International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology     ISJAEE ¹9(29) 2005
Ìåæäóíàðîäíûé íàó÷íûé æóðíàë «Àëüòåðíàòèâíàÿ ýíåðãåòèêà è ýêîëîãèÿ» ÀÝÝ ¹9(29) 200542
© 2005 Scientific Technical Centre «TATA»© 2005 Íàó÷íî-òåõíè÷åñêèé öåíòð «TATA»
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà íîâîãî âîäîïîäúåìíîãî
óñòðîéñòâà
1
2
4
3
5
6
Âîäà
h
H
qH
7
ñîáîì îí âîäîé ñâîáîäíî âûòåñíÿåòñÿ, òî ïðè
äîñòèæåíèè ïîòîêîì ãëóõîãî êîíöà ó÷àñòêà 6
òðóáû, ëèáî ó÷àñòêà ñóùåñòâåííîãî ñóæåíèÿ â
êîíöå òðóáû, âîçíèêíåò òîæå ÿâëåíèå «ãèäðàâ-
ëè÷åñêîãî óäàðà».
Ïðè íàëè÷èè, òàê æå, êàê è â «ãèäðàâëè-
÷åñêîì òàðàíå», ó äíà òðóáû îòêðûâàþùåãîñÿ
ïðè îïðåäåëåííîì äàâëåíèè íàãíåòàòåëüíîãî
êëàïàíà 5, ïðîöåññ «ãèäðàâëè÷åñêîãî óäàðà»
íà÷íåò îáåñïå÷èâàòü òó æå íàêà÷êó. «Óäàðíàÿ
âîëíà» ñ çîíîé ïîâûøåííîãî äàâëåíèÿ ïîéäåò
íàâñòðå÷ó âîäÿíîìó ïîòîêó, îáåñïå÷èâàÿ äàâëå-
íèåì ïîñòóïëåíèå âîäû ÷åðåç íàãíåòàòåëüíûé
êëàïàí. Îòðàçèâøèñü îò íàõîäÿùåéñÿ â ðåçåð-
âóàðå âîäû, «óäàðíàÿ âîëíà» äâèíåòñÿ ê ó÷àñò-
êó 6 òðóáû. Ïðè äâèæåíèè «óäàðíîé âîëíû» â
ñòîðîíó íàãíåòàòåëüíîãî êëàïàíà, òàê æå êàê è
â «ãèäðàâëè÷åñêîì òàðàíå», â çîíå îò âõîäà òðó-
áû äî ôðîíòà «óäàðíîé âîëíû» áóäåò íàáëþ-
äàòüñÿ ïîíèæåíèå ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ. Òà-
êîå äâèæåíèå ñ ïåðèîäè÷åñêèì óâåëè÷åíèåì è
ïîíèæåíèåì äàâëåíèÿ ìíîãîêðàòíî ïîâòîðèòñÿ
äî òåõ ïîð, ïîêà ñòîëá âîäû, íàõîäÿùèéñÿ â
òðóáå, íå èñ÷åðïàåò ñâîþ êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ.
Ïðè ýòîì çà îïðåäåëåííîå âðåìÿ â âîçäóø-
íûé êîëïàê 4 ïîñòóïèò îïðåäåëåííîå êîëè÷å-
ñòâî âîäû. Òàêîé æå ïðîöåññ áóäåò ïðîèñõîäèòü,
åñëè âìåñòî ìåìáðàíû íà âõîäå â ó÷àñòîê 6 óñ-
òàíîâèòü îòêðûâàþùèéñÿ êëàïàí 3 (ñì. ðèñ. 2).
Îäíàêî, åñëè ýòîò êëàïàí ñäåëàòü ïî êîíñòðóê-
öèè îáðàòíûì, ò. å. çàêðûâàþùèìñÿ ñî ñòîðîíû
ó÷àñòêà 6, òî ïðè ñîïðèêîñíîâåíèè ñ ñàìîé ïåð-
âîé «óäàðíîé âîëíîé», äâèãàþùåéñÿ íàâñòðå÷ó
ïîòîêó âîäû è ñîçäàþùåé çà ñîáîé çîíó ïîâû-
øåííîãî äàâëåíèÿ ïîä äåéñòâèåì ðàçíèöû äàâ-
ëåíèÿ, îí íà÷íåò çàêðûâàòüñÿ, ïåðåêðûâàÿ ïðî-
òåêàþùèé ÷åðåç íåãî âîäÿíîé ïîòîê. Èññëåäî-
âàíèå òàêîé ãèäðîäèíàìè÷åñêîé ñõåìû, ââåäåíèå
â òåîðèþ ðåàëüíîãî ìåõàíèçìà îòêðûòèÿ è çàê-
ðûòèÿ êëàïàíîâ ñ ó÷åòîì èõ èíåðöèîííîñòè ïî-
êàçûâàåò, ÷òî ïðè îïðåäåëåííîé êîíñòðóêöèè
êëàïàíà 3 è îïðåäåëåííûõ èñõîäíûõ ïàðàìåò-
ðàõ ïðîöåññ çàêðûòèÿ ìîæåò ïîéòè òàêèì îáðà-
çîì, ÷òî êëàïàí óñïååò íå òîëüêî çàêðûòüñÿ îò
ýòîé ïåðâîé âîëíû, íî è áóäåò îñòàâàòüñÿ â çàê-
ðûòîì ïîëîæåíèè, ïîêà äåéñòâóåò èçáûòî÷íîå
äàâëåíèå â ó÷àñòêå 6 ïîä íàãíåòàòåëüíûì êëà-
ïàíîì 5. Â èòîãå, ìîãóò ñîçäàòüñÿ óñëîâèÿ, êîã-
äà êëàïàí 3 íà íåêîòîðîå âðåìÿ ïîëíîñòüþ îò-
ñå÷åò âîäÿíîé ïîòîê. Ïðè ýòîì îòñå÷åííàÿ âîäà,
íàáðàâ îïðåäåëåííóþ ñêîðîñòü, îáÿçàíà ïðîäîë-
æèòü ñâîå äâèæåíèå â êîëïàê 4 óæå ïî èíåð-
öèè. Òàêèì îáðàçîì, ñèëà íàïîðà äëÿ çàêà÷êè
âîäû â êîëïàê ìîæåò áûòü çàìåíåíà ýêâèâàëåí-
òíîé ñèëîé èíåðöèè. Îäíàêî, â îòëè÷èå îò «ãèä-
ðàâëè÷åñêîãî òàðàíà», êàæäàÿ ïîðöèÿ âîäû, çà-
êà÷åííàÿ â êîëïàê, ïîñêîëüêó êëàïàí 3 çàê-
ðûò, äîëæíà âûçûâàòü íåâîñïîëíèìûå ïîòåðè
ìàññû âñåãî ñòîëáà âîäû. Âñëåäñòâèå ýòîãî, íà
ó÷àñòêå 6 ñî ñòîðîíû çàêðûòîãî êëàïàíà 3 óæå
ñ ìîìåíòà íà÷àëà äâèæåíèÿ ïåðâîé îòðàæåííîé
îò íåãî «óäàðíîé âîëíû» äîëæíà ïîÿâèòüñÿ çîíà
ðàçðÿæåíèÿ ñ äàâëåíèåì áëèçêèì ê íóëþ, â êî-
òîðîé ìîæåò íàõîäèòüñÿ òîëüêî íåêîòîðàÿ ìà-
ëàÿ ÷àñòü ðàñòâîðåííûõ â âîäå ãàçîâ. Ïðè ýòîì
åå äëèíà âî âðåìÿ çàêà÷êè áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ.
È â ïðîöåññå çàêà÷êè âîäû â êîëïàê ïîñëå çàê-
ðûòèÿ êëàïàíà 3 âñå ïîñëåäóþùèå îòðàæåíèÿ
«óäàðíîé âîëíû», ðàñïðîñòðàíÿþùåéñÿ â íàïðàâ-
ëåíèè êëàïàíà 3, áóäóò ïðîèñõîäèòü èìåííî îò
ãðàíèöû ýòîé óâåëè÷èâàþùåéñÿ ïî äëèíå çîíû
«îòðûâà». Ïðè ýòîì êàæäàÿ ïîðöèÿ çàêà÷èâàå-
ìîé âîäû èç-çà óìåíüøåíèÿ ïðîäîëæèòåëüíîñ-
òè äåéñòâèÿ äàâëåíèÿ ïîä íàãíåòàòåëüíûì êëà-
ïàíîì 5 èç-çà óìåíüøåíèÿ âðåìåíè äåéñòâèÿ
«óäàðíîé âîëíû» òàêæå áóäåò óìåíüøàòüñÿ.
 ðåçóëüòàòå çàêà÷êè âîäû â êîëïàê 4, êàê
è â «ãèäðàâëè÷åñêîì òàðàíå», ðàçíîñòü íà÷àëü-
íîé è êîíå÷íîé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïåðåéäåò
â ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ ïîñòóïèâøåé â êîë-
ïàê âîäû, èçáûòî÷íîå äàâëåíèå â êîëïàêå äîëæ-
íî çàêðûòü íàãíåòàòåëüíûé êëàïàí, à ïî÷òè ïîë-
íîå îòñóòñòâèå äàâëåíèÿ íà ó÷àñòêå 6 ïðè ðàçðó-
øåíèè ñòîëáà âîäû, åñëè òàêîâîé åùå â òðóáå
îñòàíåòñÿ, äîëæíî îòêðûòü êëàïàí 3, íàõîäÿ-
ùèéñÿ ïîä ñòàòè÷åñêèì íàïîðîì âîäû ñî ñòîðî-
íû òðóáû 2. ×åðåç îòêðûâàþùèéñÿ êëàïàí 3 íà
ó÷àñòêå 6 îïÿòü íà÷íåò ïîñòóïàòü âîäà, îáúåì
êîòîðîé çà âðåìÿ ïîñòóïëåíèÿ áóäåò ðàâíÿòüñÿ
îáúåìó çîíû «íóëåâîãî» äàâëåíèÿ èëè, êàê ïðè-
íÿòî ãîâîðèòü â ãèäðîãàçîäèíàìèêå, çîíû «îò-
ðûâà». Ïðè ýòîì ïàðàìåòðû âîäû â òðóáå ïðè
ñìåøåíèè áóäóò îïðåäåëÿòüñÿ ñîîòâåòñòâóþùè-
ìè çàêîíàìè ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè è èìïóëüñà.
 ðåçóëüòàòå ìàòåìàòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ýòîé
ñõåìû, ó÷åòà ðàçëè÷íûõ îñîáåííîñòåé ìåõàíèç-
ìà çàêà÷êè, ìåõàíèçìà èçìåíåíèÿ äàâëåíèÿ â
êîëïàêå, ó÷åòà âñåõ âðåìåííûõ õàðàêòåðèñòèê,
ðàçëè÷íûõ ïîòåðü, îñîáåííîñòåé ãîðèçîíòàëüíîé
è âåðòèêàëüíîé ñõåìû âòåêàíèÿ âîäû, áûëà ðàç-
ðàáîòàíà äîñòàòî÷íî ïîëíàÿ òåîðèÿ òàêîé ãèä-
ðîäèíàìè÷åñêîé ñõåìû è ìåòîä ðàñ÷åòà ïàðàìåò-
ðîâ, íåîáõîäèìûé äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ. À â ðå-
çóëüòàòå êîíñòðóêòîðñêîãî ïîèñêà áûëà íàéäåíà
è òðåáóåìàÿ êîíñòðóêöèÿ êëàïàíà 3. Îäíàêî
Ïðèëèâíàÿ ýíåðãåòèêà è ýíåðãåòèêà ìîðñêèõ òå÷åíèé