УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗБОРА ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК F16K11/04 

Изобретение относится к водоразборным устройствам промышленного и хозяйственного водоснабжения. Его можно применить для наполнения водой автоцистерн, для поливки улиц и зеленых насаждений, для различных промышленных целей, где необходим периодический разбор воды.

Известно устройство для разбора воды из трубопровода надземной прокладки по книге "Здания и сооружения на Крайнем Севере", стр. 415, рис. IV-16. Указанное устройство принимается за прототип.

В корпусе устройства клапан расположен вблизи к потоку воды в трубопроводе. Устройство не имеет стояка. При положительной температуре воды, протекаемой по трубопроводу, устройство не замерзает. Но если температура воды в водоводе в зимнее время понизится до нуля градусов, например вследствие аварийной остановки движения воды, то в трубопроводе в месте установки устройства появится лед. Местные интенсивные тепловые потери могут привести к замерзанию затвора или к полному перемерзанию трубопровода.

Целью изобретения является устранение недостатков прототипа. Корпус предлагаемого устройства полностью размещен внутри трубопровода, что устраняет потери тепла от установленной арматуры. Устройство работоспособно в условиях появления льда, который может возникнуть в трубах при аварийной остановке водовода.

Конструкция устройства представлена на чертеже, разрез.

В трубопроводе 1 на всю высоту размещен корпус 2, который имеет входные каналы 3 и входной канал с примыкающим к нему подающим трубопроводом 4. В верхней части корпуса установлена ходовая гайка 5, взаимодействующая с резьбой шпинделя 6. Шпиндель имеет уплотнение 7, нижней частью соединен с запорным органом 8, имеющим уплотнение 9. К запорному органу присоединен шток 10, перекрывающий в нижнем положении отверстие 11. Уплотнения шпинделя, запорного органа и штока зажаты между дисками с помощью нажимных гаек 12 и 13. Управление запорным органом осуществляется вращением маховика 14.

При надземной прокладке трубопровод покрывается тепловой изоляцией 15. Пунктирной линией 16 показана поверхность ледяного кольца, которое может возникнуть в аварийной ситуации.

Устройство работает следующим образом.

В закрытом положении запорного органа 8 сборное отверстие 11 открыто. При этом в подающем трубопроводе 4, в корпусе ниже запорного органа воды нет. Также нет воды выше уплотнения шпинделя. Вода находится лишь в пространстве корпуса между уплотнением шпинделя 7 и уплотнением запорного органа 9. Это пространство находится в середине сечения трубопровода с зазором относительно его стенок.

Вращением маховика 14 перемещается вниз запорный орган 8, вода через проходное отверстие проходит в подающий трубопровод 4 и далее к потребителю. В то же время шток 10, опускаясь вниз, перекрывает сбросное отверстие 11.

Высотное положение потребителя воды может быть ниже или выше устройства для разбора воды. Если объект водоснабжения расположен выше устройства, то при закрытии затвора вода из подающего трубопровода удалится через сбросное отверстие, которое при этом автоматически откроется.

При появлении льда на стенках трубопровода допустимой величины устройство будет работать без каких-либо помех. Если надземный водовод оборудован арматурой, которая не может работать при появлении льда в трубах, то допустимое время остановки трубопровода определяется временем охлаждения воды до нуля градусов. Этого времени обычно недостаточно для устранения повреждений или аварий, возникающих в водопроводной системе. Безопасное (допустимое) время остановки водовода в аварийных случаях можно значительно продлить, допуская оледенения стенок труб, используя теплоту льдообразования, освобождающуюся при замерзании воды в трубопроводе. Это возможно, если оборудовать водопроводные линии арматурой, работоспособной в ледовых режимах. При проектировании водопровода, работающего в условиях частичного оледенения, выполняется расчет по определению допустимой продолжительности остановки водовода для наиболее неблагоприятных условий: полное прекращение движения воды, наиболее низкая температура воды в момент остановки водовода.

Для водоводов, оборудованных арматурой, работоспособной в условиях оледенения, допустимое время остановки движения воды в водоводе определяется временем остывания воды до температуры замерзания T₁ и временем образования ледяного кольца допустимой величины T₂.

Исходные данные для расчета: диаметр трубопровода, полное термическое сопротивление трубопровода, температура окружающей среды, температура воды в момент остановки ее движения.

Время остывания воды до 0^oC можно определить по формуле:

где
R - полное термическое сопротивление трубопровода, м•^oC/Вт;
V_в, V_тр - объем воды и стенок трубопровода; отнесенный к 1 м трубы, м³/м;
γ_в, γ_тр - плотность воды и стенок трубы, кг/м³;
C_в, C_тр - удельные теплоемкости воды и стенок трубы, Вт•ч/кг•^oC;
t_в - температура воды в момент остановки движения, ^oC;
t₀ - температура таяния льда, ^oC;
t_с - температура окружающей среды, ^oC.

Время образования слоя льда в трубопроводе

где
γ_л - плотность льда, кг/м³;
r₃ - скрытая теплота льдообразования, Вт•ч/кг.

Существенным показателем при расчете оледеневшего водовода является коэффициент оледенения m. Он выражается отношением площади сечения ледяного кольца к площади сечения трубопровода.

где
F_л - площадь сечения ледяного кольца, м²;
F - площадь сечения трубопровода, свободного от оледенения, м².

Внутренний диаметр ледяного кольца определяется выражением:

Толщина ледяного кольца

Исследования показали, что наибольшая допустимая величина оледенения трубопровода не должна превышать 50% площади сечения трубы. При ледяном кольце в половину площади сечения трубы остается резерв на случай отклонения фактических тепловых потерь от расчетных. Половины сечения трубы достаточно для возобновления движения воды в трубопроводе.

Корпус устройства, погруженный в трубопровод, имеет цилиндрическую форму, обтекаемую в потоке воды. Расчеты показывают, что гидравлические сопротивления корпуса, погруженного в трубопровод, равны сопротивлению открытой клинкетной задвижки. Значение этих сопротивлений меньше, чем у косых вентилей, в 5 раз, чем у прямых вентилей - в 13 раз.

Суммарные гидравлические сопротивления арматуры погруженного вида установленной на водоводе длиной 10 км не превышает 0,2 м вод. ст. Установка арматуры погруженного вида практически не изменяется от расчета трубопровода на гидравлические сопротивления.

Например, для водовода d_у = 500 мм при скорости воды в трубопроводе 1,5 м/с местные потери напора от погруженного в поток цилиндрического корпуса равны 3 см, для водовода d_у = 300 мм - 4 см.

Изобретение относится к водоснабжению. Устройство для разбора воды содержит корпус с входными и выходным каналами, запорный орган, расположенный между указанными каналами, шпиндель, один конец которого соединен с запорным органом, а другой - с маховиком. С резьбой шпинделя взаимодействует ходовая гайка. Корпус снабжен уплотнительным элементом со сбросным отверстием. На запорном органе снизу выполнен шток, размещенный с возможностью перекрытия сбросного отверстия. Седло выполнено в виде уплотнительного элемента. Причем уплотнительный элемент шпинделя, седло и уплотнительный элемент со сбросным отверстием расположены между дисками и зажаты нажимными гайками. Корпус установлен внутри трубопровода, и участок корпуса с входными и выходным каналами и запорным органом размещен в центральной части сечения трубопровода с зазором относительно его стенок, а выходной канал корпуса соединен с подающим стояком. Устройство работоспособно в условиях появления льда, который может появиться в трубах при аварийной остановке водовода. 1 ил.

Устройство для разбора воды из трубопровода, содержащее корпус с седлом, а также входными и выходными каналами, запорный орган, расположенный между указанными каналами, шпиндель, один конец которого соединен с запорным органом, а другой - с маховиком, ходовую гайку, взаимодействующую с резьбой шпинделя, уплотнительный элемент шпинделя, отличающееся тем, что корпус снабжен уплотнительным элементом со сбросным отверстием, на запорном органе снизу выполнен шток, размещенный с возможностью перекрытия сбросного отверстия, седло выполнено в виде уплотнительного элемента, причем уплотнительный элемент шпинделя, седло и уплотнительный элемент со сбросным отверстием расположены между дисками и зажаты нажимными гайками, при этом корпус установлен внутри трубопровода и участок корпуса с входными и выходными каналами и запорным органом размещен в центральной части сечения трубопровода с зазором относительно его стенок, а выходной канал корпуса соединен с подающим стояком.