ЭРЛИФТ
AIRLIFT

Настоящее изобретение относится к конструктивным элементам установок биологической очистки бытовых сточных вод с применением водно-иловой смеси.
Известны различные конструкции эрлифтов (см. «Политехнический словарь», изд. «Советская энциклопедия», Москва, 80 г., с. 100) с кольцевой или центральной схемами подачи сжатого воздуха в жидкость. При любой схеме подачи сжатого воздуха в жидкость, подъем последней осуществляется за счет энергии смешиваемого с ней воздуха.
Недостатком таких эрлифтов является низкая надежность функционирования из-за возможного нарушения режима смешивания, возникающего в результате проявления эффекта обратного сброса смешанной жидкости в трубопровод подачи воздуха. Это ведет к засорению трубы подачи сжатого воздуха содержащимися в перекачиваемой жидкости взвешенными загрязнителями при перекачивании жидкости, а также когда работа эрлифта прекращается и остатки перекачиваемой жидкости возвращаются обратно вместе с находящимися в ней во взвешенном состоянии частицами. В результате снижается надежность в функционировании эрлифта.
Известен эрлифт (см. пат. ПМ РФ №53283, МПК C02F 3/06, опубл. 10.05.2006), содержащий корпус в виде патрубка с открытыми входным и выходным торцами и сопло, подключенное к трубопроводу подачи сжатого воздуха и расположенное на поверхности патрубка в области входного торца, при этом патрубок снабжен тройником, закрепленным со стороны входного торца патрубка, а тройник снабжен проходным каналом, сопло выполнено в виде бокового канала тройника, и на входе в боковой канал закреплен Г-образный патрубок, подключенный к трубопроводу подачи сжатого воздуха.
В сущности, как следует из описания полезной модели и ее формулы, эрлифт имеет две части: часть «трубопровод подачи сжатого воздуха» и часть «трубопровод подачи жидкости», имеющие между собой трубу-переходник с внутренним каналом связывающим, внутренние полости этих частей, образуя в них зоны, из которых: в части «трубопровод подачи сжатого воздуха» образуется зона подачи воздуха в часть «трубопровод подачи жидкости», а в последней - образуется зона смешивания жидкости с воздухом. При этом от конструктивного исполнения этих частей трубопроводов и переходника зависит надежность и удобство эксплуатации и сборки эрлифта, что достигнуть бывает очень сложно из-за трудностей по исключению эффекта обратного сброса смешанной жидкости через переходник в часть «трубопровода подачи воздуха» в зону «подачи воздуха в часть «трубопровода подачи жидкости».
Этот известный эрлифт выбирается в качестве прототипа, так как имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с заявляемым изобретением. Однако прототип обладает существенными недостатками, а именно:
- у него низкая надежность в функционировании из-за возможного нарушения режима смешивания, возникающего в результате проявления эффекта обратного сброса смешанной жидкости в «трубопровод подачи воздуха», что обусловлено невозможностью воспрепятствовать засорения взвесями, которые могут находиться в перекачиваемой жидкости, поступающих с жидкостью из части «трубопровод подачи жидкости» в зону подачи воздуха части «трубопровода подачи жидкости». Это особенно ярко проявляется, когда работа эрлифта прекращается, и остатки перекачиваемой жидкости возвращаются обратно вместе с находящимися в ней во взвешенном состоянии частицами в зону подачи воздуха части «трубопровода подачи жидкости».
Задачей настоящего изобретения является модернизация известного эрлифта с получением следующего технического результата: повышение надежности эрлифта в функционировании путем предотвращения попадания в зону подачи воздуха части «трубопровода подачи жидкости» остатков перекачиваемой жидкости со взвесями, находящимися в ней во взвешенном состоянии, при прекращении функционирования эрлифта.
Поставленная задача решена следующим образом: в известном эрлифте, содержащем часть «трубопровод подачи сжатого воздуха» и часть «трубопровод подачи жидкости», имеющих между собой переходник, внутренний канал которого связывает полости этих частей трубопроводов, образуя в части «трубопровода подачи воздуха» зону его подачи, а в части «трубопровода подачи жидкости» - зону смешивания жидкости с воздухом, СОГЛАСНО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ часть внутреннего канала переходника выполнена в виде усеченного конуса, направленного вершиной в полость части «трубопровода подачи жидкости».
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет получить новую конструкцию эрлифта, создающую новый неожиданный технический результат, который заключается в повышении надежности в функционировании эрлифта путем предотвращения попадания в часть «трубопровода подачи воздуха» остатков перекачиваемой жидкости, содержащей частицы, находящихся в ней во взвешенном состоянии при функционирования эрлифта и его остановке.
Это достигается за счет того, что в переходнике часть внутреннего канала выполнена в форме усеченного конуса с вершиной, направленной в часть «трубопровода подачи жидкости», позволяющей существенно уменьшить перелив смешанной жидкости из зоны ее образования в части «трубопровода подачи жидкости» в часть «трубопровода подачи воздуха», так как за счет конусообразной части внутреннего канала переходника возникает виброструйный эффект, заключающийся в оказании значительно большего сопротивления протекающей жидкости в направлении расширения части канала, чем в направлении ее сужения. Причем в направлении от большего отверстия канала в переходнике к отверстию меньшего диаметра удается получить хорошую компактную струю сравнительно большей длины при малых потерях энергии. Таким образом, коническая сходящаяся часть канала в переходнике позволяет увеличить еще и расход истечения воздуха при малой его выходной скорости. К тому же сужение канала в переходнике обеспечивает механическую защиту от крупных частиц мусора, которые ранее смогли проникнуть в зону подачи воздуха в часть «трубопровода подачи воздуха» и забить отверстие для его равномерной подачи. Одновременно, необходимо отметить, что в узкой части внутреннего канала переходника статическое давление текущей жидкости меньше, чем в широких его местах. Значит при переходе из широкой части трубы в более узкую степень сжатия жидкости, уменьшается (давление уменьшается), а при переходе из более узкой части в широкую - увеличивается (давление увеличивается).
Это объясняется тем, что в широких частях внутреннего канала переходника жидкость должна течь медленнее, чем в узких, так как количество жидкости, протекающей за одинаковые промежутки времени, одинаково для всех сечений внутреннего канала переходника. Поэтому при переходе из узкой части в широкую скорость жидкости уменьшается: жидкость тормозится, как бы натекая на препятствие, и степень сжатия ее (а также ее давление) растет. Наоборот, при переходе из широкой части внутреннего канала переходника в узкую скорость жидкости увеличивается, и сжатие ее уменьшается: жидкость, ускоряясь, ведет себя подобно распрямляющейся пружине. Таким образом, давление жидкости, текущей по внутреннему каналу переходника, больше там, где скорость движения жидкости меньше, и обратно: давление меньше там, где скорость движения жидкости больше. Следовательно, в нашем случае, дополнительно имеет место действие закона Бернулли. Он применим как для жидкостей, так и для газов. Закон Бернулли остается в силе и для движения жидкости, не ограниченного стенками внутреннего канала переходника, - в свободном потоке жидкости. Необходимо отметить так же, что воздух засасывается в узкую часть внутреннего канала переходника, где давление меньше атмосферного, сечение струи велико в тех местах, где линии тока расходятся; там же, где сечение струи меньше, линии тока сближаются. В результате: в тех местах потока, где линии тока гуще, давление меньше, а в тех местах, где линии тока реже, давление больше. В сущности, получается как бы водоструйный насос, который не имеет движущихся твердых частей (как, например, поршень в обычных насосах), что и составляет одно из преимуществ, в данном эрлифте.
Заявителем проведен патентный поиск по данной теме, который показал, что заявляемая совокупность существенных признаков не известна. Поэтому данное техническое решение можно считать новым.
Предлагаемое изобретение обладает изобретательским уровнем, так как оно для специалиста логически не следуемо из известного уровня техник. Хотя, казалось бы, известен закон Бернулли, виброструйный эффект, эффект Магнуса. Но их техническая реализация в совокупности на переходнике между двумя частями труб эрлифта оказалась необычной и весьма эффективной, так как порождает неожиданный сверхсуммарный технический результат, не являющийся суммой известных результатов, свойственных каждому эффекту по отдельности. Это следует из того, что с одной стороны, функция конической части внутреннего канала переходника между двумя трубами по своему прямому применению подчиняется закону Бернулли при прохождении через нее жидкости, а с другой стороны - имеет место виброструйный эффект, вызванный как упомянутой конической частью, так и вибрацией подачей воды и воздуха и вибрацией всего очистного устройства, в котором расположен данный эрлифт. Это повышает надежность функционирования эрлифта, в силу воспрепятствования попадания в часть «трубопровода подачи воздуха" остатков перекачиваемой жидкости, содержащей частицы, находящихся в ней во взвешенном состоянии,
Практическая применимость и сущность заявляемого изобретения поясняется ниже следующим описанием и чертежом, на котором в сечение изображен эрлифт и где позиции обозначают следующее:
1 - часть трубопровод подачи сжатого воздуха;
2 - часть трубопровод подачи жидкости;
3 - переходник;
4 - внутренний канал переходника;
5 - часть внутреннего канала переходника;
6 - полость части трубопровода подачи жидкости;
7 - полость части трубопровода подачи воздуха.
Эрлифт содержит часть 1 «трубопровод подачи сжатого воздуха» и часть 2 «трубопровод подачи жидкости». Эти трубопроводы могут иметь одинаковые диаметры и разные и быть выполненными из разных материалов, например из полиэтиленовых сортов. Их полости 6 и 7 соединены между собой переходником 3, внутренний канал 4 которого связывает полости этих частей трубопроводов, так, что образует в части 1 «трубопровода подачи воздуха» зону его подачи, а в части 2 «трубопровода подачи жидкости» - зону смешивания жидкости с воздухом (на чертеже не показано). При этом часть 5 внутреннего канала 4 переходника 3 выполнена в виде усеченного конуса, направленного вершиной в полость 6 части 8 трубопровода подачи жидкости.
При монтаже эрлифт располагается в требуемом рабочем положении, так, что переходник 3 располагается на требуемой высоте относительно дна камеры в корпусе установки биологической очистки (на чертеже не показано). Фиксация эрлифта и его переходника в нем относительно установки биологической очистки осуществляется любым известным средством и способом.
При подаче сжатого воздуха из части 1 «трубопровода подачи воздуха» через переходник 3 в часть 2 «трубопровода подачи жидкости» в упомянутых частях трубопроводов образуются соответствующие зоны. В результате в зоне части 2 (точнее в ее полости 6) подачи жидкости происходит ее смешивание с воздухом и под действием закона Бернулли и проявления эффекта Магнуса удельный вес жидкости уменьшается, и газожидкостная смесь поднимается по части 2 трубопровода подачи жидкости и далее поступает в трубопровод (условно не показан). При резкой остановке эрлифта смешанная жидкость продолжает подниматься, а во внутреннем канале 4 переходника 3 давление падает, и смесь жидкости, содержащей микрочастицы, устремляется во внутренний канал переходника, стремясь проникнуть в часть 1 «трубопровода подачи воздуха». Однако этому препятствует часть 5 внутреннего канала 4 переходника 3, выполненная в виде усеченного конуса, направленного вершиной в полость 6 части 8 трубопровода подачи жидкости. Причем во время остановки эрлифта имеет место так же еще и вибрация эрлифта. В результате давление еще оставшегося воздуха в части трубопровода подачи воздуха оказывается выше, чем давление смешанной с воздухом жидкости в части «трубопровода подачи жидкости», что и препятствует проникновению смеси жидкости с воздухом в часть «трубопровода подачи воздуха». Таким образом, эрлифт сохраняет свою работоспособность и для дальнейшей эксплуатации.
Использование предложенной полезной модели позволяет повысить надежность эксплуатации эрлифта, а также повысить ресурс безотказной работы установок биологической очистки бытовых канализационных стоков.