ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ НАСОС ЗАМЕЩЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F04F1/04 F04B17/04 

Изобретение относится к машиностроению, касается усовершенствования электрогидравлического насоса и может быть использовано также в быту для подъема воды из неглубоких скважин.

Известен электрогидравлический насос, содержащий рабочую камеру, стержневой электрод, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные на одноименных патрубках [1]
Недостатками этого насоса являются высокие энергозатраты и низкая производительность, что связано с необходимостью нагрева значительного объема воды и последующего охлаждения всей рабочей камеры.

Наиболее близким к изобретению является электрогидравлический насос замещения, содержащий герметичную рабочую камеру с всасывающим и нагнетательными патрубками, снабженными прямым и обратными клапанами соответственно, и испаритель, выполненный в виде расположенного в камере металлического цилиндрического стакана и размещенного по его оси электроизолированного металлического стержневого электрода, подключенного к источнику тока [2]
Недостатком этого насоса является низкая производительность при сравнительно высоких энергозатратах. Вследствие того что стержневой электрод в стакане проходит практически по всей высоте рабочей камеры, для закипания воды в стакане необходимо прогреть до температуры не менее +80^oC всю толщу находящейся в камере воды. Локальное расположение стакана и продолжение его на значительную глубину приводят к конвективному его охлаждению водой, находящейся в камере, и пока она вся не прогреется, вода в стакане не закипит.

Теплоизоляция же стенок камеры замедляет ее охлаждение и конденсацию в ней пара, что удлиняет цикл всасывания новой порции воды, а значит снижает производительность.

Задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является сокращение цикла всасывания воды путем ускорения охлаждения камеры за счет снабжения наружной поверхности рабочей камеры вертикально направленными ребрами, закрытыми кожухом, и расположения сверху над камерой вентилятора, включаемого в цикле всасывания воды на продув наружного воздуха снизу вверх. Второй задачей является снижение энергопотребления путем уменьшения объема доводимой до кипения воды в стакане и снижения температуры и объема нагрева воды в камере. Это достигается исключением (на протяжении большей части цикла вытеснения воды) конвективного перемешивания воды в камере путем отделения стакана от поверхности воды в камере слоем пара за счет расположения открытого сверху стакана с электродом в верхней части камеры коаксиально ей на уровне не менее 0,7 от высоты камеры. При этом образующийся при закипании воды в стакане пар, выходя из кольцевого зазора между стенками стакана и камеры, нагревает их и давит на поверхность воды, одновременно равномерно обогревая ее поверхность. Равномерный обогрев поверхности позволяет обеспечить нагрев только поверхностного слоя воды, поддерживаемый стационарным вертикально направленным градиентом. В цикле вытеснения вентилятор от тока через электрод переключается на обратное вращение, предотвращая конвективное охлаждение стенок камеры и снижая тем самым конденсацию пара на стенках. Теплообмену между стенками стакана и камеры способствует также крепление стакана к стенкам камеры пластинами из теплопроводящего материала.

Уровень верхней кромки и объем стакана определяется из расчета минимизации энергозатрат и получения максимальной производительности. Считая, что в воде и паровоздушной смеси может быть до 15% растворенного и смешанного воздуха с учетом 3-5% запаса на полное заполнение стакана с электродом при всасывании воды, верхняя кромка должна отсекать сверху 0,20-0,13 объема рабочей камеры. При этом стакан будет полностью заполняться при поднятии воды с глубины до 8 м. Объем стакана определяется количеством образуемого при кипении воды пара, достаточного для полного вытеснения им воды из камеры и поднятия ее на высоту до 10 м. Считая, что из 1 мл воды образуется 620 мл пара при избыточном давлении 1 атм и за 8-12 мин (длительность одного цикла вытеснения) при нормальной температуре успевает конденсироваться до 80-85 пара, объем стакана должен составлять 0,10-0,08 от объема рабочей камеры. При этом расчетное энергопотребление на 1 л перекачиваемой воды составит не более
W=100•0,1=10 Вт•ч
На фиг. 1 схематично изображен описываемый насос, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Электрогидравлический насос замещения содержит герметичную рабочую камеру 1 с всасывающим и нагнетательным патрубками 2,3, снабженными прямым и обратным клапанами 4, 5 соответственно, и испаритель, выполненный в виде расположенного в камере 1 металлического цилиндрического стакана 8 и размещенного по его оси электроизолированного металлического стержневого электрода 10, подключенного к источнику тока. Насос снабжен соединенным с верхней частью камеры 1 воздуховодом 13 с установленным в нем вентилятором 12, схемой реверсирования, в которую включен вентилятор 12 и в качестве управляющего элемента электрод 10, и кожухом 7, охватывающим камеру 1, причем последняя снабжена вертикальными ребрами 6, а стакан 8 закреплен в ней коаксиально посредством теплопроводящих пластин 9 на высоте, составляющей не менее 0,7 высоты камеры 1. При этом объем стакана 8 составляет 0,08 0,1 объема рабочей камеры 1.

Электрод 10 снабжен изоляторами 11. В верхней части камеры 1 расположен также технологический патрубок 14 с пробкой 15.

Насос работает следующим образом.

На всасывающий патрубок 2 надевают шланг и опускают его конец в перекачиваемую воду и включают насос в сеть. К технологическому патрубку 14 на период пуска подсоединяют любой, например ручной, внешний вакуум-насос и, отсасывая воздух из рабочей камеры 1, засасывают в нее воду до заполнения до патрубка 14, при этом часть воды попадает в стакан 8. Затем внешний насос отсоединяют и патрубок 14 затыкается пробкой 15, в это время через воду в стакане 8 начинает проходить ток, нагревая ее, и вентилятор 12 начинает вращаться, продувая нагреваемый от корпуса камеры воздух вниз. При закипании воды в стакане 8 в камере повышается давление и вода в ней начинает вытесняться через нагнетательный патрубок 3. После полного выкипания воды в стакане 8 вентилятор 12 меняет направление вращения лопастей, направляя воздух под кожухом 7 вверх и охлаждая камеру. Камера остывает, пар в ней начинает конденсироваться; образующимся при этом вакуумом открывает всасывающий клапан 4, и вода через патрубок 2 всасывается в полость камеры. Когда уровень воды дойдет до уровня края стакана 8, часть ее войдет в стакан и вновь начнется цикл вытеснения.

При диаметре рабочей камеры 140 150 мм и объеме 6 8 л цикл всасывания и вытеснения воды, выкачиваемой с глубины до 8 м, составляет 10 15 мин. Потребляемая мощность в цикле вытеснения 2 3 мин составляет до 400 Вт, в среднем за весь цикл не более 80 Вт. При этом производительность составляет 0,5 0,6 л/мин, удельное энергопотребление W=26 Вт•ч/л.

Использование: в машиностроении при проектировании электрогидравлических насосов замещения для подъема воды из неглубоких скважин. Сущность изобретения: насос снабжен соединенным с верхней частью камеры воздуховодом с установленным в нем вентилятором, схемой реверсирования, в которую включены вентилятор и в качестве управляющего элемента - электрод, и кожухом, охватывающим камеру, причем последняя снабжена вертикальными ребрами, а стакан закреплен в ней коаксиально посредством теплопроводящих пластин на высоте, составляющей не менее 0,7 высоты камеры, при этом объем стакана составляет 0,08-0,1 объема рабочей камеры. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрогидравлический насос замещения, содержащий герметичную рабочую камеру с всасывающим и нагнетательным патрубками, снабженными прямым и обратным клапанами соответственно, и испаритель, выполненный в виде расположенного в камере металлического цилиндрического стакана и размещенного по его оси электроизолированного металлического стержневого электрода, подключенного к источнику тока, отличающийся тем, что насос снабжен соединенным с верхней частью камеры воздуховодом с установленным в нем вентилятором, схемой реверсирования, в которую включен вентилятор и в качестве управляющего элемента электрод, и кожухом, охватывающим камеру, причем последняя снабжена вертикальными ребрами, а стакан закреплен в ней коаксиально посредством теплопроводящих пластин на высоте, составляющей не менее 0,7 высоты камеры. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что объем стакана составляет 0,08 - 0,1 объема рабочей камеры.