8.4. Гидроимпульсные насосные установки

_{Конструкции гидроимпульсных насосов или как их называют в общепромышленной практике — гидротаранов были известны еще в прошлом столетии. Научно-конструкторский опыт разработки и применения гидротаранных насосов, гидроимпульсных насосов уходит далеко в годы прошлого века. Насосы таких конструкций всегда привлекали внимание ученых, изобретателей и новаторов в областях водоснабжения и подъема продукции нефтяных скважин.}

_{Подъем больших объемов жидкости из скважин глубиной более 3000 м — очень трудная, но актуальная задача. Из имеющихся на вооружении в нефтяной промышленности технических средств для подъема жидкости только гидропоршневые агрегаты могут обеспечить добычу нефти из больших глубин. Однако, ввиду сложности и «прецизионности» в эксплуатации рабочих узлов гидропоршневых насосов, в частности основных узлов глубинного агрегата «поршневой двигатель — плунжерный насос», на практике эти установки не получили широкого распространения. Таким образом, нефтяная промышленность нуждается в разработке более простых и надежных глубиннонасосных установок, возможно, на основе новых принципов работы.}

_{В этом направлении перспективен принцип прямого превращения кинетической и упругой энергии силовой жидкости без промежуточных поршневых звеньев в полезную работу по подъему жидкости из скважины при помощи глубинных гидроимпульсных насосов.}

_{Гидротаран изобретен в 1796 году французом И. Монгольфье (член Парижской академии наук и изобретатель воздушного шара). В 1797 году Монгольфье получил патент на свое изобретение и в 1799 году оно было представлено в Парижскую академию наук.}

_{Гидротаран является насосом объемного типа, служащий для нагнетания жидкости с меньшей высоты на большую (известны примеры подъема гидротаранами жидкости на высоту 200 м) или подачи ее по горизонтали на большие расстояния (3—5 и более километров).}

_{Наибольшая высота падения (высота расположения питательного бака относительно гидротарана) ничем не ограничена, т.к. сила гидравлического удара от нее не зависит. Сила удара зависит главным образом от скорости, закрывающей ударный клапан, которую можно регулировать весом ударного клапана. Наименьшая высота падения, которую может использовать гидротаран, исчисляется сантиметрами, но обычно предпочитают не ставить тараны при высоте падения меньше 1 м.}

_{Предел высоты нагнетания зависит от давления в колпаке, от потерь в нагнетательной нише и может быть легко определен для каждого конкретного случая. Высота нагнетания в большей сте­пени зависит от прочности тарана (колпака) и труб. Минимальная высота нагнетания может быть равна нулю или вообще быть меньше высоты падения, если цель установки тарана заключается не в подъеме жидкости, а в подаче ее почти по горизонтали.}

_{Работа гидротаранной установки (как и гидроимпульсного насоса) основана на принципе преобразования энергии упругих волн силовой жидкости, возникающих при гидравлических импульсах, в полезную работу.}

_{Гидравлический таран особенно оригинален автоматичностью работы при крайне простом устройстве. Здесь не требуются специальные приспособления для автоматической работы, так как это «органическое» свойство самого водоподъемника, основанное на понижении давления в питательном трубопроводе, вследствие чего открывается ударный клапан, и восстанавливается законченный цикл работы. При этом давление в трубе, хотя и на короткий промежуток времени, опускается ниже атмосферного давления независимо от высоты питательного трубопровода.}

_{Теория работы гидравлических таранов с несомненностью показывает возможность нормальной работы таранной установки при использовании высоты падения 20—40 м и больше, применяя достаточно прочные конструкции частей или специальные компенсаторы, смягчающие силу гидравлического удара, нисколько не считаясь с атмосферным давлением.}

_{8.4.1. Процесс работы гидротаранной установки включает следующее:}

1. _{Гидравлический таран является водоподъемником в котором двигатель и насос объединены в одной машине очень простой конструкции, к тому же работающей автоматически. Движущиеся части тарана — два клапана — установлены так, что повышение давления в питательной трубе закрывает ударный клапан и открывает нагнетательный, а понижение давления действует в обратном порядке.}

2. _{Смысл работы тарана в том, что он поднимает объем воды Q2 на высоту Н2, используя энергию объема жидкости Q, находящегося на высоте Н1 < Н2. При этом объем воды Q1 выливается наружу. Следовательно, таран, нагнетая воду, работает тоже водой, и для действия его необходим в единицу времени объем воды}

_(8.9)

_{расположенный выше тарана на Н1 метров. Из всего поглощенного объема воды таран нагнетает только некоторую часть.}

_{3. Элементы таранной установки — нагнетательный клапан, воздушный колпак и нагнетательная труба — являются обычными частями почти любой насосной установки. Работа их достаточно изучена и не представляет специального интереса. Элементами, характеризующими гидравлический таран, как особую водоподъемную машину и присущими всякой таранной установке, являются питательная труба и ударный клапан. Именно они предопределяют количественные и качественные показатели работы всей установки. Теория тарана по существу сводится к выявлению работы этих элементов. Следует усвоить, что питательная труба не является просто проводящей трубой, а есть неотъемлемая рабочая часть машины, а размеры ее не могут быть произвольны.}

_{4. Полный цикл работы тарана ясно разделяется на два характерных периода. В первый — период разгона — жидкость в питательной трубе приобретает необходимую скорость V1, т.е. разгоняется. Во второй — период нагнетания — происходит нагнетание жидкости из питательной трубы в колпак тарана под давлением Н за счет потери скорости V1.}