Гидравлический таран (рис. 1), который изобрел И.Велзел, имеет одно неоспоримое преимущество: он смонтирован из деталей, которые можно приобрести в магазинах металлоизделий и без большого труда переделать и смонтировать в соответствии с инструкцией. Достоинства гидравлического тарана, кроме того, заключаются в том, что он фактически не требует ремонта и особого обслуживания, а также и в том, что его эксплуатация может быть непрерывной. Благодаря этому с помощью тарана можно подавать на садовый участок большое количество воды, которой будет вполне достаточно для пополнения виды в бассейне, для полива садово-огородных растений и т.п.; необходимо только устроить для поступающей воды отводной канал, который может стать украшением садового участка. И, наконец, еще одно преимущество: эксплуатация оборудования не требует дополнительных расходов.
Принцип работы гидравлического тарана основывается на использовании энергии гидравлического удара, который возникает в результате внезапной остановки воды, текущей по трубопроводу, для образования давления нагнетания. Напорная вода в трубопроводе протекает вокруг открытой заслонки разрядного вентиля (который выдерживает гидростатическое давление воды), пока не наберет достаточно скорости, чтобы открыть клапан и закрыть выпуск воды. Возникший гидравлический удар приоткроет обратный вентиль, и определенное количество воды проникнет в воздухоотвод (вантуз). Когда энергия гидравлического удара израсходуется, в трубопроводе восстановится нормальное давление и заслонка разрядного вентиля благодаря собственной массе опять упадет. Вода снова начнет вытекать из трубопровода, пока скорость ее не увеличится до такой степени, что заслонка закроется, и процесс повторится. Через определенное время давление воздуха в воздухоотводе возрастет настолько, что поднимет воду в резервуар, расположенный намного выше. Из этого напорного резервуара вода распределяется и используется по назначению. Производительность оборудования зависит от перепада высот, притока воды и высоты ее подачи в распределительный резервуар. Для обычных практических целей достаточно перепада Н примерно 1-2 м для подъема воды на высоту 10-15 м. С увеличением высоты объем поступающей воды уменьшается (рис. 2).
Рис. 2. Схема действия гидравлического тарана
Конструкция гидравлического тарана очень проста, и все оборудование из небольшого числа деталей можно смонтировать из материалов, обычно имеющихся в продаже.
Основным элементом оборудования является чугунный патрубок 1 с внутренней резьбой 1,5 дюйма, в который ввинчены три ниппеля 2 с наружной резьбой. На патрубок насажен овальный фланец 7, на котором смонтирован обратный вентиль 8, скрепленный винтом 18 с овальной муфтой всасываюшего клапана насоса 9. К буртику всасывающего клапана насоса подогнана трубка 10 из пластика, которая образует воздухоотвод, закрытый сверху резиновой прокладкой 11 и стальной пластинкой 12. Пластинка скрепляется с крышкой насоса 9 болтами 15. В отверстие впускного патрубка в крышке насоса ввинчена напорная трубка 13, заканчивающаяся резьбовым соединением 14. На впускном конце патрубка 1 имеется резьбовое соединение 4 для подсоединения подводящего трубопровода. На противоположном конце патрубка 1 на ниппеле 2 укреплено колено 5. В другой конец патрубка 1 вставлен хомутом вниз поршень насоса 6 с разрядным клапаном.
Сборка. При сборке гидравлического тарана необходимо следить за тем, чтобы все соединения были полностью герметизированы. Резьбовые соединения необходимо очистить, тщательно обернуть паклей и зачистить проволочной щеткой по направлению резьбы. Чтобы отдельные волокна располагались по резьбе и чтобы пенька при завинчивании не лохматилась (рис. 3). Ниппель 2 с коленом 5 соединяется жестко. По длине резьбы ниппеля внутренняя поверхность колена из твёрдого пластика обрабатывается напильником, резьба ниппеля тщательно очищается и обезжиривается ацетоном. Соединение закрепляется с помощью эпоксидного клея. Те же операции производятся при укладке прокладки 3 в овальную муфту 7. После затвердения клея должна образоваться гладкая поверхность. Неровности снимаются напильником для обеспечения герметичности и надежной работы обратного вентиля 8. В его центральное отверстие вкладывается болт М8 х 20 и кожаные уплотнители закрепляются между двумя прокладками гайкой М8. Благодаря этому обеспечивается надежная герметизация вентиля. Свободный ход кожаного клапана обеспечивается правильной центровкой второй овальной муфты.
Рис. 3. Детали конструкции
Конец трубки 10, которая образует воздухоотвод, необходимо аккуратно нагреть над пламенем по длине примерно 2 см и в размягченном состоянии надеть на буртик всасывающего клапана 9. Для осуществления этой операции необходимо совместить концы деталей таким образом, чтобы они были соединены без перекоса. После окончания сборки соединение покрывается уплотнительной мастикой. Второй конец воздухоотвода закрыт резиновой прокладкой 11 и пластинкой 12 и закреплен болтом 15, который необходимо аккуратно и равномерно затянуть. Во впускном патрубке клапана 9 необходимо имеющееся отверстие рассверлить до диаметра 19 мм и нарезать резьбу для напорной трубки 13, заканчивающейся винтовым соединением 14 для подсоединения напорного трубопровода. От степени герметизации воздухоотвода зависит эффективность работы всего оборудования.
В качестве разрядного вентиля 6 служит перевернутый поршень ручного насоса <Стандарт>. Поршень демонтируется, с него снимается кожаная уплотнительная манжета (которая нам уже не понадобится), и поршень вновь собирается. Теперь он состоит из трех деталей: подвесного хомута 6-а, разрядной заслонки 6-б с тремя центрирующими фальцами и винтового ниппеля 6-в с кожаной седелкой. Хомут 6-а имеет расположенное в центре отверстие диаметром 13 мм (для поршневого стержня насоса <Стандарт>) с внутренней, резьбой. Хомут диаметром 63 мм вставляется в колено 5, в котором закрепляется эпоксидным клеем. Собранная деталь в колене 5 закрепляется четырьмя винтами 21, которые одновременно удерживают ниппель 6-в от произвольного смещения. Другие конструкции поршня насоса, например с нейлоновой манжетой вместо кожаной или с креплением поршневого стержня к вилке на штифт, не соответствуют функциям разрядного вентиля.
Разрядная заслонка 6-б имеет площадь примерно 19 см2 и ее вес соответствует гидростатическому давлению, равному 1 м падения воды, в этом случае заслонка работает без дополнительных переделок. При большем перепаде высот необходимо незначительно увеличить вес заслонки, приварив или привинтив дополнительный груз между фальцами или к нижнему краю заслонки (свинцовый кружок).
Дополнительное оборудование. Подводящий напорный трубопровод должен иметь диаметр в свету не менее 50 мм. Нашей цели наиболее соответствуют трубы из твердого пластика. Они легки, не засоряются и не требуют антикоррозийного покрытия. Кроме того, они достаточно упруги, и их можно соединять без особых усилий. Пилкой для металла нарезаются соединительные трубки длиной примерно 20 см, а их внутренние кромки запиливаются. Концы соединительных трубок по длине 4 см нагреваются при непрерывном вращении над пламенем, пока материал равномерно не размягчится. Затем соединительная трубка надевается на конец трубы и охлаждается.
Такая же операция производится и для подсоединения другой трубы. Получившееся соединение полностью герметично и достаточно прочно, однако трубы можно разъединить, вращая их вокруг оси. В случае необходимости трубы можно соединить постоянно, применив клей для изделий из пластмасс. Такая же последовательность операций при монтаже труб диаметром от 12,7 до 19 мм.
Впускное отверстие для воды нужно оборудовать простым коллектором с решетами и ситом для предотвращения проникновения грязи в гидравлический таран. Для того чтобы оборудование было достаточно эффективно, длина подводящего напорного трубопровода не должна превышать 20 м. Количество гидравлических ударов на разрядном вентиле обратно пропорционально длине трубопровода; нарастание давления в результате гидравлических ударов волнообразно распространяется против движения воды, и новый гидравлическим удар не может возникнуть, пока не иссякнет энергия предыдущего. Если впускное отверстие для волы в коллекторе нельзя закрывать заслонкой или другим запорным устройством, то перед гидравлическим тараном необходимо поставить запорную задвижку. В зависимости от местных условий гидравлический таран можно стационарно поставить на бетонное основание или же он может быть переносным, но в любом случае необходимо выбрать для его установки подходящее место. Нельзя забывать об устройстве отводного канала для воды, которая периодически вытекает из зарядного вентиля.
Производительность. Исходя из опытных данных, мы составили табличку, по которой в зависимости от различных условий можно ориентировочно установить производительность оборудования.
Покажем на примере, как пользоваться табличкой. Так, нам необходимо определить количество поступающей воды g (л/мин), если высота падения воды к гидравлическому тарану равна Н = 1,5 м, приток боды Q (л/мин) составляет 12 л/мин, а необходимая высота подъема воды (напор) h(м) равняется 9 м.
Для соотношения h/H, т.е. 9 : 1,5 = 6, находим в табличке соотношение g/Q = 0,095.
Потом g = 0,095. Q = 0,095 x 12 = 1,04 л/мин. Другими словами, за 1 мин. оборудование будет подавать на высоту 9 м 1,04 л воды. Если минутная производительность может быть и мала, то автоматическая подача воды за сутки (для приведенного примера 1500 л) очень значительна и воду можно использовать для самых различных целей.
Автор: И. Велзел