гидравлический таран

Формула изобретения

Гидравлический таран, содержащий нагнетательный и подающий трубопроводы, ударный и нагнетательный клапаны, шток, связанный с нагнетательным клапаном, воздушный колпак и устройство для пополнения воздушного колпака воздухом, расположенное внутри полости воздушного колпака, отличающийся тем, что в гидравлический таран введены сливной клапан, связывающий полость воздушного колпака со сливом, отсечной клапан, установленный на нагнетательном трубопроводе и соединенный со сливным клапаном, и воздушный клапан, связывающий воздушную подушку воздушного колпака с атмосферой, при этом устройство для пополнения воздушного колпака воздухом выполнено в виде сифонной калиброванной трубки и двух сосудов, установленных один в другом, причем наружный сосуд выполнен открытым сверху, а внутренний сосуд, установленный на днище наружного сосуда, замкнутым, в нем выполнено отверстие, в котором размещен шток, связанный с нагнетательным клапаном, и калиброванные отверстия на боковой поверхности и верхнем днище, верхнее днище внутреннего сосуда размещено ниже кромки верхнего открытого среза наружного сосуда, а сифонная калиброванная трубка установлена на наружном стакане так, что ее колено находится на уровне кромки открытого среза наружного сосуда, один конец размещен в полости наружного сосуда, другой в полости воздушного колпака и оба конца трубки опущены ниже верхнего калиброванного отверстия внутреннего сосуда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бесприводных насосов, в частности, к гидротаранным установкам, и позволяет обеспечить автоматическое пополнение воздуха в воздушном колпаке.

Существующие конструкции гидротаранов не имеют надежных устройств для пополнения запаса воздуха и воздушном колпаке. Использование для этой цели специальных компрессоров повышает стоимость и усложняет эксплуатацию.

Известен гидравлический таран ТГ-2 разработки Д. И. Трембовельского (Трембовельский Д. И. Гидравлические тараны для простых водопроводов. Изд. Министерства коммунального хозяйства РСФСР. М. 1956.), в котором для пополнения запаса воздуха используется специальная трубка соединяющая устье удлиненного патрубка под нагнетательным клапаном с кольцевой полостью, расположенной вокруг коробки седла отбойного клапана. Недостатками данной конструкции являются:

ненадежность работы специальной трубки при наличии в потоке воды взвешенных частиц и сора;

отсутствие надежного и точного способа определения и регулирования количества воздуха в воздушном колпаке;

увеличение высоты таранной установки за счет удлиненного патрубка под нагнетательным клапаном.

Наиболее близким к изобретению является гидравлический таран, описанный в авторском свидетельстве N 1448123 от 09.02.87. Сутью данного изобретения является то, что для пополнения запаса воздуха в воздушном колпаке используется плоская или коническая перфорированная вставка, предназначенная для выделения из воды растворенного в ней воздуха. Конструкция проста, не имеет регулирующих элементов, работающих в загрязненном потоке воды.

Недостатком этой конструкции является отсутствие надежного и точного способа определения и регулирования количества воздуха в воздушном колпаке.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение автоматического пополнения воздуха в воздушном колпаке.

Указанная задача достигается тем, что, в гидротаране, содержащем нагнетательный и подающий трубопроводы, ударный и нагнетательный клапаны, шток, связанный с нагнетательным клапаном, воздушный колпак и устройство для пополнения воздушного колпака воздухом, последнее выполнено в виде двух сосудов, вложенных друг в друга. Наружный сосуд открыт сверху и положение его верхней кромки может регулироваться, в зависимости от высоты подачи воды. Через стенку наружного сосуда перекинута калиброванная сифонная трубка, причем колено этой трубки должно находиться на уровне верхней кромки наружного сосуда, а концы ветвей находятся в полости наружного сосуда и в полости воздушного колпака соответственно. Калиброванная сифонная трубка обеспечивает опорожнение наружного сосуда в полость воздушного колпака с необходимой скоростью. Внутренний сосуд выполнены замкнутым, однако при этом сообщается с наружным сосудом калиброванными отверстиями. Расположение и величина отверстий должны обеспечивать необходимую скорость заполнения и опорожнения полости внутреннего сосуда, в зависимости от режима работы. Кроме того, в стенке внутреннего сосуда имеется отверстие с расположенным в нем штоком, связанным с нагнетательным клапаном. Наружный и внутренний сосуды с системой калиброванных отверстий и штоком образуют гидравлическое замковое устройство, запирающее нагнетательный клапан при достижении водой критического уровня. Автоматическое обновление запаса воздуха осуществляется специальным сливным клапаном, связанным с отсечным клапаном, установленным между воздушным колпаком и нагнетательным трубопроводом, и воздушным клапаном, установленным в верхней части воздушного колпака.

В технике известно использование свойства несжимаемости жидкости и эффекта прохождения жидкостей через калиброванные отверстия в различных гидравлических устройствах таких как гидравлические усилители, буферы, амортизаторы и т. д. Во всех этих механизмах за счет большого гидравлического сопротивления калиброванные отверстия обеспечивают гашение колебаний движущихся частей. Применение калиброванных отверстий для запирания подвижных элементов гидравлических машин автором не обнаружено. В предлагаемом изобретении ввиду чрезвычайной кратковременности срабатывания нагнетательного клапана (под действием гидроудара в подающем трубопроводе) имеется возможность использования ограниченной пропускной способности калиброванных отверстий для запирания гидравлической полости. Так, например, если хвостовик нагнетательного клапана известного гидротарана Трембовельского использовать в качестве штока в замкнутом сосуде, установленным соосно с нагнетательным клапаном возможно получение эффекта запирания полости замкнутого сосуда при движении нагнетательного клапана. Пока в полости сосуда находится воздух нагнетательный клапан будет беспрепятственно двигаться, выполняя свою функцию. Как только полость сосуда, через калиброванные отверстия, заполнится водой произойдет гидравлическое запирание полости, шток перестанет двигаться и запрет, таким образом, нагнетательный клапан.

В качестве примера конкретного исполнения рассмотрим следующую конструкцию.

На фиг. 1 изображен гидравлический таран в режиме нагнетания воды, на фиг. 2 показан режим запирания нагнетательного клапана и нагнетательного трубопровода и начало опорожнения воздушного колпака,

где:

1. Подающий трубопровод;

2. Ударный клапан;

3. Нагнетательный клапан;

4. Воздушный колпак;

5. Наружный сосуд;

6. Внутренний сосуд с калиброванными отверстиями;

7. Нагнетательный трубопровод;

8. Сливной клапан;

9. Отсечной клапан;

10. Воздушный клапан;

11. Сифонная трубка.

В представленном гидравлическом таране имеется подающий трубопровод 1 с ударным клапаном 2. Полость подающего трубопровода 1 через нагнетательный клапан 3 сообщается с полостью воздушного колпака 4. В воздушном колпаке 4 установлен наружный сосуд 5 в виде открытого сверху стакана, причем положение его верхней кромки может регулироваться по высоте. Внутри наружного сосуда 5 расположен внутренний сосуд 6 в виде замкнутого стакана с калиброванными отверстиями на боковой и верхней поверхностях. В нижней торцовой стенке внутреннего сосуда 6 имеется отверстие, в котором располагается шток, связанный с нагнетательным клапаном 3. Воздушный колпак 4 соединяется с потребителем посредством нагнетательного трубопровода 7. Сливной клапан 8, связанный с отсечным клапаном 9, сообщает полость воздушного колпака 4 со сливом. Отсечной клапан 9 установлен между воздушным колпаком 4 и нагнетательным трубопроводом 7. В верхней части воздушного колпака 4 расположен воздушный клапан 10. Через стенку наружного сосуда 5 перекинута сифонная трубка 11, причем ее колено находится на уровне верхней кромки наружного сосуда 5, а концы ее ветвей находятся ниже уровня верхнего калиброванного отверстия внутреннего сосуда 6.

Гидравлический таран работает следующим образом: при возникновении в подающем трубопроводе 1 гидравлического удара, созданного ударным клапаном 2, нагнетательный клапан 3 пропускает часть воды в воздушный колпак 4. Нагнетательный клапан 3 работает в режиме нагнетания до тех пор, пока количество воздуха в воздушном колпаке 4 достаточно для устойчивой работы тарана. Достаточное количество воздуха определяется уровнем воды в воздушном колпаке 4 и регулируется высотой установки верхней кромки наружного сосуда 5. Как только уровень воды в воздушном колпаке 4 становится выше уровня верхней кромки наружного сосуда 5 происходит заполнение его полости и полости внутреннего сосуда 6 через калиброванные отверстия. Вследствие несжимаемости воды и незначительной пропускной способности калиброванных отверстий происходит запирание нагнетательного клапана 3, направляющий шток которого находится в полости внутреннего сосуда 6. Поступление воды в воздушный колпак 4 прекращается. Возникающий перепад давлений между полостью воздушного колпака 4 и нагнетательным трубопроводом 7 приводит к открытию сливного клапана 8, одновременно отсекающего нагнетательный трубопровод 7 от воздушного колпака 4, посредством отсечного клапана 9. Происходит свободный слив воды из воздушного колпака 4, при этом идет пополнение запаса воздуха через воздушный клапан 10. Уровень воды в наружном сосуде 5 снижается значительно медленнее, так как слив осуществляется через сифонную трубку 11, которая имеет определенную пропускную способность. Все это приводит к тому, что нагнетательный клапан 3 остается закрытым до полного опорожнения воздушного колпака 4. Когда уровень воды в сосуде 5 снизится до уровня верхнего калиброванного отверстия внутреннего сосуда 6 начнется опорожнение полости внутреннего сосуда 6, что приведет к разблокированию нагнетательного клапана 3. Таран начнет подавать воду в воздушный колпак 4. Пропускная способность нагнетательного клапана 3 выше пропускной способности сливного клапана 8, вследствие чего происходит повышение уровня воды и повышение давления в воздушном колпаке 4. При достижении достаточного для нагнетания давления, сливной клапан 8 закрывается, открывая при этом отсечной клапан 9. Таран работает в нормальном режиме нагнетания до момента, когда потребуется следующее обновление запаса воздуха, после чего цикл повторяется. Таким образом, обеспечивается автоматическое пополнение воздуха в воздушном колпаке, уменьшая тем самым расходы на проведение регламентных работ и обслуживание гидротаранных установок.