Челябинские ученые придумали, как качать воду в гору с помощью маятника и гидроудара

ИР 8(632) за 2002 г.

В особенности неплох гидротаран в локальном водопроводе, к примеру на маленький ферме у сельского пруда. Но применялся и в больших — для питания фонтанов в Версале, к примеру. В ХIХ — начале ХХ в. эти машины выполнялись большенными сериями в Великобритании, Германии, США. В Москве спец работал еще сначала 30-х годов. Где-то эта древная техника до сего времени работает. Но — изредка: успехи электрификации и некие недочеты гидротарана подорвали конкурентоспособность этого насоса.

Но сейчас электроэнергия все дорожает. И дальнозоркие хозяйственники вспомнили о гидротаране. Но известные конструкции неудобны в почти всех местах: нужен слив значимой части воды, протекающей через насос. Означает, требуется место слива ниже расположения насоса. А сам он должен быть ниже уровня воды в источнике. Соблюсти эти условия удается только у плотины либо на горной речке. Сгодится и карликовая плотина на малой речке. Но как быть на берегу большой, где кустарную плотину поставить нельзя?

«Подводный гидротаран» М.Бурангезлова в плотине не нуждается. Не нужен ему и слив.

Для пуска в работу из пусковой емкости 1 в цилиндр 2 подают воду под давлением, больше высокоскоростного напора течения реки. Для этого емкость размещается достаточно высоко. Поршень 3 сдвигает шток 4 и прикрепленный к нему диск 5 ударного клапана на лево. Кулачковый механизм, встроенный в шток, поворачивает диск 6 так, что отверстия в обоих дисках совпадают, вследствие чего сопротивление течению речной воды через гидротаран уменьшается. Движение штока закончится, когда упор 7 нажмет на рейку 8 механизма управления вентилем 9. Он раскроется, давление в цилиндре свалится, шток под действием высокоскоростного напора двинется на право. Кулачковый механизм при всем этом повернет диск 6 вокруг оси штока так, что отверстия в дисках перекроются и сопротивление клапана возрастет, а скорости течения воды и движения клапана со штоком сравняются. Движение на право завершится ударом диска 5 в край 10 питательной трубы. Проток одномоментно закроется, произойдет гидроудар. Динамическое давление воды откроет оборотные клапаны, вода поступит в воздушный колпак 11 и дальше — в сеть потребителя и в гидроаккумулятор 12, а потом — в цилиндр 2. Под действием этого давления поршень начнет движение на лево — процесс повторится и будет повторяться автоматом уже без роли пусковой емкости 1, которая пополнится при заполнении цилиндра 2.

Этой машине не нужен слив «лишней» воды, что не только лишь увеличивает экономичность и удобство эксплуатации, да и делает машину практически всеприменимой — она может работать на хоть какой реке. Чем резвее течение, тем производительнее насос либо миниатюрнее при равной производительности. Устройство водопровода с гидротараном просит осмотрительности: где попало его ставить не нужно. На самой тихой реке есть быстрины, где течение посильнее среднего. Там и место гидротарану. Работоспособен круглый год, если установлен поглубже вымерзания реки.

Производительность и КПД устройства можно несколько повысить, если приемную трубу поменять конфузором, тогда скорость течения через ударный клапан повысится.

Пат. 2137949. Бурангезлов М.К.

129515, Москва, ул.Академика С.П.Царица, 13. ОАО «Институт ГИНцветмет». Патентной поверенной Малышевой Г.К.

Описание гидротарана:

Гидротаран (гидравлический таран) – это легкий и смышленый механизм, который, не нуждаясь в источнике энергии и не имея мотора , поднимает воду на высоту нескольких 10-ов метров.

Он может месяцами безпрерывно работать без присмотра, регулировки и обслуживания, снабжая водой маленькой экопосёлок, родовое поселение, общину либо ферму.

В базе работы гидравлического тарана лежит так именуемый гидравлический удар — резкое увеличение давления в трубопроводе.

Работа [ править | править код ]

Изначальное состояние: отбойный клапан Б открыт и удерживается в таком положении пружиной либо грузом либо т. п. Сила этой пружины превосходит силу давления статического

столба воды в питающей трубе на закрытый отбойный клапан. Возвратимый клапан В закрыт. Воздушный колпак заполнен воздухом.

По питающей трубе А поступает вода, разгоняясь до некоторой скорости, при которой отбойный клапан Б, увлекаемый потоком воды, преодолевает усилие собственной пружины и запирается, перекрыв сток. Инерция резко остановленой в питающей трубе воды делает гидроудар — резкий скачок давления, величина которого определяется длиной питающей трубы и скоростью потока. Давление гидроудара преодолевает давление столба воды в отводящей трубе Д, возвратимый клапан В раскрывается и часть воды из питающей трубы А проходит через него и поступает в отводящую трубу но, приемущественно, в воздушный колпак Г, так как инерция массы воды в отводящей трубе Д препятствует такому резвому, импульсному поступлению. Вода в питающей трубе остановлена, давление падает и приходит к статической величине, возвратимый клапан запирается, отбойный клапан раскрывается. Вода в питающей трубе начинает двигаться, равномерно ускоряясь, а в это время под давлением воздуха, поджатого в воздушном колпаке, поступившая в него порция воды продавливается в отводящую трубу. Таким образом система ворачивается в начальное состояние и начинает новый цикл работы.

Принцип действия[ | ]

Этот механизм действует с помощью припаса механической работы, содержащегося в воде, текущей по трубе. В уникальном приборе Монгольфье, устроенном в Сен-Клу, близ Парижа, вода притекает по длинноватой трубе A B {displaystyle AB} (рис. 1) из невысоко размещенного пруда и может свободно вытекать через край K {displaystyle K} , пока клапан V {displaystyle V} опущен.

Рис. 1. Гидравлический таран Монгольфье

С того момента, как вода, наполняющая A B {displaystyle AB} , получила возможность течь, работа силы тяжести пойдет на повышение её скорости до некой большей величины, обусловленной высотой h {displaystyle h} уровня воды в пруде над отверстием K {displaystyle K} , размерами и свойством (см. ниже) трубы A B {displaystyle AB} . Вкупе с тем будет возрастать и гидравлическое давление воды на нижнюю поверхность клапана V {displaystyle V} , вес которого так подобран, чтоб он поднялся и закрыл выходное отверстие, как скорость воды в трубе достигнет собственной большей величины. В этот момент гидростатическое давление воды на внутреннюю поверхность трубы A B {displaystyle AB} и её продолжения C S {displaystyle CS} станет возрастать, потому что движение воды будет замедляться, пока весь припас работы, заключенный в её массе в виде живой силы, не истратится на растяжение этих стен, на сжатие самой воды и на внутреннее трение. Но часть этих стен изготовлена подвижною: в колоколообразном придатке S {displaystyle S} замкнуто водой некое количество воздуха и помещены клапаны W {displaystyle W} , открывающиеся в колокол R {displaystyle R} , тоже содержащий воздух над водой и снабженный подъемной трубой D E {displaystyle DE} . Потому после закрытия клапана V {displaystyle V} жива сила воды начинает сжимать воздух в S {displaystyle S} , пока не подымутся клапаны W {displaystyle W} ; тогда вода станет заходить в R {displaystyle R} , частью сжимать находящийся в нём воздух, а частью подниматься по трубе D E {displaystyle DE} на высоту H {displaystyle H} . На все это скоро истратится вся жива сила воды, давление в R {displaystyle R} перевесит давление в S {displaystyle S} , клапаны W {displaystyle W} закроются, V {displaystyle V} раскроется, и весь процесс начнется опять. Возрастание давления будет тем больше, чем резвее захлопывается клапан V {displaystyle V} и чем неподатливее стены сосуда, заключающего воду в движении. Такового «гидравлического удара» кропотливо стараются избегать при устройстве водопроводов, чтоб не взрывались трубы, потому Монгольфье и устроил колпак S {displaystyle S} ; упругая податливость воздуха, в нём заключенного, ослабляет силу удара; воздух же в колпаке R {displaystyle R} служит регулятором для трубы D E {displaystyle DE} и поддерживает в ней движение воды в тот период, когда клапаны W закрыты. При завышенном давлении в воде растворяется больше воздуха, чем при атмосферном давлении, потому количество воздуха в S {displaystyle S} и R {displaystyle R} уменьшалось бы во время непрерывной работы. Чтоб пополнять эту убыль, служит клапан H {displaystyle H} , отворяющийся вовнутрь: как клапаны W {displaystyle W} захлопнутся, упругость воздуха в S {displaystyle S} принудит воду в C B A {displaystyle CBA} отхлынуть вспять; с приобретенною скоростью она перейдет своё положение равновесия и произведет на очень куцее время под S {displaystyle S} давление, наименьшее атмосферного. В этот момент через H {displaystyle H} заходит мало воздуха.

В продаже есть готовые типы таран, английские компании Дулас, французские Декер и др. При испытании в Парижской консерватории искусств и ремёсел таран, устроенные Декером (Decoeur), дали полезное действие от 0,6 до 0,9. На рисунке 2 видны особенности его устройства: оба клапана размещены один над другим и снабжены пружинами и винтами, чтоб регулировать их натяжение во время самой работы, изменяя число ударов от 40 при падении в 0,3 м до 220 при падении в 2 м; высота подъёма во всех опытах была 9м 15 см.

Рис. 2. Гидравлический таран Декера

При впускании воздуха через боковой клапан, не изображённый на рис. 2, таран работает без шума, но полезное действие и большая вероятная высота подъёма уменьшаются. Отличные результаты деяния Таранa так зависят от своевременного закрывания выпускного («стопорного») клапана, что для огромных машин Персалль (Pearsall) нашёл прибыльным устроить для этой цели необыкновенную машину, приводимую в движение сжатым воздухом из-под колпака. Таковой тип Таранa действует совсем плавненько, дает большой коэффициент полезного деяния и быть может устроен в огромных размерах. На том же принципе, Персалль устраивает гидравлический Таран для получения струи сжатого воздуха.

Челябинские ученые выдумали, как качать воду в гору при помощи маятника и гидроудара

Используя силу текучей воды, гравитации и инерции, он может работать в качестве движителя в самых различных сферах АПК. Как обучить маятник стать «тяговой силой» агропрома? Об этом — наш разговор с создателем ноу-хау, старшим педагогом ЮУрГАУ Вадимом Бакуниным

. Маятниковый мотор — Как родилась мысль сделать маятниковый движок?

— Вначале она принадлежит сербскому изобретателю Велько Милковичу. Он выдумал двойной маятник, который приводит в движение насос, кузнечный пресс, ударный инструмент… Сущность ноу-хау в том, что качающийся маятник повлияет на свою ось качания с переменной нагрузкой. Она качает кулису и совершает полезную работу. При этом по сопоставлению с обычным архимедовым рычагом при тех же габаритах импульс силы возрастает в пару раз!

Взяв за базу эту идею, мы разработали метод расчета хороших характеристик маятникового мотора. Наша математическая модель позволяет сделать конструкцию, работающую с наибольшим КПД. Мы, к примеру, смоделировали работу такового маятника в качестве привода для насоса, и результаты обнадеживают. Неизменный магнит делает поле, меняющее полюсность подкачивающего устройства насоса.

— А будет ли продолжение?

— Мы по похожему принципу выдумали так именуемый насос на приводе с дебалансным ротором, который может стать неплохим ассистентом для наших овощеводов. Это тоже маятник, только вращательного типа. На это изобретение получен патент. Вобщем, при всем этом можно использовать и другие источники энергии, когда колесо приводит в движение сила ветра либо падающей воды. А если сделать колесо в виде ковшовой турбины, то и при выключении электродвигателя насос будет качать воду за счет так именуемой гидравлической оборотной связи. Как итог, бесперебойный полив и внушительная экономия электричества.

— Таковой принцип можно использовать в самых различных сферах?

— Инерционный движитель, например, есть резон использовать на автотранспорте. В свое время Велько Милкович сконструировал самоходную повозку, которая едет за счет работы маятника! И никаких выхлопов, загрязнения среды! Этой мыслью заинтересовался доктор ЮУрГАУ Геннадий Круглов, он предложил по этому принципу сконструировать экологичный автодвигатель совсем нового типа, лишенный минусов бензиновых моторов.

Гидравлический таран

— Может быть ли применить ваши ноу-хау в плотинах, для полива сельхозкультур?

— Для этого мы разработали так именуемый гидравлический таран, который работает вроде бы сам, энергоподпиткой является сама текущая вода. В базе его конструкции лежит принцип гидроудара, открытый еще в конце ХVIII века изобретателем воздушного шара Жаком-Этьенном Монгольфье. Если жидкость резко приостановить, то возникнет скачок давления, это может привести к поломкам в трубах. Но этот эффект может приносить и большую пользу. В 1968 году русский физик В. Овсепян доработал метод расчета гидротарана, но не брал во внимание инерционность ударного клапана. Мною был выдуман метод поддержания очень вероятной производительности гидротарана при переменном входном напоре. Это дает возможность не перенастраивать гидротаран потребителю, а сразу использовать на любом перепаде воды. Гидравлический таран конвертирует ударное давление в неизменное, обеспечивая ирригационные системы водой. Для этого даже не нужна подкачка электромотором, вода сама себя качает!

Вода в гору потечет!

— Можно ли применить гидроудар, если плотины и наклона нет?

— Во дворце царя Кноссоса на Крите нашли водопроводную систему, которой 4 тыщи лет. По ней вода подымалась без насоса из равнины к верхушке горы, на которой стоял дворец! Все терракотовые трубы имели коническую форму — суживались на одном конце. Вода впрыскивалась из суженного конца трубы в последующую трубу — нам это понятно по пневмозагрузочному соплу. Тем в последующей трубе создавалось пониженное давление, которое импульсивно всасывало воду вперед и ввысь на гору. Древнеегипетские гидравлики тоже могли подымать воду без насоса на высочайшие горные верхушки.

— А что можно придумать, если нет потока воды, к примеру, в озере?

— В 2005 году в Испании начали проводить опыты с гидроударом в стоячей воде. Забугорные ученые используют эффект резонанса в ударной трубе, и уже появились 1-ые разработки резонансного гидротарана. Понятно, что, когда бойцы идут в ногу по древесному мосту, есть опасность, что он может упасть, так как энергия их шагов заходит в резонанс со структурой материала — потому офицер командует «идти вразброд». Но эту разрушительную энергию можно перевоплотить в полезную работу, вынудить, к примеру, качать воду из пруда. Но я планирую пойти далее — использовать этот принцип и для сотворения подводного гидротарана. Одно из предложений — с его помощью откачивать воду из получивших пробоину кораблей.

Мальстрим из ручейка

— Есть ли у вас изобретения, так сказать, на стыке этих ноу-хау?

— Мы получили патент на преобразователь напора воды в системе турбина — насос. Он, как и гидротаран, преобразовывает наименьший напор в больший, но с более высочайшим КПД за счет хороших конструкций составляющих. Скоростная турбина в паре с низкоскоростным насосом способны подавать воду под высочайшим давлением на высоту огромную, чем ее уровень на входе плотины! Мы убираем излишние детали — генератор и электродвигатель, и преобразователь напора качает воду без всяких издержек, только за счет энергии воды. На выходе — веская экономия, что для аграриев чрезвычайно значимо.

— А если заместо жидкости газ? К примеру, в колесах авто…

— Физические законы работают и для жидкости, и для газа. Например, в составе творческой бригады ученых ЮУрГАУ, возглавляемой кандидатом технических наук Ирой Старуновой, я делал расчет опрокидывающего момента и автоматической перекачки газа в колесах трактора для придания ему стойкости даже при подъеме в гору. Чтоб он не опрокинулся на уклоне, необходимо уменьшить давление в фронтальных колесах и перекачать часть газа в задние. Мы составили математическую модель движения в этих критериях и совладали с этой задачей. А основное, модернизация может предупредить трагедии, спасти жизнь и здоровье людей.

— Какие еще подобные ноу-хау у вас в активе?

— Мы запатентовали нашу разработку по сочетанию гидротарана и сифона, так сказать, в одном флаконе. Гидротаран работает на перепаде уровней воды, как сделать так, чтоб не прокладывать трубу через тело плотины? Мы отыскали решение — перекинули через нее трубу-сифон. Для его пуска на входе особым устройством создается изначальное лишнее давление, а потом вода идет самотеком.

Perpetuum mobile?

— Создается воспоминание, что нескончаемый движок уже на подходе…

— Мы не изобретаем perpetuum mobile, а используем законы физики — силу притяжения, круговорот воды в природе… Правда, стремимся повысить КПД, что полностью реально. Например, не так давно украинский изобретатель Андрей Ермола сконструировал генератор, работающий на силе тяжести груза и эффекта волчка Софьи Ковалевской (она составила уравнение его движения). При воздействии на ось волчок как будто теряет ориентацию — начинает «танцевать кругами». Это явление, нареченное эксцентриситетом, происходит из-за нарушения баланса. Андрей Ермола утверждает, что «ручка волчка» в таких критериях сама движется вверх, совершая работу. На 1-ый взор, это нереально, так как противоречит нашим представлениям о сохранении энергии. Ведь такое может произойти, если нескончаемый движок все таки существует!

— Как можно это разъяснить? И использовать на пользу населению земли…

— На мой взор, это связано с эффектом резонанса. Такое быть может, если система не закрытая, как?то связана с силой притяжения, воздействием резонанса. Если это так, то в дальнейшем может быть сделать насосы и кузнечные прессы, которые станут работать сами по себе! Хотелось бы провести исследования, составить математическую модель этого явления. Я верю: когда?нибудь мы сможем подчинить, казалось бы, не поддающиеся объяснению силы природы, поставить их на службу человеку.

Гидротаранный насос своими руками

Итоговая оценка: 6. Подходит к самоделке. Стоимость: Погружной мининасос AliExpress.

Водяной насос помпа AliExpress. Линейка — шаблон AliExpress. Похожие самоделки. Бурение скважин в Подольском районе.

Изготовка водяного насоса

Приспособление для выкачивания воды из колодца. Установка водонапорной башни на даче своими руками. Абиссинская скважина своими руками. Машинка автомат — подключаем в селе и на даче. Для оценки способностей данной схемы на рисунках 6,7 приведены результаты расчета средней реактивной силы и электронной мощи от глубины погружения h при определенных конструктивных размерах трубы 7 и клапана 3. При всем этом в спектре от 15 до метров расчетная величина к.

Как видно, данная схема на теоретическом уровне может обеспечить всякую реактивную тягу и всякую электронную мощность. Для этого достаточно применение ускорительной и нагнетательной трубы определенной длинны и площади входного сечения. В последнем случае целенаправлено не наращивать площадь входного сечения труб, а сделать базисный энергетический модуль хорошей электронной мощи.

При всем этом подводную морскую либо бассейновую ГЭС требуемой мощи составлять из пакета таких модулей. Базисный модуль быть может горизонтального, либо вертикального выполнения.

Вертикальное размещение модуля упрощает его внедрение в местах, где нет огромных аква ресурсов, потому что позволяет обойтись наименьшим объемом воды. Но вертикальный модуль при той же мощи просит несколько большей глубины.

В качестве примера, на Рис. На Рис. Вертикальный модуль при всем этом быть может, к примеру, просто подвешен в подземном резервуаре 1 с водой на тросе 3.

Таким образом, данная схема преобразуется не только лишь в источник электроэнергии, да и сразу, без какого-нибудь следующего преобразования электроэнергии, в источник тепла. Результаты теоретических расчетов и разработанная методика проектирования устройства подтвердились экспериментальными исследовательскими работами. В году нами был разработан и сделан в Испании экспериментальный компактный полупромышленный энергетический модуль, состоящий из расчетной схемы горизонтального выполнения, гидротурбины и электронного генератора.

В качестве главных деталей колпака, труб 2,7 и т. Объем колпака, размер труб, арматура клапанов были выбраны из критерий их сопоставимости при малых издержек на доработку.

Введите электрическую почту и получайте письма с новыми самоделками. Менее 1-го письма в денек. Войти Чужой ПК.

Гидротурбина и электрогенератор в сборе показаны на Рис. Для нагрузки применялось балластное омическое сопротивление от массивных ветроэлектрогенераторов. Все детали этого энергетического модуля, также аппаратура регистрации давления в колпаке, независящий источник питания для нее, гидротурбина и электрогенератор были смонтированы в герметическом контейнере, имеющим в фронтальной части фланцевое соединение для стыковки труб, а в высшей части — лючок для выхода отработанной воды.

Для доступа к клапанам для обеспечения их ручной регулировки в контейнере имелись доп герметические лючки. Конструкция этого энергетического блока обеспечивала стыковку ускорительных и нагнетательных труб хоть какой длины и, в случае необходимости, резвую их замену. Внешний облик контейнера с данным энергетическим модулем представлен на Рис. Тесты проводись методом опускания данного контейнера на тросе с корабля на заданную глубину в Атлантическом океане.

Было проведено несколько серий испытаний.

Источник: vsamodelino.ru