ВОДЯНОЙ НАСОС С ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИМ ПРИВОДОМ Российский патент 2003 года по МПК F04F7/02 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для водоснабжения, в частности для сельскохозяйственного водоснабжения с использованием открытых потоков.

Известен штанговый поршневой насос, включающий цилиндр, всасывающую трубу, в конце которой установлен всасывающий клапан. Нагнетательный клапан размещен в поршне, приводимом в движение штангой. При движении поршня вверх одновременно совершается всасывание в нижней части цилиндра под поршнем и нагнетание в верхней части цилиндра над поршнем. При перемещении поршня вниз всасывающий клапан закрыт, а нагнетательный открыт. При этом вода из нижней части цилиндра поступает в его верхнюю часть, процессы нагнетания и всасывания прекращаются. Насос применяют в водоснабжении и нефтяном деле [1].

Недостатком является то, что для привода штанговых насосов необходима электрическая или механическая энергия (двигатель внутреннего сгорания), то есть он не является энергосберегающим и применяется для работы в буровых скважинах.

Известен гидравлический мультипликатор. Он состоит из неподвижного рабочего цилиндра, в котором размещен подвижный пустотелый плунжер диаметром D, а внутри его неподвижный плунжер диаметром d. Необходимым условием является D>d. По оси неподвижного плунжера проложена трубка соединенная с прессом. Жидкость, сжатая в гидравлическом аккумуляторе или трубопроводе, подается в неподвижный цилиндр и поднимает вверх подвижный плунжер и по трубке поступает в пресс или другой рабочий орган с увеличенным давлением по сравнению с тем, которое было создано в гидравлическом аккумуляторе (трубопроводе) [2].

Недостатком является то, что гидравлический мультипликатор имеет функциональную направленность на повышение давления и не может использоваться как водоподъемник и не является энергосберегающим.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является двигатель Кузьмина, предназначенный для использования в машиностроении для привода различных машин и механизмов. Двигатель содержит питательную емкость воды, гильзы, поршни, перемещаемые по направляющим стержням, впускные и выпускные каналы и клапаны, распределительный вал с кулачками, кинематически связанный с коленчатым валом. Гильзы расположены ниже коленчатого вала. Между гильзой и поршнем уплотнение отсутствует. Совершение рабочего хода осуществляется при помощи подъемной силы Архимеда. Изобретение обеспечивается простотой конструкции и экологической безопасностью [3].

Двигатель Кузьмина предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала и не может непосредственно использоваться в качестве водоподъемника, то есть имеет иную функциональную направленность.

Задачей изобретения является создание водяного насоса, работающего за счет возобновляемого источника энергии водяного потока с применением подъемной силы Архимеда без использования дополнительных энергетических ресурсов и передаточных механизмов.

Указанная задача достигается тем, что поршень снабжен цилиндром рабочей камеры с всасывающим клапаном и перемещающимся вместе с поршнем, а напорный неподвижный трубопровод расположен внутри цилиндра рабочей камеры соосно и оборудован напорным клапаном.

На фиг.1 указано положение поршня, цилиндра рабочей камеры, впускного и выпускного клапанов при движении поршня вверх; на фиг.2 указано положение поршня, цилиндра рабочей камеры, впускного и выпускного клапанов при движении поршня вниз.

Водяной насос с энергосберегающим приводом, представленный на фиг.1 и 2, включает в себя гильзу 1, поршень 2, цилиндр рабочей камеры 3, напорный трубопровод 4, всасывающий клапан 5, напорный клапан 6, впускной клапан 7, выпускной клапан 8, рабочую камеру 9, уплотнение 10, питательную емкость 11, задвижку 12, впускной и выпускной каналы 13 и 14, шатун 15, кривошип 16, звездочку 17, распределительный вал 18, кулачки впускного и выпускного клапанов 19 и 20, рукоятку 21, фильтр 22 (Н-уровень воды в питательной емкости).

Предлагаемое изобретение реализуется следующим образом. При помощи рукоятки 21 поршень 2 приводится в нижнее положение. При этом впускной клапан 7 за счет действия кулачка 19 распределительного вала 18 через звездочку 17 от кривошипа 16 и шатуна 15 открывает впускное отверстие, а выпускной клапан 8 закрыт. Затем открывается задвижка 12. Вода под напором Н через впускной канал 13, впускной клапан 7 поступает под поршень 2, в кольцевой канал между гильзой 1 и поршнем 2 в рабочую камеру 9 через всасывающий клапан 5, который открывается силой от действия избыточного давления напора Н. Уплотнение 10, размещенное между цилиндром рабочей камеры 3 и напорным трубопроводом 4, обеспечивает герметизацию рабочей камеры 9. За счет образовавшейся подъемной силы Архимеда поршень 2 перемещается вверх относительно неподвижного напорного трубопровода 4 вместе с рабочей камерой 9. Уменьшение объема рабочей камеры 9 приводит к образованию в ней избыточного давления и силы, за счет которой открывается напорный клапан 6. Вода из рабочей камеры 9 перемещается в напорный трубопровод 4 (см фиг.1). Перемещением поршня 2 шатун 15, шарнирно закрепленный на поршне 2, через кривошип 16 приводит во вращение звездочку 17, которая через цепную передачу вращает распределительный вал 18 с кулачками впускного и выпускного клапанов 19 и 20. Таким образом, осуществляется кинематическая связь между движением поршня 2 и работой впускного клапана 7 и выпускного клапана 8. Профиль кулачков впускного клапана 19 и выпускного клапана 20 обеспечивает быстрое открытие и закрытие впускного и выпускного клапанов 7 и 8. Достижение поршня 2 верхней мертвой точки (ВМТ) сопровождается закрытием впускного клапана 7 и выпускного клапана 8 (см. фиг. 2). Истечение воды через выпускной клапан 8 и канал 14 сопровождается движением поршня 2 вниз с увеличением объема рабочей камеры 9 и образованием в ней разрежения. Напорный клапан 6 закрыт, а всасывающий клапан 5 открыт. Вода заполняет рабочую камеру 9. После достижения поршнем 2 нижней мертвой точки (НМТ) выпускной клапан 8 за счет поворота кулачка выпускного клапана 20 распределительного вала 18 закрывается, а впускной клапан 7 за счет действия кулачка 19 открывается. Происходит заполнение цилиндра 1 водой и после его заполнения поршень 2 поднимется вверх. Объем рабочей камеры 9 уменьшается, образуется избыточное давление. Всасывающий клапан 5 закрыт, а напорный клапан 6 открывается. Вода из рабочей камеры 9 перемещается в напорный трубопровод 4, по которому она подается потребителю, и процесс повторяется. Для очистки воды от механических примесей рабочая камера 9 оборудована фильтром 22.

Работоспособность насоса обеспечивается условием, что величена избыточного давления в рабочей камере 9 должна быть больше давления в напорном трубопроводе 4 в точке расположения напорного клапана 6.

Преимуществом предлагаемого изобретения является энергосберегающий привод насоса за счет открытых потоков (ручьи, речки и пр.) с сооружением простейших плотин, обеспечивающих создание питательной емкости с необходимым дебитом и напором (0,5-1 м). При сооружении теплого помещения насос может работать в течение всего года, обеспечивая потребности в воде людей, животных, для полива, орошения сельскохозяйственных культур и пожаротушения.

Источники информации
1. Циклаури Д.С. Гидравлика, сельскохозяйственное водоснабжение и гидросиловые установки. - М.: Стройиздат, 1970. - С.146-147.

2. Угинчус А. А. Гидравлика и гидравлические машины - Харьков: Харьковский университет, 1970. - С.62-63.

3. Патент РФ 2140562. Двигатель Кузьмина, 27.10.99, бюл. 30 (прототип).

Насос предназначен для использования в водоснабжении, в частности для сельскохозяйственного водоснабжения с использованием открытых потоков. Включает питательную емкость для воды, впускной и выпускной каналы, впускной и выпускной клапаны, гильзу, поршень и кинематическую связь между движением поршня и впускным и выпускным клапанами. Поршень снабжен цилиндром рабочей камеры с фильтром и всасывающим клапаном. Неподвижный напорный трубопровод расположен внутри цилиндра рабочей камеры соосно и оборудован напорным клапаном. Между подвижным цилиндром рабочей камеры и напорным трубопроводом установлено уплотнение. Позволяет сократить расход электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Водяной насос с энергосберегающим приводом, включающий питательную емкость для воды, впускной и выпускной каналы, впускной и выпускной клапаны, гильзу, поршень, кинематическую связь между поршнем и впускным и выпускным клапанами, отличающийся тем, что поршень снабжен цилиндром рабочей камеры с фильтром и всасывающим клапаном, а неподвижный напорный трубопровод расположен внутри цилиндра рабочей камеры соосно и оборудован напорным клапаном. 2. Водяной насос по п.1, отличающийся тем, что между подвижным цилиндром рабочей камеры и напорным трубопроводом установлено уплотнение.