Гидротаранный насос

Гидротараны — бестопливные насосы от уральских умельцев

Пермские крамольники начали реализацию проектов по улучшению качества жизни людей на Земле. Наперекор всем современным научным общепринятым понятиям и догмам они решили запустить массовое производство водяных насосов работающих БЕЗ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА по максимально доступной для русичей цене!Давно забытые дедовские, экологически чистые и не загрязняющие окружающую природу технологии начали возрождаться на нашей святой русской земле. И как бы не пыжылись представители тёмных западных иерархий переманить светлые русские головы на свою сторону, Боги на нашей стороне, а значит и победа будет за нами.Как говорил Коловрат: «Это жидкие мозги утекают, а твёрдые остаются».

Источники

• https://zen.yandex.ru/media/samstroy24/gidrotaran-nasos-kachaiuscii-vodu-dlia-poliva-bez-elektrichestva-i-topliva-5e479d41baec8f365f1fbb4e
• https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/gidrotaran/
• https://dealanenergo.ru/Statiy/gidrotaran-vodyanoy-nasos-bez-lektrichestva
• https://www.rmnt.ru/story/water/gidroudar-ili-kak-sdelat-besplatnyy-nasos-ispolzuja-energiju-vody.784823/
• https://USamodelkina.ru/11806-gidrotarannyj-nasos-svoimi-rukami.html
• https://www.kramola.info/vesti/rusy/gidrotarany-bestoplivnye-nasosy-ot-uralskih-umelcev

Как повысить эффективность установки

Производительность устройства напрямую зависит от силы возникающего гидроудара. А она, в свою очередь, определяется рядом факторов. В частности, тем, какие использованы трубы. Их стенки не должны быть эластичными. Иначе объем трубы в месте резкой остановки воды увеличивается, и сила гидроудара снижается.

Если полость, по которой движется жидкость, заполнена воздухом и он не успевает во время выйти, то также не стоит рассчитывать на максимально мощный гидроудар. Задержавшийся воздух выступает в роли амортизатора.

Давление в нем постепенно увеличивается, создается сопротивление движущейся воде, и та замедляет свой ход. Этот принцип оказывается полезным, если нужно защитить от повреждения обычный трубопровод. Но в случае с гидротараном воздух оказывается ненужным препятствием.

И еще два фактора, сдерживающих силу гидравлического удара, – недостаточная скорость движения потока и плавное его перекрытие. Стоит помнить, что при одинаковом расходе воды скорость уменьшается при увеличении диаметра трубы, и наоборот. Как перекрывается движение жидкости, зависит от работы клапана.

Таким образом, мощнейший гидроудар получается при использовании наиболее жесткой и прочной трубы, сильнейшем разгоне потока перед остановкой и резком его перекрытии клапаном. При соблюдении указанных условий гидротаран будет выполнять свое предназначение и обеспечит объект максимально возможным количеством воды.

Как сделать гидроударный насос? Изготовление гидротарана

Устройство забора воды. Никита , Наш насос НЕ предназначен для работы на скважинах и колодцах, и для бочек разумеется тоже. Руслан , здравия! Поршень 3 смещает шток 4 и прикрепленный к нему диск 5 ударного клапана влево.

Кулачковый механизм, вмонтированный в шток, поворачивает диск 6 так, что отверстия в обоих дисках совпадают, вследствие чего сопротивление течению речной воды через гидротаран уменьшается. Движение штока прекратится, когда упор 7 надавит на рейку 8 механизма управления вентилем 9. Он откроется, давление в цилиндре упадет, шток под действием скоростного напора двинется вправо. Кулачковый механизм при этом повернет диск 6 вокруг оси штока так, что отверстия в дисках перекроются и сопротивление клапана увеличится, а скорости течения воды и движения клапана со штоком сравняются.

Движение вправо закончится ударом диска 5 в край 10 питательной трубы.

Гидротаран. Насос, качающий воду для полива без электричества и топлива

Мы привыкли, что для того, чтобы перекачать воду – нужен насос с питанием от электричества или мотопомпа (на бензиновом двигателе). Но, оказывается, можно поднять на высоту или перекачать приличные объемы воды и без потребления энергоносителей. Что для этого нужно? Простое и гениальное устройство – гидротаран. А так же постоянный перепад уровня воды в месте установки этого насоса.

Гидротаран — простое устройство-насос, не потребляющее электроэнергии

При большом напоре воды (например, в горной речке), некоторые модели гидротаранов способны поднимать воду вверх на 40-50 м. Нет, это не вечный двигатель. Это лишь грамотное использование законом гидравлики. Смотрим устройство гидротарана:

 

Схема и описание гидротарана. Если кратко, то это простое устройство работает так: вода, при своем течении на перепаде высот создает напор в трубе, закрывая один клапан и открывая другой. При открытии нагнетательного клапана и наполнении воздушной емкости, создается понижение давления в системе, которое открывает основной (отбойный) клапан с кратковременным вытеканием воды. Но этот клапан быстро закрывается – и появляется гидроудар. Т.к. жидкость не сжимается – она открывает напорный клапан, наполняя трубу для перекачивания. Цикл повторяется.

На этой анимации более понятен принцип работы. Т.е. мы забираем тот поток воды, который выходит с воздушной емкости. Он гораздо меньше того, что показан справа на схеме, но вода в нем под пульсирующим давлением, и способна подняться на приличную высоту. Гидротаран не вечный двигатель – это устройство лишь преобразует кинетическую энергию потока воды через гидроудар в другой поток воды.

На западе это устройство известно под названием ram-pump (таранный насос). В СССР достаточную известность получили разработки гидротаранов Рогозина Г.В. Под его началом в Кыргызстане изготавливалось много подобных насосов и устанавливались в каналах и горных реках для подъема воды для полива на полях:

И сейчас некоторые производители продолжают выпуск подобных установок для мелиорации и водоснабжения, основываясь на наработки советского инженера Рогозина:

Изделия компании «Гидроимпульс», г. Бишкек.

Изделия компании «Гидроимпульс», г. Бишкек.

Изделия компании «Гидроимпульс», г. Бишкек.

Изделия компании «Гидроимпульс», г. Бишкек.

Проект перекачки воды с ручья в Кызыле. Посмотрите, на какую высоту перекачивается вода без использования электричества. Используя только законы гидравлики и перепад давления в потоке.

На этом принципе не так давно создавались опытные образцы для выработки электроэнергии:

Почему они не пошли в серию – большой вопрос. Ведь в этих модификациях используется уже не перепад высоты в русле реки, а перепад давления на поверхности и на глубине, если я правильно понял. У этой установки есть проблема: автоколебания могут затухать из-за растворимости воздуха в воде воздушной емкости. Но это решаемо.

Но это все большие установки, которые могут перекачивать тысячи литров в час и импульсной подачей жидкости приводить к вращению генераторы. Для частного сектора и их нужд иногда достаточно и менее продуктивного устройства. Такие гидротараны давно делают как кулибины, так и небольшие фирмы. Вот конструкция, сделанные из распространенных деталей, которые можно приобрести в любом магазине:

Минимум деталей. Основная стоимость – это трубы или шланги для доставки воды к месту. В youtube видел ролик, что один умелец смог проложить водопровод на расстоянии 250 м от ручья. Но у него поток воды создавался всего лишь 2л/мин. Как собрать в подробностях – роликов много в youtube.

Так в чем заключается идея и смысл этой статьи? Допустим, у кого-то имеется дача, но нет скважины. А участок расположен рядом с ручьем или речкой с достаточным перепадом высоты в их русле. Можно собрать этот нехитрый гидротаран и закачивать воду для полива даже из небольшого ручья. Нужно будет забирать воду выше по течению и ниже на 10-15 м подавать в гидротаран. А тот уже подаст воду к Вам в бак или в систему капельного полива. Как захотите. И это все без электричества и электрических насосов.

Эта технология в особенности подойдет для домов, расположенных рядом с ручьями и речками в горной местности. Там перепад в русле большой и воду можно перекачивать на большие расстояния и высоты. К сожалению, гидротаран не подходит для озер и равнинных рек, где на протяжении сотен метров нет перепада высоты даже на 0,5 м.

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

Фидер, мм	Система, мм
50	16
100	32
150	32–50

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.

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.

Гидротаранные насосы заводского изготовления

Разумеется, такие простые и надёжные устройства не могли миновать претензий на серийное производство. В настоящий момент их производят как отечественные, так и зарубежные фирмы. Однако из-за своей специфики работы (часть воды сбрасывается через клапан) они имеют довольно узкую область применения — в городском хозяйстве они практически бесполезны, зато незаменимы в отдалённых, неосвоенных районах, экопоселениях и фермерских хозяйствах.

На сегодняшний день в России только одна фирма выпускает эти экологически чистые и эффективные устройства — производственная артель «Урал». Модельный ряд представлен насосами «Качалыч» ГТ-01 (190 у. е.) и ГТ-03 (110 у. е.), а также их разновидностями.

Изготовление насоса своими руками обойдётся несколько дешевле, даже если приобретать все детали. Однако реальная экономия достигается при наличии подручных средств — в этом случае насос будет практически бесплатным, при этом его производительность может быть существенно выше за счёт более объёмного фидера и пропускной способности всей системы.

Любой прибор или устройство на основе действий естественных сил заслуживает пристального внимания и разработки. Игнорируя бесплатную энергию, данную самой природой, мы рискуем внезапно остаться беспомощными в отсутствие бензина и электричества. Перевод подсобного хозяйства на альтернативные источники энергии — залог спокойствия и гармонии с окружающей средой.

Гидроудар или как сделать бесплатный насос, используя энергию воды

В этой статье мы расскажем о том, как создать насос, не требующий топлива или электричества для работы. Статья содержит описание принципа работы устройства, основные элементы конструкции, а также видео с процессом сборки базовой модели таранного насоса. Вы узнаете, как собрать его самостоятельно.

Гидравлика — наука такая же древняя, как и сама вода. Законы гидравлики действуют абсолютно для любой жидкости, и мы рассмотрим, как использовать эти законы в организации насоса или помпы с применением кинетической энергии.

Прототип насоса, основанного на действии гидроудара, был создан во Франции ещё в 17-ом веке изобретателем воздушного шара Монгольфье. Практически одновременно с ним идентичную конструкцию запатентовали изобретатели в Англии, США и Германии. В России он получил звучное народное название «гидротаран».

Принцип действия гидротарана:

Ниже на рисунке изображена принципиальная схема гидротарана.

• 1. Питающая труба
• 2. Отбойный клапан
• 3. Напорный клапан
• 4. Воздушный колпак
• 5. Напорный трубопровод
• 6. Устройство забора воды

Питающая труба (1) имеет относительно большую длину. Высота уровня воды в месте её забора и в месте установки отбойного клапана должна быть не менее 0,5 м (от перепада напрямую зависит производительность и высота напора).

Гидравлический таран работает следующим образом. При открытом отбойном клапане (2) вода, двигаясь по питающей трубе (1), сливается наружу. При достижении определенной скорости потока, вода подхватывает отбойный клапан (2) и ускоренно перемещает его верх. Клапан (2) резко перекрывает поток воды. Передние слои воды, упираясь в клапан (2), останавливаются, в то время как остальные слои столба воды в питающей трубе (1) по инерции продолжают движение. Вследствие этого, происходит резкое повышение давления в зоне отбойного клапана (2), и весь столб воды в трубе (1) останавливается. Процесс повышения давления в трубе (1) сопровождается упругим сжатием воды. После остановки воды в трубе (1) возникает обратная, отраженная волна давления в сторону устройства забора воды (6), приводящая к понижению давления у отбойного клапана (2), вплоть до разряжения. Отбойный клапан (2) открывается, и процесс повторяется снова. В моменты повышения давления в области отбойного клапана (2) вода через напорный клапан (3) поступает в полость воздушного колпака (4) или, иначе, пневмогидроаккумулятора. Далее вода, практически без пульсации, по напорному трубопроводу (5) поступает к месту назначения.

Описанное явление, когда разогнанный массивный столб воды в длинной питающей трубе (1) ударяет по внезапно закрытому отбойному клапану (2), называют гидравлическим ударом.

Плюсы и минусы

Преимущества этого агрегата очевидны:

• Для его функционирования не требуются мускульные усилия. В конструкции нет двигателя, работающего на электричестве или бензине. А значит, отсутствуют дополнительные материальные затраты.
• Простота применения. Насос-гидротаран достаточно установить один раз, и он будет исправно работать без особого присмотра и обслуживания.
• Минимальные условия для приведения в действие такого насоса. Достаточен перепад уровней в несколько десятков сантиметров и небольшой расход воды. Причем она может накапливаться до совершения рабочего цикла. Способностью работать в таких условиях не могут похвастаться другие гидротехнические устройства, такие как турбины, водяные колеса.
• Длительная служба. Ее обеспечивает незамысловатая конструкция с минимумом деталей. Устройство может эксплуатироваться до 20 лет или пока не пересохнет питающий водоток.
• Несложная сборка. Смонтировать конструкцию можно, не обладая специальными навыками. Единственное, составные элементы должны быть высокопрочными.

Но, наряду с полезными качествами, насос этого типа имеет и существенные недостатки. Из-за них предпочтение чаще отдается электрическим и бензиновым аналогам. Минусов в работе гидротарана несколько.

Во-первых, поток, проходящий через нагнетательную трубу, должен иметь хорошую скорость, как минимум метр в секунду. Поэтому обязателен достаточный перепад высот. Значит, с помощью классического гидротарана не получится забирать воду из пруда, озера или реки с очень спокойным течением из-за незначительного уклона местности.

Установленный гидротаран в реке с уклоном

Во-вторых, за время гидравлического удара вода, находящаяся за отбойным клапаном, должна успеть уйти. Нужно, чтобы после открытия «заслонки» ничто не мешало новой порции жидкости как следует разогнаться. Только при высокой скорости потока клапан снова захлопнется и произойдет очередной гидравлический удар.

Если вода останется, разгон воды будет осуществляться гораздо дольше. Это приводит к потере жидкости, которая могла бы оказаться полезной, и снижению производительности установки

Важно, чтобы отбойный клапан располагался на достаточной высоте по сравнению с местом, куда после него стекает вода

В-третьих, устройство гидротарана позволяет добывать воду исключительно за счет энергии потока, но в то же время наблюдаются значительные потери жидкости. Ее гораздо больше уходит, чем поднимается для использования по назначению.

В итоге количество получаемой жидкости может оказаться ничтожным. Для более эффективной работы агрегата необходимо правильно рассчитать длину и диаметр нагнетательной трубы, сечения клапанов и другие параметры. Требуется индивидуальная настройка под условия, в которых будет находиться установка.

В-четвёртых, воздух из колпака может растворяться в воде, нагнетаемой вследствие гидравлического удара. Причиной этому является повышенное давление. Необходима подкачка воздуха, которую технически сложно осуществить. Одно из решений – применение в роли такого колпака мембранного гидроаккумулятора.

В-пятых, принцип гидротарана действует только при больших размерах такого оборудования. Протяженность нагнетательной трубы в 10 и больше метров нужна для того, чтобы обеспечить мощный гидроудар после воздействия на отбойный клапан большой массы воды.

Линейные размеры насоса можно уменьшить, применив спиралевидную трубу, но вес не изменится. Нужно учитывать, что чем больше установка, тем толще стенки ее элементов, а сами детали массивней. Это требуется для обеспечения необходимой прочности конструкции.

Как и почему работает гидротаран

Главная особенность данного насоса — он использует кинетическую энергию воды, которая уже находится в потоке. То есть, для подачи воды на высоту необходим перепад уровней. Он может быть минимальным — 0,5 м, но чем этот показатель больше, тем эффективнее работа насоса. Мы нарочно не приводим гидравлический расчёт — он крайне сложен и сводится лишь к оптимальной пропорции перепада высоты между точкой забора воды, рабочей частью насоса и верхней точкой слива. Поскольку это устройство будет установлено в конкретных условиях, все величины разумно определить по месту.

Вода, попадая в фидер, под действием гравитации стремится к нижней точке, создавая избыточное давление, на которое реагирует гидроклапан. В момент его срабатывания вода блокируется в закрытой системе и происходит явление гидроудара, который проталкивает воду через обратный клапан в расширительный бак. Эластичные стенки бака накапливают избыточное давление от гидроудара, но не в воде (она несжимаема), а в воздухе. Это давление и проталкивает воду по отводному каналу (шлангу, трубе), а обратный клапан не даёт давлению выровняться.

Принцип работы гидротаранного насоса на видео

После сброса давления в расширительный бак гидроклапан снова открывается и цикл возобновляется. Подача воды происходит импульсами. Многие уже догадались, что работа насоса становится возможна за счёт разности плотности сред — несжимаемой воды и воздуха, который легко аккумулирует давление. Вся сила гидроудара переходит в спрессовку газа (воздуха) в расширительном баке, который потом подаёт воду наверх.

Устройство и принцип работы

Итак, вода поднимается за счет происходящего в насосе гидроудара. Это явление, когда текущая на скорости жидкость резко останавливается, наткнувшись на препятствие, и давление в трубе мгновенно возрастает. Если посмотреть на схему гидротарана, можно увидеть нагнетательную трубу, расположенную под наклоном.

По ней самотеком движется жидкость от естественного источника. Вода встречает на пути отбойный клапан. Он закрывается, когда динамический напор жидкости доходит до определенного значения. Давление здесь кратковременно, но сильно увеличивается.

Это приводит к подъему воды и ее проходу через еще один клапан гидротарана – напорный. Жидкость попадает в пространство воздушного колпака, а затем по отводящей трубе транспортируется к месту назначения. Когда вода после удара устремляется в обратном направлении от отбойного клапана, тот открывается и цикл повторяется.

Нагнетательная труба достаточно длинная. Она может быть и 10, и 30 метров. Уровень воды в точке ее забора, наверху, и в районе отбойного клапана, внизу, должен иметь разницу от полуметра. От этого показателя зависит производительность насоса.

Применение резервуарного гидротаранного электрогенератора:

1. Как индивидуальная миниэлектростанция одного индивидуального дома или коттеджа и как источник экологически чистой электроэнергии для электроавтомобиля, городского электробуса, дирижабля, самолета, подводного аппарата, надводного судна при малом диаметре D.

2. В виде электростанции для электроснабжения жилого дома при достаточно большом диаметре D.

См. также:

https://yandex.ru/patents/doc/RU2007111256A_20081010 ; https://yandex.ru/patents/doc/RU2006106647A_20070927 ; https://yandex.ru/patents/doc/RU2006123570A_20080110 ; https://yandex.ru/patents/doc/RU2005129637A_20060610 ; https://yandex.ru/patents/doc/RU2006120556A_20080220 ; http://easpatents.com/8-20688-gidrotaran-v-gidrotarane.html ; http://easpatents.com/8-19159-gidrotarannyjj-elektrogenerator.html ; http://easpatents.com/5-10732-podvodnyjj-gidravlicheskijj-taran.html.

Примечание: Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

карта сайта

гидротарангидротаран своими рукамигидротаран купитьнасос гидротарангидротаран замкнутого циклагидротаран своими руками замкнутого циклагидротарана марухинагидротаран в стоячей водегидротаран видеогидротаран чертежгидротаран колодцеустройство гидротаранагидротаран своими руками чертежигидротаранв колодце с водойгидротаран марухина кутьенковагидротаран своими руками видеонасос гидротаран своими рукамигидротаран расчетгидротаран генераторгидротаран качалычгидротаран конструкциягидротараны рфпринцип действия гидротаранагидротаран своими руками замкнутого цикла видеогидротаран сегодня марухина чертежи 2016 годгидротаран купить украинагидротаран без сбросакупить подводный гидротарангидротаран производительностькомплекс гидротарангидротаран мухина прототипгидротаран его характеристикигидротаран в колодце с водой видеоустройство клапанов гидротаранаводяной насос гидротаран без электричестваявление гидротарана

Коэффициент востребованности
8 011

Гидротаранный насос своими руками

Эта конструкция является аналогом редуктора. То есть, благодаря течению происходит циркуляция определенного объема воды. Эту энергию мы можем преобразовать для подачи меньшего объема воды на нужную нам высоту. Такой насос будет работать примерно так, как гидравлическая турбина. Но эта конструкция гораздо проще, на ее сборы надо мало средств и времени, а еще такой гидротарнный насос очень долговечный, тут изнашиваются разве что клапана. Итак, рассмотрим более подробно, как же собрать такой насос!

Как все работаетСистема состоит из двух клапанов, один работает на выпуск воды, а другой на впуск. Тот клапан, что работает на выпуск, нужен для того, чтобы удерживать воду в шланге, которую мы будем поднимать для своих целей на нужную высоту. А что касается второго клапана, он находится в открытом состоянии лишь тогда, когда на него действует небольшое давление воды. Когда скорость потока вытекающей воды возрастает, растет и давление, как следствие клапан запирается. Именно в этот момент происходит гидроудар и вода поднимается вверх по отборному шлангу. Потом давление стабилизируется, клапан снова открывается и так далее.

У автора машина поднимает воду всего на один метр. Производительность устройства будет зависеть от перепада высот и от объема протекающей через устройство воды.

В системе предусмотрена емкость с воздухом. Она работает в качестве амортизатора для импульса, то есть, позволяет больше забрать воды, увеличивает КПД.

Список материалов:— пластиковые трубы;— два клапана;— кран (необязательно);— два пластиковых тройника для труб;— бутылка;— шланги и другое.

Список инструментов:— токарный станок (автор нарезал резьбу на трубах);— ножовка по металлу;— клей для труб, фум-лента и другие мелочи.

Процесс изготовления гидротарана:

Шаг первый. Подготавливаем трубыАвтор нарезал на токарном станке на трубах резьбу. Это избавило от потребности покупать переходники, чтобы установить клапана.

Шаг третий. ИспытанияПриступаем к испытаниям. Автор подает воду из емкости, имитируя реку. Его насос может подавать воду на высоту не более одного метра выше от источника. В целом, систему можно модернизировать и увеличить КПД.

На этом все, проект окончен. Надеюсь, самоделка вам понравилась. Удачи и творческих вдохновений, если надумаете повторить. Не забывайте делиться своими самоделками с нами.

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

История

В 1772 году англичанин Джон Уайтхёрст изобрёл и построил «пульсирующий двигатель», прообраз гидравлического тарана, и спустя три года опубликовал его описание. Устройство Уайтхёрста управлялось вручную. Первый автоматический гидротаранный насос изобрёл знаменитый француз Жозеф-Мишель Монгольфье совместно с Ами Арганом (A. Argand) в 1796 году. В 1797 году при помощи своего друга Мэтью Боултона Монгольфье получил британский патент на своё изобретение. В 1816 году сыновья Монгольфье запатентовали доработанную версию этого насоса.

В США гидротаранный насос впервые запатентовали Серно (J. Cerneau) и Халлет (S.S. Hallet) в 1809 году. В 1834 году американец Строубридж (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.

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.

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:

η=V2HV1h{\displaystyle \eta ={\frac {V_{2}H}{V_{1}h}}}

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.