КОМПЛЕКСНАЯ ЗАЩИТА ВОДОПРОВОДА

Полезная модель относится к области водоснабжения, а более конкретно к вспомогательным устройствам для водопроводной сети и может быть использована при нейтрализации негативных факторов, преимущественно разрушающих, энергетических и шумовых, возникающих в процессе транспортировки воды по трубопроводу.
Из уровня техники известно устройство магнитной очистки и обработки воды, включающее цилиндрический корпус, магнитную систему из постоянных магнитов которая состоит из двух подсистем, расположенных в цилиндрическом корпусе одноименными полюсами друг к другу, при этом каждая из подсистем идентична другой и каждая состоит из двух и более постоянных магнитов кольцевой формы, обращенных друг к другу разноименными полюсами, при этом корпус имеет поперечный по отношению к его продольной оси паз, в котором между одноименными полюсами двух магнитных подсистем расположен трубопровод, см., патент RU, №2333895, кл. C02F 1/48, опубликовано 20.09.2008. Известное устройство характеризуется повышением эффективности магнитной активизации и структуризации обрабатываемой жидкости. Однако используемый в нем искусственный источник постоянного магнитного поля массивен и не способен учесть природную анизотропию свойств обрабатываемой жидкости, что снижает стабильность его характеристик.
Известна экранная защита трубопровода от электрохимического воздействия, в которой два слоя изоляции из кремнепенобетона и пенополиуретана в виде "скорлуп" монтируются на трубе алюминиевой фольгой с креплением бандажами при заземлении последних в зависимости от величины блуждающих и наведенных токов, см., патент RU, №2190799, кл. F16L 58/04, опубликовано 10.10.2002. Экранная защита надежно предохраняет трубопровод от электрохимического воздействия, влияния блуждающих и наводимых электрическими полями токов. Известная экранная защита неприменима для трубопровода небольшого диаметра, сложна и трудоемка в монтаже, не предохраняет от вибрации.
Известно устройство для гашения вибрации трубопровода, содержащее плотно установленный между наружной поверхностью трубопровода и корпусом вязко-упругий демпфирующий элемент в виде замкнутой кольцевой упругой камеры, герметично заполненной демпфирующей жидкостью и выполненой в виде цилиндрической оболочки из кордной ткани, свободно надетой на трубопровод в местах его максимальных вибрационных перемещений и имеющей вывернутые внутрь кольцевые части, охватывающие трубопровод с натягом и зафиксированные на последнем вблизи торцов оболочки, см., описание к пат. RU, №2220358, кл. F16L 55/035, опубликовано 27.12.2003. Указанный известный объект принят в качестве прототипа как наиболее близкий по назначению, технической сущности и достигаемому результату аналог. Устройство для гашения вибрации трубопровода согласно прототипу способно автоматически отстраиваться от резонансных режимов за счет адаптивного изменения формы упругих элементов, характеризуется простотой конструкции и расширенными функциональными возможностями.
Недостатком прототипа является его узкая функциональная направленность и неприменимость для устранения широкого комплекса негативных факторов возникающих при транспортировке питьевой воды по трубопроводу. В силу неопределенности и ограниченности свойств материалов использованных в прототипе при реализации камеры и ее наполнителя трубопровод и транспортируемая по нему жидкость не защищены от электрохимического воздействия, влияния блуждающих и наводимых электрическими полями токов. Указанные недостатки прототипа существенно сужают область его применения.
Предлагаемая полезная модель направлена на достижение комплексного технического результата, который выражается в том, что защита водопровода обеспечивает эффективное гашение резонансных автоколебаний трубопровода, нейтрализует негативное электрохимическое воздействие блуждающих и наводимых токов, улучшает структуру водопроводной воды, характеризуется простотой конструкции и доступностью. В конечном итоге, указанный технический результат позволяет существенно улучшить качество водопроводной воды, повысить долговечность и эффективность систем питьевого водоснабжения, тем самым улучшить экономические и эргономические характеристики водопровода, расширить область его применения. При этом в конструкции максимально сохранены все положительные свойства прототипа, в том числе его способность автоматически отстраиваться от резонансных режимов за счет адаптивных свойств демпфирующих элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что комплексная защита водопровода, содержащая укрепленный на наружной поверхности трубопровода демпфирующий элемент в виде камеры с наполнителем, отличается от прототипа тем, что она снабжена по меньшей мере одним дополнительным демпфирующим элементом, камера каждого демпфирующего элемента выполнена из пластического материала в виде плоской наклейки преимущественно квадратной формы, образующей рабочий объем под наполнитель прямоугольной формы, демпфирующие элементы укреплены на наружной поверхности трубопровода на расстоянии друг от друга величина которого превышает габаритный размер наполнителя, наполнитель выполнен из неорганического кристаллического мелкодисперсного вещества.
Предпочтительно защита водопровода снабжена размещенными в рабочем объеме камеры двумя прямоугольными пластинами из пластического материала скрепленными между собой вдоль коротких сторон и с наклейкой, а наполнитель размещен между пластинами, а на внутреннюю поверхность наклейки нанесен самоклеящийся слой для крепления демпфирующего элемента к наружной поверхности трубопровода. Оптимальным с точки зрения достижения указанного технического результата, являются чтобы рабочий объем камеры под наполнитель был ориентирован по диагонали квадратной наклейки, имел длину 12 мм и ширину 1,0-5,0 мм, а масса наполнителя составляла 0,001-0,005 г.
Во всех случаях реализации комплексной защиты водопровода целесообразно чтобы наполнитель содержал монокристаллы кремния, или фторида бария, или хлорида калия или их комбинацию.
В основу полезной модели положен эффект нейтрализации негативных явлений возникающих в трубопроводе в частности при транспортировке питьевой воды, создаваемый кристаллами некоторых неорганических веществ природного или синтетического происхождения. Различные устройства и объекты создает в окружающем пространстве сложную суперпозицию механических колебаний и электромагнитных полей, имеющую объемно-пространственную форму распространения, для локализации воздействия которых на трубопровод требуется точечное позиционирование на нем специальных демпфирующих элементов обладающих собственным контуром механических и электромагнитных колебаний. Это достигается путем расположения на поверхности трубопровода системы устройств нейтрализации, которые при воздействии на них внешних негативных факторов гасят резонансные автоколебания трубопровода, нейтрализуют негативное электрохимическое воздействие блуждающих и наводимых токов, создавая собственное магнитное поле улучшают структуру водопроводной воды. Автором достоверно установлено, что кристаллы неорганических веществ при определенных условиях обладают указанным эффектом даже в незначительных массовых величинах. Комплексный эффект как правило усиливается при увеличении массы наполнителя, степени измельчения (порошкообразности) кристаллов, однородности гранулометрического состава.
В качестве критерия эффективности применения того или иного наполнителя определена его масса. Это означает, что только тот порошкообразный наполнитель считается обеспечивающим достижение технического результата, масса которого не превышает 0,005 г при условии обеспечения достаточной полноты нейтрализации негативных явлений. Выявлены неорганические кристаллические вещества природного и синтетического происхождения, которые в композиции или отдельно при массе порошкообразной навески в пределах 0,001-0,005 г обеспечивают надежную защиту трубопровода от возникновения паразитных резонансных вибраций в широком диапазоне частот, накопления статического электричества, блуждающих и наведенных токов. К числу таких наполнителей относятся монокристаллы кремния и/или фторида бария и/или хлорида калия, размеры которых не превышают 0,5 мм. Наполнитель массой от 0,001 до 0,005 г, с размерами монокристаллов не превышающих 0,5 мм является наиболее технологичным для производства выбранной конструкции демпфирующих элементов. Композитные наполнители из указанных монокристаллов наиболее полно соответствуют требованиям простоты конструкции защиты и повышения ее эффективности, поскольку являются распространенными природными минералами либо технологичны при их синтезе. Синтетические монокристаллы некоторых из указанных веществ могут быть выращены путем вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объема расплава с инициацией начала кристаллизации путем приведения затравочного кристалла заданной структуры и кристаллографической ориентации в контакт со свободной поверхностью расплава. Указанные вещества не теряют своих свойств в процессе длительного хранения и использования в любых условиях. Комплексная защита водопровода может быть рекомендован к бессрочному применению и хранению в любых климатических зонах без ограничения по температуре и влажности, в любых системах водоснабжения для конечных трубопроводов холодного и горячего водоснабжения малого диаметра. Надежность и долговечность защиты ограничена только свойствами пластического материала камеры демпфирующего элемента и применительно к полиэтилену гарантирована в течение не менее пятидесяти лет.
Таким образом, все отличительные от прототипа признаки комплексной защиты водопровода направлены на получение технического результата, а именно, обеспечивают эффективное гашение резонансных автоколебаний трубопровода, нейтрализуют негативное электрохимическое воздействие блуждающих и наводимых токов, улучшают структуру водопроводной воды.
Техническое решение, характеризующееся описанной совокупностью существенных признаков, является новым и промышленно применимым.
Техническое решение иллюстрировано чертежами.
На фигуре 1 представлено объемное изображение объекта и его системы водоснабжения с указанием мест размещения на нем комплексной защиты водопровода; на фиг.2 изображены демпфирующие элементы комплексной защиты водопровода укрепленные на наружной поверхности участка трубопровода; на фиг.3 - продольный разрез демпфирующего элемента А-А на фиг.2; на фиг.4 - продольный разрез демпфирующего элемента А-А на фиг.2 в исполнении когда наполнитель размещен между двумя прямоугольными пластинами; на фиг.5 - поперечный разрез демпфирующего элемента Б-Б на фиг.4.
Комплексная защита водопровода содержит демпфирующие элементы, каждый из которых выполнен в виде камеры 1. Камера 1 каждого демпфирующего элемента выполнена из пластического материала (предпочтительно полиэтилена) в виде плоской наклейки преимущественно квадратной формы, в которой размещен наполнитель 2 из неорганического кристаллического мелкодисперсного вещества. Камера 1 образует рабочий объем 3 прямоугольной формы под наполнитель 2. На фигуре 2 рабочий объем 3 камеры 1 условно изображен пунктирной линией в форме полосы и ориентирован по диагонали квадратной наклейки. Размеры рабочего объема 3 камеры 1 под наполнитель 2 составляют в длину 12 мм, а в ширину 1,0-5,0 мм. При этом высота камеры 1 под наполнитель 2 (на фигурах не обозначена) определяется массой навески наполнителя, составляющей 0,001-0,005 г. Предпочтительной, с технологической точки зрения является исполнение демпфирующих элементов, в которых наполнитель 2 размещен между двумя прямоугольными пластинами 4, как это изображено на фиг.4. Пластины 4 имеют одинаковый размер, выполнены из пластического материала и скреплены между собой вдоль коротких сторон.
На фигуре 1 представлена система водоснабжения объекта, где обозначены участки трубопровода 5, на которых размещена комплексная защита. Демпфирующие элементы защиты укреплены на наружной поверхности трубопровода 5 на расстоянии друг от друга величина которого (на фиг.2 условно обозначена буквой Н) превышает габаритный размер наполнителя 2 (на фиг.3, 4 условно обозначен буквой L). Близкое размещение демпфирующих элементов защиты друг к другу порождает их взаимовлияние и снижает эффективность защиты. Оптимальной является величина расстояния Н=500 мм. Возможно крепление демпфирующих элементов на наружной поверхности трубопровода 5 попарно, диаметрально один против другого (на фигурах не показано). Крепление каждого демпфирующего элемента на наружной поверхности трубопровода 5 осуществляется посредством самоклеящегося слоя (на фигурах условно не показан) который нанесен на внутреннюю поверхность плоской наклейки камеры 1, при этом верхняя пластина 4 также скреплена посредством приклеивания с наклейкой.
Изготовление комплексной защиты водопровода осуществляют следующим образом. Монокристаллы кремния, фторида бария и хлорида калия смешивают в любой композиции и определенной пропорции, которую определяют эмпирически, при этом массовая доля любого из компонентов может быть равна нулю. Композицию измельчают механическим способом до порошкообразного состояния (размер частиц 1-5 мкм). После измельчения порошкообразную композицию распределяют ровным слоем по плоской поверхности пластического материала полосой не более 12 мм. В качестве пластического материала для изготовления наклейки и пластин 4 используют, преимущественно, липкую ленту типа скотч из полиэтилена, или же из ткани ламинированной полиэтиленом. Липкую ленту шириной 15 мм, которая является стандартизованной и в массовом количестве выпускается промышленностью, клеящей стороной накладывают сверху на слой порошкообразной композиции и прокатывают сверху валиком. В результате порошкообразный наполнитель 2 ровным слоем укладывается между двух поверхностей из пластического материала. Изготовленная таким образом лента-заготовка шириной 15 мм и 12 мм по наполнителю 2 задает длину полосы будущего рабочего объема 3 камеры 1. Готовую ленту с наполнителем 2 режут на полосы шириной 1,0-5,0 мм в зависимости от назначения защиты и получают навеску наполнителя 2 массой 0,001-0,005 г. в исполнении представленном на фиг.4, 5. Ширина навески составляющая 1,0-5,0 мм на фиг.5 обозначена буквой h. Узкую навеску шириной 1,0 мм и массой наполнителя 2 от 0,001 г, преимущественно, используют для защиты тонкостенных трубопроводов малого диаметра. Промежуточные навески шириной около 3 мм и массой наполнителя около 0,003 г, являются универсальными для защиты любых трубопроводов. Широкие навески шириной около 5 мм и массой наполнителя 2 до 0,005 г, являются специальными и используются для защиты тонкостенных трубопроводов повышенного диаметра. Указанный диапазон 1,0-5,0 мм ширины навески определен эмпирически для гарантированного обеспечения массы наполнителя в диапазоне 0,001-0,005 г, из условия, что на единицу площади клеящей стороны липкой ленты шириной 12 мм налипает определенное количество порошкообразного наполнителя 2. Далее навеску наполнителя 2 демпфирующего элемента оснащают плоской наклейкой камеры 1 для крепления на наружной поверхности трубопровода 5. Приклеивание навески к внутренней поверхности наклейки камеры 1 осуществляют вдоль ее диагонали, для минимизации размеров демпфирующего элемента. Внешняя поверхность самоклеящейся прямоугольной наклейки камеры 1 может быть использована в качестве носителя информации рекламного или инструктивного характера. Для предохранения навески и самоклеящегося слоя в процессе хранения защиты наклейка снизу может быть оснащена защитной пленкой (на фигурах не показана), которую снимают непосредственно перед установкой защиты на трубопроводе 5.
Использование комплексной защиты водопровода осуществляется следующим образом.
Защиту стационарно устанавливают описанным способом на участке трубопровода 5 наиболее подверженному возникновению паразитных резонансных автоколебаний и воздействию блуждающих и наводимых токов. При возникновении резонансных автоколебаний на защищаемом участке трубопровода 5 диссипация энергии механических паразитных колебаний происходит за счет внутреннего трения мелкодисперсных кристаллов вязкоупругого наполнителя 2. Кратковременная нейтрализация даже незначительной доли энергии способствует срыву резонансных колебаний и уменьшению их амплитуды. Эффективность гашения резонансных автоколебаний трубопровода 5 зависит от точности установки демпфирующих элементов и степени совпадения их собственной частоты с частотой автоколебаний. При возникновении блуждающих и наводимых токов, а также зарядов статического электричества на защищаемом участке трубопровода 5, происходит их локализация в местах установки демпфирующих элементов и «стекание» в окружающую среду или саморазряд между кристаллами наполнителя 2. Кроме того монокристаллы кремния и/или фторида бария и/или хлорида калия способны создавать собственное слабое постоянное магнитное поле благотворно влияющее на структуру воды. Комплексная защита водопровода применима как для металлических, мететалопластиковых и пластиковых труб, надежна и долговечна в эксплуатации и не требует дополнительных затрат.
Пример реализации комплексной защиты водопровода.
Защита была установлена на участках подводящих трубопроводов автопоилок птицефабрики через 30-50 см в количестве 120 демпфирующих элементов с рабочим объемом камеры под наполнитель шириной 2,0 мм. Установка демпфирующих элементов производилась на пролетах максимальной длины, вертикальных и горизонтальных участках стального и пластикового трубопроводов диаметром 0.5 и 0.75 дюйма. Цыплята очень чувствительны к качеству употребляемой воды и перебоям с ее подачей, вызванных воздействием негативных факторов, возникающих в трубопроводе при транспортировке питьевой воды. Поэтому оценка степени защиты осуществлялась косвенным путем по увеличению жизнестойкости на основе сравнительного анализа уменьшения поголовья на экспериментальном и обычных участках птицефабрики. За четыре месяца наблюдения документально подтверждено, что на участке птицефабрики, оборудованном комплексной защитой водопровода гибель поголовья цыплят составила на 10% меньше чем за аналогичный период средняя на пяти остальных участках птицефабрики не оборудованных комплексной защитой водопровода. При этом на экспериментальном участке птицефабрики за указанный период не зафиксировано ни одного случая выхода из строя или отключения автопоилок.
Описанные выше примеры реализации комплексной защиты водопровода не является исчерпывающими, приведены только с целью пояснения полезной модели и подтверждения ее промышленной применимости. Специалисты в данной области могут улучшить ее и (или) осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данной полезной модели, отраженной в ее описании.