ВИБРОНАСОС Российский патент 1996 года по МПК F04F7/00 

Изобретение относится к области насосостроения, в частности, к вибрационным насосам, и позволяет повысить эффективность насоса за счет использования энергетически наивыгоднейших режимов работы.

Известен вибронасос, содержащий корпус, электромагнитный привод, размещенные в корпусе основную и малую дополнительную рабочие камеры со всасывающим и обратным клапанами, сообщенные с напорным каналом, и размещенные в каждой из камер эластичный рабочий орган со штоком, соединенный с электромагнитным приводом (авторское свидетельство N 1310530, кл. F 04 F 7/00, 1985).

Недостатком известного вибрационного насоса является его малый КПД из-за того, что упомянутый вибронасос не работает на энергетически наивыгоднейших режимах, так как в нем возбуждаются колебания рабочего органа с заданными колебаниями.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является вибранасос, содержащий корпус, электромагнитный привод, включающий катушки соленоидов, установленные на торцевых стенках корпуса, поршень, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения между катушками соленоидов и с образованием двух рабочих камер, стаканы, связанные с поршнем и размещенные по обе его стороны с возможностью взаимодействия с катушками соленоидов, всасывающие и нагнетательные клапаны, установленные в рабочих камерах, и датчики положения поршня (авторское свидетельство 1610067, кл. F 04 B 17/04, 1989).

Недостатком вибронасоса, выбранного в качестве ближайшего аналога, является то, что электромагнитный привод указанного вибронасоса позволяет рабочему органу, выполненному в виде поршня, совершать возвратно-поступательные перемещения между катушками соленоидов только с заданной частотой. Колебания данного типа являются вынужденными и поэтому вышеуказанный насос не работает на энергетически наивыгоднейших режимах, что существенно уменьшает его КПД.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является увеличение КПД насоса за счет использования энергетически наивыгоднейших режимов работы.

Решением технической задачи является снабжение вибронасоса, содержащего корпус, электромагнитный привод, включающий катушки соленоидов, установленные на торцевых стенках корпуса, поршень, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения между катушками соленоидов и с образованием двух рабочих камер, стаканы, связанные с поршнем и размещенные по обе его стороны с возможностью взаимодействия с катушками соленоидов, всасывающие и нагнетательные клапаны, установленные в рабочих камерах, и датчики положения поршня, центрирующей вставкой из немагнитного материала в виде двух усеченных конусов, установленных по обе стороны поршня с бронзовыми полусферами со стороны его большего диаметра и жестко соединенных с поршнем со стороны меньшего диаметра, гидрофобными накладками, установленными на внутренней поверхности корпуса и контактирующими с бронзовыми полусферами, кронштейнами, на которых закреплены датчики в виде индукционных датчиков цепи обратной связи, постоянными магнитами, взаимодействующими с датчиками и установленными на поршне, усилителем возбуждения, соединенным с выходами датчиков, выход которого соединен с электромагнитами магнитного привода, упругими сильфонами в виде усеченных конусов, установленных симметрично в корпусе относительно поршня, стороны которых по большему диаметру установлены на торцевых стенках корпуса, а по меньшему на поршне, выполненном в виде подпружиненного диска из ферромагнитного материала.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструктивная схема вибронасоса, поясняющая его работу, на фиг.2 представлена блок-схема вибронасоса.

Вибронасос содержит корпус 1, выполненный цилиндрическим и состоящим, например, для удобства сборки и эксплуатации, из двух симметричных половин, соединенных между собой по фланцам, и снабженный крышками 2, установленными на торцевых стенках корпуса 1, при этом на крышках 2 выполнены попарно всасывающий 3 и нагнетательные 4 клапаны. Клапаны 3 и 4 выполнены сообщающимися с рабочими камерами и содержат рабочие элементы 5 с пружиной 6. Внутри корпуса 1 по его оси симметрии установлены электровибраторы электромагнитного привода, выполненные в виде катушек 7 соленоидов, содержащие каждый обмотку возбуждения 8 и сердечник 9. Поршень 10 выполнен в виде диска из ферромагнитного материала и соединенного с упомянутым диском стакана, входящего в кольцевой зазор между обмотками возбуждения 8 катушек 7 соленоидов и сердечников 9. Катушки 7 соленоидов, являясь электровибраторами, обеспечивают поршню 10, являющемуся, в свою очередь, подвижным ферромагнитным якорем для колебательной системы насоса, возвратно-поступательные перемещения между катушками 7 соленоидов относительно продольной оси последних. Между поршнем 10 и торцевыми стенками катушек 7 соленоидов установлены пружины 11, упирающиеся одним концом в плоскую поверхность поршня 10, а другим в торец катушек 7, обеспечивая поршню 10 равновесное положение в статическом состоянии. Поршень 10 осесимметрично закреплен на центрирующей вставке 12 из немагнитного материала, выполненной в виде двух усеченных конусов, при этом центрирующие вставки 12 установлены симметрично по обе стороны поршня 10 и снабжены опорными элементами 13 в виде полусфер для образования точечного контакта, выполненными из бронзы. При этом количество n опорных элементов 13 должно быть не менее трех (n≥3). Опорные элементы 13 опираются и контактируют с накладками 14, выполненными из гидрофобного материала, например, из фторопласта, для уменьшения коэффициента трения между опорными элементами 13 и контактирующей с ними поверхностью. Гидрофобные накладки 14 закреплены на внутренней поверхности корпуса 1. В районе малого диаметра усеченного конуса центрирующей вставки 12, примыкающего к поршню 10, предусмотрены кронштейны, находящиеся вне камер, образованных конусами центрирующих вставок 12, на которых закреплены постоянные магниты 15, взаимодействующие с датчиками 16, установленными на кронштейнах на корпусе 1. При этом датчики 16 являются датчиками цепи обратной связи и установлены в магнитном поле (N/S) постоянных магнитов 15 симметрично и на равных расстояниях относительно последних. Внутри корпуса 1 симметрично относительно поршня 10 установлены упругие сильфоны 17, выполненные в виде усеченных конусов с гофрированными стенками, стороны которых по большему диаметру установлены на торцевых стенках корпуса 1 и жестко зафиксированы на них крышкой 2, а по меньшему диаметру на поршне 10, образуя своими гофрированными стенками рабочие камеры переменного объема. Части корпуса 1 соединены между собой (а крышки 2 с корпусом 1), с помощью стяжных элементов 18. Для обеспечения работы насоса на резонансных режимах колебаний предусмотрена цепь обратной связи, в которой обмотки возбуждения 8 катушек 7 соленоидов электромагнитного привода соединены с выходами усилителя возбуждения 18, а входы последнего с выходами индукционных датчиков 16 и источником питания 20.

Вибронасос работает следующим образом. Предварительно на усилитель возбуждения 19 подается питание с источника питания 20, например, от аккумулятора. Одновременно с подачей питания, в одном из индукционных датчиков 16, например, в верхнем согласно фиг.1, вырабатывается сигнал в виде э.д.с. индукции. Это происходит в соответствии с тем, что индукционные датчики 16 находятся в магнитном поле (N/S) постоянного магнита 15. Выработанный индукционным датчиком 16 сигнал в виде э.д.с. индукции подается на усилитель возбуждения 19 (фиг.1, фиг.2). С усилителя 19 уже усиленный сигнал подается на обмотки катушек 7 соленоидов, являющихся электровибраторами, например, на верхние согласно фиг.1. Возникающее при этом замкнутое магнитное поле, образованное при взаимодействии сердечника 9 и обмотки возбуждения 8 упомянутого электровибратора, будет воздействовать на плоский поршень 10, сообщая ему движение вдоль оси катушек 7, выталкивая составную часть поршня 10, выполненную в виде стакана, из кольцевого зазора электровибратора. Указанное конструктивное выполнение подвижного поршня (позиция 10 фиг.1) обеспечивает последнему линейные характеристики возвратно-поступательных перемещений в зазоре между верхним (по схеме на фиг.1) и нижним электровибраторами. Поршень 10, перемещаясь под действием магнитного поля (образованного верхним электровибратором) вниз по схеме на фиг.1, сжимает нижнюю по схеме фиг.1 пружину 11, накапливая в ней энергию. Одновременно открывается клапан 3 всасывающего патрубка (верхнего по схеме не фиг.1) и закрывается клапан 4 нагнетания в этой же части корпуса 1. Происходит всасывание жидкости в верхнюю рабочую гидрополость, ограниченную верхней крышкой 2 и стенками верхнего сильфона 17. При этом из нижней гидрополости (согласно фиг.1) происходит выдавливание жидкости через нижний нагнетательный клапан 4 в полость нагнетания исполнительного механизма (на схеме не показан). Нижний (по схеме фиг. 1) всасывающий клапан 3 при этом закрыт с помощью малой пружины 6, удерживающей тарелку клапана 5 на седле патрубка. Дойдя до равновесного положения, когда сила сжатия нижней большой пружины 11 будет равна силе воздействия электромагнитного поля верхнего электровибратора, центрирующая вставка 12, скользя закрепленными на ней опорными элементами 13 (выполненными в виде полусфер для обеспечения точечного контакта) по гидрофобным накладкам 14, установленным внутри корпуса 1, остановится. В момент остановки центрирующей вставки 12, э. д.с. в задействованном в первый полупериод колебаний индукционном датчике 16, находящемся в поле (N/S) постоянного магнита 15, станет равна "нулю" (так как нет движения катушки индуктивности датчика 15 в магнитном поле постоянного магнита), при этом прекратится подача сигнала с усилителя возбуждения 19 на задействованный в первый полупериод колебаний электровибратор (верхний по схеме фиг.1). Не получая противодействия со стороны задействованного в первый полупериод колебаний верхнего электровибратора (катушки 7 соленоида), нижняя по схеме фиг.1 пружина 11 (сжатая в первый полупериод колебаний) начнет разжиматься, перемещая центрирующую вставку 12 с закрепленными на ней постоянными магнитами 15 вверх по схеме фиг.1. Постоянные магниты 15 в этом случае начнут взаимодействовать уже с другими индукционными датчиками 16, а э.д.с. выработанная этими датчиками, поменяет свой знак на противоположный. Новый сигнал в виде э.д.с. индукции (противоположного знака) с датчика 16, работающего во второй полупериод колебаний; подается на усилитель возбуждения 19, а с него, уже усиленный, на нижний по схеме на фиг.1 электровибратор электромагнитного привода. Процесс колебаний второго полупериода аналогичен вышеизложенному. При этом открывается нижний всасывающий клапан 3 и верхний нагнетательный клапан 4. В нижнюю гидрополость жидкость всасывается, а из верхней гидрополости выталкивается через соответствующий клапан 4 в магистраль нагнетания исполнительного механизма. На данном этапе работы насоса перекрываются с помощью пружин 6 верхний по схеме на фиг.1 клапан всасывания 3 и нижний нагнетательный клапан 4. Таким образом возникают незатухающие механические колебания динамической системы "присоединенная масса жидкости" - упругие элементы" c частотой собственных колебаний, определяемой параметрами указанной системы. Жесткость динамической системы определяется параметрами упругих элементов (позиция II фиг. 1). Выбранная пара трения "фторопласт-бронза" (контактирование точки бронзового сферического опорного элемента 13 с поверхность фторопластовой накладки 14) обеспечивает системе минимальный коэффициент трения. Упругий сильфон 17 служит габаритами гидрополости переменного объема и выполняется из пластичного материала, способного выдерживать долговременные знакопеременные нагрузки с большой частотой.

Использование динамической системы и самовозбуждающегося с частотой собственных (резонансных) колебаний контура, снабженного цепью положительной обратной связи для поддержания колебаний динамической системы незатухающими с резонансной частотой колебаний, приводит к тому, что указанный вибронасос работает на энергетически наивыгоднейших режимах с точки зрения затрат энергии и возбуждения колебаний максимальной амплитуды. Этим достигается эффективность применения вибронасоса. Конструкция вибронасоса предполагает его использование в любом положении.

Использование: в области насосостроения для перекачивания жидкостей. Сущность изобретения: в вибронасос введена центрирующая вставка в виде двух усеченных конусов, размещенных по обе стороны поршня. На вставке размещены со стороны большого диаметра бронзовые полусферы. Также в вибронасос введены гидрофобные накладки, установленные на внутренней поверхности корпуса, индукционные датчики цепи обратной связи, постоянные магниты, взаимодействующие с датчиками усилителя возбуждения, соединенные с выходами датчиков. Выход усилителя возбуждения соединен с электромагнитами магнитного привода. Симметрично в корпусе относительно поршня внутри центрирующей ставки размещены упругие сильфоны в виде усеченных конусов. 2 ил.

Вибронасос, содержащий корпус, электромагнитный привод, включающий катушки соленоидов, установленные на торцевых стенках корпуса, поршень, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения между катушками соленоидов и с образованием двух рабочих камер, стаканы, связанные с поршнем и размещенные по обе его стороны с возможностью взаимодействия с катушками соленоидов, всасывающие и нагнетательные клапаны, установленные в рабочих камерах, и датчики положения поршня, отличающийся тем, что он снабжен центрирующей вставкой из немагнитного материала в виде двух усеченных конусов, установленных по обе стороны поршня с бронзовыми полусферами со стороны его большего диаметра и жестко соединенных с поршнем со стороны меньшего диаметра, гидрофобными накладками, установленными на внутренней поверхности корпуса и контактирующими с бронзовыми полусферами, кронштейнами, на которых закреплены датчики в виде индукционных датчиков цепи обратной связи, постоянными магнитами, взаимодействующими с датчиками и установленными на поршне, усилителем возбуждения, соединенным с выходами датчиков, выход которого соединен с электромагнитами магнитного привода, упругими сильфонами в виде усеченных конусов, установленных симметрично в корпусе относительно поршня, стороны которых по большему диаметру установлены на торцевых стенках корпуса, а по меньшему диаметру на поршне, выполненном в виде подпружиненного диска из ферромагнитного материала.