Гидравлический таран
В последнее время находят применение насосные установки, в которых различные виды энергии преобразуются в энергию движущейся жидкости без механического двигателя.
К таким насосным установкам относятся:
а) установка гидравлического тарана, где для подъема воды непосредственно используется гидравлическая энергия естественного потока;
б) насосная установка Гемфри, в которой перекачка жидкости производится путем непосредственного использования энергии газов, полученных при сжигании топлива;
в) электромагнитные насосные установки постоянного и переменного токов, которых для перекачки токопроводящих жидкостей используется эффект взаимодействия магнитного поля с жидкостью, через которую проходит электрический ток.
1. Гидравлический таран
В гидравлическом таране подъем воды осуществляется энергией гидравлического удара, который периодически повторяется вследствие резкого закрытия ударного клапана под действием энергии естественного потока. Использование гидравлической энергии естественного потока для создания гидравлического удара возможно лишь в местности с благоприятными топографическими условиями.
Непременными топографическими условиями для работы тарана являются:
1) расположение его ниже уровня в источнике;
2) наличие естественного уклона для отвода воды, сбрасываемой через ударный клапан тарана при его работе.
Таранная установка (рис. 756), подающая воду из источника в напорный резервуар 4 состоит из питательной трубы 1, задвижки 2, гидравлического тарана А, напорной трубы 3. Для пуска таранной установки достаточно открыть задвижку 2. В результате открытия вода из источника поступает по питательной трубе к ударному клапану 5А (рис. 75 а) под напором h и вытекает через него из гидротарана.
При повышении скорости давление в зазорах над клапаном уменьшается, а давление на клапан снизу вверх возрастает настолько, что общая сила давления преодолеет вес клапана и резко закроет его, преграждая путь для выхода воды. При этом происходит гидравлический удар, вследствие чего давление в питательной трубе на некоторый короткий промежуток времени поднимается выше давления в воздушном колпаке; под действием этого давления откроется нагнетательный клапан 2А, и вода начнет поступать в воздушный колпак 1А под давлением Нd через нагнетательный клапан. Вода, поступившая в воздушный колпак, под влиянием избыточного напора Hd — H пойдет далее по нагнетательной трубе в напорный бак.
В последующий отрезок времени за ударной волной следует волна разрежения, давление в питательной трубе упадет ниже атмосферного; ударный клапан 5А под действием собственного веса и наружного атмосферного давления вновь открывается. Одновременно под давлением воды в воздушном клапане закрывается нагнетательный клапан, т. е. восстанавливается положение клапанов при пуске. После этого цикл повторяется автоматически.
Длину питательной трубы 1 принимают равной (5÷8) h. В гидротаранной установке в напорный бак на высоту H>> h подается Q л/сек, при этом для подачи используется энергия воды, движущейся по трубе 1. Если объем воды, выливающейся наружу, обозначить Q1 то 
. К. п. д. гидратаранной установки равен 
(6.1) где 
. Исходя из формулы Н. Г. Жуковкого для определения давления при гидравлическом ударе 
(6.2). где Hd - давление в воздушном колпаке тарана; 
- расчетная скорость;V0 скорость движения воды в питательной трубе в момент удара; V' - скорость воды, движущейся через нагнетательный клапан; a - скорость распространения ударной волныв жидкости.
2. Насосная установка Гемфри
Работа насоса Гемфри аналогична работе двигателя внутреннего сгорания Здесь вода вытесняется в напорный трубопровод под действием газов, полученных воспламенением горючей смеси. На рис. 76 приведена схема подобной установки. В цилиндрической камере 1 сгорает горючая смесь. После ее воспламенения повышается давление газов, вследствие чего из камеры вода вытесняется в резервуар 2 с одновременным расширением продуктов горения.
Уровень воды в цилиндре 1 быстро понижается и освобождает отверстие выпускного крана 3, который в этот момент открывается при помощи распределительного механизма, выпуская продукты горения из цилиндра. Вода в напорной трубе 6, получив сильный толчок от давления газов не прекращает в это время своего движения и двигается по инерции дальше, вызывая разрежение в цилиндре, вследствие чего, во-первых, в цилиндр 1 засасывается воздух через особый клапан для продувки цилиндра от продуктов сгорания и, во-вторых, всасывается вода из нижнего резервуара 7 через ряд клапанов 4. Движущаяся по инерции вода останавливается.
Затем начинается обратное движение воды из верхнего резервуара 2 под давлением, соответствующим высоте его расположения; благодаря этому продукты горения вместе с воздухом вытесняются через все еще открытый клапан до тех пор, пока вода не приблизится к нему. В этот момент клапан закрывается от привода и начинается сжатие продуктов горения водой, движущейся все время от резервуара 2 к цилиндру 1.
Давление продуктов горения при сжатии возрастает и движение воды прекращается. В следующий момент времени начинается обратное движение столба воды в напорной трубе по направлению к резервуару 2 под давлением сжатых газов, при этом вновь благодаря инерции движущегося столба воды наступает период разрежения в цилиндре 1. Через открытый приводной клапан 5 засасывается новая порция горючего и через клапаны 4 — новая порция воды из нижнего резервуара. При обратном движении остановившегося столба воды горючая смесь начинает сжиматься в момент наибольшего сжатия воспламеняется при закрытом клапане 5 (этот момент совпадает с остановкой столба воды).
После воспламенения смеси цикл повторяется снова. Пуск насоса производят с помощью сжатого воздуха, который впускают в цилиндр 1 периодически, таким образом, чтобы развить надлежащее колебание столба воды в напорной трубе. Эти насосы оказались пригодными для подъема больших масс воды на небольшую высоту при орошении полей.
3. Электромагнитные насосные установки
Для перекачки электролитов и других токопроводящих жидкостей (в том числе жидких металлов) находят применение электромагнитные насосные установки, превращающие энергию постоянного или переменного тока непосредственно в механическую энергию движущейся жидкости. Насос этой установки представляет собой агрегат, в котором собственно насос совмещен с двигателем без движущихся механических связей.
Принцип работы этих установок основан на вытеснении из магнитного поля проводника с током, причем вытесняемым проводником является сама перегоняемая жидкость, через которую проходит электрический ток. Электромагнитные насосы могут перекачивать только жидкости проводники (электролиты, растворы, жидкие металлы).
Схема простейшего электромагнитного насоса постоянного тока изображена на (рис. 77). Такой насос представляет собой тонкостенную трубу 2, помещенную между полюсами электромагнита; к двум противоположным боковым стенкам 3 трубы подводятся шины 4 от источника постоянного тока. Электрический ток проходит через жидкость, находящуюся внутри трубы в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля.
При этом на жидкость-проводник с током будет действовать сила Лоренца, направление которой легко определить, пользуясь правилом левой руки. В рассматриваемом случае эта сила будет направлена вдоль оси трубы. Под действием этой силы жидкий проводник (электролит) выталкивается из области магнитного поля.
На его место поступают новые порции электролита и таким образом происходит непрерывная перекачка жидкости из области всасывания в область нагнетания. Для предотвращения короткого замыкания на трубу, по которой движется жидкость, последняя имеет прослойку с высоким электрическим сопротивлением.
Такие электронасосы постоянного тока удобно применять для перекачки активных жидкостей и жидких металлов при высокой температуре в циркуляционных системах. Они создают давление до 4 ати при к. п. д. 50%, не имеют движущихся деталей, герметичны, надежны.
Электромагнитные насосы, работающие на переменном токе, имеют более высокий к. п. д. Принцип их работы похож на работу электронасоса постоянного тока. Если трубу кругового селения, содержащую электролит или раствор, поместить вместо ротора обычного электродвигателя переменного тока и пропускать через него электрический ток, то благодаря наличию вращающегося магнитного поля статора на электролит с током будут действовать окружные силы, приводящие жидкость во вращательное движение.
При вращении на частицы жидкости будут действовать центробежные силы. Под их влиянием, с помощью помещенного внутри этой трубы неподвижного диффузора и спирального отвода, вращательное движение преобразуется в поступательное напорное движение.
Движущаяся по спиральному отводу жидкость вытесняется из области вращающегося магнитного поля и таким образом создается необходимый напор. Электронасосы переменного тока с вращающимся магнитным полем имеют к. п. д. до 80% и могут обеспечить напор до 8 ати при отсутствии движущихся деталей и сальников.
4. Волновой насос
В последнее время у нас появились волновые насосы (рис. 78). Насос состоит из вертикальной трубы, в нижней части которой помещается обычный шаровой клапан 3. Вверху расположен горизонтальный цилиндр с поршнем 1. Поршень приводится в быстрое движение, и при определенном соотношении между быстротой движения поршня и длиной насосной трубы в трубе, от ударов поршня образуется волнообразное колебание столба воды 2, вызывающее то сжатие, то разрежение воды.
Когда фаза разрежения окажется у клапана 3, он под влиянием наружного давления атмосферы открывается и впускает в трубу воду. При наступлении фазы сжатия клапан закрывается.
При быстрой смене фаз засасываемая насосом вода выливается из него непрерывной струей. В одном из совхозов Днепропетровской области местные работники сами сконструировали и установили такой насос для подъема воды с глубины 14 м. По отзыву инж. А. И. Яковина, осмотревшего установку на месте, насос работает вполне исправно.
