УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ РАЗРЕЖЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F04F10/02 

Изобретение относится к области перекачивания жидкостей непосредственным воздействием разреженной среды и касается, в частности, вопроса водоподъема/водоотведения при проведении мелиоративных (осушение) и водохозяйственных (водоснабжение) работ.

Известно устройство для водоподъема и отведения избыточных почвенно-грунтовых вод вакуумированием скважин, включающее вакуум-насос, установленный на поверхности земли, погружной насос, помещенный в скважину, напорный трубопровод которого выведен на поверхность земли /1/.

Основными недостатками известного устройства является сложность конструкции, высокая стоимость оборудования и большая энергоемкость.

Известно устройство для реализации способа создания разрежения в замкнутом объеме, принятое нами за прототип, содержащее восходящие, горизонтальные и нисходящие участки сифона, соединенные через ресивер, трубопровод и дозатор с камерой /2/.

Устройство позволяет повысить эффективность транспортирования из замкнутого объема газа путем импульсного воздействия расхода жидкости, формируемого в виде капиллярного потока.

Недостатками известного устройства являются как сложность конструкции, связанная с необходимостью ступенчатого увеличения подачи дозы газовой среды, так и низкая надежность, обусловленная тем, что при подаче газа в горизонтальной участок сифона любое незначительное превышение дозы газовой среды относительно предыдущего значения приводит к разрядке сифона.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков - повышение надежности устройства при упрощении его конструкции.

Поставленная цель достигнута тем, что в устройстве для создания разрежения в замкнутом объеме, включающем восходящий участок сифона, трубопровода и нисходящий участок сифона, выполненный в виде трубок, согласно изобретению каждая трубка нисходящего участка сифона помещена внутри восходящего участка сифона, выполненного в виде опрокинутого стакана, и снабжена калиброванным отверстием.

Устройство для создания разрежения в замкнутом объеме изображено схематически на чертеже (разрез по оси устройства).

Восходящий участок сифона, выполненный в виде опрокинутого стакана 1, опущен открытой частью под уровень жидкости водотока, имеющего перепад уровней между верхним 2 и нижним 3 его бьефами таким образом, что выше уровня жидкости в полости стакана образуется герметичная емкость 4, заполненная воздухом.

Нисходящий участок сифона, выполнен в виде трубок 5а, 5б, 5в и 5г, каждая из которых имеет калиброванное отверстие соответственно 6а, 6б, 6в и 6г. Отверстие 6а трубки 5а расположено ниже уровня жидкости в стакане 1. Выход всех трубок 5 помещен под уровень жидкости нижнего бьефа 3 водотока.

Стакан 1 в верхней его части снабжен воздушным трубопроводом 7 с краном 8.

Устройство работает следующим образом.

При опускании открытой части стакана 1 под уровень жидкости верхнего бьефа 2 водотока в полости стакана (при закрытом кране 8 воздушного трубопровода 7) образуется герметичная емкость 4, заполненная воздухом. Поскольку калиброванное отверстие 6а трубки 5а нисходящего участка сифона расположено ниже уровня жидкости в стакане, то при определенной величине напора воды над ним, численно равной величине сопротивления на входе жидкости в трубу 5а, начинается ток жидкости по нисходящему ее участку - сифон включается в работу.

При отводе воды по трубке 5а из-под уровня жидкости, заключенной в полости стакана 1, происходит захват (подсос) воздуха из герметичной емкости 4 через верхний открытой конец трубки 5а нисходящим потоком жидкости и его транспортирование в составе водовоздушной смеси под уровнем жидкости нижнего бьефа 3 водотока.

Вследствие происходящего отвода воздуха в герметичной емкости 4 стакана 1 возникает разрежение, сопровождающееся подъемом уровня жидкости в ней над уровнем воды верхнего бьефа на высоту, соответствующую величине максимально возможного вакуума, развиваемого трубкой 5а нисходящего участка сифона. При этом темпы подъема уровня жидкости в полости герметичной емкости 4 стакана 1 определяются как диаметром трубки 5а нисходящего участка сифона, так и диаметром калиброванного отверстия 6а в ней. Одновременно с подъемом уровня жидкости в полости стакана 1 относительно уровня воды верхнего бьефа 2 водотока происходит подъем уровня воды во всех трубках 5 (б, в, г) нисходящего участка сифона на высоту, соответствующую величине разрежения в полости стакана 1.

При подъеме уровня жидкости в герметичной емкости 4 стакана 1 выше калиброванного отверстия 6б трубки 5б (на высоту, превышающую величину сопротивления жидкости на вход в отверстие 6б) она включается в работу с образованием и отведением водовоздушной смеси аналогично первой. При этом происходит дальнейший подъем уровня жидкости в герметичной емкости 4 стакана 1.

Циклы включения в работу каждой из последующих трубок 5в, г нисходящего участка сифона, имеющих калиброванные отверстия 6в, г повторяются аналогично до полной реализации заранее заданной величины разрежения в полости устройства, ограниченной лишь величиной максимально возможной высоты поднятия жидкости сифоном, теоретически составляющей около 10 метров водного столба.

При естественном или искусственном снижении уровня жидкости в верхнем бьефе 2 водотока ниже открытого конца стакана 1 устройство разрежается и вновь автоматически включается в работу при восстановлении уровня воды в верхнем бьефе 2 водотока на прежней отметке.

Предлагаемое устройство, используя малую величину перепада уровней жидкости между верхним 2 и нижним 3 бьефами естественного или искусственного водотока, позволяет развить и длительное время поддерживать заранее заданную величину разрежения (вакуума) в его полости, существенно превышающую величину перепада уровней между бьефами.

При соединении полости 4 стакана 1 при помощи воздушного трубопровода 7, снабженного краном 8, с любой герметичной емкостью устройство позволяет обеспечить либо создание в ней необходимой величины разрежение, например, для зарядки и поддержания работоспособности водоотводящих сифонов путем отсасывания находящегося в их полости и выделяющегося из транспортируемой жидкости воздуха, либо подъем жидкости на заранее заданную высоту путем непосредственного воздействия разреженной среды, например, заполнение герметичной накопительной емкости водонапорной башни.

Размещение каждой трубки нисходящего участка сифона внутри восходящего участка сифона, выполненного в виде опрокинутого стакана, и снабжение их калиброванными отверстиями, позволяет отказаться от использования в устройстве движущихся частей, что резко повышает надежность его работы, при значительном упрощении конструкции, поскольку отказ в работе устройства может иметь место лишь при нарушении герметичности полости стакана.

Поскольку включение и выключение устройства осуществляется автоматически при повышении и понижении уровня жидкости водотока относительно положения первого калиброванного отверстия в трубке нисходящего участка сифона, оно позволяет синхронизировать работу, например, комплекса отводящих почвенно-грунтовую воду сифонов с периодами выпадания атмосферных осадков повышенной интенсивности на массивах осушения или включение в работу дренажа орошаемых земель с проведением поливов.

Предлагаемое устройство для создания разрежения при утилизации стока водотоков, имеющих небольшой перепад уровней воды между бьефами (порядка 0,6 - 1,2 метра) позволяет интенсифицировать работу целого ряда водоподъемных/водоотводящих сооружений, например сифонных водоотводов (при снижении объемов земляных работ - уменьшении глубины заложения отводящих воду каналов).

Устройство бесшумно, экологически безопасно и может найти применение во всех отраслях народного хозяйства, где есть необходимость в использовании вакуума, величина которого не превышает 6 - 8 метров водного столба, например, в качестве заряжающего устройства для более мощных установок, требующих для включения в работу предварительного заполнения их полости водой (сифонов, насосов и др.).

Предлагаемое устройство было изготовлено и прошло лабораторные испытания в лаборатории гидромелиорации ГНЦ СевНИИГиМ. В результате испытаний получены зависимости для определения шага размещения и диаметра калиброванных отверстий трубок нисходящего участка сифона, а также определена производительность устройства по воздухоотведению/водоподъему при перепадах уровней воды между верхним и нижним бьефами водотока в пределах от 50 до 130 сантиметров.

Источники информации
1. Б.М. Дегтярев. Дренаж в промышленном и гражданском строительстве. М, Стройиздат. 1990. с. 197 рис. V.16.б.

2. А.с. СССР N 1355772 М. кл. F 04 F 10/02, БИ N 44 1987 г.

Изобретение относится к области перекачивания жидкостей непосредственным воздействием разреженной среды и касается, в частности, вопроса водоподъема/водоотведения при проведении мелиоративных (осушение) и водохозяйственных (водоснабжение) работ. Устройство для создания разрежения содержит восходящий участок сифона, трубопровод и нисходящий участок сифона, выполненный в виде трубок. Каждая трубка нисходящего участка сифона помещена внутри восходящего участка сифона, выполненного в виде опрокинутого стакана, и снабжена калиброванным отверстием. Такое выполнение устройства повышает его надежность при одновременном упрощении конструкции. 1 ил.

Устройство для создания разрежения в замкнутом объеме, включающее вoсходящий участок сифона, трубопровод и нисходящий участок сифона, выполненных в виде трубок, отличающееся тем, что каждая трубка нисходящего участка сифона помещена внутри восходящего участка сифона, выполненного в виде опрокинутого стакана, и снабжена калиброванным отверстием.