Hydraulisk kolvpump

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 25 december 2015; kontroller kräver 25 redigeringar .

En hydraulisk kolvpump eller hydraulcylinder ( fr. bélier hydraulique , eng. hydraulisk kolv ) är en mekanisk anordning för att höja vatten över dess nivå. Pumpen får energi för drift från flödet av vatten som strömmar under inverkan av gravitationen från den sk. "matnings"-tank (till exempel från en damm i en flod) genom ett "matnings"-rör till något nedströms avlopp (till exempel till samma flod nedströms), så att enheten kan användas i områden där det inte finns elektricitet försörjning eller andra energikällor .

Pumpen passerar genom sig själv det mesta av vattnet från en liten höjd h (höjdskillnad mellan avloppet och vattennivån i försörjningstanken), och höjer en mindre del av vattnet till en större höjd H (höjdskillnaden mellan topppunkten på utloppsröret och vattennivån i tillförseltanken).

Villkoren är inte fasta. Till exempel benämns ett tillförselrör ofta som ett "tryckrör" osv.

Designbeskrivning

Den hydrauliska kolvpumpen består i det enklaste fallet av (se figur):

tillförselrör
kickventil (b)
returventil (c)
luftlock (g)
utloppsrör (d)

Arbete

Ursprungligt tillstånd: sparkventilen B är öppen och hålls i detta läge av en fjäder eller tyngd eller liknande Kraften från denna fjäder överstiger tryckkraften från den statiska vattenpelaren i tilloppsröret på den stängda kickventilen. Backventil B är stängd. Luftkåpan är fylld med luft.

Vatten kommer in genom tillförselröret A och accelererar till en viss hastighet, vid vilken avstängningsventilen B, medbringad av vattenflödet, övervinner kraften från sin fjäder och stänger och blockerar avloppet. Trögheten hos vattnet som plötsligt stoppas i tillförselröret skapar en vattenhammare - ett skarpt tryckhopp, vars storlek bestäms av längden på tillförselröret och flödeshastigheten. Vattenslagartrycket övervinner trycket från vattenpelaren i utloppsröret D, backventilen B öppnas och en del av vattnet från tillförselröret A passerar genom den och kommer in i utloppsröret, men huvudsakligen in i luftkåpan D, eftersom trögheten hos vattenmassan i utloppsröret D förhindrar detta snabba, impulsiva flöde. Vattnet i tilloppsröret stoppas, trycket sjunker och når ett statiskt värde, returventilen stänger, stoppventilen öppnar. Vattnet i tillförselröret börjar röra sig, gradvis accelererar, och vid denna tidpunkt, under trycket från luften som komprimeras i luftlocket, tvingas den del av vattnet som har kommit in i utloppsröret. Således återgår systemet till sitt ursprungliga tillstånd och påbörjar en ny arbetscykel.

Hur det fungerar

Denna mekanism fungerar med hjälp av en tillförsel av mekaniskt arbete som finns i vattnet som strömmar genom röret. I Montgolfiers ursprungliga apparat, uppställd i Saint-Cloud, nära Paris, rinner vatten genom ett långt rör (fig. 1) från en lågt liggande damm och kan rinna fritt över kanten medan ventilen är nere. $AB$ $K$ $V$

Från det ögonblick då påfyllningsvattnet fick möjlighet att rinna, kommer tyngdkraftsarbetet att gå till att öka dess hastighet till något maximalt värde, på grund av höjden på vattennivån i dammen ovanför hålet , dimensioner och egenskaper (se nedan) för röret . Samtidigt kommer vattnets hydraultryck på ventilens nedre yta också att öka , vars vikt är vald så att den stiger och stänger utloppet så snart vattenhastigheten i röret når sitt maximala värde. I detta ögonblick kommer det hydrostatiska trycket av vatten på rörets inre yta och dess fortsättning att öka, eftersom vattenrörelsen kommer att sakta ner tills hela tillförseln av arbete som finns i dess massa i form av arbetskraft spenderas på att sträcka dessa väggar, på att komprimera själva vattnet och på inre friktion. Men en del av dessa väggar är gjorda rörliga: i det klockformade bihanget stängs en viss mängd luft av vatten och ventiler placeras som mynnar in i klockan , som också innehåller luft ovanför vattnet och är utrustad med ett lyftrör . Därför börjar vattnets levande kraft efter att ha stängt ventilen att trycka in luften tills ventilerna stiger ; då kommer vattnet in i , dels komprimerar luften i det, dels stiger genom röret till en höjd . All levande kraft av vattnet kommer snart att spenderas på allt detta, trycket i kommer att uppväga trycket i , ventilerna kommer att stänga, öppna och hela processen kommer att börja igen. Ökningen av trycket blir desto större, ju snabbare ventilen stänger och desto mer oeftergivliga är väggarna i kärlet som innehåller vattnet i rörelse. De försöker noggrant undvika en sådan "vattenhammare" när de installerar vattenrör så att rören inte spricker, varför Montgolfier arrangerade ett lock ; den elastiska eftergivligheten hos luften som är innesluten i den försvagar slagets kraft; luften i locket fungerar som en regulator för röret och håller vattnet i rörelse under den period då ventilerna W är stängda. Vid ökat tryck löses mer luft i vatten än vid atmosfärstryck, så mängden luft in och ut skulle minska under kontinuerlig drift. För att kompensera för denna förlust finns det en ventil som öppnar inåt: så snart ventilerna stänger kommer luftens elasticitet att tvinga vattnet att dra sig tillbaka; med den förvärvade hastigheten kommer den att passera sitt jämviktsläge och producera under en mycket kort tid under ett tryck som är lägre än atmosfärstrycket. Vid denna tidpunkt kommer lite luft in. $AB$ $h$ $K$ $AB$ $V$ $AB$ $CS$ $S$ $W$ $R$ $DE$ $V$ $S$ $W$ $R$ $DE$ $H$ $R$ $S$ $W$ $V$ $V$ $S$ $R$ $DE$ $S$ $R$ $H$ $W$ $S$ $CBA$ $S$ $H$

Det finns färdiga typer av baggar till försäljning, engelska firmor Dulas, French Decker, etc. När de testades vid Paris Conservatory of Arts and Crafts gav baggar arrangerade av Decoeur en användbar effekt på 0,6 till 0,9. Figur 2 visar funktionerna hos dess enhet: båda ventilerna är placerade ovanför varandra och är utrustade med fjädrar och skruvar för att reglera deras spänning under själva operationen, vilket ändrar antalet slag från 40 med ett fall på 0,3 m till 220 med en fall av 2 m; lyfthöjden i alla experiment var 9 m 15 cm.

När luft släpps in genom en sidoventil, ej visad i fig. 2 fungerar kolven utan buller, men den användbara verkan och högsta möjliga lyfthöjd reduceras. Ramens goda resultat är så beroende av att avgasventilen ("stopp") stängs i tid att för stora maskiner fann Pearsall det fördelaktigt att för detta ändamål anordna en speciell maskin som drivs av tryckluft från under locket. Denna typ av ram fungerar perfekt smidigt, ger en hög effektivitet och kan arrangeras i stora storlekar. På samma princip arrangerar Persall en hydraulcylinder för att få en tryckluftsstråle.

Beräkning

Beräkningen av effektiviteten hos en hydraulisk kolv är mycket enkel, om vi begränsar oss till fenomenets huvudsakliga omständigheter. Låt volymenheter vatten rinna ut ur dammen per tidsenhet och falla från en liten höjd . Och stiga i tanken vattenförsörjningsenheter till en stor höjd . Låt oss beteckna maskinens effektivitet. Det är lika med förhållandet mellan det arbete som utförs av maskinen och det arbete som utförs av det fallande vattnet: $V_{1}$ $h$ $V_{2}$ $H$ $\eta$

\eta ={\frac {V_{2}H}{V_{1}h}}

För att avgöra i olika fall gjordes många experiment av Eitelwein, senare av Moren och andra 1805. Det visade sig att denna koefficient är ju större ju närmare kvoten är enhet . Enligt Eitelwein, när 20 gånger mer , ; vid ; kl . Enligt uppgifter från början av 1900-talet är den nyttiga verkan större för stora fall än för små; så, för liten , för medium 0,55 och för stor 0,7. Inverkan av förhållandet mellan fallhöjden och höjden av vattenstigningen anses vara liten. Därför, från (liter) kan du räkna till exempel att höja 2 liter per 7 meter, 1 liter per 14 meter, och bara en halv liter per 28 meter, om angivet = 0,1 för en tagen kolv, bör röret som levererar vatten vara av tillräcklig längd så att mängden vatten som finns i den är betydande: enligt Eitelwein måste den överstiga med ett antal fot lika med förhållandet till , och i alla fall inte vara kortare än fem gånger höjden på stigningen, så att den på korta avstånd måste böjas medvetet. Ventilens b diameter måste vara lika med diametern på drivröret, och denna senare i fot är lika med var och anges i kubikfot. Volymen av locket g görs lika med volymen av drivröret. Båda ventilerna ska vara så nära varandra som möjligt. För närvarande används en hydraulcylinder ganska ofta för att få upp en liten mängd vatten för hushållsändamål. $\eta$ $H:h$ $H$ $h$ $\eta =0,2$ $H=8h$ $\eta =0.5$ $H=3h$ $\eta =0.7$ $h$ $\eta =0.4$ $V_{1}=20$ $H$ $\eta$ $H$ $H$ $h$ $2{\sqrt {60(V_{1}+V_{2})}}$ $V_{1}$ $V_{2}$

Förändringen i trycket bestäms av Zhukovsky-formeln :, $\Delta p=\rho (v_{0}-v_{1})v$

där ρ är vätskans densitet och är medelvattenhastigheterna före och efter att ventilen stängts, v är hastigheten för stötvågen i vätskan. Denna hastighet kan beräknas med formeln: $v_{0}$ $v_{1}$

$v={\frac {1}{\sqrt {\rho \beta +{\frac {D\rho }{Ed))))},$ ,

där E är väggens elasticitetsmodul , är vätskans kompressibilitet, d är tjockleken på rörväggarna och D är dess diameter. $\beta$

Elasticitetskoefficienter för olika material:

vatten - 2⋅10 9 N/m²;
gjutjärn - 100⋅10 9 N / m²;
stål - 200⋅10 9 N/m²;
koppar - 123⋅10 9 N/m²;
aluminium - 71⋅10 9 N/m²;
polystyren - 3,2⋅10 9 N / m²;
glas - 70⋅10 9 N/m²;

Gränsvärdet för V är 1414 m/s (ljudhastighet i vatten).

Effektiviteten hos en hydraulisk kolvpump beror på förhållandet H/h, där h är höjden på vattnet som kommer in i tank A och H är den erforderliga lyfthöjden.

Historik

1772 uppfann och byggde engelsmannen John Whitehurst en "pulserande motor", en prototyp av en hydraulisk kolv, och publicerade en beskrivning av den tre år senare. Whitehursts enhet manövrerades manuellt. Den första automatiska hydrauliska kolvpumpen uppfanns av den berömda fransmannen Joseph-Michel Montgolfier tillsammans med Amy Argand 1796. 1797 fick Montgolfier, med hjälp av sin vän Matthew Boulton, ett brittiskt patent på sin uppfinning. 1816 patenterade Montgolfier-sönerna en modifierad version av denna pump.

I USA patenterades den hydrauliska kolvpumpen först av J. Cerneau och SS Hallet 1809. 1834 började amerikanen H. Strawbridge tillverkningen av hydrauliska kolvpumpar.

År 1930 publicerade professor S. D. Chistopolsky , i sitt arbete "Hydraulic Ram", en metod för teoretisk beräkning av sådana anordningar, baserad på teorin om hydraulisk chock , skapad av professor N. E. Zhukovsky 1897-1898.

Anteckningar

Länkar

Historien om driften av den hydrauliska kolvpumpen i Tuapse .
Hydroram .
Lermantov V.V. Pumps // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 volymer (82 volymer och 4 ytterligare). - St Petersburg. 1890-1907.