RU95765U1

RU95765U1 - HYDROTARAN, STABILIZING HYDROBAR

Info

Publication number: RU95765U1
Application number: RU2009136253/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Павлов
Original assignee: Николай Николаевич Павлов; Горбачева Елена Петровна; Ялышев Руслан Ряшидович
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2010-07-10

Abstract

1. Гидротаран, стабилизирующий удар, характеризующийся тем, что содержит подающий трубопровод, проходящий через приемную камеру с нагнетательным патрубком, при этом приемная камера заполнена газовой средой и содержит, по меньшей мере, один внутрикамерный клапан, расположенный в газовой среде, а подающий трубопровод содержит, по меньшей мере, одно отверстие, находящееся на участке трубопровода, расположенном в объеме приемной камеры и предназначенное для выпуска избытка жидкости, также на подающем трубопроводе установлен, по меньшей мере, один запорный клапан. ! 2. Гидротаран по п.1, характеризующийся тем, что приемная камера соединена через воздушный патрубок с компрессором. ! 3. Гидротаран по п.1, характеризующийся тем, что запорный клапан установлен в подающем трубопроводе до приемной камеры и/или после приемной камеры. ! 4. Гидротаран по п.1, характеризующийся тем, что подающий трубопровод выполнен в виде конусообразной трубы, сужающейся по ходу течения потока. ! 5. Гидротаран по п.1, характеризующийся тем, что подающий трубопровод выполнен в виде замкнутого контура с насосом для циркуляции жидкости и патрубком подачи воды с возможностью компенсации расхода. 1. Hydro-ram, stabilizing shock, characterized in that it contains a supply pipe passing through a receiving chamber with a discharge pipe, while the receiving chamber is filled with a gaseous medium and contains at least one in-chamber valve located in a gaseous medium, and the supply pipe contains at least one hole located in the pipeline located in the volume of the receiving chamber and designed to discharge excess fluid, at least at least one one shut-off valve. ! 2. Hydrotaran according to claim 1, characterized in that the receiving chamber is connected through an air pipe to a compressor. ! 3. The ram according to claim 1, characterized in that the shut-off valve is installed in the supply pipe to the receiving chamber and / or after the receiving chamber. ! 4. Gidrotaran according to claim 1, characterized in that the supply pipe is made in the form of a cone-shaped pipe, tapering along the stream. ! 5. The hydraulic ram according to claim 1, characterized in that the supply pipe is made in the form of a closed loop with a pump for circulating liquid and a water supply pipe with the possibility of flow compensation.

Description

Полезная модель относится к гидроэнергетике, в частности, к устройствам для подъема воды, основанных на использовании гидравлического удара, и может быть использовано в гидротранспортных системах и выработке электроэнергии.The utility model relates to hydropower, in particular, to devices for lifting water, based on the use of water hammer, and can be used in hydrotransport systems and power generation.

В настоящее время известны различные конструкции гидротаранов.Currently, various designs of rams are known.

Так, из описания к патенту РФ №2137949 (МПК 6; F04F7/02, опубликован 20.09.1999) известен подводный гидротаран может быть использован в конструкциях средств транспортирования жидкости, основанных на использовании гидравлического удара. Подающая труба с ударным клапаном сообщена с нагнетательной трубой посредством нагнетательного клапана и с баком возвратной воды посредством дополнительного нагнетательного клапана. Ударный клапан выполнен в виде двух дисков с совпадающими водопропускными отверстиями, соосно установленных на полом штоке, имеющем щелевидное направляющее отверстие, который размещен в подающей трубе с возможностью возвратно-поступательного движения. Один из дисков закреплен на штоке жестко, а другой установлен с возможностью осевого перемещения и поворота вокруг своей оси. Внутри штока установлен стержень-толкатель с головкой, один конец которого, подпружиненный со стороны штока, выполнен в контакте с поршнем. Поршень размещен в цилиндре, сообщенном с баком возвратной воды посредством питательной линии.So, from the description of the patent of the Russian Federation No. 2139949 (IPC 6; F04F7 / 02, published September 20, 1999), an underwater hydra-ram is known that can be used in the construction of fluid transport equipment based on the use of hydraulic shock. The supply pipe with a shock valve is in communication with the discharge pipe by means of a discharge valve and with the return water tank by means of an additional discharge valve. The shock valve is made in the form of two disks with matching culverts, coaxially mounted on a hollow rod having a slit-like guide hole, which is placed in the supply pipe with the possibility of reciprocating motion. One of the disks is fixed on the rod rigidly, and the other is mounted with the possibility of axial movement and rotation around its axis. Inside the rod there is a pusher rod with a head, one end of which, spring-loaded from the side of the rod, is made in contact with the piston. The piston is placed in a cylinder in communication with the return water tank through a feed line.

Кроме этого, из патента РФ №38204 (МПК 7: F04F 7/02, опубликован 27.05.2004) известен гидротаран, содержащий подающую трубу с ударным клапаном и сборником жидкости на выходе, диафрагменный насос, рабочая полость которого через обратные клапаны сообщена со сборником жидкости и нагнетательным патрубком, снабженным воздушным колпаком, Г-образный патрубок, установленный в подающей трубе и ориентированный в ней вдоль потока в сторону ударного клапана, при этом диафрагма насоса соосно соединена штоком с дополнительной диафрагмой большей площади, установленной в корпусе, жестко связанным с диафрагменным насосом, причем полость, образованная дополнительной диафрагмой и корпусом, сообщена с Г-образным патрубком.In addition, from the patent of the Russian Federation No. 38204 (IPC 7: F04F 7/02, published May 27, 2004), a hydraulic ram is known containing a feed pipe with a shock valve and a liquid collector at the outlet, a diaphragm pump, the working cavity of which is connected to the liquid collector through check valves and a discharge nozzle equipped with an air cap, an L-shaped nozzle installed in the supply pipe and oriented in it along the flow towards the shock valve, while the pump diaphragm is coaxially connected by a rod with an additional diaphragm of a larger area, located in the housing, rigidly connected with the diaphragm pump, and the cavity formed by the additional diaphragm and the housing is in communication with the L-shaped pipe.

Недостатками известных на сегодняшний день гидротаранов являются сложность конструкции, сложность монтажа, ограниченные скорости потока в подводящем трубопроводе (до 2-3 м/с), высокие сопротивления трубопровода и потока жидкости и, как следствие, неэффективное использование энергии потока.The disadvantages of currently known hydraulic rams are the design complexity, installation complexity, limited flow rates in the supply pipe (up to 2-3 m / s), high resistance of the pipeline and fluid flow and, as a consequence, inefficient use of flow energy.

Задачей, на решение которой направлено патентуемое решение является создание гидротарана, при работе которого кинетическая энергия гидроудара превращалась бы в статическую энергию давления в замкнутой камере.The problem to which the patented solution is directed is the creation of a ram, during which the kinetic energy of the hydroblow would be converted into static pressure energy in a closed chamber.

Техническим результатом, достигаемым при использовании патентуемого устройства, является стабилизация давления в приемной камере вне зависимости от давления гидроудара в подающем трубопроводе, эффективность использования энергии потока, увеличение скоростей потока более 10 м/с, что приведет к увеличению перекачиваемого объема.The technical result achieved when using the patented device is to stabilize the pressure in the receiving chamber regardless of the pressure of the water hammer in the supply pipe, the efficiency of the use of flow energy, an increase in flow rates of more than 10 m / s, which will lead to an increase in the pumped volume.

Заявленный технический результат основан на явлении, заключающимся в том, что кинетическая энергия струи, свободно истекающей в воздух из отверстия под действием избыточного давления, существенно (до нескольких раз) превосходит потенциальную энергию, обусловленную избыточным давлением в резервуаре с учетом расхода вещества.The claimed technical result is based on the phenomenon that the kinetic energy of the jet freely flowing into the air from the hole under the influence of excess pressure significantly (up to several times) exceeds the potential energy due to excess pressure in the tank, taking into account the flow rate of the substance.

Заявленный технический результат достигается за счет использования гидротарана, включающего подающий трубопровод, проходящий через приемную камеру (в частности, расположенный коаксиально в приемной камере) с нагнетательным патрубком (патрубок подачи жидкости), при этом приемная камера заполнена газовой средой (например, воздухом) и содержит, по меньшей мере, один внутрикамерный клапан, расположенный в газовой среде, а в подающем трубопроводе установлен, по меньшей мере, один запорный клапан.The claimed technical result is achieved through the use of a ram, including a supply pipe passing through a receiving chamber (in particular, located coaxially in the receiving chamber) with a discharge pipe (liquid supply pipe), while the receiving chamber is filled with a gaseous medium (for example, air) and contains at least one intracameral valve located in a gas environment, and at least one shut-off valve is installed in the supply pipe.

Трубопровод содержит, по меньшей мере, одно отверстие, находящееся в части трубопровода, расположенной в объеме приемной камеры и предназначенное для выпуска избытка жидкости.The pipeline contains at least one hole located in the portion of the pipeline located in the volume of the receiving chamber and designed to discharge excess fluid.

Приемная камера может содержать несколько подающих трубопроводов, установленных как в один ряд, так и в несколько.The receiving chamber may contain several supply pipelines installed both in one row and in several.

Выходное отверстие трубопровода предпочтительно должно быть выполнено скошенным.The outlet of the pipe should preferably be tapered.

Внутрикамерный клапан устанавливается на трубопроводе внутри камеры и может представлять собой пластинчатый элемент, закрывающий отверстие в трубопроводе с возможностью регулирования давления потока жидкости в подводящем трубопроводе. При этом пластинчатый элемент выполнен полностью перекрывающим отверстие в трубопроводе и может быть закреплен на трубопроводе посредством пружины.An intra-chamber valve is installed on the pipeline inside the chamber and can be a plate element covering the hole in the pipeline with the possibility of regulating the pressure of the fluid flow in the supply pipe. In this case, the plate element is made completely covering the hole in the pipeline and can be fixed to the pipeline by means of a spring.

С целью создания воздушной подушки в приемной камере, приемная камера соединена через воздушный патрубок с компрессором.In order to create an air cushion in the intake chamber, the intake chamber is connected through an air pipe to a compressor.

При этом запорный клапан может быть установлен в подающем трубопроводе до приемной камеры и/или после приемной камеры.In this case, the shutoff valve can be installed in the supply pipe to the receiving chamber and / or after the receiving chamber.

В случае установки запорных клапанов до и после приемной камеры они работают поочередно - один открывается, второй в это время закрывается.In the case of installing shut-off valves before and after the receiving chamber, they work alternately - one opens, the second closes at this time.

Запорный клапан устанавливается в канале подающего трубопровода и может представлять собой пластинчатый элемент, совпадающий по форме и размеру с внутренним проходным сечением канала подающего трубопровода и перекрывающей, при заданном значении давления потока, выходное отверстие подающего трубопровода.The shut-off valve is installed in the channel of the supply pipe and can be a plate element that matches the shape and size of the internal passage section of the channel of the supply pipe and overlaps, at a given value of the flow pressure, the outlet of the supply pipe.

Для обеспечения плавного ускорения потока, подающий трубопровод может быть выполнен в виде конусообразной трубы, сужающейся по ходу течения потока.To ensure smooth acceleration of the flow, the supply pipe can be made in the form of a cone-shaped pipe, tapering along the flow.

Подающий трубопровод может быть выполнен также в виде замкнутого контура с насосом для циркуляции жидкости и патрубком подачи воды с возможностью компенсации расхода.The supply pipe can also be made in the form of a closed circuit with a pump for circulating liquid and a water supply pipe with the possibility of flow compensation.

Далее решение поясняется ссылками на поясняющие фигуры, на которых изображено:Further, the solution is illustrated by links to explanatory figures, which depict:

На фиг.1 - гидротаран с постоянным потоком воды (течения речные или морские);In Fig.1 - hydrated ram with a constant flow of water (river or sea currents);

На фиг.2 - гидротаран с переменным потоком воды и двумя запорыми клапанами (волны, приливы-отливы);Figure 2 - hydraulic ram with a variable flow of water and two shut-off valves (waves, tides);

На фиг.3 - гидротаран с замкнутым контуром (искусственные потоки, создаваемые насосами).In Fig.3 - closed-loop hydrofluid (artificial flows created by pumps).

Гидротаран, изображенный на фиг.1 содержит подающий трубопровод 1, участок с выпускными отверстиями 2 которого коаксиально установлен в приемной камере 3, нагнетательный патрубок (патрубок отвода жидкости потребителю) 4, внутрикамерный клапан 5, установленный в приемной камере 3, запорный клапан 6, патрубок 9, предназначенный для подачи воздуха в приемную камеру 3. Запорный клапан 6 может содержать пружину с регулируемым усилием.The hydraulic ram shown in Fig. 1 contains a supply pipe 1, a section with exhaust openings 2 of which is coaxially mounted in the receiving chamber 3, a discharge pipe (pipe for discharging liquid to the consumer) 4, an in-chamber valve 5 installed in the receiving chamber 3, a shut-off valve 6, a pipe 9, designed to supply air to the intake chamber 3. The shutoff valve 6 may include a spring with adjustable force.

Гидротаран работает следующим образом. Поток воды, движущийся по подающему трубопроводу 1, протекает через запорный клапан 6, при достижении порогового значения давления потока запорный клапан 6 закрывается, перекрывая поперечное сечение трубопровода, при этом давление в зоне перед клапаном возрастает, что приводит к открыванию внутрикамерного клапана 5 приемной камеры 3, которая заполнена воздухом. В результате струя воды с большой скоростью заполняет приемную камеру 3 и через нагнетательный патрубок 4 отводится потребителю. Нагнетательный патрубок 4 предпочтительно располагать таким образом, чтобы он был затоплен, а над уровнем жидкости была создана воздушная пробка, то есть нагнетательный патрубок должен быть расположен ниже уровня воды, а воздушная пробка остается сверху, в зоне работы внутрикамерного клапана 5, все это позволит избежать брызгообразования и кавитации в приемной камере. Воздушная пробка в приемной камере 3 регулируется двумя способами:Gidrotaran works as follows. The flow of water moving through the supply pipe 1 flows through the shut-off valve 6, when the threshold value of the flow pressure is reached, the shut-off valve 6 closes, blocking the cross section of the pipeline, while the pressure in the zone in front of the valve increases, which leads to the opening of the in-chamber valve 5 of the receiving chamber 3 which is filled with air. As a result, a jet of water at a high speed fills the intake chamber 3 and is discharged to the consumer through the discharge pipe 4. It is preferable to arrange the discharge pipe 4 in such a way that it is flooded and an air plug is created above the liquid level, that is, the discharge pipe must be located below the water level, and the air plug remains above, in the area of operation of the in-chamber valve 5, all this will avoid splashing and cavitation in the receiving chamber. The air plug in the receiving chamber 3 is regulated in two ways:

- механически за счет установки параллельно подающему трубопроводу дополнительного трубопровода гидротаранного типа, содержащему патрубок с воздушным клапаном, расположенный над уровнем поверхности воды и соединенный с патрубком 9 подачи воздуха в приемную камеру;- mechanically due to the installation of an additional hydraulic ram type pipeline in parallel with the supply pipe, comprising a pipe with an air valve located above the surface of the water and connected to the pipe 9 for supplying air to the receiving chamber;

- путем нагнетания воздуха в приемную камеру 2 компрессором.- by injecting air into the intake chamber 2 with a compressor.

Гидротаран, приведенный на фиг.2, также содержит подающий трубопровод 1, участок с выпускными отверстиями 2 которого коаксиально установлен в приемной камере 3, нагнетательный патрубок 4, внутрикамерный клапан 5, установленный в приемной камере 3, два запорных клапана 6, один из которых установлен в подающем трубопроводе 1 до приемной камеры 2, а другой - после приемной камеры 3. Запорный клапан 6 может содержать пружину с регулируемым усилием.The hydraulic ram shown in Fig. 2 also contains a supply pipe 1, a section with exhaust openings 2 of which are coaxially mounted in the receiving chamber 3, a discharge pipe 4, an in-chamber valve 5 installed in the receiving chamber 3, two shut-off valves 6, one of which is installed in the supply pipe 1 to the receiving chamber 2, and the other after the receiving chamber 3. The shut-off valve 6 may contain a spring with adjustable force.

Подобный гидротаран может располагаться на плавучей платформе или на скользящих по вертикали направляющих (не показаны) и аккумулирует энергию волн. Кроме этого, для использования энергии приливов и отливов гидротаран размещают на плотине, перегораживающей морской залив, соответствующее количество стабилизирующих гидротаранов с двумя клапанами.Such a hydraulic ram can be located on a floating platform or on vertical sliding guides (not shown) and accumulates wave energy. In addition, to use the energy of the tides, hydraulic rams are placed on the dam blocking the sea gulf, the corresponding number of stabilizing hydraulic rams with two valves.

Работа гидротарана осуществляется следующим образом. Во время прилива волна, направленная к берегу, проходит через подающий трубопровод 1 и при достижении порогового значения давления прижимает к внутренней стенке канала запорный клапан 5, расположенный до приемной камеры 3 и закрывает запорный клапан 6, расположенный после приемной камеры 3, давление в канале трубопровода 1 возрастает, что приводит к открыванию внутрикамерного клапана 5 приемной камеры 3, которая заполнена воздухом. В результате струя воды с большой скоростью заполняяет приемную камеру 3 и через нагнетательный патрубок 4 отводится потребителю.The operation of the ram is as follows. During high tide, a wave directed towards the shore passes through the supply pipe 1 and, when the threshold pressure is reached, presses the shut-off valve 5 located upstream of the receiving chamber 3 and closes the shut-off valve 6 located after the reception chamber 3, the pressure in the pipe channel 1 increases, which leads to the opening of the in-chamber valve 5 of the receiving chamber 3, which is filled with air. As a result, a jet of water at a high speed fills the intake chamber 3 and is discharged to the consumer through the discharge pipe 4.

При отливе волна открывает и прижимает к стенке канала трубопровода 1 запорный клапан 6, расположенный после приемной камеры и закрывает запорный клапан 6, расположенный до камеры 3, давление в канале трубопровода 1 возрастает, что приводит к открыванию внутрикамерного клапана 5 приемной камеры 3, которая заполнена воздухом. В результате струя воды с большой скоростью заполняет приемную камеру 3 и через нагнетательный патрубок 4 отводится потребителю.At low tide, the wave opens and presses the shut-off valve 6 located after the receiving chamber and presses the shut-off valve 6 located before the chamber 3 against the wall of the pipe channel 1, the pressure in the pipe channel 1 increases, which leads to the opening of the in-chamber valve 5 of the receiving chamber 3, which is filled by air. As a result, a stream of water at a high speed fills the receiving chamber 3 and is discharged to the consumer through the discharge pipe 4.

Гидротаран, изображенный на фиг.3, содержит подающий трубопровод 1, имеющий замкнутый контур в виде эллипса, участок с выпускными отверстиями 2 которого коаксиально установлен в приемной камере 3, нагнетательный патрубок 4, внутрикамерный клапан 5, установленный в приемной камере 3, запорный клапан 6, патрубок для подачи воды 7 и электронасос 8, расположенный после запорного клапана 6. Запорный клапан 6 может быть выполнен с пружиной с регулируемым усилием.The hydraulic ram, shown in figure 3, contains a supply pipe 1 having a closed circuit in the form of an ellipse, a section with outlet openings 2 of which are coaxially mounted in the receiving chamber 3, a discharge pipe 4, an in-chamber valve 5 installed in the receiving chamber 3, a shut-off valve 6 , a water supply pipe 7 and an electric pump 8 located after the shutoff valve 6. The shutoff valve 6 can be made with a spring with adjustable force.

Работа гидротарана осуществляется следующим образом. Жидкость через патрубок для подачи воды 7 закачивают в подающий трубопровод 1, включают электронасос 8, жидкость начинает циркулировать с большой скоростью, запорный клапан 6 закрывается, и жидкость поступает в приемную камеру 3, после снижения давления потока в трубопроводе 1, запорный клапан 6 открывается, для восполнения расхода воды, через патрубок для подачи воды 7, закачивают новую порцию жидкости.The operation of the ram is as follows. The liquid through the water supply pipe 7 is pumped into the supply pipe 1, the electric pump 8 is turned on, the liquid starts to circulate at a high speed, the shutoff valve 6 closes, and the fluid enters the intake chamber 3, after the flow pressure in the pipe 1 decreases, the shutoff valve 6 opens, to replenish the flow of water, a new portion of the fluid is pumped through the water supply pipe 7.

Подобная конструкция гидротарана может найти применение для создания сверхвысокого давления в гидрантах для разрушения горных пород при прокладке тоннелей и других строительных конструкций.A similar ram structure can be used to create ultra-high pressure in hydrants to destroy rocks during tunneling and other building structures.

Claims

1. Hydro-ram, stabilizing shock, characterized in that it contains a supply pipe passing through a receiving chamber with a discharge pipe, while the receiving chamber is filled with a gaseous medium and contains at least one in-chamber valve located in a gaseous medium, and the supply pipe contains at least one hole located in the pipeline located in the volume of the receiving chamber and designed to discharge excess fluid, at least at least one one shut-off valve.

2. Hydrotaran according to claim 1, characterized in that the receiving chamber is connected through an air pipe to a compressor.

3. The ram according to claim 1, characterized in that the shut-off valve is installed in the supply pipe to the receiving chamber and / or after the receiving chamber.

4. Gidrotaran according to claim 1, characterized in that the supply pipe is made in the form of a cone-shaped pipe, tapering along the stream.

5. Gidrotaran according to claim 1, characterized in that the supply pipe is made in the form of a closed loop with a pump for circulating liquid and a water supply pipe with the possibility of flow compensation.