TRKAČ – mechanické vodní čerpadlo Trkač je mechanické vodní čerpadlo, které čerpá vodu bez vnějšího zdroje energie. Energii, kterou potřebuje pro svůj provoz, si sám odebírá od vody, která jím protéká. Malé množství vody je z protékaného množství odděleno a vytláčeno nahoru. Základní princip trkače (jednoduché vysvětlení) Voda proudící hlavním potrubím je náhle zastavena, ráz vody stlačí vzduch v ocelové nádobě a tento stlačený vzduch je následně používán k čerpání malého množství vody na kopec. Podrobný popis funkce trkače Voda pod tlakem (řádově několika metrů vodního sloupce) protéká tělesem trkače. Její proud sebou strhne zpětnou klapku umístěnou na výtoku z trkače (detail 1). Klapka způsobí velmi prudké zastavení vody v trkači i přívodním potrubí. Energie vodního rázu stlačí vzduch v ocelové nádobě trkače - takzvaném větrníku (detail 2). K tělesu trkače je dále namontováno závaží, které se rytmicky pohybuje nahoru a dolů (detail 3). Při pohybu dolů dopadne na zavřenou zpětnou klapku a otevře ji. Voda přívodním potrubím i trkačem začne opět volně proudit. Tlak stlačeného vzduchu ve větrníku je náhle mnohem vyšší než tlak v ostatních částech soustavy. Cesta zpět vstupním otvorem (detail 4) je mu však druhou zpětnou klapkou znemožněna. Stlačený vzduch se chce rozepnout a jeho jedinou možností je výtlačné potrubí, které z větrníku vystupuje v jeho spodní části. Se stlačeným vzduchem je vespod větrníku také malé množství vody, které je rozpínajícím se vzduchem do výtlačného potrubí vehnáno (detail 5). Voda proudící tělesem trkače začne opět nabírat na rychlosti, až opět strhne první zpětnou klapku. Její pohyb rovněž odhodí závaží nahoru a celý postup se v přibližně 2 sekundových intervalech opakuje.
Obrázek 1 - Schéma trkače
Trkač – mechanické vodní čerpadlo
1
Ing. Václav Klapetek
Soustava trkače Soustava začíná sacím košem umístěným v přehradě nebo na potoku. Plocha děr sacího koše by měla být přibližně dvojnásobkem průtočného profilu přívodního potrubí. Průměr děr může být i 10mm. Umístění sacího koše několik decimetrů nade dnem zabrání přisávání písku a umístění pod hladinou přisávání plovoucích nečistot. Sací koš navazuje na přívodní potrubí trkače. Jeho účelem je přivést vodu z přehrady či potoka k trkači umístěnému několik výškových metrů níže. Potrubí délky několika metrů až desítek metrů je dobré vést pod stálým spádem a bez výraznějších lomů. Jeho minimální průměr je dobré odvodit z průměru vstupního otvoru trkače. Z čím tužšího materiálu je přívodní potrubí, tím efektivněji je energie rázové vlny využita ke stlačení vzduchu ve větrníku. Při chodu trkače dochází k velmi výrazné pulzaci přívodního potrubí a pohybu sacího koše v řádech decimetrů. To může být v některých případech negativní – viz kapitoly níže. Spoj mezi trkačem a přívodním potrubím je rázy velmi namáhán a je potřeba jej dobře promyslet. Na těleso trkače je napojeno výtlačné potrubí, které spojuje trkač s horní zásobníkovou nádrží (do jaké výšky lze vodu vytlačit je popsáno v následující kapitole). Za vlastním tělesem trkače zbytková voda rytmicky vystřikuje do volného prostoru.
Obrázek 2 - Klasické zapojení soustavy trkače
Použití, účinnost a seřízení trkače Trkač se dá použít v místech, kde voda překonává určité převýšení. Minimální rozdíl hladiny a tělesa trkače je jeden metr. Existují vzorce, podle kterých se dá z místních podmínek vypočíst výtlačná výška, ale výpočet je zkreslen celou řadou obtížně definovatelných veličin, jako jsou hydraulické ztráty v potrubích, pružnost přívodního potrubí a tím ovlivněna účinnost trkače atd. Obecně je výtlačná výška trkače udávána patnácti až dvacetinásobkem přepadové výšky. V případě, kdy voda ztrácí výšku 2 metry, bude tedy možno čerpat vodu až do výšky 30-40m. Množství vody, které je dopraveno do horní jímací nádoby, je nepřímo úměrně závislé na výtlačné výšce potřebné k překonání převýšení. Pokud bude nádrž umístěna do samého maxima výtlačné výšky – bude plněna jen minimálním proudem. Obecně se čerpané množství vody pohybuje v řádu jednotlivých m3 denně. Nelépe se výtlačná výška a průtokové množství konkrétního trkače odečtou z „charakteristických křivek“ uvedených v jeho
Trkač – mechanické vodní čerpadlo
2
Ing. Václav Klapetek
manuálu. Průtok potřebný pro chod trkače je přibližně 2 litry za vteřinu, efektivita využití vody se uvádí 2%, je ale výrazně proměnlivá podle místních podmínek. Chod trkače se seřizuje změnou pozice závaží vůči tyči. Umístěním závaží k nejzazšímu konci docílíme velkého intervalu mezi jednotlivými kmity a velmi silných pulzů trkače – což není dobré. V opačném extrému, kdy je závaží umístěno na samém začátku, nemusí mít vahadlo dost síly pro otevření zpětné klapky a trkač se nerozjede, nebo se bude zastavovat. Každé stanoviště vyžaduje individuální nastavení polohy závaží. Je dobré nastavit trkač tak, aby klapal pravidelně (nepravidelné klapání zvyšuje šance na samovolné zastavení). Dopadající závaží nemusí klapku otevřít hned – může ji jen lehce pootevřít – následným dosednutím ji pak otevře úplně. V zápětí je zavírající se klapkou opět vymrštěno vzhůru. Trkač trká v intervalech okolo 2-3 vteřin. Pro vypnutí trkače se závaží ve vrchní poloze přetáhne k větrníku. Doposud pravděpodobně nepopsaná možnost zapojení trkače Toto inovativní zapojení spočívá v tom, že přívodní potrubí trkače nemusí být pod stálým spádem, ale může místy vyčnívat i nad hladinu přehrady či potoka (využití principu násosky). Z toho vyplývá, že se trkač dá využít na již dokončená vodní díla bez nutnosti jakýchkoli nových výkopových prací. Další výhodou je, že trkač nemusí být nutně stacionárně umístěné čerpadlo, ale že se dá přenášet, případně doma schovat proti krádeži. V případě potřeby se postaví na pracovní místo, připojí se výtlačná hadice a přívodní potrubí. Následně se přívodní potrubí například pomocí konve zcela zaplní vodou a jeho konec se sacím košem se přes korunu hráze či břeh potoka rychle strčí do vody. Účinnost trkače se tím nepatrně sníží. Velká výhoda zapojení spočívá rovněž v minimalizaci rizika, kdy je pulzující potrubí součástí tělesa hráze nebo břehu potoka a velmi snadno by mohlo ve svém těsném okolí vytvořit preferenční cestu průsakům a následně výrazné poškození hráze.
Obrázek 3 - Alternativní zapojení soustavy trkače
Ukázka využití trkače v praxi Na školní farmě zemědělského učiliště ve střední Angole, zbudované v rámci České rozvojové pomoci, byl trkač použit pro čerpání vody do zásobníku kapkové závlahy. Sací koš trkače byl umístěn v zásobníkovém prostoru přehrady (vytvoření rozdílu hladiny pro možnost umístění trkače bylo jedním z důvodu výstavby této přehrady). Původně bylo hlavní přívodní potrubí trkače (průsvitná gumová hadice se spirálovým zpevněním o vnitřním průměru Trkač – mechanické vodní čerpadlo
3
Ing. Václav Klapetek
72mm) vedeno od sacího koše přes těleso hráze pod stálým spádem. Ale velmi výrazné pulzy potrubí by časem vedly k vytvoření preferenčních cest průsaků v okolí tohoto potrubí a následně k poškození hráze natržením. Proto bylo toto přívodní potrubí ucpáno a nahrazeno novým potrubím (černá vodovodní hadice vnitřního průměru cca. 60mm). Toto potrubí bylo volně položeno na tělese hráze a voda přes vyvýšeninu korunu hráze tekla pomocí principu „násosky“ popsanému v předchozí kapitole. Trkač byl přišroubován na zabetonovaný železný podstavec u výtoku na návětrné straně hráze. Výškový rozdíl hladiny a trkače byl 3m, délka přívodního potrubí přibližně 15m, vzdálenost nádrže, do které byla voda čerpána, byla 70m, výškový rozdíl trkače a vrchní hrany nádrže byl 11,27 m, objem nádrže byl 5m3. Trkač naplnil tuto nádrž během půl dne (tento údaj bude upřesněn po další návštěvě). Vlastní zkušenosti a doporučení U nás je k sehnání prakticky jediný druh trkače. Jeho cena se pohybuje okolo 2 500 Kč, což je pouhých 8% pořizovací ceny podobně výkonné soustavy solárního čerpadla, která byla instalována hned vedle trkače. Solární soustava je přitom relativně náchylná k rozbití panelů, spálení elektroniky, spálení čerpadla nebo ukradení. Trkač je kus železa zamknutelný řetězem k betonovému základu. Je prakticky nerozbitný, obsahuje jen 3 pohyblivé části a to dvě zpětné klapky z přírodní kůže a kmitající závaží. Všechny tyto části se dají velmi snadno vyměnit, případně i vyrobit nové. I dlouze seřizovaný trkač se občas zastaví. Snížení výkonu trkače může být důsledkem úbytku vzduchu ve větrníku – díky jeho „rozpouštění“ do čerpané vody. Jeho obnovení je možné vyzvednutím sacího koše z vody a odpojením výtlačného potrubí nebo dofouknutím vzduchu do větrníku pomocí vzduchové pumpy (přes zaslepený otvor v horní části větrníku). K napojení přívodního potrubí k trkači je potřeba přistupovat velmi zodpovědně, spoj je velmi namáhán a případné sesmeknutí přívodní hadice by při instalaci na přehradě vedlo k spuštění přehrady a velký proud vody by mohl poničit okolí trkače. Jedná se o poslední a již opomíjený vynález jednoho z bratrů Mongolfierů (vynálezců balónového létání), jeho uplatnění a zvláště pak v rozvojových zemích má i dnes velký potenciál a řešilo by mnohé situace, kdy je potřeba dostat vodu na kopec.
Fotodokumentace
1
Trkač – mechanické vodní čerpadlo
2
4
Ing. Václav Klapetek
3
4
5
6
Popisky k fotografiím: 1. Základová deska trkače s původním přívodním potrubím zabudovaným v tělese hráze 2. a 5. Nové přívodní potrubí trkače vedené přes vršek koruny hráze 3. a 4. Jednotlivé fáze chodu trkače 6. Přepad z horní nádrže ukazuje množství vody čerpané trkačem. (přerušovaný proud trkače je ustálen hladinou horní nádoby a výtok na přepadu hadicí 0,75“ je proto rovnoměrný).
Trkač – mechanické vodní čerpadlo
5
Ing. Václav Klapetek
