Таран (гидравлический)

Таран (гидравлический)

При написании этой статьи использовался материал из Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона (1890—1907).

Таран гидравлический (Bélier hydraulique, Stossheber oder hydraulischer Widder, hydraulic Ram). — Этот механизм для поднятия был изобретен в 1796 г. Монгольфье и 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 (фиг. 1) из невысоко расположенного пруда и может свободно вытекать через край K, пока клапан V опущен.

Фиг. 1

С того момента, как вода, наполняющая AB, получила возможность течь, работа силы тяжести пойдет на увеличение ее скорости до некоторой наибольшей величины, обусловленной высотою h уровня воды в пруде над отверстием K, размерами и свойством (см. ниже) трубы AB. Вместе с тем будет возрастать и гидравлическое давление воды на нижнюю поверхность клапана 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 и ее продолжения CS станет возрастать, так как движение воды будет замедляться, пока весь запас работы, заключенный в ее 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 замкнуто водою некоторое количество воздуха и помещены клапаны W, открывающиеся в колокол R, тоже содержащий воздух над водою и снабженный подъемной трубою DE. Поэтому после закрытия клапана V живая сила воды начинает сжимать воздух в S, пока не поднимутся клапаны W; тогда вода станет входить в R, частью сжимать находящийся в нем воздух, а частью подниматься по трубе DE на высоту H. На все это скоро истратится вся живая сила воды, давление в R перевесит давление в S, клапаны W закроются, V откроется, и весь процесс начнется снова. Возрастание давления будет тем больше, чем быстрее захлопывается клапан 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; упругая податливость воздуха, в нем заключенного, ослабляет силу удара; воздух же в колпаке R служит регулятором для трубы DE и поддерживает в ней движение воды в тот период, когда клапаны W закрыты. Под усиленным давлением вода растворяет больше воздуха, чем при давлении атмосферном, поэтому количество воздуха в S и R уменьшалось бы во время непрерывной работы. Чтобы пополнять эту убыль, служит клапан H, отворяющийся внутрь: как только клапаны W захлопнутся, упругость воздуха в S заставит воду в CBA отхлынуть назад; с приобретенною скоростью она перейдет свое положение равновесия и произведет на очень короткое время под S давление, меньшее атмосферного. В этот момент через H входит немного воздуха.

Расчет гидравлического Таранa очень прост, если ограничиться главными обстоятельствами явления. Пусть из пруда вытекает в единицу времени Q единиц объема воды, а поднимаются в резервуар водопровода G единиц. Назвав k коэффициент полезного действия машины, получим: kQh = GH, так как работа падающей воды, будучи помножена на коэффициент полезного действия, дает количество работы, совершенной машиной. Для определения k в разных случаях было сделано много опытов еще в 1805 г. Эйтельвейном, позднее Мореном и др. Выяснилось, что коэффициент этот тем больше, чем ближе к единице отношение H:h. По Эйтельвейну, когда H в 20 раз больше h, k = 0,2; при H = 8h k = 0,5; при H = 3h k = 0,7. По новейшим данным, полезное действие больше при больших падениях, чем при малых; так, при малых h k = 0,4, при средних 0,55, а при больших 0,7. Влияние же отношения высоты падения к высоте подъема воды признается малым. Поэтому из 20 литров = Q 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 k = 0,1 для взятого Т. Труба, приводящая воду, должна быть достаточно длинна, чтобы масса заключающейся в ней воды была значительна: по Эйтельвейну, она должна превышать H на число футов, равное отношению H к h, и во всяком случае быть не короче, чем пятикратная высота подъема, так что при коротких расстояниях ее приходится намеренно изгибать. Диаметр клапана V должен быть равен диаметру приводной трубы, а этот последний в футах равен $2\sqrt{60 (g + Q)}$, где G и Q даны в кубических футах. Объем колпака R делают равным объему приводной трубы. Оба клапана должны быть как можно ближе один к другому. В настоящее время гидравлический Т. употребляется довольно часто для поднятия небольшого количества воды для хозяйственных целей. В продаже существуют готовые типы Т., английские фирмы Дулас, французские Декер и др. При испытании в Парижской консерватории искусств и ремесел Т., устроенные Декером (Decoeur), дали полезное действие от 0,6 до 0,9. На фигуре 2 видны особенности его устройства: оба клапана расположены один над другим и снабжены пружинами и винтами, чтобы регулировать их натяжение во время самой работы, во время которой число ударов можно изменять от 40 при падении в 0,3 м до 220 при падении в 2 м ; высота подъема была во всех опытах 9 мм 15 стм.

Фиг. 2

При впускании воздуха через боковой клапан, не изображенный на фиг. 2, Т. работает без шума, но полезное действие и наибольшая возможная высота подъема уменьшаются. Хорошие результаты действия Таранa настолько зависят от своевременного закрывания выпускного («стопорного») клапана, что для больших машин Персалль (Pearsall) нашел выгодным устроить для этой цели особую машину, приводимую в движение сжатым воздухом из-под колпака. Такой 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.

См. также

• Гидротаранный насос