СИФОН
SIPHON

Изобретение относится к гидроавтоматическим устройствам и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства для автоматического преобразования непрерывного потока жидкости с небольшим расходом 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 [Патент РФ №2175831, кл. А01G 25/00 (Сифон - позиции 4 и 13 на Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3)].
Недостатком этого сифона является сложность конструкции и невысокая надежность в работе. 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 водовы-пусков. Быстрота запуска сифона зависит от производительности эжектора, что трудно обеспечивать при небольших подводимых расходах. 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 колена, 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 [Патент РФ №2306460, кл. F04F 10/00 (прототип)].
Недостатками этого сифона являются сложность конструкции и невысокая надежность в работе. Принцип действия эжектора не позволяет производить быстрый (мгновенный) запуск сифона, что ухудшает параметры расхода слива сифона. Работоспособность в узком диапазоне изменения подводимого расхода резко снижает его применимость в различных отраслях народного хозяйства. 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 предполагаемого изобретения является упрощение конструкции сифона, повышение надежности в работе и увеличение диапазона изменения подводимого расхода.
Поставленная цель достигается тем, что в сифоне, содержащем всасывающее и сливное колена и механизм запуска сифона, всасывающая трубка всасывающего колена снабжена воздушным колпаком и стаканом а механизм запуска сифона выполнен из упомянутых частей всасывающего колена и сливной трубки сливного колена, при этом нижняя кромка воздушного колпака установлена ниже верхней кромки стакана, но выше нижней кромки всасывающей трубки, а нижняя кромка сливной трубки сливного колена установлена ниже нижней кромки воздушного колпака, но выше нижней кромки всасывающей трубки. Объем воздушного колпака выполнен больше, чем объем стакана, а проходное сечение высасывающей трубки всасывающего колена выполнено меньше щелевого проходного сечения стакана, но больше проходного сечения сливной трубки сливного колена.
Сущность предполагаемого изобретения приведена на рисунках, где Фиг.1 - Общий вид сифона, Фиг.2 - Конструктивная схема сифона, Фиг.3 - Схема установки сифона и питающей трубки к накопительной емкости, Фиг.4 - вид А на Фиг.3, Фиг.5 - Схема зарядки сифона, Фиг.6 - Состояние сифона после его зарядки, Фиг.7 - Состояние сифона перед запуском в работу, Фиг.8 - Состояние сифона после запуска в работу (происходит слив жидкости из накопительной емкости) и Фиг.9 - Состояние сифона после окончания его работы (прекращается слив жидкости из накопительной емкости).
Сифон 1 (Фиг.1) содержит всасывающее 2 и сливное 3 колени. Высасывающее колено имеет выходной штуцер 4 и всасывающую трубку 5, снабженную воздушным колпаком 6 и стаканом 7 с ребрами жесткости 8 и упором 9, а сливное колено 3 состоит из муфты соединения 10 и сливной трубки 11 (Фиг.2). Стакан 7 посредством ребер жесткости 8 и упора 9 жестко закреплен к высасывающей трубке 5. Элементы сифона расположены относительно друг друга следующим образом: нижняя кромка воздушного колпака 6 установлена ниже верхней кромки стакана 7, но выше нижней кромки всасывающей трубки 5, а нижняя кромка сливной трубки 11 сливного колена 3 установлена ниже нижней кромки воздушного колпака 6, но выше нижней кромки всасывающей трубки 5, кроме этого объем воздушного колпака 6 выполнен больше, чем объем стакана 7, а проходное сечение всасывающей трубки 5 выполнено меньше щелевого проходного сечения стакана, но больше проходного сечения сливной трубки 11 сливного колена 3.
Для работы сифона 1 необходимо установить его в емкости 12 с крышкой 13 и отверстием 14, закрепить к боковой стенке емкости питающую трубку 15 посредством крана 16 с регулирующим флажком 17 и произвести зарядку сифона 1.
Установить сифон 1 в емкости 12 следующим образом: Открутить сливное колено 3 от высасывающего колена 2, поместить высасывающее колено 2 в емкость 12 и, направив стакан 7 вертикально вниз, вставить выходной штуцер 4 в отверстие 14. Сливное колено 3 закрутить на выходной штуцер 4 посредством соединительной муфты 10 до конца, и направить конец сливной трубки 11 вертикально вниз (Фиг.3 и Фиг.4).
Произвести зарядку сифона 1 следующим образом: Сливную трубку 11 сливного колена 3 поворотом против часовой стрелки направить вертикально вверх, не допуская отклонения стакана 7 от вертикального положения. Налить рабочую жидкость из стакана в сливное колено 3 до ее появления в емкости 12 (Фиг.5). После появления рабочей жидкости в емкости 12 (зарядка сифона завершена), выход сливной трубки 11 поворотом по часовой стрелке установить вертикально вниз, не допуская отклонение стакана 7 от вертикального положения. Зарядка сифона 1 - это наполнение стакана 7 рабочей жидкостью до его верхней кромки (Фиг.6). Емкость 12 закрыть крышкой 13. Сифон 1 готов к работе.
Работает сифон 1 следующим образом. Рабочая жидкость с небольшим расходом q, задаваемым краном 16 и регулирующим флажком 17, через питающую трубку 15 поступает в накопительную емкость 12 и медленно накапливается в ней до уровня нижней кромки воздушного колпака 6 (нижний уровень НУ), не совершая никакого воздействия на состояние сифона 1. Далее начинается накопление жидкости в емкости выше НУ (начало цикла “накопление”). Уровень жидкости в накопительной емкости 12 медленно поднимается. Поднимается уровень жидкости также в полости воздушного колпака 6, но с большим отставанием от уровня в емкости 12, так как ее повышению препятствуют воздух в колпаке 6 и столб воды в стакане 7. В период повышения уровня жидкости в емкости 12 под действием столба воды в емкости сжимается воздух в колпаке 6 и медленно выжимает жидкость из стакана 7 с ребрами 8 и упором 9 в атмосферу через высасывающую трубку 5, выходной штуцер 4, соединительную муфту 10 и сливную трубку 11. При этом уровень жидкости в колпаке приближается к верхней кромке стакана 6, а уровень жидкости в стакане опускается и приближается к нижней кромке сливной трубки 5. Равновесие сжатого воздуха в колпаке бив стакане 7 поддерживается, с одной стороны, столбом накопленной жидкости в емкости 12, находящийся выше нижней кромки воздушного колпака 6, а с другой стороны - столбом жидкости в высасывающей трубке 5 (Фиг.7). При достижении уровня жидкости в емкости 12 верхнего уровня (ВУ), благодаря тому, что объем воздушного колпака выполнен больше, чем объем стакана, а проходное сечение высасывающей трубки 5 выполнено меньше щелевого проходного сечения стакана 7, но больше проходного сечения сливной трубки 11, уровень жидкости в колпаке 6 по-прежнему остается ниже уровня верхней кромки стакана 7, а сжатый воздух, преодолевая нижнюю кромку высасывающей трубки 5, попадает в нее и снижает плотность жидкости, находящейся в ней. Далее попадание воздуха в полость высасывающей трубки 5 и процесс снижения плотности жидкости в ней принимает нарастающий характер. Равновесие сжатого воздуха в колпаке и стакане резко нарушается, и жидкость под давлением столба в емкости 12, выдавливая воздух из воздушного колпака и стакана в атмосферу, сливается из емкости 12 с крышкой 13 в атмосферу к потребителю с большим расходом Q, превышающим подводимый расход q многократно, через воздушный колпак 6, щелевое сечение между стаканом 7 и наружным диаметром высасывающей трубки 5, высасывающую трубку 5, выходной штуцер 4 и сливную трубу 11 (начало цикла “слив”) (Фиг.8).
Уровень жидкости в емкости 12 начинает снижаться, и при достижении нижнего уровня (НУ), что соответствует уровню немного ниже уровня нижней кромки воздушного колпака 6, происходит попадание воздуха в полость воздушного колпака 6 и резкий срыв вакуума сифона 1. Нижний уровень опускается ниже уровня нижней кромки воздушного колпака 6 и обеспечивает резкий срыв вакуума сифона благодаря тому, что диаметр воздушного колпака выполнен значительно больше диаметра сливной трубки 11. При этом часть рабочей жидкости из полости воздушного колпака сливается обратно в емкость 12, а часть продолжает сливаться в атмосферу через сливную трубку 11. После срыва вакуума и сообщения полости воздушного колпака с атмосферой, сифон 1 продолжает работать до тех пор, пока уровень воды в стакане 7 не опустится до уровня нижней кромки сливной трубки 11. При достижении уровня жидкости в стакане к уровню нижней кромки сливной трубки 11 слив из сифона прекращается (конец цикла “накопление - слив”). Уравновешиваются столбы жидкости в высасывающей трубке 5 и сливной трубке 11, стакан 7 остается заполненный водой до уровня нижней кромки сливной трубки 11. Далее жидкость начинает медленно стекать из сливной трубки 11 в атмосферу, а из высасывающей трубки 5 - в стакан 7, поднимая уровень жидкости в стакане 7 и затапливая нижний конец высасывающей трубки 5 (автоматическая зарядка сифона), тем самым подготавливая сифон к следующему циклу “накопление-слив” (Фиг.9).
Далее рабочие циклы медленного накопления жидкости в накопительной емкости 12 с подводимым расходом q и быстрого его слива с расходом Q автоматически повторяются.
Таким образом, путем снабжения всасывающей трубки сифона воздушным колпаком и стаканом, и выполнения механизма запуска сифона из упомянутых частей всасывающего колена и сливной трубки сливного колена, и соблюдая то, что нижняя кромка воздушного колпака установлена ниже верхней кромки стакана, но выше нижней кромки всасывающей трубки, а нижняя кромка сливной трубки сливного колена установлена ниже нижней кромки воздушного колпака, но выше нижней кромки всасывающей трубки, достигнуто упрощение конструкции сифона и повышена его надежность в работе. Выполнение диаметра воздушного колпака значительно больше диаметра сливной трубки 11 позволило увеличить диапазон изменения подводимого расхода q. По сравнению с прототипом исключены из конструкции сифона и механизма его запуска трубки и отверстия малого диаметра, что практически исключает возможность засорения рабочих каналов.
В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2012 году были изготовлены экспериментальные образцы предлагаемого сифона в количестве 6 шт.Испытания двух образцов в лабораторных условиях и четырех образцов в теплицах приусадебных участках показали высокую надежность, удобство в эксплуатации и работоспособность в большом диапазоне изменения подводимого расхода. Максимальный подводимый расход этих сифонов превысил максимальный требуемый расход для полива теплицы в 8 раз. Образцы, отработав суммарно более 21000 часов с циклом “накопление-слив” продолжительностью 3 ч 40 мин., не совершили ни одного отказа. При этом время полного запуска сифона составило - до 0,5 сек, а время разряжения сифона после опорожнения емкости 12 - до 1 сек.
Применение предполагаемого 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.