Пристрій регулювання гідравлічних режимів

Пристрій регулювання гідравлічних режимів, що включає корпус з вхідним і вихідним патрубками, затвор з ущільненням, поплавок, який відрізняється тим, що корпус складається з двох спо Винахід відноситься до трубопровідної арматури, а саме, до автоматичного відведення повітря, або газу, що накопичується в трубопроводах або резервуарах, заповнених проточною водою або іншою рідиною з надлишковим тиском Пристрої регулювання гідравлічних режимів використовуються для зменшення КІЛЬКОСТІ повітря в системах водопостачання, негативний вплив якого на умови їх експлуатації складає виробничу проблему Повітря у герметично діючий трубопровід попадає головним чином трьома шляхами По-перше, до включення насосу трубопровід заповнений повітрям і для повного наповнення його рідиною, це повітря необхідно вилучити В процесі наповнення системи рідиною, повітря рухається попереду потоку і частково виходить назовні через гідранти, крани, клапани, а частково залишається в системі і накопичується у високих точках (внаслідок різниці питомої ваги повітря і рідини), створюючи повітряні пазухи Другим джерелом є розчинене повітря у самій воді В процесі роботи системи це повітря під дією різних факторів (тиск, температура, швидкість) відокремлюється від рідини і акумулюється у високих точках також створюючи повітряні пазухи Третьою причиною накопичення повітря у системі - є проникнення його через негерметичність обладнання та арматуру В першу чергу це стосується насосів, що засмоктують повітря в процесі лучених між собою блоків, верхнього і нижнього, кожен з яких додатково містить розподілювач потоку, виконаний у вигляді ковпака, розміщеного по осі блока і герметично встановленого в його основі, до якого радіально під'єднані трубки, що утримують отвори, діаметрально розташовані протилежно один до одного в напрямі закрутки потоку і сполучених з порожниною ковпака і порожниною блока, а також додатково введено в кожен з блоків пружний амортизатор, що складається з клапана, встановленого на поплавку і еластичної шайби, встановленій на кришці, а зовнішня поверхня поплавків містить лопаті перекачування рідини, а також різних прокладок та ущільнювачів арматури Скопичення великої КІЛЬКОСТІ повітря у високих точках системи (повітряні пазухи) призводять до зменшення пропускної здатності трубопроводу, що тягне за собою збільшення гідравлічних витрат і ВІДПОВІДНО витрат електроенергії, підвищення корозійного зносу труб і арматури Крім того подальше збільшення повітряних пазух призводить до важких наслідків, що створює аварійні ситуації, а саме динаміка систем побудована таким чином, що незважаючи на збільшення швидкості течи рідини, повітря не може просуватись по трубопроводу і тиск у повітряній пазусі перевищує тиск, що створюється насосом, внаслідок чого течія рідини припиняється 3 іншого боку, якщо раптове збільшення швидкості протікання рідини призведе до відокремлювання повітряної пазухи від стінки труби з подальшою його зупинкою в ІНШІЙ ВИСОКІЙ ТО ЧЦІ, це викликає явище хвильового ефекту з різким підвищенням тиску (гідравлічний удар), наслідком чого можуть бути розриви трубопроводу Ці проблеми вирішуються за допомогою повітряних клапанів, які мають різну форму і конфігурацію На СЬОГОДНІШНІЙ день вони поділяються на кінетичні, автоматичні і комбіновані Кінетичні повітряні клапани використовують для випуску великої КІЛЬКОСТІ повітря при заповненні систем водою і швидкого впуску повітря в систему для попередження створення вакууму у випадку припинення подачі води При випуску по ю 59799 вітря клапан залишається відкритим до повного випуску повітря Вихідний отвір закривається поплавком тільки під дією води, що надійшла в корпус клапана Однак кінетичний клапан не випускає повітря з системи, яка знаходиться під тиском незалежно від місця його скопичення і об'єму, це звужує діапазон його застосування і функціональні можливості Автоматичні повітряні клапани вирішують цю проблему і випускають повітря із системи, що знаходиться під тиском на протязі всього часу її роботи При роботі системи під тиском повітря, яке скопичується у верхній частині клапана над поплавком, ВІДТІСНЯЄ воду, що змушує поплавок опуститись під дією власної ваги Опустившись, поплавок відкриває отвір, через який повітря виходить в атмосферу і на його місце тут же поступає вода, піднімає поплавок, який закриває вихідний отвір При накопиченні чергової порції повітря процес повторюється Недоліком автоматичних клапанів є регулювання випуску і впуску незначної КІЛЬКОСТІ повітря в системі водопроводу Комбіновані повітряні клапани одночасно виконують функції кінетичних і автоматичних повітряних клапанів Вони збираються як в одному корпусі, так і в окремих, з'єднаних між собою Головними елементами є корпус, заслонка з гумовим ущільненям і пружини Заслонка знаходиться в закритому положенні і відкривається потоком рідини, що давить на заслонку У випадку припинення подачі рідини, пружина повертає заслонку в закрите положення Запобігти гідравлічному удару дозволяє противага, встановлена на ВІСІ клапана Вона сприяє скорішому і плавному закриттю заслонки, коли потік повертається Ця конструкція попереджає прискорення потоку рідини і таким чином знижує гідравлічний удар (Каталог фірми API Flow Control Accessories, Ізраїль, 1980) Відомий вантуз для випуску повітря із трубопроводу який утримує циліндричний корпус, закритий зверху кришкою з ущільненням і отвором, сполученим з атмосферою Всередині корпусу встановлений направляючий шток із вільно насадженим поплавком у вигляді шарового сегмента з вертикальним каналом для-відводу повітря При заповненні трубопроводу рідиною, повітря виділяється в корпус, обтікає поплавок і виходить в атмосферу По мірі заповнення корпусу рідиною, поплавок спливає по направляючому штоку і затвором щільно перекриває отвір, сполучений з атмосферою Таке положення затвора залишається на весь період безперервної роботи трубопроводу до наступного випуску повітря Після наповнення корпуса вантуза водою, повітря скопичується у його верхній частині При цьому рівень води в корпусі понижується, поплавок разом з клапаном опускається і повітря виходить через отвір в атмосферу (А с СССР №574578, Б И №36, 1977) На такому ж принципі побудовані вантузи по А с СССР №121083, 359477, ненадійність роботи відомих вантузів викликана тим, що при наповненні трубопровіду рідиною, витіснене повітря, стрімким потоком тягне за собою поплавок і передчасно закриває клапан вантуза, а повітря ще залишається у трубопроводі на довгий час і зменшує його пропускну здатність Використання таких вантузів не виключає також виникнення гідравлічних ударів, які руйнують трубопровід Ця проблема вирішувалась винаходом по А с СССР №1296787 БИ №10, 1987р, в якому вхідний патрубок, по якому рідина заповнює корпус, виконано у вигляді труби Вентурі, завдяки чому поплавок розташовано в нижній частині корпусу під дією розрідження, яке має місце внаслідок розгону потоку повітря в області мінімального прохідного січення труби Вентурі, поступово перекриває отвір в атмосферу, що виключає гідравлічний УДар Найбільш близьким по технічній суті і досягаемому ефекту відомий вантуз (А с СССР №1666838, БИ №28, 1991г) Вантуз містить корпус з вихідними патрубками, в якому розміщено поплавок з закріпленим до нього стаканом, порожнина якого у верхній частині сполучена з отворами в корпусі У вихідному патрубку виконані отвори для відводу повітря в атмосферу і встановлений дроселюючій елемент корпусу містить також зворотній клапан для впуску повітря в трубопровід При заповненні трубопровода рідиною, повітря поступає в корпус через отвори вхідного патрубка, обтікає поплавок і стакан і через отвори у вихідному патрубку відводиться в атмосферу Одночасно з цим, при заповненні корпуса рідиною поплавок спливає, оскільки рідина заповнює стакан повільніше, ніж порожнину корпуса, при цьому корпус відокремлений від атмосфери Повітря, що виділяється з рідини, скопичується у верхній частині корпусу і рівень рідини понижується, поплавок опускається під дією власної ваги й ваги рідини в стакані Однак у процесі експлуатації не все повітря виділяється з рідини і скопичується у верхній точці, а частина його обминаючи вантуз, виноситься потоком рідини Крім того при великих швидкостях потоку мають місце зривні вихрові явища, що перешкоджають повному відділенню повітря, а також призводять до передчасного спливання поплавка і перекриття каналу, сполученого з атмосферою, що порушує гідравлічний режим роботи системи В основу виноходу поставлена задача створення такого комбінованого кінетичноавтоматичного пристрою регулювання гідравлічних режимів у системі трубопроводів, що Знаходиться під тиском, який би за рахунок нового конструктивного виконання, шляхом гасіння реакцій швидкісного напору рідини, забезпечив оптимальний режим регулювання гідродинаміки потоку з безперервним автоматичним виділенням всього повітря із системи з одночасним запобіганням виникнення гідравлічних ударів, що підвищить ефективність експлуатації трубопровідної системи Задача вирішується тим, що у відомому пристрої, що включає корпус з вхідним і вихідним патрубками, поплавок, затвор (кришку) з ущільненням, згідно з винаходом корпус складається з двох сполучених між собою верхнього і нижнього блоків, кожен з яких додатково містить розподілювач потоку виконаний у вигляді ковпака розміщеного по ВІСІ блоку і герметично встановленого в його основі, а до ковпака радіальне під'єднані трубки, що утримують отвори, діаметрально розташовані протилежно один до одного в напрямі закрутки 59799 потоку водоповітряної суміші, додатково введено в кожен блок пружний амортизатор, що складається з клапану, встановленого поплавку і еластичної шайби встановленій на кришці (затворі), а зовнішня поверхня поплавків містить лопаті Виконання пристрою з двох блоків, один з яких працює як кінетичний клапан, а другий, як автоматичний, дозволяє створити комбінований повітряний клапан, який може працювати у декількох режимах, що розширює його функціональні можливості При цьому нижній блок, що з'єднаний з водомережею, призначений для випуску і впуску повітря значної продуктивності, коли є скопичення великої КІЛЬКОСТІ водоповітряної суміші Верхній блок призначений для випуску і впуску повітря водопровідної мережі незначної продуктивності, а також з'єднує через свою порожнину з атмосферою порожнину надклапанної зони нижнього блоку Запропоноване виконання комбінованого клапану дозволяє вилучити все повітря з системи в любому режимі Введення розподілювача потоку в вигляді ковпака з протилежно розташованими отворами на його трубках в напрямі закрутки потоку дозволяє зменшити енергію швидкісного напору рідини, яка поступає у корпус пристрою з надлишковим тиском, що забезпечує поплавку кращі аеродинамічні якості, зменшує парусність, що виключає передчасне закриття поплавком випускних отворів Введення пружного амортизатора, виконаного у вигляді, наприклад, клапана встановленого на поплавку і еластичної шайби, закріпленій на кришці, дозволяє виключити ударні навантаження при виникненні в трубопроводі гідравлічних ударів і одночасно герметизувати порожнину корпусу Лопаті, встановлені на ЗОВНІШНІЙ поверхні поплавка, виконують функції центратора, який спрямовує поплавок в осьовому напрямку, що забезпечує надійне прилягання клапана до еластичної шайби Одночасно його рух вверх є плавно обертовим, що покращує аеродинамічний ефект спливання при заповненні порожнини водою, а за рахунок відцентрової сили - краще вилучення механічних домішок з поверхні клапану, що забезпечить його надійний контакт з шайбою Крім того, таке виконання поплавка і введення розподілювача потоку забезпечує краще виділення бульбашок повітря з рідини, яка розділюючись, відцентровою силою буде відкидатись до стінки камери, а бульбашки, питома вага яких менша, будуть концентруватись біля поверхні поплавка створюючи підіймальну силу і забезпечуючи плавний підйом поплавка Суть винаходу пояснюються кресленням, де на фіг 1 зображено загальний вид пристрою регулювання гідравлічних режимів, на фіг 2 - вид А-А, на фіг 1, на фіг 3 - вид Б-Б на фіг 1 Пристрій регулювання гідравлічних режимів складається з двох блоків, верхнього 1 і нижнього 2, сполучених між собою Верхній блок тримає кришку (затвор) 3 із отвором 4 для сполучення з атмосферою і еластичну шайбу 5 До кришки З прилягає прокладка 6, яка фіксує еластичну шайбу 5 і одночасно герметизує порожнину 7 блоку 1 У порожнині 7 верхнього блоку розміщений поплавок 8 з можливістю вільного руху у порожнині На верхньому торці поплавка закріплений еластичний клапан 9, встановлений СПІВВІСНО з вихідним отвором 4 у кришці з можливістю перекриття вихідного отвору, при входженні клапана 9 в отвір шайби 5 у верхньому положенні поплавка 8 Зовнішня циліндрична поверхня поплавка містить лопаті 10 для надання поплавку обертового руху і зменшення аеродинамічного ефекту при спливанні поплавка під час заповнення порожнини 7 рідиною У порожнині верхнього блоку встановлений розподілювач потоку, утворений ковпаком 11 з діаметрально з'єднаними з ним трубками 12 і 13 (фіг 3) В кожній з трубок виконані отвори, розташовані в напрямі закрутки потоку, і сполучені з порожниною 14 ковпака 11 і порожниною 7 верхнього блоку Ковпак 11 закріплений на основі 15, яка сполучена через отвір 16 з нижнім блоком 2 З'єднання верхнього блоку з нижнім здійснюється за допомогою штуцера 17 Нижній блок включає кришку (затвор) 18 з отвором 19, еластичну шайбу 20, прокладку 21, порожнину 22, поплавок 23, клапан 24, лопаті 25, ковпак 26, трубки розподілювача потоку 27, 28, порожнину ковпака 29, основу нижнього блоку ЗО, отвір основи нижнього блоку 31, сполучений з вхідним патрубком трубопроводу Пристрій регулювання гідравлічних режимів працює наступним чином Вода, або інша рідина з надлишковим тиском через вхідний отвір 31 поступає в порожнину 29 ковпака 26 нижнього блоку 2 і далі через трубки 27, 28 в порожнину 22 Оскільки отвори у трубках 27, 28 розташовані діаметрально протилежно рідин до одного, рідина, виливаючись, буде плавно набувати обертового руху, що з одного боку, буде знімати реакцію швидкісного напору, завдяки чому на поплавок буде діяти тільки підіймальна архімедова сила, і одночасно з цим, обертовий рух води з розчиненим повітрям, за рахунок відцентрової сили, розділяє потік таким чином, що вода як важчий по питомій воді компонент, притискається до внутрішньої циліндричної поверхні корпусу, а відділене повітря, ВІДПОВІДНО, концентрується біля периферійної поверхні поплавка Розміщені в горизонтальній площині трубки ковпака з отворами в напрямі закрутки потоку знімають реакцію швидкісного напору безпосередньо на поплавок плавно піднімаючи його вверх при закритті клапану При певному рівні рідини в порожнині 22 поплавок 23, обертаючись за допомогою лопатей 25 почне плавно підніматись вгору до входження клапана 24 в отвір шайби 20, перекриваючи сполучення з атмосферою При цьому еластична шайба 20 і прокладка 21 надійно герметизують внутрішню порожнину блоку 2 Далі вода або інша рідина через отвір у штуцері 17 поступає у порожнину 7 верхнього блоку 1 Оскільки конструктивне оснащення верхнього блоку ідентичне нижньому, в ньому відбуваються ті ж самі процеси, що і при заповнені рідиною нижнього блоку аж до моменту входження клапану 9 в отвір шайби 5, надійно перекриваючи сполучення 3 атмосферою Оскільки В порожнині 7 створюється підвищений тиск поступлення рідини в камеру припиняється до того часу, доки в порожнині 7 буде знаходи 59799 тись рідина Одночасно з цим повітря, накопичуючись у верхній частині порожнини збільшується в об'ємі створюючи повітряну подушку, а рівень рідини ВІДПОВІДНО, знижується Підйомна сила, що діє на поплавок зменшиться, що призведе до переміщення поплавка 8 вниз, відкриваючи сполу 8 чення з атмосферою Повітря через отвір 4 буде випущене, а через вхідний патрубок в ковпак 29 почне поступати рідина Заповнення порожнини 22 буде продовжуватись, доти, доки поплавок 23 знов не закриє вихідний отвір у кришці 18 Таким чином цикл повторюється автоматично Фіг.1 А-А £-& Фїг.2 Комп'ютерна верстка Л Ціхановська Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна