ПОДВОДНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТАРАН
UNDERWATER HYDRAULIC RAM

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.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является подводный гидротаран, содержащий корпус, подающую трубу с ударным клапаном и сообщенный с трубой, нагнетательный патрубок с нагнетательным клапаном в воздушном колпаке, сливной патрубок. Подающая труба выполнена в форме конуса и обращена большим основанием навстречу потоку жидкости. Ударный клапан расположен под воздушным колпаком, свободно сообщающимся снизу с русловой водой. (Авт. свид. СССР N 1788344, кл. F04F 7/02, 1993).
Недостатком известного подводного гидротарана является низкая производительность устройства из-за потерь КПД вследствие высокого гидравлического сопротивления и неэффективной работы ударного клапана. Данный 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).
Технический результат изобретения - повышение производительности и надежности работы подводного гидравлического тарана.
Указанный технический результат достигается тем, что подводный гидравлический таран, содержащий корпус, подающую трубу, включающую гидравлическую трубу с ударным клапаном на штоке, сообщенную с нагнетательной трубой посредством нагнетательного клапана и воздушного колпака, и сливные трубы, согласно заявляемому изобретению содержит водосборное кольцо, расположенное в корпусе, с равномерно распределенными по сечению водопропускными отверстиями, ударный клапан состоит из запорного элемента, выполненного в форме капли, и приводного механизма, включающего два цилиндра, объединенных муфтой, в один из которых встроен постоянный магнит конусовидной формы, а шток содержит жестко закрепленные кольца, упорное и стальное, причем сливные трубы выполнены коноидальной формы, а подающая труба в форме конфузора.
Подающая труба выполнена в виде конфузора, по примеру входной (сужающейся) части расходомера Вентури, причем диаметр входного сечения D в четыре раза больше диаметра сечения d, что дает увеличение скорости потока жидкости в 16 раз согласно их квадратичной зависимости, а форма сливных насадок выполнена коноидальной, обладающей наибольшей пропускной способностью и коэффициентом расхода. Необходимая для срабатывания ударного клапана скорость достигается быстрее также за счет выполнения запорного элемента в форме капли, создающей наименьшее сопротивление потоку, что обеспечивает повышение частоты и силы гидравлического удара, увеличивая, таким образом, частоту подачи воды потребителю.
В корпусе на гидравлической трубе в месте максимальной скорости потока установлено водосборное кольцо, сообщающееся с ней при помощи равномерно расположенных по сечению трубы водопропускных отверстий, общая площадь которых должна быть равна площади проходного сечения гидравлической трубы, что снижает трение молекул жидкости о стенки гидравлической трубы и обеспечивает более полное использование энергии гидравлического удара, следовательно, большую подачу воды потребителю.
Ударный клапан состоит из запорного элемента, выполненного в форме капли, на штоке и приводного механизма, включающего два цилиндра, объединенных муфтой, в один из которых встроен постоянный магнит конусовидной формы, а шток содержит жестко закрепленные упорное и стальное кольца, что упрощает механизм клапана и обеспечивает его надежную и бесперебойную работу.
На фигуре 1 изображен подводный гидравлический таран - общий вид, на фигуре 2 - вид сверху, на фигуре 3 - водосборное кольцо, продольный разрез, на фигуре 4 - водосборное кольцо, разрез А-А на фиг.1, на фигуре 5 - часть ударного клапана, представляющая собой приводной механизм.
Подводный гидравлический таран включает корпус 1, содержащий подающую трубу 2, гидравлическую трубу 3 с ударным клапаном 4, состоящим из запорного элемента 5 и приводного механизма 6, и сливные трубы 7. Гидравлическая труба 3. соединена с водосборным кольцом 8 водопропускными отверстиями 9.
Запорный элемент 5, приводимый в движение механизмом привода 6 посредством силы притяжения между стальным кольцом 10 и постоянным магнитом 11 конусовидной формы, удерживаемых от полного соприкосновения упорным кольцом 12, упирающимся в стенку муфты 13, объединяющей цилиндры 14 и 15 резьбовым соединением 16, перекрывает пропускное отверстие 17 и соединен со штоком 18. Упорное кольцо 12 неподвижно укреплено на штоке 18, а стальное 10 - при помощи гайки 19.
При закрытом ударном клапане 4 нагнетательный клапан 20 открыт, сообщая нагнетательную трубу 21 и воздушный колпак 22 с нагнетательной трубой 23.
Кроме того, в подводном гидравлическом таране предусмотрена ручка 24 для ручного пуска.
Устройство работает следующим образом.
Корпус 1 подводного гидравлического тарана погружается в реку, чтобы подающая труба 2 была на глубине от поверхности 150-200 мм свободным торцом навстречу потоку воды. Вода по подающей трубе 2, из-за разницы диаметров ее входного D и выходного d сечений, ускоряясь в направлении стрелки В, поступает в гидравлическую трубу 3, при открытом ударном клапане 4, состоящим из запорного элемента 5 каплевидной формы, обеспечивающей меньшее сопротивление потоку жидкости, и приводного механизма 6, основной массой попадая в сливные трубы 7, выполненные коноидальной формы для обеспечения большего расхода жидкости и ускорения ее потока, и частично в водосборное кольцо 8 через водопропускные отверстия 9, причем общая площадь этих отверстий должна быть равна площади проходного сечения гидравлической трубы 3.
В крайнем открытом положении ударного клапана 4 стальное кольцо 10 максимально приближено к постоянному магниту 11 конусовидной формы, но полному их соединению препятствует упорное кольцо 12, которое в этом положении упирается в стенку муфты 13, объединяющей цилиндры 14 и 15 резьбовым соединением 16. Такое соединение позволяет регулировать частоту срабатывания ударного клапана.
Как только поток воды наберет необходимую скорость, запорный элемент 5 начнет двигаться в направлении пропускного отверстия 17 (перекрывая воде доступ к сливным трубам 7), а вместе с ним и шток 18 с неподвижно укрепленными на нем кольцами 10 и 12. Стальное кольцо 10, находящееся в цилиндре 15 и укрепленное гайкой 19, начнет отрываться от магнита 11 под действием силы, противодействующей силе магнитного притяжения до крайнего положения, при котором запорный элемент 5 будет полностью перекрывать пропускное отверстие 17 - закрытое положение ударного клапана 4. В этот момент произойдет гидравлический удар, сопровождающийся повышением давления в гидравлической трубе 3 за счет продолжающегося по инерции движения потока воды. При этом нагнетательный клапан 20 откроется, и вода устремится через водопропускные отверстия 9 из водосборного кольца 8 по нагнетательной трубе 21 в воздушный колпак 22, а оттуда под давлением воздуха в воздушном колпаке 22 по нагнетательной трубе 23 в напорный резервуар потребителю.
После падения давления в гидравлической трубе 3, когда энергия гидравлического удара израсходуется, нагнетательный клапан 20 закрывается в направлении стрелки С от давления в воздушном колпаке 22. Ударный клапан 4 открывается, вода вновь начинает переливаться через сливные трубы 7, быстро набирая скорость в подающей трубе 2 до значения, необходимого для закрытия запорным элементом 5 пропускного отверстия 17, чтобы цикл повторялся.
Таким образом, заявляемая конструкция подводного гидравлического тарана, по сравнению с прототипом, позволяет повысить его производительность путем увеличения скорости поступающего в него потока жидкости и, соответственно, частоты и силы гидравлического удара изменением формы труб, подающей и сливных, формы запорного элемента ударного клапана, увеличения количества подаваемой воды потребителю - более полным использованием энергии гидравлического удара установкой водосборного кольца с водопропускными отверстиями, также позволяет повысить надежность работы конструкции изменением механизма привода ударного клапана.