유압 램

유압 램 또는 하이드램은 수력 발전으로 구동되는 순환식 워터 펌프입니다.하나의 "유압 헤드"(압력) 및 유량에서 물을 흡수하고, 더 높은 유압 헤드 및 더 낮은 유량으로 물을 출력합니다.이 장치는 워터 해머 효과를 사용하여 펌프를 작동시키는 입력 물의 일부를 원래 물이 시작된 지점보다 더 높은 지점까지 끌어올릴 수 있는 압력을 생성합니다.유압 램은 때때로 저수두 수력 발전원이 있고 수원보다 높은 곳으로 물을 퍼올릴 필요가 있는 외딴 지역에서 사용됩니다.이러한 상황에서 램은 흐르는 물의 운동 에너지 외에 외부 동력원을 필요로 하지 않기 때문에 종종 유용합니다.

역사

1238년부터 그라나다의 나스리드 술탄 이븐 알-아흐마르가 지은 알함브라는 물을 올리기 위해 하이드람을 사용했다.Darro 강의 수로에 의해 채워진 첫 번째 저수지를 통해 물은 큰 수직 수로를 통해 두 번째 저수지로 흘러들어갔고, 소용돌이는 물이 훨씬 더 작은 파이프를 통해 6미터까지 올라갔으며, 대부분의 물은 약간 더 ^[1]큰 두 번째 저수지로 빠져나갔다.

1772년 영국 체셔의 존 화이트허스트는 "펄스 엔진"이라고 불리는 수동 제어식 유압 램의 선구자를 발명했고 물을 4.9미터(16피트)^[2][3] 높이로 올튼에 처음으로 설치했다.1783년, 그는 아일랜드에 또 다른 것을 설치했다.그는 그것을 특허로 등록하지 않았고, 세부 사항은 불분명하지만, 그것은 항공기를 가지고 있었던 것으로 알려져 있다.

최초의 자동 작동 램 펌프는 프랑스인 조셉 미셸 몽골피에가 1796년 보이롱에 ^[4]있는 제지 공장에서 물을 올리기 위해 발명했습니다.그의 친구 매튜 불튼은 1797년에 ^[5]그를 대신해서 영국 특허를 취득했다.몽골피에의 아들들은 1816년에 ^[6]개량된 버전에 대한 영국 특허를 얻었고, 이것은 화이트허스트의 디자인과 함께 1820년에 런던으로 막 이주한 서머셋 태생의 기술자 조시아 이스턴에 의해 취득되었다.

그의 아들 제임스(1796–1871)가 물려받은 이스턴의 회사는 19세기 동안 성장하여 켄트주 에리스에 많은 작품을 두고 영국에서 가장 중요한 엔지니어링 제조업체 중 하나가 되었습니다.그들은 전 세계의 상하수도 시스템과 토지 배수 프로젝트를 전문으로 했다.이스턴스는 큰 시골집, 농장, 마을 공동체에 급수 목적으로 숫양을 공급하는 사업이 잘 되었다.도싯에 있는 톨러 윌메 마을에서는 2004년 현재도 일부 설비가 남아 있습니다.약 1958년 주수가 도착할 때까지 브리스톨 바로 남쪽 이스트 던드리 마을에는 3마리의 양떼가 있었다.그들의 시끄러운 "쿵" 소리는 밤낮으로 계곡에 울려 퍼졌다.이 양떼들은 낙농용 가축을 위해 많은 물을 필요로 하는 농장에 물을 공급했다.

그 회사는 1909년에 문을 닫았지만, 제임스 R.에 의해 램 사업이 계속되었다. 이스턴.1929년 벌컨과 버처 램스의 제조와 설치에 종사하던 햄프셔 윈체스터의 그린&카터에 의해 인수되었다.

첫 번째 미국 특허는 Joseph Cerneau(또는 Curneau)와 Stephen(Etienne) S에게 발행되었습니다. 1809년 ^[8][9]할레(1755년-1825년)수압 램에 대한 미국의 관심은 1840년 경에 높아졌고, 특허가 추가로 발행되고 국내 기업들이 램을 판매하기 시작했다.19세기 말, 전기와 전기 펌프를 널리 사용할 수 있게 되면서 관심이 줄어들었다.

1890년 아이다호에서 만들어진 프리스틀리의 유압 램은 물을 110피트(34m) 끌어올려 관개를 제공하는 "기막힌" 발명품이었다.이 숫양은 살아남아 미국 국립 사적지 ^[10][11]등록부에 등재되어 있다.

20세기 말에는 개발도상국의 지속 가능한 기술과 선진국의 에너지 절약의 필요성 때문에 유압 램에 대한 관심이 되살아났다.필리핀의 Aid Foundation International은 외딴 마을에서 쉽게 ^[12]사용할 수 있는 램 펌프를 개발한 공로로 Ashden Award를 수상했습니다.수력 램 원리는 1931년 Hanns Günther가 그의 저서 In hundert ^[13]Jahren에서 논의한 파력 이용에 대한 일부 제안에서 사용되었습니다.

이후 영국에서 컴파운드 램이라고 불리는 램 디자인은 처리되지 않은 구동수원을 사용하여 처리수를 펌핑하도록 설계되었으며, 이는 오픈스트림에서 ^[14]식수를 조달하는 문제를 해결합니다.

1996년 영국의 기술자 프레드릭 필립 셀윈은 폐밸브가 벤추리 효과를 사용하여 입력 ^[15]파이프 주위에 동심원으로 배치되는 보다 콤팩트한 유압 램 펌프에 대한 특허를 취득했습니다.현재 파파람펌프로 ^[16]판매되고 있다.

구조 및 작동 원리

기존의 유압 램에는 스프링 또는 중량 부하가 있는 "폐기물" 밸브와 "배출" 체크 밸브가 있어 제작 비용이 저렴하고 유지보수가 용이하며 매우 안정적입니다.

1947년 브리태니커 백과사전에 자세히 소개된 프리스틀리의 유압 램은 움직이는 ^[10]부분이 없다.

동작 순서

단순화된 유압 램은 그림 2에 나와 있습니다.우선 폐밸브[4]는 그 자체의 무게에 의해 개방(즉, 하강)되고, 토출밸브[5]는 출구[3]로부터의 물기둥에 의한 압력에 의해 폐쇄된다.인렛 파이프 [1]의 물은 중력의 힘으로 흐르기 시작하고 증가하는 드래그 힘이 폐기물 밸브의 무게를 들어 올리고 닫을 때까지 속도와 운동에너지를 얻습니다.이제 닫힌 폐기물 밸브에 대한 입구 파이프 내 수류의 모멘텀으로 인해 워터 해머가 펌프 내의 압력을 출구로부터 눌러서 발생하는 압력 이상으로 상승시킵니다.이제 이 압력 차이에 의해 공급 밸브[5]가 열리고 일부 물이 공급 파이프[3]로 흐르게 됩니다.이 물은 공급원에서 내려오는 것보다 더 멀리 공급 파이프를 통해 위쪽으로 밀어올리기 때문에 흐름이 느려지고 흐름이 역전되면 공급 차단 밸브[5]가 닫힙니다.한편, 폐밸브 폐쇄로부터의 워터 해머는 압력 펄스를 발생시켜 입구 파이프로 역류하는 흡입 펄스로 변환되어 입구 ^[18]파이프로 역류합니다.이 흡입 펄스는 밸브의 무게 또는 스프링과 함께 폐밸브를 다시 당겨 열고 프로세스를 다시 시작할 수 있도록 합니다.

폐밸브가 닫혔을 때 유압충격을 완충하는 압력용기[6]가 있어 송출관을 보다 일정하게 흐르게 함으로써 펌핑 효율을 향상시킨다.이론적으로는 펌프가 없어도 작동하지만 효율은 급격히 떨어지고 펌프는 수명을 상당히 단축할 수 있는 엄청난 스트레스를 받게 됩니다.한 가지 문제는 가압된 공기가 물속에 서서히 녹아 없어질 때까지 남아있지 않다는 것이다.이 문제의 해결 방법 중 하나는 (확장 탱크와 유사한) 탄성 다이어프램에 의해 물에서 공기를 분리하는 것입니다.그러나 이 해결 방법은 대체품을 구하기 어려운 개발도상국에서는 문제가 될 수 있습니다.또 다른 솔루션은 공급 밸브의 구동 측에 가까운 곳에 설치된 스니핑 밸브입니다.그러면 공급 밸브가 닫히고 부분 진공이 ^[19]발생할 때마다 소량의 공기가 자동으로 흡입됩니다.또 다른 해결책은 자동차나 자전거 타이어의 내부 튜브를 공기가 약간 들어간 상태에서 압력 용기에 삽입하고 밸브를 닫는 것입니다.이 튜브는 사실상 다이어프램과 동일하지만 더 널리 이용 가능한 재료로 구현됩니다.튜브 안의 공기는 다른 구성의 공기와 마찬가지로 물의 충격을 완충합니다.

효율성.

일반적인 에너지 효율은 60%이지만 최대 80%까지 가능합니다.이는 공급되는 물의 양과 수원에서 채취한 총 물의 양을 연관짓는 부피 측정 효율과 혼동해서는 안 됩니다.공급 파이프에서 사용할 수 있는 물의 양은 공급 헤드와 공급 헤드의 비율만큼 감소합니다.따라서 램 위로 2m 높이에 물을 끌어올려 램 위로 10m 높이로 끌어올리면 공급되는 물의 20%만 사용할 수 있고 나머지 80%는 폐기 밸브를 통해 흘릴 수 있습니다.이 비율은 100%의 에너지 효율을 상정하고 있습니다.실제 공급되는 물은 에너지 효율 계수에 의해 더욱 감소됩니다.위의 예에서 에너지 효율이 70%인 경우, 공급되는 물은 20%의 70%, 즉 14%가 됩니다.공급 헤드 대 공급 헤드 비율이 2 대 1이고 효율이 70%라고 가정할 때, 공급되는 물은 50%의 70%, 즉 35%가 됩니다.공급 헤드에 대한 공급 비율이 매우 높으면 일반적으로 에너지 효율이 저하됩니다.램 공급업체는 종종 실제 테스트에 기초한 예상 체적 비율을 제공하는 표를 제공합니다.

구동 및 전달 파이프 설계

효율과 신뢰성 높은 사이클링 모두 워터 해머 효과에 의존하기 때문에 구동 파이프 설계는 중요합니다.소스와 램 사이의 수직 거리보다 3배에서 7배 더 길어야 합니다.상업용 램에는 이 최적 ^[20]기울기를 수용하도록 설계된 입력 피팅이 있을 수 있습니다.공급 파이프의 직경은 일반적으로 램의 입력 피팅 직경과 일치하며, 이는 다시 펌핑 용량에 기초합니다.구동 파이프는 직경과 재료가 일정해야 하며 가능한 한 직선이어야 합니다.벤딩이 필요한 경우, 벤딩은 매끄럽고 큰 직경 곡선이어야 한다.큰 나선형도 허용되지만 팔꿈치는 피해야 합니다.PVC는 일부 설치에서 작동하지만 훨씬 더 비싸지만 강철 파이프가 선호됩니다.밸브를 사용할 경우 볼 밸브 또는 게이트 밸브와 같은 자유 흐름 유형이어야 합니다.

압력 용기는 물망치 효과가 위로 이동하는 것을 방지하므로 공급 파이프의 중요도가 훨씬 낮습니다.전체 설계는 예상 흐름에 기초한 허용 압력 강하에 의해 결정됩니다.일반적으로 파이프 크기는 공급 파이프의 절반 정도이지만 매우 긴 실행에서는 더 큰 크기가 표시될 수 있습니다.PVC 파이프 및 필요한 밸브는 문제가 없습니다.

작업 시작 중

폐기 밸브 무게 또는 스프링 압력이 올바르게 조정되면 램이 새로 작동하거나 사이클링을 중지한 경우 자동으로 시작되어야 하지만 ^[17]다음과 같이 다시 시작할 수 있습니다.폐기물 밸브가 상승(닫힘) 위치에 있는 경우 수동으로 개방 위치로 눌렀다가 해제해야 합니다.플로우가 충분할 경우 적어도1회 사이클을 실시합니다.사이클이 계속되지 않으면 보통 수동 사이클이 3회 또는 4회 반복된 후 자체 사이클이 지속될 때까지 반복하여 아래로 눌러야 합니다.램이 다운(열린) 위치에 있는 상태에서 정지하는 경우 램을 수동으로 들어 올려 공급 파이프가 물로 채워지고 모든 기포가 파이프를 타고 소스까지 이동하는 데 필요한 시간 동안 위로 유지되어야 합니다.공급 파이프 길이와 직경에 따라 시간이 걸릴 수 있습니다.그런 다음 위에서 설명한 대로 여러 번 눌러 수동으로 시작할 수 있습니다.램의 송출 파이프에 밸브가 있으면 시동이 쉽게 걸립니다.램이 사이클을 시작할 때까지 밸브를 닫은 후 서서히 열고 공급 파이프를 채웁니다.너무 빨리 열면 사이클이 중지됩니다.공급 파이프가 가득 차면 밸브를 열어둘 수 있습니다.

일반적인 운용상의 문제

충분한 물을 공급하지 못하는 이유는 폐기물 밸브를 잘못 조정하거나 압력 용기 내에 공기가 너무 적거나 단순히 램이 사용할 수 있는 수준보다 높은 수준으로 물을 올리려고 하기 때문일 수 있습니다.

겨울철 동파 또는 압력용기 내 공기 부족으로 램 부품에 과도한 응력이 가해지면 램이 손상될 수 있습니다.이러한 고장에는 용접 또는 기타 수리 방법 및 부품 교체가 필요합니다.

동작 램을 재기동할 필요가 있는 것은 드문 일이 아닙니다.폐기물 밸브의 조정 불량 또는 원천의 수분 흐름 부족으로 인해 사이클링이 중단될 수 있습니다.공급 수위가 공급 파이프의 입력단보다 몇 인치 이상 높지 않으면 공기가 유입될 수 있습니다.이물질로 밸브가 막히거나 부적절한 설치(예: 부등직경 또는 소재의 공급 파이프 사용, 급커브 또는 거친 내부, 낙하하기에 너무 길거나 짧은 공급 파이프 또는 불충분한 강성 재료 사용)가 문제입니다.일부 설비에서는 PVC 공급 파이프가 작동하지만 강철 파이프가 더 좋습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 부스트 컨버터 - 유압 ^[21][22]램의 전자식-유압식 아날로그.
• 펄서 펌프, 공기부양 펌프에 연결된 트롬프로 만든 유사한 장치
• 왜가리의 분수
• 물 로켓

레퍼런스

추가 정보

외부 링크

• 램 펌프의 완전한 설계도