СПОСОБ ПОДКАЧКИ ВОЗДУХА В ВОЗДУШНЫЙ КОЛПАК ГИДРОТАРАНА
METHOD OF AIR INFLATING INTO AIR CASE OF HYDRAULIC RAM PUMP

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции гидравлических таранов, и может быть использовано при проектировании и производстве водоподъемных устройств в системе мелиорации и водного хозяйства без дополнительных источников энергии для подачи воздуха в воздушный колпак гидротарана.
Воздушно-гидравлическая подкачка колпака гидротарана является неотъемлемым признаком переходных режимов работы, причинами которого является вакуум эжектируемой пассивной среды в виде воздуха, поступающего во входном участке трубы.
Известен гидропневматический таран, содержащий рабочую камеру с ударным и нагнетательным клапанами, основной воздушный колпак с нагнетательным патрубком и обратный клапан и емкостью, которая имеет напорный водовод (Авторское свидетельство СССР №1328588, кл. F04F 7/02, 1987).
Недостатком известного гидропневматического тарана является отсутствие согласованности работы ударного и нагнетательного клапанов, так как при гидроударе возникает отраженная ударная волна, распространяющаяся вдоль подающего трубопровода и приводящая к снижению надежности из-за частой смены сжатия и вновь открытия ударного клапана при наличии пружины, что и приводит к поломке ее и замене последней.
Основным недостатком также является то, что используется компрессор для подачи сжатого воздуха в колпак. Однако их производительность может намного превышать утечку воздуха при подаче воды при водоподъеме потребителю. Ясно, что их применение экономически не будет оправдано. Однако при этом приходится постоянно пополнять данный процесс в колпаке воздухом, в случае отсутствия данного действия происходит снижение производительности работы и КПД.
Известен также воздушный колпак гидротарана с подачей воздуха, заключающийся в том, что в воздушный колпак с впускным клапаном и впускным воздушным отверстием, соединенным для подачи воздуха в крышке корпуса (Авторское свидетельство СССР № 1224464, кл. F04F 7/02, 1986).
Недостатком известного устройства с искусственной подзарядкой воздушного колпака на сверхвысокое давление выполняется компрессором через винтовую пробку и в основном используется для перемещения поршня в корпусе гидротарана, а само воздушное пространство между поршнем и жидкостью не пополняется воздухом. Отсюда часть энергии непроизводительно теряется при гидравлическом ударе для подъема жидкости с горизонта в корпусе воздушного колпака. Поэтому и предлагается искусственная подзарядка компрессора через винтовую пробку в крышке. Однако применение компрессора экономически не будет оправдано, что приводит к удорожанию эксплуатации гидротарана.
Общий анализ работы такого рода насосов по принципу действия показывает, что должен осуществляться обмен энергии между жидкостью и обеспечением эжектирования пассивной среды (воздуха).
Задачей изобретения является повышение производительности гидротарана.
Для решения поставленной задачи в способе подкачки воздуха в воздушный колпак гидротарана, заключающемся в том, что в воздушный колпак подают воздух, воздух подают в рабочую камеру участка подающего трубопровода, сообщенного с воздушным колпаком, и контролируют расход воздуха, проходящего через воздуховодную трубку, один конец которой сообщают с активным соплом рабочей камеры, а другой - с атмосферой, причем в момент достижения заданного объема воздуха в колпаке, соответствующего напорному режиму работы, подачу воздуха прекращают, при этом источник воздуха выполняют в виде воздухоулавливающей камеры, которую сообщают с рабочей камерой и посредством воздухоотводной трубки, имеющей исполнительный блок с клапанами, с воздушным колпаком, при этом конец подающего трубопровода располагают перед колпаком.
Технический результат достигается за счет:
- применения камеры смешивания, обеспечивающей узел воздухоулавливающей камеры;
- наличие связи между исполнительным блоком и колпаком обеспечивается совместной работой камеры смешивания и воздухоулавливающей камеры.
Такой способ подкачки воздуха импульсами обеспечивает увеличение коэффициента эжекции и повышает производительность гидротарана, т.е. с обязательной периодической подкачкой в воздушный колпак воздуха. Подкачка воздуха осуществляется с помощью впуска жидкости в камеру смешения, обеспечивается эжектирование пассивной среды (атмосферного воздуха). В это время за счет истечения жидкости давление перед соплом падает, далее жидкость и поступление воздуха по напорному участку трубопровода поступает в воздухоулавливающую камеру на падающем трубопроводе и соединенную с воздушным колпаком посредством воздухоотводной трубки, имеющим исполнительный блок с клапанами и датчиком давления. Датчик давления воздуха установлен на корпусе в верхней части воздушного колпака. При подаче воздуха контролируют датчиком давление воздуха в колпаке. Ориентируясь по этим показаниям, в каждый момент времени определяют объем заполняемого воздуха в полости колпака через управляемый клапан на воздухоотводной трубке. Таким образом, объем воздуха увеличивается и автоматически пополняет необходимый объем воздуха после сработки гидротарана, что в конечном итоге он начинает работать в более эффективном водоподъеме жидкости и увеличивает производительность при длительном использовании гидротарана. При резком повышении давления при гидроударе и заполнении жидкости колпака через обратный клапан воздух сжимается и демпфирует повышение давления в колпаке. Подкачка атмосферного воздуха предложенным способом существенно упрощает конструкцию гидротарана и его эксплуатацию. Автоматизировав управление клапана при помощи исполнительного блока подачи воздуха, через воздухоулавливающую камеру на подающем трубопроводе, можно предположить, что такое устройство найдет применение в практике. Поэтому отсутствие применения компрессора для подкачки воздуха в колпак экономически будет оправдано.
Таким образом, новое техническое решение является менее затратным, надежным и делает работу гидранта с высоким КПД.
Устройство имеет линейное расположение, обусловленное к привязке к гидравлическому тарану.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема способа подкачки воздуха в воздушный колпак гидротарана; на фиг. 2 изображена схема гидротарана, общий вид.
Способ подкачки воздуха в воздушный колпак гидротарана содержит подающий трубопровод 1 и сливной трубопровод 2, первый из которых имеет рабочие участки 3 и 4, подсоединенные каждый к воздушному колпаку 5 и 6, снабженные нагнетательными клапанами 7 и 8, при этом сами рабочие участки труб 3 и 4 содержат переходные трубы с активными соплами 9 и 10 соответственно с рабочими камерами 11 и 12, последние сообщены с атмосферой посредством воздуховодных трубок 13 и 14 с обратными клапанами 15 и 16, и клапанами 17 и 18, сообщенными с атмосферой. Рабочие камеры 11 и 12 соединены трубами 19 и 20 в виде диффузоров с источником воздуха, выполненных в виде воздухоулавливающих камер 21 и 22 на отводящих водоводах 23 и 24, подсоединенных к патрубкам 25 и 26, встроенных в герметичный корпус 27. Воздухоулавливающие камеры 21 и 22 сообщены с воздушными колпаками 5 и 6 посредством воздухоотводных трубок 31 и 32, имеющими исполнительный блок 33 и 34 с.клапанами 35 и 36. В верхней части колпаков 5 и 6 установлены датчики давления 37 и 38, связанные с воздушным колпаком.
Криволинейные ударные клапана 28 и 29 выполнены из листового материала с резиновыми уплотнениями, включающими ось привода 30 поворота привода. Механизм управления включает нижний двухконсольный рычаг 39, к плечам которого прикреплены рычаги 40 и 41. Рычаги 40 и 41 шарнирно связаны с тягами 42 и 43, шарнирно соединенными с верхним двухконсольным рычагом 44, размещенным на оси 45 поворота, на котором закреплена поворотная ручка 46 с фиксатором, например, в виде стопорного винта (не показано). На крышке 47 герметичного корпуса 27 выполнены углубления 48, соответствующие числу положений перекрытия сечений выпускных отверстий патрубков 25 и 26 с криволинейными ударными клапанами 28 и 29. Каждый патрубок 25 и 26 с внешней стороны имеет фиксаторы 49 и 50, профиль которого равный криволинейному ударному клапану и сдвинут на величину в соответствии с размерами перекрываемых отверстий патрубков 25 и 26.
Воздушные колпаки 5 и 6 снабжены перепускными клапанами 51 и 52 и соединены также водоподающими трубами 53 и 54 через трубу 55 с водонапорной емкостью 56.
Дополнительно может устанавливаться телемеханический привод для дистанционного управления поворотной ручкой 46, установленной между электромагнитами (на чертеже не показано для упрощения).
Способ подкачки воздуха в воздушный колпак гидротарана работает следующим образом.
Если согласно показанию датчика 37 создаются условия, обеспечивающие возникновение и устойчивое существование напорного режима, например, в колпаке 5, то в исходном состоянии при движении жидкости в подающем трубопроводе 1 и через рабочий участок 3, включающий переходную трубу с соплом 9, камеру 11, трубу 19 в виде диффузора и далее через отводящий водовод 23 вода транзитом поступает через выходное отверстие патрубка 25 в герметичный корпус 27 и в сливной трубопровод 2. Жидкость, проходя через переходную трубу с активным соплом 9 в камеру 11, далее поступает в трубу 19 в виде диффузора, смешивается с атмосферным воздухом за счет обеспечения эжектирования пассивной среды (атмосферного воздуха) и истечения жидкости, давление в камере 11 падает перед соплом 9 (повышается величина рабочего вакуума), обратный клапан 15 открывается и атмосферный воздух поступает в камеру 11, т.е. во входной части камеры 11 формируется вакуум, и устройство начинает работать при открытии клапана 17. Воздух из атмосферы засасывается в рабочую камеру 11 и при движение жидкости через трубу 19 диффузора жидкость поступает в воздухоулавливающую камеру 21 и воздух скапливается в верхнем сечении камеры 21, чему способствует форма камеры, через воздухоотводную трубку 31 при помощи исполнительного блока 33 открывают клапан 35 на воздухоотводной трубке 31 и осуществляют подачу воздуха, например, в воздушный колпак 5, в результате чего в нем происходит подкачка воздуха до расчетного давления, регистрируемого датчиком 37 давления. После заполнения воздухом до расчетного давления исполнительный блок 33 подает команду на закрытие клапана 35 на воздухоотводной трубке 31 и прекращает подачу воздуха в верхнюю часть колпака 5, регистрируемого датчиком 37 давления, в результате чего последний готов к приему жидкости при создании гидроудара в рабочем участке 3, за счет закрытия ударного клапана 28 образуется гидроудар. По мере повышения напора жидкость через нагнетательный клапан поступает в один из воздушных колпаков 5, в котором обеспечивается сохранение воздуха в колпаке гидравлического тарана. Образуется воздушная подушка, которая возникает за счет сжатия дополнительного накопившегося атмосферного воздуха, а также выделяемого из жидкости, т.е. дополнительная накопленная энергия воздуха в колпаке 5 начинает работать в более эффективном режиме гидравлического тарана для подачи жидкости в водонапорную емкость 56 потребителя на более высокую высоту подъема.
После того, как сработает один из воздушных колпаков 5 гидравлического тарана, в такой же последовательности продолжается процесс во втором воздушном колпаке 6, т.е. рабочий цикл повторяется. При этом исполнительный блок 34 с клапаном 36 на воздухоотводной трубке 32 включается в работу с воздушным колпаком 6.
Подача воздуха в трубу 19 или 20 в виде диффузора смешения обеспечивает увеличение скапливания в верхнем сечении воздухоулавливающих камер 21 или 22 готовых в любой момент подкачки воздуха для воздушных колпаков 5 или 6 при помощи исполнительных блоков 33 или 34 с клапанами 35 или 36 на воздухоотводных трубках 31 или 32, соответственно, с установленными датчиками давления воздуха 37 или 38.
Впуск и защемление воздуха в колпаках 5 или 6 может оказаться весьма эффективным средством способа подкачки атмосферного воздуха в колпаки 5 и 6 гидротарана. Комплексный подход в работе гидравлического тарана состоит в установлении особенностей способа функционирования элементов устройства в одно целое и согласованности узла работы при помощи исполнительного блока, повышение производительности и надежности гидротарана.
Применение предлагаемого способа подкачки воздуха в воздушный колпак позволяет отказаться от дополнительного компрессора и сложности в его применении экономически на режим работы гидротарана.