ВИБРОНАСОС Российский патент 1994 года по МПК F04F7/00 

Изобретение относится к насосостроению, в частности к погружным вибрационным электронасосам.

Известен вибронасос, содержащий клапан, расположенный в верхней части насоса, амортизатор, поршень, электромагнит с внешним прямоходовым якорем.

Известен также вибронасос, содержащий клапан в нижней части насоса, поршень, диафрагму, амортизатор, электромагнит с внешним прямоходовым якорем.

Данные вибронасосы имеют недостатки.

Во-первых, в обоих приведенных вибронасосах невозможно применение наиболее экономичного для данных насосов элекромагнита с прямоходовым внедряющим П-образным якорем, т. к. в обоих конструкциях насосов невозможно получить при сборке рабочий воздушный зазор между ярмом и якорем названного электромагнита с точностью достаточной для нормальной работы насоса.

В одном вибронасосе эта точность невозможна из-за низкой точности изготовления и больших колебаний длин рамки переменного профиля и каркасов катушек электромагнита, т. к. каркасы катушек изготавливаются из пластмассы, а низкая точность пластмассовых деталей общеизвестна.

А в другом вибронасосе точность рабочего зазора между ярмом и якорем обеспечивается путем фрезерования торцев ярма после его закрепления эпоксидным компаундом в корпусе насоса. Однако при применении в насосе электромагнита с П-образным якорем входящим своими разветвлениями в отверстия катушек операцию фрезерования выполнить невозможно, т. к. доступ к торцам ярма, утопленным в прямоугольных отверстиях катушек, практически невозможен ни для какой фрезы.

Вторым существенным недостатком известных вибронасосов является то, что они, и в частности, их электромагниты (магнитопровод и обмотки катушек) имеют конструкцию пригодную для питания их лишь переменным током. Использование переменного тока для питания электромагнита насоса само по себе определяет недостатки.

Вынужденное использование переменного тока создает в обмотках катушек большое индуктивное сопротивление, что не позволяет в заданных размерах насоса увеличить ампервитки (aw) за счет увеличения витков и уменьшения тока.

Кроме того переменный ток создает высокую нерациональную для насосов частоту колебаний поршня - 100 в сек.

Подача воды при такой частоте перемещений поршня получается довольно низкой.

Плюс ко всему переменный ток не создает значительной соленоидной силы при применении в электромагните насоса прямоходового внедряющего П-образного якоря.

Следующим недостатком известных вибронасосов является то, что плоские ограничительные упоры применяемые в вибронасосах для создания жестких опор поршню во время его работы снижают эффективность работы поршня, особенно при больших амплитудах его колебаний, т. к. избыточно увеличивают его жесткость и уменьшают прогиб.

К недостаткам известных вибронасосов следует отнести и то, что отверстие патрубка имеющее одинаковое сечение на всей его длине при большой производительности создает на входе значительные гидравлические потери.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение КПД насоса.

Эта цель достигается рядом технических средств.

Во-первых, тем, что в узкой части корпуса насоса (в гнезде установки ярма) на его противоположных сторонах выполнены тонкие вертикальные ребра, смятие которых при установке ярма возможно только под действием определенного усилия, приложенного к ребрам через ярмо. Данные ребра обеспечивают технологическую возможность легко запрессовывать ярмо в корпус и с достаточно высокой степенью точности устанавливать рабочие торцы ярма и якоря относительно их общей базы - торца корпуса насоса, в котором расположен электромагнит, и, следовательно, устанавливать достаточно точно рабочий воздушный зазор электромагнита. Во-вторых, цель достигается тем, что в насосе применен, благодаря введению в корпус тонких ребер, электромагнит с П-образным якорем входящим своими разветвлениями внутрь катушек электромагнита, а в цепь обмоток катушек последовательно подключен вентиль полупериодного выпрямления.

Кроме того, с целью уменьшения гидравлических потерь при работе поршня в условиях относительно больших его перемещений, определяемых применением П-образного якоря и изменением частоты его колебаний, отбортовки упоров, применяемых в вибронасосах для создания жестких опор поршню во время его работы, выполнены сферическими и установлены выпуклостями в сторону поршня.

С целью уменьшения гидравлических потерь на входе в патрубок насоса отверстие на входе в данный патрубок выполнено плавно сужающимся к выходу за счет скругления краев отверстия переменным радиусом с предварительным увеличением площади входа в патрубок до размеров участка огражденного дугой, совпадающей с проекцией края установленного в рабочем положении поршня, краем отверстия патрубка и двумя касательными к окружности отверстия патрубка, расширяющимися к центру насоса.

На фиг. 1 представлен описываемый насос в продольном разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1.

Вибронасос содержит клапан 1 верхнего всасывания, поршень 2, связанный с электромагнитным вибратором 3 включающим в себя амортизатор 4 с патрубком 5 герметизирующим вход кабеля 6 в камеру 7 расположения катушек 8, шток 9 снабженный дистанционным цилиндрическим уступом 10 входящим с натягом в центральное отверстие амортизатора 4, а так же дистанционную переменного профиля рамку 11 служащую дополнительным упором для каркасов 12 катушек 8 и ярма 13 электромагнита предотвращающим их перемещение во время работы насоса.

В узкой части корпуса 14 по его двум противоположным сторонам выполнены тонкие вертикальные ребра 15 и 16, смятие которых при установке ярма 13 в корпус 14 возможно только под действием определенного усилия приложенного к ребрам 15 и 16 через ярмо 13. Данные ребра обеспечивают технологическую возможность легко запрессовывать ярмо 13 и с достаточной степенью точности располагать рабочие торцы 17 и 18 соответственно ярма 13 и якоря 19 относительно их общей базы - торца 20 корпуса 14 и, следовательно устанавливать достаточно точно рабочий воздушный зазор 21 электромагнита.

П-образный якорь 19 своими разветвлениями входит внутрь катушек 8, а в цепь обмоток катушек 8 последовательно подключен вентиль 22 полупериодного выпрямления. Вентиль 22 может устанавливаться и в штепсельной вилке насоса.

Отбортовки упоров 23 и 24 выполнены сферическими и установлены выпуклостями в сторону поршня 2.

Отверстие 25 патрубка на входе 26 выполнено плавно сужающимся в сторону выхода за счет скругления краев отверстия на входе 26 радиусами различной величины с получением максимально большой площади входа (в условиях стесненных габаритов насоса диаметром скважин, в которых насос применяется), определяемой размерами участка огражденного дугой 27, совпадающей с проекцией края поршня 2, находящегося в рабочем положении, краем 28 отверстия 25 патрубка и касательными 29 и 30, проведенными к окружности отверстия 25 патрубка, расширяющимися к центру насоса. Радиус R, показанный на фиг. 3, равен радиусу поршня 2.

Сопоставительный анализ с прототипами позволяет сделать вывод, что предлагаемый вибронасос отличается тем, что в корпус насоса введены ребра, позволяющие с их помощью устанавливать ярмо, обеспечивая воздушный рабочий зазор в магнитопроводе с необходимой точностью, якорь выполнен П-образной формы с разветвлениями входящими в отверстия катушек, в цепь катушек последовательно с их обмоткой подсоединен вентиль полупериодного выпрямления, отверстие на входе в патрубок насоса выполнено плавно сужающимся к выходу за счет скругления краев отверстия переменным радиусом с предварительным увеличением площади входа в патрубок до размеров участка ограниченного дугой, совпадающей с проекцией края поршня установленного в рабочем положении, краем отверстия патрубка и двумя касательными к окружности отверстия патрубка, расширяющимися к центру насоса, отбортовки упоров служащих жесткой опорой поршню во время его работы выполнены сферической формы и установлены выпуклостями в сторону поршня. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т. е. в насосостроении, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков сходных с существенными отличительными признаками в предложенном вибронасосе и признать предлагаемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Вибронасос с электромагнитом, содержащим прямоходовой внедряющий П-образный якорь и вентиль полупериодного выпрямления, работает следующим образом. Подключается к сети переменного тока. При этом подключении через катушки протекает выпрямленный пульсирующий ток. Частота колебаний якоря 19 составляет при этом 50 колебаний в секунду.

Тяговая сила электромагнита в данном вибронасосе определяется потоком магнитных силовых линий, проходящим по всему магнитопроводу через рабочий воздушный зазор 21 (этот поток сцеплен со всеми витками катушек 8) и потоком, проходящим в области занимаемой катушками 8, но сцепленного с частью их витков, расположенных на длине внедрения якоря 19.

Тяговая сила примененного в насосе электромагнита по сравнению с тяговой силой электромагнита с внешним прямоходовым якорем, используемым в прототипах, увеличена на величину дополнительной тяговой соленоидной силы, полученной от внедренной в катушки части якоря 19. Эта дополнительная соленоидная сила увеличена еще и тем, что ток по катушкам протекает постоянный, наиболее рациональный для соленоидных систем.

Кроме всего, полупериодное выпрямление тока резко снижает индуктивное сопротивление. За счет уменьшенного индуктивного сопротивления в пределах общего количества ампервитков в примененном электромагните использована возможность увеличения количества витков катушек и соответственно этому возможность снижения рабочего тока. Это снижение рабочего тока при сохраняющемся тяговом усилии электромагнита дает свою существенную долю по повышению КПД насоса.

Введение в цепь обмоток катушек вентиля полупериодного выпрямления 22 кроме всего уменьшает частоту колебаний поршня 2 со 100 (по сравнению с прототипом) до 50. Производительность поршня 2, а соответственно и насоса при таком режиме колебаний увеличивается за счет плавности хода поршня 2 и увеличения амплитуды его колебаний.

Введение на упорах 23 и 24 отбортовок сферической формы дает значительное снижение гидравлических потерь, т. к. такая форма упоров уменьшает жесткость поршня при сохранении его жесткой опоры в крайних рабочих положениях и позволяет увеличить амплитуду его колебаний.

Существенно снижаются гидравлические потери и в патрубке 25, т. к. увеличенное отверстие на входе 26, сужающееся к выходу делает рабочий водяной поток более плавным, постепенно ускоряющимся, а количество входящей в отверстие воды увеличивается соответственно увеличенной площади входа.

Использование в вибронасосе описанных технических решений позволяет уменьшить потребляемую мощность насоса при сохраняющихся напоре и производительности, а также уменьшить гидравлические потери, что в итоге повышает КПД насоса. (56) Авторское свидетельство СССР N 737645, кл. F 04 B 43/04, 1978.

Использование: в насосостроении при проектировании импульсных вибронасосов. Сущность изобретения: насос снабжен вентилем 22 полупериодного выпрямления, подсоединенным в цепь катушек 8 последовательно их обмоткам, и ребрами 15, 16, установленными в приводной камере. Входной участок 26 выходного патрубка 25 выполнен плавно сужающимся к выходу с краями, скругленными радиусом переменной величины. Сферические отбортовки 23, 24 установлены выпуклостями к поршню 2. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ВИБРОНАСОС, содержащий корпус с приводной и рабочей камерами, входным клапаном и выходным патрубком, поршень, связанный с ним электромагнитный вибратор с якорем, катушками и ярмом, установленный между камерами амортизатор с центральным отверстием и патрубком, посредством которого герметизирован вход питающего кабеля в приводную камеру, шток с дистанционным цилиндрическим уступом, входящим с натягом в центральное отверстие амортизатора, и дистанционную переменного профиля рамку, служащую дополнительным упором для катушек, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности и повышения КПД насоса, он снабжен вентилем полупериодного выпрямления и ребрами, установленными в приводной камере с возможностью их смятия при установке ярма и образования рабочего воздушного зазора, причем якорь вибратора выполнен П-образной формы с разветвлениями, входящими внутрь катушек, а в цепь последних последовательно их обмоткам подсоединен вентиль. 2. Вибронасос по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения гидравлических потерь, поршень снабжен упорами со сферическими отбортовками, установленными выпуклостями в сторону поршня, а входной участок выходного патрубка выполнен плавно сужающимся к выходу с краями, скругленными радиусом переменной величины, и входным отверстием, очерченным отрезком дуги, имеющей радиус, равный радиусу поршня, и центр, расположенный на оси последнего, отрезком дуги, имеющей радиус, равный радиусу суженной части патрубка, и двумя касательными, сопряженными с обоими отрезками и расходящимися к оси вибронасоса.