RU2100663C1

RU2100663C1 - Vacuum producing device

Info

Publication number: RU2100663C1
Authority: RU
Inventors: Э.А. Бишоф; А.В. Гинц; Ю.П. Жегалев; Н.Н. Ковальчук; А.А. Тилк
Original assignee: Акционерное общество "Северный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации"
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: handling liquids by direct action of vacuum, such as for water-supply systems or amelioration work. SUBSTANCE: Device has siphon and air-outlet tube. The latter communicates through valve with top parts of siphon and with closed tank wherein vacuum is to be created. Siphon top is asymmetric T-piece whose ends are placed in sealed tank at different levels. T-piece end placed at lower level has throttle. Valve is made in the form of shell. Shell bottom closes outlet hole of air-outlet tube. Air-inlet side holes are made in top part of shell. Top and bottom limiters are counted outside the shell. Float is installed between limiters for longitudinal displacement. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относятся к перекачиванию жидкостей непосредственным воздействием разрешенной среды и касается, в частности, вопроса водоподъема при проведении, мелиоративных и водохозяйственных работ. The invention relates to the pumping of liquids by direct exposure to a permitted medium, and relates, in particular, to the issue of water lifting during reclamation and water management works.

Известно устройство для осуществления водоподъема и отведения избыточных почвенно-грунтовых вод вакуумированием скважин включающее вакуум-насос, установленный на поверхности земли, и погружной насос, помещенный в скважину, напорный трубопровод которого выведен на поверхность земли (Б М.Дегтярев Дренаж в промышленном и гражданском строительстве. М. Стройиздат, 1990, с. 197, рис. V, 16 б). Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и большая энергоемкость. A device for carrying out water lifting and drainage of excess soil and ground water by evacuating wells includes a vacuum pump installed on the surface of the earth, and a submersible pump placed in the well, the pressure pipe of which is brought to the surface of the earth (B. M. Degtyarev Drainage in industrial and civil engineering M. Stroyizdat, 1990, p. 197, fig. V, 16 b). The disadvantages of the known device are the design complexity and high energy consumption.

Известна конструкция водонапорной башни, включающая собственно башню, резервуар, водовод и насосную станцию В. А. Розин.( Мелиорация с основами сельскохозяйственного водоснабжения, М.-Л. Сельхозиздат, 1954, с. 334, рис. 168). The construction of a water tower is known, including the tower, reservoir, water pipe and pumping station V. A. Rozin. (Land reclamation with the basics of agricultural water supply, M.-L. Selkhozizdat, 1954, p. 334, Fig. 168).

Недостатками известной конструкции являются высокая стоимость сооружения и как и в первом случае большие эксплуатационные затраты на содержание насосного оборудования. The disadvantages of the known design are the high cost of construction and, as in the first case, the high operational costs of maintaining pumping equipment.

Известно устройство для создания разрежения, содержащее сифон с восходящим и нисходящим участками и воздухоотводящую трубку, сообщенную посредством клапана с верхними частями сифона и замкнутой емкости, в которой необходимо создать разрежение (Ав. св. СССР N 1126728, М. кл. F 04 F 10/02, 1983). A device for creating a vacuum, containing a siphon with ascending and descending sections and an air pipe communicated by means of a valve with the upper parts of the siphon and a closed container in which it is necessary to create a vacuum (Av. St. USSR N 1126728, M. CL F 04 F 10 / 02, 1983).

Недостатками известного устройства являются сложность его конструкции, обусловленная наличием клапанного устройства и механизма управления, низкая надежность вследствие применения системы клапанов и высокие эксплуатационные затраты, связанные с необходимостью обслуживания большого количества движущихся частей. The disadvantages of the known device are the complexity of its design, due to the presence of a valve device and a control mechanism, low reliability due to the use of a valve system and high operating costs associated with the need to service a large number of moving parts.

Задачей изобретения является упрощение конструкции за счет отказа от большого количества движущихся частей с одновременным снижением стоимости монтажа и эксплуатации устройства. The objective of the invention is to simplify the design due to the rejection of a large number of moving parts while reducing the cost of installation and operation of the device.

Результат изобретения достигается тем, что в устройстве для создания разрежения, содержащею сифон с восходящим и нисходящим участками и воздухоотводящую трубку, сообщенную посредством клапана с верхними частями сифона и замкнутой емкости, в которой необходимо создать разрежение, вершина сифона выполнена в виде герметичной емкости, в которую выведены воздухоотводящая трубка и восходящий и нисходящий участки сифона, причем второй выполнен в виде асимметричного тройника, концы которого расположены на разных уровнях, и конец тройника, расположенный на нижнем уровне, снабжен дросселем, а клапан выполнен в виде стакана, дно которого расположено с перекрытием выходного отверстия воздухоотводящей трубки, а в верхней части стакана выполнены боковые воздухоподводящие отверстия, а на его наружной поверхности закреплены верхний и нижний ограничители, между которыми с возможностью продольного перемещения установлен поплавок
На чертеже показано устройство для создания разрежения, разрез по оси устройства.The result of the invention is achieved by the fact that in the device for creating a vacuum containing a siphon with ascending and descending sections and an air tube communicated by means of a valve with the upper parts of the siphon and a closed container in which it is necessary to create a vacuum, the top of the siphon is made in the form of a sealed container into which the air outlet tube and the ascending and descending sections of the siphon are withdrawn, the second being made in the form of an asymmetric tee, the ends of which are located at different levels, and the end of the tee, laid at the lower level, is equipped with a throttle, and the valve is made in the form of a glass, the bottom of which is located with the outlet of the air outlet tube overlapping, and lateral air inlets are made in the upper part of the glass, and upper and lower stops are fixed on its outer surface, between which it is possible longitudinal movement mounted float
The drawing shows a device for creating a vacuum, a cut along the axis of the device.

Вершина сифона выполнена в виде герметичной емкости 1, в которую введены восходящий и нисходящий его участки 2 и 3, противоположные концы которых опущены соответственно под уровень воды водотоков, имеющих между собой перепад уровней величиной h. The top of the siphon is made in the form of a sealed container 1, into which its ascending and descending sections 2 and 3 are introduced, the opposite ends of which are lowered respectively under the water level of streams with a level difference of h.

Нисходящий участок 3 сифона внутри герметичной емкости 1 выполнен в виде асимметричного тройника 4, концы которого расположены на разных уровнях и конец тройника, расположенный на нижнем уровне, снабжен дросселем 5. The descending section 3 of the siphon inside the sealed container 1 is made in the form of an asymmetric tee 4, the ends of which are located at different levels and the end of the tee located at the lower level is equipped with a choke 5.

Герметичная емкость 1, вершина сифона, сообщена посредством клапана воздухоотводящей трубки 6 с замкнутой емкостью 7, в которой необходимо создавать разрежение. Конец воздухоотводящей трубки 6, расположенный внутри герметичной емкости 1, снабжен клапаном, выполненные в виде стакана 8, дно которого расположено с перекрытием выходного отверстия воздухоотводящей трубки 6. В верхней части стакана 8 выполнены боковые воздухоподводящие отверстия 9, а на его наружной поверхности закреплены верхний и нижний ограничители 10, между которыми с возможностью продольного перемещения установлен поплавок 11. Замкнутая емкость 7, выполненная в виде, например, накопительного резервуара водоподъемной башни, снабжена водоподъемной и водораздающей трубками 12 и 13, оборудованными клапанами 14. Замкнутая емкость 7 располагается таким образом, чтобы перепад между максимальным уровнем воды в ней и водотоке водоисточнике не превышал максимально-возможной величины разрежения, развиваемой сифоном, теоретически достигающей 10 м водяного столба. The sealed container 1, the top of the siphon, is communicated through the valve of the air exhaust pipe 6 with a closed tank 7, in which it is necessary to create a vacuum. The end of the air exhaust pipe 6, located inside the sealed container 1, is equipped with a valve made in the form of a glass 8, the bottom of which is located with the outlet of the air exhaust pipe 6. The upper part of the glass 8 has lateral air supply openings 9, and the upper and lower limiters 10, between which a float 11 is installed with the possibility of longitudinal movement. A closed tank 7, made in the form, for example, of a storage tank of a water-lifting tower, is provided water-lifting and water-distributing tubes 12 and 13 equipped with valves 14. The closed tank 7 is located so that the difference between the maximum water level in it and the water source water source does not exceed the maximum possible vacuum developed by the siphon, theoretically reaching 10 m water column.

Предлагаемое устройство для создания разрежения работает следующим образом. The proposed device for creating a vacuum is as follows.

Для включения устройства производят одним из известных способов зарядку сифона, например путем погружения его вершины под уровень воды до полного заполнения полости герметичной емкости 1 водой. При последующем подъеме вершины сифона вода из герметичной емкости 1 устремляется в восходящий 2 и нисходящий 3 участки сифона, противоположные концы которых расположены под уровнем воды водотоков, имеющих между собой перепад уровней воды величиной h, включая сифон в работу. После включения сифона уровень воды в емкости 1 снижается, что приводит к тому, что стакан 3, опираясь верхним ограничителем 10 на поплавок 11, опускается дном на конец воздухоотводящей трубки 6, перекрывая воздушный поток, поступающий по воздухоотводящей трубке 6 из замкнутой емкости 7. При движении воды по нисходящему участку 3 сифона при перекрытой воздухоотводящей трубке 6 происходит подсос воздуха из воздушной полости над уровнем воды в герметичной емкости 1 в поток воды, движущейся по нисходящему участку 3 сифона через конец асимметричного тройника 4, расположенный на верхнем уровне над уровнем воды в емкости 1. В нисходящем участке 3 сифона формируется водовоздушный поток, подчиняющийся законам движения двухфазных жидкостей с режимами движения от "пузырькового" до "снарядного". При этом наиболее выгодный гидравлический режим движения смеси для данной конструкции устройства в зависимости от ее высотного положения регулируется дросселем 5, установленным на конце асимметричного тройника 4, расположенном на нижнем уровне под уровнем воды в емкости 1. Отсос воздуха из воздушной полости герметичной емкости 1 приводит к увеличению степени разрежения и, в свою очередь, вызывает подъем уровня воды в ней. To turn on the device, one of the known methods is used to charge the siphon, for example, by immersing its top under the water level until the cavity of the sealed container 1 is completely filled with water. With the subsequent rise of the top of the siphon, water from the sealed container 1 rushes into the ascending 2 and descending 3 sections of the siphon, the opposite ends of which are located under the water level of streams with a water level difference of h, including a siphon for work. After the siphon is turned on, the water level in the tank 1 decreases, which leads to the fact that the glass 3, resting on the float 11 with the upper limiter 10, lowers its bottom to the end of the air exhaust pipe 6, blocking the air flow coming through the air exhaust pipe 6 from the closed vessel 7. When the movement of water along the descending section 3 of the siphon with a blocked exhaust pipe 6, air is sucked from the air cavity above the water level in the sealed container 1 into the flow of water moving along the descending section 3 of the siphon through the end of the asymmetric about tee 4, located at the upper level above the water level in tank 1. In the descending section 3 of the siphon, a water-air flow is formed, obeying the laws of motion of two-phase liquids with movement modes from "bubble" to "shell". In this case, the most advantageous hydraulic mode of the mixture for this device design, depending on its height position, is regulated by a throttle 5 mounted on the end of the asymmetric tee 4 located at a lower level below the water level in the tank 1. The air suction from the air cavity of the sealed container 1 leads to increase the degree of rarefaction and, in turn, causes a rise in the water level in it.

При подъеме уровня воды в емкости 1 поплавок 11 всплывает и, воздействуя на верхний ограничитель 10, поднимает стакан 8, открывая доступ воздуха в полость емкости 1 через воздухоподводящие отверстия 9 по воздухоотводящей трубке 6 из замкнутой емкости 7. При впуске очередной порции воздуха происходит резкое уменьшение величины разрежения в емкости 1 и, как следствие, снижение уровня воды в ней, сопровождающееся резким опусканием стакана 8 и закрытием клапана на воздухоотводящей трубке 6, что при дозированном, в соответствии с пропускной способностью нисходящего участка 3 сифона, отведении воздуха в составе водовоздушной смеси, не вызывает разрядки сифона. Процесс отвода воздуха сопровождается постепенным подъемом уровня воды по водоподъемной трубе 12 при открытом на ней кране 14 и заполнением водой замкнутой емкости 7 при закрытом кране 14 на водораздающей трубке 13. После заполнения замкнутой емкости 7 (в этом случае по трубке 6 в емкость 1 будет поступать вода) движение водовоздушной смеси прекращается и по нисходящему участку 3 сифона сбрасывается чистая вода без включения пузырьков воздуха. При поступлении в емкость 1 очередной порции воздуха (например, при его выделении из накопленного объема воды или подсоса через неплотности соединений) устройство автоматически начинает его отведение в составе образующейся водовоздушной смеси, обеспечивая поддержание максимально возможного уровня воды в замкнутой емкости 7. При использовании накопленной в емкости 7 воды путем манипуляций кранами 14 устройство сохраняет в полости емкости 1 неизменную степень разрежения, пополняя запасы воды в емкости 7 после восстановления ее герметичности. When the water level in the tank 1 rises, the float 11 pops up and, acting on the upper limiter 10, raises the cup 8, allowing air to enter the cavity of the tank 1 through the air supply holes 9 through the air exhaust pipe 6 from the closed tank 7. At the inlet of the next portion of air, a sharp decrease occurs the amount of rarefaction in the tank 1 and, as a consequence, a decrease in the water level in it, accompanied by a sharp lowering of the glass 8 and closing of the valve on the vent pipe 6, which, when dosed, in accordance with the throughput, is capable of Due to the descending section of the 3 siphon, air removal in the composition of the water-air mixture does not cause siphon discharge. The process of air exhaust is accompanied by a gradual rise in the water level through the riser pipe 12 when the valve 14 is open on it and when the closed container 7 is filled with water when the valve 14 is closed on the water distribution pipe 13. After filling the closed container 7 (in this case, the pipe 1 will receive into the container 1 water) the movement of the water-air mixture is stopped and clean water is discharged along the descending section 3 of the siphon without the inclusion of air bubbles. When the next portion of air enters the tank 1 (for example, when it is extracted from the accumulated volume of water or suction through leakages of the connections), the device automatically starts its diversion as part of the resulting air-water mixture, ensuring that the maximum possible water level is maintained in the closed tank 7. When using the water tank 7 by manipulating the taps 14, the device maintains a constant vacuum in the cavity of the tank 1, replenishing the water in the tank 7 after restoring it hermetically ty.

В отличие от известного устройства предлагаемая конструкция устройства позволяет значительно упростить конструкцию за счет отказа от большого количества движущихся частей с одновременным снижением стоимости ее монтажа и эксплуатации. In contrast to the known device, the proposed device design can significantly simplify the design by rejecting a large number of moving parts while reducing the cost of its installation and operation.

Еще одним преимуществом описываемой конструкции устройства является то, что полости устройства и герметичной накопительной емкости связаны лишь воздушной трубкой, это позволяет при использовании для создания разрежения технической (грязной) воды водотока, обеспечить поступление в накопительную емкость воды, пригодной для полива, водоснабжения или водопоя в зависимости от качества воды в водоисточнике под уровень воды в котором опущена водоподъемная труба. Another advantage of the described device design is that the cavities of the device and the hermetic storage tank are connected only by an air tube, which, when used to create a dilution of technical (dirty) water of a watercourse, ensures that water suitable for irrigation, water supply or watering in depending on the quality of the water in the water source under the water level in which the riser is lowered.

В зависимости от положения уровня воды в водотоке (водоисточнике) предлагаемая конструкция устройства для создания разрежения может выполнять следующие функции:
обеспечить глубокое, ниже уровня воды в водотоке, понижение уровня грунтовых вод при расположении накопительной емкости на поверхности земли и ее последующем опорожнении в водоток;
обеспечить подъем воды из водоисточника на уровень поверхности земли и последующим ее использованием для осуществления поверхностного полива или водопоя сельскохозяйственных животных;
обеспечить заполнение накопительной емкости на высоте 8 10 м над уровнем воды в водотоке с последующим ее использованием для орошения или водоснабжения.Depending on the position of the water level in the watercourse (water source), the proposed design of the device for creating a vacuum can perform the following functions:
to provide a deep, below the water level in the watercourse, lowering of the groundwater level when the storage tank is located on the earth's surface and its subsequent discharge into the watercourse;
to ensure the rise of water from the water source to the surface of the earth and its subsequent use for surface irrigation or watering of farm animals;
ensure the filling of the storage tank at an altitude of 8 10 m above the water level in the watercourse with its subsequent use for irrigation or water supply.

Claims

A device for creating a vacuum containing a siphon with ascending and descending sections and an air outlet pipe communicated by means of a valve with the upper parts of the siphon and a closed container, in which it is necessary to create a vacuum, characterized in that the top of the siphon is made in the form of a sealed container into which the air outlet pipe and the ascending and descending sections of the siphon, the second made in the form of an asymmetric tee, the ends of which are located at different levels, and the end of the tee located on the lower A ram is equipped with a throttle, and the valve is made in the form of a cup, the bottom of which is located with the outlet of the air outlet tube overlapping, lateral air inlets are made in the upper part of the cup, and upper and lower stops are fixed on its outer surface, between which a float is mounted with the possibility of longitudinal movement .