ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТАРАН
HYDRAULIC RAM

Изобретение относится к водоподъемным устройствам, использующим потенциальную энергию воды, т.к. устанавливается ниже водоисточника.
Известны гидравлические тараны ТГ-1, ТГ-2, АНГ, УИЖ-К, ЕрПи, содержащие корпус, плоские ударный и нагнетательный клапаны, воздушный колпак. Гидротараны ТГ-2 и ЕрПи имеют приспособления для пополнения воздушного колпака воздухом [Овсепян В.М. Гидравлический таран и таранные установки. М.: Машиностроение, 1968, с.56-64].
Отмечается, что эти гидротараны могут работать с нагнетательным напором до 30 м вследствие установки под плоскими клапанами резиновых прокладок, которые быстро выходят из строя.
Известен гидравлический таран, содержащий корпус, воздушный колпак с нагнетательным патрубком и нагнетательным клапаном и подающую трубу с ударным клапаном и изогнутым выходным участком, разветвленным на два патрубка, сходящихся в зоне подключения к воздушному колпаку. Причем ударный клапан в виде шарика установлен в зоне разветвления патрубков, а нагнетательный клапан - в зоне их соединения [SU №1789780 А1, 1993 г.].
Гидравлический таран сложен в изготовлении, регулировка его работы не предусмотрена.
Известен гидротаран, в котором ударный клапан трубопровода связан с поршнем, размещенным в герметичном корпусе, внутри воздушного колпака с обратным клапаном установлена перфорированная коническая перегородка [SU №1448123 А1, 1988 г.].
Гидротаран имеет малую производительность вследствие жесткой связи ударного клапана с поршнем, имеющего трение о гильзу и большую инерционность, что вызывает уменьшение частоты удара. Перфорированная коническая перегородка не влияет на унос газа из воздушного колпака, т.к. при повышенном давлении воздух растворяется в воде (закон Генри) и уносится по нагнетательному трубопроводу.
Известен гидротаран, содержащий водовоздушный бак, разделенный упругой диафрагмой на водяную и воздушную части, причем воздушная часть при помощи гибкого воздуховода соединена с камерой - поршнем, помещенный внутри резервуара с водой и связанный штоком с ударным клапаном затворного типа [SU №1317187 А1, 1987 г.].
Подача и напор, следовательно, КПД гидротарана малы вследствие инерционности системы работы ударного клапана и значительного уменьшения частоты ударов ударного клапана.
Известен гидротаран, где воздушные колпаки выполнены в виде эластичных камер, помещенных в герметичный резервуар, а на центральном трубопроводе выполнены нагнетательные клапана, ударный клапан при помощи штока связан с поршнем, верхняя часть цилиндра связана с трубой за ударным клапаном [SU №1451357 А1, 1989 г.].
Гидротаран сложен в изготовлении, доступ к клапанам невозможен, низка его надежность.
Задачей изобретения является регулирование работы, увеличение надежности, повышение КПД гидротарана.
Это достигается тем, что в гидравлическом таране, содержащем корпус, водовоздушный колпак, ударный и нагнетательный (обратный) клапаны, согласно изобретению водовоздушный колпак разделен на две части - водяную и воздушную эластичной мембраной с большим ходом, первоначально воздух накачивается воздушным насосом через вентиль с золотником в воздушную камеру, ударный клапан выполнен в виде сферы из плотной, твердой, износостойкой резины и помещен в корпус клапана с седлом, клапан при помощи штока с роликом упирается на конец двуплечего рычага, верхний конец рычага связан с регулируемой пружиной растяжения или ролик упирается на Г-образный двуплечий рычаг, на конце которого установлен груз с возможностью изменения момента силы, а также ударный клапан внутри корпуса связан через шток с пружиной сжатия. В ударном клапане по оси сферы для установки штока просверлены по осям x, y, z три отверстия для изменения рабочей части клапана.
На фиг.1 представлена схема общего вида гидравлического тарана; на фиг.2 - ударный клапан с отверстиями; на фиг.3 - ударный клапан с противовесом; на фиг.4 - вид ударного клапана со штоком с пружиной сжатия.
Гидравлический таран имеет подающий трубопровод 1, соединенный с корпусом 2 гидротарана в виде тройника, ударный клапан 3, установленный в корпусе 4 клапана, в конце которого устроено седло 5; водовоздушный колпак 6 с нагнетательным (обратным) клапаном 7, разделенный при помощи эластичной мембраны 8 с большим ходом на воздушную и водяную 9 части. Ударный клапан 3 выполнен в виде сферы из плотной, твердой и износостойкой резины и насажен на шток 10, движущийся в направляющих 11, конец штока снабжен роликом 12, который упирается на нижний конец двуплечего рычага 13, поворачивающегося на оси 14 кронштейна 15, другой конец рычага 13 при помощи пружины 16 растяжения связан с упором 17. Вода из водяной части 9 колпака подается в напорную емкость 18 по нагнетательному трубопроводу 19. Ударный клапан имеет три сквозных отверстия 20 по осям координат x, y, z, проходящих через центр сферы, для его закрепления на штоке 10. Двуплечий рычаг может быть выполнен Г-образной формы 21 для закрепления груза 22. При выполнении направляющей 11 внутри корпуса 4 устанавливается пружина сжатия 23. Для первоначальной зарядки воздушной части 24 колпака предусмотрен вентиль 25 с золотником.
Гидравлический таран работает следующим образом. Гидротаран устанавливается ниже источника водоснабжения и соединяется при помощи подающего трубопровода 1 с ним. Для запуска гидротарана в работу, принудительно открывая ударный клапан 3 за двуплечий рычаг 13 и закрывая, водяную часть 9 водовоздушного колпака 6 наполняют наполовину. Затем при помощи воздушного насоса с манометром через вентиль 25 с золотником накачивают воздух в воздушный колпак 24 в зависимости от высоты подъема воды в водонапорную башню. Затем открывая-закрывая ударный клапан 5 за рычаг и регулируя натяжение пружины 16 или вес и положение груза 22 на конце Г-образного двуплечего рычага 21, запускают гидротаран в работу.
При открытом ударном клапане 3 истекающий через седло 5 поток воды воздействует на клапан 3, резко закрывая его. Клапан через шток 10 в направляющей 11 и ролик 12 толкает нижний конец двуплечего рычага 21, поворачивая вокруг оси 14, при этом верхний конец рычага оттягивает пружину 16 или поднимает груз 22. В гидротаране происходит гидравлический удар и давление в корпусе поднимается на величину Δр:
где ρ - плотность воды;
l - длина подающего трубопровода;
υ - скорость потока воды в трубопроводе при открытом положении ударного клапана, зависит, в основном, от перепада уровней между водоисточником и гидротараном;
З
t - время закрытия ударного клапана.
Открывается нагнетательный (обратный) клапан 7, и часть воды поступает в водяную часть 9 водовоздушного колпака.
Мембрана 8 прогибается, сжимая воздух, и под давлением воздуха вода равномерно поступает по трубопроводу 19 в бак 18. При этом клапан 7 закрывается. Затем под действием пружины 16 или груза 22 ударный клапан открывается, и процесс повторяется.
При внутреннем расположении (фиг.4) направляющей 11 и пружины сжатия 23 гидротаран запускают, открывая-закрывая ударный клапан 3 за выступающий конец штока.
Наличие эластичной мембраны 8 большого хода предотвращает расход воздуха. Выполнение ударного клапана 3 в виде сферы из плотной, твердой и износостойкой резины и с тремя сквозными через центр отверстиями 20 позволяет использовать его в шести рабочих положениях, т.е. при износе одной части клапана использовать другую неизношенную часть. Установка пружины растяжения 16 или груза-противовеса 22 на поворачивающихся на оси 14 двуплечих рычагах позволяет регулировать работу гидравлического тарана.
Таким образом, гидротаран имеет высокую надежность и работоспособность, а также КПД и является регулируемым в зависимости от высоты поднятия воды.