ВИБРАЦИОННЫЙ НАСОС Российский патент 1996 года по МПК F04F7/00 

Изобретение относится к конструированию насосов, преимущественно насосов с использованием инерции сред, например путем возбуждения в них вибрации, и может быть использовано в конструкциях бытовых электронасосов для перекачивания воды из емкостей и подъема воды из скважин.

Известны вибрационные насосы с электромагнитным приводом, например, Усаковский В.Н. "Инерционные насосы", М. 1973, с.114; а.с. 1310530, кл. F 04 F 7/00. Недостатками этих насосов являются плохие условия охлаждения электромагнитных двигателей и, как следствие, низкая надежность.

Известен вибрационный насос "Струмок" (руководство по эксплуатации электронасоса БВ-0,1-63-У5, 1986, с.6), который имеет низкую степень надежности из-за возможных нарушений условий охлаждения и сложной регулировки для обеспечения безударной работы в околорезонансном режиме.

Наиболее близок по параметрам и назначению к изобретению электронасос БВ-0,1-63-У5 "Дружок" ГОСТ 26287-84, выпускаемый Буланашским машзаводом, По "Уралмаш" (руководство по эксплуатации, 1992, с.5), содержащий гидравлическую камеру с клапаном и поршнем, линейный электромагнитный двигатель с внутренним ярмом, якорем и обмоткой возбуждения и упругий амортизатор. Однако, насос также обладает рядом недостатков:
низкая степень надежности из-за неэффективных условий охлаждения (время работы без водяного охлаждения не превышает двух минут) и нерационального размещения узла забора воды внизу насоса. Последнее приводит к тому, что двигатель насоса остается без водяного охлаждения при откачке воды до уровня узла забора, вследствие этого насос выходит из строя;
низкая степень надежности из-за невозможности обеспечения безударной работы при движении шихтового якоря к магнитопроводу во время пуска насоса. Соударения приводят к магнитному замыканию их пластин, что снижает КПД. Кроме того, соударения разрушают изоляцию обмотки, что приводит к выходу насоса из строя;
необходимость сложной настройки электромеханической системы на резонансный или околорезонансный режимы, сложность настройки объясняется тем, что при питании от синусоидального источника напряжения за время одной полуволны якорь, под действием электромагнитных сил, должен притянуться к магнитопроводу и затем, под действием упругих сил амортизатора, вернуться в исходное состояние. При этом электромагнитная сила может изменяться из-за колебаний уровня питающего напряжения, а упругая сила амортизатора меняется за счет старения резины, а также изменения ее температуры, что приводит к неустойчивой работе насоса.

В основу изобретения положена задача создать конструкцию вибрационного насоса, позволяющего повысить надежность и КПД насоса при снижении эксплуатационных расходов.

Поставленная задача решена тем, что в вибрационном насосе, содержащем гидравлическую камеру с клапаном и поршнем, линейный электромагнитный двигатель с внутренним ярмом, якорем и обмоткой возбуждения с выводами, упругий амортизатор, расположенный между якорем и гидравлической камерой, между внутренним ярмом и якорем линейного электромагнитного двигателя установлена пружина, а один из выводов обмотки возбуждения соединен с выпрямительным диодом. Кроме того, на наружной поверхности внутреннего ярма выполнен несквозной канал, благодаря чему существенно улучшается охлаждение насоса и повышается его надежность при эксплуатации.

Установка пружины между внутренним ярмом и якорем линейного электромагнитного двигателя обеспечивает безударную работу якоря при различных условиях эксплуатации насоса, что повышает его надежность и срок службы. Питание насоса через выпрямительный диод упрощает настройку электромеханической системы, повышает устойчивость ее работы и приводит к повышению КПД при одновременном увеличении надежности и срока службы насоса.

На чертеже представлен продольный разрез насоса. Вибрационный насос содержит электромагнитный линейный двигатель, состоящий из магнитопроводящего корпуса 1, в котором расположены внутреннее ярмо 2, полюс 3, обмотка возбуждения 4, намотанная на немагнитный каркас 5. Во внутренней полости каркаса 5 расположены якорь 6, пружина 7 и шток 8. На штоке 8 закреплен амортизатор 9 и поршень 10. В верхней части корпуса установлена гидравлическая камера 11 с клапаном 12 и напорным трубопроводом 13. В полюсе 3, амортизаторе 9 и гидравлической камере 11 выполнены отверстия 14 для кабеля 15, соединяющего обмотку возбуждения 4 с вилкой 16 через выпрямительный диод 17. Во внутреннем ярме 2 выполнен несквозной канал 18.

Вибрационный насос работает следующим образом. При подключении вилки 16 к питающей сети переменного напряжения по обмотке возбуждения 4 через выпрямительный диод 17 протекает электрический ток, создающий магнитный поток, замыкающийся по цепи: магнитопроводящий корпус 1 внутреннее ярмо 2 рабочий воздушный зазор якорь 6 полюс 3 магнитопроводящий корпус 1.

В рабочем зазоре возникает сила Максвелла, воздействующая на якорь 6. Под действием движущей силы шток 8 смещается в направлении от всасывающего клапана 12, сжимая упругий амортизатор 9 и пружину 7 и обеспечивая ход поршня 10, в результате чего через клапан 12 происходит всасывание жидкости в гидравлическую камеру 11. Смещение якоря происходит на величину рабочего зазора. При отсутствии этого зазора сила Максвелла равна нулю, а в связи с уменьшением значения пульсирующего тока сила, удерживающая якорь, минимальна и определяется только остаточным намагничиванием стали магнитопровода. Под действием упругих сил амортизатора 9 и пружины 7 шток 8 движется в направлении всасывающего клапана 12. Клапан закрывается и жидкость поршнем 10 выдавливается из камеры 11 через напорный трубопровод 13. Далее цикл повторяется.

Пружина 7 при максимальном рабочем зазоре не имеет напряженного состояния, а при минимальном зазоре, равном 0,2-0,5 мм должна быть полностью сжата. Таким образом, соударений якоря о внутреннее ярмо во всех режимах работы насоса не происходит. Это предотвращает магнитное замыкание шихтовальных пластин якоря и внутреннего ярма и исключает передачу вибрации на обмотку возбуждения, что повышает надежность насоса.

Снижение частоты движения подвижных элементов насоса в два раза за счет установки выпрямительного диода упрощает настройку электромеханической системы насоса и значительно повышает устойчивость его работы при колебаниях напряжения сети и изменениях свойств амортизатора (при его нагреве или старении).

Потери производительности насоса из-за снижения частоты компенсируются увеличением амплитуды колебания поршня в связи с повышением амплитуды тока, а следовательно, и силы Максвелла, вследствие снижения индуктивного сопротивления обмотки возбуждения.

Выполнение несквозного канала на наружной поверхности внутреннего ярма и возможность свободного доступа жидкости к торцу внутреннего ярма 2 позволяет осуществлять дополнительное охлаждение двигателя насоса изнутри.

Использование: машиностроение, производство бытовых электронасосов для перекачки жидкости. Сущность изобретения: насос содержит гидравлическую камеру с клапаном и поршнем, линейный электромагнитный двигатель с внутренним ярмом, якорем и обмоткой возбуждения и упругий амортизатор, между внутренним ярмом и якорем двигателя установлена пружина. Один из выводов обмотки возбуждения соединен с выпрямительным диодом. Для улучшения охлаждения двигателя во внутреннем ярме выполнен несквозной канал. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Вибрационный насос, содержащий гидравлическую камеру с клапаном и поршнем, линейный электромагнитный двигатель с внутренним ярмом, якорем и обмоткой возбуждения с выводами, упругий амортизатор, расположенный между якорем и гидравлической камерой, отличающийся тем, что между внутренним ярмом и якорем линейного электромагнитного двигателя установлена пружина, а один из выводов обмотки возбуждения соединен с выпрямительным диодом. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности внутреннего ярма выполнен несквозной канал, открытая часть которого сообщена с перекачиваемой жидкостью.