АВТОМАТИЧЕСКИЙ СИФОННЫЙ ДОЗАТОР-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ
AUTOMATIC SYPHON DISPENSER-DISTRIBUTOR

Изобретение относится к гидроавтоматическим устройствам и может быть использовано для преобразования постоянного потока жидкости с небольшим расходом в дискретный поток с большим расходом и подачу ее заданными порциями поочередно в несколько каналов. Более конкретно, данное изобретение может найти применение для дозированной подачи жидкости нескольким потребителям в пищевой и химической промышленности, на оросительных системах и в различных устройствах гидросмыва.
Известен дозатор жидкости, содержащий накопительную емкость, сифон, механизм запуска сифона, сообщенного всасывающей частью с емкостью, а сливной - с коллектором, выходной патрубок которого расположен выше нижнего среза сливной части сифона, механизм запуска сифона выполнен в виде камеры, сообщенной каналом связи со сливной частью сифона в месте, расположенном ниже верхнего ее среза, причем канал связи имеет два разнесенных по вертикали колена, одно из которых расположено выше заданного уровня жидкости в накопительной емкости [Патент России 2108548, кл. G01F 13/00, от 02.08.1995 г].
Недостатком этого устройства является то, что выдача доз осуществляется только в одну точку, что приводит, в частности, к резкому увеличению габарита и, следовательно, удельной материалоемкости при увеличении площади полива сельскохозяйственных культур с помощью данного устройства. Для равномерного распределения поливной воды по орошаемой площади при импульсной ее подаче необходимо, чтобы объем накопительной емкости превысил объем распределительной сети как минимум в 6 раз.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является, выбранное в качестве прототипа, автоматический сифонный дозатор-распределитель жидкости, включающий накопительную емкость, питающую трубку с краном, рабочий сифон с механизмами запуска и срыва вакуума и механизмом автоматического переключения потока жидкости, состоящего из объединенных между собой всасывающими частями посредством коллектора нескольких сифонов со сливными частями, заглубленными в стаканы, имеющие выходные патрубки, при этом выходной патрубок каждого стакана предшествующего сифона сообщен микросифоном с нижней частью полости стакана последующего сифона, а патрубок стакана последнего сифона сообщен с нижней полостью стакана первого сифона [Патент России 2 183 821, кл. G01F 13/00; F04F 10/00; A01G 25/02 от 29.05.2000 г. (прототип)].
Недостатком этого устройства является невысокая эффективность из-за необходимости утилизации части подаваемой к потребителю жидкости при работе рабочего сифона и подготовке (возврате) коллектора к исходному положению, а так же непроизводительного слива жидкости из стакана работающего сифона в атмосферу через микросифон, стакан и выходной патрубок предыдущего сифона механизма переключения потока жидкости. Медленный запуск рабочего сифона из-за применения дроссельных отверстий в трубке - датчике, резкое изменение расхода сброса сифона переключателя после подготовки следующего сифона к работе из-за выполнения нижнего среза выходных трубок ниже чем нижние срезы микросифонов приводят к снижению равномерности распределения жидкости по орошаемому участку.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности автоматического сифонного дозатора - распределителя жидкости путем исключения утилизации части подаваемой жидкости, непроизводительного слива жидкости в атмосферу через предыдущий сифон при работе очередного сифона и резкого снижения расхода слива сифона автоматического переключателя потока жидкости после подготовки следующего сифона к работе.
Поставленная цель достигается тем, что автоматический сифонный дозатор-распределитель жидкости, включающий накопительную емкость, питающую трубку с краном, стабилизатором расхода и счетчиком расхода воды, рабочий сифон с механизмами запуска и срыва вакуума и механизмом автоматического переключения потока жидкости, состоящего из объединенных между собой всасывающими частями посредством коллектора нескольких сифонов со сливными частями, заглубленными в стаканы, имеющие выходные патрубки, причем выходной патрубок каждого стакана предшествующего сифона сообщен микросифоном с нижней частью полости стакана последующего сифона, а патрубок стакана последнего сифона сообщен с нижней полостью стакана первого сифона, механизм запуска рабочего сифона выполнен в виде камеры со сливной трубкой, расположенной ниже оси коллектора, и сообщена верхней частью гидравлическим каналом связи с коллектором, а донышком - с верхней частью всасывающей части рабочего сифона через гидравлический канал связи с коленом, расположенном ниже донышка камеры, механизм срыва вакуума рабочего сифона выполнен в виде стакана с трубками питания и срыва вакуума, причем нижний срез трубки срыва вакуума расположен ниже верхнего среза трубки питания, а механизм автоматического переключения потока жидкости снабжен емкостью с двухступенчатым дном, установленной ниже уровня нижнего среза сливной трубки механизма запуска рабочего сифона, причем полость емкости у нижнего дна гидравлическими каналами связи сообщена с верхней частью выходного патрубка каждого сифона, расстояние по вертикали от верхнего среза выходного патрубка каждого стакана до уровня верхнего дна емкости с двухступенчатым дном выполнено больше, чем расстояние до уровня колена микросифона, но меньше, чем высота выходной трубки, кроме этого нижний срез выходных патрубков установлен выше уровня донышек каждого стакана сифонов и нижнего дна емкости с двухступенчатым дном, но ниже уровня нижних срезов сливных частей сифонов механизма автоматического переключения потока жидкости
Сущность предполагаемого изобретения приведена на рисунках, где на Фиг. 1 - Общий вид гидравлической схемы автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости; на Фиг. 2 - Общий вид гидравлической схемы автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости после подготовки к первому запуску в работу; на Фиг. 3 - Вид автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости при накоплении жидкости в накопительной емкости; на Фиг. 4 - Вид автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости перед запуском в работу (максимальная уровень жидкости в накопительной емкости); на Фиг. 5 - Вид автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости сразу после запуска в работу; на Фиг. 6 - Вид автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости при работе (слива накопленного объема жидкости) и после подготовки следующего сифона к работе; на Фиг. 7 - Вид автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости сразу после полного слива накопленного объема жидкости и при подготовке коллектора к исходному положению (опорожняется коллектор до уровня своей оси); на Фиг. 8 - Принципиальная конструктивная схема автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости; на Фиг. 9 - Фото экспериментального образца автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости и на Фиг. 10 - Фото стенда для испытания автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости в лабораторных условиях.
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
VIII
VIII
1
1
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
Автоматический сифонный дозатор-распределитель жидкости (Фиг. 1, …, Фиг. 10) состоит из накопительной емкости 1, питающей трубки 2 с краном 3, стабилизатором расхода 4 и счетчиком расхода воды 5, рабочего сифон 6 с механизмом запуска 7, механизмом срыва вакуума 8 и механизмом автоматического переключения потока жидкости 9. Рабочий сифон 6 состоит из всасывающей части 10 с входным патрубком 11, соединенным с накопительной емкостью 1, сливной части 12 и стакана 13. Нижний срез сливной части 10 углублен в стакан 13, а верхний срез установлен в верхней части всасывающей части 10. Механизмом автоматического переключения потока жидкости 9 (Фиг. 2) состоит из коллектора 14 с трубкой сапуном 15, объединенных между собой посредством коллектора всасывающими частями 16 сифонов 17 со сливными частями 18, заглубленными в стаканы 19, имеющие выходные патрубки 20 с микросифонами 21. Выходной патрубок каждого стакана предшествующего сифона сообщен микросифоном с нижней частью полости стакана последующего сифона, а патрубок стакана 19 последнего сифона сообщен микросифоном 21 с нижней полостью стакана 19первого сифона 17. Механизм запуска 7 рабочего сифона 6 выполнен в виде камеры 22 со сливной трубкой 23, расположенной ниже оси коллектора 14, и сообщена верхней частью гидравлическим каналом связи 24 с коллектором 14, а донышком 25 - с верхней частью 26 всасывающей части рабочего сифона 6 через гидравлический канал связи 27 с коленом 28, расположенным ниже донышка камеры 22. Механизм срыва вакуума 8 рабочего сифона 6 выполнен в виде стакана 29 с трубками питания 30 и срыва вакуума 31, причем нижний срез трубки срыва вакуума расположен ниже верхнего среза трубки питания. Механизм автоматического переключения потока жидкости 9 снабжен емкостью 32 с двухступенчатым дном 33 и 34, установленной ниже уровня нижнего среза сливной трубки 23 механизма запуска рабочего сифона 7. Полость емкости у нижнего дна 34 гидравлическими каналами связи 35 сообщена с верхней частью соответствующего выходного патрубка 20. Для обеспечения надежной работы автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости необходимо соблюдать следующие условия:
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
1. Нижний срез выходных патрубков 20 должен быть установлен выше уровня донышек каждого стакана 19, и нижнего дна 34 емкости 32 с двухступенчатым дном, но ниже уровня нижних срезов сливных частей 18 сифонов механизма автоматического переключения потока жидкости 9.
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
2. Расстояние по вертикали от верхнего среза выходного патрубка каждого стакана 19 до уровня верхнего дна 33 емкости 32 с двухступенчатым дном должно быть выполнено больше, чем расстояние до верхнего уровня колена микросифона 21, но меньше, чем высота выходной трубки 20.
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
3. Объем верхней полости емкости 32 должен быть больше чем суммарный объем половин объемов всасывающих частей 16 и коллектора 14.
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
VII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
VII
Для подготовки автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости к работе необходимо предварительно заполнить жидкостью все стаканы 19 , кроме одного, до уровня верхнего среза выходных патрубков 20. В данном случае заполнены стаканы 19, не заполнен стакан 19. Вследствие чего сифоны 17 меняют свои свойства и превращаются в водовоздушные затворы. Сифон 17 остается в прежних свойствах. Необходимо так же заполнить жидкостью стакан 12, камера 22, емкость 32 с двухступенчатым дном 33 и 34, и коллектор 14 до своей оси (Фиг. 2).
I,II,III,IV,V,VI,VII,VII
I,II,III,IV,V,VI,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VIII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VII
VI
VI
VII
VIII
VIII
VIII
VII
VII
VII
VIII
VII
VIII
VII
VII
VII
VIII
Автоматический сифонный дозатор-распределитель жидкости работает следующим образом. Жидкость по питающей трубке 2 расходом, заданным краном 3 и стабилизатором расхода жидкости 4 поступает в накопительную емкость 1 через счетчик расхода воды 5. Уровень жидкости в емкости 1 повышается. Жидкость по патрубку 11 поступает во всасывающую часть 10 рабочего сифона 6 и беспрепятственно поднимается в ней, так же как в накопительной емкости 1 до уровня верхнего среза питающей трубки 30, так как воздух из всасывающей части 10 свободны удаляется в атмосферу через трубку срыва вакуума 31 механизма срыва вакуума 8 рабочего сифона 6 (Фиг. 3). После достижения уровня жидкости во всасывающей части 10 выше уровня верхнего среза питающей трубки 30, жидкость из всасывающей части 10 поступает в стакан 29 и быстро затапливает слоем жидкости нижний срез трубки срыва вакуума 31, тем самым исключая свободное истечение воздуха из всасывающей части 10. Дальнейшее повышение уровня жидкости во всасывающей части 10 замедляется и отстает от уровня жидкости в накопительной емкости 1 из-за необходимости сжатия ущемленного воздуха во всасывающей части 10, сливной части 13, трубки срыва 31 и в гидравлическом канале 27 с коленом 28. Благодаря расчетным взаиморасположениям составных частей рабочего сифона 6, его механизма срабатывания 7 и механизма срыва вакуума 8 дальнейшее повышения уровня жидкости в емкости 1 приводит повышению уровня жидкости во всасывающей части 10, вытеснению жидкости из сливной части 12 и колена 28 гидравлического канала связи 27, при этом уровень жидкости во всасывающей части 10 и сливной части 12 никогда не достигают, соответственно, верхнего и нижнего среза сливной трубки 12, а уровень жидкости в колене 28 гидравлического канала 27 снижается и стремится к нижнему уровню колена 28 (Фиг. 4). При достижении уровня жидкости в емкости 1 к максимальному уровню (Фиг. 5) под действием сжатого воздуха в гидравлическом канале 27, жидкость, переходя нижний уровень колена 28 стремительно удаляется из него в стакан 22. В нисходящей ветви колена 28 столб жидкости мгновенно сокращается и доходит до величины слоя жидкости в стакане 22, что на порядок меньше чем исходный столб жидкости в нисходящей ветви колена 28. Давление сжатого воздуха во всасывающей части 10 резко снижается, уровень жидкости в ней резко стремится в верх и затапливает верхний срез сливной части 12 рабочего сифона 6. Рабочий сифон запускается в работу (начало слива накопленного объема жидкости в накопительной емкости 1), жидкость из накопительной емкости 1 через патрубок 11, всасывающую часть 10, сливную часть 12 и стакан 13 поступает в коллектор 14 и повышает уровень жидкости в нем и трубке сапуне 15 выше уровней верхних срезов сливных частей 18 , при этом уровень жидкости во всасывающих частях 16 не достигают до уровня верхних срезов сливных частей 18,так как нижние срезы сливных частей 18 затоплены, соответственно, в стаканах 19, что препяхствуех свободному выходу воздуха из всасывающих частей 16 и повышению уровня жидкости в них. Незначительная часть жидкости из коллектора 14 через гидравлический канал связи 24 поступает в стакан 22 и поддерживая уровень жидкости в нем через сливную трубку 23 поступает в емкость 32 и накапливается в ней. Уровень жидкости во всасывающей части 16 резко поднимается выше уровня верхнего среза сливной части 18 и запускает сифон 17 в работу, благодаря тому что нижний срез сливной части 18 не затоплен в стакане 19 (Фиг. 5). Сифон 17 начинает слив накопленной жидкости через выходной патрубок 20 к потребителю расходом Q, превышающим многократно подводимый расход q, вследствие чего уровень жидкости в накопительной емкости 1 начинает медленно снижаться. За время работы сифона 17, благодаря условию 2 и соединения верхних концов микросифона 21 и гидравлического канала связи 35 в один узел и сообщения его с зоной эжекции в выходной патрубке 20, запускается в работу сначала микросифон 2, а потом гидравлический канал связи 35, при этом не совершается обратный ток жидкости из стакана 19 в атмосферу через микросифон 21 и выходной патрубок 20. Микросифон 21 откачивает жидкость из стакана 19 до уровня ниже нижнего среза сливной части 18, но выше нижнего среза выходного патрубка 20 и обеспечивает стабильную работу сифона 17до конца слива, не допуская резкого снижения его расхода (так как зона эжекции сливной трубки 20 не сообщается с атмосферой через микросифон 20) и подготовку сифона 17 к следующему подключению к работе, а гидравлический канал связи 35 откачивает предварительно накопленную жидкость в емкости 32 и жидкость, поступающую в нее из коллектора 14 через гидравлический канал связи 24 и сливную трубку 23 до уровня жидкости в стакане 19 (Фиг. 6). После снижение уровня жидкости в накопительной емкости 1 ниже уровня верхнего среза питающей трубки 30, уровень жидкости в стакане 29 механизма срыва вакуума 8 становится не зависимым от уровня жидкости в накопительной емкости 1. Далее при снижении уровня жидкости в накопительной емкости 1 разрежение воздуха в верхней полости 26 всасывающей части 10 увеличивается, и при достижения уровня жидкости в накопительной емкости 1 до нижнего уровня (НУ) приводит к запуску трубки срыва вакуума 31. Трубка срыва вакуума 31 отсасывает жидкость из стакана 29 и надежно сообщает верхнюю часть 26 всасывающей части 10 рабочего сифона 6 с атмосферой. Вакуум во всасывающей части 10 резко срывается, рабочий сифон 6 прекращает работу (конец слива жидкости из накопительной емкости 1). Заканчивает слив и сифон 17, оставляя стакан 19 в заполненном состоянии до уровня верхнего среза выходной трубки 20 и уровень жидкости в емкости 32 на уровне зоны верхнего дна 33, что соответствует уровню в стакане 19 (Фиг. 7).
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
VIII
I
I
I
I
VIII
VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
Начинается новое накопление жидкости в накопительной емкости 1. За время накопления жидкости в накопительной емкости 1, жидкость из коллектора 14 через гидравлический канал связи 24 и сливную трубку 23 поступает в емкость 32 и накапливается в ней. При снижения уровня жидкости в коллекторе 14 до уровня оси, всасывающие части 16 сообщаются с атмосферой через трубку-сапун 15 и, сливая остатки жидкости, приходят в исходное положения для переключения потока на следующий сифон. Последующий слив накопленной жидкости в емкости 1 произойдет через сифон 17, так как нижний срез сливной части 18 не затоплен слоем жидкости в стакане 19, что обеспечивает свободное сообщение с атмосферой всасывающую часть 16 через сливную часть 18, стакан 19 и выходную трубку 20, вследствие чего происходит свободное удаления воздуха из всасывающей части 16 и беспрепятственный подъем уровня жидкости в ней выше уровня верхнего среза сливной части 18 при повышения уровня жидкости в коллекторе 14 и приводит к запуску сифона 18в работу. Слив жидкости через сифон 17 подготовит через микросфон 21 к следующему запуску в работу сифон 17 путем откачивания жидкости из стакана 19 и емкости 32 до уровня ниже нижнего среза сливной части 18 но выше нижнего уровня сливной трубки 20, а при окончания слива оставит нижний срез сливной части 18 затопленным в стакане 19. Далее накопление жидкости в емкости 1 и поочередный слив через сифоны 17 механизма автоматического переключения потока жидкости 9 произойдет автоматически в режиме кругового цикла.
Стабилизатором расхода жидкости 4 уменьшается влияния колебания давления в подводящей сети на точность дозирования сливаемой жидкости, а кран 3 и счетчик расхода воды 5 позволяют выставить требуемый расход подводимой жидкости.
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII
Таким образом, благодаря тому, что механизм запуска рабочего сифона 7 выполнен в виде камеры 22 со сливной трубкой 23, расположенной ниже оси коллектора 14, и сообщена верхней частью гидравлическим каналом связи 24 с коллектором, а донышком 25 с верхней частью 26 всасывающей части 10 рабочего сифона 6 через гидравлический канал связи 27 с коленом 28; - механизм срыва вакуума 8 рабочего сифона 6 выполнен в виде стакана 29 с трубками питания 30 и срыва вакуума 31; - механизм автоматического переключения потока жидкости 9 снабжен емкостью 32 с двухступенчатым дном, установленной ниже уровня нижнего среза сливной трубки 23 механизма запуска рабочего сифона 7, при этом полость нижнего дна 34 гидравлическими каналами связи 35 сообщена с верхней частью выходного патрубка 20 каждого сифона 17; - расстояние по вертикали от верхнего среза выходного патрубка 20 каждого стакана 19 до уровня верхнего дна 33 емкости 32 с двухступенчатым дном выполнено больше, чем расстояние до верхнего уровня колена микросифона 21 , но меньше, чем высота выходной трубки 20, кроме того нижний срез выходных патрубков 20 установлены выше уровня донышек каждого стакана 19 и нижнего дна 34 емкости 32, но ниже уровня нижних срезов сливных частей 18 сифонов 17 механизма автоматического переключения потока жидкости 9, достигнуто повышение эффективности автоматического сифонного дозатора распределителя жидкости путем исключения утилизации части подаваемой жидкости, непроизводительного слива жидкости в атмосферу через предыдущий сифон при работе очередного сифона, а так же исключения резкого снижения расхода слива сифона автоматического переключателя потока жидкости после подготовки следующего сифона к работе.
В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2020 году был изготовлен экспериментальный образец автоматического сифонного дозатора-распределителя жидкости (Фиг. 8 и Фиг. 9). Стендовые испытания экспериментального образца в лабораторных условиях (Фиг. 10) в диапазоне изменения подводимого расхода жидкости (q) 0,01…0,5 л/с показали средний расход слива сифонов переключателя в пределах (Q) 0,8 л/с. За 200 часов работы экспериментальный образец совершил более 1600 переключений работы сифонов, не совершив ни одного отказа. Во время слива жидкости через сифон механизма переключения потока жидкости 9 не наблюдается непроизводительный слив части подводимого расхода жидкости в атмосферу из коллектора 14 и через предыдущий сифон, и, нет необходимости утилизации части рабочей жидкости, что повышает его эффективность.
Применение предлагаемого изобретения в системах для дозированной подачи жидкости нескольким потребителям в пищевой и химической промышленности, на оросительных системах и в различных устройствах гидросмыва повысит надежность и эффективность этих систем.