Гидротаран

Принцип действия

Этот механизм действует при помощи запаса механической работы, содержащегося в воде, текущей по трубе. В оригинальном приборе Монгольфье, устроенном в Сен-Клу, близ Парижа, вода притекает по длинной трубе AB{\displaystyle AB} (рис. 1) из невысоко расположенного 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 AB{\displaystyle AB}, получила возможность течь, работа силы тяжести пойдет на увеличение её скорости до некоторой наибольшей величины, обусловленной высотой h{\displaystyle h} уровня воды в пруде над отверстием K{\displaystyle K}, размерами и свойством (см. ниже) трубы AB{\displaystyle AB}. Вместе с тем будет возрастать и гидравлическое давление воды на нижнюю поверхность клапана V{\displaystyle V}, вес которого так подобран, чтобы он поднялся и закрыл выходное отверстие, как только скорость воды в трубе достигнет своей наибольшей величины. В этот момент гидростатическое давление воды на внутреннюю поверхность трубы AB{\displaystyle AB} и её продолжения CS{\displaystyle CS} станет возрастать, так как движение воды будет замедляться, пока весь запас работы, заключенный в её массе в виде живой силы, не истратится на растяжение этих стенок, на сжатие самой воды и на внутреннее трение. Но часть этих стенок сделана подвижною: в колоколообразном придатке S{\displaystyle S} замкнуто водой некоторое количество воздуха и помещены клапаны W{\displaystyle W}, открывающиеся в колокол R{\displaystyle R}, тоже содержащий воздух над водой и снабженный подъемной трубой DE{\displaystyle DE}. Поэтому после закрытия клапана V{\displaystyle V} живая сила воды начинает сжимать воздух в S{\displaystyle S}, пока не поднимутся клапаны W{\displaystyle W}; тогда вода станет входить в R{\displaystyle R}, частью сжимать находящийся в нём воздух, а частью подниматься по трубе DE{\displaystyle DE} на высоту H{\displaystyle H}. На все это скоро истратится вся живая сила воды, давление в R{\displaystyle R} перевесит давление в S{\displaystyle S}, клапаны W{\displaystyle W} закроются, V{\displaystyle V} откроется, и весь процесс начнется снова. Возрастание давления будет тем больше, чем быстрее захлопывается клапан V{\displaystyle V} и чем неподатливее стенки сосуда, заключающего воду в движении. Такого «гидравлического удара» тщательно стараются избегать при устройстве водопроводов, чтобы не лопались трубы, поэтому 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 DE{\displaystyle DE} и поддерживает в ней движение воды в тот период, когда клапаны W закрыты. При повышенном давлении в воде растворяется больше воздуха, чем при атмосферном давлении, поэтому количество воздуха в S{\displaystyle S} и R{\displaystyle R} уменьшалось бы во время непрерывной работы. Чтобы пополнять эту убыль, служит клапан H{\displaystyle H}, отворяющийся внутрь: как только клапаны W{\displaystyle W} захлопнутся, упругость воздуха в S{\displaystyle S} заставит воду в CBA{\displaystyle CBA} отхлынуть назад; с приобретенною скоростью она перейдет своё положение равновесия и произведет на очень короткое время под S{\displaystyle S} давление, меньшее атмосферного. В этот момент через H{\displaystyle H} входит немного воздуха.

В продаже существуют готовые типы таран, английские фирмы 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 расположены один над другим и снабжены пружинами и винтами, чтобы 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 наибольшая возможная высота подъёма уменьшаются. Хорошие результаты действия Таранa настолько зависят от своевременного закрывания выпускного («стопорного») клапана, что для больших машин Персалль (Pearsall) нашёл выгодным устроить для этой цели особую машину, приводимую в движение сжатым воздухом из-под колпака. Такой тип Таранa действует совершенно плавно, дает большой коэффициент полезного действия и может быть устроен в больших размерах. На том же принципе, Персалль устраивает гидравлический Таран для получения струи сжатого воздуха.

Немного истории: как формировался стиль модерн в интерьере

Модерн зародился в конце 19 века в Европе. В тот период был некий поиск чего-то нового, свежего — различные стили смешивали, перетасовывали, но в итоге обстановки в домах получались однотипными и скучными.

Оформить интерьер в стиле модерн осмеливались единицы. Это были творческие люди, которые находятся в вечном поиске и не боятся смелых решений. В массы стиль пошел не сразу — изначально его воспринимали как признак дурного тона.

Модерн очень быстро стал появляться во всех странах Европы и быстро нашел своих последователей:

• американцы называют его «стиль Тиффани»;
• по-французски модерн звучит как «новое искусство», то есть «ар-нуво»;
• австрийцы модерну дали название сецессион;
• немцы — юнгельштиль («молодое искусство»);
• итальянцы модерн назвали красивым словом либерти;
• швейцарцы почему-то модерн называют Еловым стилем.

С другой стороны, модерн долго не задержался на пике популярности. Просуществовав в общей сложности около 30 лет, он перестал развиваться. Дороговизна отделочных материалов многим была не по карману. С развитием промышленности изготовление многих вещей, в том числе и мебели, было поставлено на конвейер. Конец развитию модерна как отдельному течению положила Первая мировая война.

Вообще говоря, модерн считается очень сложным стилем. В процессе своего формирования он вобрал в себя черты разных направлений. В нем читается эклектика, арт-деко, минимализм, элементы классики. Иногда грани между отдельными стилевыми штрихами настолько стираются, что определить, к какому стилю относится дизайн, практически невозможно.

Расчёт

Расчёт коэффициента полезного действия гидравлического таранa очень прост, если ограничиться главными обстоятельствами явления. Пусть из пруда вытекает в единицу времени V1{\displaystyle V_{1}} единиц объёма воды и падает с малой высоты h{\displaystyle h}. А поднимаются в резервуар водопровода V2{\displaystyle V_{2}} единиц на большую высоту H{\displaystyle H}. Обозначим η{\displaystyle \eta } коэффициент полезного действия машины. Он равен отношению работы, совершённой машиной к работе падающей воды:

Для определения η{\displaystyle \eta } в разных случаях было сделано много опытов ещё в 1805 г. Эйтельвейном, позднее Мореном и др. Выяснилось, что коэффициент этот тем больше, чем ближе к единице отношение Hh{\displaystyle H:h}. По Эйтельвейну, когда H{\displaystyle H} в 20 раз больше h{\displaystyle h}, η=,2{\displaystyle \eta =0,2}; при H=8h{\displaystyle H=8h} η=,5{\displaystyle \eta =0,5}; при H=3h{\displaystyle H=3h} η=,7{\displaystyle \eta =0,7}. По данным начала XX века, полезное действие больше при больших падениях, чем при малых; так, при малых h{\displaystyle h} η=,4{\displaystyle \eta =0,4}, при средних 0,55, а при больших 0,7. Влияние же отношения высоты падения к высоте подъёма воды признается малым. Поэтому из V1=20{\displaystyle V_{1}=20}(литров) можно рассчитывать, например, поднять 2 л на 7 метров, 1 л на 14 метр, и только пол-литра на 28 м, если при данном H{\displaystyle H} η{\displaystyle \eta } = 0,1 для взятого тарана, труба, приводящая воду, должна быть достаточной длины, чтобы масса заключающейся в ней воды была значительна: по Эйтельвейну, она должна превышать H{\displaystyle H} на число футов, равное отношению H{\displaystyle H} к h{\displaystyle h}, и во всяком случае быть не короче, чем пятикратная высота подъёма, так что при коротких расстояниях её приходится намеренно изгибать. Диаметр клапана б должен быть равен диаметру приводной трубы, а этот последний в футах равен 260(V1+V2){\displaystyle 2{\sqrt {60(V_{1}+V_{2})}}}, где V1{\displaystyle V_{1}} и V2{\displaystyle V_{2}} даны в кубических футах. Объём колпака г делают равным объёму приводной трубы. Оба клапана должны быть как можно ближе один к другому. В настоящее время гидравлический таран употребляется довольно часто для поднятия небольшого количества воды для хозяйственных целей.

Изменение давления определяется по формуле Жуковского:
Δp=ρ(v−v1)v{\displaystyle \Delta p=\rho (v_{0}-v_{1})v},

где ρ — плотность жидкости, v{\displaystyle v_{0}} и v1{\displaystyle v_{1}} — средние скорости воды до и после закрытия клапана, v — скорость распространения ударной волны в жидкости. Эту скорость можно рассчитать по формуле:

v=1ρβ+DρEd,{\displaystyle v={\frac {1}{\sqrt {\rho \beta +{\frac {D\rho }{Ed}}}}},},

где E — модуль упругости стены, β{\displaystyle \beta } — сжимаемость жидкости, d — толщина стен трубы, а D — её диаметр.

Коэффициенты упругости различных материалов:

• вода — 2·109 Н/м²;
• чугун — 100·109 Н/м²;
• сталь — 200·109 Н/м²;
• медь — 123·109 Н/м²;
• алюминий — 71·109 Н/м²;
• полистирол — 3,2·109 Н/м²;
• стекло — 70·109 Н/м²;

Предел значения V равен 1414 м/с (скорость звука в воде).

КПД гидротаранного насоса зависит от отношения H/h, где h — высота попадающей в резервуар А воды, а H — требуемая высота поднятия.

Расчёт

Расчёт коэффициента полезного действия гидравлического таранa очень прост, если ограничиться главными обстоятельствами явления. Пусть из пруда вытекает в единицу времени V1{\displaystyle V_{1}} единиц объёма воды и падает с малой высоты h{\displaystyle h}. А поднимаются в резервуар водопровода V2{\displaystyle V_{2}} единиц на большую высоту H{\displaystyle H}. Обозначим η{\displaystyle \eta } коэффициент полезного действия машины. Он равен отношению работы, совершённой машиной к работе падающей воды:

Для определения η{\displaystyle \eta } в разных случаях было сделано много опытов ещё в 1805 г. Эйтельвейном, позднее Мореном и др. Выяснилось, что коэффициент этот тем больше, чем ближе к единице отношение Hh{\displaystyle H:h}. По Эйтельвейну, когда H{\displaystyle H} в 20 раз больше h{\displaystyle h}, η=,2{\displaystyle \eta =0,2}; при H=8h{\displaystyle H=8h} η=,5{\displaystyle \eta =0,5}; при H=3h{\displaystyle H=3h} η=,7{\displaystyle \eta =0,7}. По данным начала XX века, полезное действие больше при больших падениях, чем при малых; так, при малых h{\displaystyle h} η=,4{\displaystyle \eta =0,4}, при средних 0,55, а при больших 0,7. Влияние же отношения высоты падения к высоте подъёма воды признается малым. Поэтому из V1=20{\displaystyle V_{1}=20}(литров) можно рассчитывать, например, поднять 2 л на 7 метров, 1 л на 14 метр, и только пол-литра на 28 м, если при данном H{\displaystyle H} η{\displaystyle \eta } = 0,1 для взятого тарана, труба, приводящая воду, должна быть достаточной длины, чтобы масса заключающейся в ней воды была значительна: по Эйтельвейну, она должна превышать H{\displaystyle H} на число футов, равное отношению H{\displaystyle H} к h{\displaystyle h}, и во всяком случае быть не короче, чем пятикратная высота подъёма, так что при коротких расстояниях её приходится намеренно изгибать. Диаметр клапана б должен быть равен диаметру приводной трубы, а этот последний в футах равен 260(V1+V2){\displaystyle 2{\sqrt {60(V_{1}+V_{2})}}}, где V1{\displaystyle V_{1}} и V2{\displaystyle V_{2}} даны в кубических футах. Объём колпака г делают равным объёму приводной трубы. Оба клапана должны быть как можно ближе один к другому. В настоящее время гидравлический таран употребляется довольно часто для поднятия небольшого количества воды для хозяйственных целей.

Изменение давления определяется по формуле Жуковского:
Δp=ρ(v−v1)v{\displaystyle \Delta p=\rho (v_{0}-v_{1})v},

где ρ — плотность жидкости, v{\displaystyle v_{0}} и v1{\displaystyle v_{1}} — средние скорости воды до и после закрытия клапана, v — скорость распространения ударной волны в жидкости. Эту скорость можно рассчитать по формуле:

v=1ρβ+DρEd,{\displaystyle v={\frac {1}{\sqrt {\rho \beta +{\frac {D\rho }{Ed}}}}},},

где E — модуль упругости стены, β{\displaystyle \beta } — сжимаемость жидкости, d — толщина стен трубы, а D — её диаметр.

Коэффициенты упругости различных материалов:

• вода — 2·109 Н/м²;
• чугун — 100·109 Н/м²;
• сталь — 200·109 Н/м²;
• медь — 123·109 Н/м²;
• алюминий — 71·109 Н/м²;
• полистирол — 3,2·109 Н/м²;
• стекло — 70·109 Н/м²;

Предел значения V равен 1414 м/с (скорость звука в воде).

КПД гидротаранного насоса зависит от отношения H/h, где h — высота попадающей в резервуар А воды, а H — требуемая высота поднятия.

Конструкция гидротарана “Качалыч”:

• 1. Питающая труба
• 2. Корпуса отбойного и напорного клапанов
• 3. Воздушный колпак
• 4. Напорный клапан
• 5. Клапанный узел
• 6. Скоба крепления
• 7. Отбойный клапан

Фидер и гидроклапан

Эти два элемента — основные в конструкции, которую планируется создать своими руками. От их размеров и устройства зависит вся работа агрегата.

Фидер

Представляет собой закрытый канал, соединяющий точку водозабора и точку гидроудара. В идеале это длинная ровная труба, расположенная под уклоном. Вода, находящаяся в трубе, и есть тот самый поршень, который создаёт избыточное давление — причину гидроудара. Поэтому чем больше сечение, тем мощнее будет таран. Диаметр трубы фидера должен лежать в разумных пределах — от 50 до 150 мм. Эта величина должна соотноситься с диаметром остальных каналов системы и требуемой высотой подачи.

В заборной части фидера рекомендуем установить раструб для лучшего улавливания воды.

Оптимальные соотношения диаметров гидротаранного насоса

В последнем случае при длине фидера 10 м и перепаде в 1,5 м вода будет подаваться на высоту в 10 м со скоростью около 1500 л/час.

Гидроклапан

Заводская модель этого устройства может оказаться дорога за счёт материала, прокладок и пружины, выставленной на определённое давление. В нашем случае, когда мы используем бесплатную энергию, которую просто нет смысла экономить или учитывать, достаточно самого факта блокировки потока воды. Для этого вполне подойдёт гидроклапан собственного изготовления.

Насос с самодельным гидроклапаном — видео установки с комментариями

Идеальное место установки такого насоса — пороги реки с их значительными перепадами или ручьи.

Расчёт

Расчёт коэффициента полезного действия гидравлического таранa очень прост, если ограничиться главными обстоятельствами явления. Пусть из пруда вытекает в единицу времени V1{\displaystyle V_{1}} единиц объёма воды и падает с малой высоты h{\displaystyle h}. А поднимаются в резервуар водопровода V2{\displaystyle V_{2}} единиц на большую высоту H{\displaystyle H}. Обозначим η{\displaystyle \eta } коэффициент полезного действия машины. Он равен отношению работы, совершённой машиной к работе падающей воды:

Для определения η{\displaystyle \eta } в разных случаях было сделано много опытов ещё в 1805 г. Эйтельвейном, позднее Мореном и др. Выяснилось, что коэффициент этот тем больше, чем ближе к единице отношение Hh{\displaystyle H:h}. По Эйтельвейну, когда H{\displaystyle H} в 20 раз больше h{\displaystyle h}, η=,2{\displaystyle \eta =0,2}; при H=8h{\displaystyle H=8h} η=,5{\displaystyle \eta =0,5}; при H=3h{\displaystyle H=3h} η=,7{\displaystyle \eta =0,7}. По данным начала XX века, полезное действие больше при больших падениях, чем при малых; так, при малых h{\displaystyle h} η=,4{\displaystyle \eta =0,4}, при средних 0,55, а при больших 0,7. Влияние же отношения высоты падения к высоте подъёма воды признается малым. Поэтому из V1=20{\displaystyle V_{1}=20}(литров) можно рассчитывать, например, поднять 2 л на 7 метров, 1 л на 14 метр, и только пол-литра на 28 м, если при данном H{\displaystyle H} η{\displaystyle \eta } = 0,1 для взятого тарана, труба, приводящая воду, должна быть достаточной длины, чтобы масса заключающейся в ней воды была значительна: по Эйтельвейну, она должна превышать H{\displaystyle H} на число футов, равное отношению H{\displaystyle H} к h{\displaystyle h}, и во всяком случае быть не короче, чем пятикратная высота подъёма, так что при коротких расстояниях её приходится намеренно изгибать. Диаметр клапана б должен быть равен диаметру приводной трубы, а этот последний в футах равен 260(V1+V2){\displaystyle 2{\sqrt {60(V_{1}+V_{2})}}}, где V1{\displaystyle V_{1}} и V2{\displaystyle V_{2}} даны в кубических футах. Объём колпака г делают равным объёму приводной трубы. Оба клапана должны быть как можно ближе один к другому. В настоящее время гидравлический таран употребляется довольно часто для поднятия небольшого количества воды для хозяйственных целей.

Изменение давления определяется по формуле Жуковского:
Δp=ρ(v−v1)v{\displaystyle \Delta p=\rho (v_{0}-v_{1})v},

где ρ — плотность жидкости, v{\displaystyle v_{0}} и v1{\displaystyle v_{1}} — средние скорости воды до и после закрытия клапана, v — скорость распространения ударной волны в жидкости. Эту скорость можно рассчитать по формуле:

v=1ρβ+DρEd,{\displaystyle v={\frac {1}{\sqrt {\rho \beta +{\frac {D\rho }{Ed}}}}},},

где E — модуль упругости стены, β{\displaystyle \beta } — сжимаемость жидкости, d — толщина стен трубы, а D — её диаметр.

Коэффициенты упругости различных материалов:

• вода — 2·109 Н/м²;
• чугун — 100·109 Н/м²;
• сталь — 200·109 Н/м²;
• медь — 123·109 Н/м²;
• алюминий — 71·109 Н/м²;
• полистирол — 3,2·109 Н/м²;
• стекло — 70·109 Н/м²;

Предел значения V равен 1414 м/с (скорость звука в воде).

КПД гидротаранного насоса зависит от отношения H/h, где h — высота попадающей в резервуар А воды, а H — требуемая высота поднятия.

Принцип действия

Этот механизм действует при помощи запаса механической работы, содержащегося в воде, текущей по трубе. В оригинальном приборе Монгольфье, устроенном в Сен-Клу, близ Парижа, вода притекает по длинной трубе AB{\displaystyle AB} (рис. 1) из невысоко расположенного 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 AB{\displaystyle AB}, получила возможность течь, работа силы тяжести пойдет на увеличение её скорости до некоторой наибольшей величины, обусловленной высотой h{\displaystyle h} уровня воды в пруде над отверстием K{\displaystyle K}, размерами и свойством (см. ниже) трубы AB{\displaystyle AB}. Вместе с тем будет возрастать и гидравлическое давление воды на нижнюю поверхность клапана V{\displaystyle V}, вес которого так подобран, чтобы он поднялся и закрыл выходное отверстие, как только скорость воды в трубе достигнет своей наибольшей величины. В этот момент гидростатическое давление воды на внутреннюю поверхность трубы AB{\displaystyle AB} и её продолжения CS{\displaystyle CS} станет возрастать, так как движение воды будет замедляться, пока весь запас работы, заключенный в её массе в виде живой силы, не истратится на растяжение этих стенок, на сжатие самой воды и на внутреннее трение. Но часть этих стенок сделана подвижною: в колоколообразном придатке S{\displaystyle S} замкнуто водой некоторое количество воздуха и помещены клапаны W{\displaystyle W}, открывающиеся в колокол R{\displaystyle R}, тоже содержащий воздух над водой и снабженный подъемной трубой DE{\displaystyle DE}. Поэтому после закрытия клапана V{\displaystyle V} живая сила воды начинает сжимать воздух в S{\displaystyle S}, пока не поднимутся клапаны W{\displaystyle W}; тогда вода станет входить в R{\displaystyle R}, частью сжимать находящийся в нём воздух, а частью подниматься по трубе DE{\displaystyle DE} на высоту H{\displaystyle H}. На все это скоро истратится вся живая сила воды, давление в R{\displaystyle R} перевесит давление в S{\displaystyle S}, клапаны W{\displaystyle W} закроются, V{\displaystyle V} откроется, и весь процесс начнется снова. Возрастание давления будет тем больше, чем быстрее захлопывается клапан V{\displaystyle V} и чем неподатливее стенки сосуда, заключающего воду в движении. Такого «гидравлического удара» тщательно стараются избегать при устройстве водопроводов, чтобы не лопались трубы, поэтому 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 DE{\displaystyle DE} и поддерживает в ней движение воды в тот период, когда клапаны W закрыты. При повышенном давлении в воде растворяется больше воздуха, чем при атмосферном давлении, поэтому количество воздуха в S{\displaystyle S} и R{\displaystyle R} уменьшалось бы во время непрерывной работы. Чтобы пополнять эту убыль, служит клапан H{\displaystyle H}, отворяющийся внутрь: как только клапаны W{\displaystyle W} захлопнутся, упругость воздуха в S{\displaystyle S} заставит воду в CBA{\displaystyle CBA} отхлынуть назад; с приобретенною скоростью она перейдет своё положение равновесия и произведет на очень короткое время под S{\displaystyle S} давление, меньшее атмосферного. В этот момент через H{\displaystyle H} входит немного воздуха.

В продаже существуют готовые типы таран, английские фирмы 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 расположены один над другим и снабжены пружинами и винтами, чтобы 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 наибольшая возможная высота подъёма уменьшаются. Хорошие результаты действия Таранa настолько зависят от своевременного закрывания выпускного («стопорного») клапана, что для больших машин Персалль (Pearsall) нашёл выгодным устроить для этой цели особую машину, приводимую в движение сжатым воздухом из-под колпака. Такой тип Таранa действует совершенно плавно, дает большой коэффициент полезного действия и может быть устроен в больших размерах. На том же принципе, Персалль устраивает гидравлический Таран для получения струи сжатого воздуха.

Как сделать красивые кашпо для комнатных цветов своими руками настенные?

Характерные черты модерна

Что потребуется для изготовления гидротарана своими руками

Больших затрат на изготовление подобного изделия не потребуется. Основными деталями здесь будут два обратных клапана. Их диаметр зависит от необходимого напора воды. В сегодняшнем примере будут использоваться клапаны и трубы на полдюйма, однако если требуется, допустим, полив огорода, придётся подбирать более толстые элементы.

Помимо клапанов необходимо подготовить пластиковые трубы, пару тройников, колено, шаровой кран и пластиковую бутылку, которая будет использоваться в качестве расширительного бачка.

ФОТО: YouTube.comДля примера будут использованы обратные клапаны диаметром полдюйма

Водяной насос без питания своими руками

Проток мгновенно закроется, произойдет гидроудар. Динамическое давление воды откроет обратные клапаны, вода поступит в воздушный колпак 11 и далее — в сеть потребителя и в гидроаккумулятор 12, а затем — в цилиндр 2. Под действием этого давления поршень начнет движение влево — процесс повторится и будет повторяться автоматически уже без участия пусковой емкости 1, которая пополнится при заполнении цилиндра 2.

Этой машине не нужен слив «лишней» воды, что не только повышает экономичность и удобство эксплуатации, но и делает машину почти универсальной — она может работать на любой реке.

Работа

Начальное состояние: отбойный клапан Б открыт и удерживается в таком положении пружиной или грузом или т. п. Сила этой пружины превышает силу давления статического столба воды в питающей трубе на закрытый отбойный клапан. Возвратный клапан В закрыт. Воздушный колпак заполнен воздухом.

По питающей трубе А поступает вода, разгоняясь до некой скорости, при которой отбойный клапан Б, увлекаемый потоком воды, преодолевает усилие своей пружины и закрывается, перекрыв сток.
Инерция резко остановленой в питающей трубе воды создает гидроудар — резкий скачок давления, величина которого определяется длиной питающей трубы и скоростью потока. Давление гидроудара преодолевает давление столба воды в отводящей трубе Д, возвратный клапан В открывается и часть воды из питающей трубы А проходит через него и поступает в отводящую трубу но, главным образом, в воздушный колпак Г, поскольку инерция массы воды в отводящей трубе Д препятствует такому быстрому, импульсному поступлению. Вода в питающей трубе остановлена, давление падает и приходит к статической величине, возвратный клапан закрывается, отбойный клапан открывается. Вода в питающей трубе начинает двигаться, постепенно ускоряясь, а в это время под давлением воздуха, поджатого в воздушном колпаке, поступившая в него порция воды продавливается в отводящую трубу. Таким образом система возвращается в исходное состояние и начинает новый цикл работы.

Расчёт

Расчёт коэффициента полезного действия гидравлического таранa очень прост, если ограничиться главными обстоятельствами явления. Пусть из пруда вытекает в единицу времени V1{\displaystyle V_{1}} единиц объёма воды и падает с малой высоты h{\displaystyle h}. А поднимаются в резервуар водопровода V2{\displaystyle V_{2}} единиц на большую высоту H{\displaystyle H}. Обозначим η{\displaystyle \eta } коэффициент полезного действия машины. Он равен отношению работы, совершённой машиной к работе падающей воды:

Для определения η{\displaystyle \eta } в разных случаях было сделано много опытов ещё в 1805 г. Эйтельвейном, позднее Мореном и др. Выяснилось, что коэффициент этот тем больше, чем ближе к единице отношение Hh{\displaystyle H:h}. По Эйтельвейну, когда H{\displaystyle H} в 20 раз больше h{\displaystyle h}, η=,2{\displaystyle \eta =0,2}; при H=8h{\displaystyle H=8h} η=,5{\displaystyle \eta =0,5}; при H=3h{\displaystyle H=3h} η=,7{\displaystyle \eta =0,7}. По данным начала XX века, полезное действие больше при больших падениях, чем при малых; так, при малых h{\displaystyle h} η=,4{\displaystyle \eta =0,4}, при средних 0,55, а при больших 0,7. Влияние же отношения высоты падения к высоте подъёма воды признается малым. Поэтому из V1=20{\displaystyle V_{1}=20}(литров) можно рассчитывать, например, поднять 2 л на 7 метров, 1 л на 14 метр, и только пол-литра на 28 м, если при данном H{\displaystyle H} η{\displaystyle \eta } = 0,1 для взятого тарана, труба, приводящая воду, должна быть достаточной длины, чтобы масса заключающейся в ней воды была значительна: по Эйтельвейну, она должна превышать H{\displaystyle H} на число футов, равное отношению H{\displaystyle H} к h{\displaystyle h}, и во всяком случае быть не короче, чем пятикратная высота подъёма, так что при коротких расстояниях её приходится намеренно изгибать. Диаметр клапана б должен быть равен диаметру приводной трубы, а этот последний в футах равен 260(V1+V2){\displaystyle 2{\sqrt {60(V_{1}+V_{2})}}}, где V1{\displaystyle V_{1}} и V2{\displaystyle V_{2}} даны в кубических футах. Объём колпака г делают равным объёму приводной трубы. Оба клапана должны быть как можно ближе один к другому. В настоящее время гидравлический таран употребляется довольно часто для поднятия небольшого количества воды для хозяйственных целей.

Изменение давления определяется по формуле Жуковского:
Δp=ρ(v−v1)v{\displaystyle \Delta p=\rho (v_{0}-v_{1})v},

где ρ — плотность жидкости, v{\displaystyle v_{0}} и v1{\displaystyle v_{1}} — средние скорости воды до и после закрытия клапана, v — скорость распространения ударной волны в жидкости. Эту скорость можно рассчитать по формуле:

v=1ρβ+DρEd,{\displaystyle v={\frac {1}{\sqrt {\rho \beta +{\frac {D\rho }{Ed}}}}},},

где E — модуль упругости стены, β{\displaystyle \beta } — сжимаемость жидкости, d — толщина стен трубы, а D — её диаметр.

Коэффициенты упругости различных материалов:

• вода — 2⋅109 Н/м²;
• чугун — 100⋅109 Н/м²;
• сталь — 200⋅109 Н/м²;
• медь — 123⋅109 Н/м²;
• алюминий — 71⋅109 Н/м²;
• полистирол — 3,2⋅109 Н/м²;
• стекло — 70⋅109 Н/м²;

Предел значения V равен 1414 м/с (скорость звука в воде).

КПД гидротаранного насоса зависит от отношения H/h, где h — высота попадающей в резервуар А воды, а H — требуемая высота поднятия.