Ерліфт – просто та ефективно
Ефективність систем з оборотним водопостачанням у розвиток прісноводного і акваріумного рибництва немає сумнівів. Системи з примусовою, спрямованою проточністю та очищенням води за допомогою біологічного фільтра тривалий час працюють у клубі "Нептун".
Хороші результати отримані на установках типу "Нептун-1" та "Нептун-2" ("РіР" №6 за 1979р.).
Один із основних елементів установок із примусовою циркуляцією води – насос. В даний час широко використовуються відцентрові електричні насоси, але їх застосування недоступне широкому колу любителів. На наш погляд, ерліфтні витяги води (насоси) в акваріумістиці перспективніші.
Що таке ерліфт?
У багатьох літературних джерелах з акваріумістики описані пристрої з тонкої скляної трубки, якою бульбашки повітря піднімають вгору окремі "поршеньки" води. Це ерліфт. Але ми хочемо уявити інший ерліфт. Ерліфт, який дозволяє отримати струмінь води, у багато разів більший, ніж той, що витікає з тонкої скляної трубки.
Повітряні витяги рідини (ерліфти) були винайдені ще в 1846р. Такі апарати використовувалися у вигляді підйомних труб при перемішуванні рідин у судинах і в незначній мірі для підйому води з неглибоких свердловин.
Теорія ерліфта досить складна, і отримати параметри, що цікавлять, простими розрахунками важко. У цій роботі ми познайомимо читачів з основними принципами побудови ерліфта і дамо деякі рекомендації, а найближчим часом спробуємо представити розрахункові характеристики ерліфта для випадків, можливих в акваріумістиці.
Конструкція ерліфтів схематично може бути представлена у вигляді вертикальної або злегка похилої підйомної труби, якачастково занурена у воду (рис.1: Н – висота труби, h – глибина її занурення). У нижньому кінці зануреної частини підйомної труби розміщено газорозподільний пристрій (розпилювач) для подачі підйомну трубу попередньо стисненого повітря. Верхній кінець підйомної труби, званий гирлом виливу, з'єднується з сепараційним пристроєм, призначеним для відділення води, що піднімається від бульбашок повітря.
Повітря, що подається в розпилювач, у вигляді бульбашок входить у підйомну трубу і під тиском сили, що виштовхує, спрямовується до гирла виливу ерліфта. За рахунок в'язкісних сил (сил зчеплення між молекулами води) якась кількість води, що оточує бульбашку, захоплюється ним догори. У випадку, якщо витрата повітря невелика, вода в підйомній трубі лише перемішуватиметься або підніметься на деяку висоту.
Залежність продуктивності ерліфта від витрат повітря показано на рис.2. Крапки на осі абсцис відповідають основним режимам роботи підйомника. Момент, у якому вода досягатиме гирла підйомної труби, не виливаючись із нього, називається початковим режимом роботи підйомника (рис.2, точка Н). Збільшення витрати повітря призведе до того, що вода виливатиметься з гирла підйомної труби, і настане момент, коли на одиницю витрати повітря підніматиметься найбільша кількість води. Це найбільш економічний режим (рис.2, точка Е). Подальше збільшення витрати повітря призведе до збільшення продуктивності ерліфта – максимальний режим (рис.2, точка М). Потім настане зниження продуктивності. Це станеться внаслідок того, що бульбашки повітря почнуть зливатися один з одним, збільшуючись у розмірі. Повітря витіснятиме рідина з перерізу труби, і вилив води з гирла припиниться (рис.2, точка К).
Однакпродуктивність ерліфта у воді Vв залежить тільки від витрати повітря Vо. Ця залежність набагато складніша. Потрібно враховувати і глибину занурення підйомної труби, і її діаметр, і гідравлічний опір, і ряд інших факторів.
Проте на підставі наявних у спеціальній літературі даних та практичних результатів можна дати деякі рекомендації для виготовлення ерліфтних насосів.
По конструкції розпилювача повітря і розташування підйомної труби ерліфти можуть бути трьох типів:
з внутрішнім розташуванням розпилювача, який разом із трубкою, що підводить до нього стиснене повітря, розміщений усередині підйомної труби (рис. ЗА);
з бічним розташуванням розпилювача: розподільна камера і стиснене повітря, що підводить до неї, трубка розміщені на бічній частині або по кільцю зовнішньої поверхні підйомної труби (рис.ЗБ); із зовнішнім розташуванням розпилювача: підйомна труба розміщується всередині труби, що подає стиснене повітря, а розпилювач виконується у вигляді перфорованої нижньої частини підйомної труби (рис.3В).
Для ерліфта можна використовувати звичайні керамічні розпилювачі, які продаються в зоомагазинах, свердління трубок і т.п. Але слід пам'ятати, що від якості розпилювача багато в чому залежить робота ерліфту та насичення води киснем.
Встановлено, що швидкість підйому бульбашки повітря у воді залежить від його діаметра. Максимальна швидкість відзначається при діаметрі бульбашки 1-2мм. Розпилювач, розрахований отримання бульбашок такого діаметра, забезпечить найбільшу продуктивність ерліфта і хорошу аерацію води.
Під час роботи витягу в підйомній трубі виникає пульсація, яка може призвести до прориву стисненого повітря з нижньої частини підйомної труби. Тому нижній кінець зануреної частини труби розташовується нижчерозпилювача на відстані (hф), що визначається за формулою:
Сепаратор потрібно конструювати так, щоб зріз зливальної труби був заповнений водою повністю і бульбашки повітря до неї не потрапляли (див. рис.1).
Продуктивність ерліфта найбільше залежить від величини h/H. При постійному діаметрі підйомної труби та збільшення h/H величина максимальної продуктивності підйомника збільшується, а витрата стисненого повітря для забезпечення цієї продуктивності зменшується незначно.
Залежність продуктивності ерліфта від діаметра підйомної труби при постійних h/H та витраті стиснутого повітря складніша. Як показали експерименти, при використанні стандартних мікрокомпресорів слід застосовувати труби з діаметром від 14 до 40 мм (залежно від типу газорозподільного пристрою і кількості стиснутого повітря, що подається). На підставі викладених даних виготовлено ерліфтний насос для забезпечення циркуляції води в системі типу "Нептун-1". Як джерело стисненого повітря використовувалися мікрокомпресори типу ВК-1, що має такі паспортні дані; потужність – не більше 10Вт, продуктивність по одному каналу – не менше ніж 1 л/хв повітря. Була прийнята схемою з внутрішнім розташуванням розпилювача, як який використовувалися звичайний керамічний розпилювач і підйомна труба з внутрішнім діаметром 22,5мм. При перевірці ерліфтного витягу отримані такі характеристики (рис.4А, Б).
На рис.4А представлена залежність продуктивності ерліфта по воді від витрати стисненого повітря за різних відносин h/H.
На рис.4б представлені самі дані у формі залежності продуктивності від h/H при різних значеннях витрати стисненого повітря. Як видно з графіка, для цього діаметра труби існуютьоптимальні значення h/H за певної витрати повітря.
Найбільша продуктивність отримана під час занурення розпилювача на глибину 0,7-1м.
Для прийнятого діаметра підйомної труби ефективний режим роботи відзначається при витраті повітря від 120 до 180 л/год (2-3 канали). Паралельна робота двох мікрокомпресорів ВК-1 призводить до максимального режиму роботи.
При ефективному режимі роботи питома витрата енергії становить 0,535Вт o ч/л і 0,61Вт o ч/л за максимальної продуктивності. ККД насоса – близько 4,4%. Але ці показники далеко не оптимальні. ККД ерліфт може досягати 30%.
Виготовивши ерліфт, слід отримати його характеристики для того, щоб вибрати оптимальні параметри. Для цього використовують ємність (1-2-літрову банку) та секундомір. Визначивши продуктивність ерліфта за різних параметрів h/H (продуктивність, витрата повітря), можна скласти таблицю, та був побудувати графік, у якому чітко видно найкращі параметри.