Download to read offline
More Related Content
29911p
- 1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН (19) KZ(13) B (11) 29911 (51) F04F 7/02 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 2013/1450.1 (22) 28.10.2013 (45) 15.05.2015, бюл. №5 (72) Есполов Тлектес Исабаевич; Яковлев Александр Александрович; Саркынов Ербол; Асанбеков Бакдаулет Абибуллаевич; Зулпыхаров Бауыржан Амалбекович; Садибек Гүлдана (73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения "Казахский национальный аграрный университет" Министерства образования и науки Республики Казахстан (56) KZ 17789 A, 15.09.2006 Е. Саркынов, А.А. Яковлев. Использование эффекта гидроудара в насосной установке для подъема воды из водотоков (54) ГИДРОТАРАННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к области насосостроения, в частности, к конструкциям насосных установок, использующих энергию текучей среды, например, воды в водотоках, создающих за счёт применения гидравлического удара напор и подачу воды и обеспечивающих её подъём на большую высоту. Техническим результатом изобретения является улучшение энергетических показателей установки и увеличение диапазона ее использования по геометрическому напору. Это достигается тем, что в гидротаранной насосной установке (Фиг.1), включающей корпус 1 с входным и выходным патрубками, ударным 2 и нагнетательным 3 клапанами, воздушный колпак 4 с водоподающим трубопроводом 5 и питательную трубу 6 с приемной частью Z-образной формы телескопического соединения 7, 12, вход которой сообщен с водотоком, а выход - с входным патрубком корпуса, центральная часть корпуса 1 соединена через нагнетательный клапан 3 с воздушным колпаком 4, а на выходном патрубке корпуса 10 установлен ударный клапан 2 с возможностью возвратного перемещения под действием шарнирно подвешенного противовеса 17 с уравновешивающим грузом 21, штоком 19 и полусферическим диском 18 с вогнутостью, направленной навстречу потоку воды, вытекающей через ударный клапан 2, и возможностью регулирования в осевом направлении, приемная Z- образная часть питательной трубы 6 с телескопическим соединением снабжена рамы- щитом 13 для создания дополнительного подпора воды и удержания насосной установки в водотоке, а корпус 1 с входным 9 и выходным 10 патрубками, ударным 2 и нагнетательным 3 клапанами выполнен в виде расширительного диффузорно-конфузорного патрубка с коленом 23, соединённым с проходным сечением обратного клапана 3 воздушного колпака 4, при этом рама-щит 13, например, выполнена в виде усечённой призмы по профилю лотков арычной системы, а полусферический диск 18 ударного клапана 2 выполнен с диаметром не менее его проходного отверстия седла 16. (19)KZ(13)B(11)29911
- 2. 29911 2 Изобретение относится кобласти насосостроения, в частности, к конструкциям насосных установок, использующих энергию текучей среды, например, воды в водотоках, создающих за счёт применения гидравлического удара напор и подачу воды и обеспечивающих её подъём на большую высоту. Известна насосная установка с использованием гидроэнергии типа гидравлического тарана (Кораблёв А.Д. Экономия энергоресурсов в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1988, с.200- 202), состоящая из питательной трубы с ударным и нагнетательным клапанами, ёмкости - воздушного колпака с водоподающим трубопроводом и водоприёмной ёмкости. Ударный клапан расположен на выходе питательной трубы, которая через обратный клапан соединена с ёмкостью - воздушным колпаком. Приёмная часть питательной трубы по отношению к расположению ударного клапана приподнята на необходимую величину «h» и установлена в водотоке. Недостатком известной насосной установки является малый диапазон её использования из-за необходимости выбора естественных условий, при которых место расположения насосной установки по отношению к водотоку должно иметь геометрический перепад высот необходимой величины. При открытии ударного клапана неэффективно используется сила давления сбрасываемой струи воды через отверстие седла на плоскость наружной части клапана, в результате замедляется перемещение ударного клапана, что приводит к увеличению времени его закрытия и, соответственно, к снижению энергетических показателей - уменьшению напора, подачи, полезной мощности и КПД, т.к. согласно теории гидравлического удара, чем меньше продолжительность закрытия ударного клапана, тем выше вероятность приближения процесса к прямому гидравлическому удару и соответственно к увеличению в питающем трубопроводе гидроударного давления. Причиной недостатка является конструкция приёмной части питательной трубы и ударного клапана. Известен гидравлический таран (Предварительный патент KZ №9160, кл. F04F 7/02, 1998), состоящий из корпуса с ударным и нагнетательным клапанами и воздушного колпака с водоподающим трубопроводом. Ударный клапан расположен на выходном патрубке корпуса и состоит из тарельчатого клапана со штоком и регулировочной гайкой, крышки - седла, на которой установлены направляющие качения в виде роликов, внутри которых перемещается шток с тарельчатым клапаном, а нагнетательный клапан выполнен в виде неподвижной установленной самоуплотняющейся манжеты в средней части патрубка корпуса, соединённого с воздушным колпаком. Входной патрубок корпуса гидротарана соединен с питательным трубопроводом водотока. Недостатком этого гидравлического тарана продолжает оставаться замедленное закрытие ударного клапана, хотя для уменьшения времени его закрытия предусмотрено использование в направляющих перемещения штока тарельчатого клапана трения качения с малым коэффициентом трения в виде двух пар роликов качения, однако при сбросе струи воды через отверстие седла в крышке ее сила давления направлена на ролики против их вращения, что будет способствовать с другой стороны замедлению перемещения ударного клапана и, соответственно, снижению энергетических показателей гидротаранной насосной установки. Причиной недостатка является конструкция ударного клапана. Известна гидротаранная насосная установка (Предварительный патент KZ №17789, кл. F04F 7/02, 2005), включающая корпус с входным и выходным патрубками, ударным и нагнетательным клапанами, воздушный колпак с водоподающим трубопроводом и питательную трубу с приемной частью Z-образной формы, выполненной с телескопическим соединением для регулирования её по высоте, вход которой сообщен с водотоком, а выход - с входным патрубком корпуса, центральная часть корпуса соединена через нагнетательный клапан с воздушным колпаком, а на выходном патрубке корпуса установлен ударный клапан с возможностью возвратного перемещения под действием шарнирно подвешенного противовеса, снабжённого уравновешивающим грузом, штоком и полусферическим диском с вогнутостью, направленной навстречу потоку воды, вытекающей через ударный клапан, и возможностью регулирования в осевом направлении. Недостатком данной гидротаранной насосной установки является отсутствие дополнительного подпора воды в водотоке перед приёмной частью, нет надёжного удержания насосной установки в водотоке и не достаточно эффективно используются скоростной и гидроударный напоры. Причиной недостатка является конструкция гидротаранной насосной установки. Задачей изобретения является создание гидротаранной насосной установки с улучшенными энергетическими показателями и увеличенным диапазоном ее использования по геометрическому напору. Технический результат достигается тем, что в гидротаранной насосной установке, включающей корпус с входным и выходным патрубками, ударным и нагнетательным клапанами, воздушный колпак с водоподающим трубопроводом и питательную трубу с приемной частью Z-образной формы с телескопическим соединением, вход которой сообщен с водотоком, а выход - с входным патрубком корпуса, центральная часть корпуса соединена через нагнетательный клапан с воздушным колпаком, а на выходном патрубке корпуса установлен ударный клапан с возможностью возвратного перемещения под действием шарнирно подвешенного противовеса с уравновешивающим грузом, штоком и полусферическим диском с вогнутостью, направленной навстречу потоку воды, вытекающей через ударный клапан, и возможностью
- 3. 29911 3 регулирования в осевомнаправлении, приемная Z- образная часть питательной трубы с телескопическим соединением снабжена рамой- щитом для увеличения подпора воды в водотоке перед приёмной частью и одновременного удержания насосной установки в водотоке, а корпус с входным и выходным патрубками, ударным и нагнетательным клапанами выполнен в виде расширительного диффузорно-конфузорного патрубка с коленом, соединённым с проходным сечением обратного клапана воздушного колпака, а полусферический диск ударного клапана выполнен с диаметром не менее его проходного отверстия седла. Снабжение приёмной Z-образной части питательной трубы с телескопическим соединением рамы-щитом и выполнение корпуса с входным и выходным патрубками, ударным и нагнетательным клапанами в виде расширительного диффузорно- конфузорного патрубка с коленом, соединённым с проходным сечением обратного клапана воздушного колпака, позволяет на коротком участке водотока использовать необходимый для технологического процесса геометрический перепад высот, эффективно использовать скоростной и гидроударный напоры, способствующие увеличению диапазона использования по геометрическому напору, ускорению переключения ударного клапана, а также надёжному удержанию насосной установки в водотоке, что приводит к улучшению энергетических показателей: увеличению напора, подачи, полезной мощности и КПД гидротаранной насосной установки. Для расширения области применения насосной установки - в арычной системе по озеленению городских территорий, рама-щит, например, выполнена в виде усечённой призмы по профилю лотков арычной системы. Таким образом, заявленная группа признаков обеспечивает повышение энергетических показателей гидротаранной насосной установки и увеличение диапазона ее использования по геометрическому напору. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема гидротаранной насосной установки, а на фиг.2 - размещение приемной Z-образной части питательной трубы с рамой-щитом в водотоке. Гидротаранная насосная установка состоит из корпуса 1 с ударным 2 и нагнетательным 3 клапанами, воздушного колпака 4 с водоподающим трубопроводом 5 и питательной трубы 6, приёмная часть 7 которой сообщена с водотоком, выходная часть - 8 с входным патрубком 9 корпуса 1, а на выходном 10 и среднем 11 патрубках корпуса установлены ударный 2 и нагнетательный 3 клапаны. Патрубок 11 нагнетательного клапана 3 соединён с воздушным колпаком 4. Приёмная часть 7 питательной трубы 6 выполнена регулируемой по высоте при помощи телескопического соединения 12 трубопровода и снабжена рамой-щитом 13. Ударный клапан 2 включает цилиндрический корпус 14, внутри которого имеется тарельчатый клапан 15 с направляющей, соосно установленный в отверстии седла 16 и возвратно перемещаемый от действия силы шарнирно подвешенного на цилиндрическом корпусе 14 противовеса 17, снабжённого полусферическим диском 18 с вогнутостью, направленной навстречу потоку воды, вытекающей через отверстие седла 16 ударного клапана 2 и соосно установленного на штоке 19 с регулируемым осевым перемещением и фиксацией относительно плоскости седла 16, а также с регулируемым осевым перемещением и фиксацией штока 19 по кронштейну 20 относительно торца направляющей тарельчатого клапана 15 и груза 21 по штоку 19 относительно кронштейна 20. Корпус 1 с входным 9 и выходным 10 патрубками, ударным 2 и нагнетательным 3 клапанами выполнен в виде расширительного диффузорно-конфузорного патрубка 22 с коленом 23, соединённым с проходным сечением обратного клапана 3 воздушного колпака 4. Гидротаранная насосная установка работает следующим образом. Вода водотока через приёмную часть 7, погружённую в водоток, поступает за счёт геометрического напора Нг (от перепада высот погружения), создания дополнительного подпора воды в водотоке Нп рамы-щитом 13 и скоростного напора (от скорости движения воды) по питательной трубе 6 в корпус 1 с ударным 2 и нагнетательным 3 клапанами. Одна часть воды через нагнетательный клапан 3 поступает в воздушный колпак 4, другая - через ударный клапан 2 вытекает с возрастающей скоростью наружу водотока. С увеличением скорости силы давления на тарельчатый клапан 15 и на полусферический диск 18 противовеса 17 повышаются и клапан 15 закрывается, что приводит к гидравлическому удару. Давление в питательной трубе 6 и внутри корпуса 1 становится больше, чем в воздушном колпаке 4, нагнетательный клапан 3 открывается, и вода поступает в воздушный колпак 4. При падении давления воды в питательной трубе 6 и внутри корпуса 1, ударный клапан 15 откроется вновь, а нагнетательный 3 закроется. Вода из воздушного колпака 4 под давлением сжатого воздуха в его верхней части будет поступать при открытии вентиля 24 по водоподаюшему трубопроводу 5 к потребителю. В дальнейшем технологический процесс будет повторяться автоматически, для чего необходимо запустить ударный клапан 2 путем подъёма и опускания противовеса 17, при этом насосная установка будет работать при постоянной частоте ударного клапана, оптимальный режим которой в зависимости от исходных параметров водотока (геометрического и скоростного напоров) регулируется настройкой противовеса 17, перемещением штока 19, полусферического диска 18 и груза 21. Для остановки гидротаранной насосной установки вентиль 24 водоподающего трубопровода 5 закрывается и перемещение ударного клапана 2 отключается путём поднятия противовеса 17. При повторном запуске насосной
- 4. 29911 4 установки вновь противовес17 ударного клапана опускается, вентиль 24 открывается и процесс работы насосной установки повторяется. Таким образом, предлагаемая конструкция гидротаранной насосной установки обеспечивает повышение энергетических показателей и увеличение диапазона её использования по геометрическому напору. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гидротаранная насосная установка, включающая корпус с входным и выходным патрубками, ударным и нагнетательным клапанами в виде расширительного дуффузорно-конфузорного патрубка с коленом, соединенным с проходным сечением обратного клапана, воздушный колпак с водоподающим трубопроводом и приемная часть Z-образной питательной трубы с телескопическим соединением, вход которой сообщен с водотоком, а выход - с входным патрубком корпуса, центральная часть корпуса соединена через нагнетательный клапан с воздушным колпаком, а на выходном патрубке корпуса установлен ударный клапан с возможностью возвратного перемещения под действием шарнирно подвешенного противовеса с уравновешивающим грузом, штоком и полусферическим диском с вогнутостью, направленной навстречу потоку воды, вытекающей через ударный клапан, и возможностью регулирования в осевом направлении, отличающаяся тем, что приемная часть Z-образной питательной трубы с телескопическим соединением снабжена рамой-щитом для создания дополнительного подпора воды на входе приемной части и удержания насосной установки в водотоке. 2. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что полусферический диск ударного клапана выполнен с диаметром не менее его проходного отверстия седла. Верстка А. Сарсекеева Корректор К. Нгметжанова