КЛАПАН И СИСТЕМА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ИЗ ОТСТОЙНИКА КАНАЛИЗАЦИОННОГО КОЛЛЕКТОРА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ КЛАПАН
VALVE AND SYSTEM FOR REMOVAL OF FLUID MEDIUM FROM SETTLING TANK OF SEWAGE HEADER, CONTAINING SUCH VALVE

Данная заявка претендует на приоритет по предварительной заявке на патент Австралии №2005901805, озаглавленной "шламовый клапан и его применения", поданной 12 апреля 2005, и по предварительной заявке на патент Австралии №2005902616, озаглавленной "FT клапаны и их применения", поданной 23 мая 2005, полное содержание которой включено в данный документ как ссылочный материал.
Область техники
Изобретение относится к усовершенствованиям к клапанам и насосам. Конкретнее оно относится к усовершенствованиям в шланговых пережимных клапанах и усовершенствованному насосу, включающему детали такого усовершенствованного клапана.
Предпосылки создания изобретения
Шланговый пережимной клапан обычно состоит из гибкого упругого цилиндрического рукава из эластомера, размещенного в корпусе клапана в виде неразрезной трубы, рукава или подобного элемента, вместе с устройством для сжатия рукава таким образом, чтобы он регулировал или останавливал поток текущей среды через трубу. Обычно рукав располагается концентрически внутри жесткого наружного корпуса клапана, а также обеспечиваются соответствующие устройства, чтобы нагнетать под давлением текучую среду между рукавом и жестким корпусом клапана таким образом, что рукав сдавливается внутрь и деформируется или сплющивается, чтобы создать в канале ограничение для протекания текучей среды. Нагнетаемая текучая среда обычно представляет собой находящийся под давлением газ или жидкость. Когда давление сбрасывается, упругость эластомерной трубы приводит к открыванию клапана. Эластомерный рукав обычно содержит армирующую ткань, заделанную в синтетический каучук с целью обеспечить опору клапана при прилагаемом давлении в закрытом состоянии.
Повышенная производительность клапана по нагнетанию и необходимость обеспечить соответствующую упругость трубы, чтобы вызвать всасывание на входе клапана при его открывании, требуют увеличения количества слоев армирующей ткани или увеличения толщины стенок трубы. Это приводит к значительной потери гибкости до того момента, когда требуемая толщина стенок может стать несовместимой с использованием в пережимном клапане.
Клапан в виде утиного клюва представляет собой запорный клапан как вариант шлангового пережимного клапана, который закрыт в свободном положении и у которого выходной конец рукава не крепится к корпусу клапана. Текучая среда, проходящая через клапан, окружает рукав изнутри и снаружи, и он открывается, когда давление на входе клапана значительно превышает давление на выходе клапана.
Альтернативное использование запорных клапанов типа заслонки создает проблему, заключающуюся в том, что подобные клапаны могут оставаться открытыми вследствие застревания твердых частиц между заслонкой и седлом клапана.
Таким образом, одна цель данного изобретения состоит в создании усовершенствованного клапана, который в меньшей степени зависит от упругости эластомерной трубы для открывания клапана, но в то же время сохраняет устойчивость конструкции шлангового пережимного клапана, которая в случае застревания проходящих через него твердых частиц не допускает протечек.
Дополнительные предпочтительные цели относятся к увеличению производительности по нагнетанию шлангового пережимного клапана с меньшим ущербом для гибкости трубы.
Другие предпочтительные аспекты изобретения относятся к использованию шлангового пережимного клапана в качестве запорного клапана и в качестве компонента насоса.
Любое обсуждение документов, актов, материалов, устройств, статей и т.п., которые были включены в данное описание, имеет единственную цель обеспечить контекст данного изобретения. Его не следует принимать в качестве признания того, что любые из этих материалов образуют часть уровня техники или являлись общеизвестными в области, относящейся к данному изобретению, до даты приоритета каждого пункта патентных притязаний данной заявки.
Краткое изложение сущности изобретения
В общих чертах в данном изобретении предлагается клапан, содержащий:
гибкую трубу, на первом и втором концах которой имеются, соответственно, входное и выходное отверстия;
жесткий корпус клапана, окружающий гибкую трубу; при этом концы гибкой трубы герметично соединены с корпусом клапана, таким образом, что между наружной стороной гибкой трубы и внутренней стороной корпуса клапана образуется замкнутый объем; и
постоянный объем существенно несжимаемой текучей среды, находящейся в указанном замкнутом объеме, и который имеет конфигурацию, что когда давление на выходе превышает давление на входе, гибкая труба в значительной степени сплющивается с тем, чтобы закрыть клапан или существенно ограничить поток, и в котором в случае, когда давление на входе превышает давление на выходе, некоторая часть текучей среды вытесняется из входной области по направлению к выходной области таким образом, что гибкая труба расширяется в области, примыкающей ко входу, и труба при этом, по существу, открыта.
В предпочтительном варианте выполнения периметр поперечного сечения выходного отверстия гибкой трубы превышает периметр входного отверстия гибкой трубы.
Корпус клапана может быть по существу цилиндрическим, и диаметр корпуса клапана на выходе может превышать диаметр корпуса клапана на входе.
Когда давление на выходе клапана превышает давление на входе клапана, стенки гибкой трубы у выходного отверстия раздвигаются наружу, вытесняя жидкость по направлению к входному отверстию и пережимая или сдавливая стенки трубы во входной области, чтобы закрыть клапан. Однако, когда давление на входе клапана превышает давление на выходе, стенки гибкой трубы расширяются наружу во входной области, вытесняя жидкость по направлению к выходу. Поскольку периметр поперечного сечения трубы в выходной области превышает периметр поперечного сечения во входной области и поскольку имеется постоянный объем несжимаемой текучей среды между корпусом клапана и гибкой трубой, клапан открывается.
В одном варианте выполнения стенки трубы в области, примыкающей ко входному отверстию, желательно, выполнить более гибкими, чем стенки в области, примыкающей к выходному отверстию, а длину гибкой трубы в выходной области - большей, чем длина во входной области.
Труба может включать две или более частей, соединенных вместе хомутами или другими подходящими средствами с образованием целой трубы.
Желательно, чтобы в гибкой трубе в области, примыкающей ко входу и/или выходу, клапаны имели армирующие спицы.
Спицы могут включать стальные стержни круглого сечения с шаровыми соединительными шарнирами на входном и/или выходном концах.
В предпочтительном варианте выполнения у входа и/или выхода имеется стопорное кольцо, которое удерживает шаровые соединительные шарниры в гнездах таким образом, чтобы концы армирующих спиц на стороне кольца располагались по кругу.
Во втором аспекте данного изобретения предлагается насос, содержащий ряд клапанов, при этом клапаны содержат:
гибкую трубу, у которой в первой и второй концевых частях имеются, соответственно, входное и выходное отверстия; при этом гибкая труба имеет длину, которая по оси превышает по крайней мере на одну треть периметр поперечного сечения;
корпус клапана, окружающий гибкую трубу; при этом концевые части гибкой трубы герметично соединены с корпусом клапана таким образом, чтобы между наружной поверхностью гибкой трубы и внутренней поверхность корпуса клапана образовывался замкнутый объем; и
постоянный объем по существу несжимаемой текучей среды, находящейся в указанном замкнутом объеме; и
исполнительный механизм, предназначенный для прикладывания повышенного давления к объему текучей среды и сжимания тем самым гибкой трубы, и устройство для приведения в действие исполнительного механизма;
и в котором
ряд подобных клапанов соединен последовательно впритык без преград между ними;
и имеется устройство управления, предназначенное для управления исполнительным механизмом каждого клапана последовательно таким образом, что клапаны могут открываться и закрываться в управляемой последовательности, при этом входной конец последовательности открывается или закрывается первым и образует закрытый участок вследствие сжатия гибкой трубы, и этот закрытый участок постепенно продвигается к выходному концу.
Обычно в последовательности имеются по крайней мере три клапана. Исполнительный механизм клапанов может содержать гибкую диафрагму.
В третьем аспекте данного изобретения предлагается система для периодического удаления сточных вод в канализационный коллектор, работающий при давлении ниже атмосферного, из отстойника, в котором накапливаются сточные воды, с использованием пережимного клапана типа гибкой трубы, в котором:
выпускная труба погружается в отстойник для удаления жидкости или смесей жидкой и твердой фракций из колодца; при этом поток через выпускную трубу регулируется при помощи пережимного клапана типа гибкой трубы, и входное отверстие выпускной трубы расположено внутри отстойника; а замкнутый объем между наружной поверхностью гибкой трубы и внутренней поверхностью корпуса пережимного клапана соединяется как с первым трубопроводом, погруженным в сточные воды в отстойнике, так и со вторым трубопроводом, соединенным за пережимным клапаном с канализационным коллектором, находящимся под давлением, ниже атмосферного;
в которой второй трубопровод содержит устройство для ограничения потока, посредством чего не допускается поступления воздуха под атмосферным давлением в замкнутый объем пережимного клапана, когда открытый конец первого трубопровода погружен в сточные воды, и тем самым в замкнутом объеме поддерживается давление ниже атмосферного, которое держит пережимной клапан открытым, а при опускании уровня сточных вод в отстойнике и обнажении открытого конца первого трубопровода, воздух под атмосферным давлением поступает в замкнутый объем и дросселируется устройством ограничения потока, что вызывает повышение давления в замкнутом объеме до атмосферного и закрывание пережимного клапана.
В альтернативном варианте для третьего аспекта основание первого трубопровода не погружено, но закрыто клапаном, к которому подвешен поплавок, в результате чего когда уровень сточных вод в отстойнике опускается ниже того уровня, при котором плавучести поплавка в сочетании с силой отрицательного давления достаточно для удержания клапана закрытым, поплавок падает, открывая клапан, воздух поступает в первый трубопровод, и шланговый пережимной клапан открывается, а когда уровень сточных вод в отстойнике повышается, он поднимается и закрывает клапан, и пережимной клапан закрывается; таким образом, пережимной клапан открывается, когда уровень сточных вод достигает высокого значения, и остается открытым до тех пор, пока уровень сточных вод вновь не достигнет своего низкого значения.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты выполнения изобретения будут сейчас описаны лишь в качестве примера со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематический вид сбоку клапана, изображенный частично в поперечном сечении;
Фиг.2 - вид с торца в поперечном сечении клапана согласно Фиг.1, в направлении стрелок Х-Х;
Фиг.3 - альтернативный вид с торца в поперечном сечении клапана согласно Фиг.1, в направлении стрелок Х-Х;
Фиг.4 - вид сбоку в частичном разрезе альтернативного варианта выполнения запорного клапана;
Фиг.5 - увеличенное изображение входного участка, согласно Фиг.4;
Фиг.6 - вид с торца в поперечном сечении в направлении стрелок ХХ-ХХ согласно Фиг.5;
Фиг.7 - вид сбоку в частичном разрезе еще одного варианта выполнения запорного клапана;
Фиг.8 - вид с торца в поперечном сечении в направлении стрелок YY-YY согласно Фиг.7;
Фиг.9 - вид сбоку в поперечном сечении армирующей системы для входного участка клапана;
Фиг.10 - увеличенное изображение части Фиг.9;
Фиг.11 - увеличенное изображение другой части Фиг.9;
Фиг.12 - горизонтальная проекция спиц и связей, изображенных на Фиг.9;
Фиг.13 - альтернативная концевая часть в поперечном сечении по стрелкам Y-Y согласно Фиг.9, некоторых спиц и связей;
Фиг.14 - горизонтальная проекция в направлении стрелки U на Фиг.13;
На Фиг.15 - альтернативный вариант по отношению к Фиг.13;
Фиг.16 - горизонтальная проекция в направлении стрелки V на Фиг.15;
Фиг.17 - вид сбоку, частично изображенный в поперечном сечении, клапана, имеющего диафрагму с электромагнитным приводом для открывания и закрывания клапана;
Фиг.18 - схема, иллюстрирующая соединение трех клапанов для их работы в качестве насоса;
Фиг.19 - схематический чертеж, показывающий клапан, установленный в канализационной трубе с давлением, ниже атмосферного; и
Фиг.20 - схематический чертеж, показывающий альтернативный вариант выполнения, по отношению к Фиг.19.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
Согласно чертежам на Фиг.1 изображен вид сбоку в поперечном сечении запорного клапана 10, закрепленного герметично при помощи болтов между выходной трубой 2 и входной трубой 3. Клапан 10 содержит полую в общем случае цилиндрическую оболочку, образующую корпус 12 клапана, со снабженными фланцами торцами 15 и 16. Гибкая труба 11 изображена в закрытом положении, и ее снабженные фланцами концы герметично зажаты между торцами фланцев 15 и 16 на входном и выходном концах корпуса клапана, соответственно, и фланцами 2А выпускной трубы 2 и 3А впускной трубы 3, как показано.
Гибкая труба 11 обычно содержит армирующий материал, заделанный в каучук, хотя возможно использовать и другие материалы, обеспечивающие требуемую степень гибкости и усталостной прочности.
Как можно видеть, между наружными поверхностями стенок трубы 11 и внутренними поверхностями стенок корпуса 12 клапана образуется замкнутый объем 17.
Трубы 28, регулируемые при помощи клапанов 28А и 28В, предназначены для подачи и удаления текучей среды из замкнутого объема 17 во время обслуживания клапана. Однако необходимо отметить, что эти клапаны 28А и 28В могут быть полностью закрыты и остаются полностью закрытыми при использовании, чтобы не допустить подсоса или вытекания текучей среды из замкнутого объема 17. Открывание и закрывание клапана 10 не зависит от поступления или вытекания текучей среды по трубам 28.
Необходимо отметить, что диаметр выходного отверстия 12В или периметр поперечного сечения корпуса 12 клапана больше, чем диаметр впускного отверстия или периметр поперечного сечения 12А, причем диаметр увеличивается на коническом ступенчатом участке 12С.
При использовании замкнутый объем 17 наполняется существенно несжимаемой нелетучей, не содержащей газа жидкостью через трубы 28 и герметизируется. На Фиг.1 изображен клапан в закрытом положении, при котором гибкая труба 11 закрыта пережимом, и текучая среда не может проходить от входного отверстия 13 к выходному отверстию 14. А именно труба сжата и закрыта в области, примыкающей ко входной области 13 и расширяется в области, примыкающей к выходной области 14, в которой диаметр корпуса клапана больше, и гибкая труба расширяется.
Когда давление у выходного отверстия 14 превышает давление у входного отверстия 13, стенки гибкой трубы в области, примыкающей к выходному отверстию 14 расширяются/раздвигаются наружу, вытесняя жидкость в замкнутом объеме 17 ко входному отверстию и сдавливая или прижимая стенки гибкой трубы друг к другу в области, примыкающей ко входному отверстию. Данное состояние изображено на Фиг.1.
Однако, когда давление у входного отверстия 13 превышает давление у выходного отверстия, стенки гибкой трубы во входной области 13 раздвигаются наружу к корпусу клапана, и это вытесняет или выталкивает жидкость в замкнутом пространстве к выходу 14. Однако стенки гибкой трубы не могут сомкнуться в области, примыкающей к выходу 14, поскольку периметр поперечного сечения корпуса клапана и гибкой трубы здесь больше, чем во входной области. Поскольку количество жидкости в замкнутом пространстве остается неизменным, клапан открывается, что изображено пунктирным контуром 11А гибкой трубы.
Таким образом образуется клапан, который открывается и закрывается автоматически в соответствии с разностью давлений на входе и выходе клапана. При этом подвижные детали отсутствуют. Клапан не нуждается в приводе и открывается и закрывается только лишь на основании разности давлений.
Первая альтернатива увеличению периметра поперечного сечения 12В гибкой трубы у выхода состоит в выполнении участка гибкой трубы в выходной области значительно большей длины, чем ее отрезок во входной области с тем, чтобы жидкость, вытесняемая при открывании клапана, не закрывала выходной области гибкой трубы, и ее стенки во входной области (там, где происходит сжатие) выполняются более гибкими, чем в остальной части.
Вторая альтернатива увеличению периметра поперечного сечения гибкой трубы состоит в создании гибкой трубы такой конструкции, чтобы в свободном состоянии форма гибкой трубы соответствовала сжатой форме полностью закрытой гибкой трубы, изображенной на Фиг.1.
На Фиг.2 и 3 показаны два различных вида с торца в поперечном сечении запорного клапана 10, согласно Фиг.1, в направлении стрелок Х-Х. Одинаковыми числовыми обозначениями указаны детали, общие с Фиг.1.
На Фиг.2 изображена гибкая труба в закрытом состоянии, сплющенная между двумя выступами. Для того чтобы вместить такую форму, корпус 12 выполняется эллиптическим в области закрывания гибкой трубы, что ограничивает область размещения выступов. Для того чтобы разместить область расположения выступов вокруг полной окружности, форма корпуса в области закрывания гибкой трубы должна быть круглой, как показано пунктирными линиями 12В.
На Фиг.3 изображена гибкая труба в закрытом состоянии, сплющенная между тремя выступами таким образом, что она приобретает форму звезды. Для того чтобы разнести такую форму, корпус 12 необходимо выполнить только незначительно большего диаметра в области закрывания гибкой трубы, чем диаметр корпуса на входе 13 и выходе 14. Выступы можно разместить в любом месте по окружности, и пунктирным контуром 11В изображено альтернативное положение.
На Фиг.4-6 изображен альтернативный вариант выполнения запорного клапана 100, на них одинаковыми числовыми обозначениями указаны детали, общие с Фиг.1. На Фиг.4-6 гибкая труба 11 представляет собой прямую трубу с параллельными стенками и большим диаметром отверстия, чем диаметры входной и выходной втулок 101 и 107. Гибкая труба 11 обычно выполняется из синтетического каучука и армируется прочным, но гибким, заделанным в нее плетенным материалом. Гибкая труба 11 герметично зажата на входном и выходном концах вокруг втулок 101 и 107 при помощи хомутов 109 и 111.
Гибкая труба 11 сужается в области сжатия при помощи нескольких пар жестких прижимных планок 105, которые постоянно сжимают каждую сторону гибкой трубы при помощи зажимов 106. Они не сжимают центральную часть трубы. Подобное сжатие с боков сплющивает трубу, при этом ее внутренние стенки смыкаются друг с другом на сжимаемом участке, как показано на Фиг.6, до тех пор, пока давление на входе клапана не превысит давление на выходе клапана на величину, достаточную для открывания клапана. Данная конструкция также минимизирует деформации трубы во время ее изгибов и, таким образом, может продлить срок службы трубы.
Гибкая труба представляет собой сплющиваемую трубу, которую можно скатывать, но она расширяется до круглой формы/поперечного сечения при наполнении ее жидкостью и содержит нитрильный каучук, армированный тонкими волокнами Dacron, хотя, как будет показано ниже, для гибкой трубы можно использовать другие материалы.
В альтернативном варианте прижимные планки 105 можно заменить стежковой сваркой. Необходимо отметить, что открывающая клапан площадь сечения потока через сжатые части уменьшается прижимными планками 105.
Втулка 107 на выходном конце имеет коническое входное отверстие, но втулка 101 на входном конце обрезана, как показано, и образует плоские поверхности 101А, которые удерживают гибкую трубу при воздействии на нее внешнего давления при закрытом клапане. Дополнительная опора обеспечивается элементами жесткости 102, которые крепятся с внутренней стороны к стенке гибкой трубы заклепками 104, и наружной жесткой пластиной 103. Элементы жесткости 102 поворачиваются в канавке на входном конце каждой плоской поверхности 101А. Попаданию загрязнений между элементами жесткости 102 и втулкой 101 при открывании клапана препятствует расширение прокладки 108 из губчатой резины.
Ход в сторону уплощения гибкой трубы 11 в ее выходной области ограничивается жесткой перфорированной трубой 127.
Фланец 15, крепящаяся при помощи болтов крышка 15А и контргайки 113 позволяют гибкой трубе быть герметично установленной внутри корпуса 12 клапана и позволяют легко осуществлять демонтаж для замены гибкой трубы. Резьбовая пробка 114 с резиновой прокладкой позволяет осуществлять доступ в замкнутый объем 17 для регулирования количества жидкости.
На Фиг.5 и 6 также представлен пример альтернативного варианта шлангового пережимного клапана типа утиного клюва, и детали с одинаковыми номерами имеют то же описание, что и на Фиг.4.
Ни Фиг.7 и 8 изображены две полужесткие трубчатые перегородки 11В и 11С, частично раздвинутые жидкостью с тем, чтобы при закрытом запорном клапане (как показано) две полужесткие трубчатые перегородки 11В и 11С были в некоторых местах плотно прижаты друг к другу за входными участками 13 клапана (чтобы закрыть клапан), и раздвинуты перед выходной частью 14 клапана. Две полужесткие трубчатые перегородки 11В и 11С герметично зажаты с каждой стороны запорного клапана в виде гибкой трубы между фланцами 119 и 119А внутренних стенок 12В и 12С камеры болтами 121.
Когда запорный клапан 110 в виде гибкой трубы открыт, положение верхней полужесткой трубчатой перегородки показано пунктирной линией 11А (см. Фиг.8). Входной и выходной концы каждой полужесткой трубчатой перегородки 11В и 11С плотно зажаты между жесткой конической втулкой 117 и внутренними стенками 12В и 12С конической камеры на выходном конце 14 и между жесткой конической втулкой 116 и внутренними стенками 12В и 12С конической камеры на выходном конце 13. Клапаны 28 (в нормальном состоянии плотно закрытые) позволяют вводить или удалять жидкость из герметичного объема 17. Эти клапаны 28 также могут позволить вводить или удалять текучую среду, когда клапан 110 используется в ином качестве, чем запорный клапан.
Как видно из Фиг.8, две полужесткие трубчатые перегородки 11В и 11С имеют в закрытом положении S-образную форму. Их форма в открытом положении изображена пунктирными линиями 11А. Одинаковые номера указывают на детали, общие с Фиг.1.
Как было показано для запорного клапана, показанного на Фиг.4-6, гибкая труба непосредственно за входным отверстием 13 должна выдерживать давление у выходного отверстия 14, которое передается посредством жидкости в замкнутом объеме 17. Как видно из Фиг.7, усиление обеспечивается рядом расположенных близко друг к другу стержней 21А, заделанных в гибкую трубу 11В и 11С. Стержни 21А поворачиваются внутри гибкой трубы у своего входного конца, где они крепятся к конической втулке 116.
На Фиг.9-11 показан вид сбоку в поперечном сечении входного участка запорного клапана типа утиного клюва или клапана, согласно Фиг.1, в который вставлены армирующие спицы или арматурный каркас.
Ключевыми элементами на Фиг.9-11 являются армирующие спицы 21, которые представляют собой стальные стержни круглого сечения, имеющие шаровые соединительные шарниры как на входном, так и на выходном конце. Каждая спица вращается вокруг своего шарика 25 в гнезде 26, расположенном в круглом опорном кольце 31, и каждая спица поворачивается по направлению к оси гибкой трубы при переходе к полностью закрытому положению клапана (как показано), и поворачивается прочь от оси гибкой трубы при открывании до полностью открытого положения, как показано пунктирным контуром 11А. Стопорное кольцо 32 удерживает шарики 25 в их гнездах 26. Круглое опорное кольцо 31 и его гнезда 26 определяют расположение по кругу входных концов армирующих спиц и арматурного каркаса 20; но другой конец арматурного каркаса 20 может принимать любую форму, не ограниченную ни связями, ни тросиками 24 или выступом 31А кольца 31, или стенками корпуса 12 клапана.
Вращение вовнутрь любой спицы далее оси при закрывании ограничено системой связей или тросиков 24 и выступом 31А кольца 31 на внутренней относительно спиц 21 стороне. Длина каждой связи или тросика 24 регулируется и устанавливается вручную и закрепляется внешним устройством 34 до начала работы.
Внешние устройства 34 расположены впритык к входному и выходному концам клапана в виде гибкой трубы и могут представлять собой известные в данной области устройства такие, как закрепленные клином вращающиеся штыри, которые используются для регулировки натяжения в струнных музыкальных инструментах. Каждая связь или тросик 24 работает внутри трубчатой оболочки, которая защищает каучуковые части гибкой трубы 11 от абразивного истирания. Трубчатая оболочка может представлять собой намотанную трубчатую спираль, подобную тем, которые используются в тросиках тормозной системы транспортных средств, при условии, что она не ограничивает чрезмерно радиальные движения гибкой трубы.
Кольцевой выступ 27 приштифтован вокруг каждой спицы на ее входном конце, и опорный башмак 23 крепится на другом конце каждой спицы. Каждый опорный башмак крепится к концу спицы с шариком при помощи пружинящего устройства, как показано. Кольцевой выступ 27 и опорный башмак 23 на каждой спице 21 ограничивают расположение связей 22 областью между кольцевым выступом 27 и опорным башмаком 23.
В тех случаях, когда на Фиг.9, 10 и 11 дается пример пережимного клапана типа утиного клюва, тросик 24 и внешнее устройство 34 отсутствует.
На Фиг.10 и 11 изображен альтернативный кабелепровод 24А для связей или тросиков 24, который проходит через спицы 21. Оба конца каждой из подобных альтернативно расположенных связей или тросиков 24 соединены с аналогичными внешними устройствами.
Необходимо отметить, что трубчатая оболочка или кабелепроводы для связей и тросиков должны обеспечивать достаточный объем, чтобы связи или тросики могли изгибаться, когда гибкая труба находится в открытом положении. Необходимо отметить, что изображенные шарниры 24 и 25 с шариком и гнездом можно в качестве альтернативы заменить цилиндрическим шарниром.
На Фиг.12 изображена горизонтальная проекция спиц 21 и арматурного каркаса при закрытом положении клапана в виде гибкой трубы. На нижней половине Фиг.12 изображены связи 22, которые связывают две любые соседние спицы 21. Каждый ряд связей связывает поочередно пары спиц 21 и образует переплетение типа "рогожка", как показано. На верхней половине горизонтальной проекции изображены спицы 21 с удаленными связями 22, что является примером расположения стержней 21 внутри материала гибкой трубы без добавления связей 22.
Фиг.13 представляет собой вид в поперечном сечении участка, согласно стрелкам Y-Y на Фиг.9, изображающий систему связей 22, образованную, чтобы связывать пары спиц 21, как показано. Одинаковыми числовыми обозначениями показаны детали, общие со всеми предыдущими чертежами.
Фиг.14 представляет собой горизонтальную проекцию по направлению стрелки U на Фиг.13 части арматурного каркаса 20, показывающую, как связи 22 на Фиг.13 поочередно располагаются вокруг последовательных пар спиц 21.
На Фиг.15 и 16 изображены детали альтернативных связей 22В, переплетенных вокруг спиц 21.
Фиг.17 представляет собой вид сбоку, в разрезе шлангового пережимного клапана 20. Числовыми обозначениями, общими с Фиг.1-3, показаны детали, которые имеют в основном те же самые функции и, по существу, то же самое описание, которое было дано выше при рассмотрении Фиг.1-3, за исключением того, что периметр поперечного сечения гибкой трубы 11 остается по существу одинаковым по всей ее длине. На Фиг.17 приводной блок 30 крепится непосредственно к корпусу 12 клапана шлангового пережимного клапана, а замкнутый объем 17 заполнен не содержащей газа гидравлической жидкостью.
Электромагнитный приводной механизм 30 перемещает диафрагму 86, которая плотно зажата по краям между плоской поверхностью фланца 88, выступающего из корпуса 12 клапана по периметру диафрагмы 86, и жесткой крышкой 87. Диафрагма 86 также зажата между двумя жесткими пластинами 89 и 91 в своей центральной части, как показано. Диафрагма 86 и фланец 88 и сопрягаемые с ними детали могут быть круглыми, эллиптическими, прямоугольными с закругленными углами или прямоугольными, если смотреть на них сверху.
Соленоиды 61 с электромагнитным приводом крепятся на шарнирах 61В к жесткой пластине 89, чтобы перемещать диафрагму 86 по направлению к оси клапана для открывания клапана и прочь от оси клапана для закрывания клапана. Соответствующая подача питания к электромагнитным катушкам 62 перемещает оба соленоида, чтобы закрывать или открывать клапан.
Каждый соленоид имеет вертикальную прорезь 61А, которая позволяет соленоиду скользить относительно направляющего стержня 92, который ограничивает вертикальное движение соленоида между положениями открывания и закрывания клапана. Катушки 62 и стержни 92 надежно крепятся к крышке 87, а объем 103 наполнен воздухом и имеет выход для воздуха.
На Фиг.18 схематично изображена последовательность из трех пережимных клапанов 1А, 1В и 1С, которые герметично крепятся друг к другу своими соответствующими входными и выходными концами и к впускной трубе 71, и к выпускной трубе 72 таким образом, что образуют насос 60, содержащий три шланговых пережимных клапана в качестве перекачивающих элементов. Позиции 74, 76 и 78 представляют собой механизмы с механическим, электромагнитным, гидравлическим или пневматическим приводом, которые изменяют границы замкнутого объема внутри корпуса клапана каждого шлангового пережимного клапана (как показано на Фиг.17), чтобы открывать или закрывать его, или использует нагнетание или удаление газа или жидкости в каждом замкнутом объеме в модифицированном известном из уровня техники шланговом пережимном клапане, чтобы открывать или закрывать его.
Используемая в подобных последовательностях особенность шланговых пережимных клапанов состоит в том, что длина по оси каждой гибкой трубы 11 не менее, чем на одну треть превышает периметр ее поперечного сечения, и каждая гибкая труба сконструирована таким образом, чтобы она наиболее сильно реагировала на закрывание или открывание за ее входным концом по ходу потока и имела постепенно уменьшающуюся чувствительность по направлению к своему выходному концу с тем, чтобы во время закрывания клапана на входную область гибкой трубы оказывалось воздействие, и она закрывалась вследствие пережима, в то время как ее находящиеся ниже по потоку части все еще были бы в состоянии закрывания; а во время открывания клапана на входную область гибкой трубы оказывалось воздействие, и она открывалась, в то время, как ее находящиеся ниже по потоку части все еще находились бы в состоянии открывания. Программируемый блок 84 управления определяет момент, когда каждый из указанных приводных блоков начнет подавать текучую среду под давлением на каждый пережимной клапан, чтобы закрыть его, или удалять из него текучую среду, чтобы его открыть, как требуется. Связи 81-83 передают команды от блока 84 управления на каждый блок 74, 76 и 78 привода, (или в том случае, когда используются известные модифицированные шланговые пережимные клапаны, нагнетают газ или жидкость в замкнутый объем 17 или выпускают их оттуда), в последовательности, при которой каждый пережимной клапан открывается и закрывается последовательно таким образом, что один из пережимных клапанов по крайней мере частично закрыт в то время, как части других клапанов в последовательности открыты или открываются. Последовательность, при которой пережимной клапан 1А, и/или пережимной клапан 1В, и/или пережимной клапан 1С закрыты или закрываются (в то время, как пережимной клапан 1В, и/или пережимной клапан 1С, и/или пережимной клапан 1А, соответственно, открываются или уже открыты), необходимая для обеспечения последовательного впуска жидкости во входную трубу 72 и выпуска этой жидкости через выходную трубу 73 в виде повторяющегося цикла, имеет следующий вид: {1А закрыт, 1В закрывается, 1С открыт}; {1В полностью закрыт, 1С закрывается, 1А открывается}; {1С полностью закрыт, 1А открыт, 1В открывается}; {1А закрывается, 1В открыт, 1С открывается}, при повторении цикла состояние клапанов внутри фигурных скобок представляет собой мгновенные периоды в каждом цикле.
Ряд, представленный на Фиг.18, можно продолжить, при постоянстве всех факторов, и использовать более трех шланговых пережимных клапанов, работающих в программируемой последовательности, и любой ряд может содержать запорный клапан, установленный на его входе или на выходе, или как на входе, так и на выходе.
Фиг.19 представляет собой схему, иллюстрирующую пример шлангового пережимного клапана, закрывающегося под действием сжатого воздуха и используемого в вакуумном канализационном коллекторе 60, на которой одинаковыми числами обозначены детали, общие с деталями на Фиг.1 и 2.
Сточные воды стекают благодаря гравитации в отстойник 4 по канализационной трубе 5 и скапливаются у дна отстойника 4. Трубы 27 и 28 соединяют замкнутый объем 17 с клапаном 31 ограничивающим поток, и седлом 23 клапана, расположенным в верхней части клапанной коробки, в которой активным элементом является поплавок. Клапанная коробка содержит поплавок 22, в котором имеется клапан 24, крепящийся к стержню 25 в его верхней части. Ограничивающее поток устройство 31, которое может представлять собой клапан или трубу с маленьким отверстием, помещается между трубой 27 и трубой 29, которая соединяется с внутренней частью канализационной трубы 2 в точке, находящей по ходу потока за пережимным клапаном 1А. Устройство 31 ограничивает поступление воздуха в трубопровод 29, обусловленное пониженным давлением в канализационной трубе 2.
Пережимной клапан 1А открывается, когда поплавок 22 поднимается до уровня 33, когда элемент 24 клапана входит в седло 23 и плотно закрывает трубопровод 27. Из трубопроводов 27 и 28 и замкнутого объема 17 через устройство 31 ограничения потока удаляется воздух, и давление в замкнутом объем 17 падает до значения давления внутри канализационной трубы 2, которое ниже атмосферного. В результате этого наружные стенки гибкого рукава 11 раздвигаются, и пережимной клапан 1А открывается: текучая среда в этом случае может свободно протекать через пережимной клапан 1А в канализационную трубу 2. Периодическое удаление скопившихся сточных вод из отстойника 4 в канализационную трубу 2 осуществляется следующим образом.
Сточные воды поступают через канализационную трубу 5 и скапливаются в нижней части отстойника 4 до тех пор, пока скопившиеся сточные воды не поднимутся от уровня 34 до уровня 33.
Поплавок 22 всплывает вверх внутри ограничивающего кожуха 6 по мере накопления сточных вод в отстойнике до тех пор, пока клапан 24 в верхней части поплавка 22 не войдет в седло 23, препятствуя дальнейшему поступлению атмосферного воздуха в трубопровод 27. Давление в замкнутом объеме 17 падает, приближаясь к значению давления в канализационной трубе, и закрытый пережимной клапан 1А открывается.
Сточные воды удаляются из отстойника в канализационные трубы 3 и 2, и уровень сточных вод в отстойнике 4 понижается до уровня 34. По мере того, как уровень сточных вод в отстойнике 4 понижается, поплавок 22 повисает как за счет своей плавучести, так и за счет отрицательного давления в трубопроводе 27, что удерживает клапан 24 в седле до тех пор, пока не уравновешенный плавучестью вес поплавка не преодолеет силу, удерживающую на весу клапан 24, и поплавок 22 не упадет. Открывается отверстие в седле 23 клапана, воздух под атмосферным давлением поступает в трубопровод 27-29 (но он дросселируется ограничивающим поток устройством 31) и в замкнутый объем 17; стенки гибкого рукава 11 притягиваются друг к другу и смыкаются вследствие пережатия за счет отрицательного давления в канализационной системе, прижимной клапан 1А закрывается, и сточные воды больше не всасываются из отстойника в канализационную трубу 3. При дальнейшем накоплении сточных вод в отстойнике 4 их уровень поднимается от значения 34 до значения 33, и цикл повторяется.
Фиг.20 представляет собой схему, иллюстрирующую пример применения приводимого в действие давлением воздуха шлангового пережимного клапана в вакуумном канализационном коллекторе 60А, на которой одинаковыми числами обозначены детали, общие с деталями на Фиг.19.
В данном примере устройство для регулирования подачи атмосферного воздуха в трубопровод 27 и удаления его из этого трубопровода содержит длинную погружаемую трубу 35, которая поднимается выше ожидаемой максимальной высоты (столба жидкости, который может удерживаться ожидаемым минимальным отрицательным давлением в канализационной трубе 2), и остается погруженной в жидкость в отстойнике 4 до тех пор, пока ее уровень не упадет ниже уровня 34.
Открытый нижний конец погружаемой трубы 35 устанавливается на минимальном уровне, который можно позволить достичь сточным водам, скапливающимся в отстойнике 4. Труба 37 соединяет объем внутри погружаемой трубы 35 с трубой 27.
Пока открытый нижний конец погружаемой трубы 35 остается погруженным, жидкость всасывается в погружаемую трубу 35, давление в замкнутом объеме 17 достигает значения давления в канализационной трубе 2 и остается при данном значении, а пережимной клапан 1А остается открытым.
Всякий раз, когда уровень сточных вод в отстойнике 4 опускается ниже уровня 34, открытый конец погружаемой трубы 35 оголяется, атмосферный воздух поступает в погружаемую трубу 35 и замкнутый объем 17, и пережимной клапан 1А закрывается.
На Фиг.20 также показан (пунктирным контуром с деталями, обозначенными позициями 40-43) известный из уровня техники клапан с механическим приводом, который является типичным представителем клапанов, используемых в канализационном коллекторе с отрицательным давлением.
Всякий раз, когда клапан 40 не закрывается должным образом (главным образом, вследствие засорения загрязнениями), уровень сточных вод в отстойнике 4 опускается ниже уровня 34, и открытый нижний конец погружаемой трубы 35 обнажается. Сточные воды, удерживаемые в трубе 35, выливаются, давление в погружаемой трубе 35 повышается до атмосферного и передается на трубы 37 и 27, и пережимной клапан 1А закрывается.
Дальнейший приток сточных вод в отстойник 4 (через канализационную трубу 5) повышает уровень сточных вод в отстойнике от уровня 34 до уровня 33, когда клапан 40 открывается, освобождаясь от засорения, после чего он продолжает периодически опорожнять отстойник 4 до тех пор, пока не случится следующая неисправность. Управляемый вручную клапан 45 может быть закрыт обслуживающим персоналом, чтобы пережимной клапан 1А оставался закрытым во время ручной чистки клапана 40.
В приведенном здесь примере имеется потенциальная возможность захвата жидкости и всасывания ее в указанный замкнутый объем пережимного клапана 1А в то время, когда жидкость опускается внутри погружаемой трубы 35. Для того чтобы минимизировать вероятность этого, можно дополнительно использовать разделительный резервуар 39 для отделения жидкости от воздуха и дополнительную погружаемую трубу 38, как показано. Нижний конец дополнительной погружаемой трубы 38 располагается немного выше нижнего конца соседней с ней трубы 35 и обнажается раньше, чем конец трубы 35.
Когда это происходит, воздух поднимается по погружаемой трубе 38, и в то же время жидкость опускается в погружаемой трубе 35, и разделительный резервуар 39 (который может быть циклоном) минимизирует всасывание жидкости в трубу 37.
Специалисты в данной области оценят тот факт, что можно выполнить многочисленные изменения и/или модификации в данном изобретении, что показано на конкретных вариантах выполнения, не выходя за пределы сущности и объема изобретения, как они здесь описаны в общих чертах. Приведенные здесь варианты выполнения, следовательно, должны рассматриваться во всех отношениях как иллюстрации и не могут быть ограничителями.
Например, можно не использовать фланцы на концах гибких труб, а входные и выходные концевые уплотняющие прокладки можно крепить вокруг жестких коротких трубок, отрезанных для поддержания формы утиного клюва или формы звезды в гибкой трубе, когда она находится в закрытом состоянии. Эти короткие трубки могут поддерживать армирующие элементы, заделанные в стенки гибкой трубы или прикрепленные к ним.
Предпочтительно, чтобы материалы, из которых изготавливается гибкая труба, представляли собой гибкий, обладающий усталостной прочностью эластомерный материал, такой как синтетический или натуральный каучук; а там, где требуется использование заделанного или прикрепленного армирующего материала, можно использовать трикотажные, или плетеные, или выполненные из нетканого материала связи, а также материал, совместимый с адгезивом, обладающий сопротивлением растяжению, сопротивлением истиранию и усталостной прочностью.
Гибкая труба может состоять из нескольких концентрических гибких трубчатых слоев. Она может быть намотана из плоской полосы из натурального или синтетического каучука или ленты другого эластомерного материала в виде нескольких концентрических армированных слоев, чтобы уменьшить вероятность выхода из строя вследствие проколов, жертвуя при этом гибкостью; в этом случае внутренние слои могут быть выполнены из более мягкого материала и даже покрыты политетрафторэтиленом.