Hidraulični ovan

(Hidraulic Ram pump, Hydraulischer Widder, Гидротаран)

Ova pumpa je krajnje jednostavna. Osim dva ventila, nema drugih pokretnih delova, pa je može napraviti svako ko poseduje elementarnu vodoinstalatersku veštinu. Najpogodnija je za korišćenje na slapovima, ali uz malo mašte može se upotrebiti i na drugim vodenim tokovima. Naziv je dobila po udarnom efektu vode, koji koristi za naglo povećanje pritiska, kojim se voda pumpa na visinu veću od visine vodenog toka.

Princip rada će biti objašnjen uz oslonac na sledeću sliku:

slika1

Dovodna cev se postavi pod odgovarajućim uglom, tako da gornji kraj bude uronjen u vodu, a donji kraj napaja pumpu. Pumpa je konstruisana tako da najpre pušta vodu da teče mimo potrošača, kako bi dobila dovoljno veliku brzinu, odnosno kinetičku energiju. Dakle, jedan deo vode mora da se izgubi. Kada voda dostigne potrebnu brzinu, zatvori se tzv. udarni ventil, kroz koji je voda maločas isticala. Treba zapaziti da je voda imala određenu kinetičku energiju pre zatvaranja ovog ventila. Nakon zatvaranja ventila, pritisak vode dostiže veoma veliku vrednost, otvara se nepovratni ventil prema hidroforskoj posudi, pa jedan deo vode odlazi u hidroforsku posudu i sabija vazduh u njoj. Na taj način se kinetička energija vode pretvara u potencijalnu energiju komprimovanog vazduha. Komprimovani vazduh zatim potiskuje vodu iz hidroforske posude prema potrošaču. Kada pritisak u dovodnom delu padne, zatvori se nepovratni ventil, otvori se udarni ventil i ciklus kreće iz početka.

Na sledećoj slici je prikazana jedna od mogućih praktičnih realizacija ove pumpe. Tekstualno su propraćeni samo oni elementi koji su neophodni za rad. Ostali elementi koji nisu označeni tekstom (ventili, holenderi, manometar...) nisu bitni za funkcionisanje pumpe, ali je praktično imati i njih radi lakšeg održavanja i praćenja rada. Ventil na dovodnoj cevi bi trebao biti kuglasti, da ne bi pravio preveliki pad pritiska, a ako je moguće, najbolje je izostaviti ga. Vidi se da je dovodna cev (sa desne strane) većeg prečnika od odvodne cevi. Dovodna cev mora biti i izuzetno kruta, kako ne bi apsorbovala udare pritiska koji moraju biti što jači, radi efikasnog funkcionisanja pumpe.

Slika 2: Jednostavan hidraulični ovan - udarni ventil se može napraviti od nepovratnog ventila uklanjanjem opruge, strelica treba da bude na dole

Svi elementi sa slike 2 su standardni, koji se mogu nabaviti u svakoj prodavnici sa vodovodnim materijalom. Izuzetak je udarni ventil, koji se mora napraviti. Na svu sreću, on se jednostavno može izvesti prepravkom nepovratnog ventila, tako što mu se izvadi opruga, a umesto nje se postavi teg odgovarajuće mase. Poenta je da ventil bude otvoren, a da ga zatvara voda koja kroz njega ističe, kada dostigne dovoljno veliku brzinu. Da bi se imao ispravan rad, udarni ventil treba što energičnije da zatvara. Od njega u velikoj meri zavisi krajnji pritisak koji pumpa može da ostvari. Drugi faktor koji utiče na funkcionalnost je dovodna cev. Osim što mora biti dovoljno velikog prečnika (radi što veće mase vode, tj njene kinetičke energije), njena unutrašnjost bi trebala biti glatka, kako bi voda proticala sa minimalnim trenjem.

Slede tehnički podaci bitni za realizaciju:

Visinska razlika između vodenog toka, iz kojeg se uzima voda i pumpe, koja je na slici 1 označena sa H1, bi trebala biti što veća, ali se ne preporučuje da bude veća od 15 m. Ako je situacija takva da je ta visina npr 30m, onda se preporučuje da se koriste dve pumpe, kaskadno, tj da voda koja prođe kroz udarni ventil prve pumpe (koja se postavlja na 15 m) služi kao dovodna voda za drugu pumpu.

 

Kada ne bi bilo gubitaka energije, odnos protoka odlazne i dolazne vode Q2/Q1 bi bio jednak recipročnoj vrednosti odnosa visina vodenog stuba, tj. H1/H2 . S obzirom da postoje gubici, koji su utoliko veći što je veći odnos H2/H1, mora se uzeti u obzir i stepen iskorišćenja η, koji je dat u sledećoj tabeli:

H1/H2 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 1:8 1:10 1:12 1:15
η 0,7 0,58 0,5 0,45 0,4 0,36 0,35 0,28 0,24 0,2
Q2/Q1(%) 35 19 12,5 9 6,6 5 4,2 2,8 2 1,3
Tabela 1

Nagib dovodne cevi treba da bude minimalno 1:9, a maksimalno 1:4.

Dužina dovodne cevi treba da bude 150-1000 puta veća od unutrašnjeg prečnika cevi.

Optimalni prečnici cevi se biraju iz sledeće tabele:

količina pogonske vode (lit/min) 2-7 5-16 10-28 15-45 30-65 50-115 70-180 120-280
unutrašnji prečnik dovodne cevi (mm) 20 25 32 40 50 65 80 100
unutrašnji prečnik odvodne cevi (mm) 10 15 15 20 25 25 30 40
Tabela 2

Prema nekim izvorima, maksimalna visina pumpanja može biti i do 300 m.

Na sledećim slikama se mogu videti neki komercijalni modeli, izrađeni od livenog gvožđa, kako bi se imala maksimalna krutost, od koje zavisi maksimalni pritisak koji pumpa može da ostvari.

Slika 3: Muzejski eksponat
Slika 4: Slična pumpa u eksploataciji
Slika 5: Pumpa jednog nemačkog proizvođača - još se proizvode
Slika 6: Model pumpe koji služi kao učilo - vide se nepovratni ventil i udarni ventil, delovanje udarnog ventila podešava se tegom