Техническая информация онлайн
Гидравлические тараны
Автор перевода: Белоус А.В.
Введение
Концепция гидравлического тарана была впервые разработана братьями Монгольфье во Франции в 1796 (они более известны своей исследовательской деятельностью в области воздушных шаров). По сути, это автоматическое устройство подачи, которое использует небольшой спад воды, чтобы поднять жидкость на гораздо большую высоту, то есть оно использует большую скорость потока воды с небольшим напором чтобы поднять небольшой поток воды посредствам увеличения напора. Главное достоинство гидравлического тарана в том, что его движущиеся части - только 2 клапана, и поэтому механически он очень прост. Это дает очень высокую надежность, минимальные требования к техническому обслуживанию и длительный срок эксплуатации.
Как работает гидравлический таран
Его работа основана на использовании явления гидроудара и при благоприятных условиях гидравлический таран может быть весьма эффективным. Более 50% энергии, движущей потока могут быть переданы подаче.
Изначально клапан будет открыт под действием силы тяжести воды, поэтому вода стекает через фильтр от источника воды. Когда поток ускоряется, гидравлическое давление в соответствии с импульсом клапана и статического давления в корпусе гидротарана будет увеличиваться, пока в результате преодоления силы тяжести клапан не начнет закрываться. Как только давление в корпусе гидравлического тарана уменьшается, клапан закрывается. Движущийся поток воды в трубе уже не в может выйти через клапан, поэтому его скорость должна резко уменьшиться, это продолжает вызывать значительное повышение давления, которое открывает клапан, соединенный с воздушной камерой.
Когда давление превышает статический напор, вода будет вынуждена подняться по трубе. Воздух, находящийся в воздушной камере, одновременно сжимается до давления выше давления подачи. В конце концов, столб воды в трубе останавливается и статическое давление в корпусе затем падает почти до давления питания. Нагнетальный клапан закроется, когда давление в воздушной камере будет больше, чем в корпусе. Вода будет по-прежнему подаваться после закрытия клапана до тех пор, пока сжатый воздух в воздушной камеры расширится до давления, равного напору жидкости. Обратный клапан входит в комплект поставки труб с целью предотвращения обратного потока. После того как нагнетальный клапан закрывается, снижение давления в гидротаране позволит импульсному клапану падать под действием собственного веса, тем самым позволяя начать цикл заново. Большинство гидравлических таранов работает при 30-100 циклах в минуту
Воздушная камера является важным компонентом, поскольку, кроме повышения эффективности процесса перекачивания, позволяет задержать закрытие клапана, также важно, смягчить удары, которые могли бы произойти из-за несжимаемости воды. Если воздушная камера заполняется водой полностью, пострадает не только производительность, но гидравлический таран может быть сломан в результате гидравлического удара. Поскольку вода может вытеснить воздух, особенно под давлением, существует тенденция, при которой воздух в камере будет вытесняться, будучи увлеченным потоком жидкости. В различных конструкциях гидротарана эта проблема решается по-разному. Простейшее решение требует, чтобы гидравлический таран был остановлен и вода из воздушной камеры была слита путем открытия двух кранов. Другой способ более сложный: в гидротаране предусматривается так называемые выдувной клапан, который автоматически позволяет воздуху быть втянутыми в воздушную камеру когда давление воды мгновенно падает ниже атмосферного давления. В таких конструкциях выдувной клапан необходимо проверять время от времени, чтобы он не забился грязью и не заклинил.
Цикл работы гидравлического тарана характеризуется настройкой клапана. Обычно она может быть отрегулирована пружиной и регулируемым резьбовым упором, как правило, при условии, возможности максимального открытия. Пропускная способность клапана критически зависит от его настройки.
Если сбросной клапан остается открытым слишком долго, меньшая доля воды подается, поэтому эффективность снижается, но если он закроется слишком быстро, то давление не будет расти достаточно долго, значит снова подача снизится. Существует часто регулируемый затвор, который ограничивает открытия клапана, и позволяет оптимизацию работы устройства. В установке должна быть возможность регулировать сбросной клапан на месте, чтобы получить оптимальную производительность. Таким образом, видно, что подача гидротарана будет постоянной и не регулируется. В верхней части трубопровода, как правило, предусмотрен накопительный резервуар, чтобы вода могла подаваться по мере необходимости.
Требования к установке
На рисунке 2 показана типовая гидротаранная установка, откачка воды с небольшой емкости хранения на плато. Видно, что напор создан в этом случае за счет создания плотины. В некоторых случаях небольшой поток перенаправлены на обеспечение водоснабжения. Если резервуар для питьевой воды, объем бака может составлять половину объема воды, подаваемой на гидротаран в один день, так как вода потребляется из резервуара в дневное время людьми. Крупногабаритные резервуары могут приводить к излишним затратам на установку.
Если необходима большая подача, то обычно несколько гидротаранов устанавливаются параллельно. Это позволяет выбрать их количество в любой момент времени, чтобы он мог удовлетворить переменному расходу воды. Кроме того, трубы имеют серьезные внутренние ударные нагрузки из-за гидравлического удара и, следовательно, как правило, должны быть построены из хороших качественных стальных труб. Обычно длина приводной трубы должна быть в 3-5 раз больше расходной. В идеале приводная труба должна иметь длину не менее 100 диаметров. Приводная труба как правило, должна быть прямой, любые изгибы являются не только причиной потери работоспособности, но приведут к сильным колебаниям в сторону силы, действующей на трубы, которые могут привести к срыву трубы с креплений.
Корпус гидротарана должен быть прочно закреплен болтами к бетонному фундаменту, так как при гидравлических ударах возникает сильная вибрация. Некоторые гидротараны должны быть расположены так, чтобы сбросной клапан находился выше уровня воды, устройство перестанет работать, если сбросной клапан становится вровень с водой. Однако, при разработке Aid Foundation сбросной клапана должен быть погружен в воду, чтобы обеспечить, чтобы во время подачи воздух непоступал через сбросной клапана. Воздух поступает через сифон. Таким образом, чем мягче воздействие на сбросной клапан, тем меньше вибрация и шум.
Подающая труба может быть изготовлена из любого материала, способного выдержать давление воды, поступающей в резервуар. Во всех случаях, за исключением очень высокого напора, верхнюю часть можно изготавливать из пластиковой трубы, а нижнюю - из стальной трубы. Диаметр линии нагнетания должен обеспечивать малые потери напора. Рекомендуется установка вентиля и обратного клапана вблизи выхода из гидравлического тарана, чтобы жидкость из подающей линии не сбрасывалась при остановке гидравлического тарана для ремонта или профилактики. Это также должно свести к минимуму любые обратные токи через клапан воздушной камеры и повысить эффективность работы. Однако, как известно, для насоса производительность может быть улучшена путем удаления задвижки и обратные клапаны на линии нагнетания. Диаметры клапанов намного меньше, чем трубопроводов и создают дополнительные трения.
Стоимость
Расходы, связанные с коммерческими гидротаранами, как правило, в диапазоне от примерно 1500 долларов для малого с 2-дюймовой подающей трубой и 5000 долларов для 4-дюймовых или 6-дюймовых. Стоимость трубы может быть достаточно высока для больших размеров. Поэтому гидравлические тараны лучше всего подходят для относительно низких скоростей потока и высокого напора. Однако, нет расходов на топливо и издержки эксплуатации незначительны для гидротаранов.
Список литературы