Гидравлический таран



Гидравлический таран
Гидравлический таран

 


Владельцы патента RU 2630050:

Голубенко Михаил Иванович (RU)

Изобретение относится к области гидравлики, а именно к конструкции гидравлических таранов. Таран содержит питающий трубопровод 1 с рабочей камерой 2, являющейся его продолжением, первый ударный и нагнетательный клапаны 8 и 27, воздушный колпак 26 с нагнетательным трубопроводом 28, воздухозаборник 5 и выходной патрубок 10. Таран снабжен вторым ударным клапаном 15 и регулируемой водоналивной емкостью 11. Камера 2 выполнена в виде узла водораспределения, состоящего из газожидкостного эжектора 4, активное сопло 3 которого подсоединено к трубопроводу 1. Воздухозаборник 5 с обратным клапаном 6 установлен над эжектором 4 и сообщен с камерой 2. Камера 2 соединена через диффузор 24 с патрубком 10. Выходное отверстие патрубка 10 перекрывается клапаном 8, связанным с шарнирно-рычажным приводом с поплавком 12, размещенными в емкости 11. Клапан 15 установлен на выходном отверстии впускного патрубка 13 и связан через шток 22 с шарнирно-рычажным приводом. Патрубок 13 посредством дополнительной емкости 14 гидравлически соединен с напорной трубкой 25 патрубка 10. Клапаны 8, 15 работают синхронно. Изобретение направлено на повышение эффективности работы, повышение надежности в работе в переходных режимах и технологичности его изготовления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидравлики, конкретно к конструкции гидравлических таранов, и может быть использовано при проектировании систем транспортировки жидкости, в практике машинного подъема в системе мелиорации и водного хозяйства.

Известен воздушный колпак гидротарана, содержащий корпус с воздушной и жидкостной полостями, впускным клапаном и штуцером на напорной магистрали, колпак снабжен поршнем, разделяющим корпус на воздушную и жидкостную полости, и жестко закрепленным подпружиненным штоком, на котором установлен ограничитель хода (Авторское свидетельство SU №1224464, F04F 7/02 от 15.04.1986).

Недостатком гидротарана является низкая производительность. Конструкция ударного клапана позволяет закрывать проходное сечение питающего трубопровода, однако большая инерционность в работе его снижает производительность тарана. Другим недостатком является использование дополнительного компрессора, сложность устройства. Кроме того, работа его не предусматривает регулировку, а также неполное использование его потенциальных возможностей, связанных с перемещением поршня в виде ударного клапана вверх-вниз, во время холостого хода, при этом не может полностью использовать энергию жидкостного потока, подаваемую в вакуумную полость рабочих участков за жидкостным ударным клапаном.

Известен также гидравлический таран, содержащий трубопровод с камерой, являющейся ее продолжением, имеющей круглую форму поперечного сечения равного с ним диаметра, ударный и нагнетательный клапаны, воздушный колпак с нагнетательным трубопроводом, при этом ударный клапан содержит гидравлический привод, механизм управления и выполнен в виде дроссельного клапана, ось шарнира клапана расположена в трубопроводе, а нагнетательный клапан имеет седло выше питающего трубопровода и дополнительно содержит камеру с перегородкой, сообщенную с отводящим трубопроводом (Патент RU №2489605, F04F 7/02 от 10.08.2013).

Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность и быстродействие из-за гидравлического сопротивления, вызванное поршневым серводвигателем, связанным рычагом с ударным клапаном; в момент срабатывания ударного клапана происходит заметная инерционность действия, способствующая замедленному поступлению воды не только в воздушный колпак, но и к выпускной части питающего трубопровода в камеру управления, что увеличивает инерционность повторного периода разгона потока и снижает производительность тарана. Это связано также с тем, что ударный клапан и регулирующая камера расположены по одну сторону трубопровода. Кроме того, имеет место большой сброс жидкости из-за длительности времени переключения поршневого серводвигателя (запаздывания) при повторном разгоне потока.

Известно также мобильное гидротаранное устройство, содержащее усеченный конус, ударный и нагнетательный клапаны, гидравлический баллон, питательный трубопровод, посредством нагнетательного клапана сообщенный с гидропневматическим баллоном, и резервуар, при этом устройство снабжено диафрагменным узлом и насосом с поршнем и расположено как минимум на дух баллонах, заполненных избыточным давлением воздуха, при этом на питательном трубопроводе герметично закреплен диафрагменный узел, диафрагма которого кинематически соединена с поршнем насоса для подачи вод в резервуар, пространство над диафрагмой диафрагменного узла соединено через трубопровод с окружающей средой, а пространство под клапаном ударного клапана соединено с трубопроводом, свободный конец которого расположен выше уровня воды в реке, но ниже уровня вод перед раструбом усеченного конуса (Патент RU №2382912, F04F 7/02 от 27.02.2010).

Недостатком описанного устройства является то, что диафрагма выполнена из эластичного материала, который является гасителем гидравлического удара и уменьшает величину давления в трубопроводе при гидравлическом ударе. Это влечет к снижению высоты подъема жидкости, а следовательно, к уменьшению производительности данного устройства. Другим недостатком является то, что скорости течения в трубопроводе будет недостаточно для осуществления резкого гидроудара и для поддержания работы устройства необходим большой перепад воды (напор). Следующим недостатком является то, что рычаг, закрепленный на оси, не дает достаточной чувствительности работы привода штока для управления диафрагмой с пружиной, что ведет к резкому возрастанию сил сопротивления и погрешности поддержания перепада (уровня) жидкости в реке и перед раструбом, т.е. связано со сжатием пружины, перемещению штока вверх, в конечном итоге это связано с насосом. Устройство также требует применения дополнительного воздуха, а также сложно в управлении синхронной работой ударного клапана и насоса - это приводит к ненадежности и точности определения и регулирования количества жидкости, поступающей в напорную емкость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидропневматический таран (прототип), содержащий питающую трубу с рабочей камерой, нагнетательный клапан, основной воздушный колпак с нагнетательным патрубков, силовой цилиндр с поршнем и обратным клапаном и емкостью, дополнительный воздушный колпак с обратным клапаном и патрубком, соединенным с рабочей камерой через обратный клапан, а с емкостью через патрубок, и установлен после силового цилиндра, последний имеет напорный воздуховод и выходные отверстия, причем ударный клапан выполнен в виде подпружиненного усеченного конуса (Авторское свидетельство SU №1328588, F04F 7/02 от 07.08.1987).

Недостатком известного гидропневматического тарана является недостаточная надежность подпружиненного усеченного конуса, так как он несет в себе большие гидравлические нагрузки в работе, что снижает его долговечность и ведет к поломкам, работающего в агрессивной среде. В силовом цилиндре происходит движение вверх поршня, что требует больших усилий давления воздуха, т.е. запаздывание работы ударного клапана на подъем жидкости на высоту, определяемую разностью горизонтов места расположения гидропневматического тарана и рабочей камеры. То есть снижается производительность, хотя динамическая нагрузка на ударный клапан значительна и сила удара по трубе увеличивается, а регулирующая пружина имеет ограниченный (фиксированный) ход для ударного клапана. Основной недостаток также в том, что таран нельзя рекомендовать для длительной работы, когда мутность воды значительна (глина, песок и т.д.), так как ударный клапан в виде подпружиненного усеченного конуса может заклинить. Все это не позволяет получить требуемую подачу жидкости потребителю. Таран не имеет приспособления систематической подачи в автоматическом режиме, поэтому ударный клапан (узел) находится в воде; сложен в изготовлении, доступ к клапанам невозможен, низка надежность.

Известны гидротараны SU: №1164473, F04F 7/02 от 30.06.1983; №1231281, F04F 7/02 от 15.05.1986; №1448123, F04F 7/02 от 30.12.1988.

Однако известные тараны сложны в изготовлении, регулировка их работы не предусмотрена, ход и напор, следовательно, КПД мал вследствие инерционности системы работы ударного клапана и значительного уменьшения частоты ударов ударного клапана.

Технический результат заключается в повышении надежности работы и упрощении конструкции.

Технический результат достигается тем, что гидравлический таран, содержащий ударный и нагнетательный клапаны, воздушный колпак с нагнетательным трубопроводом, воздухозаборник и выходной патрубок, таран снабжен вторым ударным клапаном и регулируемой водоналивной емкостью, рабочая камера выполнена в виде узла водораспределения, состоящего из газожидкостного эжектора, активное сопло которого подсоединено к напорному питающему трубопроводу, а воздухозаборник с обратным клапаном установлен над эжектором посредством подсоединения к камере и сообщен с последней, соединенной через диффузор с выходным патрубком, выходное отверстие которого перекрывается первым ударным клапаном, образованным плоской пластиной, связанной с шарнирно-рычажным приводом с поплавком, размещенными в регулируемой водоналивной емкости, снабженной сливным сифоном, при этом второй ударный клапан установлен на выходном отверстии впускного патрубка в регулируемой водоналивной емкости и связан через шток с шарнирно-рычажным приводом, причем впускной патрубок посредством дополнительной емкости гидравлически соединен с напорной трубкой выходного патрубка, при этом оба ударных клапана работают синхронно.

Кроме того, входное отверстие сливного сифона размещено в нижней части регулируемой водоналивной емкости.

Кроме того, дно регулируемой водоналивной емкости снабжено калиброванным выпускным отверстием с выпускным патрубком с вентилем.

Конструкция гидротарана, в частности, созданная в рабочей камере, установленный сопловый элемент газожидкостного эжектора повышает не только быстроту действия тарана и КПД, но и улучшает его эксплуатационные параметры за счет создания водовоздушной смеси под давлением в рабочей камере и движения этой смеси в сторону выходного патрубка. Первый ударный клапан выполнен плоским, закрепленным в конце выходного патрубка, отводящего воду, а второй ударный клапан перекрывает выпускное отверстие впускного патрубка, связанного с регулируемой водоналивной емкостью. Этим самым синхронно (одновременно) при закрытии обеспечивают полную герметичность выпускных отверстий патрубков при резком гидроударе, а также надежное их уплотнение при отсутствии заклинивания (закусывания) ударного клапана, при этом обратный клапан воздухозаборника, позволяет обеспечить регулировку положения поступления дополнительного воздуха в вакуумную полость эжектора, связанного с рабочей камерой (емкость эжектора связана с рабочей камерой), заполнение которой происходит под действием скоростного напора, чем в питающем трубопроводе, а давление меньше, поэтому камера наполняется смесью жидкости и газа, которые поступают через диффузор в выходной патрубок, а также в выходной патрубок с дополнительной емкостью, далее до момента закрытия обоих ударных клапанов. При заполнении регулируемой емкости до расчетного уровня, срабатывают синхронно (одновременно) оба ударных клапана, происходит гидроудар в рабочей камере, открывается нагнетательный клапан, и воздушный колпак заполняется водой. В камере смешения образуется водовоздушная эмульсия, которая поступает в полость колпака, так как в этот момент происходит интенсивно растворение кислорода воздуха в воде, т.е. вода поступает с пузырьками воздуха, пузырьки воздуха всплывают, и воздух накапливается в колпаке, способствуя постоянному накоплению его в колпаке, что постоянно поддерживает давление для подъема воды через нагнетательный трубопровод потребителю.

Узел газожидкостного эжектора представляет собой комплекс элементов, взаимосвязанных между собой в примыкающем сверху воздухозаборника и связан с рабочей камерой, выходного диффузора, далее в водоналивную емкость для работы поплавка шарнирно-рычажного привода.

Эффективность тарана заключается в том, что он прост по конструкции и технологичен в производстве. Сама работа тарана возможна при очень малых напорах. Все это, в целом, возможно благодаря компактному расположению всего устройства, что также экономит воду и дает возможность использовать на реках, каналах, имеющих ток воды, обеспечивающий работоспособность гидротарана.

Производительность также увеличивается за счет уменьшения длины питающего трубопровода в конце, которого установлено в работе газожидкостного эжектора, а также и всего узла в целом, что позволяет сократить время распространения обратной волны гидравлического тарана и увеличить частоту циклов и быстродействие.

На чертеже схематически показан предлагаемый гидротаран, продольный разрез.

Гидравлический таран содержит питающий трубопровод 1, рабочую камеру 2 и гидроударный привод. Рабочая камера 2 выполнена в виде узла водораспределения, состоящего из соплового элемента 3 и газожидкостного эжектора 4, активное сопло которого подсоединено к напорному питающему трубопроводу 1. Воздухозаборник 5 с обратным клапаном 6 и вентилем 7 установлен над эжектором и сообщен с атмосферой.

Гидроударный привод включает ударный клапан 8, образованный плоской закрепленной пластиной с шарниром 9 в конце выходного патрубка 10, который также связан управляющим приспособлением. Управляющее приспособление выполнено в виде регулируемой водоналивной емкости 11 с поплавком 12, сообщенной посредством впускного патрубка 13 с дополнительной емкостью 14, которая сглаживает обратную волну от второго ударного клапана 15 впускного патрубка 13 и работает с наполняемым воздухом, при этом выпускное отверстие впускного патрубка 13 перекрывается вторым ударным клапаном 15 в регулируемой водоналивной емкости 11. Регулируемая водоналивная емкость 11 снабжена сливным сифоном 16 выходное отверстие которого размещено в нижней части регулируемой водоналивной емкости 11. Дно регулируемой водоналивной емкости 11 снабжено сливным калиброванным выпускным отверстием 18 с выпускным патрубком с вентилем 19. Первый ударный клапан 8 посредством штока 20 шарнирно соединен с концом рычага 21, а шток 22 второго ударного клапана 15 и шток 23 поплавка 12 соединены шарнирно со средней частью рычага 21.

Другой конец рычага 21, шарнирно-рычажного привода, шарнирно присоединен к борту регулируемой водоналивной емкости 11. Кроме того, рабочая камера 2 посредством диффузора 24 гидравлически соединена с выходным патрубком 10 с напорной трубкой 25.

Таким образом, поплавковый шарнирно-рычажный привод включает в себя рычаг 21, закрепленный к борту регулируемой водоналивной емкости 11, шток 20 с первым ударным клапаном 8, шток 22 со вторым ударным клапаном 15 и шток 23 с поплавком 12. Колпак 26 снабжен нагнетательным клапаном 27. При этом колпак 26 соединен нагнетательным трубопроводом 28 с приемным резервуаром 29.

Гидравлический таран работает следующим образом.

При открытом ударном клапане 8 вода поступает из соплового элемента 3 газожидкостного эжектора 4 под давлением в рабочую камеру 2. Далее водовоздушная смесь поступает в диффузор 24 и происходит истечение воды в конце выпускного патрубка 10. Одновременно водовоздушная смесь через напорную трубку 25 поступает в дополнительную емкость 14 и впускной патрубок 13, далее в регулируемую водоналивную емкость 11, заполняет ее при открытом ударном клапане 15. Таким образом, процесс аэрации в рабочей камере в районе размещения над ней колпака 26 способствует процессу перемешивания, что насыщает воду пузырьками воздуха, т.е. образуется газожидкостная смесь. В этот момент поплавок 12 и поворотный рычаг 21 находится в нижнем положении. Регулируемая водоналивная емкость 11 наполняется, и как только вода достигнет определенного (заданного) наполнения, поплавок 12 поднимет шток 23, соответственно, штоки 22 и 20 и синхронно (одновременно) ударные клапана 8 и 15 закрывают слив воды выпускного патрубка 10 с клапаном 8, а также поступление воды через впускной патрубок 13 с клапаном 15, что вызывает резкое увеличение давления в рабочей камере 2 в зоне расположения колпака 26. Обратный клапан 6 автономного действия на воздухозаборнике закрывается, открывается нагнетательный клапан 27, вода поступает в колпак 26 и наступает такт нагнетания. Далее вода перемещается в приемный резервуар 29 через напорный трубопровод 28. Благодаря этому, поскольку обратный клапан 6 на воздухозаборнике 5 закрыт, накопившейся и растворимый воздух в воде, т.е. газожидкостная смесь из рабочей камеры 2, также сжимается и поступает в колпак 26. Колпак 26 дополнительно наполняется воздухом, выделяющимся из поступившей газожидкостной смеси, т.е. пополняет колпак 26 в момент такта нагнетания воды через трубопровод 28 в приемный резервуар 29, что также создает дополнительное вытеснение воды на более высокую отметку, работая в режиме насоса.

Сифон 16 заряжается - опорожняет регулируемую водоналивную емкость 11. Ударные клапаны 8 и 15 открывают выпускные отверстия выходного патрубка 10 и выпускного патрубка 13 синхронно, после чего цикл работы тарана повторяется в автоматическом режиме. В целом это позволяет снизить усилия, прилагаемые для маневрирования синхронно (одновременно) ударными клапанами 8 и 15. Согласованность работы тарана осуществляется узлом работы гидроударного шарнирно-рычажного привода, а также наличием регулируемой водоналивной емкости с поплавком и сифоном. Это позволяет обеспечить устойчивое положение ударных клапанов при резком закрытии синхронно, как и при открытии их для последующего создания газожидкостной смеси в рабочей камере перед колпаком на коротком рабочем участке, что позволяет повысить надежность и быстродействие в работе, и повышается производительность.

В том случае, когда количество поступления воздуха в воде необходимо изменить, то вентиль 7 воздуховода 5 регулируют на открытие или закрытие, что зависит от его накопления в колпаке 26. Степень открытия вентиля 7 воздуховода 5 дает возможность управлять количеством подсасывания воздуха эжектором 4 и, следовательно, необходимой степенью насыщения воды растворенным воздухом в рабочей камере 2.

К преимуществам конструкции гидротарана также относится то, что колпак систематически пополняется воздухом из воды. Исходя из того что запас воздуха во время работы тарана постепенно уменьшается в колпаке 26, который частично растворяется в воде и уходит с ней в нагнетательный трубопровод 28. Таким образом, растворимость воздуха в воде увеличивается с увеличением давления, поэтому наполнение воздуха в колпаке приобретает большое значение. Получение автоматической подачи воздуха и получение газожидкостной смеси в колпак является самым простым и экономичным через воздухозаборник при работе газожидкостного эжектора, когда вовлекают из воздухозаборника дополнительный объем воздуха. Количество дополнительной закачки и получения газожидкостной смеси зависит от действия скорости проталкивания воды через сопловый элемент газожидкостного эжектора рабочей смеси. Работа тарана связана с ударными клапанами и колпаком при наличии в целом узлов конструкции. Устройство имеет широкие возможности применения для различных рельефных участков.

Таким образом, это позволяет исходя из взаимосвязи и взаимозависимости основных узлов гидравлического тарана и расположения между ними воздушного колпака на питающем трубопроводе, повысить полезную работу гидроудара, энергия которого открывает нагнетательный клапан воздушного колпака.

Предлагаемое устройство создает условия, при которых подаваемый в разреженную газовую полость импульсно-жидкостный поток практически полностью передает свою сконцентрированную кинетическую энергию для сжатия и разрежения газа, что повышает расход вакуумированного газа. Кроме того, повышается уровень автоматизации при водоподъеме в системе мелиорации и водного хозяйства. Устройство исключает возможность засорения отверстия, устраняет потери нагнетательного расхода.

1. Гидравлический таран, содержащий питающий трубопровод с рабочей камерой, являющейся его продолжением, первый ударный и нагнетательный клапаны, воздушный колпак с нагнетательным трубопроводом, воздухозаборник и выходной патрубок, отличающийся тем, что таран снабжен вторым ударным клапаном и регулируемой водоналивной емкостью, рабочая камера выполнена в виде узла водораспределения, состоящего из газожидкостного эжектора, активное сопло которого подсоединено к напорному питающему трубопроводу, а воздухозаборник с обратным клапаном установлен над эжектором посредством подсоединения к камере и сообщен с последней, соединенной через диффузор с выходным патрубком, выходное отверстие которого перекрывается первым ударным клапаном, образованным плоской пластиной, связанной с шарнирно-рычажным приводом с поплавком, размещенными в регулируемой водоналивной емкости, снабженной сливным сифоном, при этом второй ударный клапан установлен на выходном отверстии впускного патрубка регулируемой водоналивной емкости и связан через шток с шарнирно-рычажным приводом, причем впускной патрубок посредством дополнительной емкости гидравлически соединен с напорной трубкой выходного патрубка, при этом оба ударных клапана работают синхронно.

2. Гидравлический таран по п. 1, отличающийся тем, что входное отверстие сливного сифона размещено в нижней части регулируемой водоналивной емкости.

3. Гидравлический таран по п. 1, отличающийся тем, что дно регулируемой водоналивной емкости снабжено калиброванным выпускным отверстием с выпускным патрубком с вентилем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции водоподъемных устройств импульсного действия. Гидравлический таран содержит рабочую камеру 3, 4, воздушный колпак 7, 8 со штоком 11, 12 нагнетательного клапана 9, 10, упругую диафрагму, трубопровод и контакты блока питания 39, 40.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к вихревому гидропульсору. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 3 с лопатками, образующими центростремительные сливные каналы 8, и размещенными над ними лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 5, рабочее колесо 10 с лопастями, образующими центростремительные сливные и напорные каналы 13 и 16 гидротурбинной ступени колеса, и с размещенной над центростремительными напорными каналами 16 рабочего колеса 10 радиальными лопастями центробежной напорной ступенью колеса.

Изобретение относится к области сжатия и перекачки газа и может найти применение при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Устройство для дожимания газа содержит вертикальную цилиндрическую компрессионную камеру 1 с расположенными в её верхней части всасывающими газовыми клапанами 2 и 3, и нагнетательным клапаном 4, и подводящим штуцером 5, расположенным в нижней части.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Система химводоподготовки содержит полый контейнер, трубопровод жидкости, первую трубку, сообщающуюся с контейнером, вторую трубку, сообщающуюся с трубопроводом, причем обе трубки оснащены первым и вторым запорными клапанами.

Изобретение относится к области гидравлики и может быть использовано для подъема воды за счет использования энергии морской волны. Прибойный гидравлический таран содержит питательную напорную трубу 15, воздушный колпак 16 с нагнетательным трубопроводом 17 и обратным клапаном 19, сообщающим колпак 16 с трубой 15, и поплавковый клапан 20.

Изобретение относится к области сжатия и перекачки газа и может быть использовано при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а также для заправки автомобильного транспорта сжиженным газом.

Изобретение относится к комбинированным системам для нагрева и охлаждения, а именно к компрессионным машинам и системам, в которых рабочим телом является воздух. Способ преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в высокопотенциальную включает генератор пневматической энергии, необходимой для осуществления замкнутого воздушного термодинамического цикла, и источник низкопотенциального тепла.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкциям гидравлических таранов. Гидравлический таран содержит подающий трубопровод, камеру с корпусом 11, установленный в ней ударный клапан 12, воздушные колпаки 5 и 6 и водонапорную емкость 31.

Изобретение относится к водоподъемным устройствам. Гидравлический таран содержит напорную магистраль 1 с питающим трубопроводом 2 с ударной камерой 3 в концевой его части.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к гидравлическим таранам. Гидравлический таран включает замкнутый корпус 11 в виде камеры, в который введена сливная труба 2.

Изобретение относится к области гидравлики. Гидравлический таран содержит питающий трубопровод 1 с регулировочной емкостью 2, являющейся его продолжением, первый ударный клапан 15, нагнетательный клапан 30, воздушный колпак 31 с нагнетательным трубопроводом 32, емкость 12 с отводящим трубопроводом 11. Клапан 30 имеет седло 29 выше трубопровода 1. Ёмкость 12 подсоединена к двум водовыпускам 13 и 14, связанным с трубопроводом 11. Таран снабжен вторым ударным клапаном 16, образованным сегментным щитом, установленным на расходном отверстии верхнего водовыпуска 14. Клапан 15 образован щитовым затвором, установленным на расходном отверстии нижнего водовыпуска 13. Выше водовыпуска 14 установлен трехзвенный шарнирно-рычажный механизм, который при помощи тяг 22 и 23 связан с сегментным щитом, установленным на оси 19, и щитовым затвором, установленным на оси вращения 17. Изобретение направлено на уменьшение гидравлических сопротивлений в гидравлическом приводе, повышение быстродействия и надежности в работе в переходных режимах и технологичности его изготовления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх