ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ НАСОС-КОМПРЕССОР Российский патент 1996 года по МПК F04B3/00 F04B17/04 

Предложение относится к насосокомпрессоростроению и касается машин объемного действия с электромагнитным приводом.

Известен электромагнитный индукционный насос-компрессор (авт. св. CCCP N 177778, кл. F 04 B 3/00, 1966) объемного действия, включающий тороидальный корпус с входным и выходным патрубками с размещенными внутри корпуса поршнями, трехфазный и тормозной индукторы.

Известен также электромагнитный индукционный насос-компрессор объемного действия (авт. св. СССР N 193310, кл. F 04 B 3/00, 1967), содержащий тороидальный корпус с входным и выходным патрубками, трехфазный и тормозной индукторы, множество поршней, размещенных в рабочей полости корпуса и приводимых в движение трехфазным индуктором.

Недостатками указанных насосов-компрессоров являются низкая производительность и КПД. Это объясняется тем, что множество поршней, размещенных в рабочей полости корпуса, занимают значительную часть полезного рабочего объема, следовательно, объемы, занятые поршнями, не участвуют в работе. Кроме того, из-за отсутствия затвора за выходным патрубком непосредственно имеет место вторичная циркуляция части перекачиваемой жидкости в рабочей полости корпуса. Из-за постоянного движения поршней весь объем агента не успевает попасть в нагнетательный трубопровод и, следовательно, часть объема агента, нагнетаемого каждым поршнем, вынуждена циркулировать снова, совершая бесполезную работу, снижая КПД и производительность.

Известен также индукционный насос-компрессор (авт. св. СССР N 1278485, кл. F 04 B 3/00, 1986), содержащий кольцевой корпус, снабженный индуктивной обмоткой, всасывающим и нагнетательным патрубками, установленный в корпусе поршень и датчики. Такой насос-компрессор по технической сущности и достигаемому результату наиболее близок к предлагаемому и принят в качестве прототипа.

Такой насос-компрессор может работать преимущественно при малых производительностях (малые размеры поршня и т.п.) или малых перепадах давления из-за трудностей мгновенного торможения (фиксации) поршней, при котором ускорение поршня стремится к бесконечности. В случае его использования для перекачки жидкостей или газов под большим давлением (следовательно, и с большей производительностью при соответствующем диаметре поршня) требуется создать сверхмощную магнитную ловушку для поршня, что создает дополнительные трудности, связанные с их разработкой и усложнением конструкции насоса-компрессора в целом.

Технической задачей изобретения является повышение производительности при наличии больших перепад давления (всасывания и нагнетания).

Поставленная задача достигается электромагнитным индукционным насосом-компрессором, содержащим кольцевой корпус, снабженный трехфазной индуктивной обмоткой, всасывающим и нагнетательным патрубками, установленный в корпусе поршень и датчики.

На фиг. 1 изображен электромагнитный индукционный насос-компрессор с коммутационными схемами, с частичным разрезом; на фиг. 2 запорный элемент электромагнитной задвижки с сердечниками; на фиг. 3 корпус задвижки, с электромагнитами; на фиг. 4 коробчатый корпус; на фиг. 5 то же, что и на фиг. 1 с развернутой схемой управления электромагнитами задвижки.

Электромагнитный индукционный насос-компрессор содержит кольцевой корпус 1 (фиг. 1), собранный из отдельных секций герметично. Внутри каждой секции расположены сердечники 2 с трехфазными обмотками 3 для создания бегущего электромагнитного поля в виде тора. Внутренние стенки 4 рабочей полости 5 насоса-компрессора облицованы диамагнитным материалом толщиной 4-5 мм, например фторопластом, с целью предотвращения перегрева корпуса и уменьшения силы трения. Внутри полости 5 свободно размещен поршень 6, она имеет сообщение с входным и выходным патрубками 7 и 8 соответственно. Между этими патрубками, где расположены две секции насоса-компрессора, установлена электромагнитная задвижка 9 с обмотками 10 и 11 электромагнитов. Запорный элемент 12 (фиг. 2) электромагнитной задвижки выполнен в виде прямоугольной пластинки со сквозным отверстием 13. На концах этой пластинки жестко закреплены сердечники 14 и 15 цилиндрической формы электромагнитов. Сквозное отверстие 13 выполнено диаметром большим, чем диаметр поршня 6, и смещено от центра пластинки в сторону одного из сердечников (например, в сторону сердечников 14) электромагнитов. Для снижения силы трения при движении запорного элемента 12 внутри коробчатого корпуса 16 электромагнитной задвижки в гнездах 17 запорного элемента размещены шарики, частично входящие в канавки 18 коробчатого корпуса 16. Шарики, расположенные в гнездах 17, контактирующие с поверхностью канавок 18, как бы составляют шарикоподшипник в собранном виде, как это изображено на фиг. 3.

В коробчатом корпусе также выполнено сквозное отверстие 19 под диаметр поршня, чуть меньше отверстия 13 запорного элемента 12. Отверстие 19 коробчатого корпуса 16 выполняют так, что при крайнем левом положении запорного элемента 12 отверстия 19 и 13 совпадают, а при крайнем правом положении отверстие 19 перекрыто телом запорного элемента 12.

Электромагнитную задвижку собирают следующим образом.

Сначала к одной из крышек, например крышке 20, с помощью фланцев и болтов закрепляют один из электромагнитов 21, затем внутрь коробчатого корпуса через его открытый конец устанавливают запорный элемент 12 с сердечниками 15 и 14 и с размещенными в гнездах 17 запорного элемента шариками. После этого закрывают вторую крышку 22, закрепляя болтами 23, в которой также с помощью фланца 24 и болтами 25 закрепляют второй электромагнит 26. Электромагнитную задвижку закрепляют между секциями, расположенными между парубками 7 и 8, с помощью фланцевых соединений 27 болтами 28.

Управление электромагнитами 21 и 26 осуществляется электронной коммутационной схемой I, II, III и IV (фиг. 5), где схемы I или II являются транзисторными ключами, а III и IV тиристорными ключами, с кнопкой SV c возвратом для отнуления схемы. Датчики 29 и 30, установленные за пределами всасывающего и нагнетательного патрубков 7 и 8 по ходу движения поршня 6 предназначены для подачи сигнала управляющим органам коммутационной схемы.

Электромагнитный индукционный насос-компрессор работает следующим образом.

До включения в работу насоса поршень 6 может занимать любое исходное положение.

До подключения электроэнергии к трехфазным обмоткам 3 насоса-компрессора необходимо производить следующие операции.

Включают питание коммутационной схеме и далее кнопкой SV отнуляют схему транзисторного ключа I или II. Этим достигается открывание положения электромагнитной задвижки, т.е. совмещение отверстия 13 запорного элемента 12 с отверстием 19 коробчатого корпуса 16 задвижки, на то указывает светодиод Д₃ (фиг. 5, схема IV тиристорного ключа), следовательно, срабатывает электромагнит 21. Затем запитывают обмотки 3 трехфазного тока при котором создается бегущее электромагнитное поле (электромагнитные силы), которое приводит в движение поршня 6. Последний проходит через совмещенные отверстия 13 и 19 задвижки 9 и достигает зоны расположения датчика 30, от импульса которого срабатывает транзисторный ключ схемы I, при котором соответственно срабатывает тиристорный ключ схемы III. При этом тиристор Т₃ запитывает цепь обмотки 10 электромагнита 26, что приводит к 0закрыванию задвижки, т.е. перекрытию телом запорного элемента 12 отверстия 19 коробчатого корпуса задвижки.

При подходе поршня 6 к датчику 29 от его импульса срабатывает транзисторный ключ схемы II, при котором срабатывает схема IV транзисторного ключа. При этом срабатывает тиристор Т₄, запитывает обмотку 11 электромагнита 21, что приводит к открыванию задвижки 9. Далее цикл повторяется.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем. Благодаря такому выполнению насоса-компрессора отпадает необходимость в двух поршнях (требуется только один), исключается надобность в двух электромагнитах-ловушках, повышается производительность, экономится электроэнергия из-за исключения электромагнитов-ловушек, повышается надежность в работе благодаря выполнению коммутационной схемы электронной.

Использование: в насосокомпрессоростроении, в частности в машинах объемного действия с электромагнитным приводом. Сущность изобретения: корпус выполнен кольцевым, собран из отдельных секций (C). Внутри каждой С расположены сердечники с трехфазными обмотками для создания бегущего электромагнитного поля в виде тора. Между всасывающим и нагнетательным патрубками установлена электромагнитная задвижка (ЭЗ). Запорный электромагнит ЭЗ выполнен в виде прямоугольной пластинки (ПП) со сквозным отверстием (СО). На концах ПП жестко закреплены сердечники электромагнитов (СЭ). СО выполнено диаметром большим, чем диаметр поршня и смещено от центра ПП в сторону одного из СЭ. 5 ил.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ НАСОС-КОМПРЕССОР, содержащий кольцевой корпус с индуктивной обмоткой, всасывающим и нагнетательным патрубками, установленный в корпусе поршень и датчики, отличающийся тем, что он снабжен электромагнитной задвижкой, установленной между всасывающим и нагнетательным патрубками, запорный элемент которой выполнен в виде прямоугольной пластинки со сквозным отверстием, на концах которой жестко закреплены сердечники электромагнитов, при этом сквозное отверстие выполнено диаметром большим, чем диаметр поршня, и смещено от центра пластинки в сторону одного из сердечников электромагнитов.