7.5. Гидравлический таран

В настоящее время особый интерес представляют неэнергоемкие механизмы, в частности для водоснабжения. Одним из таких механизмов является гидравлический таран, в котором процессы, происходящие при гидравлическом ударе, используются для подъема воды.

Гидравлический таран состоит (рис. 9.22) из ударного клапана 1, нагнетательного клапана 2, воздушного колпака 3. Через питающую трубу 4 таран соединяется с бассейном 5, через нагнетательный трубопровод 6 – с приемным резервуаром 7.

Представим, что в начальный момент времени нагнетательный и ударный клапаны закрыты, избыточное давление в воздушном колпаке , а вода в питающей трубе 4 неподвижна. Для того чтобы таран начал автоматически работать, необходимо резко открыть ударный клапан 1. Через клапан начнется истечение воды, скорость которой вследствие инерции воды, находящейся в питающей трубе 4, будет постепенно увеличиваться от нуля в первоначальный момент времени до какой-то конечной величины , стремясь в пределе к скорости установившегося движения  , соответствующей напору Н₁ и гидравлическим сопротивлениям системы «питательный трубопровод – ударный клапан».

С увеличением скорости истечения гидродинамическое давление, действующее снизу вверх на ударный клапан, будет увеличиваться. Когда сила гидродинамического давления превысит вес клапана, он резко закроется. Произойдет гидравлический удар, давление в трубе 4 перед нагнетательным клапаном повысится до некоторого значения , нагнетательный клапан 2 откроется и вода под повышенным давлением начнет поступать в воздушный колпак 3, сжимая в нем воздух. Из воздушного колпака вода по нагнетательному трубопроводу 6 поступит в приемный резервуар 7. В момент закрытия ударного клапана 1 в питающей трубе 4 начнется волновой процесс, который приведет к уменьшению скорости и изменению давления в питающем трубопроводе 6. В связи с этим спустя некоторое время после закрытия ударного клапана давление в питательном трубопроводе падает, нагнетательный клапан 2 закрывается, а ударный клапан 1 автоматически открывается; начинается новый цикл, протекающий так же, как и первый. Таран начинает работать автоматически, подавая воду определенными порциями в воздушный колпак, который сглаживает изменение скорости нагнетаемой воды, обеспечивая сравнительно равномерное движение (во времени) в нагнетательном трубопроводе. Таран непосредственно использует энергию падающей воды для подъема части этой воды на необходимую высоту.

Если через Q₁ обозначить расход воды, сбрасываемой через ударный клапан 1, а через Q₂ – расход, поступающий в приемный резервуар, то коэффициент полезного действия таранной установки выразится отношением:

.

Такие простые установки, какими являются гидравлические тараны, могут обеспечивать подъем воды на высоту . При этом рас­ход , а коэффициент полезного действия . Надо отметить, что при работе гидравлического тарана весьма велики непроизводительные потери воды.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Пример 1. Расход воды по стальному сифонному трубопроводу (рис. 9.33) с эквивалентной шероховатостью  = 0,4 мм, диаметром d = 25 мм и общей длиной l = 12 м, Q = 1,0 л/с. Температура воды t = 20 С.

Определить потребный напор Н и давления в наивысшей точке сифона (сечение 3-3), если z = 4 м, l₁ = 4,5 м. Потерей напора в плавном закруглении пренебречь.