Гидроударный Насос
Пролог
Существует такое остроумное приспособление как гидротаранный насос. Его ещё называют гидро ударный насос или hydraulic ram. Это, пожалуй, единственный в технике пример, когда гидроудар приносит пользу, а не вред. Как по мне, дак это довольно удивительно. К слову, не всякий сантехник знает про существование этого гаджета.
В этом тексте я расскажу о своём опыте конструирования прототипа гидроударного насоса.
Теория
Гидроударный насос это чисто механический прибор, который преобразует кинетическую энергию потока жидкости в потенциальную энергию жидкости. Происходит это благодаря искусственно создаваемым гидроударам.
Этот насос состоит всего из двух клапанов. Сливной клапан и нагнетательный клапан.
Когда вода набирает скорость сливной клапан захлопывается. Кинетическая энергия воды преобразовывается в давление. Давление подскакивает. Создается гидроудар. Высокое давление открывает нагнетательный клапан и вода уходит к потребителю по трубке в линию доставки. Образуется область пониженного давления которая открывает сливной клапан и цикл повторяется заново. Этот процесс является периодическим. Период зависит от жесткости пружины.
В сущности, устройство преобразует низкий напор и высокий расход в высокий напор и низкий расход.
Тут есть аналогия из электроники. Это повышающие DC-DC преобразователи. Они повышают напряжение за счет уменьшения силы тока.
Практическая часть
Что надо из оборудования?
Если коротко, то нужно два клапана, трубки, фиттигни, штуцеры, пружина и несколько custom made деталей.
Название детали | Назначение | |
T-fitting (Tee) | тройник | для крепления нагнетательного клапана |
threaded elbow | отвод | для крепления сливного клапана |
threaded pipe | труба | для соединения фиттингов |
hose | шланг 30 мм | питающая труба |
hose | шланг 10 мм | отводящая труба |
Check valve | Обратный клапан ½» Unipump 73008 (с пружиной) | сливной клапан |
Check valve | обратный клапан с пружиной 10 мм | нагнетательный |
переходник с трубы 30–10 мм | для крепления нагнетающего клапана | |
Thread seal tape | Лента-фум | для гидроизоляции резьбовых трубных соединений |
Hose clamp | хомуты | для крепления шланга |
-- | штуцер | для крепления шланга к клапану |
Electrical tape | изолента | для починки шлангов |
Bolt | болты M5 | для сборки регулятора жесткости пружины |
Spring | пружина на сжатие | для регулирования коэффициент жесткости заводской пружины |
Nut | гайки M5 | для сборки регулятора жесткости пружины |
Washer | шайбы M5 | для сборки регулятора жесткости пружины |
Вот внешний вид основной сборки. Всё просто за исключением одного момента.
Основная сборка.
Как это обычно бывает, не всё удалось купить в строительных магазинах. Дело в том, что коэффициент жесткости пружины сливного клапана 73008 не соответствует напору, который образуется в каждом отдельном случае. Поэтому мне пришлось придумать регулятор жесткости пружины. Выглядит он так. По сути это пружина, которая компенсирует пружину внутри клапана. Жесткость результирующей пружины можно подстраивать обыкновенной отвёрткой, просто меняя высоту установки всей конструкции этого импровизированного регулятора.
регулятор жесткости пружины для сливного клапана
Для этого пришлось начертить и изготовить три детали из нержавейки: фланец, поршень и мембрану. Без этого для поддержания насоса в рабочем состоянии мне приходилось придерживать поршень клапана рукой, что не очень удобно, так как вода холодная. Мембрана специально сделана с отверстиями для жидкости.
мембрана
А это поршень, который с одной стороны держит пружину, а с другой приклеивается к поршню обратного клапана. Это деталь подвижная. Поэтому я заказал изготовить её из алюминия.
поршень
Фланец нужен чтобы неподвижно закрепить регулятор жесткости пружины на обратном клапане.
фланец
Перепад высот я создал искусственно, просто установив канистру на тумбу высотой 50 см
Этот насос смог накачивать воду с высоты 50 см на высоту 170 см.
демонстрация работы
Достоинства гидроударных насосов
1++ Не нужно электричество или топливо.
2++ Можно накачать жидкость с меньшей высоты на большую высоту.
3++ Для сборки не нужно сварки.
Недостатки гидроударных насосов
1--Низкий коэффициент полезного действия. Много воды выливается впустую.
2--Надо калибровать жесткость пружины для каждого конкретного напора.
3--Надо заводить насос «с толкача». При запуске надо приоткрыть сливной клапан, чтобы позволить воде немного вытечь.
Приложения гидроударных насосов
1--Для орошения местности в окрестностях ручьев, плотин. Для отбора воды из горных ручьёв.
2--Из гидроударного насоса можно сделать своеобразный фонтан.
3--Как всякая контр-интуитивная вещь, гидроударный насос может дополнить демонстрации в музеях техники и учебных заведениях.
Итоги
Мне удалось собрать работающий гидротаранный насос. Надеюсь, что этот текст поможет кому-нибудь, кто живёт рядом с источником постоянно текущей воды сделать свой гидроударный насос для орошения или аккумулирования энергии.
URLs
Гидравлический таранный насос — чудеса физики
Гидротаранный насос
Гидротаран Качалыч. Демонстрация
how ram pumps work
