ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТАРАН
HYDRAULIC RAM

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции гидравлических таранов, и может быть использовано при проектировании систем транспортировки жидкости, в практике машинного подъема в системе мелиорации и сельском хозяйстве.
Известен воздушный колпак гидротарана, содержащий корпус с впускным клапаном и штуцером на напорной магистрали и установленный в корпусе поршень, последний установлен на пружине, соединенной с корпусом, и выполнен в виде цилиндра, установленного соосно корпусу, причем на дне корпуса жестко закреплен направляющий цилиндр, установленный между корпусом и поршнем (Авторское свидетельство СССР №1250736, кл. F04F 7/02, 1986).
Недостатком гидротарана является низкая надежность из-за сложности конструкции, включающей подвижные элементы в виде ударного клапана со штоком и пригруженным сменными грузами, утяжеляющими ударный клапан в работе, пружина недолговечна в агрессивной среде, что ведет ее к поломке, с которой закреплен поршень, размещенный в цилиндре. Сложность работы такого гидротарана в движении вызывает увеличение динамических нагрузок, как и самого ударного клапана. Возникают условия заклинивания элементов устройства.
Наиболее близким к предлагаемому является воздушный колпак гидротарана, содержащий корпус с воздушной и жидкостной полостями, впускным клапаном и штуцером на напорной магистрали, колпак снабжен поршнем, разделяющим корпус на воздушную и жидкостную полости, и жестко закрепленным подпружиненным штоком, на котором установлен ограничитель хода (Авторское свидетельство СССР №1224464, кл. F04F 7/02, 1986).
Недостатком гидротарана является низкая производительность. Конструкция ударного клапана позволяет закрывать проходное сечение питающего трубопровода, однако, большая инерционность в работе его снижает производительность тарана. Требуется искусственная подзарядка сверхвысокого давления в колпаке с подпружиненным поршнем, а также использование дополнительного компрессора, сложность устройства.
Другим недостатком является неполное использование его потенциальных возможностей, связанных с перемещением поршня в виде ударного клапана вверх-вниз, во время холостого хода.
Цель изобретения - повышение надежности и производительности путем снижения динамических нагрузок на ударный клапан.
Указанная цель достигается тем, что гидравлический таран, содержащий питающий трубопровод, корпус в виде воздушного колпака с впускным клапаном и ударный клапан, он снабжен открытой регулировочной емкостью со сливным патрубком и ударным клапаном, а второй ударный клапан расположен во входном вертикальном переливном патрубке, сообщающем емкость между собой, при этом второй ударный клапан связан с поплавковым шарнирно-рычажным приводом, размещенным в емкости, причем оба ударных клапана установлены параллельно питающему трубопроводу. Кроме того, с целью уменьшения металлоемкости на ударный клапан без увеличения потерь его мощности на привод, второй ударный клапан выполнен шаровым, при этом в сливном патрубке установлена сменная калиброванная диафрагма.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и снижение динамических нагрузок на ударный клапан.
Следовательно, ударные оба клапана, при наполнении емкости, перекрывают в ней впускные отверстия. Затем поток воды в питающем трубопроводе за счет ударной кинетической энергии надавливает на впускной клапан воздушного колпака, происходит гидравлический удар.
В период подъема уровня воды в открытой регулировочной емкости, вода постепенно заполняет ее через первый и второй ударные клапаны, причем второй ударный клапан, размещенный во входном вертикальном и переливном патрубке, связан шарнирно с коромыслом и с поплавком, размещенным в регулируемой емкости. При этом поплавок всплывает, и шарнирно-рычажный привод воздействует на второй ударный клапан, выполненный шаровым. Одновременно с закрытием отверстия во впускном вертикальном патрубке напор в трубопроводе повышается до тех пор, пока ударный клапан в управляющей емкости не закроется до заданного давления в трубопроводе, а следовательно, и увеличения давления, происходит гидравлический удар, давление которого открывает впускной клапан на колпаке и жидкость поступает в воздушный колпак.
Следовательно, второй ударный клапан с шарнирно-рычажным приводом работает совместно в режиме управления клапаном регулирующей открытой емкости. Происходит процесс повышенной чувствительности вследствие взаимной гидравлической связи ударных клапанов в переходных процессах заполнения регулирующей емкости и опорожнения ее через сливной патрубок со сменной калиброванной диафрагмой. Далее процесс работы в автоматическом режиме всех элементов гидравлического тарана повторяется.
В режиме срабатывания ударных клапанов не предъявляют к ним высоких требований к качеству очистки воды от взвешенных наносов, уменьшаются перестановочные усилия на гидравлически разгрузочный ударный клапан. Время, затрачиваемое на постепенное самотеком вытекание воды из емкости через сливной патрубок со сменной калиброванной диафрагмой, расположенной в ее нижней части дна, при опускании поплавка на опоры, осуществляется заданным промежутком времени. Компактное, рациональное конструирование нового устройства имеет практическое применение в качестве водоподъемного устройства.
Следует обратить внимание и на форму второго ударного клапана в том, что форма позволяет разгрузить во входном вертикальном и водосливном патрубке от прямых усилий напорной магистрали при заполнении открытой управляемой емкости с поплавком.
За счет обтекаемости и снижения энергии отраженной ударной волны возрастает полезная работа гидроудара и достигается повышение производительности гидравлического тарана.
Все это обеспечивает уменьшение инерционности ударного клапана в переходных процессах, т.е. возможностей, связанных с перемещением ударного клапана вверх-вниз.
Конструктивные размеры входного вертикального патрубка, размещенного в емкости, второго ударного клапана задаются для конкретных гидравлических режимов работы, учитывая и время срабатывания регулирующей емкости на слив воды через выпускной патрубок со сменной калиброванной диафрагмой.
Гидравлический таран (см. чертеж)содержит питающий трубопровод 1, открытую регулирующую емкость 2, размещенную на питающем трубопроводе 1 со сливным нижним патрубком 3. Для изменения времени слива воды на сливном патрубке 3 имеется сменная калиброванная диафрагма 4 с вентилем 5. В регулирующей емкости 2 размещен входной переливной вертикальный патрубок 6, сообщающейся с емкостью 2. Регулирующая емкость 2 снабжена на дне ударным клапаном 7, а входной переливной вертикальный патрубок 6 в верхней части имеет второй ударный клапан 8. В регулирующей открытой емкости 2 также расположен поплавковый шарнирно-рычажный привод, взаимодействующий со вторым ударным клапаном 8. Поплавковый шарнирно-рычажный привод включает в себя управляющее коромысло (рычаг) 9, закрепленное одним концом через шарнир 10 со стенкой емкости 2, а другим посредством штока 11 со вторым ударным клапаном 8 во входном переливном вертикальном патрубке 6 с фиксатором-ограничителем 12 ударного клапана 8. Ударный клапан 8 установлен параллельно клапану 7 и расположен в верхней части седла-фиксатора 12 во входном вертикальном патрубке 6. В средней части коромысла 9 шарнирно закреплен шток 13 с поплавком 14, опирающимся на опоры 15, закрепленные на дне емкости 2. Ударный клапан 8 выполнен в виде шарового. Воздушный колпак 16 связан с питающим трубопроводом 1, на котором установлен впускной подпружиненный клапан 17. Колпак 15 соединен водопадающей трубой 18 с водонапорной емкостью 19. Элементы, связанные с регулирующей открытой емкостью 2, составляют принципиальную схему со вторым ударным клапаном 8, сливным нижним патрубком 3 со сменной калиброванной диафрагмой 4, и связанные с чувствительным элементом поплавком 14 шарнирно-рычажного привода.
Гидравлический таран работает следующим образом.
При превышении уровня воды у емкости 2 питающего трубопровода 1 вода заполняет емкость 2 через ударные клапаны 7 и 8. При этом входной вертикальный патрубок 6 открыт, поток воды, переливаясь через его кромку, заполняет также емкость 2. Заполнение емкости 2 продолжается до тех пор, пока ударный клапан 8 не закроет ограничительное фиксированное седло 12 патрубка 6, вследствие всплытия поплавка 14, шарнирно-рычажный привод будет воздействовать на ударный клапан 8, который находился ниже фиксированного седла 12 в патрубке 8. За счет повышения давления в питающем трубопроводе 1, одновременно, в регулирующей емкости 2 закрывается ударный клапан 7, срабатывающий от закрытия ударного клапана 8. Закрытие ударных клапанов 7 и 8 вызывает гидроудар, что принуждает нагнетательный клапан 17 открываться. Гидравлический удар сопровождается возникновением обратной ударной волны, открывая клапан 17. Вода через открытый нагнетательный клапан 17 поступает в воздушный колпак 16 и далее поступает через трубу 18 в емкость 19 к потребителю.
Таким образом, вслед за опорожнением воздушного колпака 16 от воды, происходит опорожнение емкости 2 через сливной патрубок 3 со сменной диафрагмой 4, что приводит, сохраняя некоторый запас воды в емкости 2, автоматически включающий гидравлический таран в работу при последующем повышении уровня воды во входном вертикальном патрубке 6 питающего трубопровода 1. После опорожнения открытой регулирующей емкости 2, следующий цикл работы повторяется.
Таким образом, наличие в конструкции второго ударного клапана во входном вертикальном патрубке и подачи воды в регулирующую емкость исключает создание больших усилий на его работу, позволяет повысить надежность работы тарана и снизить динамические нагрузки на ударный клапан. Следовательно, КПД гидравлического тарана значительно выше этого показателя у известного устройства ударного типа. Конструкция отличается относительной несложностью изготовления, проста в эксплуатации, благодаря легкому доступу к ударным клапанам и сливному патрубку.
За счет обтекаемости ударного клапана и снижения энергии отраженной волны возрастает полезная работа гидроудара и достигается повышение производительности гидравлического тарана.