устройство для создания разрежения

Формула изобретения

Устройство для создания разрежения, содержащее восходящий и нисходящий участки сифона, соединенные через ресивер, трубопровод и дозатор, отличающееся тем, что восходящий участок сифона выполнен в виде гидростатического сопротивления посредством последовательного гидравлического соединения герметичных камер с внутренним перепадом уровней жидкости между входом и выходом камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области перекачивания жидкостей непосредственным разрежением перекачиваемой среды и касается, в частности, вопроса водоподъема/водоотведения при проведении мелиоративных и водохозяйственных работ.

Известно устройство для создания разрежения, содержащее сифон с восходящим и нисходящим участками и воздухоотводящую трубку, сообщенную посредством клапана с верхними частями сифона и замкнутой емкости, в которой необходимо создать разрежение /1/.

К основным недостаткам известного устройства относятся сложность его конструкции, обусловленная наличием клапанного устройства и механизма управления, низкая надежность вследствие использования системы клапанов и высокие эксплуатационные затраты, связанные с необходимостью обслуживания большого количества движущихся частей.

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/.

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

Основным недостатком известного устройства, присущим всем устройствам сифонного типа, является необходимость расположения вершины сифона над уровнем жидкости верхнего бьефа на высоте, соответствующей необходимой величине создаваемого разрежения в его полости, что требует применения различного вида поддерживающих конструкций. Кроме того, при расположении вершины сифона над уровнем жидкости/поверхности земли, на его работе, в значительной мере, сказываются температурные условия окружающей среды (особенно вблизи точки замерзания жидкости), что существенно ограничивает область его использования, снижает надежность устройства и требует проведения дополнительных мероприятий по утеплению конструкции.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков повышение надежности устройства при расширении области его применения по температурным условиям окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для создания разрежения, содержащем восходящий и нисходящий участки сифона, соединенные через ресивер, трубопровод и дозатор, согласно изобретению восходящий участок сифона выполнен в виде гидростатического сопротивления посредством последовательного гидравлического соединения герметичных камер с внутренним перепадом уровней жидкости между входом и выходом камеры.

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

Устройство содержит ресивер - герметичную емкость 1, в которую введены нисходящий участок 2 сифона, снабженный дросселем 3 регулировки расхода воды, воздушной трубопровод 4 с дозатором 5 и восходящий участок сифона 6, 7, 8, выполненный в виде герметичных камер 7, гидравлически соединенных между собой разноплечими U-образными трубками 8.

Устройство установлено на водотоке с перепадом H уровней между верхним 9 и нижним 10 бьефами.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Включение устройства в работу осуществляется любым из известных способов, используемых при зарядке сифонов, например удалением воздуха из полости устройства через нижний конец нисходящего участка 2 сифона при погруженном под уровень жидкости нижнем конце восходящего участка 6 сифона и перекрытом трубопроводе 4.

Наличие перепада H уровней жидкости между верхним 9 и нижним 10 бьефами водотока после полного заполнения полости устройства водой обуславливает начало движения жидкости в нисходящем участке 2 сифона, которое в свою очередь приводит к снижению уровня жидкости в ресивере - герметичной емкости 1. При этом дозатор 5, выполненный в виде поплавка, следуя за уровнем воды в ресивере, перекрывает трубопровод 4, что предотвращает попадание воздуха в полость герметичной емкости 1 из атмосферы и приводит к последовательному снижению уровня жидкости во всех герметичных камерах 7 до отметки, соответствующей положению нижнего плеча разноплечих U-образных трубок 8 в соответствии с изменением величины давления в полости каждой последующей камеры 7.

Поскольку величина перепада H уровней жидкости между верхним 9 и нижним 10 бьефами водотока превышает суммарную величину гидравлического сопротивления потока жидкости, движущейся по восходящему участку сифона 6-7-8, то поток жидкости не останавливается, и дальнейшее его движение по восходящему участку сифона 6-7-8 осуществляется в режиме перетекания жидкости таким образом, что жидкость в каждую предыдущую герметичную камеру 7 попадает в ее верхней части - через большее плечо равноплечей U-образной трубки 8, а отводится из ее нижней части в последующую герметичную камеру 7 через нижнее плечо следующей разноплечей U-образной трубки 8.

При этом величина суммарного гидравлического сопротивления жидкости, движущейся по восходящему участку 6, 7, 8 сифона по мере преодоления потоком очередной герметичной камеры 7, соединенной с последующей камерой 7 U-образной трубкой 8, возрастает на величину, соответствующую разности отметок высотного положения большего и меньшего плечей каждой U-образной трубки 8.

Поток жидкости, движущийся по нисходящему участку сифона, 2 обладает энергией, достаточной для захвата воздуха, находящегося в полости ресивера - герметичной емкости 1 и поступающего по трубопроводу 4 при открытом дозаторе 5. При этом в нисходящем участке сифона 2 формируется жидкостно-газовый поток, подчиняющийся законом движения двухфазных сред, который транспортирует захваченный в герметичной емкости 1 воздух под уровень жидкости нижнего 10 бьефа водотока, где происходит разделение фаз.

В связи с постоянным отводом воздуха из ресивера - герметичной емкости 1 в ее полости возникает разрежение; при этом дозатор 5 открывается и по трубопроводу 4 в ресивер 1 подается очередная порция воздуха, подлежащего отведению.

Устройство поддерживает заранее заданную величину вакуума с его полости в течение всего цикла работы сифона.

Предлагаемое устройство при установившемся режиме воздухоотведения позволяет обеспечить создание разрежения в его полости, степень которого соответствует величине суммарного гидравлического сопротивления жидкости, движущейся по восходящей ветви сифона, которая теоретически достигает 10,0 метров водного столба.

При соединении воздушной полости герметичной емкости 1 устройства трубопроводом 4 с любой произвольно установленной по высоте герметичной емкостью, например сифонным водоводом, уложенным ниже глубины промерзания, предлагаемое устройство для создания разрежения позволяет обеспечить зарядку водовода и поддержание его в работоспособном состоянии (при отведении из его полости воздуха, выделяющегося из транспортируемой воды) в течение всего вегетационного периода выращивания сельскохозяйственных культур, включая ранневесенний и позднеосенний с температурами окружающей среды, близкими к точке замерзания транспортируемой жидкости.

В отличие от прототипа предлагаемая конструкция устройства для создания разрежения позволяет при аналогичной величине разрежения в полости устройства (соответствующей высоте расположения вершины сифона у прототипа) уменьшить высоту расположения вершины сифона над уровнем жидкости верхнего бьефа за счет изменения герметических размеров его восходящего участка, выполненного в виде гидростатического сопротивления.

Указанное обстоятельство позволяет, во первых, отказаться от использования поддерживающих восходящий участок сифона конструкции, что снижает затраты на монтаж и обслуживание установки, а, во вторых, компактно разместить восходящей участок сифона и его вершину, выполненную в виде герметичной емкости в замкнутом пространстве, например утепленном потайном колодце, что значительно расширяет область применения устройства по температурным характеристикам окружающей среды, предотвращая замерзание транспортируемой в его полости жидкости.

Предлагаемая конструкция устройства наиболее широкое применение найдет как при утилизации стока небольших прудов и водохранилищ, имеющих плотины/подпорные сооружения, так и при переводе поверхностного стока в нижележащие фильтрующие горизонты, вскрытые поглотительными колодцами.

Кроме того, предлагаемое устройство может найти применение при проектировании мелиоративных и водохозяйственных объектов, имеющих большие перепады уровней отметок поверхности земли при глубоком врезе водоприемников, но в то же время избыточное увлажнении/заболачивание территории. В этих условиях установка устройства в месте перепада и соединение его воздушными трубками с герметичными накопительными емкостями, например, воздушными колпаками сифонов, при минимальных расходах поверхностной воды, сбрасываемой устройством, позволит осуществить интенсивное отведение почвенно-грунтовых вод (до 6 - 8 м от уровня поверхности большой производительности.

Маркетный образец устройства был изготовлен в лаборатории гидромелиорации ГНЦ "СевНИИГиМ".

Его испытания показали возможность значительного уменьшения геометрической высоты расположения сифона при сохранении его гидравлических характеристик.

Получена зависимость степени уменьшения геометрической высоты восходящей ветви сифона от величины перепада уровней между бьефами водотока при сохранении аналогичной величины вакуума в герметичной полости (вершине сифона).

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР N 1126728, F 04 F 10/02, 1983

1. Авторское свидетельство СССР N 1355772, F 04 F 10/02, 1987и