Гидроавтомат

Гидроавтомат

ГИДРОАВТОМАТ, гидравлическое приспособление для использования водяного напора в целях автоматического получения сжатого или разреженного воздуха, а также для подъема воды. Схема действия гидроавтомата для получения сжатого воздуха показана на фиг. 1. Вода из верхнего бьефа падает вниз по вертикальной трубе, в верхней части которой помещен специальный воздухосос; воздух увлекается водой вниз в виде мелких пузырьков, которые по мере опускания подвергаются все большему давлению находящегося над ними столба воды. У основания трубы находится сепаратор, размеры которого позволяют смеси воды с воздухом настолько замедлить течение, что пузырьки воздуха в сепараторе отделяются; освобожденная от воздуха вода через вторую трубу медленно поднимается в нижний бьеф. Сжатие воздуха протекает изотермически, так как пузырьки воздуха, нагреваясь от работы сжатия, охлаждаются водой, через которую они проходят; сжатый таким образом воздух содержит небольшое количество влаги.

Схема действия гидроавтомата для получения сжатого воздуха

Степень сжатия воздуха соответствует высоте столба воды между уровнями ее в сепараторе и в верхнем бьефе. КПД такого компрессора удалось довести до 75%; если бы тот же водяной напор был использован для установки турбины с воздушным насосом, общий КПД установки при изотермическом сжатии воздуха не превосходил бы 35%.

Действие установки для получения разреженного воздуха основано на том же принципе. Вода из верхнего бьефа переходит в нижний по трубам сифонной системы, наверху которой помещен воздухосос (фиг. 2).

Действие гидроавтомата для получения разреженного воздуха

Вода, увлекая воздух, производит в колене сифона разрежение, степень которого зависит от длины короткого колена сифона. Гидроавтоматы для сжатия и разрежения воздуха м. б. скомбинированы в один агрегат, как показано на фиг. 3.

Гидроавтоматы для сжатия и разрежения воздуха м. б. скомбинированы в один агрегат

Такая установка имеет то преимущество, что КПД и надежность работы ее не зависят от колебания уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, между тем как в отдельной установке для разрежения воздуха КПД быстро уменьшается при поднятии уровня воды в нижнем бьефе, так как внизу трубы всасываемый воздух сжимается до степени, соответствующей сумме давлений атмосферы и столба воды от нижнего конца длинного колена до уровня нижнего бьефа.

Кроме того, в случае сильных колебаний уровня нижнего бьефа, воздухосос необходимо регулировать; комбинированная же установка в этом не нуждается. Наконец, комбинированная установка имеет то преимущество, что позволяет получать различные степени сжатия (в широких пределах) без уменьшения КПД, между тем как в отдельном компрессоре для получения высокого КПД необходимо соблюдать определенное соотношение между высотой столба чистой воды и высотой столба смеси воды и воздуха.

Приспособления для сжатия воздуха м. б. установлены как при наличии естественного водяного потока, так и путем создания искусственного напора при помощи, например, центробежного насоса, заставляющего воду циркулировать между двумя резервуарами, соответствующими верхнему и нижнему бьефам, причем можно пользоваться все время одной и той же массой воды. Такая установка особенно выгодна в рудниках, где имеются готовые шахты, дающие необходимую высоту для осуществления напора достаточной величины. Так как КПД центробежного насоса равняется ~80%, то КПД всей установки получится в 50—60%, т. е. выше КПД механического компрессора. Установленные на одном из рудников северной Англии два гидроавтомата имеют высоту напора в 55 м при производительности компрессоров в 12 м3 воздуха в мин. (при атмосферном давлении); давление сжатого воздуха 6 кг/см2. В Уэльсе (Великобритания) в настоящее время устанавливается гидроавтомат с высотой напора в 30 м, производительностью в 23 м3 в минуту (при атмосферном давлении) и давлением сжатого воздуха в 5,5 кг/см2. Гидроавтомат применяются также для подъема воды посредством сжатого или разреженного воздуха. В первом случае сжатый воздух из сепаратора гидроавтомата по трубке проходит в нижнюю часть водопроводной трубы, опущенной в водоем; сжатый воздух, поднимаясь по водопроводной трубе вверх в виде пузырьков, увлекает за собой воду. Во втором случае колокол наверху сифонной системы соединен с вакуумом гидроавтомата; длинное колено сифона опущено в водоем; атмосферный воздух, войдя в длинное колено снизу, поднимается вверх в виде пузырьков и увлекает за собой воду, которая сливается затем через короткое колено.

Схема установки для подачи воды с перемежающимся ходом

На фиг. 4 представлена схема установки для подачи воды с перемежающимся ходом. Прибор состоит из двух колоколов, соединенных с вакуумом гидроавтомата; при разрежении воздуха в одном из колоколов вода входит в него через нижние клапаны S, S. Когда вода достигает определенного уровня, камера вакуума гидроавтомата разъединяется с данным колоколом и сообщается со вторым. В то же время первый колокол сообщается с наружным воздухом, нижние клапаны S, S закрываются, а верхние S, S открываются, и вода из колокола стекает в приемник. Прибор с перемежающимся ходом может работать как при помощи разреженного, так и при помощи сжатого воздуха. Его КПД около 60%.

В последнее время был сконструирован усовершенствованный гидроавтомат, представляющий комбинацию соединенных в последовательном порядке компрессора и воздухососа и предназначенный для подъема 200 л/сек воды на высоту 10 м. Аппараты этого типа нашли широкое применение для оросительных работ в Британской Индии. На фиг. 5 а и 5 б представлена типичная установка гидроавтомата, осуществленная в Пенджабе (Индия): небольшое падение воды использовано для получения разреженного воздуха (фиг. 5 а), который применяется для подъема воды (фиг. 5 б).

Типичная установка гидроавтомата, осуществленная в Пенджабе (Индия)

Аналогичные установки весьма распространены в Индии, причем расход воды колеблется от 100 до 10000 л/сек. На фиг. 6 показана другая типичная установка гидроавтомата на разработках оловянных руд в Нигерии.

Гидроавтомат на разработках оловянных руд в Нигерии

В этой установке гидравлический компрессор скомбинирован с элеватором для подъема воды. Руда находится в наносных слоях вдоль течения реки, и выкопанный песок увлекается водой по желобам. Раньше обыкновенным гидравлическим способом можно было эксплуатировать лишь слои руды, лежащие ниже самого высокого уровня желоба. Гидроавтомат дал возможность путем подъема воды использовать ее для эксплуатации вышележащих слоев. Другой тип гидроавтомата был установлен в Италии для питания целой сети оросительных каналов, причем было использовано падение в 5 м для подъема 200 л/сек воды на 7 м выше верхнего бьефа. Схема этого гидроавтомата представлена на фиг. 7.

Гидроавтомат был установлен в Италии для питания целой сети оросительных каналов

Вода из верхнего бьефа поступает по очереди в один из двух резервуаров А и В через щит V. Когда вода поступает в резервуар А и сжимает в нем воздух, то одновременно из резервуара В вода сливается в нижний бьеф, создавая в резервуаре разрежение. Давление в резервуаре А и депрессия в резервуаре В пропорциональны разностям уровней в резервуаре и соответственно в верхнем или в нижнем бьефах. Камеры С1, С2, С3, С4 расположены одна над другой и сообщаются между собой клапанами S1, S2, S3, S4; верхняя камера соединена клапаном S5 с распределительным бассейном. Резервуар А соединен трубкой Т1 с камерами С2 и С4, а резервуар В - трубкой Т2 с камерами С1 и С3. В положении, изображенном на фиг., в камерах С2 и С4 вода испытывает давление сжатого воздуха, в камерах же С1 и С3 имеется депрессия. Сжатие и депрессия действуют в одном и том же направлении: закрывают клапаны S2 и S4 и открывают клапаны S1, S3 и S5; вода из верхнего бьефа поднимается в С1, из С2 - в С3 и из С4 - в распределительный бассейн. Когда резервуар А наполнится водой, а В опорожнится, щит V поворачивается, соединяет с верхним бьефом резервуар В и разъединяет резервуар А; клапаны S1, S3 и S5 закрываются, a S2 и S4 открываются, и вода из С1 и С3 поднимается в выше лежащие камеры. Щит V, как и клапаны, открывается и закрывается автоматически. Теоретически число камер можно увеличить произвольно и таким образом поднять воду на любую высоту; но с увеличением числа камер уменьшаются давление и депрессия воздуха в каждой камере, и приток воды уменьшается. Т. о. высота подъема обратно пропорциональна расходу воды. КПД этого типа гидроавтоматов равен 50%.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.