Hidravlične črpalke so neverjetne naprave, ki uporabljajo tekočo vodo za črpanje vode na višje nadmorske višine brez elektrike. Ta pametna ideja uporablja fiziko in hidravliko za učinkovito črpanje vode navkreber, zaradi česar je stroškovno učinkovita trajnostna alternativa za črpanje vode, ki zahteva zelo malo vzdrževanja.
Uporabljajo ga že več kot dve stoletji v mnogih delih sveta. Zaradi svoje preprostosti in zanesljivosti so bili komercialno uspešni, zlasti v Evropi, v dneh, preden sta električna energija in motor z notranjim zgorevanjem postala široko dostopna.
Črpalko imenujemo Hidravlični oven, tudi Hidro-oven, Vodno kladivo ali kako drugače. Angleško, preprosto Ram pump, Hydram. V nadaljnem besedilu bom uporabljal besedno zvezo hidro-oven ali samo oven.
Uporabimo energijo vodnega padca
Hidravlični oven ali impulzna vodna črpalka je zelo uporabna “stara tehnologija”, ki obstaja že mnogo let in je danes ob vse višjih cenah energentov bolj uporabna kot kdajkoli prej. Naprava je izumljena pred električnimi vodnimi črpalkami, deluje zanesljivo in neprekinjeno, je robustna in preprosta črpalka z zelo malo vzdrževanja.
Uporabljajo ga že več kot dve stoletji v mnogih delih sveta. Zaradi svoje preprostosti in zanesljivosti so bili komercialno uspešni, zlasti v Evropi, v dneh, preden sta električna energija in motor z notranjim zgorevanjem postala široko dostopna.
Črpalko imenujemo Hidravlični oven, tudi Hidro-oven, Vodno kladivo ali kako drugače. Angleško, preprosto Ram pump, Hydram ali samo Ram. V nadaljnem besedilu bom uporabljal hidro-oven.
Hidro-oven je preprosta mehanska avtomatska črpalna naprava, ki uporablja energijo padca vode za dvig manjše količine vode na višjo nadmorsko višino, brez uporabe elektrike ali katerega koli drugega vira energije. Zanaša se izključno na gravitacijo in vodni tok. To doseže s ciklom povečanja in sproščanja tlaka v črpalki.
Uporablja le dva gibljiva dela zato je mehansko zelo preprost, posledično zanesljivo delovanje, minimalne potrebe po vzdrževanju in dolga življenjska doba.
Vir napajanja je lahko poljuben, izvir, potok, reka ali voda ki prihaja iz zajetja. Za njegovo delovanje zadostuje že majhen padec, približno 0,70m višine.
V današnjem času sta dodatne patente razvili podjetji iz Združenega kraljestva Papa Ltd in Water Powered Technologies Ltd., s čimer sta dodatno izboljšali tehnologijo za črpalke, brizgane iz kompozitnega materiala (plastična masa), ki omogoča razmeroma nizkocenovno množično proizvodnjo hkrati pa ohranja visoko trdnost, nizko težo in visoko zmogljivost, ki je bila prej dosegljiva samo s kovinskimi enotami.
Na spletnih straneh hidro-delavnice bomo dali prednost kovinskim hidro-ovnom v “home-made” izvedbi zaradi precej nižjih stroškov izdelave, dolgoživosti, ter zanemarljivih razlik v zmogljivosti.
IV. Novodobni primer je črpalka Papa Ram. Nizka izguba tlaka, hitro zapiranje, je manjša, lažja, cenejša in učinkovitejša.
POSTAVITEV SISTEMA V PROSTOR
Na ta način se lahko voda iz izvira ali potoka v dolini črpa v vas ali namakalno shemo na pobočju. Kjerkoli je mogoče doseči padec vode, se lahko črpalka uporablja kot razmeroma poceni, preprosto in zanesljivo sredstvo za dvigovanje vode na precejšnje višine.
Spodnja slika prikazuje vse glavne komponente sistema hidro-ovna. Voda se preusmeri iz tekoče reke ali se zajame iz zajetja, izvira, tako da zagotovimo stalen, enakomeren pretok vode do črpalke. Črpalka dvigne del vode na višjo raven do vodohrama. Dobro bi jo bilo zaščititi pred nenamernimi poškodbami.
Večina proizvajalcev deklarira max. višino črpanja 100-150 m, nekatere pa celo 250 m in več.
Na razpolago je veliko dizajnov in zasnov hidravličnih ovnov. Trgovsko so bili uspešni hidro-ovni iz sive litine, ki so na trgu prisotni že dolgo. Toda siva litina ni poceni in črpalka je draga ter pride v poštev le pri večjih pretokih vode 2-3 cole in več. Potrebno je tudi precej znanja ter izkušenj pri nameščanju, zagonu in popravilu tako narejenega hidro-ovna.
V sodobnem času pa se povečuje zanimanje za naprave, ki delujejo z obnovljivimi viri energije in ozaveščenost o tehnoloških potrebah določenega okolja ter s tem spodbuja ponovno rojstvo vodnih črpalk kot so hidro-oven, kolesne črpalke in podobne.
Način delovanja Hidro-ovna
Črpalke Ram imajo ciklično črpanje, ki med delovanjem proizvaja njihov značilen utrip. Cikel lahko razdelimo na tri faze; pospeševanje, tlak in odboj. Hidro-oven lahko deluje neprekinjeno 24 ur/dan, brez zunanjega vira energije.
Pospešek
Odpremo ventil, voda pospeši iz zajetja po dovodni cevi (A) navzdol in se izteka skozi odprt udarni ventil (B) hidro-ovna. Pretok vode se povečuje, doseže in preseže hitrost, pri kateri se ustvari zadostna sila za zapiranje udarnega ventila in ventil se zdaj zelo hitro zapre.
Nastane tlak
Za delček sekunde se voda v telesu črpalke stisne, kar povzroči velik dvig tlaka. Ta pojav je znan tudi kot vodni udar. Nastali višji tlak v tem trenutku potisne vodo skozi nepovratni ventil (C). Ventil ostane odprt, dokler se voda v dovodni cevi (A) ne upočasni in tlak v telesu črpalke pade pod dovodni tlak. Sočasno zrak v tlačni posodi (D) izenači tlak tako, da potisne majhno količino vode naprej v odvodno cev (E), nepovratni ventil (C) se zapre.
Nastane tlak
Za delček sekunde se voda v telesu črpalke stisne, kar povzroči velik dvig tlaka. Ta pojav je znan tudi kot vodni udar. Nastali višji tlak v tem trenutku potisne vodo skozi nepovratni ventil (C). Ventil ostane odprt, dokler se voda v dovodni cevi (A) ne upočasni in tlak v telesu črpalke pade pod dovodni tlak. Sočasno zrak v tlačni posodi (D) izenači tlak tako, da potisne majhno količino vode naprej v odvodno cev (E), nepovratni ventil (C) se zapre.
Odboj ali povratni udarec
Kar povzroči, padec tlaka v telesu črpalke. Tlak pade dovolj nizko in udarni ventil se ponovno odpre. Ker je energija odboja končana, začne voda spet pospeševati po dovodni cevi (A) skozi odprt udarni ventil (B), s čimer se cikel začne ponovno. V celotnem ciklu tlak v zračni posodi enakomerno potiska vodo navzgor po dostavni cevi (E) proti vodohramu.
Če imamo tlačno posodo brez zračnice, potrebujemo zračni ventil. Pri odboju vsrka majhno količino zraka, ki počaka pod nepovratnim ventilom do naslednjega cikla črpanja. S tem zagotavlja stalno prisotnost zraka v zračni posodi, ki se počasi izgublja skozi dostavno cev (E).
Hidro-oven ob vsakem ciklu načrpa le majhno količino, vendar v 24-ih urah do vodohrama dvigne kar znatno količino vode.
Prednosti in slabosti
Za vsako črpalno mesto obstajajo številne potencialne možnosti dvigovanja vode. Izbira med njimi vključuje upoštevanje številnih različnih dejavnikov. Hidravlične črpalke imajo v določenih pogojih številne prednosti, spet v drugih pogojih pa so lahko neprimerne.
Všeč
preprostost in zanesljivost
nizki obratovalni stroški
dolga življenska doba
nizke zahteve po vzdrževanju
ne potrebuje dodatne energije
ne proizvaja nobenih emisij in ne onesnažuje
Manj všeč
omejeni na hribovita območja s celoletnimi vodnimi viri
težave z sedimentacijo ob nepravilno izvedenem zajetju
omejeni so na majhne aplikacije, običajno do 1 kW
površinsko vodo je pogosto treba filtrirati ali obdelati za prehrano ljudi
Všeč
preprostost in zanesljivost
nizki obratovalni stroški
dolga življenska doba
nizke zahteve po vzdrževanju
ne potrebuje dodatne energije
ne proizvaja nobenih emisij in ne onesnažuje
Manj všeč
omejeni na hribovita območja s celoletnimi vodnimi viri
težave z sedimentacijo ob nepravilno izvedenem zajetju
omejeni so na majhne aplikacije, običajno do 1 kW
površinsko vodo je pogosto treba filtrirati ali obdelati za prehrano ljudi
Dvig pritiska nastane tudi kadar nenkrat zapremo vodovodno pipo. Ker je ventil nenadoma zaprt slišimo glasen »toink«, udarec v cevi. Vodno črpalko s tem efektom imenujemo Hidravlični oven.
Čeprav so hidravlične črpalke na voljo v različnih oblikah in velikostih, imajo vse enake osnovne komponente. Glavni deli črpalke so telo hidro-ovna, udarni ventil ali kladivo, tlačna posoda, nepovratni ventil in zračni ventil (ang. snifter) če v tlačni posodi ni zračnice.
Na sliki Papa Pump iz Anglije v paru med delovanjem. Dvig do 100 m (kovinska 150 m), cena z dajatvimi čez 2000 € (ena).
