Tradycyjny siłownik hydrauliczny ma tylko dwie ruchome części, obciążony sprężyną lub ciężarem zawór „odpadowy”, czasami znany jako zawór „klakowy”, oraz zawór zwrotny „tłoczny”, co czyni go tanim w budowie, łatwym w utrzymaniu i bardzo niezawodnym.
Siłownik hydrauliczny Priestly’ego, opisany szczegółowo w Encyklopedii Britannica z 1947 r., nie ma ruchomych części. UWAGA: Ta pompa twierdzi, że nie ma ruchomych zaworów i wykorzystuje powietrze pod wysokim ciśnieniem, więc w rzeczywistości może być pompą Pulsera.
Sekwencja działaniaEdit
1. Wlot – rura napędowa
2. Przepływ swobodny przy zaworze odpływowym
3. Wylot – rura tłoczna
4. Zawór odpływowy
5. Zawór zwrotny dostawy
6. Zbiornik ciśnieniowy
Uproszczony siłownik hydrauliczny przedstawiono na rysunku 2. Początkowo zawór odpływowy jest otwarty (tj. opuszczony) ze względu na swój ciężar własny, a zawór tłoczny jest zamknięty pod wpływem ciśnienia wywołanego przez słup wody z wylotu . Woda w rurze wlotowej zaczyna płynąć pod wpływem siły grawitacji i nabiera prędkości oraz energii kinetycznej do momentu, gdy rosnąca siła oporu uniesie ciężar zaworu odpływowego i zamknie go. Pęd wody płynącej w rurze wlotowej w stosunku do zamkniętego zaworu odpływowego powoduje uderzenie wodne, które podnosi ciśnienie w pompie ponad ciśnienie spowodowane przez słup wody naciskający w dół z wylotu. Ta różnica ciśnień otwiera teraz zawór tłoczny i zmusza pewną ilość wody do przepływu do rury tłocznej. Ponieważ woda jest wtłaczana pod górę przez rurę tłoczną dalej niż spada w dół od źródła, przepływ spowalnia się; kiedy przepływ się odwraca, zawór zwrotny tłoczenia zamyka się. W międzyczasie, uderzenie wodne spowodowane zamknięciem zaworu upustowego również wytwarza impuls ciśnienia, który rozchodzi się z powrotem w górę rury wlotowej do źródła, gdzie przekształca się w impuls ssania, który rozchodzi się z powrotem w dół rury wlotowej. Ten impuls ssania, wraz z ciężarem lub sprężyną na zaworze, powoduje ponowne otwarcie zaworu odpływowego i umożliwia ponowne rozpoczęcie procesu.
Zbiornik ciśnieniowy zawierający powietrze amortyzuje uderzenie ciśnienia hydraulicznego przy zamykaniu zaworu odpływowego, a także poprawia wydajność pompowania, umożliwiając bardziej stały przepływ przez rurę tłoczną. Chociaż pompa mogłaby teoretycznie pracować bez niego, jej sprawność drastycznie by spadła, a pompa byłaby poddawana nadzwyczajnym naprężeniom, które mogłyby znacznie skrócić jej żywotność. Jednym z problemów jest to, że powietrze pod ciśnieniem będzie stopniowo rozpuszczać się w wodzie, aż do momentu, gdy nic nie pozostanie. Jednym z rozwiązań tego problemu jest oddzielenie powietrza od wody za pomocą elastycznej membrany (podobnej do zbiornika wyrównawczego); jednak rozwiązanie to może być problematyczne w krajach rozwijających się, gdzie trudno jest nabyć części zamienne. Innym rozwiązaniem jest zawór sniftingowy zainstalowany w pobliżu strony napędowej zaworu tłocznego. Automatycznie wdycha on niewielką ilość powietrza za każdym razem, gdy zawór tłoczny zamyka się i powstaje częściowe podciśnienie. Innym rozwiązaniem jest włożenie dętki z opony samochodowej lub rowerowej do zbiornika ciśnieniowego z niewielką ilością powietrza i zamkniętym zaworem. Dętka ta jest w efekcie tym samym, co membrana, ale jest wykonana z bardziej dostępnych materiałów. Powietrze w rurze amortyzuje uderzenia wody tak samo jak powietrze w innych konfiguracjach.
EfektywnośćEdit
Przykładowa efektywność energetyczna wynosi 60%, ale możliwe jest osiągnięcie 80%. Nie należy tego mylić ze sprawnością objętościową, która odnosi objętość dostarczonej wody do całkowitej ilości wody pobranej ze źródła. Część wody dostępnej w rurze doprowadzającej będzie zmniejszona przez stosunek głowicy doprowadzającej do głowicy zasilającej. Zatem jeśli źródło znajduje się 2 metry nad taranem, a woda jest podnoszona na wysokość 10 metrów nad taranem, tylko 20% dostarczonej wody może być dostępne, a pozostałe 80% może zostać rozlane przez zawór odpływowy. Współczynniki te zakładają 100% sprawność energetyczną. Rzeczywista ilość dostarczonej wody zostanie dodatkowo zmniejszona o współczynnik efektywności energetycznej. W powyższym przykładzie, jeśli sprawność energetyczna wynosi 70%, dostarczona woda będzie wynosić 70% z 20%, czyli 14%. Zakładając stosunek 2 do 1 pomiędzy głowicą zasilającą a głowicą tłoczną oraz 70% sprawność, dostarczona woda wyniesie 70% z 50%, czyli 35%. Bardzo wysoki stosunek wysokości podnoszenia do podnoszenia powoduje zwykle obniżenie efektywności energetycznej. Dostawcy siłowników często dostarczają tabele podające oczekiwany stosunek objętości na podstawie rzeczywistych testów.
Projekt rury napędowej i tłocznejEdit
Ponieważ zarówno sprawność jak i niezawodny cykl zależą od efektów uderzeń wodnych, projekt rury napędowej jest ważny. Powinna ona być od 3 do 7 razy dłuższa niż pionowa odległość między źródłem a siłownikiem. Komercyjne siłowniki mogą być wyposażone w złącze wejściowe zaprojektowane w celu dostosowania do tego optymalnego nachylenia. Średnica rury zasilającej jest zwykle zgodna ze średnicą złączki wejściowej siłownika, która z kolei jest oparta na jego wydajności pompowania. Rura napędowa powinna mieć stałą średnicę i być wykonana ze stałego materiału oraz powinna być możliwie prosta. Tam, gdzie konieczne są łuki, powinny być one gładkie, o dużej średnicy. Dozwolona jest nawet duża spirala, ale należy unikać kolan. PVC sprawdzi się w niektórych instalacjach, ale preferowana jest rura stalowa, choć jest ona znacznie droższa. Jeśli stosowane są zawory, powinny być one typu swobodnego przepływu, takie jak zawór kulowy lub zasuwa.
Rura tłoczna jest znacznie mniej krytyczna, ponieważ zbiornik ciśnieniowy zapobiega efektom uderzenia wodnego, które mogą się w niej pojawić. Jego całkowita konstrukcja będzie określona przez dopuszczalny spadek ciśnienia w oparciu o oczekiwany przepływ. Zazwyczaj rozmiar rury będzie o połowę mniejszy niż rury zasilającej, ale dla bardzo długich odcinków może być wskazany większy rozmiar. Rura PCV i wszelkie niezbędne zawory nie stanowią problemu.
Rozpoczęcie pracyEdit
Nowo uruchomiony siłownik lub siłownik, który przestał pracować cyklicznie, powinien uruchomić się automatycznie, jeżeli masa zaworu odpływowego lub ciśnienie sprężyny są prawidłowo wyregulowane, ale można go ponownie uruchomić w następujący sposób: Jeśli zawór odpływowy jest w pozycji podniesionej (zamkniętej), należy go ręcznie popchnąć w dół do pozycji otwartej i zwolnić. Jeśli przepływ jest wystarczający, zawór wykona co najmniej jeden cykl. Jeśli nie kontynuuje on cyklu, należy go wielokrotnie popychać w dół, aż do momentu, gdy sam zacznie pracować w sposób ciągły, zazwyczaj po trzech lub czterech cyklach ręcznych. Jeśli siłownik zatrzyma się z zaworem odpływowym w pozycji dolnej (otwartej), należy go podnieść ręcznie i utrzymać w górze tak długo, jak to konieczne, aby rura zasilająca napełniła się wodą, a pęcherzyki powietrza przemieściły się w górę rury do źródła. Może to zająć trochę czasu, w zależności od długości i średnicy rury zasilającej. Następnie można go uruchomić ręcznie, naciskając go kilka razy w dół, jak opisano powyżej. Zawór na rurze doprowadzającej przy siłowniku ułatwia uruchomienie. Należy zamknąć zawór do momentu, aż siłownik zacznie pracować, a następnie stopniowo go otwierać, aby napełnić rurę doprowadzającą. Zbyt szybkie otwarcie spowoduje zatrzymanie cyklu. Po napełnieniu rury doprowadzającej zawór można pozostawić otwarty.
Powszechne problemy operacyjneEdit
Nieudana próba dostarczenia wystarczającej ilości wody może być spowodowana niewłaściwą regulacją zaworu odpływowego, zbyt małą ilością powietrza w zbiorniku ciśnieniowym lub po prostu próbą podniesienia wody powyżej poziomu, do którego siłownik jest zdolny.
Siłownik może zostać uszkodzony przez zamarznięcie w zimie lub utratę powietrza w zbiorniku ciśnieniowym prowadzącą do nadmiernego naprężenia części siłownika. Awarie te będą wymagały spawania lub innych metod naprawy, a być może wymiany części.
Nierzadko działający siłownik będzie wymagał sporadycznego ponownego uruchomienia. Cykl może się zatrzymać z powodu złej regulacji zaworu odpływowego lub niewystarczającego przepływu wody u źródła. Powietrze może dostać się do środka, jeśli poziom wody zasilającej nie znajduje się co najmniej kilka cali powyżej wejściowego końca rury zasilającej. Inne problemy to zablokowanie zaworów przez zanieczyszczenia lub niewłaściwa instalacja, np. zastosowanie rury zasilającej o niejednolitej średnicy lub z niejednolitego materiału, posiadającej ostre zakręty lub szorstkie wnętrze, zbyt długiej lub krótkiej w stosunku do spadku lub wykonanej z niewystarczająco sztywnego materiału. Rura zasilająca z PCV sprawdzi się w niektórych instalacjach, ale nie jest tak optymalna jak stalowa.