НАСОС Российский патент 1997 года по МПК F04F1/00 F04B35/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании насосов и компрессоров, в которых одна текучая среда взаимодействует с другой текучей средой.

В настоящее время промышленностью производятся различные типы насосов и компрессоров поршневые (с возвратно-поступательно движущимся поршнем), роторные (винтовые, ротационно-пластинчатые) и др. Во всех этих компрессорах сжимаемый газ контактирует с поршнями или роторами, представляющими собой твердые тела.

Наличие трущихся деталей в данных типах насосов и компрессоров усложняет их конструкцию и снижает их ресурс.

Большей простотой и долговечностью отличаются жидкостно-кольцевые компрессоры. Давление нагнетания данного типа компрессоров достигает 0,25 мегапаскалей (МПа), а время межремонтной работы составляет 10-20 лет [1]
Недостаток жидкостно-кольцевых компрессоров низкое давление нагнетания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является насос, который позволяет осуществить способ подачи топливного компонента ракетного двигателя, заключающегося в том, что баллон со сжатым газом при помощи трубопровода подключен к топливному баку. В нужный момент времени газ из баллона поступает в топливный бак и своим давлением вытесняет топливо из бака в камеру сгорания ракетного двигателя. Этот насос содержит емкость, заполненную двумя видами текучих сред [2]
Недостаток данного насоса ограничение возможности эксплуатации, так как он не может быть использован в качестве компрессора.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, что позволит использовать его в качестве компрессора.

Поставленная задача решается за счет того, что в насосе имеется вторая емкость, частично заполненная жидкость, а частично газом, к той части первой емкости, которая заполнена жидкостью, подключен насос любого типа, например, центробежный, выход из насоса подключен ко второй емкости, имеется камера, которая поочередно и периодически может соединяться как с той частью первой емкости, которая заполнена газом, так и с той частью второй емкости, которая заполнена жидкостью.

Таким образом, насосом из первой емкости во вторую емкость непрерывно подается определенный объем жидкости. При помощи камеры из первой емкости во вторую емкость периодически поступает определенный объем газа. Из второй емкости при помощи камеры в первую емкость периодически поступает определенный объем жидкости.

Следовательно, во второй емкости периодически будет происходить колебание уровня поверхности жидкости. Газ из камеры на поверхность жидкости во второй емкости будет подниматься за счет действия на газ архимедовой силы, а жидкость из камеры в первую емкость будет поступать за счет действия на нее гравитационной силы. Это колебание уровня поверхности жидкости во второй емкости и будет использоваться для протекания периодических процессов сжатия газа. К той части второй емкости, которая заполнена газом, подключен потребитель газа, а к той части первой емкости, которая заполнена газом, подключен источник (внешний) газа.

Таким образом, данный насос может быть использован в качестве компрессора.

На фиг. 1 показан момент работы насоса-компрессора, когда камера заполнена жидкостью и сообщена со второй емкостью; на фиг. 2 то же, когда камера заполнена жидкостью и изолирована как от первой емкости, так и от второй емкости; на фиг. 3 то же, когда камера заполнена жидкостью и сообщена с первой емкостью; на фиг. 4 то же, когда камера заполнена газом и изолирована как от первой емкости, так и от второй емкости; на фиг. 5 то же, когда камера, заполненная газом, сообщена со второй емкостью.

Насос-компрессор содержит первую емкость 1, частично заполненную жидкостью 2, а частично газом. К той части первой емкости 1, которая заполнена жидкостью 2, подключен вход в насос 3 (любого типа, например, центробежный). К выходу из насоса 3 подключен трубопровод 4, другой конец которого подключен ко второй емкости 5. Вторая емкость 5 частично заполнена жидкостью 6, а частично газом. Жидкость 2 в первой емкости 1 и жидкость 6 во второй емкости 5 одна и та же. Поверхность жидкости 6 во второй емкости 5 находится на более высоком уровне, чем поверхность жидкости 2 в первой емкости 1. На жидкости 2 и 6 действует сила тяжести. К той части первой емкости 1, которая заполнена газом, подключен входной канал 9, другой конец которого подключен к внешнему источнику газа. К той части второй емкости 5, которая заполнена газом, подключен выходной канал 10, другой конец которого подключен к потребителю газа. На входе в выходной канал 10 установлен клапан 11, служащий для периодической изоляции выходного канала 10 от второй емкости 5.

Имеется также камера 12 любой приемлемой формы, которая может периодически и поочередно изолироваться при помощи клапанов 13 и 14 как от той части первой емкости 1, которая заполнена газом, так и от той части второй емкости 5, которая заполнена жидкостью 6.

В варианте компрессора заявляемый насос работает следующим образом.

Вторая емкость 5 частично заполнена жидкостью 6 (фиг. 1), а частично газом. Камера 12 сообщена с той частью второй емкости 5, которая заполнена жидкостью 6, а, следовательно, и камера 12 заполнена жидкостью 6. При этом камера 12 при помощи клапана 13 изолирована от первой емкости 1. Та часть второй емкости 5, которая заполнена газом, при помощи клапана 11 изолирована от выходного канала 10, а следовательно, и от потребителя газа.

Из первой емкости 1 при помощи насоса 3 и через трубопровод 4 во вторую емкость 5 непрерывно поступает жидкость 2. Но так как клапан 11 закрыт, а уровень поверхности жидкости 6 непрерывно повышается, следовательно, объем, занимаемый газом во второй емкости 5, непрерывно уменьшается-происходит процесс сжатия газа.

В следующий момент времени камера 12 (фиг. 2) при помощи клапана 14 изолируется от второй емкости 5 (при этом камера 12 заполнена жидкостью 6). В данный момент времени камера 12 также изолирована от первой емкости 1 (при помощи клапана 13). Во второй емкости 5 идет непрерывное повышение уровня поверхности жидкости 6 (идет процесс сжатия газа), так как во вторую емкость 5 непрерывно поступает из первой емкости 1 через насос 3 и трубопровод 4 жидкость 2.

В следующий момент времени камеры 12 (фиг. 3), заполненная жидкостью, сообщается с той частью первой емкости 1, которая заполнена газом (клапан 13 открыт). При этом камера 12 при помощи клапана 14 изолирована от второй емкости 5. Жидкость из камеры 12 под действием гравитационной силы вытекает в первую емкость 1, далее поступает на вход в насос 3, а затем через трубопровод 4 во вторую емкость 5, т.е. цикл замыкается. Одновременно с этим камера 12 заполняется газом, который поступает в нее из первой емкости 1. Первая емкость 1, в свою очередь, непрерывно пополняется газом из входного канала 9. Во второй емкости 5 давление газа достигает такой величины, что открывается клапан 11 (он отрегулирован на определенное давление), и сжатый газ начинает поступать в выходной канал 10 и далее потребителю.

В следующий момент времени камера 12 (фиг. 4), заполненная газом, при помощи клапана 13 изолируется от первой емкости 1. В данный момент времени камера 12 также при помощи клапана 14 изолирована от второй емкости 5. Клапан 11 открыт, и во второй емкости 5 продолжается процесс вытеснения сжатого газа в выходной канал 10 (так как во вторую емкость 5 непрерывно поступает жидкость из первой емкости 1).

В следующий момент времени камера 12 (фиг. 5), заполненная газом, сообщается с той частью второй емкости 5, которая заполнена жидкостью 6. При этом камера 12 при помощи клапана 13 изолирована от первой емкости 1. Газ из камеры 12 под действием архимедовой силы поднимается на поверхность жидкости 6. Одновременно с этим камера 12 заполняется жидкостью 6 из второй емкости 5. При этом уровень поверхности жидкости понижается. Так как давление газа, поступающего из камеры 12 во вторую емкость 5, меньше чем давление газа во второй емкости 5, следовательно, давление газа во второй емкости 5 уменьшится, причем настолько, что клапан 11 закроется и вторая емкость 5 изолируется от выходного канала 10. С этого момента времени во второй емкости 5 начался новый цикл процесса сжатия газа.

В дальнейшем все периодически повторяется.

Таким образом, во второй емкости 5 периодически происходит колебание уровня поверхности, а следовательно, периодически будет изменяться объем, занимаемый газом во второй емкости 5. Это колебание уровня поверхности 7 и используется для протекания периодических процессов сжатия газа.

Использование: в насосо- и компрессоростроении, может найти применение при проектировании насосов, служащих для подачи текучих сред. Сущность изобретения: насос содержит две емкости, каждая из которых частично заполнена жидкостью, а частично - газом. Имеется также камера, которая периодически и поочередно может сообщаться с той частью первой емкости, которая заполнена газом, и с той частью второй емкости, которая заполнена жидкостью. К той части первой емкости, которая заполнена газом, подключен внешний источник газа. К той части первой емкости, которая заполнена жидкостью, подключен насос, выход из которого подключен к второй емкости. К той части второй емкости, которая заполнена газом, подключен потребитель газа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Насос, имеющий первую емкость, заполненную двумя видами текучих сред, имеющих разные плотности, отличающийся тем, что имеется вторая емкость, заполненная теми же двумя видами текучих сред, что и первая емкость, к первой емкости подключен источник текучей среды, имеющей меньшую плотность, имеется также камера любой приемлемой формы, камера выполнена с возможностью периодического и поочередного сообщения как с той частью первой емкости, которая заполнена текучей средой, имеющей меньшую плотность, так и с той частью второй емкости, которая заполнена текучей средой, имеющей большую плотность, к второй емкости подключен выход из насоса любого типа, например центробежного, вход в насос подключен и/или к той части первой емкости, которая заполнена текучей средой, имеющей большую плотность, или к иному источнику текучей среды, имеющей большую плотность. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что к той части второй емкости, которая заполнена текучей средой, имеющей меньшую плотность, подключен потребитель текучей среды, имеющей меньшую плотность.