Думали ли вы когда-нибудь о том, что пускать пузыри носом может быть вполне взрослым делом?
По крайней мере, для одного довольно интересного применения: создания жидкостного насоса, без каких-либо поршней, крыльчаток и т. д. и т. п.?
И такой вариант существует, а в роли перекачивающей силы может выступать одна из довольно удивительных вещей — обычный воздушный пузырь!
Итак, некоторые, наверное, уже догадались, что сегодня мы поговорим о типе насоса под названием airlift (или эрлифт или «газлифт»).
Сразу следует сделать оговорку, что под словом «газлифт» понимается как минимум два устройства — уже упомянутый выше специальный насос довольно хитрой конструкции, а также, как минимум, пружинящая поршневая конструкция в вашем кресле, на котором вы сидите. Соответственно, мы будем говорить о первом варианте, исключительно о насосе… :-)
К слову, попутно можем для себя отметить, что между «эрлифт»-ом и «газлифт»-ом есть разница, и мы её ещё рассмотрим ниже…
Итак, эрлифт…
Стоит, наверное, сказать, а зачем он вообще нужен, так как, наверняка, вас сразу же начнёт мучать этот вопрос…
Вкратце, ситуация выглядит следующим образом: высочайшая надёжность, почти полное отсутствие механических деталей (!), способность перекачивать рабочую среду практически любой вязкости и загрязнённости: грязная вода, вперемешку с камешками и песком? Как два пальца об асфальт! :-)
Уже интересно, не так ли? А отсутствие механических деталей — сразу же намекает на дешевизну и способность быть созданным, практически «на коленке», из подножных деталей…
Но для начала, наверное, нужно провести небольшой экскурс в типологию жидкостных насосов…
Зачем это надо: чтобы вы воочию увидели, какую огромную гору проблем снимает использование эрлифт-насосов.
Человечество разработало достаточно большое количество разнообразных насосов, для разных условий эксплуатации и разных целей, где как сама конструкция насоса, так и использованные в конструкции материалы продиктованы целью создать надёжное и ремонтопригодное изделие, которое может работать в течение долгого срока в требуемых условиях эксплуатации.
Скажем, если мы говорим о водяных насосах, перекачивающих питьевую воду при температуре окружающей среды (условно назовём её комнатной), рабочие органы насоса могут быть изготовлены из пластика, а вот, если, теоретически, вы бы вознамерились качать нефть, то там такая история уже прокатит весьма ограниченно!
Нет, не потому, что вам никто не разрешит её качать (хотя, и это тоже :-D), а потому, что частенько нефть добывается из достаточно больших глубин, где с ростом глубины существенно растёт температура и давление, а кроме того, наблюдаются различные «осложняющие факторы» (как их называют на профессиональном языке) — кислота в составе, песок и разнообразные отложения, забивающие насос.
Таким образом, если вы попытаетесь сделать компоненты насоса из пластиковых деталей, то проживут они сильно недолго (зависит от условий окружающей среды, где происходит эксплуатация) — к этому мы ещё вернёмся чуть ниже.
Так как мы взялись вкратце рассмотреть, какие наиболее распространённые типы жидкостных насосов используются в мире, то, среди них, по большому счёту, можно выделить всего лишь три типа (список не исчерпывающий):
Электроцентробежный насос: это своеобразная «колбаса из блинчиков» — крыльчаток, насаженных на общий вал, и приводимых в действие электродвигателем, как правило, находящимся прямо там же в скважине, и охлаждающимся потоком жидкости.
Ключевыми элементами, собственно, самого насоса являются две детали: «направляющий аппарат» и «ступень» — где под первым понимается стационарная конструкция вокруг вращающейся крыльчатки, служащая для направления потока, таким образом, чтобы разбрасываемый крыльчаткой во все стороны поток, поступал в центр следующей крыльчатки, где сама крыльчатка и называется ступенью:
Для понимания, насколько это грандиозная (в длину; при относительно малом диаметре, в одну-полторы ладони) конструкция, стоит упомянуть, что подобные насосы, например, в нефтедобыче, могут работать на очень больших глубинах, измеряющихся километрами, а длина самого насоса, может достигать сотен метров!
Хотя, находясь на поверхности земли, вы не увидите ничего особого — максимум, какой-то куцый кусочек трубы, выходящий из земли и соединённый с трубопроводом, проложенным по ней — легко спутать с какой-нибудь конструкцией ЖКХ или что-то в этом духе, и только специалисты понимают, насколько «ого-го чего там зарыто внизу, под ногами» …:-)
Все элементы конструкции насоса, являются предметом напряжённого труда настоящих научно-исследовательских институтов, разрабатывающих как материалы, так и конкретные конструктивные решения.
Например, довольно большая работа ведётся в области оптимальной конфигурации крыльчаток: угла наклона лопаток, количества, конструкции в целом, а также соответствующего направляющего аппарата.
Чуть выше было сказано, что элементы конструкции насоса зависят от условий окружающей среды, и, если среда позволяет, то люди стараются сэкономить, например, изготавливая крыльчатки из специальных пластиков.
Однако, такой подход годится только в весьма ограниченном диапазоне (где-то до 120°C примерно) и относительно малых глубин.
Для более тяжёлых условий эксплуатации — разрабатывают и отливают из металла полностью всю конструкцию — это отдельная, большая и дорогая технология, требующая, в буквальном смысле, огромных заводов.
Тем не менее, из-за коррозии, а также разъедания кислотами и истирания об абразив (обычный речной песочек, прямо в качаемой нефти или воде, так как скорость вращения крыльчаток там тоже достаточно приличная, тысячи оборотов в минуту) — вся эта дорогая и сложная конструкция уверенно летит в утиль, с разной скоростью, в зависимости от условий.
Таким образом, мы видим, что, несмотря на достаточную проработанность технологии, электроцентробежные насосы хотя и являются подавляющими насосами для добычи из скважин в мире (и не только, честно говоря, из скважин, но и для создания напоров разного рода — когда их располагают горизонтально, и качают, например, воду на какую-то высоту), — они весьма активно страдают от сложных условий в скважинах, что приводит к их активному износу и выходу из строя.
Кроме того, и это важно — такие насосы могут работать только с достаточно жидкими субстанциями.
Плунжерный насос: альтернативной конструкции является плунжерный (проще говоря — «поршневой») тип насоса, только поршень длинный и, в случае добычи из скважины, на поверхности земли устанавливается ещё и определённая конструкция (качалка), которая и тянет туда-сюда за шток насоса (на картинке ниже показан справа; такой тип более ремонтопригоден и терпим к грязи, чем левый вариант):
Подобного рода насосы используются обычно для добычи из скважин, из которых можно вытянуть в течение определённого периода времени (обычно суток), только малое количество полезного продукта — ну, то есть, просто из самой земли натекает в скважину достаточно малое количество, поэтому не имеет смысла ставить туда центробежный насос, просто-напросто не будет такого количества качаемой среды, и тогда ставят плунжерный насос — «пускай, качает себе помаленьку, что-нибудь да накачает…» :-)
Проблемы с ним, примерно те же: абразивный (хотя и не такой интенсивный, как у электроцентробежного) и кислотный износ, невозможность работать с высоковязкими средами (консистенции майонеза уже не особо покачаешь, мда…).
И тут нам на помощь придёт третий распространённый тип конструкции:
Винтовой насос: представьте себе своеобразный «шуруп», длиной где-нибудь метров в 10-15, с идеально полированной до зеркального блеска поверхностью, где «шурупом» я его назвал довольно условно, так как, на самом деле, его поверхность абсолютно гладкая, и, выглядит примерно так:
Как нетрудно догадаться, опять же, это продукт высокой металлургии, и ЧПУ-обработки поверхности, так как изготовить такую конструкцию большой длины и такого качества (зеркального) поверхности — задачка та ещё…
Работает он, вращаясь внутри резиновой муфты, перекачивая высоковязкие субстанции, консистенции майонеза и гуще.
Проблемы всё те же — абразивный износ, коррозия винта… К которым добавляется ещё и относительно малостойкая резина…
В общем, подытоживая эту часть, можно сказать, что легко увидеть, что самые массовые типы насосов для добычи из скважин, как правило, представляют собой сложные конструкции, изготовляемые огромными заводами из индустрии металлургии, с задействованием множества технологий, — где, несмотря на все ухищрения, «супернасоса» как не было, так и нет, и наблюдается постоянное разрушение таких конструкций.
В этой части я не ставил себе целью рассмотреть абсолютно все возможные имеющиеся насосы, так как подобное рассмотрение явно вышло бы за пределы любой, даже относительно длинной статьи — поэтому, мы бегло глянули только на самые распространённые и очевидные варианты, с целью ознакомиться с тем, как, в среднем, решается задача перекачки (скорее даже добычи) жидких субстанций в индустрии.
А корень проблемы наблюдающихся разрушений, по сути, всего лишь один: конструкция насоса находится внутри агрессивной среды!
А что, если убрать насос из агрессивной среды, и пускай среда «качает сама себя»?!
Считается, что впервые идея такого насоса пришла в голову немецкому инженеру Карлу Лёшеру, который ещё в 1797 году выдвинул предположение, что можно создать насос особой конструкции, где пузырьки воздуха, поднимающиеся в вертикальном канале, могут тянуть за собой воду/или иную перекачиваемую среду, в результате чего можно попробовать использовать эту конструкцию для осушения затопленных шахт.
Однако на тот момент реализуемость идеи была под вопросом, ввиду отсутствия высокопроизводительных воздушных компрессоров.
Повторно к этой идее инженеры вернулись уже в конце XIX века, где и удалось наконец-то создать практически применимое устройство, автором которого стал так же горный инженер — Йенс Ортен-Бёвинг.
Есть занятная теория, что насосы данного типа долгое время в немецкой специальной литературе называвшиеся mammutpumpe, получили своё название из-за способности перекачивать большие объёмы воды (насос-мамонт; «пьющий-воду-как-мамонт»).
Как бы там ни было, но, факт остаётся фактом: начиная с XIX века, эти насосы широко распространились, и используются в тех применениях, в которых сложно представить насосы классических типов, а их крайняя дешевизна и простота делает их особо привлекательными.
Посмотрим на картинку ниже:
На ней мы видим, что классический насос такого типа представлен трубой, нижний край которой опущен на некоторое расстояние ниже поверхности воды, где чуть выше этого нижнего края, в трубу подаётся воздух, который пузырьками поднимается в ней, увлекая своим движением за собой и саму перекачиваемую среду.
Эмпирически было выявлено, что более-менее оптимальным соотношением является такое, где высота подъёма (на картинке участок над водой), должен составлять максимум 1/3 по длине, от всей длины трубы. То есть, большая часть трубы (2/3) находится под водой.
Точка ввода воздуха может быть, по сути, любой, однако, нужно иметь в виду, что именно этот воздух и создаёт требующееся для подъёма воды давление, поэтому, в практическом смысле, лучше понизить эту точку, насколько возможно.
Как видно на картинке, точка забора воды находится несколько ниже, чем точка подачи воздуха — на практике её делают ниже этой точки, на несколько диаметров трубы.
Интересным моментом в работе такого типа насоса является то, что даже относительно слабый компрессор, может обеспечить перекачку относительно больших объёмов воды (это мы ещё увидим в видео ниже) — причина в низкой плотности воздуха, благодаря чему он активно вытесняется из воды, попутно увлекая за собой воду; эффект тем более усиливается, из-за увеличения пузырьков в размере, по мере подъёма с глубины, ещё больше увеличивая «поршневой» эффект, когда пузырьки, как поршень толкают перед собой толщу воды.
Ну и, чтобы ��е быть голословными, посмотрим на видео примеров конкретных устройств ниже. Выглядит довольно впечатляюще:
Попутно отметим только, что, как мы выше их упоминали, кроме эрлифта, существует ещё и как минимум, газлифт под которым поднимается то же самое, только вместо воздуха закачиваются спецгазы.
Выглядит недурно, не так ли? Но становится гораздо интереснее, если мы узнаем, что насос типа эрлифт, не является пределом мечтаний по эффективности! Так как, существует его собрат — насос гейзерного типа, эффективность которого многократно выше!
Для понимания порядка цифр КПД: эрлифт — примерно до 35% (но реально ниже); насос гейзерного типа — вплоть до 80%! (краткое упоминание о насосах подобной эффективности можно увидеть, например, здесь).
И для лучшего понимания, картинка с принципом действия (смотреть слева-направо):
Как можно видеть, основой разницы между насосами двух типов является способ подачи воздуха:
Эрлифт: подача воздуха осуществляется постоянно, относительно мелкими пузырьками, постоянно поднимающимся по трубе.
Насос гейзерного типа: периодическая, относительно мощная подача импульсов воздуха (кстати, воздуха при этом расходуется гораздо меньше, по сравнению с эрлифтом!), в результате чего, в трубе образуется своеобразный пневматический поршень из пузыря воздуха, который занимает весь диаметр трубы, и мощно поднимает участок воды, выше этого пузыря.
Подобная периодическая подача может быть осуществлена, в самом простом варианте механически, изготовлением своеобразных камер-накопителей воздуха в нижней части заборной трубы, либо, с помощью некоего управления, например, электронного .*
*Что касается меня, то я бы выбрал как раз этот второй вариант, так как он позволяет более гибко управлять всеми процессами: микроконтроллер, транзистор в режиме ключа, автомобильная инжекторная форсунка и воздушный компрессор. Вуаля :-)
Только надо иметь в виду, что автомобильные инжекторы открываются при давлениях воздуха, максимум в 2 бара (а лучше ниже), потому что при больших давлениях у него силёнок не хватит, чтобы открыться (я тестил ;-) ).
Если нужно работать с большими давлениями, например, со стандартными 8 бар широко распространённых бытовых компрессоров, то лучше поискать что-то более серьёзное.
В сети не так много вариантов самодельных конструкций гейзерных насосов, однако, удалось найти некоторое количество…Например, вот такая миниатюрная версия, где хорошо наглядно видно, как это всё работает:
Или, вот такой вариант, где, к тому же, видно, что насос подобного типа позволяет поднимать воду на существенную высоту над поверхностью — чем положительно отличается от эрлифтного насоса:
А вот тут есть ещё видео, где объясняется чуть более продвинутая конструкция — там автор вроде как даже подал или собирается подавать на патент: он, судя по всему, решил не ограничиваться стандартным гейзерным принципом, а апнул даже и его :-):
Подытоживая этот рассказ, можно для себя отметить, что не всегда следует идти слишком прямолинейно — частенько, технологии предоставляют возможность осуществить всё то же самое, только более простым и дешёвым путём, который, к тому же, может оказаться и более эффективным для ряда применений… ;-)
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
