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 [1].
Недостатком этого сифона является сложность конструкции и узкий диапазон применимости. В этой конструкции сифона функцию 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 техническим решением (прототипом) является сифон, содержащий всасывающие и сливные колени, последнее из которых соединено с коллектором, питающую трубку с краном и механизмом зарядки сифона, состоящий из эжектора, упомянутого коллектора и трубки датчика уровня жидкости с всасывающими и сливными частями, при этом 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 [2].
min
слив
min
Недостатками этого сифона являются сложность конструкции 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 накопление и слив жидкости из емкости при значении подводимого расхода Q выше чем 15% от расхода слива жидкости сифона Q (расход слива жидкости сифона перед срывом его вакуума). При подводимом расходе значением ≥Qрежим 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.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции сифона и обеспечение работоспособности при увеличении диапазона изменения подводимого расхода.
Поставленная цель достигается тем, что в сифоне, содержащем всасывающие и сливные трубки, трубку-датчик уровня жидкости, питающую трубку с краном и коленом, крышку и коллектор, состоящий из стакана и корпуса, крышка снабжена трубкой срыва вакуума, а корпус коллектора выполнен в виде цилиндра, разделенного перегородкой с радиальными отверстиями на верхние и нижние полости соответственно, с входными каналами и выходным патрубком, при этом нижние концы всасывающей трубки, сливной трубки и трубки-датчика уровня жидкости установлены в коллекторе, а верхние их концы - в полости крышки, верхний конец трубки срыва вакуума сообщен с полостью крышки, а нижний конец выполнен в виде петли, направлен вверх и сообщен с атмосферой, при этом нижний уровень петли установлен выше уровня входных каналов корпуса коллектора. Нижние концы сливной трубки, всасывающей трубки и трубки-датчика уровня жидкости установлены соответственно в стакане через отверстие перегородки корпуса коллектора, в коллекторе выше уровня входных каналов и в радиальном отверстии перегородки коллектора, а верхние концы установлены в полости крышки, причем верхний конец сливной трубки установлен выше верхнего конца всасывающей трубки, но ниже верхнего конца датчика уровня жидкости, а отверстия на стенках трубки датчика уровня жидкости выполнены ниже верхнего среза сливной трубки.
Сущность предлагаемого изобретения приведена на рисунках, где Фиг. 1 - Общий вид сифона, Фиг. 2 - Конструктивная схема сифона, Фиг. 3 - Конструктивная схема сифона с накопительной емкостью в разрезе, Фиг. 4 вид А на Фиг. 3.
Сифон 1 (Фиг. 1) содержит всасывающую 2 и сливную 3 трубки, трубку-датчик уровня жидкости 4, питающую трубку 5 с краном 6 и коленом 7, крышку 8 с трубкой срыва вакуума 9, коллектора 10 с корпусом 11, стаканом 12, входными каналами 13 и выходным патрубком 14. На выходном патрубке 14 посредством резьбы установлен отвод 15 с ушко-соединителем 16. Корпус 11 разделен на верхнюю 17 и нижнюю 18 полости перегородкой 19 с радиальными отверстиями 20 и 21 (Фиг. 2 и Фиг. 3). Нижние концы всасывающей трубки 2, сливной трубки 3 и трубки-датчика уровня жидкости 4 установлены соответственно в полости 17, в стакане 11 через радиальное отверстие 20 ниже уровня выходного патрубка 14 и в радиальном отверстии 21, а верхние концы установлены в полости 22 крышки 8, при этом верхний конец сливной трубки установлен выше верхнего конца всасывающей трубки, но ниже верхнего конца датчика уровня жидкости, а отверстия 23 на стенках трубки датчика уровня жидкости 4 выполнены ниже верхнего среза сливной трубки. Верхний конец трубки срыва вакуума 9 сообщен с полостью 22 крышки 8, а нижний конец 24 выполнен в виде петли 25 и направлен вверх, при этом нижний уровень петли 25 установлен выше уровня входных каналов 13. Для устойчивой подачи жидкости в накопительную емкость 26 с крышкой 27 конец питающей трубки 5 вставлен в ушко-соединитель 16 с нижней стороны колена 7, нижним концом посредством крана 6 жестко установлен в ушко-соединитель 16 и выходом направлен в накопительную емкость 26. Посредством выходного патрубка 14 и отвода 15 сифон 1 устанавливают в накопительной емкости 26 и закрывают крышкой 27 (Фиг.3 и Фиг.4). Сифон 1 готов к работе.
Работает сифон 1 следующим образом. Рабочая жидкость с небольшим расходом, задаваемым краном 6 через питающую трубку 5, установленную в ушке-фиксаторе 16, и колено 7, поступает в накопительную емкость 26 и медленно накапливается в ней и в полости всасывающей трубки 2 сифона 1 через входные каналы 12, так как полость 17 герметично отделена от полости 18 (от атмосферы) посредством перегородки 19 с радиальными отверстиями 20 и 21 и установленными в них соответственно сливной трубкой 3 и трубкой-датчиком уровня жидкости 4 (начало цикла "накопление"). Уровень жидкости в накопительной емкости 26 и в полости всасывающей трубки 2 медленно поднимается и при достижении нижнего конца 24 трубки срыва вакуума 9 заполняет петли 25, вытесняя воздух из нее в атмосферу через верхний ее конец, полость 22, отверстия 23, трубку-датчик уровня жидкости, полость 18 и проходные сечения выходного патрубка 14 и отвода 15. Далее уровень жидкости поднимается одновременно в накопительной емкости 26, в полости высасывающей трубки 2 и в трубке срыва вакуума 9. При достижении уровня жидкости в накопительной емкости 26 к верхнему уровню (ВУ) отверстия 23 (Фиг.3) трубки-датчика уровня жидкости 4 начинают сливать жидкость из полости 22 в полость 18 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 12 и, затапливая нижний срез сливной трубки 3 и создавая эффект эжекции, высасывает воздух из полости 22 через верхний конец трубки-датчика уровня жидкости 4 и сливается в атмосферу через проходные сечения выходного патрубка 14 и отвода 15. После затопления нижнего среза сливной трубки 3, благодаря непрерывному возрастанию вакуума в полости 22, 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 многократно, сливает жидкость из емкости 26 с крышкой 27 в атмосферу к потребителю через полость 18 и проходные сечения выходного патрубка 14 и отвода 15 (начало цикла "слив").
Уровень жидкости в емкости 26 начинает снижаться и при достижении нижнего уровня (НУ), что соответствует уровню ниже уровня петли 25, в полости всасывающей трубки 2 сифона ниже уровня конца 25 создает вакуум. При этом жидкость из трубки срыва вакуума 9 всасывается в полость 22 и происходит надежное сообщение рабочей полости сифона 1 с атмосферой через верхний конец 24, так как уровень конца 24 трубки срыва вакуума 9 находится много выше нижнего уровня воды в емкости 26, что исключает попадание подводимого расхода q в трубку срыва вакуума 9. Происходит срыв вакуума, сифон 1 прекращает слив жидкости из емкости 26, жидкость из полости всасывающей трубки сливается в накопительную емкость 26, а из полостей сливной трубки 3 и трубки-датчика 4 в полость 17 и далее в атмосферу через проходные сечения выходного патрубка 13 и отвода 14, при этом стакан 11 остается заполненным, а нижний конец сливной трубки 3 затопленным в ней (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 26 с подводимым расходом q и быстрого его слива с расходом Q автоматически повторяются.
Таким образом, путем размещения сливной трубки 3, трубки-датчика уровня жидкости 4 в полости сифона и установки их нижних концов в коллекторе 10 с входными каналами 13 и выходным патрубком 14, а верхних концов в полости 22 крышки 8 и снабжения сифона механизмом срыва вакуума в виде трубки срыва вакуума 9 достигнуто упрощение конструкции, компактность сифона и надежный срыв вакуума независимо от скорости понижения уровня жидкости в накопительной емкости 26, что позволило упростить конструкцию сифона и обеспечить работоспособность при увеличении диапазона изменения подводимого расхода.
слив
слив
В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2011 году были изготовлены экспериментальные образцы предлагаемого сифона. Испытания двух образцов в лабораторных условиях показали высокую надежность, удобство в эксплуатации и работоспособность в большом диапазоне изменения подводимого расхода. Максимальный подводимый расход этих сифонов приближается к Q, тогда как у прототипа это значение не превышает 0,15Q. Отработав более 600 часов с циклом "накопление-слив" продолжительностью 20 мин, отказов не наблюдалось. При этом время полного запуска сифона составило - 5…6 сек, время разряжения сифона после опорожнения емкости 26 - 1…2 сек.
Применение предлагаемого изобретения в народном хозяйстве повысит надежность и эффективность систем гидроавтоматики, где требуется автоматически преобразовать непрерывный поток жидкости с малым расходом в дискретный поток с большим расходом.
Источники информации
1. Патент РФ №2175831, кл. A01G 25/00 (Сифон - позиции 4 и 13 на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3).
2. Патент РФ №2306460, кл. F04F 10/00 (прототип).