Сифон

Сифон, який складається з верхнього резервуара, нижнього резервуара і трубопроводу, який відрізняється тим, що в частині трубопроводу від його верхньої точки до нижнього резервуара розташований насос, вище якого знаходиться кран, а між ними є розподільник, який в одній з позицій з'єднує кран з насосом і одночасно відокремлює його від трубопроводу із вмонтованим в нього регульованим дроселем, що спрямований в порожнину нижнього резервуара, а в ІНШІЙ ПОЗИЦІЇ з'єднує кран і трубопровід, одночасно ізолюючи кран від насоса, від верхньої частини трубопроводу є два відгалуження, кожне з яких з'єднане з нею краном, одне з яких містить в собі компресор, нагнітальна порожнина якого з'єднана з газовим балоном, яким відгалуження закінчується, а інше складається з трубопроводу, кінець якого розташований над додатковим резервуаром і з'єднаний з краном, нижче від найвищої точки трубопроводу кожна з двох його частин міститься в герметичних камерах з теплоізоляційного матеріалу, верхні частини яких розташовані вище від рівня рідини в верхньому резервуарі на висоту Z, для якої виконується умова Ратм - максимальний атмосферний тиск при роботі сифона, Р - густина найлегшої з числа рідин, які входять до робочої суміші рідин, g - прискорення вільного падіння, а в частині трубопроводу від його верхньої точки до верхнього резервуара є кран, нижче якого розташований розподільник, з яким сполучені два відгалуження трубопроводу, спрямовані до порожнини верхнього резервуара, в одному з яких знаходиться насос, нагнітальна порожнина якого з'єднана з розподільником, причому, в одній з позицій розподільник з'єднує кран з насосом і одночасно роз'єднує кран і інше відгалуження, а в ІНШІЙ позиції кран сполучає з насосом і одночасно роз'єднує кран і інше відгалуження, а від трубопроводу в його частині, що знаходиться вище холодильної камери, є відгалуження з вмонтованим в нього краном, яке спрямоване в резервуар для невипареної рідини ю C O Ю Винахід відноситься до галузі машинобудування і може бути використаний для одержання чистих рідин із суміші рідин, дезодорації рідин для очистки стічної води, для нафтоперегонки, для біологічного знезараження різних рідин, для одержання низьких і високих температур Відома ректифікаційна установка, до складу якої входять колона, куб колони з нагрівальними елементами для підводу теплоти до киплячої в кубі рідини, конденсатор, холодильник, ректифікаційні тарілки [1] До її недоліків слід віднести низьку якість (точність) розділення суміші рідин на складові частини, споживання великої КІЛЬКОСТІ енергії, низьку ефективність збору газів, які після виділення із рідини не зріджуються при звичайних умовах, відсутність можливості використання в якості холодильника і нагрівача За прототип вибрано сифон, до складу якого входять, верхній резервуар, нижній резервуар і трубопровід, верхня частина якого знаходиться вище від рівня рідини в верхньому резервуарі на висоту Z [2] При таких значеннях висоти Z, при яких виконується умова Ратм - максимальний атмосферний тиск при роботі сифона, 57351 P - густина найлегшої з числа рідин, які входять до робочої суміші рідин, g - прискорення вільного падіння У верхній частині трубопроводу виникне кавітація Якщо у верхній резервуар помістити суміш рідин і заповнити нею трубопровід, то в напрямку від верхнього резервуару до нижнього почне через якийсь проміжок часу перетікати тільки та рідина Із суміші, температура випаровування якої найнижча Але, якщо у суміші рідин є розчинені гази, які у верхній частині трубопроводу з розчину видаляються і назад в нього потім не повертаються, то газова пробка досягне такої величини, при якій перетік рідини зупиниться і трубопровід потрібно буде заповнювати знову Це може статися раніше, ніж відрізок трубопроводу від найвищої точки до нижнього резервуару повністю звільниться від суміші рідин, якою він заповнювався до початку перетоку По цій причині якість очистки за допомогою прототипу буде низькою і при його роботі споживається велика КІЛЬКІСТЬ енергії Інші недоліки прототипу - низька ефективність збору газів, які після виділення із рідини не зріджуються при звичайних умовах, відсутність можливості використання в якості холодильника і нагрівача В основу винаходу поставлено задачу розробити сифон із більш високою якістю (точністю) розділення суміші рідин, із можливістю більш ефективно споживати ним енергію і збирати виділені з рідини гази, які не зріджуються в звичайних умовах, із можливістю використання сифона в якості холодильника і нагрівача Поставлена задача досягається тим, що в сифоні, до складу якого входить трубопровід, верхній і нижній резервуари, в частині трубопроводу від його верхньої точки до верхнього резервуару вмонтовано кран, нижче якого розташований насос, порожнина нагнітання якого спрямована до верхньої точки трубопроводу Між насосом і краном в цій частині трубопроводу змонтований розподільник, який має можливість або сполучати їх між собою, або роз'єднувати, причому при їх роз'єднуванні кран сполучається з трубопроводом, що веде в верхній резервуар В частині трубопроводу від його верхньої точки до нижнього резервуару розташований кран і нижче від нього реверсивний насос, між якими змонтований розподільник, який має можливість або сполучати їх між собою, або роз'єднувати, причому, при їх роз'єднуванні кран сполучається з трубопроводом, що веде в нижній резервуар і в який вмонтовано регульований дросель Від верхньої частини трубопроводу є два відгалуження, кожне з яких з'єднане з нею краном, одне з яких містить в собі компресор, нагнітальна порожнина якого з'єднана з газовим балоном, а інше складається з трубопроводу, на КІНЦІ ЯКОГО встановлений кран розташований над додатковим резервуаром Нижче від найвищої точки трубопроводу кожна з його двох частин міститься в камерах з теплоізоляційного матеріалу, верхні частини яких розташовані на висоті Z над рівнем рідини у верхньому резервуарі, для якої виконується умова Ратн - максимальний атмосферний тиск при роботі сифона, Р - густина найлегшої з числа рідин, які входять до робочої суміші рідин, g - прискорення вільного падіння В частині трубопроводу від його найвищої точки до верхнього резервуару, між краном і камерою з теплоізоляційного матеріалу є відгалуження трубопроводу з вмонтованим в нього краном, що веде до резервуару невипареної рідини При тому, як робоча рідина перетікає із верхньою резервуар) до нижнього, в верхній частині ділянки трубопроводу, яка сполучена з верхнім резервуаром, відбувається випаровування Із суміші тільки тієї рідини, температура випаровування якої найнижча, що супроводжується зниженням температури трубопроводу на висоті випаровування Одночасно, на тій же висоті ділянки трубопроводу, яка сполучена з нижнім резервуаром, відбувається конденсація рідини, наслідком чого є збільшення температури трубопроводу в цьому МІСЦІ Термоізолюючі камери перешкоджають тепловому обміну між трубопроводами в точках випаровування і конденсації і навколишнім середовищем При перетоці до нижнього резервуару рідини, яка в робочій суміші рідин має найнижчу температуру випаровування, в верхній частині трубопроводу скопичуються гази, що виділяються при кавітації з суміші рідин При вмиканні реверсивного насоса на подачу в трубопровід з нижнього резервуару зібраної там рідини з найнижчою температурою випаровування серед усіх рідин робочої суміші і відкриванні крана, що знаходиться у відгалужені з компресором і вмиканні компресора скопичені в верхній частині трубопроводу гази видаляються з нього до балону Відгалуження від верхньої частини трубопроводу, під яким розміщується додатковий резервуар, працює в початковий час видалення з робочої суміші рідини з найнижчою температуриш випаровування, до того, як у додатковому резервуарі збереться рідина в об'ємі, що достатній для заповнення нижнього резервуару' і частини трубопроводу від його найвищої точки до нижнього резервуару Після цього робоча суміш повністю видаляється з нижнього резервуару і він заповнюється рідиною з додаткового резервуару (за допомогою стороннього обладнання, яке в заявці не описується) Суть винаходу пояснюється фіг, де представлено принципову гідравлічну схему сифону Сифон має таку будов} В нижній резервуар 1 входить трубопровід 2, який сполучає його з верхнім резервуаром 3, що знаходиться вище від нижнього резервуару 1 В ДІЛЯНЦІ трубопроводу 2 від його найвищої горизонтальної ділянки 4 до нижнього резервуару і розміщений реверсивний насос 5 і над ним - двопозиційний розподільник 6 який в одній зі своїх позицій з'єднує верхню від нього частину трубопроводу 2 з трубопроводом 7, в який вмонтовано регульований дросель 8, і одночасно роз'єднує верхню від себе частину трубопроводу 2 і реверсивний насос 5, а в ІНШІЙ своїй позиції, навпаки, з'єднує з верхньою від себе частину' трубопроводу 2 реверсивний насос 5 одночасно відокремлюючи від неї трубопровід 7 , вільний кінець якого знаходиться в порожнині нижнього резервуару 1 Між найвищою 57351 горизонтальною ділянкою 4 і розподільником 6 в трубопровід 2 вмонтований кран 9 В трубопровід 2 на його відрізку від найвищої горизонтальної ділянки 4 до верхнього резервуару' 3 вмонтований кран 10 Нижче від крана 10 навколо трубопроводу 2 з термоізолюючих матеріалів утворена холодильна камера11, а нижче від крана 9 навколо трубопроводу 2 з термоізолюючих матеріалів утворена нагрівальна камера 12 Вершина холодильної камери 11іІ вершина нагрівальної камери 12 лежать на одній висоті, яка знаходиться вище від рівня рідини в верхньому резервуарі 3 на висоту Z, для якої виконується умова атм Р 9 ,де Ратн - максимальний атмосферний тиск при роботі сифона, Р - густина найлегшої з числа рідин, які входять до робочої суміші рідин, g - прискорення вільного падіння Найвища горизонтальна ділянка 4 трубопровод}' 2 сполучена з трубопроводом 13, в який вмонтовано кран 14 і компресор 15, нагнітальна порожнина якого сполучена з газовим балоном 16 (кран між компресором 15 і газовим балоном 16 на фіг 1 не має номера позиції тому, що є вузлом газового балону 16) Найвища горизонтальна ділянка 4 трубопроводу 2 сполучена, також, з трубопроводом 17, в якому змонтовано кран 18 і кран 19, причому, кран 19 розташований на нижньому КІНЦІ трубопроводу 17, під яким розміщений додатковий резервуар 20 Нижче холодильної камери 11 в трубопровід 2 вмонтований двопозиційний розподільник 21, під яким розташований насос 22, сполучений з розподільником 21 нагнітальною порожниною Крім того, з розподільником 21 сполучений трубопровід 23, інший кінець якого знаходиться в порожнині верхнього резервуару 3 в одній зі своїх позицій розподільник 21 сполучає частину трубопроводу 2 яка знаходиться вище від нього з насосом 22 і одночасно відокремлює від неї трубопровід 23, а в ІНШІЙ, навпаки, з'єднує з частною трубопроводу 2, яка знаходиться вище від розподільника 21, трубопровід 23 і одночасно відокремлює від неї насос 22 На відрізку трубопровода 2 між краном 10 і холодильною камерою 11 від трубопроводу 2 відгалужується трубопровід 24, в який вмонтовано кран 25 Вільний кінець трубопровода 24 знаходиться в порожнині резервуару для невипареної рідини 26 Сифон працює таким чином Після заповнення нижнього резервуару 1 робочою сумішшю рідин з розчиненими в ній газами розподільник 6 займає позицію, при якій частина трубопроводу 2, що знаходиться вище нього, сполучається з насосом 5 і від частини трубопроводу 2, що знаходиться вище розподільника 6 трубопровід 7 відокремлюється Відкриваються кран 9 і кран 10 Розподільник 21 займає позицію, при якій частина трубопроводу 2, що знаходиться вище нього, сполучається з трубопроводом 23 Закриваються кран 14, кран 18 і кран 25 Резервний насос 5 вмикається на переміщення робочої суміші від нижнього резервуару 1 до верхнього резервуару 3 Заповнюється трубопровід 2 і верхній резер вуар 3 вище рівня, на якому в його порожнині знаходиться кінець трубопроводу 2 При перевключенні реверсивного насосу 5 на оберти, при яких рідина переміщується до нижнього резервуару 1 в частині трубопроводу 2 від його найвищої горизонтальної ділянки 4 до верхнього резервуару 3, яка лежить вище висоти Z з рідини виділяються розчинені в ній гази При необхідності збору виділених з робочої рідини газів сифон працює в подальшому за такою схемою Із нижнього резервуару 1 вся рідина стороннім обладнанням переливається до верхнього резервуару 3 Реверсивний насос 5 періодично вмикається на перекачку рідини в напрямку до нижнього резервуару 1 і навпаки, в напрямку від нижнього резервуару 1 Тільки на час вмикання реверсивного насосу 5 на перекачку від нижнього резервуару і відкривається кран 14, а кран 10 закривається і вмикається компресор 15 При такій схемі роботи сифона з робочої суміші, яка переміститься до нижнього резервуар) 1, буде вилучено гази, які знаходились в ній до цього Якщо необхідності зібрати виділені з робочої суміші гази не існує, то сифон в подальшому працює за такою схемою Із нижнього резервуару 1 рідина стороннім обладнанням переливається до верхнього резервуару 3 Реверсивний насос 5 періодично вмикається на перекачку рідини в напрямку до нижнього резервуару 1 і, навпаки, в напрямку від нижнього резервуару 1 Тільки на час вмикання реверсивного насосу 5 на перекачку рідини в напрямку від нижнього резервуару 1 відкривається кран 18 і кран 19, і закривається кран 10 В той час рідина, як і при включенні реверсивного насосу 5 на перекачку в цьому ж напрямку при роботі за попередньою схемою, переміщується по трубопроводу 2, проходячи послідовно через реверсивний насос 5 розподільник 6 відкритий кран 9, подається до горизонтальної ділянки 4, звідки витискує скопичені гази Але, на відміну від роботи за попередньою схемою, скопичені гази з порожнини горизонтальної ділянки 4 проходять по трубопроводу 17 через відкритий кран 18 і відкритий кран 19 і витискуються в атмосферу Коли, після роботи сифона за однією із приведених до цього схем дії, робоча суміш рідин із верхнього резервуару 3 по трубопроводу 2 через кран 10, горизонтальне коліно 4, кран 9, розподільник 6 і реверсивний насос 5 повністю переміститься до нижнього резервуару 1 в робочій суміші розчинених газів не буде Якщо з робочої суміші рідин необхідно вилучити і зібрати рідину з найнижчою температурою випаровування, то сифон спочатку працює за такою схемою Робоча суміш рідин наливається, як у верхній резервуар 3, так і в нижній резервуар 1 Реверсивний насос 5, на відміну від роботи за двома попередніми схемами, періодично вмикається тільки на перекачку рідини в напрямку до нижнього резервуару 1 Тільки на час вмикання реверсивного насоса 5 відкривається кран 9, кран 10 і кран 18 Тільки на час зупинки реверсивного насоса 5 відкривається кран 19 Під час вмикання реверсивного насоса 5 в порожнині частини трубопроводу 2, який знаходиться вище висоти Z і в трубопроводі 17 знаходяться тільки пари тієї ріди 57351 ни, температура якої найнижча з усіх рідин, які входять до робочої суміші рідин Коли реверсивний насос 5 зупиняється, закривається кран 18 і відкривається кран 19 Порожнина трубопроводу 17 сполучається з атмосферою і тиск в ній вирівнюється з атмосферним Пари, що знаходяться в трубопроводі 17 конденсуються і рідина з найнижчою температурою випаровування із числа рідин, які входять до робочої суміші, через відкритий кран 19 стікає до додаткового резервуару 20 Коли в додатковому резервуарі 20 рідина з найнижчою температурою випаровування збереться в КІЛЬКОСТІ, достатній для заповнення нею частини трубопроводу 2 від нижнього резервуару 1 до найвищої його точки, включаючи горизонтальне коліно 4, і частини об'єму нижнього резервуару 1 висотою до нижнього кінця трубопроводу 2, вся рідина з нижнього резервуару 1 (за допомогою стороннього обладнання) переливається до верхнього резервуару 3 Потім(за допомогою стороннього обладнання) вся рідина з додаткового резервуару 20 переливається в нижній резервуар 1 Після цього реверсивний насос 5 вмикається на перекачку рідини в напрямку від нижнього резервуару 1, розподільник 6 ставиться в позицію, при якій реверсивний насос 5 сполучається з частиною трубопроводу 2, що знаходиться вище розподільника 6, відкривається кран 9, відкривається кран 18 і відкривається кран 19 Частина трубопроводу 2 від нижнього резервуару 1 до найвищої його точки, в тому числі і горизонтальна ділянка 4 трубопроводу 2 заповнюється рідиною з найнижчою температурою випаровування серед рідин, які входять до робочої суміші рідин, після чого реверсивний насос 5 зупиняється, розподільник 6 займає положення, при якому частина трубопроводу 2 вища від розподільника 6 сполучається з трубопроводом 7, кран 18 і кран 19 закриваються, кран 10 відкривається, а кран 9 залишається відкритим Рідина з верхнього резервуару 3 через частину трубопроводу 2 від його кінця, що знаходиться в порожнині верхнього резервуару 3, через кран 10, горизонтальну ділянку 4, кран 9 і, далі, по трубопроводу 7 через регульований дросель 8 перетікає в нижній резервуар 1 Причому, в частині трубопроводу 2, що знаходиться вище висоти Z, будуть тільки пари 8 рідини з найменшою температурою випаровування серед рідин, які утворюють робочу суміш рідин Стороннім обладнанням робоча суміш рідин доливається в верхній резервуар 3, а з нижнього резервуару ( за допомогою стороннього обладнання) відігнана від робочої суміші рідина з найнижчою температурою випаровування серед рідин, які утворюють робочу суміш, видаляється На ДІЛЯНЦІ трубопроводу 2, що проходить через холодильну камеру 11, відбувається випаровування рідин, яке супроводжується зниженням температури цієї ділянки трубопроводу 2, а на ДІЛЯНЦІ трубопроводу 2, що проходить через нагрівальну камеру 12, відбувається конденсація парів, яка супроводжується підвищенням температури цієї ділянки трубопроводу 2 Регульованим дроселем 10 в цьому режимі роботи сифон регулюється на бажану продуктивність При випаровуванні рідини з найнижчою температурою випаровування в МІСЦІ випаровування, яке знаходиться в трубопроводі 2 нижче від місця перетину його з трубопроводом 24, зменшується концентрація рідини з найнижчою температурою випаровування Це може призвести до випаровування рідин з не найнижчою температурою випаровування при тому, що не вся рідина з найнижчою температурою випаровування з суміші на той час буде вилучена Щоб цього не сталося, періодично відбувається продувка (аналогічно продувці барабана парового котла, тобто, термін загальноприйнятий) зони випаровування розподільник 21 займає позицію, при якій частина трубопроводу 2, що знаходиться вище розподільника 21, з'єднується з насосом 22, закривається кран 10,відкривається кран 25, вмикається насос 22 і рідина з частини трубопроводу 2, що знаходиться між насосом 22 і верхньою частиною холодильної камери 11 по трубопроводу 24 через кран 25 витискується в резервуар для невипареної рідини 26 Література 1 Политехнический словарь - М Советская энциклопедия, 1989-452с 2 В И Калицун, В С Кедров, Ю М Ласков, П В Сафонов Гидравлика, водоснабжение и канализация - М Стройиздат, 1980 - 60 с 57351 10 Фіг Комп'ютерна верстка О Лисенко Підписано до друку 05 07 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