ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НАСОС Российский патент 2005 года по МПК F04B17/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к насосостроению, с использованием для своей работы электрической энергии, в частности к электромагнитным насосам, у которых приводом или силовым элементом является электромагнит, использующий энергию накопительного конденсатора.

Уровень техники

Известен электромагнитный насос, который содержит электромагнит, водяной насос, подводящую электропроводку, блок управления, накопительный конденсатор и источник электроэнергии (ФЭП или ВЭА с аккумулятором или без него). (См. А.с. СССР №1096397 А, F 04 D 15/00, а также патент Российской Федерации №2005918 С1, F 04 D 15/00).

Недостатком указанного электромагнитного насоса является несовершенство конструкции его основных узлов, то есть электромагнита, насоса и их взаимодействия, что выражается в малой производительности и большом расходе электроэнергии.

В приведенных А.с. №1096397 А, F 04 D 15/00 и патенте №2005918 C1, F 04 D 15/00 основное внимание уделено совершенствованию электросхемы управления электромагнитом насоса и крайне мало сказано о конструкции самого насоса электромагнита и их взаимодействия.

Подтверждением этому является статья Абрамова Н.Д. Повышение эффективности пастбищных ветрогелионасосных установок. Техника в сельском хозяйстве, 1988, №1. С.15-18, автор которой является держателем вышеуказанных А.с. №1096397 и патента №2005918.

Известна пастбищная ветрогелионасосная установка, в которой применен проходной поршневой насос известной конструкции. Он содержит цилиндр, в котором перемещается поршень. Впускной клапан располагается в самом поршне, а выпускной клапан находится в подсоединенной к цилиндру трубе, по которой вода подается к потребителю. В статье указаны параметры насоса - площадь днища равна 16 см², ход поршня равен 5 см, а высота подачи составляет 14 м.

Насосы такой конструкции называются проходными, потому что вода проходит через поршень с вмонтированным в него впускным клапаном.

(См. "Малая механизация в приусадебном и фермерском хозяйствах". Под редакцией члена-корреспондента Украинской академии аграрных наук И.П.Масло. - Киев: Урожай, 1996. С.303)

Наиболее близким к заявленному устройству согласно имеющемуся описанию является электромагнитный насос, состоящий из электромагнита и соединенного с ним поршневого водяного насоса, представляющих собой единый агрегат, содержащий: корпус электромагнита и корпус водяного насоса в виде цилиндра, жестко соединенные между собой; якорь электромагнита и поршень водяного насоса, жестко соединенные между собой; впускной клапан, вмонтированный в поршень водяного насоса; падающую трубу, жестко соединенную с корпусом водяного насоса; выпускной клапан, вмонтированный в падающую трубу, функционирующие так, что при включении электромагнита якорь воздействует на поршень в направлении подачи воды (см. патент №2005918 C1, F 04 D 15/00).

Основным недостатком электромагнитного насоса данной конструкции является то, что при срабатывании электромагнита якорь толкает поршень в направлении подачи воды. При этом электромагниту приходится преодолевать силу инерции столба перемещаемой воды, на что требуются дополнительные затраты электроэнергии, накопленной в конденсаторе. Следовательно, требуется большее время на зарядку конденсатора, что снижает производительность электромагнитного насоса. Помимо этого, требуется более мощный электромагнит, что также ведет к еще большему расходу энергии накопительного конденсатора.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является снижение энергии, потребляемой электромагнитным насосом, и увеличение его производительности за счет изменения конструкции и снижения сил инерции.

Указанный технический результат достигается тем, что электромагнитный насос, состоящий из электромагнита и соединенного с ним поршневого водяного насоса, представляющий собой единый агрегат, содержит: корпус электромагнита и корпус водяного насоса в виде цилиндра, жестко соединенные между собой; якорь электромагнита и поршень водяного насоса, жестко соединенные между собой; впускной клапан, вмонтированный в поршень водяного насоса; подающую трубу, жестко соединенную с корпусом водяного насоса; выпускной клапан, вмонтированный в подающую трубу, дополнительно между якорем электромагнита и поршнем водяного насоса установлен шток, на одном конце которого крепится поршень, а на другом конец имеется резьбовая часть, которой он ввинчивается в резьбовое отверстие в якоре с возможностью регулирования за счет этого его рабочей длины; на шток надета рабочая пружина, упирающаяся одним концом в поршень, а другим концом упирающаяся в регулировочную гайку, находящуюся на резьбе упорной втулки, надетой на шток со стороны якоря и упирающейся в корпус электромагнита, а между корпусом электромагнита и корпусом водяного насоса установлен стакан с окнами, жестко соединяющий их между собой, при этом шток, рабочая пружина, регулировочная гайка и втулка располагаются внутри стакана, а функционирование электромагнита предусмотрено так, что при его включении якорь движется в направлении сжатия рабочей пружины.

Краткое описание чертежей

Предлагаемый электромагнитный насос представлен на чертеже.

Осуществление изобретения

Электромагнитный насос состоит из: электромагнита 1, корпуса водяного насоса в виде цилиндра 2, стакана 3 с окнами, соединяющего их, якоря 4 с резьбовым отверстием 5, штока 6 с резьбовой частью 7, которой он ввинчивается в резьбовое отверстие 5 якоря 4; поршня 8, с впускным клапаном 9, укрепленных на другом конце штока 6, рабочей пружины 10, надетой на шток 6 и упирающейся одним концом в поршень 8, а другим - в регулировочную гайку 11, находящуюся на резьбе упорной втулки 12, надетой на шток 6 со стороны якоря 4 и упирающейся в корпус электромагнита 1, в корпусе электромагнита 1 расположена обмотка 13, а к корпусу водяного насоса 2 подсоединена подающая труба 14 с вмонтированным в нее выпускным клапаном 15.

Работает электромагнитный насос следующим образом.

При накоплении в накопительном конденсаторе (не показан) достаточного количества энергии он подключается к обмотке 13 с помощью блока управления (не показан), и электромагнит срабатывает, втягивая якорь 4 во внутрь обмотки 13, размещенной в электромагните 1. При этом якорь 4, воздействуя через шток 6 и поршень 8, сжимает рабочую пружину 10. Одновременно при втягивании якоря 4 и перемещения поршня 8 создается разрежение в цилиндре 2, выпускной клапан 15 закрывается, а впускной клапан 9 в поршне 8 открывается, и вода заполняет полость цилиндра водяного насоса 2.

При отключении накопительного конденсатора обмотка 13 обесточивается, и сила притяжения исчезает.

Сжатая рабочая пружина 10 начинает разжиматься и перемещать поршень 8. При этом под давлением воды впускной клапан 9 закрывается, а выпускной клапан 15 открывается, и порция воды под воздействием рабочей пружины 10 и поршня 8 подается к потребителю по подающей трубе 14 до тех пор, пока шток 6 не упрется в выпускной клапан 15. При этом все детали электромагнитного насоса занимают исходное положение, и он готов к следующему срабатыванию. Упорная втулка 12 и регулировочная гайка 11, размещенные в стакане 3 с окнами, служат для регулировки усилия пружины 10.

Таким образом, цикл электромагнитного насоса состоит из сжатия рабочей пружины 10 с одновременным всасыванием порции воды и разжатия рабочей пружины 10 с одновременной подачей порции воды к потребителю.

Используя данные, приведенные в статье Абрамовым Н.Д., представляется возможным подтвердить преимущества нашего изобретения приведенными ниже расчетами.

При указанных площади днища, равной 16 см², ходе поршня 5 см и высоте подачи 14 м масса m, кг перемещаемого столба воды будет составлять:

m=S·h·ρ,

где S - площадь днища поршня, равная 0,0016 м²;

h - высота подъема воды, 14 м;

ρ - плотность воды, 1000 кг/м³,

m=0,0016·14·1000=22,4 кг.

Ускорение a, получаемое массой воды в подающей трубе, находится из формулы:

где - длина хода поршня, 0,05 м;

t - время срабатывания электромагнита, 0,2...0,4 с;

Сила F инерции равна

F_ин=a·m, F_ин=62,5·22,4=1400 Н.

Помимо этого, на якорь электромагнита будет воздействовать и сила давления столба воды.

F_ст=h·S ρ·q,

F_ст=14·0,0016·1000·9,8=219,5 Н.

Полная сила, которую должен преодолевать якорь электромагнита, будет равна

F=F_ин+F_а,

F=1400+219,5 Н=1619,5 Н.

Из расчета следует, что во время работы насоса полная сила больше силы статического давления столба жидкости в 6,4 раза.

Следовательно, если исключить силы инерции, то при одинаковой производительности и высоте подъема воды расход энергии можно сократить в 6,4 раза, или же при одинаковой затрате энергии во столько же раз повысить производительность или высоту подъема воды.

Преимущество заявленного электромагнитного насоса перед прототипом состоит в следующем:

- при срабатывании электромагнита, время которого длится 0,2...0,4 с, якорь сжимает рабочую пружину, усилие на которой составляет 219,5 Н, и не преодолевает силы инерции столба воды, которая составляет 1400 Н. Сила, которую должен преодолеть якорь электромагнита, будет в n раз меньше

- при сжатии пружины ее сопротивление возрастает, но возрастает и сила притяжения, поскольку зазор между якорем и магнитопроводом уменьшается, что позволяет сжать пружину до большего значения выталкивающей силы;

- при разжатии пружина будет преодолевать только силу давления столба жидкости. Ее разжатие будет происходить медленнее, чем срабатывание якоря, поэтому сила инерции столба воды будет сведена к нулю, а расход энергии уменьшится в 6,4 раза;

- имеется возможность регулировать усилие пружины в зависимости от высоты подачи воды;

- наличие штока с резьбой и возможность регулировать его рабочую длину позволяет регулировать ход поршня и производительность электромагнитного насоса;

- наличие стакана позволяет предварительно сжать рабочую пружину и за счет этого уменьшить длину упорной втулки конструкции в целом, а окончательное регулирование усилия выполнить посредством изменения рабочей длины штока и регулировочной гайкой.

Указанные особенности заявленного электромагнитного насоса позволяют за счет сведения силы инерции столба воды к нулю снизить расход электроэнергии, запасаемой в накопительном конденсаторе, в 6,4 раза, а следовательно, сократить время его подзарядки, увеличить частоту срабатывания электромагнита и повысить производительность насоса, или же при одинаковом расходе электроэнергии и производительности увеличить высоту подачи воды.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод о том, что по сравнению с прототипом и другими рассмотренными аналогичными насосами заявленный электромагнитный насос имеет ряд существенных преимуществ, позволяющих применять его для подачи воды в отдаленных от линий электропередач регионах, используя электроэнергию, получаемую от ФЭП и ВЭА.

Анализ известных технических решений в исследуемой области и в смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них сочетания признаков, сходных с сочетанием признаков заявленного устройства, выполняющего те же функции.

Экономическая эффективность от использования заявленного устройства заключается в том, что:

- снижается расход энергии на работу электромагнитного насоса;

- повышается производительность электромагнитного насоса;

- повышается коэффициент использования солнечной и ветровой энергии в электронасосных установках.

Устройство относится к области насосостроения, использующее для своей работы электрическую энергию, в частности к электромагнитным насосам, у которых приводом или силовым элементом является электромагнит, использующий энергию накопительного конденсатора. Электромагнитный насос состоит из электромагнита, корпуса водяного насоса в виде цилиндра, стакана с окнами, соединяющего их, якоря с резьбовым отверстием. Шток насоса с резьбовой частью ввинчивается в резьбовое отверстие якоря. Поршень с впускным клапаном укреплен на другом конце штока. Рабочая пружина надета на шток и упирается одним концом в поршень, а другим - в регулировочную гайку, находящуюся на резьбе упорной втулки, надетой на шток со стороны якоря и упирающейся в корпус электромагнита. В корпусе электромагнита расположена обмотка. К корпусу водяного насоса подсоединена подающая труба с вмонтированным в нее выпускным клапаном. Техническим результатом изобретения является снижение энергии, потребляемой электромагнитным насосом, и увеличение его производительности за счет изменения конструкции и снижения сил инерции. 1 ил.

Электромагнитный насос, состоящий из электромагнита и соединенного с ним поршневого водяного насоса, представляющий собой единый агрегат и содержащий корпус электромагнита с размещенной внутри обмоткой и корпус водяного насоса в виде цилиндра, жестко соединенные между собой, якорь электромагнита и поршень водяного насоса, соединенные жестко между собой, впускной клапан, вмонтированный в поршень водяного насоса, подающую трубу, жестко соединенную с корпусом водяного насоса, выпускной клапан, вмонтированный в подающую трубу, отличающийся тем, что между якорем электромагнита и поршнем водяного насоса установлен шток, на одном конце которого крепится поршень, а другой конец имеет резьбовую часть, которая вворачивается в якорь с возможностью регулирования за счет этого его рабочей длины, на шток надета рабочая пружина, упирающаяся одним концом в поршень, а другим концом упирающаяся в регулировочную гайку, находящуюся на резьбе упорной втулки, надетой на шток со стороны якоря и упирающейся в корпус электромагнита, а между корпусом электромагнита и корпусом водяного насоса установлен стакан с окнами, жестко соединяющий их между собой.