ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТАРАН-ЭРЛИФТ
HYDRAULIC RAM-AIRLIFT

Изобретение относится к области технической гидравлики и может быть использовано в местах перепада уровней воды, например, на плотинах искусственных водоемов.
Известен гидравлический таран (Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов. - М.: Колос, 2004, стр.292-293), включающий ударный клапан, нагнетательный клапан, воздушный колпак, питающую трубу, нагнетательный трубопровод и приемный резервуар. Через питающую трубу таран соединяется с бассейном, расположенным выше отметки тарана, а через нагнетательный трубопровод - с приемным резервуаром.
Недостатком гидравлического тарана является то, что при прохождении воды через трубы и клапаны часть энергии потока теряется при разгоне потока до скорости, при которой возможен гидравлический удар, снижая тем самым к.п.д. устройства.
Известен также гидравлический таран (см. RU 2239102, 27.10.2004, F04F 7/02), содержащий водоподъемную ступень, включающую подводящую трубу с ударным клапаном, напорный колпак с впускным и выпускным клапанами, а также трубу, соединяющую колпак с водонапорной емкостью. Таран снабжен воздушной напорной ступенью, колпак которой с впускным и сливным клапанами соединен с переливной камерой, размещенной над колпаками. Сливной клапан соединен поворотным рычагом с ударным клапаном. Ударные клапаны обеих ступеней соединены поворотным коромыслом.
Недостатком известного тарана является его невысокий к.п.д., вследствие цикличности подачи воды в водоподающую трубу, из-за последовательной работы основной водоподъемной ступени, работающей в режиме насоса, и воздушной напорной ступени, работающей в режиме компрессора. При сливе воды из колпака для подачи воздуха в нем происходит падение давления воздуха и подача воды из переливной камеры в водоподающую трубу прерывается. Кроме того, устройство не позволяет использовать всю энергию прямого гидравлического удара, так как в воздушные колпаки поступает только часть воды в окрестности ударных и подающих клапанов за счет упругого сжатия воды, а другая ее часть тратится на формирование обратной ударной волны в подводящих трубах, энергия которой непроизводительно тратится на их упругое расширение. Вышеуказанное снижает эффективность работы тарана.
Задачей изобретения является увеличения к.п.д. устройства за счет повышения эффективности использования энергии прямого гидравлического удара и обеспечение подачи воды в каждом цикле.
Для решения поставленной задачи в гидравлическом таране-эрлифте, содержащем две водоподводящие трубы с ударными клапанами, связанными поворотным коромыслом, одна труба через впускной клапан соединена с водоподъемной ступенью, включающей водоподающую трубу, переливной колпак и водонапорную емкость, а другая - с воздушной напорной ступенью, включающей воздуховод и напорный колпак, согласно изобретению водоподводящие трубы соединены с водоемом одной питающей трубой и снабжены обратными клапанами, водоподающая труба водоподъемной ступени дополнительно соединена со второй водоподводящей трубой, кроме того, напорный колпак выполнен сообщающимся с переливным колпаком посредством выпускного клапана, водоподающая труба водоподъемной ступени пропущена через переливной колпак, причем часть трубы, находящейся в переливном колпаке, выполнена с отверстиями для подачи сжатого воздуха, а водоподводящие трубы на участке между впускным и обратным клапанами выполнены с внутренними вставками из упругого материала, установленными с образованием полости между вставкой и трубой, которая сообщена с атмосферой посредством впускного клапана и связана с воздуховодом воздушной напорной ступени посредством выпускного клапана.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства.
На чертеже обозначены:
1 - водонапорная емкость;
2 - водоем;
3 - питающая труба;
4, 5 - обратные клапаны;
6, 24 - выпускные воздушные клапаны;
7, 23 - впускные воздушные клапаны;
8, 15 - внутренняя вставка из упругого материала;
9, 14 - жесткий корпус водоподводящих труб;
10, 13 - впускные клапаны;
11,12 - ударные клапаны;
16,17 - патрубки;
18 - переливной колпак;
19 - водоподающая труба;
20 - напорный колпак;
21, 22 - воздуховоды;
25 - поворотное коромысло,
26 - выпускной клапан;
27 - отверстия на водоподающей трубе.
Гидравлический таран-эрлифт содержит питающую трубу 3, соединенную одним концом через сопло (для уменьшения входного сопротивления) с водоемом 2, а другим - через тройник с двумя функционально равнозначными концевыми ударными участками водоподводящих труб, средняя часть которых оборудована вставкой из упругого материала 8, 15, модуль упругости которого, например, на порядок ниже модуля упругости воды. Эти участки размещены в жестких корпусах 9 и 14 из материала с модулем упругости, например, на порядок выше модуля упругости воды. На концах ударных участков смонтированы ударные клапаны 11 и 12, соединенные между собой поворотным коромыслом 25 с балансиром (не показан). Со стороны ударных клапанов 11, 12 концевые участки снабжены впускными клапанами 10 и 13, обеспечивающими попеременную связь через патрубки 16 и 17 с водоподающей трубой 19. Полости между вставками 8 и 15 и корпусами 9 и 14 соответственно через впускные клапаны 7 и 23 связаны с атмосферой, а через выпускные воздушные клапаны 6 и 24 посредством воздуховодов 21 и 22 - с напорным колпаком 20, который в нижней части сообщен с переливным колпаком 18 через выпускной клапан 26. Водоподающая труба 19 на участке, находящемся в переливном колпаке, выполнена с отверстиями 27, предназначенными для пропуска воздуха в водоподающую трубу 19.
Гидравлический таран-эрлифт работает следующим образом.
При открытых клапанах 12 и 4 вода вытекает из водоема 2 по питающей трубе 3 и вставке 15 из упругого материала. При достижении потоком определенной скорости и давления на клапан 12 последний закрывается. При резкой остановке водного потока возникает гидравлический удар с резким повышением давления, под действием которого вставка 15 из упругого материала расширяется, клапан 13 открывается, подавая воду в патрубок 16. Одновременно открывается клапан 24, подавая воздух из полости между вставкой 15 и корпусом 14 трубы в воздуховод 20 и далее в напорный колпак 20, а клапан 4 закрывается. Далее вода из замкнутого пространства поступает в патрубок 16 за счет накопленной энергии вставки 15 из упругого материала и поступления сжатого воздуха из напорного колпака 20 в переливной колпак 18 и далее в водоподающую трубу 19. Пузырьки воздуха, поступающие в водоподающую трубу 19, заполняют последнюю и поднимаются кверху, подталкивая воду, т.е. водоподающая труба 19 в это время работает как эрлифт. При этом для подъема воды требуется меньшая энергия давления. В процессе упругого восстановления участка 15 клапан 23 открывается и полость заполняется атмосферным воздухом. В течение временного периода гидравлического удара на первом концевом участке ударный клапан 11 второго участка открыт и здесь происходит истечение воды и увеличение ее скорости до величины, при которой происходит следующий гидравлический удар, протекающий аналогично вышеописанному на первом участке. Таким образом, гидравлические удары следуют поочередно на первом и втором участках, благодаря чему происходит непрерывная подача воды в водоприемную емкость 1. При этом в питающей трубе 3 устанавливается постоянная скорость, что увеличивает частоту гидравлических ударов, так как не требуется времени на разгон потока воды до определенной скорости.
Таким образом, в предлагаемом таране-эрлифте обеспечивается увеличение к.п.д. примерно в 1,5 раза по сравнению с ближайшим аналогом за счет обеспечения подачи воды в каждом цикле и более эффективного использования энергии прямого гидравлического удара.