ПРИБОЙНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТАРАН
SURFY HYDRAULIC RAM

Изобретение относится к области гидравлики и может быть использовано для подъема воды в прибрежных зонах океанов, морей, крупных озер и водоемов.
Известен гидравлический таран, содержащий питательную трубу, воздушный колпак с нагнетательным трубопроводом и обратным клапаном, сообщающим воздушный колпак с питательной трубой, поплавковый клапан, один конец питательной трубы размещен у водоема с возможностью ее периодического заполнения водой морской волны, другой конец трубы выполнен закрытым, а поплавковый клапан расположен у закрытого конца питательной трубы. Конец питательной трубы, размещенный у водоема, имеет форму усеченного конуса, большее основание которого обращено к водоему (RU №2218484, МПК F04F 7/02, опубл. 10.12.2003 г.).
Среди недостатков данной конструкции следует отметить то, что значительная часть кинетической энергии набегающей волны превращается в энергию давления и расходуется на собственное отражение от внутренней поверхности конуса, т.е. на ее движение в сторону водной поверхности.
Известен гидравлический таран, включающий ударный и нагнетательный клапаны, воздушный колпак, питающую трубу с водоприемной частью, нагнетательный трубопровод и приемный резервуар, таран снабжен отводной трубой с затвором-хлопушкой со стороны водной поверхности и воронкой, сообщенной через ударный клапан с питательной трубой, с другой стороны, при этом водоприемная часть питающей трубы выполнена составной, включающей кольцо, сопло и конфузор, причем кольцо выполнено поворотным относительно вертикальной оси, а входное сечение сопла установлено в месте максимальной скорости прибойной волны (RU №2367826, МПК F04F 7/02, опубл. 20.09.2009 г.).
Среди недостатков данной конструкции следует отметить факт растворения воздуха в воздушном колпаке при работе гидравлического тарана, а также отсутствие механизма автоматической настройки момента закрытия ударного клапана применительно к каждой последующей набегающей волне с ее индивидуальными параметрами кинетической энергии.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является гидравлический таран, содержащий питательную трубу с ударным клапаном, воздушный колпак с нагнетательными трубопроводом и клапаном, сообщающим воздушный колпак с питательной трубой, которая соединена с резервуаром, ударный клапан снабжен патрубком, нижний конец которого выполнен в виде сильфона со штоком, соединенным с ударным клапаном, причем патрубок соединен с резервуаром и установлен выше уровня сильфона (SU №1173077 А, МПК F04 7/02, опубл. 15.08.1985 г.).
Недостатком известного технического решения является необходимость периодической подкачки воздуха в воздушный колпак, что усложняет эксплуатацию устройства, кроме того, соединение патрубка с резервуаром выше уровня сильфона делает затруднительным работу гидравлического тарана при уровне воды в резервуаре ниже, чем уровень сильфона.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы гидравлического тарана от реализации механизма автоматической подстройки ударного клапана под индивидуальные параметры каждой набегающей волны и устранения необходимости подкачки воздуха в напорный колпак.
Технический результат достигается за счет того, что в конструкцию прибойного гидравлического тарана, содержащую питательную трубу, один конец которой размещен у водоема с возможностью ее периодического заполнения набегающей волной, а на другом конце установлены ударный клапан, воздушный колпак с нагнетательными трубопроводом и нагнетательным клапаном, сообщающим воздушный колпак с питательной трубой, ударный клапан, снабженный Т-образным патрубком, верхний конец которого выполнен вертикально и сообщен с атмосферой, нижний конец выполнен в виде сильфона со штоком, соединенным с ударным клапаном, дополнительно введен полый демпфер и обратный клапан, причем по одну сторону полого демпфера расположен участок гидравлической сети, соединяющий нагнетательный клапан и нагнетательный трубопровод, другой стороной демпфер обращен во внутреннюю полость воздушного колпака, которая, посредством обратного клапана, сообщена с атмосферой, а третий конец Т-образного патрубка ударного клапана гидравлически связан с питательной трубой и введен в центр сечения питательной трубы, обращенного к водоему, причем сама питательная труба выполнена в виде конуса, основание которого обращено к водоему, а вершина является местом установки ударного клапана.
Предлагаемый вариант конструкции прибойного гидравлического тарана представлен на чертеже. Прибойный гидравлический таран включает в себя питательную трубу 1, ударный клапан 2, воздушный колпак 3, нагнетательный трубопровод 4, нагнетательный клапан 5, Т-образный патрубок 6, сильфон 7 со штоком 8, полый демпфер 9 и обратный клапан 10.
Прибойный гидравлический таран работает следующим образом. Изначально в воздушный колпак 3 через обратный клапан 10 закачивается воздух или иной газ (например, азот или гелий) до величины давления, определяемой конструктивными параметрами прибойного гидравлического тарана и требуемой высотой нагнетания воды. Затем питательная труба 1 жестко крепится на участке побережья в зоне подтопления приливными волнами (на чертеже не показано) основанием конуса навстречу набегающим волнам. После этого энергия количества движения набегающей волны обеспечит поступление воды в питательную трубу 1 и Т-образный патрубок 6. Вода начнет истекать из питательной трубы 1 через открытый ударный клапан 2, пытаясь увлечь его за собой и закрыть, а высота столба воды в вертикальном конце Т-образного патрубка 6 обеспечит заданное сопротивление движению на закрытие ударного клапана 2 через шток 8 сильфона 7. В момент закрытия ударного клапана 2 возникнет явление гидравлического удара, положительная волна распространения которого обеспечит подачу порции воды из питательной трубы 1 через нагнетательный клапан 5 в полый демпфер 9, сжимая при этом воздух, содержащийся в воздушном колпаке 3. Когда энергия импульса количества движения волны иссякнет, то давление со стороны питательной трубы 1 и полого демпфера 9 уравновесится, нагнетательный клапан 5 закроется. Под действием отрицательной волны гидравлического удара и веса столба жидкости в Т-образном патрубке 6 автоматически откроется ударный клапан 2, а запасенная порция воды в полом демпфере 9, под действием избыточного давления воздуха в воздушном колпаке 3, получит тенденцию на движение в нагнетательный трубопровод 4. С каждой последующей набегающей волной процесс работы прибойного гидравлического тарана повторится в описанной выше последовательности и будет происходить с автоматической подстройкой веса ударного клапана 2, соответствующей скорости заполнения питательной трубы 1 водой набегающей волны. Конец Т-образного патрубка 6, соединенный с питательной трубой 1, рекомендуется размещать в центре ее сечения, поскольку в этом месте скорость движения потока в питательной трубе 1 наибольшая и подстройка веса ударного клапана 2 будет осуществляться с меньшим запаздыванием. Данная автоматизация настройки работы прибойного гидравлического тарана способствует повышению его эффективности.
Исполнение питательной трубы 1 в виде конуса, основание которого обращено навстречу набегающим волнам, обеспечит более плотный поток заполнения ее сечения в месте установки ударного клапана 2, являющегося вершиной конуса, что также обеспечит повышение эффективности работы прибойного гидравлического тарана.
Использование полого демпфера 9 в воздушном колпаке 3 исключает возможность растворения воздуха под избыточным давлением воды, а следовательно, и необходимость его периодической подкачки в воздушный колпак 3, что, в целом, повышает надежность работы устройства.
В результате использования данной конструкции прибойного гидравлического тарана обеспечивается относительно высокая надежность работы устройства за счет устранения необходимости подкачки воздуха в воздушный колпак и повышается эффективность работы от реализации механизма автоматической подстройки веса ударного клапана под индивидуальные параметры каждой набегающей волны.