Een traditionele hydraulische ram heeft slechts twee bewegende delen, een veer- of gewichtbelaste “afval”-klep die soms bekend staat als de “clack”-klep en een “levering”-terugslagklep, waardoor hij goedkoop te bouwen, gemakkelijk te onderhouden en zeer betrouwbaar is.
De hydraulische ram van Priestly, die in detail wordt beschreven in de Encyclopedia Britannica uit 1947, heeft geen bewegende delen. OPMERKING: Deze pomp beweert geen bewegende kleppen te hebben en gebruikt lucht onder hoge druk, dus het kan eigenlijk een Pulser-pomp zijn.
WerkingsvolgordeEdit
1. Inlaat – aandrijfleiding
2. Vrije stroom bij afvoerventiel
3. Uitlaat – persleiding
4. Afvoerventiel
5. Terugslagklep
6. Drukvat
Een vereenvoudigde hydraulische ram is afgebeeld in figuur 2. Aanvankelijk is de afvalklep open (d.w.z. neergelaten) vanwege zijn eigen gewicht, en is de persklep gesloten onder de druk die wordt veroorzaakt door de waterkolom uit de uitlaat. Het water in de inlaatbuis begint te stromen onder invloed van de zwaartekracht en neemt snelheid en kinetische energie toe totdat de toenemende trekkracht het gewicht van de afvoerklep optilt en deze sluit. Het momentum van de waterstroom in de inlaatpijp tegen de nu gesloten afvalklep veroorzaakt een waterslag die de druk in de pomp verhoogt tot boven de druk veroorzaakt door de waterkolom die vanuit de uitlaat naar beneden drukt. Dit drukverschil opent nu de persklep en dwingt wat water in de persleiding te stromen. Omdat dit water door de persleiding verder omhoog wordt geperst dan het van de bron naar beneden valt, vertraagt de stroming; wanneer de stroming omkeert, sluit de terugslagklep. Intussen veroorzaakt de waterslag als gevolg van het sluiten van de afvoerklep ook een drukpuls die zich voortplant langs de inlaatpijp naar de bron, waar hij wordt omgezet in een zuigpuls die zich weer langs de inlaatpijp voortplant. Deze zuigpuls, met het gewicht of de veer op de klep, trekt de afvalklep weer open en laat het proces opnieuw beginnen.
Een drukvat met lucht vangt de hydraulische drukschok op wanneer de afvalklep sluit, en het verbetert ook de pompefficiëntie door een constantere stroom door de persleiding mogelijk te maken. Hoewel de pomp in theorie zonder luchtdrukvat zou kunnen werken, zou het rendement drastisch dalen en zou de pomp aan buitengewone spanningen worden blootgesteld die de levensduur aanzienlijk zouden kunnen verkorten. Een probleem is dat de onder druk staande lucht geleidelijk in het water oplost totdat er niets meer overblijft. Een oplossing voor dit probleem is de lucht van het water te scheiden door een elastisch membraan (vergelijkbaar met een expansievat); deze oplossing kan echter problematisch zijn in ontwikkelingslanden, waar vervanging moeilijk te krijgen is. Een andere oplossing is een snuifklep die dicht bij de aandrijfzijde van de afgifteklep is geïnstalleerd. Deze zuigt automatisch een kleine hoeveelheid lucht in telkens wanneer de persklep sluit en er een gedeeltelijk vacuüm ontstaat. Een andere oplossing is om een binnenband van een auto- of fietsband in het drukvat te plaatsen met wat lucht erin en het ventiel gesloten. Deze binnenband is in feite hetzelfde als het membraan, maar wordt uitgevoerd met gemakkelijker verkrijgbare materialen. De lucht in de buis dempt de schok van het water op dezelfde wijze als de lucht in andere configuraties dat doet.
EfficiencyEdit
Een typische energie-efficiency is 60%, maar tot 80% is mogelijk. Dit moet niet worden verward met het volumetrisch rendement, dat het geleverde watervolume relateert aan het totale water dat aan de bron wordt onttrokken. Het deel van het water dat beschikbaar is bij de aanvoerleiding wordt verminderd met de verhouding tussen de opvoerhoogte en de toevoerhoogte. Dus als de bron zich 2 meter boven de opvoerhoogte bevindt en het water wordt opgepompt tot 10 meter boven de opvoerhoogte, kan slechts 20% van het geleverde water beschikbaar zijn, terwijl de overige 80% wordt gemorst via de afvalklep. Deze verhoudingen gaan uit van 100% energie-efficiëntie. Het werkelijk geleverde water zal verder worden verminderd met de energie-efficiëntiefactor. In bovenstaand voorbeeld, met een energie-efficiëntie van 70%, zal het geleverde water 70% van 20% zijn, d.w.z. 14%. Uitgaande van een verhouding toevoer/afvoerhoogte van 2:1 en een efficiëntie van 70%, zou het geleverde water 70% van 50%, d.w.z. 35%, bedragen. Zeer hoge verhoudingen tussen opvoerhoogte en toevoerhoogte resulteren gewoonlijk in een lager energierendement. Leveranciers van rammen leveren vaak tabellen met verwachte volumeverhoudingen op basis van werkelijke tests.
Ontwerp van aandrijf- en persleidingEdit
Omdat zowel het rendement als een betrouwbare cyclus afhankelijk zijn van waterslageffecten, is het ontwerp van de aandrijfleiding belangrijk. Deze moet tussen de 3 en 7 keer langer zijn dan de verticale afstand tussen de bron en de ram. Commerciële rammen kunnen een ingangsfitting hebben die voor deze optimale helling is ontworpen. De diameter van de toevoerleiding moet normaliter overeenkomen met de diameter van de ingangsfitting op de ram, die op zijn beurt is gebaseerd op zijn pompcapaciteit. De aandrijfleiding moet een constante diameter en materiaal hebben en moet zo recht mogelijk zijn. Als er bochten nodig zijn, moeten dat gladde bochten zijn met een grote diameter. Zelfs een grote spiraal is toegestaan, maar ellebogen moeten worden vermeden. PVC kan in sommige installaties worden gebruikt, maar stalen buizen verdienen de voorkeur, hoewel zij veel duurder zijn. Als er kleppen worden gebruikt, moeten deze van het vrije doorstroomtype zijn, zoals een kogelkraan of een schuifafsluiter.
De persleiding is veel minder kritisch, aangezien het drukvat voorkomt dat waterslageffecten zich erlangs verplaatsen. Het totale ontwerp wordt bepaald door de toelaatbare drukval op basis van het verwachte debiet. Gewoonlijk zal de pijp ongeveer half zo groot zijn als de toevoerleiding, maar voor zeer lange leidingen kan een grotere maat aangewezen zijn. PVC pijp en eventueel benodigde afsluiters vormen geen probleem.
In bedrijf nemen
Een ram die pas in bedrijf is genomen of die is gestopt met fietsen zou automatisch moeten starten als het gewicht van de afvoerklep of de veerdruk juist is afgesteld, maar hij kan als volgt opnieuw worden gestart: Als de afvoerklep in de geheven (gesloten) stand staat, moet hij handmatig in de open stand worden geduwd en losgelaten. Als het debiet voldoende is, zal de klep ten minste één keer draaien. Als hij niet blijft draaien, moet hij herhaaldelijk worden ingedrukt tot hij vanzelf blijft draaien, meestal na drie of vier handmatige cycli. Als de ram stopt met de afvoerklep in de neerwaartse (open) stand moet hij handmatig worden opgetild en omhoog worden gehouden zolang als nodig is om de toevoerleiding met water te vullen en eventuele luchtbellen via de leiding naar de bron te laten stromen. Dit kan enige tijd duren, afhankelijk van de lengte en diameter van de toevoerleiding. Daarna kan het systeem handmatig worden gestart door het een paar keer in te drukken zoals hierboven beschreven. Een klep op de toevoerleiding bij de ram maakt het starten gemakkelijker. Sluit de klep totdat de ram begint te draaien en open hem dan geleidelijk om de toevoerleiding te vullen. Als de klep te snel wordt geopend, stopt de cyclus.
Voorkomende operationele problemen
Het niet afgeven van voldoende water kan te wijten zijn aan een verkeerde afstelling van het afvoerventiel, te weinig lucht in het drukvat, of een poging om het water hoger te laten stromen dan waartoe de ram in staat is.
De ram kan beschadigd raken door bevriezing in de winter, of door verlies van lucht in het drukvat waardoor de onderdelen van de ram overmatig worden belast. Deze defecten vereisen las- of andere reparatiemethoden en wellicht vervanging van onderdelen.
Het is niet ongewoon dat een werkende ram af en toe opnieuw moet worden opgestart. De cyclus kan stoppen door een slechte afstelling van de afvoerklep, of onvoldoende watertoevoer bij de bron. Er kan lucht binnendringen als het niveau van het toevoerwater niet ten minste enkele centimeters boven het ingangsuiteinde van de toevoerleiding ligt. Andere problemen zijn verstopping van de kleppen door vuil, of onjuiste installatie, zoals het gebruik van een toevoerleiding met een niet-uniforme diameter of materiaal, met scherpe bochten of een ruwe binnenkant, of een toevoerleiding die te lang of te kort is voor de druppel, of gemaakt is van een onvoldoende stijf materiaal. Een PVC toevoerleiding zal in sommige installaties werken, maar is niet zo optimaal als staal.