Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?

Научные направления
Поделиться:
Разделы: Сельское хозяйство
Размещена 17.11.2022. Последняя правка: 18.11.2022.
Просмотров - 75

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОУДАРНОГО НАСОСА НА ПОЛЯХ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ

Ашрапов Улугбек Товфикович

кандидат технических наук

Институт ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан

старший научный сотрудник

Герасимов Виктор Юрьевич, инженер


Аннотация:
В работе приводится описание гидроударного насоса используемый для подачи воды на высоту из проточных водоисточников имеющих уклон по руслу(арик, канал, ручей). Гидроударный насос служит для полива земель фермерских хозяйств, огородов, садов, виноградников, которые расположены в возвышенностях, там где нет электричества и нет возможности полива земель электронасосами. Для нормальной работы гидроударного насоса источник воды должен иметь уклон по руслу не менее 8 см на 10 м длины русла источника воды (подпор не менее 0,4 м) с шириной 0,5-1,0 м и глубиной более 0,3 м.


Abstract:
The paper describes of a hydraulic impact pump that is used to supply water to a height from flowing water sources (ditches, canal, stream) that have a slope along the channel. The hydraulic shock pump is used for watering the land of farms, vegetable gardens, orchards, vineyards, which are located in hills where there is no electricity and there is no possibility of watering the land with electric pumps.


Ключевые слова:
проточный водоисточник; уклон по руслу; гидроудар; корпус; разгонный клапан; обратный клапан; разгонная труба; напорная труба; коромысло; регулировочный винт; резиновая прокладка; воздушный компенсатор

Keywords:
flowing water source; slope along the channel; water hammer; housing; booster valve; check valve; booster pipe; pressure pipe; rocker arm; adjusting screw; rubber gasket; air compensator


УДК 622.24

Введение.
Гидроударный насос или гидротанран используется для подачи воды на высоту из проточных источников воды, имеющих уклон по руслу (арик, канал, ручей) и предназначен для полива земель фермерских хозяйств, огородов, садов, виноградников, которые расположены в возвышенностях и в горных местностях, где нет электричества и нет возможности полива земель электронасосами.

В 1772 году англичанин Дж. Уайтхёрнст изобрёл и построил «пульсирующий двигатель», прообраз гидравлического тарана. Первый автоматический гидротаранный насос изобрёл знаменитый француз Ж.М. Монгольфье с А.Арганом в 1796 году. В 1816 году сыновья Монгольфье запатентовали доработанную версию гидроударного насоса.

В США гидротаранный насос впервые запатентовали J. Cerneau и S.S. Hallet в 1809 году. В 1834 году H. Strawbridge начал производство гидротаранных насосов.

В 1930 году профессор С.Д. Чистопольский в работе «Гидравлический таран» опубликовал метод теоретического расчёта таких устройств, основанный на теории гидравлического удара, созданной профессором Н.Е. Жуковским в 1897—1898 годах [1]. Работа гидроударного насоса основана на феномене гидравлического удара [2,3], когда резко увеличивается давление воды в разгонном трубопроводе, ввиду резкого уменьшения во времени скорости ее движения и при мгновенном перекрывании трубопровода разгонным клапаном гидроударного насоса.

Актуальность.
Во всем мире с каждым годом энергетические ресурсы истощаются, а экологические ограничения усиливаются , поэтому возникает необходимость усовершенствование известных методов эффективного использования возобновляемых источников энергии. В соответствии с постановлением Президента Республики Узбекистан от 22.08.2019г. №ПП-4422 «Об ускоренных мерах по повышению энергоэффективности отраслей экономики и социальной сферы, внедрению энергосберегающих технологий и развитию возобновляемых источников энергии» утверждены долгосрочные целевые параметры развития возобновляемых источников энергии и план организационно-практических мер дальнейшего развития возобновляемых источников энергии. В этой связи разработка механических устройств работающих на альтернативных  источниках энергии таких как гидроударных насосов, которые является конкурентами электронасосов и незаменимыми в полевых условиях особенно в горных местностях, где нет электричесва являеться актуальной задачей.

Цель работы.
Целью изобретения является упрощение конструкции гидроударного насоса, увеличение его производительности, долговечности и удешевление  себестоимости.

Задачи исследования. Констуирование цельнометаллического гидроударного насоса, создание оптимальной долговечной конструкции гидроударного насоса и испытание гидроударного насоса в полевых условиях.


Научная новизна.
Впервые разработана дешевая и надежная конструкция гидроударного насоса, где корпусом гидроударного насоса служит цельнометаллический б/у чугунная водопроводная задвижка. Чугунный корпус от водопроводной задвижки во внутренней стенке которого выточено  фрезерном станке посадочное место, куда устанавливается шарнирная подвеска разгонного клапана.Основные узлы гидроударного насоса имеют металлическую конструкцию и прикреплены между собой сваркой и болтами с гайками, что делает конструкцию гидроударного насоса долговечной и надежной. 

Гидроударный насос описанный в данной работе [2], из-за растворения воздуха в воздушном компенсаторе, периодически останавливается  и для восстановления работы насоса требуется периодически сливать воду из воздушного компенсатора (один раз в двое-трое суток). Гидроударный насос изобретенный авторами, работает без остановок в режиме 24 часов 7 дней в неделю (24/7). Бесперебойная работа гидроударного насоса обеспечивается регулировкой хода разгонного клапана при помощи регулировочного винта.

   Результаты исследования.

   В ИЯФ АН РУз был разработан гидроударный насос оригинальной конструкции и авторами получен Патент на изобретение [4, 5]. Гидроударный насос имеет низкую себестоимость и простую, но надежную конструкцию, который  изготавливается из бывших в употреблении изделий (б/у): корпус изготавливается из б/у чугунной водопроводной задвижки ДУ-150, разгонная и напорные трубы изготавливаются из б/у металлических труб (или пластмассовых труб), воздушный компенсатор изготавливается из б/у газового баллона (или б/у ресивер грузовой автомашины «КАМАЗ»).

На рисунке 1 показана конструкционная схема гидроударного насоса. Гидроударный насос состоит из следующих основных узлов: корпус - 1, обратный клапан - 2, металлическая подвеска разгонного клапана - 3, коромысло - 4, регулировочный винт - 5, диафрагма - 6, обратный клапан - 7, направляющий шток - 8, воздушный компенсатор - 9, разгонная труба -10, напорная труба - 1, резиновая прокладки - 12.

Рисунок 1 - Конструкционная схема гидроударного насоса.

Гидроударный насос работает следующим образом (рисунок 1):

Из источника воды через разгонную трубу (10) проточная вода под давлением попадает в внутрь корпуса гидроударного насоса (1). С увеличением давления воды закрывается разгонный клапан (2) и в внутри корпуса возникает гидравлический удар. При этом открывается обратный клапан (7), в результате чего вода попадает в воздушный аккумулятор (компенсатор) (9) под давлением. С увеличением давления воды, воздух в воздушном компенсаторе сжимается до 2,5-3 атм, затем при уравнивании давления воды в воздушном компенсаторе и в корпусе насоса, обратный клапан (7) закрывается, и вода под давлением сжатого в компенсаторе воздуха попадает в напорную трубу (11). При этом разгонный клапан (2) с регулировочным винтом (5) под собственным весом опускается в нижнее положение и открывается выходное отверстие корпуса, следствии чего лишняя часть воды из внутри корпуса стекает наружу.  Этот процесс является циклическим, который непрерывно повторяется многократно, без остановки насоса.  

Разгонный клапан в форме диска (толщина=6 мм, диаметр=96 мм) служит для регулирования объема воды, которая подается в воздушный компенсатор. Регулировочный винт в форме шпильки (длина=170 мм, диаметр=12 мм) закрепляется при помощи резьбы в центре регулировочного винта (рисунок 3). Бесперебойная работа гидроударного насоса обеспечивается регулировкой хода разгонного клапана при помощи регулировочного винта обеспечивающтй оптимальное условие для непрерывной работы гидроударного насоса,  воздух не растворяется воздушном компенсаторе и не требуется периодического слива воды из компенсатора. Разгонный клапан подвешивается на металлическую подвеску, состоящую из вилки (длина=142 мм, ширина=6 мм) и коромысло (длина=144 мм, ширина=12 мм), которое устанавливается на посадочное место в виде двух углублений с шириной паза 13 мм и глубиной 18 мм, на внутренней поверхности стенки корпуса, где располагается металлическая ось с подвеской разгонного клапана (рисунок 3). Обратный клапан в форме диска (h=6 мм, диаметр=65 мм) имеет направляющий шток в виде шпильки (длина=170 мм, диаметр=12 мм), которая размещается в центре металлической диафрагмы. Металлическая диафрагма (h=6 мм) расположена между корпусом и воздушным компенсатором. Воздушный компенсатор (h=800 мм, диаметр=190 мм) имеет на дне сваренную металлическую трубу (h=170 мм, диаметр=82 мм) которая соединяется с напорной трубой (длина=20 м, диаметр=40 мм). Резиновые прокладки средней жесткости толщиной 4 мм служат для герметизации разгонной трубы, разгонного клапана, обратного клапана, напорной трубы и воздушного аккумулятора. 

На рисунке 2 показана конструкционная схема гидроударного насоса в разрезе: вид сбоку (а) и вид сверху (b). 

                              а  б

Рисунок 2. Конструкционная схема гидроударного насоса в разрезе: вид сбоку (a):

разгонный клапан - 1; регулировочный винт - 2; коромысло – 3; посадочное место - 4; резиновая прокладка - 5; входное отверстие корпуса - 6; выходное отверстие корпуса - 7; вид сверху (b): разгонный клапан - 1; регулировочный винт - 2; коромысло – 3; посадочное место - 4; резиновая прокладка - 5.

Из рисунка 2 видно, что сверху корпуса (b) имеются два симметричных посадочных мест (углублений) длиной 13 мм и глубиной 18 мм. На посадочное место помещено коромысло (длина=144 мм и ширина=6 мм). На коромысле сваркой прикреплена  металлическая подвеска разгонного клапана (1).

Гидроударный насос запускается следующим образом: вручную открывается разгонный клапан, вода начинает вытекать из гидроударного насоса и увеличивается скорость потока воды. При достижении максимальной скорости потока воды разгонный клапан закрывается и из-за гидравлического удара резко повышается давление воды в разгонном трубопроводе и внутри корпусе. Открывается обратный клапан, и вода поступает в воздушный компенсатор. Из-за увеличения давления воды, воздух в компенсаторе сжимается. Сжатый воздух выталкивает воду из воздушного компенсатора в напорную трубу и накопительную емкость находящиеся на высоте 20 м. Когда давление в воздушном компенсаторе и в разгонной трубе уравновешивается, обратный клапан закрывается, и вследствие этого давление воды около разгонного клапана падает, и в результате разгонный клапан под собственным весом лпускается вниз и открывается, в оставшаяся вода вытекает из корпуса, а далее вода снова набирает скорость потока воды. Циклический процесс повторяется.

Возникновение износа резины разгонного и обратного клапанов при их эксплуатации более 2 лет могут стать причиной нестабильной работы гидроударного насоса или остановки насоса. Причиной плохой работы клапанов может также быть и попадание в них с водой различного мусора (щепки, кусок полиэтилена, водоросли и др.).  На рисунке 3 показан фотоснимок гидроударного насоса.

    
Рис.3. Фотоснимок гидроударного насоса.

Технические характеристики гидроударного насоса приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики гидроударного насоса [6].

Длина

разгонной

трубы,

м

Диаметр

разгонной

трубы,

мм

Подпор воды,

м

Производитель-ность,

л / мин

Производитель-ность,

л / сутки

Высота напора

воды,

м

25

76

≤1,3

15

21 600

20

Заключение.
Необходимо учитывать, что для обеспечения нормальной работы гидроударного насоса источник воды должен иметь уклон по руслу.  При длине разгонной трубы 20 м и диаметре 100 мм, при уклоне по руслу (подпоре) 0,8 м, производительность гидроударного насоса составляет до 10.000 л/сутки с высотой подачи воды (напор) до 25 м. В настояшее время в частных и фермерских хозяйствах Ташкентской области гидроударные насосы используются для порлива огородов, садов и винаградников.

Библиографический список:

1. Рогозин М.Н.. Гидротаран (http://rosinmn.ru/GIDRO_gidrotaran.htm)
2. Дуюнов Д.А. Тарань ее, таран. // Конструктор. 2002. №5. С.17-19.
3. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. // M.: Гостехиздат, 1949. 103 с.
4. Кордон М.Я., Симакин В.И., Горешник И.Д. Гидравлика: Учебное пособие для вузов. // Пенза. 2005. С.102-111.
5. Ашрапов У.Т., Герасимов В.Ю., Эргашев Х.А. Гидроударный насос. // Патент Республики Узбекистан № IAP 04215. 2006.
6. Ашрапов У.Т., Герасимов В.Ю., Эргашев Х.А. Перспективные изобретения и полезные модели Республики Узбекистан. // Государственное Патентное Ведомство РУз. Ташкент. 2011. Том. 2. С.88.




Рецензии:

17.11.2022, 16:50 Мирзоев Вусал Адил
Рецензия: По техническим характеристикам гидроударного насоса, не указана разница между скоростью воды, поступающей в трубку ускорителя, и скоростью воды, выходящей из гидроударного насоса. Гидроударный насос можно использовать в экстенсивных условиях. Можно рекомендовать небольшие хозяйств. Рекомендую статью к публикации.

18.11.2022 10:10 Ответ на рецензию автора Ашрапов Улугбек Товфикович:
Источником проточной воды для гидроударного насоса может быть арык, ручей, канал со спокойным течением с шириной 0,5-1,0 м и глубиной более 0,3 м. Скорость течения в разгонной трубе и напорной трубе мы не измеряли, однако если напишете ваш электронный адрес, то отправлю видео о работе гидроударного насоса.Спасибо за рецензию.



Комментарии пользователей:

18.11.2022, 14:10 Мирзоев Вусал Адил
Отзыв: Здравствуйте. Пожалуйста отправьте на этот адрес. vusal.mirzayev@adau.edu.az


Оставить комментарий


 
 

Вверх