RU2531672C1

RU2531672C1 - Method of air inflating into air case of hydraulic ram pump

Info

Publication number: RU2531672C1
Application number: RU2013139819/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Голубенко
Original assignee: Михаил Иванович Голубенко
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2014-10-27

Abstract

FIELD: motors and pumps.

SUBSTANCE: method of air inflating into air case 5, 6 of hydraulic ram pump consists in that air is supplied into the working camera 11, 12 of the working section 3, 4 of the supply pipeline connected with the air case 5, 6, and air flow rate through the air duct tube 13, 14 is monitored, one end of which is connected with the active nozzle 9, 10 of the working camera 11, 12, and another one - with atmosphere. At the moment of achieving of preset air volume in the case 5, 6, corresponding to the pressure head operating mode, air supply is stopped. Air source is designed as an air trap camera 21, 22, with the working camera 11, 12 and by means of the water discharge tube 31, 32, with the executive unit 33, 34 with the valves 35, 36 with the air case 5, 6. The end of the supply pipeline is located in front of the case 5, 6.

EFFECT: increase of hydraulic ram pump output.

2 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции гидравлических таранов, и может быть использовано при проектировании и производстве водоподъемных устройств в системе мелиорации и водного хозяйства без дополнительных источников энергии для подачи воздуха в воздушный колпак гидротарана.The invention relates to pump engineering, in particular to the design of hydraulic rams, and can be used in the design and manufacture of water-lifting devices in land reclamation and water management without additional energy sources for supplying air to the hydraulic ram cap.

Воздушно-гидравлическая подкачка колпака гидротарана является неотъемлемым признаком переходных режимов работы, причинами которого является вакуум эжектируемой пассивной среды в виде воздуха, поступающего во входном участке трубы.Air-hydraulic pumping of the ram cap is an integral sign of transient operation modes, the reasons for which is the vacuum of an ejected passive medium in the form of air entering the inlet section of the pipe.

Известен гидропневматический таран, содержащий рабочую камеру с ударным и нагнетательным клапанами, основной воздушный колпак с нагнетательным патрубком и обратный клапан и емкостью, которая имеет напорный водовод (Авторское свидетельство СССР №1328588, кл. F04F 7/02, 1987).Known hydropneumatic ram containing a working chamber with shock and discharge valves, the main air cap with a discharge pipe and a check valve and a container that has a pressure pipe (USSR Author's Certificate No. 1328588, class F04F 7/02, 1987).

Недостатком известного гидропневматического тарана является отсутствие согласованности работы ударного и нагнетательного клапанов, так как при гидроударе возникает отраженная ударная волна, распространяющаяся вдоль подающего трубопровода и приводящая к снижению надежности из-за частой смены сжатия и вновь открытия ударного клапана при наличии пружины, что и приводит к поломке ее и замене последней.A disadvantage of the well-known hydropneumatic ram is the lack of coordination between the shock and pressure valves, since during shock there is a reflected shock wave that propagates along the supply pipe and leads to a decrease in reliability due to the frequent change of compression and re-opening of the shock valve in the presence of a spring, which leads to breaking it and replacing the latter.

Основным недостатком также является то, что используется компрессор для подачи сжатого воздуха в колпак. Однако их производительность может намного превышать утечку воздуха при подаче воды при водоподъеме потребителю. Ясно, что их применение экономически не будет оправдано. Однако при этом приходится постоянно пополнять данный процесс в колпаке воздухом, в случае отсутствия данного действия происходит снижение производительности работы и КПД.The main disadvantage is that a compressor is used to supply compressed air to the hood. However, their performance can far exceed the air leakage during water supply during water supply to the consumer. It is clear that their use will not be economically justified. However, in this case, it is necessary to constantly replenish this process in the hood with air, in the absence of this action, a decrease in work productivity and efficiency occurs.

Известен также воздушный колпак гидротарана с подачей воздуха, заключающийся в том, что в воздушный колпак с впускным клапаном и впускным воздушным отверстием, соединенным для подачи воздуха в крышке корпуса (Авторское свидетельство СССР № 1224464, кл. F04F 7/02, 1986).Also known is the air cap of a ram with air supply, which consists in the fact that in an air cap with an inlet valve and an air inlet connected to supply air in the housing cover (USSR Author's Certificate No. 1224464, class F04F 7/02, 1986).

Недостатком известного устройства с искусственной подзарядкой воздушного колпака на сверхвысокое давление выполняется компрессором через винтовую пробку и в основном используется для перемещения поршня в корпусе гидротарана, а само воздушное пространство между поршнем и жидкостью не пополняется воздухом. Отсюда часть энергии непроизводительно теряется при гидравлическом ударе для подъема жидкости с горизонта в корпусе воздушного колпака. Поэтому и предлагается искусственная подзарядка компрессора через винтовую пробку в крышке. Однако применение компрессора экономически не будет оправдано, что приводит к удорожанию эксплуатации гидротарана.A disadvantage of the known device with artificially charging the air cap to ultrahigh pressure is performed by the compressor through a screw plug and is mainly used to move the piston in the ram body, and the air space between the piston and the liquid is not replenished with air. From here, part of the energy is unproductively lost during a hydraulic shock to lift the fluid from the horizon in the air cap housing. Therefore, it is proposed to recharge the compressor artificially through a screw plug in the lid. However, the use of a compressor will not be economically justified, which leads to a higher cost of operation of the ram.

Общий анализ работы такого рода насосов по принципу действия показывает, что должен осуществляться обмен энергии между жидкостью и обеспечением эжектирования пассивной среды (воздуха).A general analysis of the operation of this kind of pumps according to the principle of action shows that an energy exchange should be carried out between the liquid and ensuring the ejection of a passive medium (air).

Задачей изобретения является повышение производительности гидротарана.The objective of the invention is to increase the productivity of ram.

Для решения поставленной задачи в способе подкачки воздуха в воздушный колпак гидротарана, заключающемся в том, что в воздушный колпак подают воздух, воздух подают в рабочую камеру участка подающего трубопровода, сообщенного с воздушным колпаком, и контролируют расход воздуха, проходящего через воздуховодную трубку, один конец которой сообщают с активным соплом рабочей камеры, а другой - с атмосферой, причем в момент достижения заданного объема воздуха в колпаке, соответствующего напорному режиму работы, подачу воздуха прекращают, при этом источник воздуха выполняют в виде воздухоулавливающей камеры, которую сообщают с рабочей камерой и посредством воздухоотводной трубки, имеющей исполнительный блок с клапанами, с воздушным колпаком, при этом конец подающего трубопровода располагают перед колпаком.To solve the problem in the method of pumping air into the air cap of the ram, which consists in the fact that air is supplied to the air cap, air is supplied to the working chamber of the supply pipe section in communication with the air cap, and one end of the air passing through the air duct is controlled which communicate with the active nozzle of the working chamber, and the other with the atmosphere, and at the moment of reaching a predetermined volume of air in the cap corresponding to the pressure mode of operation, the air supply is stopped, when th air source operates as vozduhoulavlivayuschey chamber which communicates with the working chamber and through the air extraction tube having an execution unit with valves, with an air cap, the end of the supply pipe to a hood.

Технический результат достигается за счет:The technical result is achieved due to:

- применения камеры смешивания, обеспечивающей узел воздухоулавливающей камеры;- use of a mixing chamber providing an air-collecting chamber assembly;

- наличие связи между исполнительным блоком и колпаком обеспечивается совместной работой камеры смешивания и воздухоулавливающей камеры.- the presence of communication between the executive unit and the cap is ensured by the joint operation of the mixing chamber and the air collecting chamber.

Такой способ подкачки воздуха импульсами обеспечивает увеличение коэффициента эжекции и повышает производительность гидротарана, т.е. с обязательной периодической подкачкой в воздушный колпак воздуха. Подкачка воздуха осуществляется с помощью впуска жидкости в камеру смешения, обеспечивается эжектирование пассивной среды (атмосферного воздуха). В это время за счет истечения жидкости давление перед соплом падает, далее жидкость и поступление воздуха по напорному участку трубопровода поступает в воздухоулавливающую камеру на падающем трубопроводе и соединенную с воздушным колпаком посредством воздухоотводной трубки, имеющим исполнительный блок с клапанами и датчиком давления. Датчик давления воздуха установлен на корпусе в верхней части воздушного колпака. При подаче воздуха контролируют датчиком давление воздуха в колпаке. Ориентируясь по этим показаниям, в каждый момент времени определяют объем заполняемого воздуха в полости колпака через управляемый клапан на воздухоотводной трубке. Таким образом, объем воздуха увеличивается и автоматически пополняет необходимый объем воздуха после сработки гидротарана, что в конечном итоге он начинает работать в более эффективном водоподъеме жидкости и увеличивает производительность при длительном использовании гидротарана. При резком повышении давления при гидроударе и заполнении жидкости колпака через обратный клапан воздух сжимается и демпфирует повышение давления в колпаке. Подкачка атмосферного воздуха предложенным способом существенно упрощает конструкцию гидротарана и его эксплуатацию. Автоматизировав управление клапана при помощи исполнительного блока подачи воздуха, через воздухоулавливающую камеру на подающем трубопроводе, можно предположить, что такое устройство найдет применение в практике. Поэтому отсутствие применения компрессора для подкачки воздуха в колпак экономически будет оправдано.This method of pumping air with pulses provides an increase in the ejection coefficient and increases the productivity of the ram, i.e. with obligatory periodic pumping into the air hood. The air is pumped by means of a fluid inlet into the mixing chamber, and an ejection of a passive medium (atmospheric air) is ensured. At this time, due to the outflow of liquid, the pressure in front of the nozzle drops, then the liquid and air flow through the pressure section of the pipeline enters the air recovery chamber on the falling pipe and is connected to the air cap by means of an air exhaust pipe having an actuating unit with valves and a pressure sensor. An air pressure sensor is installed on the housing at the top of the air cap. When air is supplied, the sensor controls the air pressure in the hood. Based on these indications, at each instant of time, the volume of filled air in the cap cavity is determined through a controllable valve on the vent pipe. Thus, the volume of air increases and automatically replenishes the required volume of air after the ram has been activated, which ultimately begins to work in a more efficient lifting of the liquid and increases productivity with prolonged use of the ram. With a sharp increase in pressure during water hammer and filling of the cap fluid through the non-return valve, the air is compressed and dampens the increase in pressure in the cap. The pumping of atmospheric air by the proposed method greatly simplifies the design of the ram and its operation. By automating the control of the valve by means of an executive air supply unit, through an air collecting chamber on the supply pipe, it can be assumed that such a device will find application in practice. Therefore, the absence of a compressor for pumping air into the hood will be economically justified.

Таким образом, новое техническое решение является менее затратным, надежным и делает работу гидранта с высоким КПД.Thus, the new technical solution is less costly, reliable and makes the hydrant work with high efficiency.

Устройство имеет линейное расположение, обусловленное к привязке к гидравлическому тарану.The device has a linear arrangement due to binding to a hydraulic ram.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема способа подкачки воздуха в воздушный колпак гидротарана; на фиг. 2 изображена схема гидротарана, общий вид.In FIG. 1 is a schematic diagram of a method for pumping air into an air cap of a ram; in FIG. 2 shows a diagram of a hydraulic ram, general view.

Способ подкачки воздуха в воздушный колпак гидротарана содержит подающий трубопровод 1 и сливной трубопровод 2, первый из которых имеет рабочие участки 3 и 4, подсоединенные каждый к воздушному колпаку 5 и 6, снабженные нагнетательными клапанами 7 и 8, при этом сами рабочие участки труб 3 и 4 содержат переходные трубы с активными соплами 9 и 10 соответственно с рабочими камерами 11 и 12, последние сообщены с атмосферой посредством воздуховодных трубок 13 и 14 с обратными клапанами 15 и 16, и клапанами 17 и 18, сообщенными с атмосферой. Рабочие камеры 11 и 12 соединены трубами 19 и 20 в виде диффузоров с источником воздуха, выполненных в виде воздухоулавливающих камер 21 и 22 на отводящих водоводах 23 и 24, подсоединенных к патрубкам 25 и 26, встроенных в герметичный корпус 27. Воздухоулавливающие камеры 21 и 22 сообщены с воздушными колпаками 5 и 6 посредством воздухоотводных трубок 31 и 32, имеющими исполнительный блок 33 и 34 с.клапанами 35 и 36. В верхней части колпаков 5 и 6 установлены датчики давления 37 и 38, связанные с воздушным колпаком.The method of pumping air into the air cap of the ram contains a supply pipe 1 and a drain pipe 2, the first of which has working sections 3 and 4, each connected to an air cap 5 and 6, equipped with discharge valves 7 and 8, while the working sections of the pipes 3 and 4 contain adapter tubes with active nozzles 9 and 10, respectively, with working chambers 11 and 12, the latter being in communication with the atmosphere through air ducts 13 and 14 with check valves 15 and 16, and valves 17 and 18 in communication with the atmosphere. The working chambers 11 and 12 are connected by pipes 19 and 20 in the form of diffusers with an air source, made in the form of air-collecting chambers 21 and 22 on the outlet ducts 23 and 24, connected to the nozzles 25 and 26, built into the sealed housing 27. Air-collecting chambers 21 and 22 communicated with the air caps 5 and 6 by means of air tubes 31 and 32 having an actuating unit 33 and 34 with valves 35 and 36. In the upper part of the caps 5 and 6, pressure sensors 37 and 38 are connected to the air cap.

Криволинейные ударные клапана 28 и 29 выполнены из листового материала с резиновыми уплотнениями, включающими ось привода 30 поворота привода. Механизм управления включает нижний двухконсольный рычаг 39, к плечам которого прикреплены рычаги 40 и 41. Рычаги 40 и 41 шарнирно связаны с тягами 42 и 43, шарнирно соединенными с верхним двухконсольным рычагом 44, размещенным на оси 45 поворота, на котором закреплена поворотная ручка 46 с фиксатором, например, в виде стопорного винта (не показано). На крышке 47 герметичного корпуса 27 выполнены углубления 48, соответствующие числу положений перекрытия сечений выпускных отверстий патрубков 25 и 26 с криволинейными ударными клапанами 28 и 29. Каждый патрубок 25 и 26 с внешней стороны имеет фиксаторы 49 и 50, профиль которого равный криволинейному ударному клапану и сдвинут на величину в соответствии с размерами перекрываемых отверстий патрубков 25 и 26.Curved shock valves 28 and 29 are made of sheet material with rubber seals, including the axis of the actuator 30 of rotation of the actuator. The control mechanism includes a lower two-console lever 39, to the shoulders of which levers 40 and 41 are attached. The levers 40 and 41 are pivotally connected to the rods 42 and 43, pivotally connected to the upper two-console lever 44 located on the pivot axis 45, on which the rotary handle 46 is fixed a latch, for example, in the form of a locking screw (not shown). On the cover 47 of the sealed housing 27, recesses 48 are made corresponding to the number of overlapping positions of the outlet openings of the nozzles 25 and 26 with curved shock valves 28 and 29. Each pipe 25 and 26 on the outside has latches 49 and 50, the profile of which is equal to the curved shock valve and shifted by an amount in accordance with the size of the overlapping holes of the nozzles 25 and 26.

Воздушные колпаки 5 и 6 снабжены перепускными клапанами 51 и 52 и соединены также водоподающими трубами 53 и 54 через трубу 55 с водонапорной емкостью 56.The air caps 5 and 6 are equipped with bypass valves 51 and 52 and are also connected by water supply pipes 53 and 54 through the pipe 55 with a water tank 56.

Дополнительно может устанавливаться телемеханический привод для дистанционного управления поворотной ручкой 46, установленной между электромагнитами (на чертеже не показано для упрощения).Additionally, a telemechanical actuator can be installed for remote control of the rotary knob 46 installed between the electromagnets (not shown in the drawing for simplicity).

Способ подкачки воздуха в воздушный колпак гидротарана работает следующим образом.The method of pumping air into the air cap of the ram is as follows.

Если согласно показанию датчика 37 создаются условия, обеспечивающие возникновение и устойчивое существование напорного режима, например, в колпаке 5, то в исходном состоянии при движении жидкости в подающем трубопроводе 1 и через рабочий участок 3, включающий переходную трубу с соплом 9, камеру 11, трубу 19 в виде диффузора и далее через отводящий водовод 23 вода транзитом поступает через выходное отверстие патрубка 25 в герметичный корпус 27 и в сливной трубопровод 2. Жидкость, проходя через переходную трубу с активным соплом 9 в камеру 11, далее поступает в трубу 19 в виде диффузора, смешивается с атмосферным воздухом за счет обеспечения эжектирования пассивной среды (атмосферного воздуха) и истечения жидкости, давление в камере 11 падает перед соплом 9 (повышается величина рабочего вакуума), обратный клапан 15 открывается и атмосферный воздух поступает в камеру 11, т.е. во входной части камеры 11 формируется вакуум, и устройство начинает работать при открытии клапана 17. Воздух из атмосферы засасывается в рабочую камеру 11 и при движение жидкости через трубу 19 диффузора жидкость поступает в воздухоулавливающую камеру 21 и воздух скапливается в верхнем сечении камеры 21, чему способствует форма камеры, через воздухоотводную трубку 31 при помощи исполнительного блока 33 открывают клапан 35 на воздухоотводной трубке 31 и осуществляют подачу воздуха, например, в воздушный колпак 5, в результате чего в нем происходит подкачка воздуха до расчетного давления, регистрируемого датчиком 37 давления. После заполнения воздухом до расчетного давления исполнительный блок 33 подает команду на закрытие клапана 35 на воздухоотводной трубке 31 и прекращает подачу воздуха в верхнюю часть колпака 5, регистрируемого датчиком 37 давления, в результате чего последний готов к приему жидкости при создании гидроудара в рабочем участке 3, за счет закрытия ударного клапана 28 образуется гидроудар. По мере повышения напора жидкость через нагнетательный клапан поступает в один из воздушных колпаков 5, в котором обеспечивается сохранение воздуха в колпаке гидравлического тарана. Образуется воздушная подушка, которая возникает за счет сжатия дополнительного накопившегося атмосферного воздуха, а также выделяемого из жидкости, т.е. дополнительная накопленная энергия воздуха в колпаке 5 начинает работать в более эффективном режиме гидравлического тарана для подачи жидкости в водонапорную емкость 56 потребителя на более высокую высоту подъема.If, according to the indication of the sensor 37, conditions are created that ensure the emergence and stable existence of a pressure mode, for example, in cap 5, then in the initial state when the liquid moves in the supply pipe 1 and through the working section 3, including a transition pipe with a nozzle 9, a chamber 11, a pipe 19 in the form of a diffuser and then through the outlet conduit 23, water in transit enters through the outlet of the nozzle 25 into the sealed housing 27 and into the drain pipe 2. The liquid passing through the adapter pipe with the active nozzle 9 into the chamber 11, then enters the pipe 19 in the form of a diffuser, mixes with atmospheric air due to the provision of ejection of a passive medium (atmospheric air) and liquid outflow, the pressure in the chamber 11 drops in front of the nozzle 9 (the working vacuum increases), the non-return valve 15 opens and atmospheric air enters camera 11, i.e. a vacuum is formed in the inlet of the chamber 11, and the device starts to work when the valve 17 is opened. Air from the atmosphere is sucked into the working chamber 11 and when the liquid moves through the diffuser pipe 19, the liquid enters the air collecting chamber 21 and the air accumulates in the upper section of the chamber 21, which contributes to the shape of the chamber, through the vent pipe 31 using the actuating unit 33 open the valve 35 on the vent pipe 31 and supply air, for example, to the air cap 5, as a result of which it occurs pumping air to the design pressure detected by the pressure sensor 37. After filling with air to the calculated pressure, the actuating unit 33 instructs to close the valve 35 on the vent pipe 31 and stops the air supply to the upper part of the cap 5 registered by the pressure sensor 37, as a result of which the latter is ready to receive liquid when creating a water hammer in the working section 3, by closing the shock valve 28, a water hammer is formed. As the pressure increases, the liquid through the discharge valve enters one of the air caps 5, in which air is retained in the cap of the hydraulic ram. An air cushion is formed, which occurs due to compression of the additional accumulated atmospheric air, as well as released from the liquid, i.e. additional accumulated energy of the air in the cap 5 starts to work in a more efficient mode of the hydraulic ram to supply liquid to the consumer's water tank 56 to a higher lifting height.

После того, как сработает один из воздушных колпаков 5 гидравлического тарана, в такой же последовательности продолжается процесс во втором воздушном колпаке 6, т.е. рабочий цикл повторяется. При этом исполнительный блок 34 с клапаном 36 на воздухоотводной трубке 32 включается в работу с воздушным колпаком 6.After one of the air caps 5 of the hydraulic ram works, the process continues in the same sequence in the second air cap 6, i.e. duty cycle is repeated. In this case, the actuating unit 34 with the valve 36 on the vent pipe 32 is included in the operation with the air cap 6.

Подача воздуха в трубу 19 или 20 в виде диффузора смешения обеспечивает увеличение скапливания в верхнем сечении воздухоулавливающих камер 21 или 22 готовых в любой момент подкачки воздуха для воздушных колпаков 5 или 6 при помощи исполнительных блоков 33 или 34 с клапанами 35 или 36 на воздухоотводных трубках 31 или 32, соответственно, с установленными датчиками давления воздуха 37 или 38.The air supply to the pipe 19 or 20 in the form of a mixing diffuser increases the accumulation of air in the upper section of the air collection chambers 21 or 22, which are ready at any time to pump air for air caps 5 or 6 using actuating units 33 or 34 with valves 35 or 36 on the vent pipes 31 or 32, respectively, with installed air pressure sensors 37 or 38.

Впуск и защемление воздуха в колпаках 5 или 6 может оказаться весьма эффективным средством способа подкачки атмосферного воздуха в колпаки 5 и 6 гидротарана. Комплексный подход в работе гидравлического тарана состоит в установлении особенностей способа функционирования элементов устройства в одно целое и согласованности узла работы при помощи исполнительного блока, повышение производительности и надежности гидротарана.The intake and trapping of air in the caps 5 or 6 can be a very effective means of pumping atmospheric air into the caps 5 and 6 of the ram. An integrated approach in the operation of a hydraulic ram consists in establishing the features of the method of functioning of the elements of the device as a whole and the coordination of the work unit with the help of the executive unit, increasing the productivity and reliability of the ram.

Применение предлагаемого способа подкачки воздуха в воздушный колпак позволяет отказаться от дополнительного компрессора и сложности в его применении экономически на режим работы гидротарана.The application of the proposed method of pumping air into the air cap allows you to abandon the additional compressor and the difficulty in its application economically on the mode of operation of the ram.

Claims

The method of pumping air into the air cap of the ram, wherein air is supplied to the air cap, characterized in that the air is supplied to the working chamber of the working section of the supply pipe in communication with the air cap, and one end of the air flow through the air tube is controlled which communicate with the active nozzle of the working chamber, and the other with the atmosphere, and at the moment of reaching a predetermined volume of air in the cap corresponding to the pressure mode of operation, the air supply is stopped, while Air operate as a regular enrollment vozduhoulavlivayuschey chamber which communicates with the working chamber and through the air extraction tube having an execution unit with valves, with an air cap, the end of the supply pipe to a hood.