СИФОН
SIPHON

Изобретение относится к гидроавтоматическим устройствам и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства для автоматического преобразования непрерывного потока жидкости в дискретный поток с большим расходом. Более конкретно, данное изобретение может найти применение для дозированной подачи жидкости в пищевой и химической промышленности, в оросительных системах и в различных устройствах гидросмыва.
Известен сифон, входящий в состав устройства для полива и состоящий из всасывающего и сливного колен, последнее из которых соединено с коллектором, питающей трубки с краном и механизма зарядки сифона, состоящего из эжектора упомянутого коллектора и трубки-датчика уровня жидкости в накопительной емкости с всасывающей и сливной частями. Сифон содержит также трубку-сапун. В гнезда в крышке коллектора вставлены концы трубки-датчика, проходящие через отверстие в стенке накопительной емкости, и трубки-сапуна, при этом эжектор механизма зарядки сифона выполнен в виде трубки с отверстиями в ее стенке (RU 2175831 С2, 20.11.2001).
Недостатком этого сифона является сложность конструкции и некомпактность, что приводит к необходимости выполнения ряда отверстий и окошек в стенках, реборде и крышке накопительной емкости и, следовательно, к усложнению монтажа. В этой конструкции сифона часть функции эжектора выполняет один из поливных трубопроводов с водовыпусками, что приводит к нестабильной работе сифона в целом из-за возможного засорения водовыпусков. Сифон не имеет механизма срыва вакуума, вследствие чего его работоспособность обеспечивается в узком диапазоне изменения подводимого расхода, что резко снижает его применимость в различных отраслях народного хозяйства.
Наиболее близким аналогом изобретения является сифон, содержащий всасывающую и сливную трубки, трубку-датчик уровня жидкости, питающую трубку с краном и коленом, крышку-приемник и коллектор, состоящий из корпуса, стакана и крышки с выходным патрубком (RU 2306460 С1, 20.09.2007). Сливная трубка известного сифона соединена с коллектором. Механизм зарядки сифона состоит из эжектора, упомянутых коллектора и трубки-датчика уровня жидкости с всасывающими и сливными частями. Питающая трубка выполнена с основным и дополнительным выходами, а трубка-датчик уровня жидкости снабжена расположенной под основным выходом питающей трубки камерой, разделенной перегородкой на верхнюю и нижнюю полости, сообщающиеся между собой каналом с возможностью образования нижней полости воздушно-водяного затвора, кроме того, всасывающая часть трубки-датчика уровня жидкости расположена в верхней части камеры, а на сливной ее части выполнено отверстие выше уровня всасывающей части.
слив
слив
min
min
Недостатками этого сифона являются сложность конструкции, некомпактность и работоспособность в узком диапазоне изменения подводимого расхода из-за отсутствия в его конструкции механизма срыва вакуума. Узкий диапазон изменения подводимого расхода не позволяет осуществить накопления и слив жидкости из емкости при значении подводимого расхода выше чем 15% от расхода (Q - расход слива жидкости сифона перед срывом его вакуума) слива жидкости сифона. Низкое значение подводимого расхода (≤0,15 Q) объясняется тем, что при снижении уровня жидкости в емкости, когда уровень жидкости подходит к уровню нижнего среза всасывающей трубки, происходит попадание воздуха в рабочую полость сифона, что резко снижает расход сифона до Q, но не приводит к срыву его вакуума. При подводимом расходе, значением ≥Q режим подачи жидкости в накопительную емкость и слив из нее уравновешиваются, и прекращается режим «накопление-слив», что является отказом работы сифона. При монтаже этого сифона всасывающее колено и камера устанавливаются в накопительной емкости, что приводит к необходимости доработки (вырезания окошка) крышки емкости и, следовательно, к усложнению изготовления.
Задачей изобретения является упрощение конструкции сифона, снижение количества технологических операций при изготовлении и монтаже путем достижения компактности и обеспечение работоспособности при увеличении диапазона изменения подводимого расхода.
Технический результат достигается тем, что в сифоне, содержащем всасывающую и сливную трубки, трубку-датчик уровня жидкости, питающую трубку с краном и коленом, крышку-приемник и коллектор, состоящий из корпуса, стакана и крышки с выходным патрубком, согласно изобретению корпус коллектора выполнен в виде цилиндра, разделенного перегородкой с осевым и радиальным отверстиями на верхние с входным патрубком и нижние полости, а крышка-приемник разделена перегородкой на верхние и нижние полости, сообщенные между собой трубкой наполнения, при этом нижние концы всасывающей трубки, сливной трубки и трубки-датчика уровня жидкости установлены в коллекторе, а верхние их концы - в нижней полости приемника, кроме того, нижние концы сливной трубки, всасывающей трубки и трубки-датчика уровня жидкости установлены, соответственно, в стакане через осевое отверстие перегородки корпуса коллектора, в коллекторе выше уровня входного патрубка и в радиальном отверстии перегородки коллектора, а верхние концы установлены в нижней полости крышки-приемника, причем верхние концы всасывающей трубки и трубки-датчика уровня жидкости установлены на одном уровне, срез сливной трубки установлен ниже верхнего среза всасывающей трубки, а отверстия на стенках трубки-датчика уровня жидкости выполнены ниже верхнего среза сливной трубки, сифон снабжен механизмом срыва вакуума, выполненного в виде микротрубки, верхний конец которой установлен выше верхнего уровня крышки-приемника, а нижний конец выполнен в виде петли, установлен в полости сифона и направлен вверх, при этом нижний уровень петли установлен выше уровня входного патрубка корпуса коллектора, а нижний срез трубки наполнения установлен ниже уровня петли микротрубки для срыва вакуума сифона.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид сифона, на фиг.2 - конструктивная схема сифона, на фиг.3 - конструктивная схема сифона с накопительной емкостью, на фиг.4 - разрез А-А на фиг.2, на фиг.5 - общий вид сифона с накопительной емкостью в разрезе, на фиг.6 - вид Б на фиг.5.
Сифон 1 (фиг.1) содержит всасывающую и сливную трубки 2, 3, трубку-датчик 4 уровня жидкости, питающую трубку 5 с краном 6 и коленом 7, крышку-приемник 8, крепежную гайку 9 и коллектор 10, состоящий из корпуса 11 с входным патрубком 12 и ушком 13, стакана 14 с ребрами 15 и осевым отверстием 16 и крышки 17 с выходным патрубком 18 (фиг.2 и фиг.3). Корпус 11 разделен на верхнюю и нижнюю полости 19, 20 перегородкой 21 с осевым и радиальным отверстиями 22, 23.
Крышка-приемник 8 имеет ушко-соединитель 24 (фиг.4) и разделена перегородкой 25 на верхнюю и нижнюю полости 26, 27, сообщенные между собой трубкой 28 наполнения. Нижние концы сливной трубки 3, всасывающей трубки 2 и трубки-датчика 4 уровня жидкости установлены, соответственно, в стакане 14 через осевое отверстие 22 перегородки 21 корпуса 11, в верхней полости 19 выше уровня входного патрубка 12 и в радиальном отверстии 23 перегородки коллектора 10. Верхние их концы установлены в нижней полости 27 крышки-приемника 8. Верхние концы всасывающей трубки 2 и трубки-датчика 4 установлены на одном уровне, срез сливной трубки 3 установлен ниже верхнего среза всасывающей трубки 2, а отверстия 29 на стенках трубки-датчика 4 выполнены ниже верхнего среза сливной трубки 3.
Сифон 1 снабжен механизмом срыва вакуума, выполненного в виде микротрубки 30, расположенной нижней частью в полости сифона 31. Верхний конец 32 микротрубки 30 сообщен с атмосферой и установлен выше верхнего уровня крышки-приемника 8, а нижний конец 33 выполнен в виде петли 34 и направлен вверх. При этом нижний уровень петли 34 установлен выше уровня входного патрубка 12, а нижний срез трубки 28 наполнения установлен ниже уровня петли 34. Для устойчивой подачи жидкости в верхнюю полость 26 крышки-приемника 8 конец питающей трубки 5 пропущен через ушко 13 и вставлен с нижней стороны в ушко-соединитель 24, а выход колена 7 направлен в полость 26 и посредством крана 6 жестко установлен в ушко-соединитель 24.
Посредством входного патрубка 12 и крепежной гайки 9 сифон 1 соединяется с накопительной емкостью 35 с крышкой 36 (фиг.5 и фиг.6).
Работает сифон 1 следующим образом. Рабочая жидкость с небольшим расходом, задаваемым краном 6 через питающую трубку 5, установленную в ушках 13 и 24, и колено 7 поступает в полость 26, отделенную перегородкой 25 от полости 27, и далее через трубку 28 наполнения, верхнюю полость 19 корпуса 11 и проходное сечение входного патрубка 12 с крепежной гайкой 9 поступает в накопительную емкость 35 с крышкой 36 и медленно накапливается в ней и в полости 31 сифона 1, так как полость 19 герметично разделена от полости 20 (от атмосферы) посредством перегородки 21 с осевым 22 и радиальным 23 отверстиями, сливной трубки 3 и трубки-датчика 4 уровня жидкости (начало цикла «накопление»). Уровень жидкости в накопительной емкости 35 и в полости 31 медленно поднимается и при достижении нижнего конца 33 микротрубки 30 заполняет ее, вытесняя воздух из нее в атмосферу через верхний конец 32. Далее уровень жидкости поднимается одновременно в накопительной емкости 35, в полости 31 и в микротрубке 30. При достижении уровня жидкости в емкости 35 к верхнему уровню (ВУ) отверстия 29 (фиг.3) трубка-датчик 4 начинает сливать жидкость из полости 31 в полость 20 с полным сечением, так как диаметр капель жидкости соизмерим с диаметром проходного сечения трубки-датчика уровня жидкости. Расход трубки-датчика уровня жидкости 4 поступает в полость стакана 14 и, затапливая нижний срез сливной трубки 3 и создавая эффект эжекции, высасывает воздух из полости 27 через верхний конец трубки-датчика уровня жидкости 4 и сливается в атмосферу через проходное сечение выходного патрубка 18, проходя как через осевое отверстие 16, так и через проходные каналы, образованные между ребрами 15 и внутренней поверхностью корпуса 11. После затопления нижнего среза сливной трубки 3, благодаря непрерывному возрастанию вакуума в полости 27, уровень жидкости в ней поднимается выше уровня верхнего среза сливной трубки 3, при этом сливная трубка запускается в работу и полным сечением с расходом Q, превышающим подводимый расход q, сливает жидкость из емкости 35 в атмосферу к потребителю через входной патрубок 12, полости 19, 31, 27, стакан 14, осевое отверстие 16, боковые проходные сечения стакана 14 и выходной патрубок 18 крышки 17 (начало цикла «слив»).
Уровень жидкости в емкости 35 и в микротрубке 30 начинает снижаться, и при достижении к нижнему уровню (НУ), что соответствует уровню ниже уровня петли 34, в полости 31 сифона ниже уровня конца 33 создается вакуум. При этом жидкость из микротрубки 30 всасывается в полость 31 и происходит надежное сообщение рабочей полости сифона 1 с атмосферой через верхний конец 32. Происходит срыв вакуума, сифон 1 прекращает слив жидкости из емкости 35, стакан 14 опорожняется через осевое отверстие 16, нижний срез сливной трубки 3 освобождается, и полости 31 и 27 сообщаются с атмосферой (окончание цикла «накопление - слив»). Сифон 1 возвращается в исходное положение и готов к новому циклу «накопление - слив».
Далее рабочие циклы медленного наполнения жидкости в накопительной емкости 35 с подводимым расходом q и быстрого его слива с расходом Q автоматически повторяются.
Выполнение конца 32 выше верхнего уровня крышки-приемника 8, петли 34 выше уровня входного патрубка 12 и нижнего среза трубки 28 наполнения ниже петли 34 позволило, соответственно, исключить возможность попадания жидкости через срез 32 в микротрубку 30, что привело бы к расстройству работы сифона 1, не допустить снижения уровня жидкости в емкости 35 до уровня входного патрубка 12, что привело бы к ненадежному срыву вакуума сифона 1, и исключить нежелательный срыв вакуума сифона 1 через трубку 28 наполнения. Принцип срыва вакуума сифона 1 позволяет обеспечить работоспособность сифона при подводимом расходе q, близком к значению расхода Q слива сифона, то есть срыв вакуума сифона не зависит от скорости понижения уровня жидкости в емкости 35, поскольку в момент срыва вакуума НУ отдален от конца 33 микротрубки 30, что обеспечивает надежное сообщение рабочей полости сифона с атмосферой и, как следствие, надежный срыв вакуума.
Таким образом, путем выполнения всасывающей и сливной трубок 2, 3 соосными, расположенными одна в другой, и установки их нижних концов в коллекторе 10 с входным и выходным патрубками 12, 18, а верхних концов в крышке-приемнике 8, размещения трубки-датчика 4 уровня жидкости, трубки 28 наполнения в полости сифона 1, снабжения сифона 1 механизмом срыва вакуума в виде микротрубки 30 и обеспечения подачи жидкости из питающей трубки 5 в накопительную емкость 35 через полости сифона 1 достигнуто упрощение конструкции и компактности сифона и надежный срыв вакуума независимо от скорости понижения уровня жидкости в накопительной емкости 35, что позволило снизить количество технологических операций при изготовлении и монтаже и обеспечить работоспособность сифона при увеличении диапазона изменения подводимого расхода.
слив
слив
В условиях мастерских ФГНУ ВНИИ «Радуга» в 2009 году была изготовлена опытная партия предлагаемого сифона. Испытания двух образцов из партии в лабораторных условиях показали его высокую надежность, удобство в эксплуатации и работоспособность в большом диапазоне изменения подводимого расхода. Максимальный подводимый расход этих сифонов составил до 0,90 Q, тогда как у прототипа это значение не превышает 0,15 Q. Отработав более 1200 часов с циклом «накопление - слив» продолжительностью 30 мин, отказов не наблюдалось. При этом объем слива за цикл составил 9.6 л, время полного запуска сифона - 5…6 сек, время опорожнения емкости 35-110…120 сек, время разрежения сифона после опорожнения емкости 35 - 2…4 сек.
Применение изобретения в народном хозяйстве повысит надежность и эффективность систем гидроавтоматики, где требуется автоматически преобразовать непрерывный поток жидкости в дискретный поток с большим расходом.