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, содержащий всасывающее и сливное колено и механизм запуска сифона, при этом всасывающая трубка всасывающего колена снабжена воздушным колпаком и стаканом, а механизм запуска сифона выполнен из упомянутых частей всасывающего колена и сливной трубки сливного колена. В этом сифоне 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 всасывающей трубки всасывающего колена выполнено меньше щелевого проходного сечения стакана, но больше проходного сечения сливной трубки сливного колена [Патент РФ №2506465, кл. F04F 10/00 от 10.02.2014 г. Бюл. №4].
Недостатками этого сифона являются сложность конструкции, невысокая надежность, неудобство в эксплуатации и большой разброс расхода слива. Выполнение воздушного колпака заодно с всасывающей трубкой не позволяет сократить разницу между начальным и конечным напорами слива, что приводит к значительному разбросу расхода слива и нарушению требования к параметрам расхода со стороны потребителя. Изменения положения сливной трубки на 90° против часовой стрелки и обратно при каждой новой зарядке сифона (перед сезоном или после каждой промывки накопительной емкости) приводит к ослаблению узла соединения всасывающего колена со сливным коленом, в результате чего происходит частичная разгерметизация сифона и снижение надежности его работы.
Наиболее близким техническим решением является сифон, содержащий всасывающее колено с высасывающей трубкой, воздушным колпаком и стаканом, сливное колено со сливной трубкой и механизм запуска сифона, выполненного из упомянутых частей всасывающего и сливного колена. В этом сифоне стакан установлен вверх дном, герметично закрыт крышкой с нижней стороны и снабжен выходным боковым штуцером у донышка, высасывающая трубка нижним концом герметично установлена в стакане через его донышко, а верхним концом возвышена над донышком и снабжена воздушным колпаком, при этом нижняя кромка сливной трубки установлена выше нижней кромки всасывающей трубки, кроме того сливная трубка сливного колена снабжена муфтой соединения с трубкой-сапуном [Патент РФ №2557879, кл. F04F 10/10 от 27.07.2015 г. Бюл. №21 (прототип)].
Недостатками этого сифона являются сложность конструкции, невысокая надежность и неудобство в эксплуатации. Выполнение всасывающего колена в виде всасывающей трубки, установленной в стакане и центрированной в нижней части крышкой с направляющими ребрами с внутренней стороны приводят к уменьшению проходных сечений, увеличению вероятности засорения и ухудшению запуска сифона, что в конечном результате усложняют конструкцию и снижают надежность сифона в целом. Поступление подводимого расхода воды из крана прямо в накопительную емкость в момент окончания «слива» создает волны на поверхности воды в емкости, что ухудшает срыв вакуума сифона и приводит к частичному параметрическому или полному отказу работы сифона. Резьбовое соединение всасывающего и сливного колена в ходе эксплуатации приходит в негодность из-за частой разборки для промывки накопительной емкости и проходных сечений сифона. При каждой промывки накопительной емкости необходимо отсоединить сливное колено от приемной трубки потребителя, что создает неудобство в эксплуатации.
Целью предполагаемого изобретения является упрощение конструкции сифона, повышение надежности в работе и улучшение удобства в эксплуатации.
Поставленная цель достигается тем, что в сифоне, содержащем всасывающее колено с воздушным колпаком, заглушкой и всасывающей трубкой с боковым выходным штуцером, сливное колено с муфтой, сливной трубкой и трубкой сапуном и механизм запуска сифона, выполненного из упомянутых частей всасывающего и сливного колена, всасывающая трубка по оси разделена перегородкой на две части, заглушена внизу полностью, а наверху в части со стороны выходного штуцера, при этом нижняя часть перегородки выполнена выше нижней кромки всасывающей трубки, воздушный колпак установлен в верхней части всасывающей трубки и выполнен буртиком с вырезом, причем вырез направлен в сторону выходного штуцера, кроме того выходной штуцер снабжен крепежной гайкой, а его конец и входной канал сливного колена выполнены гладкими для их соединения между собой скользящей посадкой.
Сущность предполагаемого изобретения приведена на рисунках, где Фиг. 1 - Общий вид сифона, Фиг. 2 - Конструктивная схема сифона, Фиг. 3 - вид - А на Фиг. 2, Фиг. 4 - Конструктивная схема всасывающей трубки всасывающего колена, Фиг. 5 - Вид Б на Фиг. 4, Фиг. 6 - Вид В на Фиг. 4, Фиг. 7 - Схема установки сифона и питающей трубки к накопительной емкости, Фиг. 8 - Вид Г на Фиг. 7, Фиг. 9 - Схема зарядки сифона, Фиг. 10 - Состояние сифона после его зарядки, Фиг. 11 - Рабочая схема монтажа сифона с накопительной емкостью и потребителем (вариант потребителя - приемный патрубок и поливные трубки с водовыпусками), Фиг. 12 - Состояние сифона перед запуском в работу, Фиг. 13 - Состояние сифона после запуска в работу (происходит слив жидкости из накопительной емкости свободно в атмосферу), Фиг. 14 - Состояние сифона после окончания его работы (прекращается свободный слив жидкости из накопительной емкости).
Сифон 1 (Фиг. 1), содержит всасывающее 2 и сливное 3 колена. Всасывающее колено 2 (Фиг. 2) состоит из воздушного колпака 4, заглушки 5 и всасывающей трубки 6 (Фиг. 4) с разделительной перегородкой 7 по оси и боковым выходным штуцером 8, выполненного гладким концом 9 и снабженного крепежной гайкой 10. Всасывающая трубка 6 заглушена внизу полностью, а наверху в части со стороны выходного штуцера, при этом нижняя часть перегородки 7 выполнена выше нижней кромки всасывающей трубки 6 (Фиг. 4, Фиг. 5 и Фиг. 6). Сливное колено 3 состоит из муфты соединения 11 с гладким входным каналом 12, сливной трубки 13 и трубки сапуна 14. Всасывающее колено 2 соединено со сливным коленом 3 путем скользящей посадки гладкого конца 9 выходного штуцера 8 и гладкого входного канала 12 муфты 11 и зафиксировано фиксатором 15, при этом нижняя кромка сливной трубки 13 установлена выше нижней кромки разделительной перегородки 7 всасывающей трубки 6. Сифон 1 имеет механизм запуска сифона, выполненного из упомянутых частей всасывающего и сливного колена. Воздушный колпак 4 установлен в верхней части всасывающей трубки 6 и выполнен буртиком 16 с вырезом 17 (Фиг. 3).
Для подготовки сифона 1 к работе необходимо установить его в емкости 18 с крышкой 19 и отверстием 20, закрепить к боковой стенке емкости питающую трубку 21 посредством, установленного над сифоном крана 22 с регулирующим флажком 23 (Фиг. 7 и Фиг. 8) и произвести его зарядку.
Установить сифон 1 в емкости 18 следующим образом (Фиг. 7)
Отсоединить сливное колено 3 от всасывающего колена 2, открутить крепежную гайку 10, поместить всасывающее колено 2 в емкость 18 и, направив всасывающую трубку 6 вертикально вниз, вставить выходной боковой штуцер 8 в отверстие 20 и закрепить к стенке крепежной гайкой 10. Сливное колено 3 соединить с всасывающим коленом 2 посредством скользящей посадки гладкого конца 9 и гладкого входного канала 12, направить конец сливной трубки 13 вертикально вниз и зафиксировать фиксатором 15 (Фиг. 7 и Фиг. 8).
Произвести зарядку сифона 1 следующим образом (Фиг. 9). Снять воздушный колпак 4 от всасывающей трубки 6 путем вытягивания его вверх не-большим усилием не допуская отклонения всасывающего колена 2 от вертикального положения. Наполнить воздушный колпак 4 рабочей жидкостью и вылить во всасывающую трубку 6. Подачу рабочей жидкости во всасывающую трубку 6 продолжить до появления истечения жидкости из сливной трубки 13. После истечения рабочей жидкости из сливной трубки 13 воздушный колпак 4 установить на верхнем конце всасывающей трубки 6, продавливая на него с небольшим усилием и не допуская отклонения всасывающего колена 2 от вертикального положения (зарядка сифона завершена). Зарядка сифона 1 - это заполнение всасывающей трубки 6 рабочей жидкостью до внутреннего нижнего уровня бокового выходного штуцера 8. (Фиг. 10).
Далее емкость 18 закрыть крышкой 19 и сифон 1 посредством муфты соединения 11 соединить с приемным патрубком 24 потребителя (Фиг. 11), состоящего, например, из поливных трубок 25 с водовыпусками 26 (Фиг. 12).
Сифон 1 готов к работе.
Работает сифон 1 следующим образом. Рабочая жидкость с небольшим расходом q, задаваемым краном 22 и регулирующим флажком 23, через питающую трубку 21 поступает в накопительную емкость 18 и медленно накапливается в ней до уровня нижней кромки воздушного колпака 4 (нижний уровень - НУ), не совершая никакого воздействия на состояние сифона 1 (Фиг. 14). Далее начинается накопление жидкости в емкости выше НУ (начало режима «накопление»). Уровень жидкости в накопительной емкости 18 медленно поднимается. Поднимается уровень жидкости также в полости воздушного колпака 4, но с отставанием от уровня в емкости 18, так как ее повышению препятствуют воздух в колпаке 4 и в верхней части всасывающей трубки 6 и столб рабочей жидкости во всасывающей трубки 6. В пери-од повышения уровня жидкости в емкости 18 под действием столба рабочей жидкости в емкости сжимается воздух в колпаке 4 и медленно выжимает жидкость из всасывающей трубки 6 в атмосферу через крышку 5, выходной боковой штуцер 8 с крепежной гайкой 10 и гладким цилиндрическим концом 9, муфту соединения 11 с входным каналом 12, фиксатором 15 и сливную трубку 13. При этом уровень жидкости в колпаке 4 приближается к верхней кромке всасывающей трубки 6, а уровень жидкости во всасывающей трубке 6 с левой стороны опускается и приближается к нижней кромке разделительной перегородки 7. Равновесие сжатого воздуха в колпаке 4 и во всасывающей трубке 6 поддерживается, с одной стороны, столбом накопленной жидкости в емкости 18, находящимся выше нижней кромки воздушного колпака 4, а с другой стороны - столбом жидкости во всасывающей трубке 6 справой стороны разделительной перегородки 7 (Фиг. 11). При достижении уровня жидкости в емкости 18 верхнего уровня (ВУ), благодаря особым размерам воздушного колпака 4 и всасывающей трубки 6, уровень жидкости в колпаке 4 по-прежнему остается ниже уровня верхней кромки всасывающей трубки 6, а сжатый воздух, преодолевая нижнюю кромку разделительной перегородки 7, попадает в правую сторону разделительной перегородки 7 и снижает плотность жидкости, находящейся в правой стороне всасывающей трубки 6. Далее попадание воздуха в правую сторону всасывающей трубки 6 и процесс снижения плотности рабочей жидкости в ней принимает нарастающий характер. Равновесие сжатого воздуха в колпаке 4 и во всасывающей трубке 6 резко нарушается, и столб жидкости в емкости 18, выдавливая воздух из воздушного колпака 4 и левой стороны высасывающей трубки 6 в атмосферу через сливную трубку 13, муфту соединения 11 и трубку-сапун 14, с большим расходом Q, превышающим подводимый расход q многократно, сливается из емкости 18 с крышкой 19 в трубку потребителя 24 через воздушный колпак 4, всасывающую трубку 6, выходной боковой штуцер 8, сливную трубу 13, муфту соединения 11 с трубкой-сапуном 14. (начало режима «слив») (Фиг. 13).
Уровень жидкости в емкости 18 начинает снижаться (Фиг. 13), и при достижении нижнего уровня (НУ) немного ниже уровня нижней кромки воздушного колпака 4 (Фиг. 14), происходит непрерывное попадание воздуха в полость воздушного колпака 4 и резкий срыв вакуума сифона 1, так как после понижения уровня жидкости ниже верхней кромки воздушного колпака 4 подводимый расход q поступает в накопительную емкость 18 через ограничительный буртик 16 и вырез 17, направленный в сторону выходного штуцера 8, что исключает возможность волнообразования на поверхности уровня жидкости в емкости 18 и нежелательное прерывистое попадание воздуха в воздушный колпак 4 в момент срыва вакуума сифона в конце режима «слив». Работа сифона 1 в режиме «слив» с расходом Q прекращается. Нижний уровень опускается ниже уровня нижней кромки воздушного колпака 4. При этом часть рабочей жидкости из полости воздушного колпака 4 сливается обратно в емкость 18, а часть продолжает сливаться в атмосферу через сливную трубку 13. После срыва вакуума и сообщения полости воздушного колпака 4 с атмосферой, сифон 1 продолжает работать до тех пор, пока уровень рабочей жидкости в левой стороне всасывающей трубки 6 не опустится до уровня нижней кромки сливной трубки 13. При достижении уровня жидкости в левой стороне высасывающей трубке 6 к уровню нижней кромки сливной трубки 13, слив из сифона прекращается (конец цикла «накопление - слив»).
Уравновешиваются столбы жидкости во всасывающей трубке 6 и сливной трубке 13. Левая сторона всасывающей трубки остается заполненной жидкостью до уровня нижней кромки сливной трубки 13, а правая сторона остается заполненный до уровня выходного штуцера 8. Далее жидкость начинает медленно стекать из сливной трубки 13 в атмосферу, а из правой стороны всасывающей трубки 6 в левую сторону, поднимая уровень жидкости в ней. Происходит автоматическая зарядка сифона и его подготовка, к следующему циклу «накопление-слив» (Фиг. 14).
Далее рабочие циклы медленного накопления жидкости в накопительной емкости 18 с подводимым расходом q и быстрого его слива свободно в приемный патрубок 24 потребителя с поливными трубками 25 и водовыпусками 26 автоматически повторяются с расходом Q (Фиг. 12).
Таким образом, благодаря тому, что всасывающая трубка 6 по оси раз-делена перегородкой 7 на две части, заглушена внизу полностью крышкой 5, а наверху в части со стороны выходного штуцера 8, достигнуто увеличение проходных сечений, улучшения условия запуска сифона и снижение вероятности его засорения. Выполнение воздушного колпака 4 с ограничительным буртиком 16 и вырезом 17, направленным в сторону выходного штуцера 8 позволили, исключит волнообразование на поверхности жидкости в емкости 18 в конце режима «слив» и улучшить условия срыва вакуума сифона 1. Выполнение выходного штуцера 8 с крепежной гайкой 10 и гладким концом 9, а сливное колено 3-е гладким входным каналом 12 и фиксатором 15 позволили всасывающее колено прикрепить к стенке емкости 18 непосредственно и соединить его со сливной каленой скользящей посадкой, что упростил уход за оборудованием и увеличил срок его службы.
В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2018 году были изготовлены экспериментальные образцы предлагаемого сифона в количестве 10 шт. Испытания выборочно части образцов в лабораторных условиях и в теплицах приусадебных участков показали высокую надежность и удобство в эксплуатации. Максимальный подводимый расход этих сифонов превысил максимальный требуемый расход для полива теплицы на порядок. Образцы, отработав суммарно более 10000 часов с циклом «накопление-слив» продолжительностью около 2 ч. 30 мин. не совершили ни одного отказа. При этом полный запуск сифона происходил мгновенно, а его срыв вакуума и прекращение режима «слив» происходил надежно.
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.