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.

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 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. Быстрое закрытие клапана 4, а следовательно внезапная остановка воды, вызывает гидравлический удар. Резкое повышение давления открывает клапан 5, через который выходит некоторое количество воды со средним расходом q < Q. 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.

Информация про бурение скважин воронеж www.bur-ka.ru.

 

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