Гидротаранный насос своими руками

Dmitrij 5-09-2018, 17:03 48 588 Приспособления Всем привет, предлагаю вашему вниманию интересную и полезную самоделку, если вам нужно поливать огород или качать воду для других целей. Обязательным условием для работы машины является наличие перепада высот, то есть, это должна быть река с хорошим течением, родник и так далее. Качать воду из таких мест вы сможете без затрат электроэнергии 24 часа в сутки.

Эта конструкция является аналогом редуктора. То есть, благодаря течению происходит циркуляция определенного объема воды. Эту энергию мы можем преобразовать для подачи меньшего объема воды на нужную нам высоту.

Такой насос будет работать примерно так, как гидравлическая турбина. Но эта конструкция гораздо проще, на ее сборы надо мало средств и времени, а еще такой гидротарнный насос очень долговечный, тут изнашиваются разве что клапана.

Итак, рассмотрим более подробно, как же собрать такой насос!

Как все работает

Система состоит из двух клапанов, один работает на выпуск воды, а другой на впуск. Тот клапан, что работает на выпуск, нужен для того, чтобы удерживать воду в шланге, которую мы будем поднимать для своих целей на нужную высоту. А что касается второго клапана, он находится в открытом состоянии лишь тогда, когда на него действует небольшое давление воды.

Когда скорость потока вытекающей воды возрастает, растет и давление, как следствие клапан запирается. Именно в этот момент происходит гидроудар и вода поднимается вверх по отборному шлангу. Потом давление стабилизируется, клапан снова открывается и так далее. У автора машина поднимает воду всего на один метр.

Производительность устройства будет зависеть от перепада высот и от объема протекающей через устройство воды. В системе предусмотрена емкость с воздухом. Она работает в качестве амортизатора для импульса, то есть, позволяет больше забрать воды, увеличивает КПД. Материалы и инструменты, которые использовал автор:

Список материалов:

— пластиковые трубы;- два клапана;- кран (необязательно);- два пластиковых тройника для труб;- бутылка;- шланги и другое.Список инструментов:— токарный станок (автор нарезал резьбу на трубах);- ножовка по металлу;- клей для труб, фум-лента и другие мелочи.

Процесс изготовления гидротарана:

Шаг первый. Подготавливаем трубы

Автор нарезал на токарном станке на трубах резьбу. Это избавило от потребности покупать переходники, чтобы установить клапана. Шаг второй. СборкаНакручиваем клапана на резьбы труб, как это сделал автор. Первый клапан на выпуск, а последний на впуск. С помощью тройников собираем все прочие узлы. Также вам понадобится надежно и герметично прикрутить бутылку. Шаг третий. ИспытанияПриступаем к испытаниям. Автор подает воду из емкости, имитируя реку. Его насос может подавать воду на высоту не более одного метра выше от источника. В целом, систему можно модернизировать и увеличить КПД.На этом все, проект окончен. Надеюсь, самоделка вам понравилась. Удачи и творческих вдохновений, если надумаете повторить. Не забывайте делиться своими самоделками с нами. Источник

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

8

Идея

5.2

Описание

6.8

Исполнение

Итоговая оценка: 6.67

Источник: https://USamodelkina.ru/11806-gidrotarannyj-nasos-svoimi-rukami.html

К земле с любовью и знанием

ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В
результате математического описания этой схемы, учета различных
особенностей механизма закачки, всех временных характеристик, механизма
изменения давления в колпаке, а также различных потерь, особенностей
горизонтальной и вертикальной схемы втекания воды, была разработана
достаточно полная теория такой гидродинамической схемы и метод расчета
параметров необходимый для проектирования. А в результате
конструкторского поиска была найдена и требуемая конструкция клапана 3.
Эту гидродинамическую схему можно, разумеется, использовать и в
условиях, в которых работает «гидравлический таран». Правда при этом
появляется проигрыш по давлению. Однако нет препятствий для работы
такого водоподъемного устройства и без питательного бака 1. Для этого
достаточно погрузить его в воду, как это показано на Рис.3 на
определенную глубину h. В таком исполнении схема превращается в
идеальный насос малого напора, который можно использовать только для
подъема воды, например, в опреснителях морской воды. Полученные
математические зависимости показывают, что при любых начальных
параметрах всегда получается, что 2 > H/h > 1. При этом для
начальных параметров существуют определенные критерии, определяющие
условия автоматического повторения процесса. В частности, одним из
необходимых условий является точное соответствие масс клапанов 3 и 5
(нагнетающий) параметрам процесса. Кроме того, должны конструктивно
выполняться как расчетный объем в колпаке для воздушной подушки, так и
определенная площадь сечения выходного отверстия из колпака (для отвода
воды).

Следует отметить, что с энергетической точки зрения, данная
схема потребляет больше энергии для работы, чем создаваемая ей полезная
энергия. Если представить к.п.д. схемы в виде обычной формулы Ренкина
(как отношение потенциальной энергии воды, закаченной в колпак, к
потенциальной энергии всей воды, поступившей в трубу 7 до закачки), то
к.п.д. получается всегда меньше 100%.

(Рис.3) Схема нового насоса малого напора    (Рис.4) Схема нового источника энергии

Однако
наибольшие перспективы открываются при использовании этой схемы, если
отводящая труба вообще отсутствует. Или в том случае, когда на выходе
из колпака на глубине hэ?h имеется участок трубы 6 небольшой длины с
сечением равным сечению выходного отверстия в колпаке, как это

представлено на Рис.4.

В
том и другом случае, как показывают полученные зависимости, при
определенном объеме воздушной подушки в колпаке и при определенной
площади проходного сечения выходного отверстия, теоретическая
зависимость давления (напора) в колпаке от времени будет выглядеть так,
как представлено на Рис.5. При этом время подъема давления (tw ) и его
спада (tu ) составляет менее 0,1tH. Причем, в течение периода ty < tH происходит открытие

клапана 3, разгон воды и накопление
энергии. Давление с погрешностью менее 0,5% за время tH практически
постоянно. Таким образом, на выходе из насадки, один раз в течение
времени tH должна периодически формироваться струя воды,
характеризующаяся расходом воды с определенной скоростью VT.

(Рис.5) Теоретическая зависимость давления от времени

При
этом средний расход воды за время tH может значительно превышать
значение, получаемое в «гидравлическом таране», а истекающая струя
воды, согласно закону сохранения импульса системы, обязана создавать
реактивную силу (поскольку клапан 3 закрыт).

Таким образом, данная
схема превращается в идеальный пульсирующий гидрореактивный движитель.
Его эффективность, при отсутствии силы за время ty, как и для любой
пульсирующей системы, будет определяться суммарным по времени импульсом
силы.

Это эквивалентно постоянному действию некоторой (несколько
меньшей по величине) средней результирующей реактивной силы RTcp. Кроме
того, сама по себе такая струя воды в течение времени tH, способна
производить определенную работу.

Это позволяет на выходе из колпака
установить гидротурбину с последовательно соединенным
электрогенератором. В результате, описанная схема превращается в
источник электрического тока.

При этом электрогенератор должен
находиться в герметическом контейнере, либо на поверхности воды, имея
соединение с гидротурбиной посредством какого-либо вращающегося вала.

Поскольку сравнительно малый период времени ty будет влиять только на
время набора заданной угловой скорости гидротурбины и
электрогенератора, то получаемая электрическая мощность определяется
только к.

п.д. гидроэлектроагрегата.

Энергетические возможности(Рис.6) Зависимость тяги от глубины(Рис.7) Зависимость мощности от глубины

Откуда
следует, что на глубинах ~450-650 метров имеется определенный максимум.
При этом в диапазоне от 15 до 300 метров расчетная величина к.п.д. не
превышает 69%.

Как видно, данная схема теоретически может
обеспечить любую реактивную тягу и любую электрическую мощность. Для
этого достаточно применение ускорительной и нагнетательной трубы
определенной длинны и площади входного сечения. Например, при площади
входного

сечения равной 3,6 м? на глубине 500 м расчетная средняя
тяга составляет ~380 т, а возможная вырабатываемая электрическая
мощность ~110 МВт. Однако, как, оказалось, изготовить такую схему, по
причине отсутствия требуемой технологии производства (а также
материалов с нужными свойствами), возможно только для глубины h > 15
метров.

Для глубины h > 15 метров реактивная сила может быть
использована для движения любого типа подводных аппаратов, а ожидаемая
электрическая мощность делает возможным создать электростанции любой
промышленной мощности в генерирующей энергетике. В последнем случае
целесообразно не увеличивать площадь входного сечения труб, а создать
базовый

энергетический модуль оптимальной электрической мощности.
При этом подводную морскую или бассейновую ГЭС требуемой мощности
составлять из пакета таких модулей. Базовый модуль может быть
горизонтального, либо вертикального исполнения.

Вертикальное
расположение модуля упрощает его использование в местах, где нет
больших водных ресурсов, так как позволяет обойтись меньшим объемом
воды. Однако вертикальный модуль при той же мощности требует несколько
большей глубины.

В качестве примера, на Рис.8 приведена
компоновочная схема горизонтального модуля, состоящего из нового
водоподъемного устройства 1, гидротурбины 2 и генератора 3. На Рис.9 —
компоновочная схема вертикального модуля, состоящего из водоподъемного
устройства 6, гидротурбины 5, электрогенератора 4.

(Рис.8) Схема горизонтального модуля(Рис.9) Вертикальный модуль в подземном резервуаре

Вертикальный
модуль при этом может быть, например, просто подвешен в подземном
резервуаре 1 с водой на тросе 3.Важно, и то, что при определенном
режиме работы новое водоподъемное устройство, так же как
«гидравлический таран», способно нагревать проходящую через него воду.

Расчеты показывают, что, например, вертикально расположенный единичный
модуль при отсутствии мер к охлаждению воды может уже через 2 часа
работы нагреть всю массу воды в подземном или наземном резервуаре до
температуры +75С.

Таким образом, данная схема превращается не только в
источник электроэнергии, но и одновременно, без какого-либо
последующего преобразования электроэнергии, в источник тепла.

Практика — критерий истины

Результаты
теоретических расчетов и разработанная методика проектирования
устройства подтвердились экспериментальными исследованиями. В 2003 году
нами был разработан и изготовлен в Испании экспериментальный
малогабаритный полупромышленный энергетический модуль,

состоящий
из расчетной схемы горизонтального исполнения, гидротурбины и
электрического генератора. Глубина его погружения ~50 метров. Этот
модуль имел расчетную выходную электрическую мощность ~97,4 кВт.

В
качестве основных деталей (колпака, труб 2,7 и т.д.

) схемы и приборов
контроля давления в колпаке, почти полностью использовался набор
элементов конструкции стандартного опреснителя морской воды
представленного на Рис.10

(Рис.10) Опреснитель морской воды(Рис.11) Гидроэлектрогенератор

Объем
колпака, размер труб, арматура клапанов были выбраны из условий их
совместимости при минимальных затратах на доработку. В качестве
гидротурбины применялась реактивная гидротурбина производства
голландской компании «Energi Teknikk, A/S» специально модернизированная
на входной напор ~33 метра.

Гидротурбина и электрогенератор в сборе
показаны на Рис.11. В качестве электрогенератора использовался
синхронный генератор переменного тока с номинальным напряжением ~6,0 кВ
при номинальной мощности ~100 кВт с автоматической регулировкой частоты
и напряжения.

Для нагрузки применялось балластное омическое
сопротивление от мощных ветроэлектрогенераторов.

Все детали этого
энергетического модуля, а также аппаратура регистрации давления в
колпаке, независимый источник питания для нее, гидротурбина и
электрогенератор были смонтированы в герметическом контейнере, имеющим
в передней части фланцевое соединение для стыковки труб, а в верхней
части — люк для выхода отработанной воды.

Для доступа к клапанам (для
обеспечения их ручной регулировки) в контейнере имелись дополнительные
герметические люки. Конструкция этого энергетического блока
обеспечивала стыковку ускорительных и нагнетательных труб любой длины
и, в случае необходимости, быструю их замену. Внешний вид контейнера с
данным энергетическим модулем представлен на Рис.12.

(Рис.12) Контейнер с электрогенерирующим модулем

Результаты испытаний

Испытания проводись путем
опускания данного контейнера на тросе с корабля на заданную глубину в
Атлантическом океане. Было проведено несколько серий испытаний. В
качестве независимых наблюдателей на всех испытаниях присутствовали
представители трех авторитетных в Испании компаний. В результате, был
получен устойчивый самоподдерживающийся режим, а обработка

осциллограммы
избыточного давления в колпаке дала осредненные результаты,
представленные на Рис.13.При этом избыточное давление в колпаке
оказалось меньше теоретического на ~5,2%, время нагнетания меньше на
~4,3%, а время разгона до восстановления процесса больше на ~5,2%.

(Рис.13) Результаты измерения давления

В
то же время прямой замер вырабатываемого электрического напряжения
показал значение напряжения 5,8±0,35 кВ, а прямой замер силы тока
—15,96±0,46 А. При этом диаграмма получаемого электрического напряжения
и силы тока не носила ступенчатый характер. Это соответствовало о

• полученной
  электрической мощности равной 92,73±8,25 кВт, что по среднему значению
  меньше теоретического значения всего на ~ 4,8%.
• Таким образом, новое водоподъемное устройство, представляющее, по сути, новый преобразователь
• гравитационной
  энергии, способно простым способом вырабатывать любое промышленное
  количество экологически чистой и мощной электроэнергии, и потенциально
  способно заменить (по мощности) существующие тепловые и атомные
  электростанции.

ВЫВОДЫ

В настоящее время широкое
внедрение этого изобретения в энергетику в техническом плане не
представляет проблем. При этом детальная экономическая оценка
показывает, что при разработке и создании подобных энергетических
модулей и (на их базе)

электростанций мощностью более 100 мВт,
наиболее целесообразно использовать схему с вертикальным расположением
модуля при единичной выходной мощности ~500

кВт. Такой промышленный модуль под названием «Подводный электропреобразователь
гравитационной энергии» уже создан нами в Испании. Его внешний вид в
сравнительном масштабе представлен на Рис.14. Пакет таких энергоблоков
для электростанции любой мощности потребует резервуар, заполненный
водой, площадью не более 5,5 м?/мВт и высотой 21 метр.

Схема размещения
такого одиночного модуля в подземном резервуаре представлена на Рис.15.
Масса энергоблока при использовании электрогенератора «IFC4-Siemens»
(Германия) и специально созданной для этих целей реактивной
гидротурбины «PHY-500P» (Испания) при выходном напряжении
электрического тока равным 6,3 кВ, составляет 6,2 т. Выходное
напряжение — 6,3 кВ. Частота — 50 Гц.

Длина — 8,1 м. Диаметр опорного
основания 2 м.

(Рис.14) Вертикальный модуль 500 кВт(Рис.15) Вертикальный модуль 500 кВт в подземном резервуаре

Важно, что удельная себестоимость такого источника электроэнергии получается минимальной (из всех известных энергогенераторов).

Общие
затраты на строительство электростанции с таким модулем не превысят
стоимости строительства промышленного ветрогенератора.

В заключение
следует отметить, что результаты теоретических и экспериментальных
исследований позволили авторам этой статьи и группе специалистов,
участвовавших в разработке этого изобретения сделать несколько заявок
на Европейские патенты и получить на него в 2005 году Евразийский
патент.

Авторы изобретения: Вячеслав МАРУХИН, Валентин КУТЬЕНКОВ

Источник: https://poselenie.ucoz.ru/publ/gidrotaran_alternativnyj_istochnik_ehnergii_gidrotaran_svoimi_rukami/6-1-0-95

Гидравлический таран своими руками

Несложный и остроумный механизм — гидравлический таран, не нуждаясь в источнике энергии и не имея двигателя, поднимает воду на высоту нескольких десятков метров. Он может месяцами непрерывно работать без присмотра, регулировки и обслуживания, снабжая водой небольшой поселок или ферму.

В основе работы гидротарана лежит так называемый гидравлический удар — резкое повышение давления в трубопроводе, когда поток воды мгновенно перекрывается заслонкой. Всплеск давления может разорвать стенки трубы, и, чтобы избежать этого, краны и вентили перекрывают поток постепенно.

Гидравлический таран работает следующим образом (рис. 1). Из водоема 1 вода по трубе 2 поступает внутрь устройства и вытекает через отбойный клапан 3. Скорость. потока нарастает, его напор увеличивается и достигает величины, превышающей вес клапана.

Клапан мгновенно перекрывает поток, и давление в трубопроводе резко повышается — возникает гидравлический удар. Возросшее давление открывает напорный клапан 4, через который вода поступает в напорный колпак 5, сжимая в нем воздух. Давление в трубопроводе падает, напорный клапан закрывается, а отбойный — открывается, и цикл повторяется снова.

Сжатый в колпаке воздух гонит воду по трубе б в верхний резервуар 7 на высоту до 10—15 метров.

Первый гидравлический таран построили в городе Сен-Клу под Парижем братья Жозеф и Этьен Монгольфье в 1796 году, через 13 лет после своего знаменитого воздушного шара. Теорию гидравличе­кого тарана создал в 1908 году Николай Егорович Жуковский. Его работы позволили усовершенствовать конструкцию этого устройства и повысить его кпд.

Гидравлический таран настолько прост, что его можно без труда изготовить самостоятельно, почти полностью собрав из готовых деталей, применяемых в водопроводных сетях. Недостающие детали требуют несложных токарных и сварочных работ.

Основным элементом устройства (рис. 2) служит стальной или чугунный тройник 1 (а еще лучше — крестовое соединение, тогда четвертое, нижнее, отверстие закрывают резьбовой заглушкой) с внутренней резьбой   1  1/2   —   2  дюйма. В тройник ввинчивают переходные ниппеля («бочонки») 2 с длинной наружной резьбой — сгонами.

К одному сгону подсоединяют подводящий трубопровод диаметром не менее 50 мм и длиной не более 20 метров. Ко второму  подсоединяют колено (уголок) 3 так, чтобы при установке тарана его свободный торец был горизонтальным: на нем будет смонтирован отбойный клапан. На третьем ниппеле монтируют напорный колпак с клапаном.

Все резьбовые соединения перед сборкой очищают металлической щеткой от грязи и ржавчины и обматывают паклей. 

Напорный колпак 4 делают из отрезка металлической или пластмассовой трубы диаметром 15—20 сантиметров. Его объем должен быть примерно равен объему подводящего трубопровода. Торцы трубы закрывают крышкой 5 и переходным фланцем 6 с резиновыми прокладками 7 и 7а (кольцо). Колпак стягивают стальными шпильками 8.

Напорным клапаном может служить обратный клапан, выпускаемый для водяных насосов итальянской фирмой «Бугатти» (с внешней резьбой 1 1/2 дюйма)  и немецкой фирмой «Ценнер» (диаметром от 15 до 40 мм) — они продаются в магазинах сантехнического оборудования, самодельный клапан-лепесток из куска листовой резины или сливной клапан от туалетного бачка. Конструкция клапана определит размеры и форму переходного фланца, место и способ крепления напорной трубы 9 диаметром 1/2 дюйма. Варианты конструкции показаны на рисунке.

Стальная или бронзовая заслонка имеет форму двойного усеченного конуса диаметром 20—25 мм и массой 100 — 150 г. Верхний конус заслонки должен иметь тот же угол, что и полость кор­пуса: только тогда клапан смо­жет мгновенно перекрыть по­ток, создав гидравлический удар.

В верхнюю часть заслон­ки ввернуты три центрирую­щие спицы так, чтобы они вхо­дили плотно, но без трения в верхнее отверстие корпуса. В нижнюю — ввернут винт. На­страивают гидравлический таран, меняя массу заслонки.

Для этого на нижний винт на­девают свинцовые шайбы. Для запуска гидротарана достаточно приподнять заслонку, давая воде свободно вытекать через отбойный клапан.

Впускное отверстие подводящего трубопровода необхо­димо оборудовать простым фильтром, защищающим гидротаран от грязи, и заслонкой, перекрывающей воду на зиму.

Чтобы слить воду из корпуса тарана и колпака, через ниж­нее отверстие вводят спицу, открывая ею напорный кла­пан.

Гидравлический таран можно установить стационар­но или сделать съемным, пре­дусмотрев отводной канал для воды, текущей из отбойного клапана.

Производительность гид­равлического тарана можно ориентировочно оценить по таблице. Она связывает отношение массы воды (m), поднятой гидротараном, к массе воды (М), поступившей из во­доема, и отношение высоты подъема воды h к высоте Н ее падения к гидротарану.

m/М	0,3	0,2	0,15	0,1	0,06	0,05	0,03	0,02	0,01
h/Н	2	3	4	6	8	10	12	15	18

Пусть, например, к гидрав­лическому тарану поступает М = 12 л/мин воды с высоты Н = 1,5 метра. Посмотрим, сколь­ко воды он сможет поднять на высоту 9 метров. Отношению h/Н = 9/1,5 = 6 в таблице соот­ветствует величина h/М =0,1.

Это значит, что гидротаран ежеминутно должен подавать на высоту 9 метров массу воды m = 0,1-М =0,1-12= 1,2 литра.

Это немного, но за сутки авто­матическое устройство накачает свыше полутора тонн воды, количество, достаточное для поливки сада или огорода немалой площади.

*************************************************

Гидравлический таран, водоподъёмное устройство, в котором для подачи воды используется повышение в ней давления при периодически создаваемых гидравлических ударах. Г. т. был известен ещё в 18 в. Теория Г. т. была разработана Н. Е. Жуковским (1907). Одну из совершенных конструкций Г. т. предложил советский инженер Д. И. Трембовельский (1927).

  В период разгона (рис.) при кратковременном открытии клапана 4 (вручную) в подводящей трубе 6 под действием подпора создаётся поток воды со средним расходом Q, который сбрасывается через этот клапан. Когда силовое воздействие воды уравновесит вес клапана, он поднимается.

В рабочем периоде вода по трубопроводу 2 поступает в верхний бак 1, преодолев напор H > h. Сжатый воздух, находящийся в напорном колпаке 3, выравнивает подачу воды по трубопроводу.

В конце второго периода давление в клапанной коробке становится немного меньше, поэтому клапан 5 закрывается, а клапан 4 открывается, что обеспечивает автоматическое повторение цикла. Кпд Г. т. зависит от напора и для соотношения

  (рис.) равен 0,92, а для

  составляет 0,26.

  Г. т. применим там, где имеется запас воды, значительно превышающий потребное количество, и где есть возможность расположить установку ниже уровня источника. Получил распространение в сельском хозяйстве, для водоснабжения небольших строек и т.п.

  Лит.: Чистопольский С. Д., Гидравлические тараны, М. — Л., 1936; Овсепян В. М., Гидравлический таран и таранные установки, М., 1968.

• 
• Схема гидравлического тарана: 1 — верхний бак; 2, 6 — трубопроводы; 3 — напорный колпак; 4, 5 — клапаны; 7 — резервуар; р — усилие, необходимое для открытия клапана; h — высота падения воды; Н — высота подъёма воды.
• Гидравлический удар, явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное мгновенным изменением скорости её течения в напорном трубопроводе (например, при быстром перекрытии трубопровода запорным устройством).

  Увеличение давления при Г. определяется в соответствии с теорией Н. Е. Жуковского по формуле

  Dp = r(v0 — v1) c,

  где Dp — увеличение давления в н/м2, r — плотность жидкости в кг/м3, v0 и v1 — средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки в м/сек, с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода. При абсолютно жёстких стенках с равна скорости звука в жидкости а (в воде а = 1400 м/сек). В трубах с упругими стенками

  где D и d — диаметр и толщина стенок трубы, Е и e — модули упругости материала стенок трубы и жидкости.

  Г. у. — сложный процесс образования упругих деформаций жидкости и их распространения по длине трубы. При очень большом увеличении давления Г. у. может вызывать аварии. Для их предупреждения на трубопроводе устанавливают предохранительные устройства (уравнительные резервуары, воздушные колпаки, вентили и др.).

  Теория Г. у., развитая Н. Е. Жуковским, способствовала техническому прогрессу в гидротехнике, машиностроении и др. отраслях.

  Лит.: Жуковский Н. Е., О гидравлическом ударе в водопроводных трубах, М. — Л., 1949; Мостков М. А., Башкирова А. А., Расчеты гидравлического удара, М. — Л., 1952.

  В. В. Ляшевич

Источник: http://energodar.net/energy.php?str=gidrotaran/sam

Гидравлический таран

Гидравлический таран не имеет никакого отношения ни к военной технике, ни к разрушению чего бы то ни было. Он представляет собой всего лишь насос, который поднимает часть проходящего по нему потока жидкости на высоту, превышающую исходный уровень, за счёт кинетической энергии всего потока.

Основная область его применения — мелиорация и орошение, в своё время он довольно широко использовался и пожарными, — ведь ему не требуется ни двигателей, ни топлива, а нужно лишь достаточное количество воды и небольшой перепад высот — вплоть до десятка-другого сантиметров.

Грозное название же скорее всего является ни чем иным, как неверным переводом термина «гидравлический удар» или неудачным переводом английского названия ram-pump («таранный насос»).

Тем не менее, это название закрепилось за сугубо мирным устройством пару веков назад и благополучно дожило до нашего времени. Как же работает этот насос?…

Общие сведения о гидротаране. История насоса

В 1775 году англичанин Джозеф Уайтхёст (J.Whitehurst) впервые опубликовал описание подобного насоса, изобретённого и построенного им тремя годами ранее (1772).

Однако его конструкция не была полностью автоматической, поэтому в 1776 году её доработал и на следующий год получил патент на своё изобретение француз Монгольфье (J.Montgolfier — тот самый, что изобрёл воздушный шар). Затем в течение нескольких лет были получены ещё несколько патентов на аналогичные конструкции (M.

Bulton — Англия, 1797; J.Cernay, S.Hallet — США, 1809). В 1834 году промышленное производство таких насосов начал американец Стрoубридж (H.Strawbridge).

Вплоть до самого конца XIX века расчёт подобных устройств основывался на эмпирических закономерностях, подходящих лишь для частных случаев. И только создание в 1897-1898 годах профессором Н.Е.

Жуковским теории гидравлического удара позволило поставить расчёты на научную основу. Однако лишь в 1930 году профессором С.Д.

Чистопольским в работе «Гидравлический таран» был наконец опубликован метод теоретического расчёта этих устройств, который до сих пор считается надёжным.

Такое «отставание» теории объясняется тем, что при работе гидравлического тарана происходит несколько тесно связанных нестационарных процессов, которые нельзя просчитать методами математического анализа (интегралы, которые при этом необходимо взять, относятся к категории неберущихся — даже в случае простейшего расчёта заполнения трубы).

Работа гидротарана основана на использовании явления гидравлического удара — кратковременного резкого повышения давления при внезапной остановке потока жидкости в жёсткой трубе.

Принцип работы «гидравлического тарана» — насоса, использующего явление гидроудара. Слева фаза разгона потока, справа — фаза нагнетания (момент гидравлического удара).

• 1 — питающий резервуар (верхний уровень естественного потока);
  2 — нагнетательная (ускорительная) труба;
  3 — отбойный (ударный) клапан;
  4 — напорный (нагнетательный) клапан;
  5 — воздушный колпак;
  6 — напорная (отводящая) труба.
  H — высота подъёма воды относительно уровня слива;
• h — уровень питающего резервуара относительно уровня слива.

Вот как описана работа этого устройства в энциклопедии: ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТАРАН, устройство, которое за счет гидравлического удара поднимает воду на высоту, значительно превышающую уровень источника. Вода от источника (1) самотеком подается по длинному напорному трубопроводу (2), идущему с небольшим понижением.

Под действием нарастающего динамического напора воды закрывается отбойный клапан (3), расположенный на нижнем конце трубопровода, и вследствие инерции движущейся воды и ее несжимаемости давление здесь резко повышается. Кратковременного повышения давления достаточно для подъема небольшой части воды через напорный клапан (4) на высоту более 50 м.

Затем отбойный клапан открывается, и все повторяется сначала.

Гидравлический таран действует только за счет импульса движущегося столба воды, без какого-либо двигателя. Применяется в сельском хозяйстве, для водоснабжения небольших строек и т.д.

В фазе разгона потока отбойный клапан в открытом состоянии обычно удерживается с помощью пружины, для закрытия напорного клапана при показанной на рисунке компоновке может вполне хватить разницы давлений и его собственного веса.

На рисунке показано чуть более сложное устройство — оно содержит воздушный колпак 5, играющий ту же роль, что и гидроаккумуляторные баки с резиновой мембраной в современных автономных водопроводных системах.

Этот колпак накапливает воду под давлением и сглаживает пульсации потока нагнетаемой воды, хотя теоретически максимальная высота подъёма при этом несколько уменьшается, поскольку в отводящую трубу 6 уже поступает не резкий импульс от гидравлического удара, возникающий при закрытии клапана 3, а усреднённое давление, сглаженное «пневматическим амортизатором» — воздухом в колпаке 5. Однако чуть дальше мы увидим, что сглаживание пульсаций — лишь дополнительный «бонус» воздушного колпака. Главная его функция заключается в другом, и без такого узла подъём воды по более-менее длинному напорному каналу будет весьма затруднён.

Очевидно, что ни о какой «сверхъединичности» или дополнительной энергии речь здесь не идёт — значительная часть воды сливается через отбойный клапан в фазе разгона, пока поток наберёт нужную скорость.

Энергии, которую эта вода получает при спуске от уровня питающего резервуара, с избытком хватает на поднятие нагнетаемой части воды по отводящей трубе.

Ни одно широко распространённое гидротехническое устройство (водяные колёса, а тем более турбины) не может использовать столь малые перепады уровня при столь малом расходе с такой эффективностью, как гидравлические тараны.

Плюсы и минусы.
Достоинства

Гидравлические тараны обладает несколькими важными достоинствами, которые в своё время и обеспечили их довольно широкое распространение.

Прежде всего, для их работы не нужно ни каких-либо двигателей, ни мускульных усилий. Будучи один раз установленным и запущенным, гидротаран может работать до пересыхания питающего потока (осушения питающего резервуара) или до механического износа деталей, которые в нём можно пересчитать по пальцам.

Во-вторых, для работы достаточно минимального перепада уровней, начиная с десятка-другого сантиметров, и относительно небольшого расхода воды (обычно от долей литра до нескольких литров в секунду).

В-третьих, несложные накопительные устройства в питающем резервуаре позволяют гидравлическому тарану работать и с ещё меньшим расходом воды, дожидаясь, пока она накопится в необходимом количестве и только тогда совершая рабочий цикл.

Благодаря этому гидротараны могут максимально эффективно использовать энергию потока как при большом расходе воды (в паводок), так и при очень малом (в межень).

И водяные колёса, и турбины предназначены для работы с непрерывным потоком и в таких условиях не смогут работать в принципе — энергии накопленной порции воды, достаточной для гидравлического тарана, им может не хватить даже для того, чтобы сдвинуться с места, а их микроварианты, рассчитанные на минимальный расход воды, будут выдавать такую же мизерную мощность и тогда, когда питающий поток вновь станет полноводным.

В-четвёртых, простота конструкции и минимум деталей обеспечивают выдающуюся надёжность и долговечность устройства — непрерывная работа без ремонта в течение 10 лет считалась вполне обычным делом.

В-пятых, классический гидравлический таран можно собрать буквально «на коленке», практически в любой сельской мастерской, где чинят трактора и плуги.

При этом он прощает многие ошибки в расчётах и изготовлении — за них придётся заплатить меньшей эффективностью и долговечностью, но не полной потерей работоспособности, — насос всё же будет действовать.

Единственное безусловное требование — это высокая прочность всех деталей.

Однако при всех своих положительных качествах гидравлический таран имеет и недостатки

Часть этих недостатков может быть компенсирована достаточно легко, но устранить другие не представляется возможным, поскольку, как это часто бывает, они являются прямым продолжением достоинств.

Во-первых, для обеспечения разгона потока после очередного открытия отбойного клапана за ним уже не должно быть воды, прошедшей туда в предыдущем цикле.

Если она по какой-либо причине не уйдёт за время гидравлического удара, то она помешает разгону новой порции воды в нагнетательной трубе, которая не наберёт скорости, достаточной для закрытия отбойного клапана.

В самом лучшем варианте поток будет набирать нужную скорость гораздо дольше, чем это произошло бы при отсутствии воды за отбойным клапаном — а это непроизводительные потери воды через отбойный клапан и снижение эффективности работы установки.

Естественным путём вода может уйти только при наличии стока, поэтому слив нагнетательного трубопровода (точнее, место расположения отбойного клапана) не может находится ниже уровня сливного водоёма, иначе прошедшая вода не сможет освободить отбойный клапан.

Во-вторых, для разгона потока в нагнетательном трубопроводе до хорошей скорости (хотя бы метр в секунду) необходимо обеспечить перепад высот как минимум в несколько сантиметров на участке длиною в несколько метров.

По этим причинам гидравлические тараны не могут работать в водоёмах с постоянным уровнем поверхности, таких, как пруды и озёра, а также на равнинных участках рек, где на сотни метров, а то и на километры течения приходится разность уровней в сантиметр-другой.

В-третьих, существенная часть воды «теряется» через слив нагнетательной трубы. Причём «теряемый» объём обычно во много раз больше поднимаемого объёма. Конечно, эта вода «теряется» не напрасно, а делает своё дело — её энергия идёт на подъём другой части потока.

Однако когда общее количество доступной воды невелико, эта «расточительность» может оказаться неприемлемой.

В общем случае эффективность работы таких насосов определяется правильным выбором длины и объёма нагнетательной трубы, соотношения сечений отбойного и напорного клапанов и усилий, нужных для их открытия и закрытия, в зависимости от необходимой высоты подъёма и скорости потока в нагнетательном трубопроводе, то есть, в конечном счёте, рабочего перепада уровней и расхода воды. Поэтому в идеале каждый экземпляр такого насоса надо настраивать индивидуально под конкретные условия установки.

В-четвёртых, при использовании «классического» накопительного колпака 5 с воздухом, воздух может постепенно растворяться в нагнетаемой воде, чему способствует повышенное давление. Поэтому воздух необходимо периодически пополнять.

Другой способ решения этой проблемы — при близком расположении отбойного и напорного клапанов и сильных рабочих гидроударах с отрывом жидкости от отбойного клапана можно попытаться организовать автоматическую подкачку воздуха через эти клапаны, хотя при этом потребуется преодолеть ряд технических проблем.

Наконец, в-пятых, гидравлический таран имеет немалые размеры. Так, обычно считается, что оптимальная длина нагнетательной трубы 2 лежит в диапазоне от 10 до 14 и более метров.

Это обусловлено тем, что масса движущейся, а затем останавливающейся воды должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить хорошую энергию рабочего гидроудара. Поскольку масса воды прямо пропорциональна её объёму, это накладывает неизбежные ограничения на минимальные размеры более-менее производительных конструкций.

Да и длительность гидроудара тоже должна быть достаточной для того, чтобы напорный клапан 4 успел открыться и пропустить заметный объём воды, а это время тоже прямо пропорционально расстоянию от отбойного клапана 3 до питающего водоёма или резервуара 1.

Впрочем, свернув нагнетательную трубу в спираль, можно в несколько раз уменьшить линейные размеры установки. Но вот вес, определяемый необходимой прочностью и жёсткостью конструкции, существенно уменьшить вряд ли удастся.

С другой стороны, производительность гидротарана ограничена его размерами.

Слишком большие размеры гидравлического тарана также вызовут проблемы, поскольку все элементы конструкции в зоне рабочего гидроудара должны обладать не только достаточной прочностью, но и максимальной жёсткостью.

По мере роста линейных размеров обеспечение необходимой жёсткости может потребовать слишком толстых стенок и, как следствие, слишком массивных деталей.

Тем не менее, классический гидравлический таран остаётся чрезвычайно простым, неприхотливым и очень необычным устройством, которое совершенно незаслуженно почти забыто в последнее время.

Продолжение этой статьи можно дочитать здесь.
Статья в википедии
Еще статья.

Источник: http://www.popadancev.net/gidravlicheskij-taran/

Насос без затрат энергии (гидравлический таран)

В журнале «Наука и жизнь» прочитал про насос-гидротаран. Поскольку применить такой насос было негде (у меня на даче уже был водопровод), а попробовать очень хотелось (ну как же это так — без всякого подвода энергии и работает?!) статья запомнилась.

Году в 2004 друг получил участок на обрывистом берегу реки. Жаловался: «Воды хоть залейся, но как её таскать?» Предложил. Год строили (не всё сразу получалось).

Читайте также:  Уникальный деревянный бокал своими руками

Построили, настроили — до сих пор работает без внешних источников энергии, без ремонта (прокладки друг менял)

Фото по зимнему времени не приведу. Тонкости конструкции — тоже (давно было). Кто дерзнет попробовать — получит то же бешеное наслаждение, как мы с Володей, когда легли спать под бочкой, и на рассвете нас окатило водой…

С.ЛАТЫШЕВ.

• Гидравлический таран
• «Наука и жизнь», 1997, № 5, стр. 69 – 70
•  Несложный и остроумный механизм — гидравлический таран, не нуждаясь в источнике энергии и не имея двигате­ля, поднимает воду на высотунескольких десятков метров Он может месяцами непрерывно работать без присмотра, регулировки и обслуживания, снабжая водой небольшой посёлок или ферму В основе работы гидротарана лежит так называемый гидравлический удар — резкое повышение давления в трубопроводе, когда поток воды мгновенно перекрывается заслонкой Всплескдавления может разорвать стенки трубы, и, чтобы избежать этого, краны и вентили перекрывают поток постепенно.
• Гидравлический таран работает следующим образом (рис. 1)

Из водоёма 1 вода по трубе 2 поступает внутрь устройства и вытекает через отбойный клапан 3. Скорость потока нарастает, его напор увеличивается и достигает величины, превышающей вес клапана.

Клапан мгновенно перекрывает поток, и давление в трубопроводе резко повышается — возникает гидравлический удар Возросшее давление открывает напорный клапан 4, через который вода поступает в напорный колпак 5, сжимая в нем воздух.

Дав­ление в трубопроводе падает, напорный клапан закрывается, а отбойный — открывается, и цикл повторяется снова. Сжатый в колпаке воздух гонит воду по трубе 6 в верхний резервуар 7 на высоту до 10 —15 метров.

1. Первый гидравлический таран построили в городе Сен- Клу под Парижем братья Жозеф и Этьен Монгольфье в 1796 году, через 13 лет после своего знаменитого воздушного шара. Теорию гидравлического тарана создал в 1908 году Николай Егорович Жуковский Его работы позволили усовершенствовать конструкцию это­го устройства и повысить его кпд
2. Гидравлический таран настолько прост, что его можно без труда изготовить самостоятельно, почти полностью собрав из готовых деталей, применяемых в водопроводных сетях. Недостающие детали требуют несложных токарных и сварочных работ
3. Основным элементом устройства (рис. 2)

служит стальной или чугунный тройник 1 (а ещё лучше — крестовое соединение, тогда четвёртое, нижнее, отверстие закрывают резьбовой заглушкой) с внут­ренней резьбой 11/2—2 дюйма. В тройник ввинчивают переходные ниппеля («бочонки») 2 с длинной наружной резьбой—сгонами.

К одному сгону подсоединяют подводящий трубопровод диаметром не менее 50 мм и длиной не более 20 метров. Ко второму — подсоединяют колено (уголок) 3 так, чтобы при установке тарана его свободный торец был горизонтальным: на нем будет смонтирован отбойный клапан. На третьем ниппеле монтируют напорный колпак с клапаном.

Все резьбовые соединения перед сборкой очищают металлической щёткой от грязи и ржавчины и обматывают паклей.

Напорным клапаном может служить обратный клапан, выпускаемый для водяных насосов итальянской фирмой «Бугатти» (с внешней резьбой 1 дюйма) и немецкой фирмой «Ценнер» (диаметром от 15 до 40 мм) — они продаются в магазинах сантехнического оборудования, самодель­ный клапан-лепесток из куска листовой резины или сливной клапан от туалетного бачка. Конструкция клапана опреде­лит размеры и форму переходного фланца, место и спо­соб крепления напорной трубы 9 диаметром 1/2 дюйма. Варианты конструкции показа­ны на рисунке

Отбойный клапан собран из двух деталей: корпуса 10а и заслонки 106. Корпус вытачи­вают из стали или из бронзы. В верхней его части просверлено отверстие диаметром 15 — 20 мм. Внутренняя полость заканчивается конусом с углом порядка 45°.

Корпус клапана навинчивается на сгон ниппеля 2 Стальная или бронзовая заслонка имеет форму двойного усечённого конуса диаметром 20—25 мм и массой 100—150 г. Верхний конус заслонки должен иметь тот же угол, что и полость корпуса: только тогда клапан смо­жет мгновенно перекрыть поток, создав гидравлический удар.

В верхнюю часть заслонки ввёрнуты три центрирующие спицы так, чтобы они входили плотно, но без трения в верхнее отверстие корпуса. В нижнюю — ввернут винт. Настраивают гидравлический таран, меняя массу заслонки.

Для этого на нижний винт надевают свинцовые шайбы. Для запуска гидротарана достаточно приподнять заслонку, давая воде свободно вытекать через отбойный клапан.

Впускное отверстие подводящего трубопровода необходимо оборудовать простым фильтром, защищающим гидротаран от грязи, и заслонкой, перекрывающей воду на зиму.

Чтобы слить воду из корпуса тарана и колпака, через нижнее отверстие вводят спицу, открывая ею напорный клапан.

Производительность гидравлического тарана можно ориентировочно оценить по таблице. Она связывает отношение массы воды (т), поднятой гидротараном, к массе воды (М), поступившей из водоёма, и отношение высоты подъёма воды hк высоте Н её падения к гидротарану.

т/М	0,3	0,2	0,15	0,1	0,06	0,05	0,03	0,02	0.01
h/H	2	3	4	6	8	10	12	15	18

Пусть, например, к гидравлическому тарану поступает М = 12 л/мин воды с высоты Н = 1,5 метра Посмотрим, сколько воды он сможет поднять на высоту 9 метров. Отношению h/H= 9/1,5 = 6 в таблице соот­ветствует величина т/М = 0,1.

Это значит, что гидротаран ежеминутно должен подавать на высоту 9 метров массу воды т = 0,1-М = 0,1-12 = 1,2 литра.

Это немного, но за сутки авто­матическое устройство накача­ет свыше полутора тонн воды, количество, достаточное для поливки сада или огорода не­малой площади.

ЛИТЕРАТУРА

Овсенян В. М. Гидравлические тараны и таранные установки. М., 1968.

Сделайте сами в квартире и на даче. М., Стройиздат, 1982.

Источник: https://vashesamodelkino.ru/blog/43943125811/next

Гидроудар или как сделать бесплатный насос, используя энергию воды

В этой статье мы расскажем о том, как создать насос, не требующий топлива или электричества для работы. Статья содержит описание принципа работы устройства, основные элементы конструкции, а также видео с процессом сборки базовой модели таранного насоса. Вы узнаете, как собрать его самостоятельно.

Гидравлика — наука такая же древняя, как и сама вода. Законы гидравлики действуют абсолютно для любой жидкости, и мы рассмотрим, как использовать эти законы в организации насоса или помпы с применением кинетической энергии.

Прототип насоса, основанного на действии гидроудара, был создан во Франции ещё в 17-ом веке изобретателем воздушного шара Монгольфье. Практически одновременно с ним идентичную конструкцию запатентовали изобретатели в Англии, США и Германии. В России он получил звучное народное название «гидротаран».

Конструкция гидротарана

Привычные помпы состоят из нагнетающего устройства (закрытая крыльчатка, поршень, мембрана), активатора (ДВС, электромотор, иной привод), трубопровода и системы клапанов.

Схема гидротаранного насоса предельно проста, его уникальность заключается в том, что активатором и поршнем выступает сам агент (вода).

Его конструкция примечательна тем, что в ней нет механических подвижных частей (кроме двух примитивных клапанов), не используются ГСМ и участки под постоянным давлением.

Основа насоса — сплошная трубка с тремя отводами, которую можно собрать из обычных фитингов и трубы, имеющихся в любом магазине сантехники.

Первый отвод. К нему подключается питающая труба (фидер), о ней расскажем отдельно.

Второй отвод. Через ниппели и муфты к нему подключается обратный клапан, расширительный бак с мягкими стенками и выходной патрубок. В качестве расширительного бачка вполне пригодна пластиковая бутылка, на заводских моделях устанавливают полноценные баки в металлическом корпусе с резиновой мембраной.

Третий отвод. Здесь должен быть установлен главный элемент — проточный гидроклапан. Это элемент запорной арматуры, который перекрывает поток воды при критическом увеличении давления. Его работа регулируется пружиной.

Если стоит задача создать насос для реальных хозяйственных нужд под большой объём воды, лучше изготовить этот клапан самостоятельно.

Сборка насоса с самодельным клапаном — пошаговое видео

Как и почему работает гидротаран

Главная особенность данного насоса — он использует кинетическую энергию воды, которая уже находится в потоке. То есть, для подачи воды на высоту необходим перепад уровней. Он может быть минимальным — 0,5 м, но чем этот показатель больше, тем эффективнее работа насоса.

Мы нарочно не приводим гидравлический расчёт — он крайне сложен и сводится лишь к оптимальной пропорции перепада высоты между точкой забора воды, рабочей частью насоса и верхней точкой слива.

Поскольку это устройство будет установлено в конкретных условиях, все величины разумно определить по месту.

Вода, попадая в фидер, под действием гравитации стремится к нижней точке, создавая избыточное давление, на которое реагирует гидроклапан.

В момент его срабатывания вода блокируется в закрытой системе и происходит явление гидроудара, который проталкивает воду через обратный клапан в расширительный бак.

Эластичные стенки бака накапливают избыточное давление от гидроудара, но не в воде (она несжимаема), а в воздухе. Это давление и проталкивает воду по отводному каналу (шлангу, трубе), а обратный клапан не даёт давлению выровняться.

Принцип работы гидротаранного насоса на видео

После сброса давления в расширительный бак гидроклапан снова открывается и цикл возобновляется. Подача воды происходит импульсами.

Вся сила гидроудара переходит в спрессовку газа (воздуха) в расширительном баке, который потом подаёт воду наверх.

Фидер и гидроклапан

Эти два элемента — основные в конструкции, которую планируется создать своими руками. От их размеров и устройства зависит вся работа агрегата.

Фидер

Представляет собой закрытый канал, соединяющий точку водозабора и точку гидроудара. В идеале это длинная ровная труба, расположенная под уклоном.

Вода, находящаяся в трубе, и есть тот самый поршень, который создаёт избыточное давление — причину гидроудара. Поэтому чем больше сечение, тем мощнее будет таран. Диаметр трубы фидера должен лежать в разумных пределах — от 50 до 150 мм.

Эта величина должна соотноситься с диаметром остальных каналов системы и требуемой высотой подачи.

В заборной части фидера рекомендуем установить раструб для лучшего улавливания воды.

Оптимальные соотношения диаметров гидротаранного насоса

Фидер, мм	Система, мм
50	16
100	32
150	32–50

В последнем случае при длине фидера 10 м и перепаде в 1,5 м вода будет подаваться на высоту в 10 м со скоростью около 1500 л/час.

Гидроклапан

Заводская модель этого устройства может оказаться дорога за счёт материала, прокладок и пружины, выставленной на определённое давление. В нашем случае, когда мы используем бесплатную энергию, которую просто нет смысла экономить или учитывать, достаточно самого факта блокировки потока воды. Для этого вполне подойдёт гидроклапан собственного изготовления.

Насос с самодельным гидроклапаном — видео установки с ми

Идеальное место установки такого насоса — пороги реки с их значительными перепадами или ручьи.

Гидротаранные насосы заводского изготовления

Разумеется, такие простые и надёжные устройства не могли миновать претензий на серийное производство. В настоящий момент их производят как отечественные, так и зарубежные фирмы.

Однако из-за своей специфики работы (часть воды сбрасывается через клапан) они имеют довольно узкую область применения — в городском хозяйстве они практически бесполезны, зато незаменимы в отдалённых, неосвоенных районах, экопоселениях и фермерских хозяйствах.

На сегодняшний день в России только одна фирма выпускает эти экологически чистые и эффективные устройства — производственная артель «Урал». Модельный ряд представлен насосами «Качалыч» ГТ-01 (190 у. е.) и ГТ-03 (110 у. е.), а также их разновидностями.

Любой прибор или устройство на основе действий естественных сил заслуживает пристального внимания и разработки. Игнорируя бесплатную энергию, данную самой природой, мы рискуем внезапно остаться беспомощными в отсутствие бензина и электричества. Перевод подсобного хозяйства на альтернативные источники энергии — залог спокойствия и гармонии с окружающей средой.

Виталий Долбинов, рмнт.ру

Источник: https://rmnt.mirtesen.ru/blog/43376168460