ПОРШНЕВОЙ НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1994 года по МПК F04B21/00 

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение для перекачивания криогенных рабочих сред, обладающих свойствами парамагнетиков, например жидкого кислорода.

Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг.1 изображена схема поршневого насоса с электромагнитом, размещенным внутри поршня; на фиг.2 - схема поршневого насоса с электромагнитом, размещенным на наружной поверхности цилиндра.

Поршневой насос содержит цилиндр 1, выполненный из немагнитного материала, с размещенным внутри него с радиальным зазором поршнем 2. Поршень 2 соединен с кривошипно-шатунным механизмом 3 посредством штока 4. На цилиндре 1 установлены всасывающий 5 и нагнетательный 6 клапаны. Внутри герметичного поршня 2, изготовленного из немагнитного материала, размещен электромагнит 7, который подключен к источнику постоянного напряжения через токоввод (не показан), проходящий через шток 4. Во втором варианте выполнения насоса электромагнит 7 размещен на наружной поверхности цилиндра 1.

Рабочей средой насоса является парамагнитное вещество - жидкий кислород, имеющий следующие параметры: относительная магнитная проницаемость μ₂ = = 1,0034, температура кипения Т_к = 90,188 К, плотность ρ = 1142 кг/м³, динамическая вязкость η = 196 ˙10^-6 Па ˙с. Объем герметичной полости поршня 2 рассчитан из условия обеспечения его нулевой плавучести в жидком кислороде.

Электромагнит 7 может быть выполнен сверхпроводящим, что позволяет при минимальных габаритах создать в радиальном зазоре между поршнем и цилиндром магнитное поле с магнитной индукцией B_о до 15 Тл и существенно сократить расход электроэнергии.

В связи с созданием сверхпроводников с температурой сверхпроводящего перехода 92 К и выше для охлаждения сверхпроводящего электромагнита 7 может быть использована рабочая среда.

Поршень 2 размещен внутри цилиндра 1 с радиальным зазором, который перекрыт слоем жидкого кислорода 8, удерживаемым на наружной поверхности поршня 2 или на внутренней поверхности цилиндра 1 соответственно для первого и второго вариантов выполнения магнитной пондеромоторной силой, действующей со стороны неоднородного магнитного поля электромагнита 7 на парамагнитное вещество - жидкий кислород.

Насос работает следующим образом.

Вращение от двигателя (не показан) передается кривошипно-шатунному механизму 3, в результате чего поршню 2 через шток 4 сообщается возвратно-поступательное движение. При движении поршня 2 вправо в полости цилиндра 1 создается разрежение. Под действием разности давлений на входе всасывающего клапана 5 и цилиндре 1 жидкость поступает в цилиндр 1 через открывающийся при этом всасывающий клапан 5. Нагнетательный клапан 6 при ходе поршня 2 вправо закрыт, так как на него действует давление жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе (не показан). При ходе поршня 2 влево в цилиндре 1 возникает давление, под действием которого закрывается клапан 5 и открывается клапан 6.

Таким образом, жидкость через нагнетательный клапан 6 поступает в напорный трубопровод.

Вследствие взаимодействия магнитного поля, создаваемого электромагнитом 7, с рабочей средой, имеющей высокое значение относительной магнитной проницаемости μ₂, радиальный зазор поршня 2 перекрывается слоем жидкого кислорода 8, что обеспечивает бесконтактное уплотнение поршня.

При этом за счет разницы магнитных проницаемостей рабочей среды и немагнитного материала, из которого изготовлены цилиндр 1 и поршень 2, на поршень 2 при его приближении к внутренней поверхности цилиндра 1 действует отталкивающая сила. С учетом того, что поршень 2 обладает нулевой плавучестью, а отталкивающая сила обеспечивает его центрирование внутри цилиндра 1, в предложенном насосе исключен механический контакт между движущимся поршнем 2 и цилиндром 1.

Использование: для перекачивания криогенных сред, преимущественно жидкого кислорода. Сущность изобретения: один из элементов пары цилиндр - поршень снабжен электромагнитом, который размещается либо на наружной поверхности цилиндра, либо внутри поршня. При включении электромагнита поле, создаваемое им, удерживает в кольцевом зазоре между поршнем и цилиндром слой рабочей среды, обладающей свойствами парамагнетика. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. ПОРШНЕВОЙ НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ, например жидкого кислорода, содержащий цилиндр с размещенным внутри него с радиальным зазором поршнем, связанным с приводом, и средство его уплотнения, отличающийся тем, что с целью повышения надежности, один из элементов пары цилиндр - поршень снабжен электромагнитом, при этом поршень и цилиндр выполнены из немагнитного материала. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что электромагнит размещен внутри поршня. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что электромагнит размещен на наружной поверхности цилиндра.