Гідравлічний таран не має ніякого відношення ні до військової техніки, ні до руйнування чого б то не було. Він являє собою всього лише насос, який піднімає частина проходить по ньому потоку рідини на висоту, що перевищує вихідний рівень, за рахунок кінетичної енергії всього потоку. Основна область його застосування - меліорація і зрошення, свого часу він досить широко використовувався і пожежними, - адже йому не потрібно ні двигунів, ні палива, а потрібно лише достатню кількість води і невеликий перепад висот - аж до десятка-другого сантиметрів. Грізну назву же швидше за все є ні чим іншим, як невірним перекладом терміна «гідравлічний удар» або невдалим перекладом англійської назви ram-pump ( «таран насос»). Проте, ця назва закріпилася за суто мирним пристроєм пару століть назад і благополучно дожило до нашого часу. Як же працює цей насос? ...
Загальні відомості про гідротаране. Історія насоса
Загальний опис пристрою гідравлічного тарану. Принцип роботи
Робота гідротарана заснована на використанні явища гідравлічного удару - короткочасного різкого підвищення тиску при раптовій зупинці потоку рідини в жорсткій трубі.
Принцип роботи «гідравлічного тарану» - насоса, що використовує явище гідроудару. Зліва фаза розгону потоку, праворуч - фаза нагнітання (момент гідравлічного удару).
1 - живильний резервуар (верхній рівень природного потоку);
2 - нагнітальна (прискорювальна) труба;
3 - відбійний (ударний) клапан;
4 - напірний (нагнітальний) клапан;
5 - повітряний ковпак;
6 - напірна (відводить) труба.
H - висота підйому води щодо рівня зливу;
h - рівень напруги резервуара щодо рівня зливу.
Ось як описана робота цього пристрою в енциклопедії: ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТАРАН, пристрій, який за рахунок гідравлічного удару піднімає воду на висоту, що значно перевищує рівень джерела. Вода від джерела (1) самопливом подається по довгому напірного трубопроводу (2), що йде з невеликим зниженням. Під дією наростаючого динамічного напору води закривається відбійний клапан (3), розташований на нижньому кінці трубопроводу, і внаслідок інерції рухомої води і її несжимаемости тиск тут різко підвищується. Короткочасного підвищення тиску достатньо для підйому невеликої частини води через напірний клапан (4) на висоту понад 50 м. Потім відбійний клапан відкривається, і все повторюється спочатку.
Гідравлічний таран діє тільки за рахунок імпульсу рухається стовпа води, без будь-якого двигуна. Застосовується в сільському господарстві, для водопостачання невеликих будівництв і т.д.
У фазі розгону потоку відбійний клапан у відкритому стані зазвичай утримується за допомогою пружини, для закриття напірного клапана при показаної на малюнку компонуванні може цілком вистачити різниці тисків і його власної ваги.
На малюнку показано трохи більше складний пристрій - воно містить повітряний ковпак 5, який грає ту ж роль, що і гідроакумуляторних баки з гумовою мембраною в сучасних автономних водопровідних системах. Цей ковпак накопичує воду під тиском і згладжує пульсації потоку нагнітається води, хоча теоретично максимальна висота підйому при цьому дещо зменшується, оскільки в трубу, що відводить 6 вже надходить не різкий імпульс від гідравлічного удару, що виникає при закритті клапана 3, а усереднене тиск, згладжені «пневматичним амортизатором »- повітрям в ковпаку 5. Однак трохи далі ми побачимо, що згладжування пульсацій - лише додатковий« бонус »повітряного ковпака. Головна його функція полягає в іншому, і без такого вузла підйом води по більш-менш довгому напірного каналу буде досить утруднений.
Очевидно, що ні про яку «сверх'едінічние» або додаткової енергії мова тут не йде - значна частина води зливається через відбійний клапан в фазі розгону, поки потік набере потрібну швидкість. Енергії, яку ця вода отримує при спуску від рівня живлячої резервуара, з надлишком вистачає на підняття нагнітається частини води по відвідної труби. Проте, цей насос дозволяє досить ефективно використовувати перепад рівнів навіть в десяток сантиметрів, цілком достатній для розгону потоку до помітної швидкості, а витрата води при цьому повинен лише забезпечити заповнення перетину нагнетательной труби. Жодне широко поширене гідротехнічна пристрій (водяні колеса, а тим більше турбіни) не може використовувати настільки малі перепади рівня при настільки малій витраті з такою ефективністю, як гідравлічні тарани.
Гідравлічні тарани володіє декількома важливими достоїнствами, які в свій час і забезпечили їх досить широке поширення.
Насамперед. для їх роботи не потрібно ні яких-небудь двигунів, ні м'язових зусиль. Будучи один раз встановленим і запущеним, гідротаран може працювати до пересихання живить потоку (осушення живлячої резервуара) або до механічного зносу деталей, які в ньому можна перерахувати по пальцях.
По-друге. для роботи достатньо мінімального перепаду рівнів, починаючи з десятка-другого сантиметрів, і щодо невеликої витрати води (зазвичай від часткою літра до декількох літрів в секунду).
По-третє. нескладні накопичувальні пристрої в живильному резервуарі дозволяють гідравлічному тарану працювати і з ще меншою витратою води, чекаючи, поки вона накопичиться в необхідній кількості і тільки тоді здійснюючи робочий цикл. Завдяки цьому гідротарани можуть максимально ефективно використовувати енергію потоку як при великій витраті води (в паводок), так і при дуже малому (в межень). І водяні колеса, і турбіни призначені для роботи з безперервним потоком і в таких умовах не зможуть працювати в принципі - енергії накопиченої порції води, достатньої для гідравлічного тарану, їм може не вистачити навіть для того, щоб зрушити з місця, а їх мікроваріант, розраховані на мінімальну витрату води, видаватимуть таку ж мізерну потужність і тоді, коли живить потік знову стане повноводним.
По-четверте. простота конструкції і мінімум деталей забезпечують видатну надійність і довговічність пристрою - безперервна робота без ремонту протягом 10 років вважалася цілком звичайною справою.
У п'ятих. класичний гідравлічний таран можна зібрати буквально «на коліні», практично в будь-який сільській майстерні, де лагодять трактора і плуги. При цьому він прощає багато помилок в розрахунках і виготовленні - за них доведеться заплатити меншою ефективністю і довговічністю, але не повною втратою працездатності, - насос все ж буде діяти. Єдине безумовну вимогу - це висока міцність всіх деталей.
Однак при всіх своїх позитивних якостях гідравлічний таран має і недоліки
Частина цих недоліків може бути компенсована достатньо легко, але усунути інші не представляється можливим, оскільки, як це часто буває, вони є прямим продовженням достоїнств.
По перше. для забезпечення розгону потоку після чергового відкриття відбійного клапана за ним вже не повинно бути води, що пройшла туди в попередньому циклі. Якщо вона з якоїсь причини не піде за час гідравлічного удару, то вона завадить розгону нової порції води в нагнетательной трубі, яка не набере швидкості, достатньої для закриття відбійного клапана. У найкращому варіанті потік набиратиме потрібну швидкість набагато довше, ніж це сталося б при відсутності води за відбійним клапаном - а це непродуктивні втрати води через відбійний клапан і зниження ефективності роботи установки. Природним шляхом вода може піти тільки при наявності стоку, тому слив нагнітального трубопроводу (точніше, місце розташування відбійного клапана) не може знаходиться нижче рівня зливного водойми, інакше пройшла вода не зможе звільнити відбійний клапан.
По-друге. для розгону потоку в нагнітальному трубопроводі до хорошій швидкості (хоча б метр в секунду) необхідно забезпечити перепад висот як мінімум в декілька сантиметрів на ділянці довжиною в кілька метрів.
З цих причин гідравлічні тарани не можуть працювати в водоймах з постійним рівнем поверхні, таких, як ставки і озера, а також на рівнинних ділянках річок, де на сотні метрів, а то і на кілометри течії доводиться різницю рівнів в сантиметр-другий.
По-третє. істотна частина води «втрачається» через слив нагнетательной труби. Причому «втрачається» обсяг зазвичай у багато разів більше, що піднімається обсягу. Звичайно, ця вода «губиться» недаремно, а робить свою справу - її енергія йде на підйом іншій частині потоку. Однак коли загальна кількість доступної води невелика, ця «марнотратство» може виявитися неприйнятною. У загальному випадку ефективність роботи таких насосів визначається правильним вибором довжини і об'єму нагнітальної труби, співвідношення перерізів відбійного і напірного клапанів і зусиль, потрібних для їх відкриття і закриття, в залежності від необхідної висоти підйому і швидкості потоку в нагнітальному трубопроводі, тобто, в кінцевому рахунку, робочого перепаду рівнів і витрат води. Тому в ідеалі кожен екземпляр такого насоса треба налаштовувати індивідуально під конкретні умови установки.
По-четверте х, при використанні «класичного» накопичувального ковпака 5 з повітрям, повітря може поступово розчинятися в нагнітається воді, чому сприяє підвищений тиск. Тому повітря необхідно періодично поповнювати. Вирішити цю проблему допоможе використання в якості такого ковпака мембранного гідроакумуляторних бака, в останні роки став невід'ємною частиною автономних водопровідних систем в котеджах і на дачах. Інший спосіб вирішення цієї проблеми - при близькому розташуванні відбійного і напірного клапанів і сильних робочих гідроудару з відривом рідини від відбійного клапана можна спробувати організувати автоматичну підкачування повітря через ці клапани, хоча при цьому буде потрібно подолати ряд технічних проблем.
Нарешті, по-п'яте. гідравлічний таран має чималі розміри. Так, звичайно вважається, що оптимальна довжина нагнітальної труби 2 лежить в діапазоні від 10 до 14 і більше метрів. Це обумовлено тим, що маса рухається, а потім зупиняється води повинна бути досить великою, щоб забезпечити хорошу енергію робочого гідроудару. Оскільки маса води прямо пропорційна її об'єму, це накладає неминучі обмеження на мінімальні розміри більш-менш продуктивних конструкцій. Та й тривалість гідроудару теж повинна бути достатньою для того, щоб напірний клапан 4 встиг відкритися і пропустити помітний обсяг води, а це час теж прямо пропорційно відстані від відбійного клапана 3 до живлячої водойми або резервуара 1. Втім, звернувши нагнетательную трубу в спіраль, можна в кілька разів зменшити лінійні розміри установки. Але от вага, який визначається необхідною міцністю і жорсткістю конструкції, істотно зменшити навряд чи вдасться.
З іншого боку, продуктивність гідротарана обмежена його розмірами. Занадто великі розміри гідравлічного тарану також викличуть проблеми, оскільки всі елементи конструкції в зоні робочого гідроудару повинні володіти не тільки достатню міцність, але і максимальною жорсткістю. У міру зростання лінійних розмірів забезпечення необхідної жорсткості може зажадати занадто товстих стінок і, як наслідок, занадто масивних деталей.
Проте, класичний гідравлічний таран залишається надзвичайно простим, невибагливим і дуже незвичайним пристроєм, який абсолютно незаслужено майже забуте останнім часом.
>> Гідравлічний таран не має ніякого відношення ні до військової техніки, ні до руйнування чого б то не було. ... Грізне назва ж швидше за все є ні чим іншим, як невірним перекладом терміна «гідравлічний удар» або невдалим перекладом англійської назви ram-pump ( «таран насос»).
На англігцком його в т.ч. називають hydraulic ram так що звинувачення російської мови в зайвій мілітаризованість необґрунтовані 🙂
Непогано б додати що цементом можна замінити метал в більшій частині конструкції насоса.
Тут викупиш-ні-викупиш, але я сумніваюся, що цей насос можна зробити раніше того часу, коли він і був зроблений ...
Які складнощі? Два клапана, цементна труба і бочка ковпак? Пружини замінюються вагами.
Якщо його не можна зробити раніше ніж в РІ, то йому тут не місце 🙂
Я тут подумав і погодився з тим що пристрій можна зробити з бетону. І навіть без пружин взагалі.
Канали бетонної труби зробити квадратного перетину.
Ресивер відлити з бетону разом з фінішним ділянкою пристрою. Ресивер краще зробити з овальним верхнім люком. Люк потрібен для поповнення повітряної подушки в міру її розчинення у воді і для обслуговування клапана підживлення. Овальний люк дозволяє його заводити в ємність, розгортати там і притискати не зовні ємності а зсередини, тим самим на замикання буде працювати робочий тиск всередині резервуара і не потрібні будуть потужні запори і крпленія.
Клапан який закривається і забезпечує удар можна виконати як нахилену на зустріч потоку прямокутну пластину хитну щодо своєї нижньої межі. Підібрати вага і форму пластини так, що б потік закривав її тільки після того як набуде потрібної швидкість.
Клапан подачі води в ресивер взагалі не потребує пружині. На нього тисне стовп води подає водоводу. Потрібно тільки забезпечити чіткість роботи.
У невеликих пристроях обидва клапана можна зробити з простими вантажами, наприклад, свинцевими.
Лінійні розміри девайса можна зменшити, посиливши зворотне гідравлічний опір труби - наприклад, якщо зібрати її з декількох секцій з проміжними конфузора.
Тобто ви вважаєте, що в Римі воно вийде?