Эффективность систем с оборотным водоснабжением для развития пресноводного и аквариумного рыбоводства не вызывает сомнений. Системы с принудительной, направленной проточностью и очисткой воды при помощи биологического фильтра длительное время работают в клубе "Нептун".
Хорошие результаты получены на установках типа "Нептун-1" и "Нептун-2" ("РиР" №6 за 1979г.).
Один из основных элементов установок с принудительной циркуляцией воды – насос. В настоящее время широко используются центробежные электрические насосы, но применение их недоступно широкому кругу любителей. На наш взгляд, эрлифтные подъемники воды (насосы) в аквариумистике более перспективны.
Что же такое эрлифт?
Во многих литературных источниках по аквариумистике описаны устройства из тонкой стеклянной трубки, по которой пузырьки воздуха поднимают вверх отдельные "поршеньки" воды. Это эрлифт. Но мы хотим представить другой эрлифт. Эрлифт, который позволяет получить струю воды, во много раз большую, чем та, которая вытекает из тонкой стеклянной трубки.
Воздушные подъемники жидкости (эрлифты) были изобретены еще в 1846г. Такого рода аппараты использовались в виде подъемных труб при перемешивании жидкостей в сосудах и в незначительной мере для подъема воды из неглубоких скважин.
Теория эрлифта довольно сложна, и получить интересующие параметры простыми расчетами трудно. В этой работе мы познакомим читателей с основными принципами построения эрлифта и дадим некоторые рекомендации, а в ближайшем будущем попытаемся представить расчетные характеристики эрлифта для случаев, возможных в аквариумистике.
Конструкция эрлифтов схематично может быть представлена в виде вертикальной или слегка наклонной подъемной трубы, которая частично погружена в воду (рис.1: Н – высота трубы, h – глубина ее погружения). В нижнем конце погруженной части подъемной трубы размещено газораспределительное устройство (распылитель) для подачи в подъемную трубу предварительно сжатого воздуха. Верхний конец подъемной трубы, называемый устьем излива, соединяется с сепарационным устройством, предназначенным для отделения поднимаемой воды от пузырьков воздуха.
Воздух, подаваемый в распылитель, в виде пузырьков входит в подъемную трубу и под давлением выталкивающей силы устремляется к устью излива эрлифта. За счет вязкостных сил (сил сцепления между молекулами воды) какое-то количество воды, окружающей пузырек, увлекается им кверху. В случае, если расход воздуха невелик, вода в подъемной трубе будет только перемешиваться или поднимется на некоторую высоту.
Зависимость производительности эрлифта от расхода воздуха показана на рис.2. Точки на оси абсцисс соответствуют основным режимам работы подъемника. Момент, при котором вода будет достигать устья подъемной трубы, не изливаясь из него, называется начальным режимом работы подъемника (рис.2, точка Н). Увеличение расхода воздуха приведет к тому, что вода будет изливаться из устья подъемной трубы, и наступит момент, когда на единицу расхода воздуха будет подниматься наибольшее количество воды. Это – самый экономичный режим (рис.2, точка Э). Дальнейшее увеличение расхода воздуха приведет к некоторому увеличению производительности эрлифта – максимальный режим (рис.2, точка М). Затем наступит снижение производительности. Это произойдет в результате того, что пузырьки воздуха начнут сливаться друг с другом, увеличиваясь в размере. Воздух будет вытеснять жидкость из сечения трубы, и излив воды из устья прекратится (рис.2, точка К).
Однако производительность эрлифта по воде Vв зависит не только от расхода воздуха Vо. Эта зависимость много сложнее. Нужно учитывать и глубину погружения подъемной трубы, и диаметр ее, и гидравлическое сопротивление, и ряд других факторов.
И тем не менее на основании имеющихся в специальной литературе данных и практических результатов можно дать некоторые рекомендации для изготовления эрлифтных насосов.
По конструкции распылителя воздуха и по расположению подъемной трубы эрлифты могут быть трех типов:
с внутренним расположением распылителя, который вместе с трубкой, подводящей к нему сжатый воздух, размещен внутри подъемной трубы (рис.ЗА);
с боковым расположением распылителя: распределительная камера и подводящая к ней сжатый воздух трубка размещены на боковой части или по кольцу наружной поверхности подъемной трубы (рис.ЗБ); с внешним расположением распылителя: подъемная труба размещается внутри трубы, подающей сжатый воздух, а распылитель выполняется в виде перфорированной нижней части подъемной трубы (рис.3В).
Для эрлифта можно использовать обычные керамические распылители, продающиеся в зоомагазинах, сверленые трубки и т.п. Но следует помнить, что от качества распылителя во многом зависит работа эрлифта и насыщение воды кислородом.
Установлено, что скорость подъема пузырька воздуха в воде зависит от его диаметра. Максимальная скорость отмечается при диаметре пузырька 1–2мм. Распылитель, рассчитанный на получение пузырьков такого диаметра, обеспечит наибольшую производительность эрлифта и хорошую аэрацию воды.
Во время работы подъемника в подъемной трубе возникает пульсация, которая может привести к прорыву сжатого воздуха из нижней части подъемной трубы. Поэтому нижний конец погруженной части трубы располагается ниже распылителя на расстоянии (hф), которое определяется по формуле:
Сепаратор нужно конструировать так, чтобы срез сливной трубы был заполнен водой полностью и пузырьки воздуха в нее не попадали (см. рис.1).
Производительность эрлифта в наибольшей степени зависит от величины h/H. При постоянном диаметре подъемной трубы и увеличении h/H величина максимальной производительности подъемника увеличивается, а расход сжатого воздуха для обеспечения этой производительности уменьшается незначительно.
Зависимость производительности эрлифта от диаметра подъемной трубы при постоянных h/H и расходе сжатого воздуха более сложна. Как показали эксперименты, при использовании стандартных микрокомпрессоров следует применять трубы с диаметром от 14 до 40 мм (в зависимости от типа газораспределительного устройства и количества подаваемого сжатого воздуха). На основании изложенных данных был изготовлен эрлифтный насос для обеспечения циркуляции воды в системе типа "Нептун-1". В качестве источника сжатого воздуха использовались микрокомпрессоры типа ВК-1, имеющего следующие паспортные данные; мощность – не более 10Вт, производительность по одному каналу – не менее 1 л/мин воздуха. Была принята схеме с внутренним расположением распылителя, в качестве которого использовались обычный керамический распылитель и подъемная труба с внутренним диаметром 22,5мм. При проверке эрлифтного подъемника получены следующие характеристики (рис.4А, Б).
На рис.4А представлена зависимость производительности эрлифта по воде от расхода сжатого воздуха при различных отношениях h/H.
На рис.4Б представлены те же данные в форме зависимости производительности от h/H при различных значениях расхода сжатого воздуха. Как видно из графика, для данного диаметра трубы существуют оптимальные значения h/H при определенном расходе воздуха.
Наибольшая производительность получена при погружении распылителя на глубину 0,7–1м.
Для принятого диаметра подъемной трубы эффективный режим работы отмечается при расходе воздуха от 120 до 180л/ч (2–3 канала). Параллельная работа двух микрокомпрессоров ВК-1 ведет к максимальному режиму работы.
При эффективном режиме работы удельный расход энергии составляет 0,535Вт o ч/л и 0,61Вт o ч/л при максимальной производительности. КПД насоса – около 4,4%. Но эти характеристики далеко не оптимальные. КПД эрлифта может достигать 30%.
Изготовив эрлифт, следует получить его характеристики с тем, чтобы выбрать оптимальные параметры. Для этого используют емкость (1–2-литровую банку) и секундомер. Определив производительность эрлифта при различных параметрах h/H (производительность, расход воздуха), можно составить таблицу, а затем построить график, на котором отчетливо видны наилучшие параметры.
