УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ РАЗРЕЖЕНИЯ В ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ Российский патент 1997 года по МПК F04F10/02 

Изобретение относится к области перекачивания жидкостей непосредственным воздействием разреженной среды и может быть использовано, в частности, в мелиорации для водоподъема.

Известно устройство для осуществления водоподъема и отведения избыточных почвенно-грунтовых вод вакуумированием скважин, включающее вакуум-насос, установленный на поверхности земли, и погружной насос, помещенный в скважину, напорный трубопровод и питающий кабель которого выведены также на поверхность земли (Б.М.Дегтярев. Дренаж в промышленном и гражданском строительстве, М. Стройиздат, 1990, с.197, рис. V. 16, б.).

Известно устройство для создания разрежения, включающее эжектор, установленный в оголовке скважины или в ее фильтровой части (там же, с. 197, рис. V. 16, в). Разрежение создается нагнетанием через эжектор рабочей среды, за счет энергии которой из полости скважины отсасывается воздух.

Известно наиболее близкое к описываемому устройство для создания разрежения в замкнутом объеме водоподъемник, включающее сифон с восходящим и нисходящим участками и воздухоотводящую трубку, подключенную к верхним частям сифона и замкнутого объема, в котором необходимо создать разрежение (авт. св. СССР N 1126728, кл. F 04 F 10/02, 1983).

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная наличием системы клапанов с механизмом управления и эксплуатация, обусловленная необходимостью предварительной зарядки сифона и обслуживанием большого количества движущихся частей.

Изобретение решает задачу упрощения конструкции устройства при одновременном повышении надежности его работы.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для создания разрежения в замкнутом объеме, содержащем сифон с восходящим и нисходящим участками и воздухоотводящую трубку, подключенную к верхним частям сифона и замкнутого объема, в котором необходимо создать разрежение, восходящий участок сифона выполнен в виде стакана, опущенного открытой частью под уровень жидкости, нисходящий участок сифона расположен внутри стакана, снабжен поплавком и закреплен на последнем с возможностью совместного перемещения, причем вход в нисходящий участок расположен ниже ватерлиний поплавка, а устройство снабжено дополнительной воздухоотводящей трубкой, установленной в поплавке таким образом, что ее вход расположен выше ватерлинии поплавка, а выход в нисходящем участке сифона.

Устройство для создания разряжения в замкнутом объеме изображено схематически на чертеже (разрез по оси устройства). Восходящий участок 1 сифона выполнен в виде стакана, опущенного открытой частью под уровень воды водотока 2 таким образом, что выше последнего образуется герметичная емкость (камера), заполненная воздухом.

Нисходящий участок 3 сифона расположен внутри стакана, снабжен в верхней его части поплавком 4 и закреплен на последнем с возможностью совместного перемещения в полости восходящего участка 1 сифона. Вход в нисходящий участок 3 сифона расположен ниже ватерлинии поплавка 4, а его выход размещен под уровнем воды в противоразрядной емкости 5.

Восходящий участок 1 сифона соединен воздухоотводящей трубкой 6 с замкнутым объемом 7, в котором необходимо создать разрежение, например, с воздушным колпаком водоотводящего сифона для осуществления его зарядки и предотвращения разрыва потока воды во время эксплуатации, вызываемого образованием крупных воздушных скоплений. В поплавке 4 установлена дополнительная воздухоотводящая трубка 8, вход которой расположен выше ватерлинии поплавка 4, а выход в нисходящем участке 3 сифона.

Устройство работает следующим образом.

При создании перепада уровней H между водотоком 2 и противоразрядной емкостью 5 установка поплавка 4 с нисходящим участком 3 сифона внутри стакана 1 обеспечивает включение сифона в работу. При отводе воды восходящим участком 1 сифона из-под уровня воды водотока 2 в зоне, ограниченной стаканом, по нисходящему участку 3 сифона в последнем образуется область, давление в которой меньше атмосферного. Вследствие этого происходит подсос воздуха по дополнительной воздухоотводящей трубке 8 в поток воды, движущейся по нисходящему участку 3 сифона. В нисходящем участке 3 сифона формируется водовоздушный поток, подчиняющийся законам движения двухфазных жидкостей с режимами движения потока от "пузырькового" (наличие цепочки пузырьков воздуха в центральной части потока) до "снарядного" (наличие цепочки, серии пузырьков воздуха, полностью перекрывающих сечение нисходящего 2 участка сифона).

По мере отсоса воздуха из герметичной емкости, образованной уровнем воды водотока 2 и стаканом восходящего участка 1 сифона, уровень воды в нем поднимается, и поплавок 4 с закрепленной на нем верхней частью нисходящего участка 3 сифона всплывает. Поскольку вход в нисходящий участок 3 сифона расположен ниже ватерлинии поплавка 4, условия подсоса воздуха относительно уровня воды в полости восходящего участка 1 сифона остаются неизменными.

Подъем уровня воды в полости восходящего участка 1 сифона, а следовательно, и изменение степени разрежения в незаполненной водой ее части, продолжается вплоть до реализации максимально возможной величины разрежения в сифоне, теоретически достигающей 10 м водяного столба.

Поскольку восходящий участок 1 сифона соединен воздухоотводящей трубкой 6 с замкнутым объемом 7 степень разрежения в последнем увеличивается в строгом соответствии с подъемом уровня воды в восходящем участке 1 сифона.

Если замкнутый объем 7 выполнен в виде воздушного колпака водоотводящего сифона, то одновременно с подъемом уровня воды в стакане происходит подъем уровня в восходящем и нисходящем участках 1 и 3 водоотводящего сифона и заполнение его горизонтальной части. После того, как уровень волы превысит отметку, соответствующую отметке верхней точки (гребня) водоотводящего сифона, произойдет его зарядка, а устройство для создания разрежения будет поддерживать необходимую величину разрежения, продолжая отводить из замкнутого объема 7 воздух, выделяющийся из воды в процессе работы водоотводящего сифона, предотвращая его разрядку в течение сколько угодно долгого времени (при этом поплавок 4 находится в положении B, изображенном на чертеже пунктиром).

Выключение устройства из работы при любых величинах разрежения в его полости производится путем ликвидации перепада уровня H между водотоком 2 и противоразрядной емкостью 5. При восстановлении величины перепада H устройство автоматически включается в работу. При использовании устройства исключительно для зарядки и поддержания работоспособности водоотводящего сифона в качестве восходящего участка 1 может быть использована одна из его ветвей, снабженная воздушным колпаком, в полости которого будет располагаться поплавок 4 после включения водоотводящего сифона в работу.

Описываемая конструкция устройства для создания разряжения за счет свободного перемещения поплавка позволяет не только получать заранее заданную величину разрежения в его полости, но и осуществить оперативное регулирование величины разрежения путем изменения высоты подъема поплавка.

Отсутствие сложных клапанных устройств позволяет значительно упростить конструкцию устройства, позволяющего осуществить автоматический захват воздуха из замкнутой полости стакана за счет энергии струи жидкости с последующим его транспортированием в составе водовоздушной смеси по нисходящему участку сифона.

Размещение узла соединения нисходящего участка сифона с воздухоотводящей трубкой на поплавке позволяет повысить надежность устройства, поскольку лишь в этом случае при сохранении постоянных гидравлических характеристик сифона относительно уровня воды в стакане осуществляется дозированное отведение воздуха с автоматическим регулированием величины газовой составляющей в соответствии с величиной транспортирующей способности водовоздушного потока.

Использование: перекачивание жидкостей непосредственным воздействием разреженной среды, в частности для водоподъема в мелиорации. Сущность изобретения: воздухоотводящая трубка (ВТ) подключена к верхним частям сифона (С) и замкнутого объема, в котором необходимо создать разрежение. Восходящий участок C выполнен в виде стакана. Открытая часть стакана опущена под уровень жидкости. Нисходящий участок C расположен внутри стакана и закреплен на поплавке (П). Вход в нисходящий участок С расположен ниже ватерлинии П. Устройство снабжено дополнительной ВТ. Дополнительная ВТ установлена в П. Ее вход расположен выше ватерлинии П, а выход - в нисходящем участке С. 1 ил.

Устройство для создания разрежения в замкнутой объеме, содержащее сифон с восходящим и нисходящим участками и воздухоотводящую трубку, подключенную к верхним частям сифона и замкнутого объема, в котором необходимо создать разрежение, отличающееся тем, что восходящий участок сифона выполнен в виде стакана, опущенного открытой частью под уровень жидкости, нисходящий участок сифона расположен внутри стакана, снабжен поплавком и закреплен на последнем с возможностью совместного перемещения, причем вход в нисходящий участок расположен ниже ватерлинии поплавка, а устройство снабжено дополнительной воздухоотводящей трубкой, установленной в поплавке таким образом, что ее вход расположен выше ватерлинии поплавка, а выход в нисходящем участке сифона.