УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБОРА ЖИДКОСТИ
FLUID SAMPLING DEVICE

Изобретение относится к устройствам и сооружениям, предназначенным для забора жидкости, преимущественно воды, из водохранилищ, рек, каналов, лотков, безнапорных башен, цистерн и т.п.
Известно устройство (цилиндрический затвор) для забора воды, содержащее поплавок, водозаборную площадку с направляющей конструкцией, стойки, телескопически соединенные трубы, колено, глубинный затвор, колеса для передвижения подвижных труб, подъемно-спускное оборудование (заявка Японии №57-40294, ΜΠΚ Ε02В 7/32, 5/08, 1982 г. ).
Данное устройство является громоздким и сложным гидротехническим сооружением. Недостатками также являются сложности самой конструкции и его эксплуатации, материалоемкость и ненадежность в работе. Невозможность применения на малых объектах.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для поверхностного водозабора, содержащее входную воронку, поплавок, установленный с возможностью перемещения до закрытия входной воронки, соединительные элементы, телескопически соединенные трубы, расширяющиеся книзу, колено с отводящей трубой, плоский затвор, подъемно-спускные механизмы, площадку для обслуживания и башню (заявка Японии №57-43686, ΜΠΚ Ε02В 7/32, 1982 г. ).
Недостатками устройства-прототипа являются сложности самой конструкции устройства и его эксплуатации, материалоемкость и ненадежность в работе.
Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности устройства.
Для решения поставленной задачи в устройстве для забора жидкости, содержащем входную воронку, поплавок, установленный с возможностью вертикального перемещения, телескопически соединенные трубы, колено с отводящей трубой и элементы, соединяющие поплавок с торцами воронки, в средней части поплавка установлена воздухоподводящая конусообразная трубка с верхним и нижним выступами и конусностью, направленной в сторону входящей воронки, причем телескопически соединенные трубы сужаются в нижнем направлении, а соединительные элементы выполнены подпружиненными.
Сущность изобретения заключается в том, что у устройства для забора жидкости в средней части поплавка установлена воздухоподводящая конусообразная трубка с верхним и нижним выступами и конусностью, направленной в сторону входящей воронки, причем телескопически соединенные трубы сужаются в нижнем направлении, а соединительные элементы выполнены подпружиненными. Такой новый признак, как установление в средней части поплавка конусообразной трубки с верхним и нижним выступами и конусностью, направленной в сторону входящей воронки, позволяет предложенному техническому решению проявить новые свойства, заключающиеся в том, что верхний выступ предотвращает попадание воды в устройство при закрытии входной воронки, а благодаря конусообразности и нижнему выступу трубки воздух точно направляется в область вакуума, образующегося во входной воронке. Второй новый признак, как сужение телескопически соединенных труб в нижнем направлении, позволяет предложенному техническому решению проявить новые свойства, заключающиеся в предотвращении вакуумообразования в процессе течения жидкости по телескопически соединенным трубам и достижении большей компактности устройства. Третий новый признак, как выполнение соединительных элементов подпружиненными, позволяет предложенному техническому решению проявить новое свойство, заключающееся в том, что при отсутствии жидкости и достижении мертвого объема в источнике пружины обеспечивают автоматическое закрытие входной воронки.
Вышеуказанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению достигнуть эффектов, заключающихся в упрощении конструкции и повышении надежности устройства. Это позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
На чертеже изображен продольный разрез устройства для забора жидкости.
Устройство для забора жидкости содержит поплавок 1, входную воронку 2, телескопически соединенные трубы 3, сужающиеся книзу, колено 4 с отводящей трубой 5 и соединительные элементы 6. Для подвода воздуха в область вакуума, с целью предотвращения кавитации, в средней части поплавка 1 установлена воздухоподводящая конусообразная трубка 7 с верхним выступом 8, нижним выступом 9 и конусностью, направленной в сторону входящей воронки, а для уменьшения усилий на поплавок, при прекращении забора воды и для обеспечения автоматизированного перемещения поплавка вниз до закрытия входной воронки 2, при отсутствии жидкости в источнике в нижней части соединительных элементов 6 установлены пружины 10.
Устройство для забора жидкости работает следующим образом:
Поплавок 1, удерживая входную воронку 2 в жидкости в погруженном состоянии, обеспечивает постоянно действующий напор на ее входе. При этом жидкость из верхних слоев поступает в воронку 2 и оттуда в телескопически соединенные трубы 3, а затем через колено 4 в отводящую трубу 5.
При понижении уровня жидкости в источнике подвижные трубы 3, воронка 2 и поплавок 1 опускаются вниз, а при повышении уровня жидкости - поднимаются вверх. Благодаря этому обеспечивается автоматизированный забор жидкости и постоянство ее расхода независимо от действующего напора в источнике.
При поступлении жидкости во входную воронку 2 происходит сужение потока и увеличение его скорости, за счет чего образуется вакуум.
При этом через воздухоподводящую трубу 7 в зону вакуума всасывается воздух и предотвращается процесс кавитации, характеризующийся выделением из потока парогазовых пузырьков, вызывающих вибрацию, эрозию и повреждение устройства.
Забор жидкости прекращается путем накладывания на поплавок 1 дополнительного груза или вдавливанием поплавка.
При закрытии входной воронки 2 поплавком 1 верхний выступ 8 воздухоподводящей трубы 7 предотвращает попадание воды в устройство, а благодаря форме (конусообразности) воздухоподводящей трубы 7 и ее нижнего выступа 9 воздух точно направляется в область вакуума.
Наличие пружин 10 уменьшает усилия, накладываемые на поплавок при закрытии воронки 2, а при отсутствии жидкости или достижении мертвого объема в источнике пружины 10 обеспечивают автоматическое закрытие входной воронки. Благодаря этому предотвращается забивание и засорение рабочей части устройства летающими предметами. Это также дает возможность набрать необходимое количество жидкости в источнике, например водоемах, предназначенных для сбора и хранения дождевых, сезонных талых вод и т.д.
Предложенное устройство имеет высокую мобильность, широкую область применения, относительно простую конструкцию и значительно удобнее при эксплуатации по сравнению с известными устройствами.
При применении предложенного устройства полностью ликвидируются дополнительные элементы, например башня с спускоподъемными механизмами, затвор с подъемным оборудованием, служебный мостик и т.п., а также сводятся к минимуму эксплуатационные затраты.
Для установления экономического эффекта от использования заявленного устройства в качестве базового объекта нами принято трубчатое водозаборное устройство. Это устройство является наиболее распространенным в России и близко к предлагаемому [Гидротехнические сооружения, под ред. Н.П. Розанова, М., Агропромиздат, 1985, стр. 160-161].
Экономическая эффективность предложенного устройства по сравнению с базовым рассчитана по устраненным затратам, т.е. по разности затрат на одно устройство по формуле
б
б
Э=(С+З)-(С+З),
б
где С, С - сметная стоимость базового и предложенного устройства;
б
З, З - затраты на эксплуатацию базового и предложенного устройства.
Сметная стоимость одного базового водозаборного устройство по проектным данным и нормативным документам СНиП П-50-74 и 3-52-74 составляет от 70 тыс. до 1 млн. евро, а затраты на его эксплуатацию в среднем колеблются от 7 тыс. до 100 тыс. евро.
По нашим расчетам стоимость предложенного устройства в зависимости от его размера и назначения составляет от 3 тыс. до 750 тысяч евро, а эксплуатационные затраты - от 0,3 тыс. до 75 тыс. евро.
При примерных стоимостях базового и предложенного устройства 350 тыс. и 180 тыс. евро и при эксплуатационных затратах на них 17 тыс. и 9 тыс. евро согласно формуле ожидаемый годовой экономический эффект на одно устройство составит
Э=(3500000+1700000)-(18000+9000)=178 тыс. евро.