Maximale Höhe für eine Pumpe [geschlossen]

Ich glaube, deine Ideen sind etwas konfus.

1. Die Höhenbegrenzung zum Pumpen ist nur vorhanden, wenn Sie Wasser von oben „ansaugen“. Wenn Sie von unten pumpen, können Sie so hoch pumpen, wie Sie möchten und so hoch, wie es die Pumpe zulässt.
2. Eine archimedische Schraube hat auch keine Begrenzung. Es hebt nur Wasser entlang einer geneigten Ebene.

Dies ist eine Noria in Hama , Syrien, die Wasser aus dem Fluss Orontes auf eine Höhe von etwa 20 Metern (65 Fuß) hebt. Es ist die größte noch erhaltene Noria, die im 12. oder 13. Jahrhundert erbaut wurde. Die Technologie ist viel älter: Wir haben Bilder von Norias aus dem 5. Jahrhundert (gefunden in Apameia in Syrien) und Beschreibungen aus dem 3. Jahrhundert.

(Hama, Syrien - eine Ansicht von 3 Norias vor dem Azem-Palast. Bild von Heretiq, verfügbar auf Wikimedia unter der Lizenz CC BY-SA 3.0.)

Betrachten Sie es in Bezug auf den Druck

Eine 1-Zoll-Quadrat-Wassersäule wiegt 0,433 Pfund pro vertikalem Fuß (bei kühlen 39 Grad F, etwas weniger, wenn es wärmer ist). Eine 100-Fuß-Wassersäule wiegt also 43,3 Pfund pro Quadratzoll . Sie wissen vielleicht, dass es eine Maßeinheit namens „Pfund pro Quadratzoll“ gibt.

Wie es funktioniert, spielt die Größe keine Rolle. Wenn Sie eine Wassersäule beliebiger Größe eingeschlossen haben, die sich 100 Fuß über Ihnen befindet, beträgt dieser Druck 43,3 psi. Wenn Sie Wasser 100 Fuß hochdrücken möchten, benötigen Sie dafür 43,3 PSI.

Ihre Autoreifen haben etwa 30 PSI in ihnen.

Wie es geht

Das Pumpen von 100 Fuß wäre in der frühen industriellen Revolution praktisch gewesen. Schauen Sie sich das britische Kanalsystem an – jeder Kanal verliert Wasser durch Versickerung und Schleusenbetrieb, und nicht jeder Kanal befand sich unterhalb einer reichlich vorhandenen natürlichen Wasserversorgung. Den Unterschied machten sie mit Pumpstationen.

Wenn Sie mittelalterlicher sind, dann machen Sie kleinere Steppen, Wortspiel beabsichtigt. 1–9 Zwischenbecken mit jeweils 10–50 Fuß Hubhöhe. Wenn Sie Getreide auf den Markt bringen müssen, möchten Sie vielleicht auch ein Kanal-/Schleusensystem daraus machen. Eine Treppe mit mehreren Schleusen hat normalerweise einen Teich*** auf jeder Zwischenebene.

Wenn Sie sich im Elektrozeitalter befinden, ist das Pumpen offensichtlich einfach, aber Sie möchten es vielleicht mit dem Rückpumpen kombinieren , um Strom zu speichern.

** Nehmen Sie 1 Quadratzoll, dh 1" mal 1". Stellen Sie sich nun die gesamte Luft in der Atmosphäre über diesem 1 Quadratzoll vor (wohlgemerkt, dieses Rechteck ist aufgrund der Erdkrümmung eher ein Keil). Die gesamte Luft wiegt bis zum Ende 14,7 Pfund, wenn Sie leben Meeresspiegel, etwas weniger, wenn Sie höher wohnen. Daher beträgt der atmosphärische Druck 14,7 Pfund pro Quadratzoll – buchstäblich.

*** Genauer gesagt ein Pfund, kurz für Beschlagnahme.

Diese Frage ist möglicherweise etwas besser für die Website Physics.se geeignet.

WENN Sie nur Energie aus dem Wasserfluss selbst verwenden, um die Pumpe anzutreiben, ist die Pumpe durch den Druck begrenzt, den das Wasser im Fluss auf den Pumpapparat ausübt (physics.se kann ihn für Sie berechnen). Wenn Sie eine Energiequelle für die Pumpe von Hand wavieren (Sklavenarbeit?), Ist die maximale Höhe effektiv gleich der Arbeit (auch hier kann Physics.se helfen). Dies liegt an der natürlichen Inkompressibilität von Wasser (IANAPhysicist).

Die maximale Höhe des Rohrs hängt von vielen Dingen ab (woraus das Rohr besteht, wie stark Ihre Pumpe ist, der Rohrradius usw.). Um Wasser so hoch zu pumpen, wie Sie möchten, bräuchten Sie Menschen mit unendlicher Kraft, die die Schraube drehen, und Material mit unendlicher Zugfestigkeit. Diese Seite sagt, dass die Schrauben normalerweise verwendet wurden, um Wasser etwa 5 Fuß hochzuheben.

Das Gewicht von Wasser beträgt ca$60$Pfund pro Kubikfuß. Nehmen wir an, Sie hätten ein Rohr mit Radius$r$(in Fuß) das war$h$Fuss hoch. Das Gesamtgewicht des Wassers wäre$\pi r^2 h$. Also ein Mechanismus, der Wasser durch ein Rohr mit einem Radius von hebt$1$ft. gehen$100$ft. hoch müsste etwa heben$314 \times 60 = 18, 840$Pfund Wasser. Das ist... eine Menge Gewicht für eine Archmedäische Schraube.

Das ist ungefähr das Gewicht von einem dieser Typen. Im Gegensatz dazu ist die$5$ft. Archmedische Schraube mit einem Rohrradius von$1$ft. müsste etwa heben$942$Pfund (20 Mal weniger). Ich bin mir nicht sicher, ob die Seite, die ich zuvor verlinkt habe, besonders glaubwürdig ist, und ich bin mir auch nicht sicher, wie breit die Rohre waren, die sie verwendet haben – aber$18,840$Pfund. scheint eine Menge für Menschen zu sein, die sie in jeder Art von manuell betriebener Vorrichtung heben können.

Also, ja, der Durchmesser des Rohrs beeinflusst wirklich, wie schwierig es ist, Wasser auf eine bestimmte Höhe zu heben.

Der Winkel des Rohrs beeinflusst, wie schwer es ist, das Wasser zu drücken. Wenn es gerade auf und ab geht, dann kämpfst du nur gegen die Schwerkraft und die Schwerkraft. Je mehr das Rohr abgewinkelt ist, desto weniger kämpfen Sie gegen die Schwerkraft und desto mehr kämpfen Sie gegen die Reibungskraft – die normalerweise viel geringer ist als die Schwerkraft.

Eine alternative Idee, die das Heben auf praktisch unbegrenzte Höhe ermöglicht (auch unter Berücksichtigung der Materialstärken), ist ein Schaufelsystem mit Kettenantrieb.

Die Idee ist so einfach wie Wassereimer an Seilen (die Eimer können so groß wie Fässer sein).

Wenn das Seil zu lang wäre; Sie können ein Relaissystem einbauen (im Grunde Getriebe); So ist (zum Beispiel) Ihr Wasserrad so konstruiert, dass es eine Achse dreht, die Achse dreht ein Seil mit Knoten darin (um ein Verrutschen zu verhindern), das Seil hat dauerhaft befestigte Holzeimer von der Größe von Fässern. versiegeln sie innen mit Pech, das ist wasserdicht und hält lange.

Angenommen, unsere erste Stufe wird das Wasser 50 Fuß (die Höhe eines modernen 4-stöckigen Gebäudes) anheben.

Diese werden hochgehoben, mit Wasser gefüllt, oben am Rad läuft das Seil um die obere Achse; die es auch dreht. Die Eimer werden von einfachen Barrieren geführt, um ihr Wasser in eine Rutsche (ebenfalls versiegelt) zu kippen. Entweder Sie sind jetzt fertig oder Sie fahren mit der nächsten Stufe fort: Dieselbe obere Achse hat am anderen Ende die gleiche Einrichtung: Ein weiterer Kettenantrieb und Schaufeln, die sie nach oben trägt, um schließlich in eine andere Rutsche gekippt zu werden.

Das ist der Stage 2 Lift: Stage 1 sammelt Wasser aus dem Fluss (und wird durch die Energie des Flusses in Bewegung versetzt). Am oberen Ende von Stufe 1 sind die Rutsche (und das Timing) so konzipiert, dass sie den Eimer der Stufe 1 automatisch in eine Rutsche werfen, die einen leeren Eimer der Stufe 2 füllt, der zu diesem Zeitpunkt "vorbeigehen" soll.

Stufe 2 steigt weitere 50 Fuß an und kippt ihren Eimer in eine Rutsche: Was zu einem Heben der Stufe 3 führen könnte.

Es gibt eine Belastung für das Seil, alle Stufen gleichzeitig zu drehen, also gibt es eine Grenze. Aber das Seil muss nicht der Bruchfaktor sein, du kannst einfach 2 oder 3 Seile verwenden, wenn die Belastung zu groß ist. Der Bruchfaktor ist jetzt stark Sie können das Wasserrad machen, bevor es bricht, oder eine Baumstammachse unter der Belastung bricht. Auch können bei Bedarf weniger Eimer verwendet werden; Jede Stufe muss nur einzeln getragen werden, damit dies funktioniert.

Dieses Schema umgeht die Notwendigkeit für superstarke Seile, die brechen könnten.

Das Zahnrad, das das Seil hält, kann ein "Perlenschnur" -Design haben; Stellen Sie sich ein Seil mit regelmäßig verteilten Knoten vor: Es wirft einen Schatten, der wie eine Perlenkette aussieht; im Grunde Kreise, die durch eine dicke Linie verbunden sind. Die gleiche Form sollte im Stamm eines großen Baumes oder auf einem Rad sein, damit das Seil mit Knoten darin Knoten hat, die in Kreise fallen, und das Seil zwischen den Knoten in einen dünneren Kanal fällt. Es ist eine Möglichkeit, einen Kettenantrieb ohne Kette oder Zahnräder herzustellen. (Sie wollen den Kettenantrieb wegen seiner Genauigkeit in einem Uhrwerk wie diesem).

Stufen über der ersten würden Plattformen benötigen, die in die Seite der Klippe eingebaut sind; aber diese müssen nicht zu umfangreich sein; Die Leute müssen dort nicht wohnen oder so. Sie können "eingraben", um einige Baumstämme etwa 20 Fuß in die Seite der Klippe zu stecken; Sie nehmen die Belastung ab, die Achsen an Ort und Stelle zu halten und die wenigen Rutschen zu stützen, die Sie benötigen, zusammen mit etwas flachem Platz für einen Wartungsarbeiter, um eventuell erforderliche Reparaturen (oder Seilersatz) durchzuführen.