有一種水泵，不用油、不用電、不借助外力，就能讓“水往高處流”，你信不信？不少小伙伴持懷疑態(tài)度，覺得這與能量守恒定理相違背，不會(huì)又是像各種永動(dòng)機(jī)一樣，成為收割韭菜智商的東西吧？
但是現(xiàn)實(shí)中，還真有這樣的水泵，它就是水錘泵。說到這，很多人都想看看水錘泵到底長啥樣，真的像上面說的不靠外力只靠自己就能運(yùn)行？我先賣個(gè)關(guān)子，咱們先聊兩個(gè)跟水錘泵有關(guān)的小故事，最后再介紹它是怎么運(yùn)轉(zhuǎn)的。
提到水錘泵，就不得不提法國的蒙戈菲爾兄弟。這么干說，您可能覺得這哥倆我又不認(rèn)識(shí)，但是如果說他倆發(fā)明了熱氣球，您是不是興趣就來了。哥哥約瑟夫·蒙戈菲爾和弟弟雅克·蒙戈菲爾的父親生了16個(gè)孩子，他們兄弟倆是其中2個(gè)最優(yōu)秀的。哥哥約瑟夫生于1740 年 8 月，弟弟雅克生于1745 年 1 月，他們的父親在法國南部一個(gè)小鎮(zhèn)經(jīng)營一家造紙廠，由于買賣不錯(cuò)，所以有錢資助兄弟倆搞氣球?qū)嶒?yàn)，也讓他們保持了對科學(xué)實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣。
約瑟夫·蒙戈菲爾
雅克·蒙戈菲爾
1782 年，他們發(fā)現(xiàn)加熱的空氣收集在一個(gè)大的輕質(zhì)紙袋或織物袋中時(shí)，會(huì)使袋子升到空中。1783 年他們在當(dāng)?shù)厥状握故玖藷釟馇螂r形，通過在袋子底部的開口下燃燒稻草和羊毛來填充熱空氣，氣球升到大約 1000 米的空中，停留了大約 10 分鐘，然后在離它升起的地方超過1.5英里的地方降落在地面上。兩兄弟被法國科學(xué)院授予榮譽(yù)并繼續(xù)他們的科學(xué)事業(yè)。
蒙戈菲爾熱氣球
咱們言歸正傳。早在1772年，32歲的哥哥約瑟夫·蒙戈菲爾就設(shè)想為父親的造紙廠造一臺(tái)抽水的機(jī)器，可以利用水錘效應(yīng)，把它設(shè)置在一個(gè)簡單的機(jī)器上。最終在1796年，發(fā)明了水錘泵雛形，準(zhǔn)確的說法叫“液壓柱塞或液壓缸”。
液壓柱塞或液壓缸
這里有一個(gè)關(guān)鍵的術(shù)語——水錘效應(yīng)，顧名思義，水像錘子一樣，當(dāng)水流在管道中流動(dòng)，水龍頭突然關(guān)閉，水流就像一列火車一樣，被急速攔停，但是由于存在慣性力，就會(huì)沖擊水龍頭和附近的管道，從而壓力大增并產(chǎn)生噪音。如果把水龍頭換成液壓柱塞，一部分水會(huì)流進(jìn)柱塞，并被壓高。這就是水錘泵的原理。
再聊聊第二個(gè)故事。我國有位老水利專家叫傅明道，他在1957年在浙江東陽金家莊搞了一個(gè)揚(yáng)程185米的水錘泵站。金家莊是個(gè)山村，出了名的缺水。當(dāng)時(shí)這個(gè)村有10畝田可以種水稻，但是沒水，種糧食都困難。由于地形高差大又沒有電，沒法搞機(jī)灌和電灌，所以傅明道提出來用“水打水”的辦法來解決，就是把水變成榔頭，把水打到山上去。首先當(dāng)?shù)赜写罅苛鲃?dòng)的溪水，村民們就順地勢開明渠把溪水往下引到水錘泵站，溪水從吸水管沖進(jìn)水泵，形成水錘，再從出水管中沖上185米高的山地上。真的這么神奇？
從較高處沖下來的大量水，帶著速度來到A處，水流通過開啟的閥門B從E口流出，但是由于水錘效應(yīng)，壓力增大，擠壓彈簧r使閥門B向右移動(dòng)關(guān)閉，無處釋放的增大的壓力會(huì)向上推開閥門C，水進(jìn)入儲(chǔ)氣罐D并從出水管R壓到比水源更高的地方。隨后A處壓力降低，閥門C落下，閥門B左移打開，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)?？梢钥闯鏊N泵是一個(gè)間歇循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵。
水之所以能從低處壓到高處，我們假設(shè)一組數(shù)據(jù)，你就明白了。忽略各種損失的前提下，假設(shè)水源有10個(gè)水，具有總能量100，到了水錘泵這里從閥門B流出9個(gè)水，但是流速極小，能量只有10，根據(jù)能量和水量守恒，會(huì)從出水管R這里流出1個(gè)水，但是具有90的能量，由于流速也很小，因此可以被壓的很高。
水錘泵原理示意圖
很多人覺得水錘泵不存在，違反能量守恒，是因?yàn)樗麄冋`認(rèn)為水錘泵會(huì)把10個(gè)水全部壓到高處，那肯定不行，但是把1個(gè)水壓到更高處，那還是符合能量守恒的，這回你能清楚認(rèn)識(shí)水錘泵了嗎？在山區(qū)、丘陵地帶，只要溪水具有一定連續(xù)的流量，落差在半米以上，就能安裝這種省電省油的水錘泵。
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