Гидроударный насос: Гидроударный насос: общие сведения и характеристики

  • Home
  • Разное
  • Гидроударный насос: Гидроударный насос: общие сведения и характеристики

Содержание

Гидроударный насос: общие сведения и характеристики

Основное предназначение гидроударного насоса – это подача воды из источников, расположенных под наклоном, например, пороги, плотники, перепады или запруды. В этот список чаще всего входят ручьи, озера, реки, некоторые виды искусственных водоемов с небольшим стоком. Работа гидронасоса основывается на энергии, исходящей от движения текучей воды.

Основные принципы работы гидронасоса

Принцип работы гидронасоса серии 310 может основываться на возникновении эффекта гидроудара. Жидкость подается в специальную трубу и после достижения определенной скорости, замыкается клапан разгона. После постепенного увеличения напора воды, осуществляется открытие соответствующего клапана для того, чтобы жидкость заполнила аккумулятор.

После того, как жидкость перестает двигаться в трубе для разгона, рабочий клапан принимает закрытое положение. Чтобы открыть доступ к жидкости, следует воспользоваться клапаном для разгона. Рабочие циклы периодически сменяют друг друга.

Нагнетание воды в приемную магистраль осуществляется посредством давления сжатого воздуха, создающегося в аккумуляторной батареи. В процессе цикличности работы гидронасоса модели 310.112.01.56, происходит перепад давления, переходящий в трубопровод.

Составляющие агрегата и его параметры

Вышеуказанная модель гидронасоса состоит из нескольких составляющих – корпус детали, два клапана (разгон и работа воды), аккумуляторная батарея и труба для разгона жидкости.

При подборе необходимой модели, следует принимать во внимание следующие параметры.

  • Удельная подача жидкости или рабочий объем. Показывает максимальный объем жидкости, обрабатываемый насосом за один оборот вала.
  • Рабочее давление.
  • Частота вращения за выбранную единицу времени.

Сферы использования

Гидронасос модели 310.2.28.00 может успешно применяться в работе на ставках, ручьях, ставках или озерах со стоками или резками перепадами, как и было указано выше.

Проверка работоспособности насоса

Чтобы гарантировать бесперебойную работу вышеуказанного агрегата, важно правильно его собрать – это позволит избежать дополнительных регулировок насоса. После того, как деталь начнет потихоньку разрабатываться, а рабочие поверхности обрастать растительностью в процессе перекачки воды, эффективность существенно возрастет. При снижении этого показателя по непонятным причинам, рекомендуется проверить герметичность аккумуляторной батареи, а также уровень потока воды в источнике.

Для проверки работоспособности, следует перекрыть доступ воды по отношению к разгонной трубе, отсоединить напорную трубу от трубопровода для разгона и продуть воздух через аккумулятор. Если после проделанных манипуляций, работоспособность не восстановилась, аккумулятор подлежит ремонтным работам.

 

 

Водонепроницаемый, эффективный и необходимый гидравлический таран насоса Selections Of Featured Suppliers

О продукте и поставщиках:
Изучите широкий спектр гидравлический таран насоса. на Alibaba.com и наслаждайтесь изысканными предложениями. Машины помогают поддерживать циркуляцию бурового раствора на протяжении всего проекта. Доступно множество моделей и брендов, каждая из которых имеет выдающуюся стоимость. Эти гидравлический таран насоса. эффективны, долговечны и полностью водонепроницаемы. Они предназначены для эффективного подъема воды и грязи, не потребляя много энергии и не занимая много места.

Основное преимущество этих гидравлический таран насоса. в том, что они могут поднимать воду с большей глубины. Благодаря быстро меняющимся технологиям приобретайте машины, оснащенные лучшими технологиями для достижения оптимальных результатов. Они должны быть хорошо адаптированы к общей конфигурации установки для выполнения различных операций. Следовательно, необходимы качественные продукты для большей эффективности и получения удовольствия от полного срока службы машин.

Alibaba.com предлагает широкий выбор продуктов с инновационными функциями. Продукты рассчитаны на широкий диапазон расходов, которые различаются в зависимости от марки. Они предлагают экономичные варианты, отвечающие различным потребностям потребителей. При выборе правильного гидравлический таран насоса. Для проекта бурения следует учитывать такие факторы, как размер, форма и стоимость станка. При работе с крупными проектами, такими как сельское хозяйство или ирригация, необходимы более мощные инструменты.

Alibaba.com предоставляет широкий спектр гидравлический таран насоса. на любой вкус и кошелек. На сайте представлен большой ассортимент товаров от крупных поставщиков, представленных на рынке. Изделия изготовлены из прочных материалов, чтобы избежать коррозии и преждевременного износа во время эксплуатации. Ассортимент товаров и брендов на сайте гарантирует качество и хорошее соотношение цены и качества.

Роторный гидроударный насос-теплогенератор

 

Изобретение относится к конструкциям насосов-теплогенераторов, которые могут быть использованы в автономных замкнутых системах теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий, а также для горячего водоснабжения и нагрева жидкостей в технологических системах. Сущность изобретения в том, что в роторном насосе-теплогенераторе, имеющем полый корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками и расположенные внутри корпуса концентрично друг другу ротор и статор, образующие между собой канал, связанный с отверстиями, выполненными в виде сужающихся сопел, в кольцевом канале со стороны ротора и статора установлены перфорированные углубления, внутри которых размещены упругие полые шары, и кольца с выполненными в них отверстиями в виде сужающихся сопел, обращенных внутрь кольцевого канала, а основания патрубков подвода нагреваемой жидкости и отвода расположены в кольцевом канале. Такая конструкция насоса-теплогенератора позволяет установить энергоэкономный режим нагрева жидкости. 4 ил.

Изобретение относится к конструкциям насосов-теплогенераторов, которые могут быть использованы в автономных замкнутых системах теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий, а также для горячего водоснабжения и нагрева жидкостей в технологических системах Ближайшим технологическим решением является роторный насос-теплогенератор (патент RU 2159901), содержащий полый корпус с всасывающим патрубком для подвода нагреваемой жидкости. Внутри корпуса расположен ротор в виде двухпоточного центробежного колеса с отверстиями по периферии. Концентрично ротору расположен статор с отверстиями. Отверстия в роторе выполнены в виде круглоцилиндрических насадков Вентури, а отверстия в статоре — в виде внезапно расширяющихся насадков.

Недостатками известного устройства является то, что жидкость недостаточно нагревается за один проход через насос-теплогенератор. Для повышения температуры жидкости требуется ее многократное прокачивание через насос-теплогенератор. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства, проходя через которое, обрабатываемая жидкость многократно подвергается факторам воздействия на нее, результатом чего является интенсивный нагрев жидкости за один проход через гидроударный насос-теплогенератор. Поставленная задача решается тем, что в роторном гидроударном насосе-теплогенераторе, имеющем полный корпус со всасывающим патрубком для подвода нагреваемой жидкости и нагнетательным патрубком для отвода нагретой жидкости, и расположенные внутри корпуса концентрично друг другу ротор и статор, образующие между собой канал, связанный с отверстиями, выполненными в виде сужающихся сопел, в кольцевом канале со стороны ротора и статора установлены перфорированные углубления, внутри которых размещены упругие полые шары, и кольца с выполненными в них отверстиями в виде сужающихся сопел, обращенных внутрь кольцевого канала, а основания патрубков подвода нагреваемой жидкости и отвода расположены в кольцевом канале. На фиг 1 изображен разрез роторного гидроударного насоса-теплогенератора, состоящего из следующих основных деталей: 1 — полый корпус; 2 — патрубок для подвода нагреваемой жидкости; 3- патрубок для отвода нагреваемой жидкости; 4 — кольцо статора с отверстиями; 5 — ротор насоса-теплогенератора; 6 — приводной вал; 7 — кольцо ротора с отверстиями; 8 — уплотнительная прокладка статора; 9 — уплотнительная прокладка ротора. На фиг.2 изображен узел I при движении гидропоршня из отверстия ротора в отверстие статора На фиг.3 изображен узел I при движении гидропоршня из отверстия статора в отверстие ротора. На фиг.4 изображен график зависимости величины коэффициента полноты удара
y
от угла расширения сопел ротора и статора, из которого видно, что наивыгоднейший угол расширения находится в пределах 6-8o. При этих углах потери напора при движении в соплах минимальны. Ниже графика изображена схема соплового отверстия. Работает описанный роторный гидроударный насос-теплогенератор следующим образом. При вращении вала 6 (фиг.1) нагреваемая жидкость по всасывающему патрубку 2 полого корпуса 1 поступает к кольцу ротора 7, жидкость заполняет отверстия ротора 7 и кольцевой канал между кольцом ротора 7, закрепленным на роторе 5, и кольцом статора, а затем и отверстия в кольце статора. Под действием центробежной силы жидкость, находящаяся в сопловом отверстии ротора, выбрасывается в кольцевой канал между кольцами ротора и статора, а при совмещении отверстий устремляется в сопловое отверстие статора. При движении жидкости по сопловому отверстию статора происходит деформация полого шара 15 под действием гидравлического удара 11 (фиг.2). Для предотвращения растекания жидкости в момент гидравлического удара отверстие 10 корпуса 1 и отверстия статора уплотнены прокладкой 8, а отверстия ротора аналогично уплотнены прокладкой 9. Жидкость, выброшенная из сопла ротора под действием кинетической энергии, образует в сопле ротора гидравлический поршень 12 с образованием зоны разряжения 13. В замкнутом объеме зоны 13, происходит под действием пониженного давления, насыщение жидкости ее парами и образование кавитационных пузырьков. При смещении отверстия ротора к следующему отверстию статора (фиг.3) происходит выброс жидкости из соплового отверстия статора, под действием энергии полого шара 15, который, принимая первоначальную форму, сообщает жидкости кинетическую энергию. Так как в отверстии ротора было разрежение, то жидкость из соплового отверстия статора устремляется в отверстия ротора. Резкое повышение давления в зоне гидравлического удара 14 заставляет конденсироваться пары жидкости и кавитационных пузырьков, а кинетическая энергия жидкости деформирует полый шар 16 в отверстии ротора. При заполнении жидкостью вакуумных зон 13 ротора и статора в момент конденсации паров жидкости происходит их резкое уменьшение в объеме. Известно, что объем конденсата в 400-1500 раз меньше объема пара, равновеликого ему по массе. Давления, возникающие в результате конденсации парогазовых и кавитационных пузырьков, можно определить по формулам: 1. Смыкание газовых и парогазовых пузырьков: , где R
3
0 — радиус начального значения газового пузырька, мм; R3 — конечное значение газового пузырька, мм; Р0 — гидростатическое давление в жидкости, кг/см2; Р — давление, возникающее в центре конденсации кавитационного пузырька, кг/см2. Для примера: при и P0 = 1 кг/см2 получаем Р=1260 кг/см2. 2. Давления, возникающие при конденсации паровых кавитационных пузырьков, определяются по формуле:
где — сжимаемость жидкости, кг/см2 (для воды =50 10-6 кг/см2). При тех же значениях P
0
=1 кг/см2 и получим Р=10300 кг/см2. При P0=10 кг/см2 и получим Р=498800 кг/см2. Все вышеназванные значения давлений имеют место при конденсации шароподобных кавитационных пузырьков. В движущейся жидкости, а тем более при конденсации пузырьков в условиях гидравлического удара происходит деформация их поверхности и изменение формы. При конденсации деформированных кавитационных пузырьков возникают кумулятивные струйки, давления в которых могут превышать давления от конденсации идеальных пузырьков до десятка раз. Учитывая изменения объемов пара при конденсации (400-1500) и значения
,
R0 можно предполагать, что давления Р могут быть значительно большими, чем при

Локальные повышения температуры в нагреваемой жидкости от перепадов давлений, возникающих от гидравлических ударов и конденсации кавитационных пузырьков, можно определить по формуле:

где V — объем жидкости, см3;
Р — перепад давлений, кг/см2;
V — объемный вес жидкости, кг/см3;
С — удельная теплоемкость жидкости, ккал/кгoС;
m — механический эквивалент тепла, кгсм3/ккал;
t — повышение температуры жидкости, oС. Для воды: V-0,001 кг/см3;
С — 1,0 ккал/кгoС;
m — 42700 кг см3/ккал;
при Р0 = 10 кг/см2 перепад давлений Р составит
Р=498800 — 10=498790 кг/см2. В этом случае t=0,0234 Р=0,0234 498790=11671,69oС. Подобные процессы парообразования и конденсации, гидравлических ударов и кавитации происходят в соплах ротора и статора многократно с повышением давления от всасывающего патрубка 2 к патрубку 3. Нагретая жидкость по нагнетательному патрубку направляется по назначению. В целях уменьшения потерь на трение в соплах, а следовательно, снижения напора и предотвращения отрыва струи от стенок сопел угол их расширения должен быть в пределах 6-8o. Регулируя расход протекающей жидкости, давление на входе в насос-теплогенератор, а также число оборотов ротора можно установить энергоэкономный режим нагрева жидкости. Уровень металлообработки на современных машиностроительных предприятиях позволяет осуществить изготовление роторных гидроударных насосов-теплогенераторов на базе серийно выпускаемых песковых, грунтовых и других насосов, имеющих значительный радиус рабочего колеса и его высоту
Указанный насос-теплогенератор можно применять для отопления и горячего водоснабжения объектов, удаленных от объектов энергоснабжения, а также для нагрева технологических жидкостей. Подобные источники теплоснабжения необходимы в зонах, требующих сохранения чистоты окружающей среды и максимальной безопасности в местах ее выработки (больницы, дома отдыха и т.д.)
Список литературы:
1. В. В. Майер «Кумулятивный эффект в простых опытах». М., 1989 г., с. 44-47, 92-97, 174-177. 2. Л. Бергман «Ультразвук и его применение в науке и технике». Пер. с нем. под ред. B. C. Григорьева. М., «Иностранная литература», 1957 г., с. 504-505. 3. Т.М. Башта «Машиностроительная гидравлика». М., Машиностроение, 1971 г., с. 44-49, 118, 509-512. 4. Р.Р. Чугаев «Гидравлика». М., Энергия,, Ленинградское отд., 1971 г., с. 14-17, 28-33, 64-74, 135-140, 163-167, 276-286, 307-314, 426-436. 5. П.Н. Каменев, А.Н. Сканави, В. Н. Богословский и др. «Отопление и вентиляция». М., Стройиздат, 1975 г., ч. I, с. 294-295. 6. Патент России RU 2159901 Петраков АД., Санников С.Т. Яковлев О.П. «Роторный насос -теплогенератор»к


Формула изобретения

Роторный гидроударный насос-теплогенератор, имеющий полый корпус со всасывающим патрубком для подвода нагреваемой жидкости и нагнетательным патрубком для отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса концентрично друг другу ротор и статор, образующие между собой кольцевой канал, связанный с отверстиями, выполненными в виде сужающихся сопел, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности нагрева жидкости, в кольцевом канале со стороны ротора и статора установлены перфорированные углубления, внутри которых размещены упругие полые шары, и кольца с выполненными в них отверстиями в виде сужающихся сопел, обращенных внутрь кольцевого канала, а основания патрубков подвода нагреваемой жидкости и ее отвода расположены в кольцевом канале.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Водяной насос без питания своими руками

Это не шутка и не розыгрыш. Водяному насосу, о котором пойдет речь, действительно не требуется ни электричества, ни бензина, ни чего-то ещё. Он не черпает энергию из эфира и не ловит свободную энергию. При всем при этом способен подымать столб воды в несколько раз превышающее начальное давление. Никакого обмана или надувательства — обычная физика и ничего более.
Конечно, если вы видите такой насос первый раз, то как и я можете подумать, что это бред… Такой же как и изобретение вечного двигателя… Но нет, все гораздо проще и довольно легко объяснимо. Это 100% рабочая модель водяного насоса, повторенная уже не одним умельцем.

Изготовление водяного насоса


Итак, для начала я расскажу как устроен насос, а потом его принцип действия и работа в реальных условиях.

Конструкция с описанием


Вот так он выглядит. Все делано из труб ПВХ.

В данном случае конструкция имеет вид прямой трубы с различными клапанами и краниками, с ответвлением в центре более толстого диаметра трубы.
Самая толстая чать — это буфер или ресивер для накопления и стабилизации давления. Слева и справа установлены входные и выходные шаровые краны.
Я буду рассматривать насос справа на лево. Так как правая сторона — это вход для воды, а левая — выход.
Вообщем, уяснили, что вода подается на шаровый кран справа. Далее идет на тройник. Тройник, разделяет потоки. Вверх подает к клапану, который закрывается при достаточном давлении. А прямой поток подается на клапан, который открывается при достижении нужного давления.
Затем, идет опять тройник на ресивер и уже на выход. А, ещё манометр, но его может и не быть, не столь важен.

Детали


Все детали разложены перед сборкой. Я использую ПВХ трубы, они клеются на клей, но вполне можно использовать и полипропилен.

Клапан.

Сборка


Собираю. Второй клапан по середине и выглядит немного иначе. Разница этих двух клапанов в том, что изначально латунный клапан будет всегда открыт, а клапан из ПВХ изначально всегда закрыт.


Собираем буфер-ресивер.

Конечная часть насоса.

Почти готовый образец.

Добавим манометр для замера давления в работе.



Водяной насос с манометром готов к испытаниям.


Испытания насоса


Пришло время установить и испытать насос. Хочу немного оговориться и сказать, что насос не то чтобы качает воду, а скорее усиливает её напор. Я имею в виду, что для работы насоса необходимо начальное давление.
Для этого установим насос в небольшом ручье. Подключим длинную трубу в несколько метров (это обязательно условие) и будем забирать воду с небольшого возвышения. В итоге к насосу вода будет течь сама.


Ставим ресивер вертикально, латунный клапан должен быть на открытом воздухе.




И насос, щелкая клапанами начинает подавать воду выше уровня забора. Гораздо выше уровня забора воды вначале трубы.

Принцип работы водяного насоса


Все это кажется по истине удивительным и невероятным, но тут нет никакого секрета. Такие водяные насосы ещё называют гидроударными и работают они так:
Когда подается вода, то она сразу устремляется в открытый клапан.

Как только вода наберет небольшой разбег этот клапан резко закроется. А так как столб воды в трубе имеет инерцию как и любая физическая масса, то произойдет гидроудар, который создаст избыточное давление, способное открыть второй клапан. И вода устремится в ресивер, где будет сжимать воздух.

Как только избыточное давление будет погашено и станет меньше исходящего — средник клапан закроется и откроется верхний. В результате чего вода опять побежит через верхний клапан.

Далее цикл повторяется.
Более подробную анимацию смотрите в видео:

Такие насосы могут создавать давление, превышающее начальное в 10 раз! И в подтверждение этому смотрите видео:

Челябинские ученые придумали, как качать воду в гору с помощью маятника и гидроудара

Насос для дачных и фермерских хозяйств требует немалых затрат электроэнергии, и полив влетает в копеечку. Оказывается, если пораскинуть мозгами, эта задача вполне решаема. Челябинские ученые поставили на службу поливному земледелию… маятник.

Используя силу текучей воды, гравитации и инерции, он может работать в качестве движителя в самых разных сферах АПК. Как научить маятник стать «тяговой силой» агропрома? Об этом — наш разговор с автором ноу-хау, старшим преподавателем ЮУрГАУ Вадимом Бакуниным.

Маятниковый мотор

— Как родилась идея создать маятниковый двигатель?

— Изначально она принадлежит сербскому изобретателю Велько Милковичу. Он изобрел двойной маятник, который приводит в движение насос, кузнечный пресс, ударный инструмент… Суть ноу-хау в том, что качающийся маятник воздействует на свою ось качания с переменной нагрузкой. Она качает кулису и совершает полезную работу. Причем по сравнению с простым архимедовым рычагом при тех же габаритах импульс силы увеличивается в несколько раз!

Взяв за основу эту идею, мы разработали алгоритм расчета оптимальных параметров маятникового мотора. Наша математическая модель позволяет создать конструкцию, работающую с максимальным КПД. Мы, например, смоделировали работу такого маятника в качестве привода для насоса, и результаты обнадеживают. Постоянный магнит создает поле, меняющее полюсность подкачивающего устройства насоса.

— А будет ли продолжение?

— Мы по схожему принципу придумали так называемый насос на приводе с дебалансным ротором, который может стать хорошим помощником для наших овощеводов. Это тоже маятник, только вращательного типа. На это изобретение получен патент. Впрочем, при этом можно использовать и альтернативные источники энергии, когда колесо приводит в движение сила ветра или падающей воды. А если изготовить колесо в виде ковшовой турбины, то и при отключении электродвигателя насос будет качать воду за счет так называемой гидравлической обратной связи. Как результат, бесперебойный полив и солидная экономия электричества.

— Такой принцип можно использовать в самых разных сферах?

— Инерционный движитель, к примеру, есть резон использовать на автотранспорте. В свое время Велько Милкович сконструировал самоходную повозку, которая едет за счет работы маятника! И никаких выхлопов, загрязнения окружающей среды! Этой идеей заинтересовался профессор ЮУрГАУ Геннадий Круглов, он предложил по этому принципу сконструировать экологичный автодвигатель совершенно нового типа, лишенный минусов бензиновых моторов.

Гидравлический таран

— Возможно ли применить ваши ноу-хау в плотинах, для полива сельхозкультур?

— Для этого мы разработали так называемый гидравлический таран, который работает как бы сам по себе, энергоподпиткой является сама текущая вода. В основе его конструкции лежит принцип гидроудара, открытый еще в конце ХVIII века изобретателем воздушного шара Жаком-Этьенном Монгольфье. Если жидкость резко остановить, то возникнет скачок давления, это может привести к поломкам в трубах. Но этот эффект может приносить и немалую пользу. В 1968 году советский физик В. Овсепян доработал алгоритм расчета гидротарана, но не учитывал инерционность ударного клапана.
Мною был придуман способ поддержания максимально возможной производительности гидротарана при переменном входном напоре. Это дает возможность не перенастраивать гидротаран потребителю, а сразу использовать на любом перепаде воды. Гидравлический таран преобразует ударное давление в постоянное, обеспечивая оросительные системы водой. Для этого даже не нужна подкачка электромотором, вода сама себя качает!

Вода в гору потечет!

— Можно ли применить гидроудар, если плотины и уклона нет?

— Во дворце царя Кноссоса на Крите обнаружили водопроводную систему, которой 4 тысячи лет. По ней вода поднималась без насоса из долины к вершине горы, на которой стоял дворец! Все терракотовые трубы имели коническую форму — суживались на одном конце. Вода впрыскивалась из суженного конца трубы в следующую трубу — нам это известно по пневмозагрузочному соплу. Тем самым в следующей трубе образовывалось пониженное давление, которое импульсивно всасывало воду вперед и вверх на гору. Древнеегипетские гидравлики тоже могли поднимать воду без насоса на высокие горные вершины.

— А что можно придумать, если нет потока воды, например, в озере?

— В 2005 году в Испании начали проводить опыты с гидроударом в стоячей воде. Зарубежные ученые используют эффект резонанса в ударной трубе, и уже появились первые разработки резонансного гидротарана. Известно, что, когда солдаты идут в ногу по деревянному мосту, есть опасность, что он может рухнуть, поскольку энергия их шагов входит в резонанс со структурой материала — поэтому офицер командует «идти вразброд». Но эту разрушительную энергию можно превратить в полезную работу, заставить, например, качать воду из пруда. Но я планирую пойти дальше — использовать этот принцип и для создания подводного гидротарана. Одно из предложений — с его помощью откачивать воду из получивших пробоину кораблей.

Мальстрим из ручейка

— Есть ли у вас изобретения, так сказать, на стыке этих ноу-хау?

— Мы получили патент на преобразователь напора воды в системе турбина — насос. Он, как и гидротаран, преобразовывает меньший напор в больший, но с более высоким КПД за счет оптимальных конструкций составляющих. Высокоскоростная турбина в паре с низкоскоростным насосом способны подавать воду под высоким давлением на высоту большую, чем ее уровень на входе плотины! Мы убираем лишние детали — генератор и электродвигатель, и преобразователь напора качает воду без всяких затрат, только за счет энергии воды. На выходе — весомая экономия, что для аграриев очень важно.

— А если вместо жидкости газ? Например, в колесах авто…

— Физические законы работают и для жидкости, и для газа. К примеру, в составе творческой бригады ученых ЮУрГАУ, возглавляемой кандидатом технических наук Ириной Старуновой, я делал расчет опрокидывающего момента и автоматической перекачки газа в колесах трактора для придания ему устойчивости даже при подъеме в гору. Чтобы он не опрокинулся на склоне, нужно уменьшить давление в передних колесах и перекачать часть газа в задние. Мы составили математическую модель движения в этих условиях и справились с этой задачей. А главное, модернизация может предотвратить аварии, спасти жизнь и здоровье людей.

— Какие еще подобные ноу-хау у вас в активе?

— Мы запатентовали нашу разработку по сочетанию гидротарана и сифона, так сказать, в одном флаконе. Гидротаран работает на перепаде уровней воды, а как сделать так, чтобы не прокладывать трубу сквозь тело плотины? Мы нашли решение — перекинули через нее трубу-сифон. Для его запуска на входе специальным устройством создается начальное избыточное давление, а затем вода идет самотеком.

Perpetuum mobile?

— Создается впечатление, что вечный двигатель уже на подходе…

— Мы не изобретаем perpetuum mobile, а используем законы физики — гравитацию, круговорот воды в природе… Правда, стремимся повысить КПД, что вполне реально. К примеру, недавно украинский изобретатель Андрей Ермола сконструировал генератор, работающий на силе тяжести груза и эффекта волчка Софьи Ковалевской (она составила уравнение его движения). При воздействии на ось волчок словно теряет ориентацию — начинает «танцевать кругами». Это явление, названное эксцентриситетом, происходит из-за нарушения баланса. Андрей Ермола утверждает, что «ручка волчка» в таких условиях сама поднимается вверх, совершая работу. На первый взгляд, это невозможно, поскольку противоречит нашим представлениям о сохранении энергии. Ведь такое может произойти, если вечный двигатель все же существует!

— Как можно это объяснить? И использовать на пользу человечеству…

— На мой взгляд, это связано с эффектом резонанса. Такое может быть, если система не закрытая, а как‑то связана с гравитацией, воздействием резонанса. Если это так, то в будущем возможно создать насосы и кузнечные прессы, которые станут работать сами по себе! Хотелось бы провести исследования, составить математическую модель этого явления. Я верю: когда‑нибудь мы сможем подчинить, казалось бы, необъяснимые силы природы, поставить их на службу человеку.

Водяные насосы работающие на принципе гидроудара. Гидротаранный насос своими руками

Подводный гидротаран может быть использован в конструкциях средств транспортирования жидкости, основанных на использовании гидравлического удара. Подающая труба с ударным клапаном сообщена с нагнетательной трубой посредством нагнетательного клапана и с баком возвратной воды посредством дополнительного нагнетательного клапана. Ударный клапан выполнен в виде двух дисков с совпадающими водопропускными отверстиями, соосно установленных на полом штоке, имеющем щелевидное направляющее отверстие, который размещен в подающей трубе с возможностью возвратно-поступательного движения. Один из дисков закреплен на штоке жестко, а другой установлен с возможностью осевого перемещения и поворота вокруг своей оси. Внутри штока установлен стержень-толкатель с головкой, один конец которого, подпружиненный со стороны штока, выполнен в контакте с поршнем. Поршень размещен в цилиндре, сообщенном с баком возвратной воды посредством питательной линии. Повышается производительность путем более полного использования энергии гидравлического удара. 1 ил.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкциям средств транспортирования жидкостей, основанных на использовании гидравлического удара, и может быть использовано для подъема воды из русла тихоходной реки. Известен гидравлический таран, содержащий рабочую камеру с ударным вестовым клапаном, связанную с напорной и воздушной емкостями, причем воздушная емкость выполнена в виде равномерно расположенных по окружности колпаков, снабженных нагнетательными клапанами и сообщенных между собой (Авт.свид. СССР N 781403, кл. F 04 F 7/02, 1980). Недостатком данного устройства является наличие неиспользованных потенциальных возможностей по увеличению производительности, КПД в связи с тем, что подача жидкости производится периодически. Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является подводный гидротаран, содержащий подающую трубу с ударным клапаном, сообщенную с нагнетательной трубой посредством нагнетательного клапана, и воздушный колпак (Авт.свид. СССР N 1788344, кл. F 04 F 7/02, 1993). Подающая труба выполнена конусной, направленной раструбом навстречу потоку воды, а ударный клапан, расположенный на противоположном конце трубы, заключен под воздушным колпаком, свободно сообщающимся понизу с русловой водой. Недостатком известного подводного гидротарана является низкая производительность устройства из-за потерь КПД вследствие высокого гидравлического сопротивления и неэффективной работы ударного клапана. Кроме того, известный гидротаран не сможет работать на тихоходных реках, так как скорости течения будет недостаточно для осуществления гидроудара и для поддержания работы устройства необходим перепад воды (напор). Заявляемое изобретение направлено на повышение производительности гидротарана путем более полного использования энергии гидравлического удара. Указанный технический результат достигается тем, что в подводном гидротаране, содержащем подающую трубу с ударным клапаном, сообщенную с нагнетательной трубой посредством нагнетательного клапана, и воздушный колпак, согласно заявляемому изобретению ударный клапан выполнен в виде двух дисков с совпадающими водопропускными отверстиями, соосно установленных на дополнительно размещенном с возможностью возвратно-поступательного движения в подающей трубе полом штоке с щелевидным отверстием, в котором установлена головка стержня-толкателя, свободный конец которого, подпружиненный со стороны штока, выполнен в контакте с поршнем, размещенным в цилиндре, цилиндр сообщен с баком возвратной воды, который соединен с подающей трубой посредством дополнительного нагнетательного клапана, при этом один из дисков жестко закреплен на штоке, а другой установлен с возможностью осевого перемещения и поворота вокруг своей оси. Такое выполнение ударного клапана обеспечивает практически мгновенное его закрытие, а заявляемое сочетание конструктивных элементов позволяет наиболее полно использовать энергию гидроудара и тем самым повысить КПД гидротарана. На чертеже изображено предложенное устройство, общий вид. Подводный гидротаран включает подающую трубу 1 с ударным клапаном 2, выполненным в виде дисков 3 и 4, имеющих водопропускные отверстия; подающая труба 1 сообщается с нагнетательной трубой 5 посредством нагнетательного клапана 6. Нагнетательная труба 5 соединена с воздушным колпаком 7. Диски 3 и 4 установлены соосно на полом штоке 8, имеющем направляющее щелевидное отверстие, причем диск 3 закреплен на штоке жестко, а диск 4 установлен с возможностью перемещения по штоку и поворота вокруг своей оси таким образом, что водопропускные отверстия диска 4 совпадают с аналогичными отверстиями диска 3. Внутри штока 8 размещен стержень-толкатель 9 с головкой, установленной в щелевидном направляющем отверстии, выполненном на штоке 8, и соединенной с диском 4. Стержень-толкатель 9 помощью пружины 10 контактирует с поршнем 11, размещенным в цилиндре 12, который в свою очередь сообщается с баком возвратной воды 13 посредством питательной линии 14. Бак 13 сообщается с подающей трубой 1 посредством дополнительного нагнетательного клапана 15. На штоке 8 установлены ограничители 16, воздействующие на вентиль 17 через рейку тягоползунного механизма 18. Шток 8 совершает возвратно-поступательные движения по роликам 19, установленным на кронштейнах 20, закрепленных на корпусе подающей трубы 1. Торцевая поверхность подающей трубы 1, противоположная потоку воды, выполнена в виде кольцевого упора 21. Устройство работает следующим образом. Подающая труба 1 погружается в реку на глубину от поверхности 100-150 мм свободным торцом навстречу потоку воды. От пускового устройства (на чертеже не показано) вода нагнетается в цилиндр 12, при этом поршень 11 двигает стержень-толкатель 9, находящийся внутри штока 8. При этом головка стержня-толкателя 9 скользит по щелевидному направляющему отверстию в штоке 8 и. поворачивает скользящий по штоку 8 диск 4. При этом отверстия у дисков 3 и 4 совпадают и вода по подающей трубе 1 проходит сквозь таран. Когда поршень 11, сжав пружину 10, упрется на шток 8, тот под воздействием поршня начнет перемещаться по направляющим роликам 19 в направлении, противоположном течению реки. Ударный клапан 2, установленный на штоке 8, перемещается вместе с ним, при этом диск 4 скользит по поверхности штока 8. Перемещающийся со штоком 8 ограничитель 16 достигает рейки тягоползунного механизма 18 и начинает на нее воздействовать. При этом вентиль 17 открывается. При открытии вентиля 17 давление в цилиндре 12 падает и поршень 11 движется обратно. При этом под воздействием пружины 10 стержень-толкатель 9 возвращается в исходное положение, осуществив поворот диска 4, при этом отверстия дисков 3 и 4 прикрывают друг друга. Сила течения воды двигает ударный клапан 2 к кольцевому упору 21. Скорость течения и скорость перемещения ударного клапана уравниваются. При достижении упора 21 ударный клапан 2 мгновенно останавливается и происходит гидравлический удар, сопровождающийся повышением давления в гидравлической трубе 1 за счет продолжающегося по инерции движения потока воды, при этом нагнетательный клапан 6 открывается и вода устремляется по нагнетательной трубе 5 в воздушный колпак 7, а оттуда потребителю. Одновременно вода под давлением поступает и в бак возвратной воды 13 через нагнетательный клапан 15. После падения давления в подающей трубе 1 нагнетательные клапана 6 и 15 закрываются. Штоком 8, возвращающимся в исходное положение, ограничитель 16 достигает рейки тягоползунного механизма 18 и начинает на нее воздействовать. При этом вентиль 17 закрывается. Таким образом цикл завершается. Вода под давлением из бака возвратной воды 13 поступает в цилиндр 12, поршень 11 воздействует на стержень-толкатель 9, который открывает ударный клапан 2, и цикл повторяется. Заявляемая конструкция подводного гидротарана позволяет мгновенно закрыть ударный клапан, создав повышение давления в несколько раз, и использовать всю силу гидравлического удара на преобразование гидравлической энергии в пневматическую и механическую, увеличив тем самым КПД устройства.

Формула изобретения

Подводный гидротаран, содержащий подающую трубу с ударным клапаном, сообщенную с нагнетательной трубой посредством нагнетательного клапана, и воздушный колпак, отличающийся тем, что ударный клапан выполнен в виде двух дисков с совпадающими водопропускными отверстиями, соосно установленных на дополнительно размещенном с возможностью возвратно-поступательного движения в подающей трубе полом штоке с щелевидным отверстием, в котором установлена головка стержня-толкателя, свободный конец которого, подпружиненный со стороны штока, выполнен в контакте с поршнем, размещенным в цилиндре, цилиндр сообщен с баком возвратной воды, который соединен с подающей трубой посредством дополнительного нагнетательного клапана, при этом один из дисков жестко закреплен на штоке, а другой установлен с возможностью осевого перемещения и поворота вокруг своей оси.

Гидротаран- источник неисчерпаемой чистой энергии

Человечество столетиями использует силу падающей воды в различных механических устройствах и, в том числе, для получения электрической энергии. Гидростанции, построенные на некоторых реках, непрерывно работаю десятки лет. Видимо поэтому, большинство людей отрицают даже возможность существования или создания принципиально нового энергоисточника «от воды».

С обывательской точки зрения, преобразование потенциальной энергии воды в кинетическую (необходимую, чтобы что-то вращалось), происходит само собой. Для этого достаточно использовать природную разницу высот реки или искусственно ее создать там, где это возможно. При этом всем понятно, что вода должна течь обязательно вниз, то есть по уклону. Ясно и то, что сила воды зависит от перепада высот течения. Давно существует целая наука «гидроэнергетика» об использовании энергии падающей воды.

Однако Природа подарила нам в падающей воде не только источник бесплатной энергии, но и простейший способ преобразования естественной гравитационной энергии. Ведь с точки зрения физики, потенциальная энергия воды и есть аккумулированная в ней гравитационная энергия. Этот способ является, прежде всего, физическим явлением. Раз так, то следует вспомнить, что в окружающем нас зеркально симметричном мире каждое физическое явление существует, как бы в двух взаимно противоположных формах.

Еще в 1775 году, в одном из английских журналов появилась статья Джозефа Уайтхеста (J.Whitehurst) с описанием прибора, изобретенного и выполненного им в 1772 году. Прибор позволял осуществлять подъем воды с небольшой высоты на значительную без подвода какой-либо дополнительной энергии, лишь за счет использования потенциальной энергии воды. За счет, так называемого, явления «гидравлического удара». Но прибор не мог тогда работать полностью автоматически. Этот недостаток был устранен в 1776 году изобретателем воздушного шара французом Монгольфье (J.Montgolfier). В 1797 году им был получен патент на изобретение. Интересно, что в том же году патент на подобное устройство получил в Англии M.Bulton. В 1809 аналогичный патент получили в Америке изобретатели Церни и Халлет (J.Cerneay, S.Hallet). А уже в 1834-м американец Страубридж (H.Strawbridge) запустил промышленный вариант подобного аппарата в массовое производство. Однако в настоящее время считается, что изобретение сделанное именно французом J.Montgolfier является устройством, получившим впоследствии название «гидравлический таран».

Гидравлический таран (Рис.1) состоит из питательного бака с водой 1, нагнетательной трубы 2, ударного клапана 3, нагнетательного клапана 5, воздушного колпака 4 и отводящей трубы 6.

(Рис.1) Принципиальная схема гидравлического тарана

Его работа происходит следующим образом: вода из питательного бака 1 поступает по нагнетательной трубе 2 к открытому ударному клапану 3 и под напором h вытекает наружу с возрастающей скоростью. При некоторой скорости воды давление на ударный клапан превышает силу, удерживающую клапан в открытом состоянии (например, силу пружины), закрывает его и преграждает выход воде наружу. Происходит резкая остановка движущейся воды и, так называемый, «гидравлический удар». В пространстве нагнетательной трубы от ударного клапана 3 до нагнетательного клапана 5 давление воды почти мгновенно поднимается до величины, соответствующему напору H. В результате открывается нагнетательный клапан. Однако на повышение давления вода затрачивает только часть своей скорости. А с оставшейся скоростью она через открывающийся при этом клапан поступает в воздушный колпак 4. Возникшая от клапана 3 волна «гидравлического удара» за некоторое время движения по трубе 2 достигает бака 1 и, отражаясь там от невозмущенной воды, начинает двигаться опять к ударному и нагнетательному клапану, снижая при этом скорость. Таких отражений происходит несколько. За время многочисленных отражений волны, оставшийся объем воздуха в воздушном колпаке сжимается до давления, соответствующему напору H. В свою очередь, вода из колпака под тем же давлением по отводящей трубе 6, поступает на высоту H к потребителю. За счет таких отражений начальная скорость воды в питательной трубе через некоторое время полностью затрачивается на поддержание в трубе повышенного давления. После чего давление воды под клапанами падает чуть ниже атмосферного. В результате, существующее повышенное давление в воздушном колпаке закрывает нагнетательный клапан, а низкое давление под ударным клапаном и механизм открытия (например, сжатая пружина) позволяет ударному клапану открыться. Так вся схема автоматически приходит в исходное состояние. Процесс повторяется вновь. В итоге, при определенной культуре изготовления деталей, вода может подниматься на расчетную высоту H автоматически непрерывно много лет. Движущиеся части тарана — два клапана, проектируются так, что повышение давления в питательной трубе закрывает ударный и открывает напорный клапан, а понижение давления действует в обратном порядке. При этом весь смысл работы устройства заключается в том, что оно поднимает объем воды qH на высоту H, используя энергию объема воды q, находящейся на высоте h.

Своей оригинальностью и простотой работы «гидравлический таран» некоторое время сильно привлекал ученых теоретиков и практиков. В течение XIX столетия было выполнено много теоретических исследований «гидравлического тарана», но до конца 1900 года все они упирались в неизвестность теории «гидравлического удара» в трубах и поэтому не давали правильных результатов. Еще в 1804 году Эйтелвейн (Eitelvein) (Германия) поставил более 1000 опытов и опубликовал ряд эмпирических выводов и формул, большинство которых, как выяснилось уже тогда, было не пригодно для проектирования. Хотя факт существования явления «гидравлический удар» был известен еще в XVIII веке, теория этого явления была разработана впервые русским ученым Николаем Жуковским. Свои теоретические выводы профессор Жуковский проверил и подтвердил специальными опытами в 1897-1898 годах. В 1898 году его теория была впервые опубликована в «Бюллетенях Политехнического общества».

В 1901 итальянский инженер Алиеви (Alievi) опубликовал практически ту же теорию

«гидравлического удара», но применительно к трубопроводам различных силовых установок. Однако опыты, проведенные самим Жуковским и, позднее, другими исследователями в разных странах, полностью подтвердили правильность основных положений именно его теории. Но и она, после опубликования, не получила широкого освещения и признанания. Исследователи и энтузиасты «гидравлического тарана» из года в год по-прежнему ставили эксперименты и находили для своих целей разные не обобщенные эмпирические формулы. В Америке, Австралии и в ряде других западных стран «гидравлический таран», как устройство, способное бесплатно качать воду на высоту, получил развитие в мелиорации и для различных бытовых нужд под названием «ram-pump». В этих государствах и сейчас существует несколько десятков малых компаний, специализирующихся на производстве и продаже «ram-pump». Многие из них при инсталляции своих механизмов используют исключительно собственные формулы. В Интернете, через различные поисковые системы, при вводе слов «гидравлический таран» или «ram-pump», можно найти не только такие компании, но и большое количество публикаций на эту тему.

Можно изобразить и немного по-другому:

Рис. 1. Схема гидравлического тарана и принцип его работы

Несложный и остроумный механизм — гидравлический таран, не нуждаясь в источнике энергии и не имея двигателя, поднимает воду на высоту нескольких десятков метров. Он может месяцами непрерывно работать без присмотра, регулировки и обслуживания, снабжая водой небольшой поселок или ферму.

В основе работы гидротарана лежит так называемый гидравлический удар — резкое повышение давления в трубопроводе, когда поток воды мгновенно перекрывается зас­лонкой. Всплеск давления может разорвать стенки трубы, и, чтобы избежать этого, краны и вентили перекрывают поток постепенно.

Гидравлический таран работает следующим образом (рис. 1). Из водоема 1 вода по трубе 2 поступает внутрь устройства и вытекает через отбойный клапан 3. Скорость. потока нарастает, его напор увеличивается и достигает величины, превышающей вес клапана. Клапан мгновенно перекрывает поток, и давление в трубопроводе резко по­вышается — возникает гидравлический удар. Возросшее давление открывает напорный клапан 4, через который вода поступает в напорный колпак 5, сжимая в нем воздух. Давление в трубопроводе падает, напорный клапан закрывается, а отбойный — открывается, и цикл повторяется снова. Сжатый в колпаке воздух гонит воду по трубе б в верхний резервуар 7 на высоту до 10-15 метров.

Первый гидравлический таран построили в городе Сен-Клу под Парижем братья Жозеф и Этьен Монгольфье в 1796 году, через 13 лет после своего знаменитого воздушного шара. Теорию гидравлического тарана создал в 1908 году Николай Егорович Жуковский. Его работы позволили усовершенствовать конструкцию этого устройства и повысить его кпд.


ГИДРОТАРАН СВОИМИ РУКАМИ

Гидравлический таран настолько прост, что его можно без труда изготовить самостоятельно, почти полностью собрав из готовых деталей, применяемых в водопроводных сетях. Недостающие детали требуют несложных токарных и сварочных работ.

Рис. 2. Детали конструкции гидравлического тарана.

Основным элементом устройства (рис. 2) служит стальной или чугунный тройник 1 (а еще лучше — крестовое соединение, тогда четвертое, нижнее, отверстие закрывают резьбовой заглушкой) с внутренней резьбой 1 1/2 — 2 дюйма. В тройник ввинчивают переходные ниппеля («бочонки») 2 с длинной наружной резьбой-сгонами. К одному сгону подсоединяют подводящий трубопровод диаметром не менее 50 мм и длиной не более 20 метров. Ко второму

Подсоединяют колено (уголок) 3 так, чтобы при установке тарана его свободный торец был горизонтальным: на нем будет смонтирован отбойный клапан. На третьем ниппеле монтируют напорный колпак с клапаном. Все резьбовые соединения перед сборкой очищают металлической щеткой от грязи и ржавчины и обматывают паклей.

Напорный колпак 4 делают из отрезка металлической или пластмассовой трубы диаметром 15-20 сантиметров. Его объем должен быть примерно равен объему подводящего трубопровода. Торцы трубы закрывают крышкой 5 и переходным фланцем 6 с резиновыми прокладками 7 и 7а (кольцо). Колпак стягивают стальными шпильками 8.

Напорным клапаном может служить обратный клапан, выпускаемый для водяных насосов итальянской фирмой «Бугатти» (с внешней резьбой 1 1/2 дюйма) и немецкой фирмой «Ценнер» (диаметром от 15 до 40 мм) — они продаются в магазинах сантехнического оборудования, самодельный клапан-лепесток из куска листовой резины или сливной клапан от туалетного бачка. Конструкция клапана определит размеры и форму переходного фланца, место и способ крепления напорной трубы 9 диаметром 1/2 дюйма. Варианты конструкции показаны на рисунке.

Отбойный клапан собран из двух деталей: корпуса 10а и заслонки 106.Корпус вытачивают из стали или из бронзы. В верхней его части просверлено отверстие диаметром 15 — 20 мм. Внутренняя полость заканчивается конусом с углом порядка 45°. Корпус клапана навинчивается на сгон ниппеля 2. Стальная или бронзовая заслонка имеет форму двойного усеченного конуса диаметром 20-25 мм и массой 100-150 г. Верхний конус заслонки должен иметь тот же угол, что и полость корпуса: только тогда клапан сможет мгновенно перекрыть поток, создав гидравлический удар. В верхнюю часть заслонки ввернуты три центрирующие спицы так, чтобы они входили плотно, но без трения в верхнее отверстие корпуса. В нижнюю — ввернут винт. Настраивают гидравлический таран, меняя массу заслонки.

Для этого на нижний винт надевают свинцовые шайбы. Для запуска гидротарана достаточно приподнять заслонку, давая воде свободно вытекать через отбойный клапан.

Впускное отверстие подводящего трубопровода необходимо оборудовать простым фильтром, защищающим гидротаран от грязи, и заслонкой, перекрывающей воду на зиму. Чтобы слить воду из корпуса тарана и колпака, через нижнее отверстие вводят спицу, открывая ею напорный клапан. Гидравлический таран можно установить стационарно или сделать съемным, предусмотрев отводной канал для воды, текущей из отбойного клапана.

Производительность гидравлического тарана можно ориентировочно оценить по таблице. Она связывает отношение массы воды (m), поднятой гидротараном, к массе воды (М), поступившей из водоема, и отношение высоты подъема воды h к высоте Н ее падения к гидротарану.


m/М 0,3 0,2 0,15 0,1 0,06 0,05 0,03 0,02 0,01
h/Н 2 3 4 6 8 10 12 15 18

Пусть, например, к гидравлическому тарану поступает М = 12 л/мин воды с высоты Н = 1,5 метра. Посмотрим, сколько воды он сможет поднять на высоту 9 метров. Отношению h/Н = 9/1,5 = 6 в таблице соответствует величина h/М =0,1. Это значит, что гидротаран ежеминутно должен подавать на высоту 9 метров массу воды m = 0,1-М =0,1-12= 1,2 литра. Это немного, но за сутки автоматическое устройство накачает свыше полутора тонн воды, количество, достаточное для поливки сада или огорода немалой площади.


ИСТОЧНИК ИЗОБРЕТЕНИЯ — ТЕОРИЯ ГИДРОТАРАНА

Представим себе присоединенную к основанию резервуара с водой закрытую с двух сторон трубу, у которой с одной стороны имеется глухое дно, а с другой (там, где резервуар с водой), установлена сдерживающая воду тонкостенная мембрана. При определенном давлении воды мембрана прорывается, и в трубу из резервуара устремляется поток воды с увеличивающейся скоростью. Если в трубе отсутствует воздух (или каким-либо образом свободно вытесняется водой), то при достижении водяным потоком дна трубы (либо существенного сужения в конце трубы), возникнет тоже явление «гидравлического удара».

Так же как в «гидравлическом таране», при наличии у дна трубы открывающегося при определенном давлении клапана, процесс «гидравлического удара» начнет обеспечивать ту же накачку. «Ударная волна» с зоной повышенного давления пойдет навстречу водяному потоку, растягивая избыточным давлением стенки трубы и обеспечивая этим поступление воды через нагнетательный клапан. Отразившись от находящейся в резервуаре воды, «ударная волна» двинется назад — ко дну трубы. При движении «ударной волны» в сторону нагнетательного клапана, так же как и в «гидравлическом таране», в зоне от входа трубы до фронта «ударной волны» будет наблюдаться понижение статического давления.

Такое движение (с периодическим увеличением и понижением давления) многократно повторится до тех пор, пока столб воды в трубе, не исчерпает свою кинетическую энергию. При этом за определенное время в колпак 4 поступит определенное количество воды. Такой же процесс будет происходить, если вместо мембраны на входе в трубу установить, как это показано на Рис.2 открывающийся клапан 3.


(Рис.2) Принципиальная схема нового водоподъемного устройства

Однако если этот клапан сделать «обратным» (то есть закрывающимся со стороны трубы 7), при соприкосновении с первой «ударной волной», двигающейся
навстречу потоку воды и создающей за собой зону повышенного давления, он получит тенденцию закрыться (от действия разницы давления). При этом начнет перекрывать протекающий через него водяной поток. Наше исследование такой гидродинамической схемы, введение в теорию механизма открытия и закрытия клапанов с учетом их инерционности, показывает, что при определенной конструкция клапана 3 и определенных исходных параметрах, клапан успеет не только закрыться
от первой волны, но останется закрытым, пока действует избыточное давление в трубе 7 под нагнетательным клапаном 5. В итоге, могут создаться условия, когда клапан на некоторое время полностью отсечет водяной поток. При этом отсеченный столб воды в трубе 7, набрав определенную скорость, обязан продолжить свое движение в колпак 4 уже по инерции. Таким образом, сила напора для закачки воды в колпак может быть заменена эквивалентной силой инерции. Однако в отличие от
«гидравлического тарана», каждая порция воды, закаченная в колпак, должна вызывать невосполнимые потери массы всего столба воды (поскольку клапан 3 закрыт). Вследствие этого в трубе 7, со стороны закрытого клапана 3, с момента начала движения первой отраженной от него «ударной волны», должна появиться зона разряжения с давлением близким к нулю. В ней может находиться только некоторая малая часть растворенных в воде газов.
Итак, в результате закачки воды в колпак, разность начальной и конечной кинетической энергии перейдет в потенциальную энергию поступившей в колпак воды (как и в «гидравлическом таране»). При этом избыточное давление в колпаке должно запереть нагнетательный клапан, а почти полное отсутствие давления в трубе 7 при разрушении столба воды (если таковой еще в трубе останется), должно открыть клапан 3, находящийся под статическим напором воды со стороны трубы 2. Через открывающийся клапан 3 в трубу 7 опять начнет поступать вода, объем которой за время поступления в точности будет равняться объему зоны «нулевого» давления или, как принято говорить в гидрогазодинамике, зоны «отрыва». При этом параметры воды в трубе при смешении будут определяться соответствующими законами сохранения энергии и импульса.

ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В результате математического описания этой схемы, учета различных особенностей механизма закачки, всех временных характеристик, механизма изменения давления в колпаке, а также различных потерь, особенностей горизонтальной и вертикальной схемы втекания воды, была разработана достаточно полная теория такой гидродинамической схемы и метод расчета параметров необходимый для проектирования. А в результате конструкторского поиска была найдена и требуемая конструкция клапана 3. Эту гидродинамическую схему можно, разумеется, использовать и в условиях, в которых работает «гидравлический таран». Правда при этом появляется проигрыш по давлению. Однако нет препятствий для работы такого водоподъемного устройства и без питательного бака 1. Для этого достаточно погрузить его в воду, как это показано на Рис.3 на определенную глубину h. В таком исполнении схема превращается в идеальный насос малого напора, который можно использовать только для подъема воды, например, в опреснителях морской воды. Полученные математические зависимости показывают, что при любых начальных параметрах всегда получается, что 2 > H/h > 1. При этом для начальных параметров существуют определенные критерии, определяющие условия автоматического повторения процесса. В частности, одним из необходимых условий является точное соответствие масс клапанов 3 и 5 (нагнетающий) параметрам процесса. Кроме того, должны конструктивно выполняться как расчетный объем в колпаке для воздушной подушки, так и определенная площадь сечения выходного отверстия из колпака (для отвода воды).

Следует отметить, что с энергетической точки зрения, данная схема потребляет больше энергии для работы, чем создаваемая ей полезная энергия. Если представить к.п.д. схемы в виде обычной формулы Ренкина (как отношение потенциальной энергии воды, закаченной в колпак, к потенциальной энергии всей воды, поступившей в трубу 7 до закачки), то к.п.д. получается всегда меньше 100%.


(Рис.3) Схема нового насоса малого напора

(Рис.4) Схема нового источника энергии

Однако наибольшие перспективы открываются при использовании этой схемы, если отводящая труба вообще отсутствует. Или в том случае, когда на выходе из колпака на глубине hэ?h имеется участок трубы 6 небольшой длины с сечением равным сечению выходного отверстия в колпаке, как это

представлено на Рис.4.

В том и другом случае, как показывают полученные зависимости, при определенном объеме воздушной подушки в колпаке и при определенной площади проходного сечения выходного отверстия, теоретическая зависимость давления (напора) в колпаке от времени будет выглядеть так, как представлено на Рис.5. При этом время подъема давления (tw) и его спада (tu) составляет менее 0,1tH. Причем, в течение периода ty

клапана 3, разгон воды и накопление энергии. Давление с погрешностью менее 0,5% за время tH практически постоянно. Таким образом, на выходе из насадки, один раз в течение времени tH должна периодически формироваться струя воды, характеризующаяся расходом воды с определенной скоростью VT.



(Рис.5) Теоретическая зависимость давления от времени

При этом средний расход воды за время tH может значительно превышать значение, получаемое в «гидравлическом таране», а истекающая струя воды, согласно закону сохранения импульса системы, обязана создавать реактивную силу (поскольку клапан 3 закрыт). Таким образом, данная схема превращается в идеальный пульсирующий гидрореактивный движитель. Его эффективность, при отсутствии силы за время ty, как и для любой пульсирующей системы, будет определяться суммарным по времени импульсом силы. Это эквивалентно постоянному действию некоторой (несколько меньшей по величине) средней результирующей реактивной силы RTcp. Кроме того, сама по себе такая струя воды в течение времени tH, способна производить определенную работу. Это позволяет на выходе из колпака установить гидротурбину с последовательно соединенным электрогенератором. В результате, описанная схема превращается в источник электрического тока.

При этом электрогенератор должен находиться в герметическом контейнере, либо на поверхности воды, имея соединение с гидротурбиной посредством какого-либо вращающегося вала. Поскольку сравнительно малый период времени ty будет влиять только на время набора заданной угловой скорости гидротурбины и электрогенератора, то получаемая электрическая мощность определяется только к.п.д. гидроэлектроагрегата.


Энергетические возможности


(Рис.6) Зависимость тяги от глубины


(Рис.7) Зависимость мощности от глубины

Откуда следует, что на глубинах ~450-650 метров имеется определенный максимум. При этом в диапазоне от 15 до 300 метров расчетная величина к.п.д. не превышает 69%.

Как видно, данная схема теоретически может обеспечить любую реактивную тягу и любую электрическую мощность. Для этого достаточно применение ускорительной и нагнетательной трубы определенной длинны и площади входного сечения. Например, при площади входного

сечения равной 3,6 м? на глубине 500 м расчетная средняя тяга составляет ~380 т, а возможная вырабатываемая электрическая мощность ~110 МВт. Однако, как, оказалось, изготовить такую схему, по причине отсутствия требуемой технологии производства (а также материалов с нужными свойствами), возможно только для глубины h > 15 метров.

Для глубины h > 15 метров реактивная сила может быть использована для движения любого типа подводных аппаратов, а ожидаемая электрическая мощность делает возможным создать электростанции любой промышленной мощности в генерирующей энергетике. В последнем случае целесообразно не увеличивать площадь входного сечения труб, а создать базовый

энергетический модуль оптимальной электрической мощности. При этом подводную морскую или бассейновую ГЭС требуемой мощности составлять из пакета таких модулей. Базовый модуль может быть горизонтального, либо вертикального исполнения. Вертикальное расположение модуля упрощает его использование в местах, где нет больших водных ресурсов, так как позволяет обойтись меньшим объемом воды. Однако вертикальный модуль при той же мощности требует несколько большей глубины.

В качестве примера, на Рис.8 приведена компоновочная схема горизонтального модуля, состоящего из нового водоподъемного устройства 1, гидротурбины 2 и генератора 3. На Рис.9 — компоновочная схема вертикального модуля, состоящего из водоподъемного устройства 6, гидротурбины 5, электрогенератора 4.



(Рис.8) Схема горизонтального модуля


(Рис.9) Вертикальный модуль в подземном резервуаре

Вертикальный модуль при этом может быть, например, просто подвешен в подземном резервуаре 1 с водой на тросе 3.Важно, и то, что при определенном режиме работы новое водоподъемное устройство, так же как «гидравлический таран», способно нагревать проходящую через него воду. Расчеты показывают, что, например, вертикально расположенный единичный модуль при отсутствии мер к охлаждению воды может уже через 2 часа работы нагреть всю массу воды в подземном или наземном резервуаре до температуры +75С. Таким образом, данная схема превращается не только в источник электроэнергии, но и одновременно, без какого-либо последующего преобразования электроэнергии, в источник тепла.


Практика — критерий истины

Результаты теоретических расчетов и разработанная методика проектирования устройства подтвердились экспериментальными исследованиями. В 2003 году нами был разработан и изготовлен в Испании экспериментальный малогабаритный полупромышленный энергетический модуль,

состоящий из расчетной схемы горизонтального исполнения, гидротурбины и электрического генератора. Глубина его погружения ~50 метров. Этот модуль имел расчетную выходную электрическую мощность ~97,4 кВт. В качестве основных деталей (колпака, труб 2,7 и т.д.) схемы и приборов контроля давления в колпаке, почти полностью использовался набор элементов конструкции стандартного опреснителя морской воды представленного на Рис.10



(Рис.10) Опреснитель морской воды


(Рис.11) Гидроэлектрогенератор

Объем колпака, размер труб, арматура клапанов были выбраны из условий их совместимости при минимальных затратах на доработку. В качестве гидротурбины применялась реактивная гидротурбина производства голландской компании «Energi Teknikk, A/S» специально модернизированная на входной напор ~33 метра. Гидротурбина и электрогенератор в сборе показаны на Рис.11. В качестве электрогенератора использовался синхронный генератор переменного тока с номинальным напряжением ~6,0 кВ при номинальной мощности ~100 кВт с автоматической регулировкой частоты и напряжения. Для нагрузки применялось балластное омическое сопротивление от мощных ветроэлектрогенераторов. Все детали этого энергетического модуля, а также аппаратура регистрации давления в колпаке, независимый источник питания для нее, гидротурбина и электрогенератор были смонтированы в герметическом контейнере, имеющим в передней части фланцевое соединение для стыковки труб, а в верхней части — люк для выхода отработанной воды. Для доступа к клапанам (для обеспечения их ручной регулировки) в контейнере имелись дополнительные герметические люки. Конструкция этого энергетического блока обеспечивала стыковку ускорительных и нагнетательных труб любой длины и, в случае необходимости, быструю их замену. Внешний вид контейнера с данным энергетическим модулем представлен на Рис.12.



(Рис.12) Контейнер с электрогенерирующим модулем

Результаты испытаний

Испытания проводись путем опускания данного контейнера на тросе с корабля на заданную глубину в Атлантическом океане. Было проведено несколько серий испытаний. В качестве независимых наблюдателей на всех испытаниях присутствовали представители трех авторитетных в Испании компаний. В результате, был получен устойчивый самоподдерживающийся режим, а обработка

осциллограммы избыточного давления в колпаке дала осредненные результаты, представленные на Рис.13.При этом избыточное давление в колпаке оказалось меньше теоретического на ~5,2%, время нагнетания меньше на ~4,3%, а время разгона до восстановления процесса больше на ~5,2%.



(Рис.13) Результаты измерения давления

В то же время прямой замер вырабатываемого электрического напряжения показал значение напряжения 5,8±0,35 кВ, а прямой замер силы тока -15,96±0,46 А. При этом диаграмма получаемого электрического напряжения и силы тока не носила ступенчатый характер. Это соответствовало о

полученной электрической мощности равной 92,73±8,25 кВт, что по среднему значению меньше теоретического значения всего на ~ 4,8%.

Таким образом, новое водоподъемное устройство, представляющее, по сути, новый преобразователь

гравитационной энергии, способно простым способом вырабатывать любое промышленное количество экологически чистой и мощной электроэнергии, и потенциально способно заменить (по мощности) существующие тепловые и атомные электростанции.


ВЫВОДЫ

В настоящее время широкое внедрение этого изобретения в энергетику в техническом плане не представляет проблем. При этом детальная экономическая оценка показывает, что при разработке и создании подобных энергетических модулей и (на их базе)

электростанций мощностью более 100 мВт, наиболее целесообразно использовать схему с вертикальным расположением модуля при единичной выходной мощности ~500

кВт. Такой промышленный модуль под названием «Подводный электропреобразователь гравитационной энергии» уже создан нами в Испании. Его внешний вид в сравнительном масштабе представлен на Рис.14. Пакет таких энергоблоков для электростанции любой мощности потребует резервуар, заполненный водой, площадью не более 5,5 м?/мВт и высотой 21 метр. Схема размещения такого одиночного модуля в подземном резервуаре представлена на Рис.15. Масса энергоблока при использовании электрогенератора «IFC4-Siemens» (Германия) и специально созданной для этих целей реактивной гидротурбины «PHY-500P» (Испания) при выходном напряжении электрического тока равным 6,3 кВ, составляет 6,2 т. Выходное напряжение — 6,3 кВ. Частота — 50 Гц. Длина — 8,1 м. Диаметр опорного основания 2 м.

(Рис.14) Вертикальный модуль 500 кВт


(Рис.15) Вертикальный модуль 500 кВт в подземном резервуаре

Важно, что удельная себестоимость такого источника электроэнергии получается минимальной (из всех известных энергогенераторов).

Общие затраты на строительство электростанции с таким модулем не превысят стоимости строительства промышленного ветрогенератора.В заключение следует отметить, что результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили авторам этой статьи и группе специалистов, участвовавших в разработке этого изобретения сделать несколько заявок на Европейские патенты и получить на него в 2005 году Евразийский патент.

В этой статье мы расскажем о том, как создать насос, не требующий топлива или электричества для работы. Статья содержит описание принципа работы устройства, основные элементы конструкции, а также видео с процессом сборки базовой модели таранного насоса. Вы узнаете, как собрать его самостоятельно.

Гидравлика — наука такая же древняя, как и сама вода. Законы гидравлики действуют абсолютно для любой жидкости, и мы рассмотрим, как использовать эти законы в организации насоса или помпы с применением кинетической энергии.

Прототип насоса, основанного на действии гидроудара, был создан во Франции ещё в 17-ом веке изобретателем воздушного шара Монгольфье. Практически одновременно с ним идентичную конструкцию запатентовали изобретатели в Англии, США и Германии. В России он получил звучное народное название «гидротаран».

Конструкция гидротарана

Привычные помпы состоят из нагнетающего устройства (закрытая крыльчатка, поршень, мембрана), активатора (ДВС, электромотор, иной привод), трубопровода и системы клапанов. Схема гидротаранного насоса предельно проста, его уникальность заключается в том, что активатором и поршнем выступает сам агент (вода). Его конструкция примечательна тем, что в ней нет механических подвижных частей (кроме двух примитивных клапанов), не используются ГСМ и участки под постоянным давлением.

Основа насоса — сплошная трубка с тремя отводами, которую можно собрать из обычных фитингов и трубы, имеющихся в любом магазине сантехники.

Первый отвод. К нему подключается питающая труба (фидер), о ней расскажем отдельно.

Второй отвод. Через ниппели и муфты к нему подключается обратный клапан, расширительный бак с мягкими стенками и выходной патрубок. В качестве расширительного бачка вполне пригодна пластиковая бутылка, на заводских моделях устанавливают полноценные баки в металлическом корпусе с резиновой мембраной.

Третий отвод. Здесь должен быть установлен главный элемент — проточный гидроклапан. Это элемент запорной арматуры, который перекрывает поток воды при критическом увеличении давления. Его работа регулируется пружиной. Такие клапаны до 1,5″ можно пробрести в магазине, но при большем диаметре их стоимость может быть довольно велика (20 у. е. и выше). Если стоит задача создать насос для реальных хозяйственных нужд под большой объём воды, лучше изготовить этот клапан самостоятельно.

Сборка насоса с самодельным клапаном — пошаговое видео

Как и почему работает гидротаран

Главная особенность данного насоса — он использует кинетическую энергию воды, которая уже находится в потоке. То есть, для подачи воды на высоту необходим перепад уровней. Он может быть минимальным — 0,5 м, но чем этот показатель больше, тем эффективнее работа насоса. Мы нарочно не приводим гидравлический расчёт — он крайне сложен и сводится лишь к оптимальной пропорции перепада высоты между точкой забора воды, рабочей частью насоса и верхней точкой слива. Поскольку это устройство будет установлено в конкретных условиях, все величины разумно определить по месту.

Вода, попадая в фидер, под действием гравитации стремится к нижней точке, создавая избыточное давление, на которое реагирует гидроклапан. В момент его срабатывания вода блокируется в закрытой системе и происходит явление гидроудара, который проталкивает воду через обратный клапан в расширительный бак. Эластичные стенки бака накапливают избыточное давление от гидроудара, но не в воде (она несжимаема), а в воздухе. Это давление и проталкивает воду по отводному каналу (шлангу, трубе), а обратный клапан не даёт давлению выровняться.

Принцип работы гидротаранного насоса на видео

После сброса давления в расширительный бак гидроклапан снова открывается и цикл возобновляется. Подача воды происходит импульсами. Многие уже догадались, что работа насоса становится возможна за счёт разности плотности сред — несжимаемой воды и воздуха, который легко аккумулирует давление. Вся сила гидроудара переходит в спрессовку газа (воздуха) в расширительном баке, который потом подаёт воду наверх.

Фидер и гидроклапан

Эти два элемента — основные в конструкции, которую планируется создать своими руками. От их размеров и устройства зависит вся работа агрегата.

Фидер

Представляет собой закрытый канал, соединяющий точку водозабора и точку гидроудара. В идеале это длинная ровная труба, расположенная под уклоном. Вода, находящаяся в трубе, и есть тот самый поршень, который создаёт избыточное давление — причину гидроудара. Поэтому чем больше сечение, тем мощнее будет таран. Диаметр трубы фидера должен лежать в разумных пределах — от 50 до 150 мм. Эта величина должна соотноситься с диаметром остальных каналов системы и требуемой высотой подачи.

Оптимальные соотношения диаметров гидротаранного насоса

Фидер, мм Система, мм
50 16
100 32
150 32-50

В последнем случае при длине фидера 10 м и перепаде в 1,5 м вода будет подаваться на высоту в 10 м со скоростью около 1500 л/час.

Гидроклапан

Заводская модель этого устройства может оказаться дорога за счёт материала, прокладок и пружины, выставленной на определённое давление. В нашем случае, когда мы используем бесплатную энергию, которую просто нет смысла экономить или учитывать, достаточно самого факта блокировки потока воды. Для этого вполне подойдёт гидроклапан собственного изготовления.

Насос с самодельным гидроклапаном — видео установки с комментариями

Идеальное место установки такого насоса — пороги реки с их значительными перепадами или ручьи.

Гидротаранные насосы заводского изготовления

Разумеется, такие простые и надёжные устройства не могли миновать претензий на серийное производство. В настоящий момент их производят как отечественные, так и зарубежные фирмы. Однако из-за своей специфики работы (часть воды сбрасывается через клапан) они имеют довольно узкую область применения — в городском хозяйстве они практически бесполезны, зато незаменимы в отдалённых, неосвоенных районах, экопоселениях и фермерских хозяйствах.

На сегодняшний день в России только одна фирма выпускает эти экологически чистые и эффективные устройства — производственная артель «Урал». Модельный ряд представлен насосами «Качалыч» ГТ-01 (190 у. е.) и ГТ-03 (110 у. е.), а также их разновидностями.

Изготовление насоса своими руками обойдётся несколько дешевле, даже если приобретать все детали. Однако реальная экономия достигается при наличии подручных средств — в этом случае насос будет практически бесплатным, при этом его производительность может быть существенно выше за счёт более объёмного фидера и пропускной способности всей системы.

Любой прибор или устройство на основе действий естественных сил заслуживает пристального внимания и разработки. Игнорируя бесплатную энергию, данную самой природой, мы рискуем внезапно остаться беспомощными в отсутствие бензина и электричества. Перевод подсобного хозяйства на альтернативные источники энергии — залог спокойствия и гармонии с окружающей средой.

В этой статье мы расскажем о том, как создать насос, не требующий топлива или электричества для работы. Статья содержит описание принципа работы устройства, основные элементы конструкции, а также видео с процессом сборки базовой модели таранного насоса. Вы узнаете, как собрать его самостоятельно.

Гидравлика — наука такая же древняя, как и сама вода. Законы гидравлики действуют абсолютно для любой жидкости, и мы рассмотрим, как использовать эти законы в организации насоса или помпы с применением кинетической энергии.

Прототип насоса, основанного на действии гидроудара, был создан во Франции ещё в 17-ом веке изобретателем воздушного шара Монгольфье. Практически одновременно с ним идентичную конструкцию запатентовали изобретатели в Англии, США и Германии. В России он получил звучное народное название «гидротаран».

Конструкция гидротарана

Привычные помпы состоят из нагнетающего устройства (закрытая крыльчатка, поршень, мембрана), активатора (ДВС, электромотор, иной привод), трубопровода и системы клапанов. Схема гидротаранного насоса предельно проста, его уникальность заключается в том, что активатором и поршнем выступает сам агент (вода). Его конструкция примечательна тем, что в ней нет механических подвижных частей (кроме двух примитивных клапанов), не используются ГСМ и участки под постоянным давлением.

Основа насоса — сплошная трубка с тремя отводами, которую можно собрать из обычных фитингов и трубы, имеющихся в любом магазине сантехники.

Первый отвод. К нему подключается питающая труба (фидер), о ней расскажем отдельно.

Второй отвод. Через ниппели и муфты к нему подключается обратный клапан, расширительный бак с мягкими стенками и выходной патрубок. В качестве расширительного бачка вполне пригодна пластиковая бутылка, на заводских моделях устанавливают полноценные баки в металлическом корпусе с резиновой мембраной.

Третий отвод. Здесь должен быть установлен главный элемент — проточный гидроклапан. Это элемент запорной арматуры, который перекрывает поток воды при критическом увеличении давления. Его работа регулируется пружиной. Такие клапаны до 1,5″ можно пробрести в магазине, но при большем диаметре их стоимость может быть довольно велика (20 у. е. и выше). Если стоит задача создать насос для реальных хозяйственных нужд под большой объём воды, лучше изготовить этот клапан самостоятельно.

Сборка насоса с самодельным клапаном — пошаговое видео

Как и почему работает гидротаран

Главная особенность данного насоса — он использует кинетическую энергию воды, которая уже находится в потоке. То есть, для подачи воды на высоту необходим перепад уровней. Он может быть минимальным — 0,5 м, но чем этот показатель больше, тем эффективнее работа насоса. Мы нарочно не приводим гидравлический расчёт — он крайне сложен и сводится лишь к оптимальной пропорции перепада высоты между точкой забора воды, рабочей частью насоса и верхней точкой слива. Поскольку это устройство будет установлено в конкретных условиях, все величины разумно определить по месту.

Вода, попадая в фидер, под действием гравитации стремится к нижней точке, создавая избыточное давление, на которое реагирует гидроклапан. В момент его срабатывания вода блокируется в закрытой системе и происходит явление гидроудара, который проталкивает воду через обратный клапан в расширительный бак. Эластичные стенки бака накапливают избыточное давление от гидроудара, но не в воде (она несжимаема), а в воздухе. Это давление и проталкивает воду по отводному каналу (шлангу, трубе), а обратный клапан не даёт давлению выровняться.

Принцип работы гидротаранного насоса на видео

После сброса давления в расширительный бак гидроклапан снова открывается и цикл возобновляется. Подача воды происходит импульсами. Многие уже догадались, что работа насоса становится возможна за счёт разности плотности сред — несжимаемой воды и воздуха, который легко аккумулирует давление. Вся сила гидроудара переходит в спрессовку газа (воздуха) в расширительном баке, который потом подаёт воду наверх.

Фидер и гидроклапан

Эти два элемента — основные в конструкции, которую планируется создать своими руками. От их размеров и устройства зависит вся работа агрегата.

Фидер

Представляет собой закрытый канал, соединяющий точку водозабора и точку гидроудара. В идеале это длинная ровная труба, расположенная под уклоном. Вода, находящаяся в трубе, и есть тот самый поршень, который создаёт избыточное давление — причину гидроудара. Поэтому чем больше сечение, тем мощнее будет таран. Диаметр трубы фидера должен лежать в разумных пределах — от 50 до 150 мм. Эта величина должна соотноситься с диаметром остальных каналов системы и требуемой высотой подачи.

Оптимальные соотношения диаметров гидротаранного насоса

Фидер, мм Система, мм
50 16
100 32
150 32-50

В последнем случае при длине фидера 10 м и перепаде в 1,5 м вода будет подаваться на высоту в 10 м со скоростью около 1500 л/час.

Гидроклапан

Заводская модель этого устройства может оказаться дорога за счёт материала, прокладок и пружины, выставленной на определённое давление. В нашем случае, когда мы используем бесплатную энергию, которую просто нет смысла экономить или учитывать, достаточно самого факта блокировки потока воды. Для этого вполне подойдёт гидроклапан собственного изготовления.

Насос с самодельным гидроклапаном — видео установки с комментариями

Идеальное место установки такого насоса — пороги реки с их значительными перепадами или ручьи.

Гидротаранные насосы заводского изготовления

Разумеется, такие простые и надёжные устройства не могли миновать претензий на серийное производство. В настоящий момент их производят как отечественные, так и зарубежные фирмы. Однако из-за своей специфики работы (часть воды сбрасывается через клапан) они имеют довольно узкую область применения — в городском хозяйстве они практически бесполезны, зато незаменимы в отдалённых, неосвоенных районах, экопоселениях и фермерских хозяйствах.

На сегодняшний день в России только одна фирма выпускает эти экологически чистые и эффективные устройства — производственная артель «Урал». Модельный ряд представлен насосами «Качалыч» ГТ-01 (190 у. е.) и ГТ-03 (110 у. е.), а также их разновидностями.

Изготовление насоса своими руками обойдётся несколько дешевле, даже если приобретать все детали. Однако реальная экономия достигается при наличии подручных средств — в этом случае насос будет практически бесплатным, при этом его производительность может быть существенно выше за счёт более объёмного фидера и пропускной способности всей системы.

Любой прибор или устройство на основе действий естественных сил заслуживает пристального внимания и разработки. Игнорируя бесплатную энергию, данную самой природой, мы рискуем внезапно остаться беспомощными в отсутствие бензина и электричества. Перевод подсобного хозяйства на альтернативные источники энергии — залог спокойствия и гармонии с окружающей средой.

Гидроударный насос осуществляет подачу жидкости из мест с проточным течением, где есть уклон.

Принцип работы

Эффект гидроудара — это принцип работы водяного насоса. Жидкость заходит в подающую трубу. Набрав определённую скорость «замыкается» разгоняющий клапан. Далее под нарастающим напором воды происходит открытие рабочего клапана. Жидкость заполняет аккумулятор.

Когда вода в разгонной трубе полностью прекращает своё движение — останавливается, закрывается рабочий клапан. И наоборот — клапан отвечающий за разгон, открывает доступ к потоку жидкости. Этот цикл происходит периодически.

Под давлением сжатого воздуха, который создаётся в аккумуляторе вода нагнетается в приёмную магистраль. При цикличной работе происходит пульсация давления, которая заканчивается в трубопроводе.

Элементы гидроударного насоса:

  • собственно корпус;
  • клапана отвечающие за работу и разгон воды;
  • аккумулятор;
  • разгонная труба.

Основные параметры:

  • Рабочий объем или удельная подача жидкости. Обозначается в см3/об. Это определённый объём воды, который способен выдать насос за один оборот вала.
  • Максимальное рабочее давление. Обозначается в МПа, bar.
  • Максимальная частота вращения проходящая за определённый промежуток времени. Обозначается в (об/мин).

Преимущества и недостатки

Если говорить кратко к недостатками можно отнести гидроудар, возможность работы насоса только на уклоне. Положительный момент: нет затрат электроэнергии. Он может работать длительное время. Его ещё называют вечным «насосом». Простота обслуживания пожалуй этот момент можно записать в плюс.

Где целесообразно использовать

Насосы работают на реках, ручьях, озёрах, ставках, где есть сток воды или перепады. Работает насос за счет энергии течения воды.

Из чего можно сделать самостоятельно

Многие домашние умельцы создают разные технические изделия, способные облегчить свой труд и жизнь окружающих. Инженеры-любители могут у себя дома изготовить водяной насос. Для изготовления потребуются материалы:

  • бревно;
  • трубка гофрированная;
  • кронштейн;
  • трубка с клапанами. Один из которых служит для разгона. Второй клапан рабочий.

Принцип работы основан на колебаниях водной поверхности водоёмов. При ветре более двух метров в секунду самодельный агрегат может перекачать более двадцати тонн жидкости в сутки.

Видео: Невероятно, но это работает. Насос качает воду без электричества

Гидротаран поднимает воду на высоту нескольких десятков метров.

Гидротаран  – гидравлический таран.

 

 

Гидротаран (гидравлический таран) – это несложный и остроумный механизм, который, не нуждаясь в источнике энергии и не имея двигателя, поднимает воду на высоту нескольких десятков метров.

 

Описание гидротарана

Принцип действия гидротарана

Конструкция гидротарана “Качалыч”

Преимущества гидротарана

Применение гидротарана

Технические характеристики гидротаранов “Качалыч”

 

Описание гидротарана:

Гидротаран (гидравлический таран) – это несложный и остроумный механизм, который, не нуждаясь в источнике энергии и не имея двигателя, поднимает воду на высоту нескольких десятков метров.

Он может месяцами непрерывно работать без присмотра, регулировки и обслуживания, снабжая водой небольшой экопосёлок, родовое поселение, общину или ферму.

В основе работы гидравлического тарана лежит так называемый гидравлический удар — резкое повышение давления в трубопроводе.

 

Принцип действия гидротарана:

Ниже на рисунке изображена принципиальная схема гидротарана.

  • 1. Питающая труба
  • 2. Отбойный клапан
  • 3. Напорный клапан
  • 4. Воздушный колпак
  • 5. Напорный трубопровод
  • 6. Устройство забора воды

Питающая труба (1) имеет относительно большую длину. Высота уровня воды в месте её забора и в месте установки отбойного клапана должна быть не менее 0,5 м (от перепада напрямую зависит производительность и высота напора).

Гидравлический таран работает следующим образом. При открытом отбойном клапане (2) вода, двигаясь по питающей трубе (1), сливается наружу. При достижении определенной скорости потока, вода подхватывает отбойный клапан (2) и ускоренно перемещает его верх. Клапан (2) резко перекрывает поток воды. Передние слои воды, упираясь в клапан (2), останавливаются, в то время как остальные слои столба воды в питающей трубе (1) по инерции продолжают движение. Вследствие этого, происходит резкое повышение давления в зоне отбойного клапана (2), и весь столб воды в трубе (1) останавливается. Процесс повышения давления в трубе (1) сопровождается упругим сжатием воды. После остановки воды в трубе (1) возникает обратная, отраженная волна давления в сторону устройства забора воды (6), приводящая к понижению давления у отбойного клапана (2), вплоть до разряжения. Отбойный клапан (2) открывается, и процесс повторяется снова. В моменты повышения давления в области отбойного клапана (2) вода через напорный клапан (3) поступает в полость воздушного колпака (4) или, иначе, пневмогидроаккумулятора. Далее вода, практически без пульсации, по напорному трубопроводу (5) поступает к месту назначения.

Описанное явление, когда разогнанный массивный столб воды в длинной питающей трубе (1) ударяет по внезапно закрытому отбойному клапану (2), называют гидравлическим ударом.

 

Конструкция гидротарана “Качалыч”:

  • 1. Питающая труба
  • 2. Корпуса отбойного и напорного клапанов
  • 3. Воздушный колпак
  • 4. Напорный клапан
  • 5. Клапанный узел
  • 6. Скоба крепления
  • 7. Отбойный клапан

 

Преимущества гидротарана:

– длительный срок службы,

лёгок в использовании и неприхотлив в обслуживании,

– работает без топлива, электричества, газа и ручной силы, экономит финансы в колоссальных объёмах,

может обеспечивать хозяйство до одного миллиона литров воды в год.

 

Применение гидротарана:

Гидротараны устанавливаются на реки, ручьи, водопады и ключи, а также на любые скопления воды, где есть возможность установить запруду с перепадом высоты  от 0,5 метров.

Самодействующие насосы-гидравлические тараны не предназачены для колодцев, скважин и озёр!

 

Технические характеристики гидротаранов “Качалыч”:

Параметры / модель “Качалыч” ГТ-01-40/½″ “Качалыч” ГТ-03-32/½»
Рабочий перепад высот (м) 1 — 8 0,5 — 3
Рекомендуемый перепад высот (м) 1,5 — 5 0,5 — 1,5
Производительность, подъём воды (напор) на высоту 15м, перепад 1,5м (л/сутки) 2000 1200
Максимальный напор (при нулевой производительности), перепад 1,5м (м) 40 25
Диаметр напорной трубы ПНД SDR 11 (мм) 40 32
Гарантированный срок эксплуатации 2 года 2 года
Срок службы (при рекомендуемом обслуживании) до 20 лет до 10 лет
Особенности — Большая прочность и долговечность — Малая цена при оптимальной производительности
  — Работа в большом диапазоне перепадов высот — Хорошая работа при малом перепаде высот

 

Примечание: описание технологии на примере гидротарана “Качалыч”.

 

карта сайта

гидротаран своими руками
гидротаран купить
гидротаран замкнутого цикла
гидротаран своими руками замкнутого цикла
гидротаран в стоячей воде
гидротаран видео
гидротаран чертеж
гидротаран колодце
гидравлический таран своими руками
устройство гидротарана
чистопольский с д книга гидравлические тараны
гидротаран своими руками чертежи
гидротаран марухина кутьенкова
гидротараны своими руками видео
гидротараны расчет
насос гидротаран своими руками
гидротаран генератор
гидротаран своими руками замкнутого цикла видео
гидравлические тараны большой производительности кобылянский
гидротаран без сброса
гидравлический таран купить
гидротаран сегодня марухина чертежи 2016 год
гидротаран купить украина
гидротаран производительность
купить подводный гидротаран
гидротаран мухина прототип
комплекс гидротаран
гидротаран в колодце с водой видео
гидротаран его характеристики
устройство клапанов гидротарана
явление гидротарана
что такое гидравлический таран видео

 

Коэффициент востребованности 18 103

Предотвращение гидравлического удара из-за повреждения насосов и труб

ЧТО ТАКОЕ МОЛОТОК ДЛЯ ВОДЫ?

Гидравлический удар возникает, когда скорость потока жидкости в трубе быстро изменяется. Он также известен как «помпаж». Это может вызвать очень высокое давление в трубах, очень высокие нагрузки на опоры труб и даже внезапное изменение направления потока. Это может вызвать разрыв труб, повреждение опор и трубных эстакад, а также утечку в стыках.

Гидравлический удар может произойти для любой жидкости в любой трубе, но его сила зависит от конкретных условий жидкости и трубы.Обычно это происходит в жидкостях, но может встречаться и в газах. Это может привести к разрыву труб и обрушению конструкций.

В этой статье будут описаны условия, которые, скорее всего, приведут к проблемам гидравлического удара, а также проблемы, с которыми могут столкнуться проектировщики и операторы насосов и трубопроводов. В нем также описаны некоторые способы решения проблем.

КАК ЭТО ПРОИСХОДИТ И КАКОВЫ ПОСЛЕДСТВИЯ?

Повышенное давление возникает каждый раз, когда жидкость ускоряется или замедляется из-за изменений состояния насоса или изменения положения клапана.Обычно это давление невелико, скорость изменения постепенная, и гидравлический удар практически не обнаруживается. Однако при некоторых обстоятельствах создаваемое давление может составлять многие десятки бар, а силы на опорах могут достигать многих тонн, что превышает их спецификации. В трубных мостах может возникнуть сопутствующий ущерб. Риск для безопасности, активов и окружающей среды очевиден.

Небольшой гидравлический удар можно обнаружить по движению трубы, стуку или пульсации потока. Серьезный гидроудар дает те же эффекты, но они могут быть достаточно большими, чтобы нанести серьезный ущерб, и могут произойти только один раз! Системы трубопроводов, характеристики которых могут привести к серьезному удару, должны быть проанализированы компьютерным программным обеспечением, особенно если в них находятся опасные химические вещества.Его наличие также иногда можно выявить по неожиданному открытию предохранительных клапанов.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА ПРОИСХОДИТ ВОДНЫЙ МОЛОТОК?

Гидравлический удар — это ударная волна, проходящая по трубе в результате резкого изменения расхода. Наиболее частая причина — слишком быстрое закрытие клапана или внезапное отключение или запуск насоса. Это вызывает ударную волну, которая начинается у клапана или насоса и проходит по трубе, изменяя скорость жидкости по мере ее прохождения. Это причина высокого давления.Если волна резкая и проходит через изгибы трубы, скачкообразное изменение давления может вызвать дисбаланс сил, перемещающих трубу. Это может привести к смещению трубы с опор или передаче усилия на анкеры. Волна давления может проходить через насосы, повреждая крыльчатку и привод.

КАК ЕЩЕ МОЖЕТ БЫТЬ МОЛОТОК ВОДЫ?

Гидравлический удар также может быть вызван кавитацией из-за того, что давление падает ниже давления пара, а затем пузырьки схлопываются, когда давление снова увеличивается.Это может произойти после клапана или после насоса. Когда клапан закрывается или насос отключается, давление ниже по потоку может упасть до уровня, при котором жидкость закипает, создавая паровую полость. Это всасывание может вызвать обратный поток жидкости и сжатие полости при приближении к закрытому клапану или остановленному насосу. При столкновении с клапаном или насосом может возникнуть сильный удар.

Закрытие обратных клапанов также может вызвать гидроудар. Некоторые системы очень склонны к этому, и использование простого поворотного обратного клапана может вызвать сильный гидроудар.Некоторые компании производят обратные клапаны, которые сводят к минимуму гидравлический удар, вызванный их работой.

Образование полостей в высоких точках труб из-за превышения барометрической высоты вертикальных опор также может вызвать гидравлический удар при возобновлении потока.

КАК МЫ МОЖЕМ ОПРЕДЕЛИТЬ ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ СИТУАЦИИ С ВОДНЫМ МОЛОТОМ?

Невозможно дать простые и безошибочные правила определения потенциала гидроудара. Существуют компьютерные программы, позволяющие моделировать трубопроводные системы и выявлять любые потенциальные проблемы гидравлического удара.В опытных руках их также можно использовать для поиска наилучшего решения любых подобных проблем. Простые проверки могут быть выполнены вручную, и у некоторых поставщиков есть номограммы, которые помогают спрогнозировать молот и спроектировать подходящие подъемники. Однако большинству систем требуется хорошее компьютерное программное обеспечение, чтобы делать это точно.

КАКОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРА ДОСТУПНО?

Существует несколько программ, включая Flowmaster, HiTrans, Hammer и Wanda. Автор имеет большой опыт работы с Flowmaster и HiTrans, а также некоторый опыт работы с Hammer.Все это эффективные программы, но для уверенного использования требуются значительная подготовка и опыт. HiTrans недорогой, но подходит только для простых систем, тогда как другие могут моделировать сложные сети, но стоят дорого. Все они дают точные результаты по давлению, создаваемому в системе. Flowmaster и HiTrans не могут рассчитывать силы, но автор разработал электронные таблицы, которые берут свои результаты истории давления и времени и анализируют их на предмет пиков давления и силы и времени действия.Hammer может рассчитывать мгновенные значения силы в трех измерениях при условии ввода подходящей информации о трубе. Результаты программ могут быть введены в программы анализа напряжений, такие как Caesar, для учета других напряжений в трубах. Однако анализ силы сложен, поскольку силы могут иметь продолжительность от нескольких секунд до нескольких миллисекунд.

ЕСЛИ У МЕНЯ ЕСТЬ ПРОБЛЕМА, КАК Я ЕСТЬ РЕШЕНИЕ?

В качестве быстрого решения, если проблема связана с клапаном, сильно замедлите его! Существует эмпирическое правило «время закрытия 1 секунда на каждый дюйм диаметра трубы», но я считаю его плохим и рекомендую 5 секунд на дюйм диаметра или больше.Если это насос, установите многооборотные клапаны (установите редукторы на дроссельные и шаровые краны) и заставьте операторов использовать их медленно.

Однако гораздо лучше смоделировать систему с использованием подходящего программного обеспечения, тогда все потенциальные решения могут быть протестированы в модели, чтобы проектировщик мог выбрать лучшее и наиболее экономичное решение для своей системы трубопроводов. Это должно быть обязательным для длинных труб (например, длиной> 500 м), по которым транспортируются токсичные или легковоспламеняющиеся материалы.

Решения зависят от обстоятельств каждой ситуации.Они могут включать:

1 Устраните причину удара молотка.

Некоторые причины могут быть устранены путем устранения проблемного элемента или контроля над ним. Помимо ранее обсужденных пунктов, это могут быть вибрирующие клапаны сброса давления, закрытие клапанов быстрого аварийного отключения и некоторые ручные закрытия клапанов, например, дроссельные заслонки. Устройства плавного пуска могут помочь с некоторыми проблемами гидравлического удара, вызванными насосами.

2 Уменьшите скорость откачки.

Это можно сделать, используя трубу большего диаметра или меньшую скорость потока.

3 Сделайте трубу более прочной.

Это может быть дорого, но может быть решением, если характеристики трубы превышены лишь незначительно.

4 Замедлить клапаны или использовать клапаны с лучшими характеристиками нагнетания в трубопроводной системе.

5 Используйте расширительные бачки. Они позволяют жидкости выходить или попадать в трубу при гидроударе и обычно наблюдаются только в водных системах.

6 Используйте ограничители перенапряжения . Они похожи на демпферы пульсаций, обычно устанавливаемые на поршневые насосы прямого вытеснения, только намного большего размера.

7 Используйте маховики насоса. Их можно использовать, когда гидравлический удар является следствием слишком быстрого замедления работы насоса после отключения.

8 Используйте предохранительные клапаны. Они не подходят для токсичных материалов, если не предусмотрена система улавливания.

9 Используйте впускные воздушные клапаны. Они не подходят, если проникновение воздуха или других возможных внешних материалов недопустимо.

10 Новым решением было бы введение азота или воздуха в жидкость .Автор не видел, чтобы это использовалось на практике, и его использование потребует осторожности, но теоретически это возможно.

Автор Биография:

Стюарт Орд — инженер-химик из Англии. Он имеет диплом с отличием 1-й степени в области химического машиностроения и является научным сотрудником Института инженеров-химиков. Он работал в крупных химических компаниях, но сейчас работает частным консультантом, специализирующимся на исследованиях опасностей, оценке рисков и анализе гидравлических ударов.Со Стюартом можно связаться по телефону +44 7981 569058, stuart @ CEDCS.com или через его сайт www.CEDCS.com

.

Обсудите больше на нашем отраслевом форуме!

Гидравлический молот: что и почему

Примечание редактора: эта статья изначально была опубликована в виде серии из двух частей в выпусках журнала Pumps & Systems за август и сентябрь 2008 г.

Гидравлический удар (также гидравлический удар) — это скачок давления, который может возникнуть в любой насосной системе, которая претерпевает резкое изменение скорости потока и обычно возникает в результате запуска и остановки насоса, открытия и закрытия клапанов или отделения и закрытия водяного столба. .Эти резкие изменения могут привести к изменению импульса всего или части столба текущей воды. Это может вызвать ударную волну, которая движется вперед и назад между создавшим ее барьером и вторичным барьером. Если интенсивность ударной волны высока, может произойти физическое повреждение системы. Как ни странно, это может быть более серьезной проблемой в приложениях с низким давлением.

Гидравлический удар — еще один пример сохранения энергии, возникающий в результате преобразования энергии скорости в энергию давления.Поскольку жидкости обладают низкой сжимаемостью, результирующая энергия давления имеет тенденцию быть высокой.

Рисунок 1. Пример системы (Предоставлено автором)

Возможно, лучший способ визуализировать это действие — начать с гипотетического примера. На рисунке 1 показан насос, перекачивающий воду в трубу, которая была пуста при запуске насоса. Два клапана, расположенные на выпуске насоса и на дальнем конце трубы, полностью открыты и могут закрываться мгновенно. Труба, клапаны и другие фитинги полностью неэластичны, и изменение объема не может произойти независимо от давления.Столб воды, протекающий по трубе, также имеет идеально ровную переднюю кромку, которая соответствует внутреннему диаметру (ID) поперечного сечения трубы. Когда передний край водяного столба достигает нижнего по потоку клапана, он закрывается почти со скоростью света и не захватывает воздух перед водяным столбом.

Даже если передняя кромка задела закрытый клапан, поток в трубу продолжается в течение следующих нескольких миллисекунд. Как только поток прекращается, входной клапан закрывается (на этот раз с истинной скоростью света), и столб воды полностью изолирован между двумя клапанами.Какие события происходят, когда колонна ударяется о закрытый клапан, расположенный ниже по потоку, и почему вода продолжает поступать в трубу, даже если клапан закрыт?

Если бы эта движущаяся колонна была металлической колонной, а не водой (конечно, гипотетически), могло бы произойти несколько вещей. В зависимости от его коэффициента восстановления (его способности предотвращать необратимые повреждения) кинетическая энергия потока (движения) может быть преобразована в механическую энергию, поскольку передняя кромка металлической колонны прижимается к закрытому клапану.Если это произойдет, колонка остановится и останется неподвижной у клапана. Если его восстановление достаточно велико, чтобы предотвратить раздавливание, та же кинетическая энергия может быть использована для изменения его направления в форме отскока. Независимо от результата, «вся» металлическая колонна либо остановится, либо отскочит в противоположном направлении. Ни одно из этих событий не происходит, когда участвует вода.

Вода — это почти несжимаемая жидкость, что предполагает, что она слегка сжимаема.При температуре окружающей среды 1 фунт на квадратный дюйм (psi) уменьшит его объем примерно на 0,0000034 процента. Это кажется маленьким, но чем больше громкость, тем легче увидеть эффект. Например, если бы вода не сжималась, уровень моря был бы примерно на 100 футов выше, чем его нынешний уровень! При очень высоких давлениях, скажем, 40 000 фунтов на квадратный дюйм, его сжимаемость увеличивается примерно до 10 процентов. Но большая часть воды — это не просто вода — она ​​содержит воздух, в основном азот (78 процентов) и кислород (21 процент).Растворенный воздух составляет около 2 процентов данного объема необработанной воды и существенно увеличивает ее сжимаемость.

Почему

Сжимаемость воды (и растворенного воздуха) заставляет воду действовать иначе, чем металлический столб. Если бы он не был сжимаемым, его передняя кромка была бы постоянно раздавлена ​​или вся колонна отскочила бы назад. Когда передний край водяного столба ударяется о закрытый клапан, он резко останавливается. Поскольку вода за передней кромкой все еще находится в движении, она начинает сжиматься.Это позволяет небольшому количеству воды продолжать течь в трубу, даже если передняя кромка остановилась. Когда поток прекращается, вся кинетическая энергия движения, а также энергия сжатия преобразуется в энергию давления.

Сжатие начинается на переднем крае водяного столба, и, поскольку дополнительная энергия, которую оно производит, не может продолжаться после закрытого клапана, создается волна давления или ударная волна, которая распространяется по пути наименьшего сопротивления, который, в данном примере, является обратным. вверх по течению.Его возникновение похоже на эхо, возникающее, когда звуковая волна, проходя через воздух, ударяется о подобный барьер. Когда волна попадает в клапан, расположенный выше по потоку, она отражается обратно вниз по потоку, но с меньшей интенсивностью. Это возвратно-поступательное движение продолжается до тех пор, пока из-за потерь на трение и отражение волна не исчезнет. Скорость, с которой распространяется волна, и энергия, которую она теряет во время движения, зависят от плотности и сжимаемости среды, в которой она движется. Плотность и сжимаемость воды делают ее хорошей средой для генерации и передачи ударных волн.

Волны давления, создаваемые гидравлическим ударом, имеют характеристики, аналогичные характеристикам звуковых волн, и распространяются с такой же скоростью. Время, необходимое для того, чтобы волна давления гидравлического удара преодолела длину трубы, просто равна длине трубы, деленной на скорость звука в воде (приблизительно 4860 футов в секунду [фут / сек]). В анализе гидроудара часто используется постоянная времени, описывающая распространение волны от ее начала до вторичного барьера, а затем обратно.Он имеет вид Tc = 2L / a (где L — длина трубы, а a — скорость волны, которая является скоростью звука). В трубе длиной 1000 футов волна может совершить полный обход менее чем за полсекунды.


P (дополнительный) = aV / 2.31g
Уравнение 1

P = дополнительное давление, создаваемое ударной волной
a = скорость волны
V = скорость текущей воды в трубе в футах в секунду
g = универсальная гравитационная постоянная 32 фут / сек 2
2.31 = постоянная преобразования давления.


Давление, создаваемое этой ударной волной, прямо пропорционально скорости волны и скорости воды, текущей в трубе. Хотя уравнение 1 не учитывает влияние длины, диаметра и упругости трубы, оно дает некоторое представление о дополнительном давлении, создаваемом волной давления гидроудара.

При скорости трубопровода 5 футов / сек дополнительное давление, создаваемое ударной волной, составляет примерно 328 фунтов на квадратный дюйм.Увеличение этой скорости до 10 футов / сек увеличивает дополнительное давление примерно до 657 фунтов на квадратный дюйм. Очевидно, что системы, не рассчитанные на такое повышенное давление, часто повреждаются или даже разрушаются.

Рисунок 2. Магистральный трубопровод с ответвлением.

Закрытие и открытие клапана

Одна из основных причин гидроудара — резкое закрытие клапана. На рисунке 2 показан главный трубопровод с ответвленной цепью, питаемой от тройника. В конце ответвления — вентиль.Черные стрелки показывают направление потока в основной и ответвительной линиях, а фиолетовая стрелка — это длина ответвления. Как и в системе на Рисунке 1, клапан действует как первичный барьер, но на этот раз вторичным барьером является «тройник».

Если вода течет в ответвлении и клапан быстро закрывается, разовьется ударная волна. Его начало следует той же последовательности событий, что и в нашем гипотетическом примере. Одно небольшое отличие состоит в том, что часть интенсивности волн будет потеряна в «тройнике», поскольку он открыт для основного трубопровода с обеих сторон.Тем не менее, значительная часть будет отражена обратно к клапану.


P = 0,07 (VL / t)
Уравнение 2

P = дополнительное давление, создаваемое ударной волной
V = скорость потока в футах / сек
L = длина трубы между барьерами в футах
t = время закрытия клапана в секундах.
0,07 = производная константа.


Отличие в этом примере состоит в том, что у нас есть некоторый контроль над временем закрытия клапана. В нашем гипотетическом примере клапаны закрываются почти со скоростью света.Время закрытия существенно влияет на возникновение и интенсивность гидроудара. Две другие переменные, скорость потока и длина трубопровода, также являются основными факторами. Уравнение 2 показывает взаимосвязь этих трех переменных. Дополнительное давление, создаваемое ударной волной, прямо пропорционально скорости потока и длине трубопровода и обратно пропорционально времени закрытия. Другими словами, более высокие значения V или L увеличивают давление, тогда как более высокие значения t приводят к снижению давления.В таблице 1 показаны результаты этого уравнения при использовании различных скоростей, длин труб и времени закрытия. Значения V составляют 5 и 10 футов / сек, значения L — 100 и 1000 футов, а значения t — 1 и 2 секунды. В каждом примере две переменные постоянны.

Таблица 1. Дополнительное давление, создаваемое различными скоростями, длинами труб и временем закрытия.

Оба столбца таблицы иллюстрируют пропорциональное влияние скорости и длины — давление увеличивается по мере их увеличения. Нижние значения в правом столбце иллюстрируют обратную зависимость времени; это давление вдвое меньше, чем в левом столбце, потому что время закрытия увеличилось вдвое.Значение L часто фиксировано и зависит от приложения, но мы можем осуществлять существенный контроль над двумя другими переменными. Таким образом мы можем устранить или значительно уменьшить эффект гидроудара.

Диаметр трубы и эластичность ее материала также влияют на создаваемое давление. Более крупные диаметры и более эластичные материалы поглощают часть интенсивности ударных волн и, следовательно, уменьшают создаваемое давление. Некоторые производители труб публикуют кривые или таблицы, которые показывают возможное увеличение давления гидравлического удара для труб различного диаметра и материалов.

Предположим, что клапан ответвления закрыт. Если его открыть быстро, эффект будет аналогичен быстрому закрытию. Когда клапан открывается быстро, в ответвлении сразу же падает давление, а поступающая из главного трубопровода вода ускоряет ранее статичный столб. Поскольку трение и другие факторы ограничивают его поток, передняя часть колонны может действовать как начальный барьер и вызывать гидравлический удар. Обычно его эффект намного меньше, чем эффект закрытия клапана, и его часто называют «помпажем».Тем не менее, при определенных условиях этот всплеск может быть разрушительным.

Пуск и остановка насоса

Воздействие гидроудара может быть более значительным в системах низкого давления. Дополнительное давление, создаваемое ударной волной, пропорционально длине трубы и скорости протекающей в ней воды и полностью не зависит от ее рабочего давления. Следовательно, ударная волна, создаваемая в трубе длиной 1000 футов, протекающей со скоростью 5 футов / сек, будет одинаковой, независимо от того, составляет ли рабочее давление 50 фунтов на квадратный дюйм или 200 фунтов на квадратный дюйм.Разница в том, что отношение ударного давления к расчетному давлению может быть значительно выше в системе низкого давления, поэтому вероятность повреждения выше.

Во многих крупных системах запуск насоса при закрытом нагнетательном клапане является нормальной процедурой. Когда насос начинает работать на полной скорости, клапан открывается медленно. Начинается поток, который затем увеличивается до максимума по мере того, как клапан продолжает открываться. Эта процедура меняется на противоположную, когда насос останавливается. Запуск и остановка против клапана, который открывается или закрывается медленно, препятствует возникновению гидроудара.

Нагнетательный клапан может приводиться в действие вручную или каким-либо автоматическим механизмом. Один недостаток клапанов с ручным управлением возникает во время отключения электроэнергии. Когда двигатель насоса теряет мощность, скорость и расход насоса снижаются быстро. В результате изменение кинетической энергии на энергию давления может вызвать гидроудары в нагнетательной линии. По мере того, как водяной столб меняет направление, крыльчатка будет ускоряться в обратном направлении. Когда он достигает максимальной скорости обратного хода, обратный поток уменьшается и создается дополнительный скачок давления.

В большинстве приложений повышения давления «подпружиненный» обратный клапан устанавливается на выходе насоса или рядом с ним и остается закрытым, когда насос не работает. Когда насос запускается, поток не начинается до тех пор, пока создаваемое им давление не превысит давление на стороне выхода закрытого клапана. Если давление ниже по потоку не может упасть ниже определенного уровня, поток увеличивается медленно, и возникновение гидроудара предотвращается или уменьшается.

Когда насос останавливается, происходит непредвиденное событие — быстро закрывающийся клапан фактически предотвращает, а не инициирует гидроудар.В этом конкретном случае пружина обеспечивает быстрое закрытие клапана, что предотвращает изменение направления водяного столба из-за более высокого давления на выходе. Несмотря на то, что поток резко меняется, давление остается относительно постоянным во всей колонне ниже по потоку. Если бы был установлен стандартный обратный клапан, водяной столб ускорился бы назад, захлопнул бы чек и вызвал ударную волну.

Сегодня управление частотно-регулируемым приводом (VFD) используется во многих приложениях, чтобы исключить возникновение гидравлического удара во время запуска и остановки насоса.Этот метод, известный как плавный пуск и остановка, достигается путем увеличения или уменьшения скорости двигателя в течение нескольких секунд. Это позволяет скорости потока увеличиваться или уменьшаться намного медленнее, чем при включении и остановке линии.

До сих пор наше обсуждение гидравлического удара касалось однофазных систем. В этих системах вода остается в одном состоянии (в наших примерах — в жидкости) независимо от изменений гидравлических условий. Ударные волны, генерируемые однофазными системами, возникают из-за резкого изменения потока и, как следствие, преобразования кинетической энергии.

Гидравлический удар, возникающий при разделении и закрытии водяного столба, представляет собой двухфазный процесс. В двухфазной системе вода меняет состояние и может существовать как в жидкости, так и в виде пара в одном и том же ограниченном объеме. Это изменение может происходить всякий раз, когда давление в трубопроводе снижается до давления водяного пара. Когда происходит падение давления, водяной столб может быть отделен в одном или нескольких местах карманом водяного пара. Когда давление поднимается выше давления пара, колонна присоединяется или закрывается и может создать волну высокого давления.Разделение водяного столба само по себе может вызвать проблемы с трубами очень большого диаметра или с тонкостенными трубами (которые могут разрушиться), но гидравлический удар во время закрытия является более распространенной проблемой.

Разделение водяного столба может происходить, когда насос останавливается и водяной столб меняет направление, или в конденсатопроводах, где высокие температуры могут уменьшить необходимость большого перепада давления. Хотя обе формы могут быть чрезвычайно опасными, трубопроводы конденсата гораздо более опасны. Ударные волны, генерируемые закрытием колонны, могут распространяться в противоположных направлениях, и если они сталкиваются со второстепенными препятствиями, они могут быть перенаправлены обратно друг к другу.Нет ничего необычного в том, что эти отраженные волны увеличивают интенсивность при столкновении. Это, безусловно, относится к воде и волнам напряжения и может быть причиной часто более значительных повреждений в результате гидроудара, вызванного закрытием.

В ближайшие месяцы мы опубликуем статьи, которые восполнят пробел в нашей отрасли: основная информация для новых пользователей помп. Мы возьмем их из классических статей «Насосы и системы », а также из нового контента. Если у вас есть полезная статья для обучения новых сотрудников или освежения знаний основам, расскажите нам об этом на странице pumpeditors @ cahabamedia.com.

Как работает гидроцилиндровый насос? — Практическая инженерия

Некоторое время назад я писал о гидравлическом ударе, гидравлическом явлении, которое может привести к серьезным проблемам в трубопроводах. Затем я написал о паровом молоте, явлении, отчасти связанном с паропроводными системами, которое может быть чрезвычайно опасным. А затем я сделал продолжение гидравлического удара, рассказав о переходных явлениях вакуума, которые могут разрушить трубы, если они не спроектированы и не эксплуатируются должным образом.Но даже после этих сообщений оказывается, что я не рассказал всей истории. Несмотря на то, что гидравлический удар, как правило, является проблемой для инженеров, есть способ использовать этот обычно неблагоприятный эффект с пользой. Привет, я Грейди, и это практическая инженерия. В сегодняшнем выпуске речь идет о гидроцилиндрах.

Гидравлический цилиндр — это умное устройство, изобретенное более 200 лет назад, которое может качать воду в гору без какого-либо другого внешнего источника энергии, кроме текущей воды.Нет, это не устройство для бесплатного использования энергии, но если вы поищете, то найдете множество отличных реализаций этого стиля накачки на YouTube, в основном от людей, ведущих видеоблоги с домашним и автономным образом жизни. И легко понять, почему гидроцилиндры имеют такую ​​популярность среди этих групп. Потому что, если у вас есть участок земли с обильным источником воды, поршневой насос позволяет доставить эту воду в резервуар или место на более высокой высоте с действительно элегантным дизайном, не требующим электричества или топлива и только двумя движущимися частями. .Поэтому, конечно, я создал свой собственный, чтобы вы могли увидеть, как это работает, но сначала нам нужно накопить немного фундаментальных знаний о поведении жидкостей. И это может понять каждый.

Жидкость может иметь три типа энергии, и в гражданском строительстве мы обычно преобразуем их в их эквиваленты, как высоту статического столба. Это расстояние называется головой. Понимание энергии в жидкости — это то, как мы решаем множество инженерных проблем, потому что в большинстве сценариев количество энергии остается неизменным, и единственное, что изменяется, — это то, какую форму она принимает.Первый тип — голова от гравитационного потенциала. У него нет эквивалентного статического столбца, потому что это статический столбец. Голова — это просто расстояние от произвольной системы координат. Это легко продемонстрировать с помощью баллона и трубки. Я могу перемещать эту трубку, где захочу, но уровень в трубке и резервуаре всегда будет одинаковым. Они оба подвергаются атмосферному давлению на своей поверхности и не двигаются, поэтому нет никакой скорости. Это просто чистый гравитационный потенциал.

Второй вид энергии — напорная.В этом случае напор — это давление, разделенное на силу тяжести и плотность жидкости. Итак, если я закрою верх резервуара и добавлю давление воздуха, уровень в трубке повысится. Новая высота — это напор, эквивалентный статический столб, связанный с давлением в резервуаре. При заданном давлении более плотная жидкость, такая как ртуть, будет иметь меньший напор по сравнению с более легкой жидкостью, такой как вода, потому что они имеют другой удельный вес. Хороший пример измерения напора — барометр. Мы живем на дне воздушного океана, и нам нравится отслеживать давление воздуха здесь внизу.Один из самых простых способов сделать это — измерить, насколько высокое давление может подтолкнуть статический столб жидкости, в большинстве случаев ртути.

Последний вид энергии — это скоростной напор, который относится к кинетической энергии жидкости. Я могу продемонстрировать эквивалентный столб воды, используя инструмент, называемый трубкой Пито. Преобразование для скоростного напора представляет собой квадрат скорости, деленный на 2-кратное ускорение свободного падения. Это обширная предыстория, но она важна для понимания функции гидроцилиндра.Потому что без внешнего источника энергии, даже если вы можете перейти от одного типа энергии к другому, вы не сможете получить больше энергии, чем было вначале. Например, я могу преобразовать статический столб воды в столб с некоторой скоростью, но я никогда не собираюсь поднимать жидкость на более высокую отметку, чем там, где она начиналась… за одним исключением. Исключение, которое прекрасно использует гидроцилиндр.

Плунжерный насос — это, по сути, два односторонних обратных клапана, один из которых называется сливным клапаном, а другой — нагнетательным.Для начала достаточно на мгновение открыть сливной клапан, чтобы вода стекала. После этого он работает самостоятельно, чтобы перекачивать воду в гору выше уровня источника. Думаю, довольно удивительно. Давайте пройдемся по воде, чтобы понять, как она работает. Во-первых, когда открывается сливной клапан, вода поступает в насос и сразу же выходит из клапана. Но по мере того, как он набирает скорость, текущая вода в конечном итоге заставляет сливной клапан захлопнуться. Теперь вода в насосе остановлена. У него была кинетическая энергия … но теперь ее нет.Это означает, что кинетическая энергия была преобразована во что-то другое, в данном случае в давление. Это определение гидравлического удара. Закрытие клапана преобразует всю кинетическую энергию почти мгновенно, создавая огромный скачок давления, который может привести к напряжению и повреждению трубопроводных систем и подключенного оборудования.

Однако в случае гидроцилиндра этот скачок давления имеет другой эффект. Он открывает второй обратный клапан и заставляет воду поступать в насос в нагнетательную линию. Как вы можете видеть из моего цифрового манометра, этот процесс является циклическим: часть воды перекачивается, а остальная тратится впустую каждый раз, когда клапан закрывается.Вы можете видеть, что здесь происходит, в режиме реального времени: насос отбирает часть кинетической энергии из потока и передает ее меньшему объему воды. Это перераспределение энергии, преобразование низкого напора и высокого расхода в высокий напор и низкий расход. И этот тип помпы действительно может создать большой напор. Я проложил сливную линию так, чтобы она находилась намного выше крыши моего сарая, и мой насос все еще может подавать туда воду. Иногда в насос включается воздушная камера для сглаживания этих резких скачков давления и обеспечения более равномерного потока из нагнетательной трубы, снижая износ компонентов насоса.

Если вам нравится мыслить в терминах современных электрических устройств, представьте, что мы установили гидроэлектростанцию ​​на трубе, чтобы вращать генератор, а затем использовали это электричество для питания насоса, чтобы перекачивать воду, выходящую из турбины. Очевидно, вы не сможете перекачивать всю воду, и в любом случае это будет довольно сложная установка для того, что может сделать рамповый насос с несколькими очень простыми готовыми деталями сантехники. На самом деле существует тип насоса, который работает от водяной турбины.Может быть, я построю один из них в следующий раз. Однако на данный момент я думаю, что гидроцилиндр — это гениальный способ использовать преимущества свойств жидкостей. Нам всем нужна вода по разным причинам, поэтому возможность перемещать ее туда, где она нам нужна, без какого-либо необычного оборудования или внешних источников энергии — это довольно хороший инструмент, который есть в вашем ящике для инструментов. Спасибо, и дайте мне знать, что вы думаете!

Что такое гидроудар?

Гидравлический удар — это явление, которое возникает во многих насосных системах, иногда с минимальным эффектом, а иногда с катастрофическими последствиями.Если не спланировать должным образом, гидравлический удар может привести к ущербу в тысячи долларов и снижению производительности. Так что же такое гидроудар?

Согласно статье «Насосы и системы», опубликованной в августе 2008 года, «гидравлический удар — это скачок давления, который может возникнуть в любой насосной системе, которая претерпевает резкое изменение скорости потока и обычно возникает в результате запуска и остановки насоса, открытия и закрытия. закрытие клапанов или разделение и закрытие водяного столба ».

Когда эти резкие изменения происходят в системе, они заставляют жидкость претерпевать изменение импульса.Давайте посмотрим на пример. Допустим, клапан быстро закрывается, чтобы перекрыть поток воды. Поток воды был прерван, и ей некуда было идти, и она сталкивается с закрытым клапаном. Поскольку вода не очень сжимаема, она создает давление или ударную волну, а затем меняет направление потока назад по течению. Если волна затем наткнется на насос выше по потоку, жидкость будет продолжать двигаться вперед и назад, пока потери на трение не приведут к оседанию волны.

Во время этого процесса ударные волны посылали вибрации через систему.Размер ударных волн зависит от 3 факторов: скорости жидкости в футах / сек (В), длины трубы между барьерами в футах (L) и количества времени, которое потребовалось для закрытия клапана в секундах. (т). Интенсивность ударной волны можно рассчитать по следующему уравнению (предложенному в статье Blacoh U): P = 0,07 (VL / t), где P — результирующее дополнительное давление, создаваемое ударной волной. (Дополнительные калькуляторы гидравлического удара можно найти в предыдущем посте «3 калькулятора гидравлического удара и падения давления».)

Давайте возьмем наш пример и включим его в уравнение. Жидкость движется со скоростью 5 футов в секунду, а длина трубы между нашими двумя клапанами составляет 500 футов. Наш привод быстро закрыл клапан за 0,5 секунды. Результирующее давление от ударной волны составляет:

0,07 (5 x 500) /. 5 = 350 фунтов на кв. Дюйм

Большинство систем не предназначены для работы с такими большими дополнительными давлениями, как гидравлические удары. Для более глубокого изучения гидравлического удара отправляйтесь в Blacoh U и создайте учетную запись для доступа к 30-минутному видео «Феномен, называемый водяным молотом».

Когда вы резко закрываете клапаны, прислушивайтесь к громким шумам, вибрации и пульсации труб. Если вы слышите или видите, как выглядят эффекты гидроудара, обязательно проконсультируйтесь с опытным инженером. Они могут помочь вам внести некоторые исправления, чтобы ваша система оставалась нетронутой.

Проблема с гидравлическим ударом? Спросите нас об этом! Мы с радостью оказываем техническую помощь предприятиям в Висконсине и Верхнем Мичигане.

Что такое гидроудар? Все, что вам нужно знать!

Что такое гидроудар?

Гидравлический удар — это явление, которое может возникнуть в любой трубопроводной системе, где клапаны используются для управления потоком жидкости или пара.Гидравлический удар — это результат скачка давления или ударной волны высокого давления, которая распространяется через систему трубопроводов, когда движущаяся жидкость вынуждена менять направление или внезапно останавливаться. Эту ударную волну также обычно называют гидравлическим ударом или гидравлическим ударом, и она может характеризоваться выраженным стуком или стуком по трубам сразу после отключения.

Гидравлический удар может возникнуть, когда открытый клапан внезапно закрывается, в результате чего вода ударяется в него, или когда насос внезапно выключается и поток меняет направление обратно к насосу.Поскольку вода несжимаема, удар воды приводит к возникновению ударной волны, которая распространяется со скоростью звука между клапаном и следующим коленом в системе трубопроводов или внутри водяного столба после насоса.

Эффекты гидроудара

Несмотря на то, что это может выглядеть и звучать безвредно, сила удара на клапан, вызванная импульсом жидкости, может вызвать скачки давления, которые могут в десять раз превышать рабочее давление системы. Эти внезапные остановки потока и связанное с этим увеличение давления из-за ударных волн могут вызвать значительные повреждения всей трубопроводной системы либо из-за единичного события, либо из-за совокупного повреждения, происходящего с течением времени.

Игнорирование гидравлического удара может в конечном итоге привести к катастрофическому отказу вашей проточной системы. Долгосрочные последствия гидроудара могут включать:

  • Повреждение насоса и подающей системы

Неоднократный гидроудар может также вызвать значительные повреждения насосов, существующих клапанов и инструментов, привести к катастрофическому выходу из строя герметизированных соединений и компенсаторов, а также повлиять на целостность стенок труб и сварных соединений.

Гидравлический удар может повредить фитинги, соединения и соединения, что приведет к утечкам.Эти утечки часто начинаются медленно, постепенно усиливаясь с течением времени. Небольшие утечки могут оставаться незамеченными в течение некоторого времени, в результате чего окружающее оборудование может быть повреждено.

Разрыв трубопроводов из-за скачков давления особенно дорог в ремонте. Разрыв приводит к отказу местного трубопровода и может вызвать отказ всей системы и другого оборудования. Последующее повреждение может быть значительным, часто требуя серьезных операций по замене.

Если не остановить, утечки воды могут повредить электрическое оборудование и / или привести к коррозии оборудования или инфраструктуры.

Разрыв трубопровода также может поставить под угрозу здоровье и безопасность сотрудников и обслуживающего персонала. В зависимости от отрасли и конкретного предприятия неуправляемые утечки также могут увеличить риск поскользнуться, упасть и получить удар электрическим током.

Материальный ущерб может повлечь за собой дорогостоящий ремонт или замену оборудования. Дополнительные финансовые потери также могут быть понесены из-за простоев, необходимых для дополнительного обслуживания, ремонта или установки.

Как видите, важно немедленно принять меры при первых признаках гидроудара.Невыполнение этого требования в конечном итоге приведет к повреждению всей системы и может распространиться за пределы проточной системы на другое оборудование или инфраструктуру объекта.

Предотвращение гидроудара

Одним из основных факторов гидравлического удара может быть выбор типа обратного клапана. Типы клапанов, такие как поворотные, поворотные дисковые или поршневые обратные клапаны, зависят от силы тяжести и реверсирования потока, чтобы вернуть клапаны в закрытое положение. Это приводит к попаданию воды в клапанный механизм, создавая волну давления, которая распространяется по системе трубопроводов.

С другой стороны, бесшумные обратные клапаны или обратные клапаны с подпружиненной пружиной оснащены внутренней пружиной, которая бесшумно переводит клапан в закрытое положение перед изменением направления потока, тем самым уменьшая или исключая возможность гидравлического удара.

Воздушные камеры также являются эффективным решением для гидравлических ударов. Эти системы состоят из короткого отрезка трубы, обычно в форме тройника, с пустой / заполненной воздухом камерой, которая служит подушкой (амортизатором) для воды, которая расширяется, когда она внезапно меняет направление.Это снижает величину удара, который в противном случае был бы направлен в сторону трубопровода.

Другие эффективные методы предотвращения гидроудара включают:

  • Промывка старых систем
  • Установка редукторов и регуляторов давления в подающей магистрали
  • Уменьшить рабочее давление
  • Инвестиции в системы трубопроводов, в конструкции которых предусмотрены воздушные камеры
  • Снижение давления с помощью бесшумных обратных клапанов

Загрузите нашу бесплатную электронную книгу «Понимание гидравлического удара: причины и наиболее эффективные решения для гидравлического удара в гидравлических системах и промышленных приложениях», чтобы узнать больше о разрушительных последствиях гидравлического удара.

Скачать электронную книгу

Гидравлический молот

Техническое описание:

Эффекты гидроудара и пульсаций

Быстро закрывающиеся клапаны, поршневые насосы и вертикальные участки трубопровода могут создавать разрушительные скачки давления, приводящие к повреждению диафрагм, уплотнений и прокладок, а также к повреждению счетчиков и манометров.

Жидкость практически не сжимается, любая энергия, приложенная к ней, мгновенно передается.Эта энергия становится динамической по своей природе, когда сила, такая как быстро закрывающийся клапан или насос, прикладывает скорость к жидкости.

Surge (Гидравлический удар)

Скачок или гидроудар, как его обычно называют, является результатом внезапного изменения скорости жидкости. Гидравлический удар обычно возникает, когда система передачи быстро запускается, останавливается или вынуждена быстро изменить направление. Любое из этих событий может привести к катастрофическому отказу компонентов системы. Без сомнения, основной причиной гидравлического удара в технологических процессах является быстро закрывающийся клапан, ручной или автоматический.Клапан закрывается через 1,5 сек. или меньше, в зависимости от размера клапана и состояния системы, вызывает резкую остановку потока. Скачок давления (акустическая волна), создаваемый при быстром закрытии клапана, может в пять (5) раз превышать рабочее давление в системе.

Неограниченный, этот всплеск или волна давления будет быстро ускоряться до скорости звука в жидкости, которая может превышать 4000 футов / сек. Прирост давления можно оценить по следующей формуле.

Важность использования этой формулы Хотя существует множество онлайн-калькуляторов гидравлического удара, мы обнаружили большое разнообразие результатов.Поэтому мы рекомендуем использовать старомодный карандаш и бумагу по следующей формуле:

  Формула гидравлического удара: P = (0,070) (V) (L) / t + P1  
Где P = Повышение давления
P1 = Давление на входе
V = скорость потока в футах / с
t = время в секундах (время закрытия клапана)
L = длина трубы до входа в футах

Вот пример гидравлического удара при закрытии электромагнитного клапана EASMT с длиной трубы до 50 футов соединение:

 L = 50 футов 
V = 5.0 фут / сек (рекомендуемая скорость для конструкции трубопровода из ПВХ)
t = 40 мс (время закрытия соленоидного клапана примерно 40-50 мс)
P1 = входное давление 50 psi
, следовательно, P = 0,07 x 5 x 50 / 0,040 + P1 или P = 437,5 фунтов на кв. Дюйм + P1
Общее давление = 437,5 + 50 = 487,5 фунтов на кв. Дюйм

Пульсация

Пульсация обычно возникает, когда движущая сила жидкости создается возвратно-поступательными или перистальтическими поршневыми насосами. Чаще всего это вызвано ускорением и замедлением перекачиваемой жидкости.Эта неконтролируемая энергия проявляется в виде скачков давления. Вибрация — это очевидный пример пульсации, которая обычно приводит к отказу компонентов.

В отличие от центробежных насосов (которые обычно производят неповреждающие высокочастотные, но с малой амплитудой импульсы), амплитуда является проблемой, потому что это скачок давления. Пиковое мгновенное давление, необходимое для ускорения жидкости в трубопроводе, может более чем в десять (10) раз превышать установившееся давление потока, создаваемое центробежным насосом.Повреждение манометров уплотнений, диафрагм, клапанов и соединений в трубопроводах является результатом скачков давления, создаваемых пульсирующим потоком.

Средство правовой защиты

Предложите установить гаситель пульсаций. Демпферы представляют собой наиболее экономичный и эффективный выбор для предотвращения разрушительного воздействия пульсации. Глушитель перенапряжения по конструкции практически такой же, как и гаситель пульсаций. Разница в первую очередь заключается в размерах и давлении.

Самая современная конструкция демпфера пульсаций — это гидропневматический демпфер, состоящий из сосуда высокого давления, содержащего сжатый газ, обычно воздух или азот, отделенный от технологической жидкости баллоном или диафрагмой.Демпфер устанавливается как можно ближе к насосу или быстро закрывающемуся клапану и нагружается до 85% давления в жидкостной линии. Правильный выбор устройства защиты от пульсаций или перенапряжения требует нескольких расчетов. Тесный контакт с производителем глушителей обеспечит правильный размер для конкретного применения.

Заключение

Зная, как избежать ситуаций, которые могут привести к гидроударам или пульсации во время процесса спецификации или во время поиска неисправностей, вы можете устранить множество проблем, отказавших клапанов и оборудования, а также дорогостоящих простоев.

Яхья Бенгали и Рик Болджер, Plast-O-Matic Valves, Inc.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, вернитесь в Технический информационный центр Plast-O-Matic.

Waterhammer Что и почему — Журнал Pump Industry Magazine

Джо Эванс, Насос Эд 101

В этой статье мы дадим определение гидравлическому молоту и рассмотрим события, которые приводят к его возникновению. Мы также попытаемся получить некоторое представление о дополнительном давлении, которое это создает.

Гидравлический молот (также гидравлический удар) — это скачок давления, который может возникнуть в любой насосной системе, которая претерпевает резкое изменение скорости потока и обычно возникает в результате запуска и остановки насоса, открытия и закрытия клапанов или отделения водяного столба и закрытие.

Эти резкие изменения могут привести к изменению импульса всего или части столба текущей воды. Это изменение может вызвать ударную волну, которая движется вперед и назад между создавшим ее барьером и некоторым вторичным барьером.

Если интенсивность ударной волны высока, это может привести к физическому повреждению системы. Как ни странно, это может быть более серьезной проблемой в приложениях с низким давлением.

Waterhammer — еще один пример сохранения энергии, возникающий в результате преобразования энергии скорости в энергию давления.

Поскольку жидкости обладают очень низкой сжимаемостью, результирующая энергия давления имеет тенденцию быть очень высокой.

Возможно, лучший способ визуализировать это действие — начать с гипотетического примера.

На рис. 1 показан насос, перекачивающий воду в трубу, которая была пуста при запуске насоса. Клапаны, расположенные на выпуске насоса и на дальнем конце трубы, полностью открыты, и оба имеют возможность мгновенно закрываться.

Труба, клапаны и другие фитинги полностью неэластичны, и изменение объема не может произойти независимо от давления. Кроме того, столб воды, протекающий по трубе, имеет идеально ровную переднюю кромку, соответствующую внутреннему диаметру поперечного сечения трубы.

Как только передний край водяного столба достигает нижнего по потоку клапана, он закрывается почти со скоростью света и не захватывает воздух перед водяным столбом.

Даже если передняя кромка задела закрытый клапан, поток в трубу продолжается в течение следующих нескольких миллисекунд.

Как только поток прекращается, входной клапан закрывается (на этот раз с истинной скоростью света), и столб воды полностью изолирован между двумя клапанами.

Какие события происходят, когда колонна ударяется о закрытый клапан, расположенный ниже по потоку, и почему вода продолжает поступать в трубу, даже если клапан закрыт?

Что ж, если бы эта движущаяся колонна была металлической колонной, а не водой (я упоминал, что это гипотетический пример?), Могло бы произойти несколько вещей.

В зависимости от его коэффициента восстановления (его способности предотвращать необратимые повреждения) кинетическая энергия потока (движения) может быть преобразована в механическую энергию, поскольку передняя кромка металлической колонны прижимается к закрытому клапану.

Если это произойдет, колонка остановится и останется неподвижной у клапана. Если его восстановление достаточно велико, чтобы предотвратить раздавливание, та же кинетическая энергия может быть использована для изменения его направления в форме отскока.

Независимо от результата, «вся» металлическая колонна либо остановится, либо отскочит в противоположном направлении. Ни одно из этих событий не происходит, когда речь идет о воде. Вода — это «почти несжимаемая» жидкость, но обратная сторона этого утверждения указывает на то, что она «слегка сжимаема».

При температуре окружающей среды один фунт / кв. Дюйм уменьшит его объем примерно на 0,0000034 процента. Это кажется довольно маленьким, но чем больше громкость, тем легче увидеть эффект.

Например, если бы вода не сжималась, уровень моря был бы примерно на сто футов выше, чем его нынешний уровень.

При очень высоких давлениях, скажем 40 000 фунтов на квадратный дюйм, его сжимаемость увеличивается примерно до 10 процентов.

Но большая часть воды — это не просто вода — она ​​также содержит воздух, в основном азот (78 процентов) и кислород (21 процент). Если бы этого не было, рыбы не было бы.

Растворенный воздух составляет около двух процентов данного объема необработанной воды и существенно увеличивает ее сжимаемость.

Сжимаемость воды (и растворенного воздуха) заставляет ее действовать иначе, чем столб металла. Если бы он не был сжимаемым, его передняя кромка была бы постоянно раздавлена ​​или вся колонна отскочила бы назад.

Когда передний край водяного столба ударяется о закрытый клапан, он останавливается, но вода за ним все еще находится в движении, поэтому начинает сжиматься.

Это сжатие по всей длине колонны позволяет небольшому количеству воды продолжать течь в трубу, даже если передняя кромка остановилась.

Когда поток прекращается, вся его кинетическая энергия движения, а также энергия сжатия будет преобразована в энергию давления.

Сжатие начинается на переднем крае водяного столба, и, поскольку дополнительная энергия, которую оно производит, не может продолжаться после закрытого клапана, создается волна давления или ударная волна, которая распространяется по пути наименьшего сопротивления, который, в этом примере, возвращается. вверх по течению.

Его начало очень похоже на «эхо», которое возникает, когда звуковая волна, проходя через воздух, ударяется о подобный барьер.

Когда волна попадает в клапан, расположенный выше по потоку, она отражается обратно вниз по потоку, но с меньшей интенсивностью.

Это возвратно-поступательное движение продолжается до тех пор, пока из-за потерь на трение и отражение волна не исчезнет.

Скорость, с которой распространяется волна, и энергия, которую она теряет во время движения, зависят от плотности и сжимаемости среды, в которой она движется.

Оказывается, плотность и сжимаемость воды делают ее очень хорошей средой для генерации и передачи ударных волн.

Волны давления, создаваемые гидравлическим ударом, имеют характеристики, аналогичные характеристикам звуковых волн, и распространяются с такой же скоростью.

Время, необходимое для того, чтобы волна гидравлического удара преодолела длину трубы, просто равна длине трубы, деленной на скорость звука в воде (приблизительно 4860 футов / сек).

В анализе гидроудара часто используется постоянная времени, которая описывает развитие волны от ее начала до вторичного барьера и затем обратно.

Он принимает форму Tc = 2L / a (где «L» — длина трубы, а «a» — скорость волны (скорость звука)).

Для трубы длиной 1000 футов потребуется менее полсекунды, чтобы волна совершила полный обход.

Давление, создаваемое этой ударной волной, прямо пропорционально скорости волны и скорости воды, текущей в трубе.

Хотя приведенное ниже уравнение не учитывает влияние диаметра и упругости трубы, оно дает некоторое представление о дополнительном давлении, создаваемом волной гидравлического удара.

P (дополнительный) = aV / 2.31g

«P» — дополнительное давление, создаваемое ударной волной, «a» — скорость волны, «V» — скорость текущей воды в трубе в футах в секунду, «g» — универсальная гравитационная постоянная на 32 футах. / сек2, а 2,31 — постоянная преобразования давления.

При скорости трубопровода пять футов / сек дополнительное давление, создаваемое ударной волной, составляет приблизительно 328 фунтов на квадратный дюйм.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *