment, zwiększając odległość, na której siła jest stosowana od punktu obrotu; można to zobaczyć na poniższych dwóch przykładach:
Przykład 1 – większa siła zastosowana bliżej punktu obrotu.
Siła (F) = 10
Odległość (D) = 5
Moment (M) = Siła.Odległość
Moment (M) = 10 x 5 = 50
Przykład 2 – mniejsza siła zastosowana dalej od punktu obrotu.
Siła (F) = 5
Odległość (D) = 10
Moment (M) = Siła.Odległość
Moment (M) = 5 x 10 = 50
Zauważ, że wynikowy moment siły jest równy w obu przykładach. Można zauważyć, że dłuższy uchwyt zapewniłby większą przewagę mechaniczną, jeśli siła pozostaje stała (nie zmienia się). W praktyce oznacza to, że dłuższy uchwyt pozwoli słabszym osobom obsługiwać pompę, ponieważ wymagana jest mniejsza siła (siła), aby osiągnąć dany moment siły.
Uwaga – przykłady nie używają jednostek, chociaż siła jest zwykle podawana w newtonach (N), odległość w metrach (m), a moment w newtonometrach (Nm). Używane jednostki zależą od tego, czy używa się jednostek standardowych (jednostki SI) czy imperialnych (funty, cale itp.).
Proste wyjaśnienie: Jak działają pompy ręczne
Poniższy film to fragment naszego Kursu Wideo z Wyjaśnieniem Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej.
Pompy wyporowe muszą być zaprzyjaźnione przed rozpoczęciem pompowania cieczy procesowej. Termin ‘zaprzyjaźnianie’ odnosi się do usuwania powietrza z systemu, aby umożliwić przepływ cieczy procesowej. W przypadku pompy ręcznej do studni, powietrze jest usuwane z systemu i zastępowane wodą.
Woda jest zasysana do cylindra, gdy dźwignia pompy jest naciskana w dół. Naciskanie dźwigni pompy w dół powoduje, że tłok porusza się w górę, a zawór stopowy otwiera się; zawór zwrotny tłoka jest zamknięty, gdy tłok porusza się w górę.
Gdy tłok osiągnie najwyższy punkt swojego ruchu, operator ciągnie dźwignię pompy w górę. Ciągnięcie dźwigni pompy w górę powoduje, że tłok porusza się w dół, a zawór stopowy zamyka się; zawór zwrotny tłoka jest otwarty, gdy tłok porusza się w dół. Wynikiem tego ruchu jest przeniesienie wody z dolnej strony zaworu zwrotnego tłoka na górną stronę zaworu zwrotnego tłoka. Gdy tłok ponownie porusza się w górę, przenosi również wodę, która znajduje się teraz na jego górnej stronie.
Powtarzanie tego ruchu pchania i ciągnięcia na dźwigni pompy ręcznej powoduje, że więcej cieczy jest zasysane do cylindra, a poziom wody w cylindrze rośnie. Gdy poziom wody rośnie, osiąga wysokość rury wylotowej i zaczyna wypływać z pompy.
Dodatkowe zasoby
https://en.wikipedia.org/wiki/Hand_pump
https://innovationdiscoveries.space/water-hand-pump-parts-types-working-principle
https://engineeringinsider.org/water-hand-pump-parts-types-working