СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК F04B53/12 

Изобретение относится к способу и устройству (гидравлическим или пневматическим машинам, работающим по принципу вытеснения, и другим подобным устройствам) для перекачивания перемещаемых материалов, в частности газообразных, жидких, пастообразных, гранулированных материалов. К наиболее известным в настоящее время устройствам для перекачивания материалов с упруго деформируемой стенкой рабочей камеры относятся в первую очередь мембранные насосы, такие как насосы кривошипно-шатунного типа (DE-OS 2212322 или DE-OS 19919908 и DE-PS 2211096), насосы с качающейся шайбой (DE-OS 4244619 и др.) или шланговые насосы, в которых привод воздействует на упруго деформируемый элемент, образующий стенку рабочей камеры (мембрану, шланг и т.д.) в направлении, перпендикулярном движению перекачиваемого материала. В насосах такого типа энергия привода передается перекачиваемому насосом материалу. Особенностью таких насосов является импульсный или прерывистый (а не непрерывный или линейный) характер движения перекачиваемого материала. При работе известных машин такого типа, работающих по принципу вытеснения, например в маятниковом насосе, возникает стоячая волна с неподвижными в пространстве точками пересечения волны с воображаемой осью и практическими равными максимальным и минимальным значениями амплитуды волны. Мембранные (шланговые) насосы с расположенными друг за другом направляющими планками также создают в перекачиваемом материале стоячую волну (см. патент US 4854836). В шланговых или других аналогичных насосах всасывающий эффект возникает благодаря сжатию и последующему расширению шланга, деформация которого при этом напоминает деформацию катящейся шины. Во всех упомянутых выше устройствах необходимо иметь либо привод возвратно-поступательного действия, либо привод, создающий движение, похожее на незатухающую волну.

Основным недостатком известных способов создания движущей силы в устройствах описанного выше типа является сравнительно высокий износ боковых участков деформируемой стенки рабочей камеры, которые во время работы и возникновения в деформируемой стенке рабочей камеры стоячей волны не меняют своего положения. Иными словами, во время работы подобных устройств максимальные напряжения возникают в одном и том же месте упруго деформируемой стенки рабочей камеры. При этом в упруго деформируемой стенке рабочей камеры образуются мертвые точки, которые, например, в работающих с низкими скоростями насосах, перекачивающих пастообразные продукты, требуют создания движущей силы с переменной частотой возбуждения. В отдельных случаях для устранения таких мертвых точек (и снижения износа упруго деформируемого элемента) приходится использовать дополнительные устройства.

Недостатком еще одного известного в настоящее время способа перекачки пастообразных или гранулированных материалов, в котором перекачиваемый материал отжимается вверх в открытую камеру, в частности в канавку, шнеком, являются большие потери, связанные с трением между материалом и перемещающим его шнеком или стенками канавки.

По существу такими же недостатками, которые проявляются прежде всего при низкой производительности насоса, обладают и хорошо известные мембранные насосы (DE-OS 198934536 и DE-OS 3618106), в которых движущая сила создается пьезоэлементами.

В заключение следует остановиться и на известных в настоящее время судовых движителях (DE-GM 7712359), в которых перекачиваемый материал, в данном случае вода, проходит через рабочую камеру от входного отверстия к выходному. Движение судна вперед происходит под действием тяги, возникающей при движении воды через рабочую камеру движителя, при соответствующей конструкции ее входного и выходного отверстия, которые по существу расположены ниже уровня воды. Недостатком подобных движителей является их низкая экономичность и большие потери мощности, затрачиваемой на движение судна.

Для решения рассмотренных выше проблем в изобретении предлагается способ подачи способного к перекачиванию материала, в том числе газообразных, жидких, пастообразных или гранулированных материалов, через рабочую камеру, имеющую по меньшей мере одно входное и одно выходное отверстия, а также по меньшей мере одну упруго деформируемую стенку, приводимую в движение приводным устройством в направлении, перпендикулярном или параллельном движению прокачиваемого через камеру материала. Отличия предлагаемого в изобретении способа от известных решений заключаются в том, что упруго деформируемую стенку приводят в движение в импульсном волновом режиме, в качестве упруго деформируемой стенки используют стенку, обладающую сопротивлением изгибу, упруго деформируемую стенку возбуждают и приводят в движение путем дискретного воздействия на нее в связанных друг с другом точках, в которых на стенку передается усилие возбуждения, в упруго деформируемой обладающей сопротивлением изгибу стенке возбуждают непрерывную волну, распространяющуюся на деформируемом участке стенки за точками приложения к ней усилия возбуждения, и создают в перекачиваемом материале бегущую волну.

Объектом изобретения является также устройство для вышеописанного способа, имеющее рабочую камеру, определяющую направление движения материала, проходящего через нее от входного отверстия к выходному отверстию и имеющую по меньшей мере одну упруго деформируемую стенку, а также по меньшей мере одно приводное устройство, воздействующее на упруго деформируемую стенку в точке передачи усилия для перемещения через камеру материала. Отличия предлагаемого в изобретении устройства от известных решений заключаются в том, что в приводном устройстве имеется устройство, предназначенное для пульсирующего воздействия на деформируемую стенку и через нее на перекачиваемый материал, а также предусмотрены устройство, создающее "бегущую волну" в материале между входным и выходным отверстиями, упруго деформируемая стенка, которая обладает сопротивлением изгибу, и расположенное между приводным устройством и упруго деформируемой стенкой передающее усилие устройство, которое содержит соединительный элемент, расположенный между приводным устройством и точкой передачи усилия упруго деформируемой стенке, и обеспечивает возможность распространения волнового движения, возникающего при деформации стенки в точках передачи усилия, за пределы этих точек.

Основное преимущество предлагаемых в изобретении способа и устройства связано с движением точек пересечения волн, создаваемых используемым для перемещения материала приводом, с осью движения материала в направлении движения материала. В предлагаемом в изобретении устройстве эти точки пересечения не остаются неподвижными, а перемещаются вдоль фиктивной оси движения материала. Такие мигрирующие (бегущие) волны известны в природе и внешне напоминают движение ползущей змеи, плывущего угря и т.д. Движение точек пересечения волны в направлении движения материала способствует равномерному износу ведущих и ведомых элементов устройства и обеспечивает по существу равномерную подачу перекачиваемого материала. В предлагаемом в изобретении устройстве в результате наложения на основное движение дополнительного движения в другом направлении основное движение преобразуется в импульсное, которое сопровождается волновым движением материала. Такое волновое движение материала позволяет существенно снизить трение между гибкой и неподвижной стенками рабочей камеры и уменьшить их абразивное истирание. Поэтому предлагаемое в изобретении устройство отличается низким износом и низким уровнем шума. Кроме того, такое решение позволяет использовать для изготовления гибких стенок рабочей камеры материалы, обладающие соответствующим сопротивлением изгибу. Снижение напряжений, возникающих в материале, особенно гибких стенок, позволяет использовать для изготовления гибких стенок самые разные материалы и существенно уменьшить по сравнению с известными устройствами толщину стенок. Предлагаемое в изобретении решение позволяет также использовать для изготовления упруго деформируемой стенки рабочей камеры новые материалы, которые не применяются в существующих в настоящее время устройствах. К таким материалам, которые можно использовать в предлагаемом в изобретении устройстве, в первую очередь относятся различные армированные волокнами пластмассы. Такие пластмассы, если в них включить тонкие металлические слои, можно сделать газонепроницаемыми. Предлагаемое в изобретении устройство рассчитано на широкое применение и может использоваться в холодильной промышленности и для кондиционирования воздуха. В предлагаемом в изобретении устройстве в отличие от известных устройств подобного типа упруго деформируемая стенка рабочей камеры автоматически возвращается в исходное положение и на напорной стороне рабочей камеры и/или на стороне всасывания.

В наиболее предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства упруго деформируемую стенку рабочей камеры и противоположную ей и обычно более жесткую неподвижную стенку камеры, образующие рабочую камеру, можно использовать для уплотнения рабочей камеры в направлении, перпендикулярном движению материала, аналогично одношланговому насосу, в котором две противоположные стенки шланга прижимаются друг к другу по линии, перпендикулярной направлению движения материала. Такое взаимодействие неподвижной и упруго деформируемой стенок позволяет в зависимости от остающегося между ними расстояния регулировать количество перекачиваемого насосом материала вплоть до полного перекрытия камеры и обеспечивает возможность работы при высоких давлениях.

В предпочтительном варианте упругую стенку камеры можно использовать в качестве клапана, перекрывающего входное и выходное отверстия камеры. При перекрытии упругой стенкой входного отверстия камеры материал под действием создаваемого в камере при деформации стенки высокого давления перемещается вперед в направлении выходного отверстия. При перекрытом упругой стенкой выходном отверстии камеры и открытом входном отверстии по мере происходящего в результате упругой деформации стенки увеличения протяженности (и объема) камеры в ней создается разрежение, под действием которого камера заполняется перекачиваемым материалом.

В предлагаемом в изобретении устройстве линия уплотнения, герметичность которого зависит от расстояния между упругой и неподвижной стенками камеры в направлении, перпендикулярном направлению движения материала, движется по мере деформации упругой стенки вдоль камеры. Движение линии уплотнения позволяет регулировать движение по бегущей волне проходящего через камеру материала.

В соответствующем варианте осуществления изобретения линия уплотнения, направленная перпендикулярно движению перекачиваемого материала, или место, в котором упругая и неподвижная стенки камеры расположены на минимальном расстоянии друг от друга, движется в направлении движения перекачиваемого материала и оказывает соответствующее воздействие на бегущую в материале волну.

В основном варианте осуществления изобретения упругая стенка рабочей камеры образована мембраной, на которую в направлении, перпендикулярном направлению движения материала, оказывает воздействие соответствующий привод. Такую мембрану предпочтительно выполнить вытянутой, придав ей, в частности, овальную форму таким образом, чтобы входное отверстие камеры было расположено у одного из концов мембраны, а выходное - у ее другого конца. Соответствующее крепление и уплотнение мембраны обеспечивают возможность работы устройства и с низкой, и с высокой скоростью. Способ крепления мембраны выбирается в зависимости от конструкции всего устройства и его назначения и должен при необходимости обеспечить возможность простой замены мембраны.

В одном из вариантов изобретения предлагается использовать привод кривошипно-шатунного (эксцентрикового) типа с шатуном, который во время рабочего хода воздействует на упругую стенку камеры. Для возбуждения бегущей волны используются направляющие пазы, в которых перемещается шатун, который во время рабочего хода помимо прямолинейного возвратно-поступательного движения совершает качательное движение в направлении движения материала. Качание шатуна происходит во время рабочего хода кривошипно-шатунного механизма в результате взаимодействия связанного с шатуном кулачка и кулачковой направляющей, расположенной между кривошипно-шатунным механизмом и упругой стенкой рабочей камеры. Кулачковую направляющую можно также расположить и на противоположной стороне упругой стенки камеры. Существенным моментом при этом является только необходимость создания соответствующих возмущений, которые наложены на прямолинейное возвратно-поступательное движение шатуна во время рабочего хода кривошипно-шатунного механизма и которые трансформируют неподвижную волну, возникающую при рабочем ходе кривошипно-шатунного механизма, в бегущую волну.

В предпочтительном варианте для передачи качания шатуна, создающего бегущую волну, упругой стенке камеры используется податливый в поперечном направлении образующий замок несущий элемент. Использование такого элемента обеспечивает определенную степень свободы между ведущим концом шатуна и точкой контакта упругой стенки камеры в направлении, перпендикулярном направлению передаваемого усилия.

В соответствующем варианте осуществления изобретения образующий замок несущий элемент содержит ползун, расположенный между шатуном и упруго деформируемой стенкой камеры.

В соответствующем предпочтительном варианте осуществления изобретения образующий замок несущий элемент имеет форму прямоугольной траверсы, непосредственно передающей качания несущего элемента гибкой стенке камеры. При таком выполнении несущего элемента возвратно-поступательное движение шатуна и его качание непосредственно передаются перекачиваемому материалу, в котором в результате помимо пульсаций возникает и бегущая волна.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства между шатуном и гибкой стенкой камеры расположена обладающая определенным сопротивлением изгибу пластина, через которую усилия, сопровождающие возвратно-поступательное движение и качание шатуна, по поверхности большой площади передаются гибкой стенке рабочей камеры. Взаимодействие такой пластины с гибкой стенкой камеры может носить плавающий характер. В некоторых случаях пластина крепится к гибкой стенке камеры и может свободно перемещаться в определенных пределах относительно конца кривошипа. Использование такой пластины в качестве опоры гибкой стенки камеры позволяет в отдельных случаях выполнить гибкую стенку камеры в виде мягкой мембраны.

Согласно еще одному предпочтительному варианту пластину, на которую опирается гибкая стенка камеры, изготавливают из упругого материала, например из стали или твердой пластмассы.

В еще одном варианте осуществления изобретения предлагается использовать другие механизмы привода, которые, в частности, воздействуют на гибкую стенку камеры или мембраны в перпендикулярном направлении и позволяют решить указанные выше проблемы.

В соответствующем обладающем дополнительными преимуществами варианте осуществления изобретения импульсное воздействие на материал создается несколькими приводными элементами, которые расположены последовательно один за другим и создают приложенное к упруго деформируемой стенке камеры усилие в направлении, перпендикулярном движению материала (см. патенты US 4854836 и US 5961298).

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, а также в других упомянутых выше вариантах, предусматривающих использование привода из нескольких приводных элементов, в качестве упруго деформируемой стенки рабочей камеры используются вытянутые мембраны, длина которых соответствует количеству приводных элементов. Такие мембраны могут иметь овальную или почти прямоугольную форму. Форма мембраны зависит от дополнительных функций, которые в каждом конкретном случае должна выполнять мембрана, например от использования ее в качестве клапана, а также от количества расположенных друг за другом приводных элементов и других особенностей конструкции всего предлагаемого в изобретении устройства.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения механизм привода содержит кулачковый вал, связанный с ползунами, которые по меньшей мере частично непосредственно воздействуют на мембрану (см. п.п.9-12) и приводят ее в движение. В предлагаемом в изобретении приводе можно также использовать кулачковый вал, связанный с соединительными штоками, поперечными валами или качающимися рычагами (кулисами). Помимо кулачкового вала в качестве привода мембраны можно также использовать расположенное параллельно направлению движения материала устройство червячного типа, воздействующее по спирали на мембрану внешними кромками червяка. В расположенной напротив мембраны неподвижной стенке рабочей камеры, имеющей вогнутую форму, которая зависит от радиуса червяка, выполняются входное и выходное отверстия, расположенные в начале и в конце выполненной в виде туннеля рабочей камеры.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагается устройство, корпус которого по форме напоминает трубу, стенка которой служит неподвижной стенкой рабочей камеры устройства.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения предлагается устройство с двумя параллельными друг другу мембранами и расположенным между ними механизмом привода двойного действия. Выполненное таким образом устройство по принципу действия аналогично поршневому двигателю с расположенными друг против друга цилиндрами. Существенным преимуществом устройства, предлагаемого в этом варианте, является его более высокая производительность и более равномерное перемещение материала, движение которого в этом варианте происходит под действием двух приводных элементов с соответствующим сдвигом во времени.

В другом варианте осуществления изобретения в нем предлагается устройство с корпусом в виде трубы и круглой в поперечном сечении рабочей камерой. По сравнению с устройством с плоской рабочей камерой и мембраной, которая при соприкосновении с неподвижной стенкой камеры создает эффект клапана, обладающее такими же возможностями устройство с круглой в поперечном сечении рабочей камерой можно выполнить таким образом, чтобы мембрана вообще не касалась противоположной неподвижной стенки камеры.

В еще одном варианте осуществления изобретения в нем предлагается устройство с приводом, который по меньшей мере частично возбуждает непосредственно не связанную с ним мембрану магнитными силами. Наибольший эффект от использования такого привода можно получить в медицине при создании небольших по размерам насосов или микронасосов.

В соответствующем предпочтительном варианте для деформации упругой стенки рабочей камеры (мембраны) используют магнитные или пьезоэлектрические силы, которые регулируют электрическим путем. Такое регулирование позволяет создать воздействующие на мембрану бегущие электромагнитные поля, которые аналогичны электромагнитным полям, создаваемым в линейном синхронном электрическом двигателе. Наибольший эффект от использования в приводе мембраны линейного электромагнитного поля или электромагнитного поля, бегущего по кривой, можно получить при создании микронасосов низкого давления или небольших компрессоров, работающих при давлении до 5 бар. Для остановки такого насоса или компрессора, работающего в режиме бегущей волны, можно использовать его собственную упругость. По аналогии с микросхемами всю систему привода такого насоса можно выполнить многослойной, увеличивая количество слоев до достижения критических уровней гигроскопичности. Для возбуждения мембран бегущим электромагнитным полем можно также использовать магнитные катушки, применяемые в громкоговорителях, соответственно акустических системах, или качающиеся элементы с адекватной передачей движения.

Предлагаемая в изобретении машина, предназначенная для перекачивания материала с импульсным воздействием на материал и созданием в нем бегущей волны, может иметь с точки зрения ее механического устройства различное конструктивное исполнение и может использоваться в самых различных целях. В этой связи необходимо отметить, что изобретение можно использовать не только при создании мощных насосов с обычными характеристиками, но и при создании различных микроустройств, в которых в качестве образующего стенку рабочей камеры упругого элемента используется перекачивающая фольга, имеющая волнообразную форму. Особый интерес представляет использование изобретения в медицине при создании различных микроустройств, в которых по тем или иным причинам в качестве элементов привода нельзя использовать различные валы или оси. Изобретение можно также использовать для создания высокоэффективных компрессоров, обладающих небольшими размерами.

Настоящее изобретение можно также с успехом использовать для создания судовых и других ходовых двигателей (движителей). Такие работающие по принципу "бегущей волны" движители создают тягу, под действием которой происходит напоминающее плавание рыб или качание медуз движение соответствующего объекта. В принципе создаваемая такими движителями тяга обеспечивает движение объекта в результате отталкивания с определенной выдержкой времени и похожа на тягу, создаваемую судовыми винтами. Движители, работающие по принципу, предлагаемому в настоящем изобретении, похожи на ходовые (тяговые) двигатели, работа которых связана с движением потока жидкости. Настоящее изобретение можно использовать для создания похожих по характеру движения на морских слонов транспортных средств-амфибий, которые могут перемещаться в загрязненной или мутной воде с большим содержанием ила и по песку. Настоящее изобретение может найти применение и при создании устройств, похожих на транспортеры с возбуждаемой вибраторами транспортерной лентой, в которых перемещение материала вперед осуществляется в результате воздействия бегущей волной на нижнюю стенку с расположенным на ней сверху перемещаемым материалом. При использовании настоящего изобретения в судовых движителях рабочая камера расположена между входным отверстием, которое находится ниже ватерлинии в носовой части судна, и выходным отверстием, которое находится в кормовой части судна. Привод мембраны в таких движителях расположен на палубе и может иметь самое различное конструктивное исполнение. Для увеличения маневренности судна можно использовать две системы привода, расположив их параллельно друг другу с учетом их фактической мощности. Настоящее изобретение можно также использовать и для создания подвесных судовых движителей, выполнив их в виде трубы с приводом в виде сдвоенного кривошипно-шатунного механизма противоположного действия.

В наиболее предпочтительном варианте изобретения в качестве упруго деформируемой стенки рабочей камеры используется мембрана с зажатым в корпусе внешним краем. В поперечном сечении такая мембрана имеет форму волны, похожей на волну, форму которой имеют акустические мембраны. Такая форма мембраны позволяет избежать выпучивания материала в момент перехода мембраны через плоскость крепления, протяженность которой меньше длины полностью вытянутой мембраны. При этом, однако, мембрана должна сама принимать требуемую форму при переходе через плоскость крепления, а также свободно деформироваться при соприкосновении в растянутом состоянии с неподвижной стенкой рабочей камеры. Волнообразный профиль мембраны, похожей на акустические мембраны, решает проблему выпучивания и позволяет предлагаемому в изобретении устройству надежно работать на высоких частотах.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения используют мембраны с заделанными в нее профилями, которые регулируют гидравлически или пневматически. В этом варианте мембрана сама может непрерывно совершать волнообразные движения. В изобретении предлагаются также мембраны со встроенными длинными плоскими или волоконными пьезоэлементами, которые заменяют механический привод и, деформируя мембрану, создают на перекачиваемый материал предлагаемое в изобретении воздействие. Упругая деформация поверхностей с помощью пьезоэлементов хорошо известна и применяется для изменения формы крыльев самолетов и лопастей винтов вертолетов.

Другие преимущества и предпочтительные варианты осуществления изобретения более подробно рассмотрены в последующем описании, а также представлены на чертежах и в формуле изобретения.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере двух вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - предлагаемое в изобретение устройство в сечении плоскостью I-I по фиг.2,

на фиг.2 - сечение устройства плоскостью II-II по фиг.1,

на фиг.3 - сечение показанного на фиг.2 устройства плоскостью III-III,

на фиг.4 - условное изображение в уменьшенном масштабе шести различных рабочих положений предлагаемого в изобретении устройства,

на фиг.5 - условное изображение поперечных сечений и продольных разрезов различных рабочих положений предлагаемого в изобретении устройства согласно второму варианту,

на фиг.6 - предлагаемое в изобретении устройство, несколько модифицированное по сравнению со вторым вариантом,

на фиг.7 - оптимальный профиль мембраны предлагаемого в изобретении устройства,

на фиг.8 - схема, иллюстрирующая применение изобретения для создания судового движителя.

В одном из вариантов осуществления изобретения, показанном на фиг.1-4, предлагаемое в нем устройство представляет собой насос. В корпусе 1 такого насоса расположен кривошипно-шатунный механизм 2, состоящий из закрепленного на ведущем валу 3 дискового эксцентрика 4 и приводимого им в движение шатуна 5. На дальнем конце шатуна расположен палец 6, который входит в выполненный в корпусе 1 насоса направляющий паз 7. В выполненном таким образом механизме связанный через эксцентрик с ведущим валом шатун 5 не только совершает возвратно-поступательное движение, но и качается в результате взаимодействия пальца 6 с направляющим пазом 7.

Дальний конец шатуна 5 соединен с ползуном 8, который через образующий замок несущий элемент 9 передает возвратно-поступательное движение и качание ползуна упругой пластине 10. Благодаря наличию такого ползуна упругая пластина 10 на участке образующего замок несущего элемента не только повторяет возвратно-поступательное движение шатуна 5, но и его качание. Эти движения через упругую пластину 10 передаются мембране 11. Крепление мембраны 11 осуществляется с помощью расположенных на краях мембраны утолщений 12, которые зажаты между корпусом 1 насоса и его крышкой 13. Закрытая рабочая камера 14 насоса расположена между мембраной 11 и крышкой 13 корпуса и имеет входное 15 и выходное 16 отверстия, через которые в камеру попадает и выходит перекачиваемый насосом материал. Расположенные напротив входного 15 и выходного 16 отверстий участки 17 и 18 мембраны 11 выполняют функции клапанов. При опускании мембраны 11 один из двух ее участков 17 или 18 отходит от крышки и открывает отверстие соответствующего клапана. И наоборот, при подъеме мембраны в положение, показанное на фиг.1, один из ее участков 17 или 18 прижимается к крышке и закрывает отверстие 15 или 16 соответствующего клапана.

Принцип работы насоса проиллюстрирован на фиг.4, где изображены шесть его различных рабочих положений.

В положении 4.6 шатунно-кривошипный привод 2 полностью прижимает мембрану 11 к крышке 13, которая тем самым закрывает входное 15 и выходное 16 отверстия рабочей камеры насоса.

В положении 4.1 после поворота ведущего вала 3 вправо в направлении стрелки IV образующий замок несущий элемент 9 наклоняется влево и через упругую пластину 10 и мембрану открывает входное отверстие 15 рабочей камеры 14, которая постепенно начинает заполняться перекачиваемым материалом.

Дальнейший поворот ведущего вала 3 в положение 4.2 сопровождается увеличением объема рабочей камеры 14 насоса.

При повороте ведущего вала в положение 4.3 шатун 5 опускается в крайнее нижнее положение и через мембрану 11 при по-прежнему закрытом выходном отверстии 16 закрывает входное отверстие 15 рабочей камеры 14.

При повороте ведущего вала в положение 4.4 образующий замок несущий элемент 9 наклоняется вправо, и при закрытом входном отверстии 15 мембрана открывает выходное отверстие 16. После открытия выходного отверстия объем рабочей камеры 14 уменьшается, и мембрана 11 вытесняет из нее находящийся в ней материал.

При повороте ведущего вала в положение 4.5 объем рабочей камеры 14 продолжает уменьшаться до поворота вала в положение 4.6.

Рабочий цикл насоса, отдельные фазы которого показаны на фиг.4, повторяется при каждом полном обороте ведущего вала 3. Благодаря наличию пальцев 6, 7, направляющих движение шатуна 5, его верхний конец совершает возвратно-поступательное движение, одновременно качается по типу маятника и оказывает при этом на перекачиваемый материал не только пульсирующее воздействие, но и возбуждает в нем бегущую волну.

Во втором варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства, которое схематично показано на фиг.5, используются две параллельные мембраны 19, которые расположены друг против друга внутри напоминающего по форме трубу корпуса 20 насоса и упруго деформируются расположенным между ними кулачковым валом 21, который возбуждает в мембранах бегущую волну. Перекачиваемый таким насосом материал движется вдоль кулачкового вала 21 в направлении стрелки V. Выполненные в виде эксцентриков 22 кулачки кулачкового вала 21 расположены в центральных отверстиях 24 ползунов 23, которые перемещаются кулачками кулачкового вала и через упругие пластины 25 воздействуют на мембраны 19. Ползуны 23 перемещаются в направляющих пазах 26, выполненных в корпусе 20 насоса. В этом варианте бегущая волна возбуждается в мембранах не из-за наличия направляющих пазов, а в результате совместного воздействия на мембраны четырех кулачков, которые один за другим соответствующим образом упруго деформируют мембраны. Работа насоса в этом варианте осуществления изобретения носит нелинейный характер. Наличие двух мембран в два раза увеличивает производительность насоса, обе рабочие камеры которого при этом работают с небольшим сдвигом по фазе, который, как очевидно, зависит от геометрии вращающихся кулачков.

На фиг.5 показаны схемы 5.1-5.6, иллюстрирующие различные фазы рабочего цикла насоса, предлагаемого в этом варианте осуществления изобретения. Каждая рабочая камера такого насоса имеет входное отверстие 27 или 28 и выходное отверстие 29 или 30. На всех схемах рабочие камеры насоса обозначены позициями 31 и 32.

На фиг.5.1 и 5.2 кулачковый вал 21 находится в таком угловом положении, в котором входное отверстие 27 рабочей камеры 31 насоса закрыто, а входное отверстие 28 рабочей камеры 32 почти полностью открыто. Перекачиваемый насосом материал выходит в это время из обеих камер насоса через открытые выходные отверстия 29 и 30.

На фиг.5.3 после поворота кулачкового вала 21 на 90° деформируемая мембрана 19 выталкивает из рабочей камеры 31 через выходное отверстие 29 находящийся в ней материал. Одновременно с этим в результате всасывания камера 31 заполняется свежим материалом, который попадает в нее через открытое входное отверстие 27. При повороте кулачкового вала объем другой рабочей камеры 32 увеличивается, и она заполняется материалом, который попадает в нее через открытое входное отверстие 28. Фаза нагнетания заканчивается в тот момент, когда прижатый к стенке корпуса 20 участок мембраны 19 оказывается расположенным в зоне выходного отверстия 30 камеры. На фиг.5.4 и 5.5 (на фиг.5.4 показано поперечное сечение плоскостью VII-VII) нижняя мембрана 19, которая касается корпуса 20 насоса у переднего конца камеры, закрывает входное отверстие 20 камеры. Закрытие входного отверстия нижней камеры происходит после поворота кулачкового вала 21 на 90°. При повороте кулачкового вала объем левой части верхней камеры 31 насоса соответственно увеличивается, а находящийся в правой части камеры материал выдавливается из нее через открытое выходное отверстие 29.

После поворота кулачкового вала на 90° в положение 5.6 выходное отверстие верхней рабочей камеры 29 закрывается. Входное отверстие 27 в это время остается открытым, и под действием разрежения верхняя камера 31 заполняется материалом (стрелка V). В это время в нижней рабочей камере 32 происходит цикл нагнетания и находящийся в ней материал выдавливается из камеры через открытое выходное отверстие 30. Одновременно через входное отверстие 28 нижняя камера заполняется новой порцией материала.

Очевидно, что описанное выше устройство может работать и только с одной мембраной, соответственно с меньшей производительностью. Изобретение предполагает также возможность создания устройства каскадного типа с использованием для привода мембраны не кулачкового вала, а электромагнитного привода. В этом случае каскадный принцип работы устройства можно реализовать с помощью множества возбуждаемых каскадом электромагнитных преобразователей и генератора с большим количеством выводов. При работе устройства в режиме четырехступенчатого каскада используется генератор частоты с четырьмя выводами, которые сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90°. Регулирование каскада осуществляется по возрастающей с равными по протяженности фазами подъема. В предлагаемом в изобретении устройстве такого типа используется вытянутая в длину мембрана, в которой бегущая волна создается с помощью каскада соединенных с мембраной преобразователей, возбуждающих в мембране возвратно-поступательные колебания. Производительность такого устройства, амплитуда возвратно-поступательных колебаний мембраны и продолжительность нарастания импульса регулируются частотой генератора.

На фиг.6 показана схема еще одного варианта возможного выполнения устройства, предлагаемого во втором варианте осуществления изобретения, в частности насоса с корпусом 33 круглого сечения и таким же, что и в показанном на фиг.5 варианте, приводным механизмом в виде кулачкового вала 21 и мембранами 19. В этом варианте мембраны 19 не касаются стенки корпуса 33 насоса, который в этом случае обеспечивает не импульсное, а непрерывное перекачивание материала подобно тяговым двигателям, работа которых связана с движением потока жидкости.

На фиг.7 условно показаны несколько вариантов возможного выполнения мембраны и форма соответствующей неподвижной стенки рабочей камеры, которые позволяют свести к минимуму потери, связанные с выпучиванием мембраны. Такое выполнение мембраны при соответствующей форме неподвижной стенки обеспечивает возможность надежного крепления края мембраны и исключает вероятность сдвига мембраны относительно корпуса.

На фиг.7.1 показан классический пример рабочей камеры 36, образованной слегка вогнутой верхней стенкой 34 и имеющей соответствующую волновую форму мембраной 35, которые постепенно сходятся друг с другом у зажатого внешнего края 37 мембраны. При рабочем ходе мембраны по стрелке VIII в направлении неподвижной стенки 34 мембрана 35 выпучивается, причем степень ее выпучивания достигает максимальной величины при переходе мембраны через среднюю плоскость IX рабочей камеры. Выпучивание мембраны происходит из-за того, что внешний край 37 мембраны прочно прижат к неподвижной стенке 34, а длина мембраны в крайнем верхнем или нижнем положении больше длины расположенного между зажатыми краями мембраны участка средней плоскости IX рабочей камеры.

На фиг.7.2 показана неподвижная стенка 38 рабочей камеры, которая по форме напоминает губу, и мембрана 39, которая в нижнем положении имеет небольшую вогнутость. При подъеме мембрана пересекает центральную плоскость X рабочей камеры. Очевидно, что в устройстве с такой неподвижной стенкой и такой волновой мембраной не возникает проблем, связанных со вспучиванием мембраны.

На фиг.7.3 показаны корпус 40 насоса и мембрана 39, образующие рабочую камеру 36 насоса.

На фиг.7.4 показана мембрана 41, зажатая в корпусе 40 с помощью расположенных на краях утолщений 42, позволяющих избежать заметного выпучивания мембраны или возникновения значительных напряжений на участке крепления мембраны 41.

На фиг.8 проиллюстрирована возможность использования изобретения для создания ходового двигателя для транспортного средства (судового движителя). Показанная на этом чертеже схема носит исключительно условный характер. Над килем судна, обозначенным на схеме позицией 43, находится рабочая камера 45 движителя, образованная мембраной 44. Рабочая камера имеет входное отверстие 46 и выходное отверстие 47. При возбуждении мембраны описанным выше способом через рабочую камеру 45 протекает вода, которая попадает в камеру через входное отверстие 46, а выходит из камеры через выходное отверстие 47. Судовые движители, работающие по принципу вытеснения, хорошо известны. Преимущество таких движителей связано с эффектом скольжения и возможностью передвижения по илистому дну или по нелипкому и вязкому песку. Такие транспортные средства, которые обычно называют амфибиями, обладают существенными преимуществами при движении по илистому дну. Возбуждение мембраны можно реализовать различными путями, например за счет энергии, вырабатываемой установленной на судне ветроэнергетической установкой.

Мембрану, которая используется для приведения судна в движение, можно также использовать для работы в обратном режиме для перекачивания различных текучих сред, например гранулированного материала или песка, связав ее для этого с соответствующим приводом и закрыв ею открытую снизу щель.

Все рассмотренные в описании, показанные на чертежах и представленные в формуле изобретения отличительные признаки изобретения могут иметь существенное для изобретения значение индивидуально, а также и в различных их сочетаниях.

Способ и устройство предназначены для перекачивания перемещаемой газообразной, жидкой, пастообразной или гранулированной среды. Гидравлическая или пневматическая машина работает по принципу вытеснения. В устройстве имеется привод, который создает бегущую волну. Он содержит устройство, предназначенное для пульсирующего воздействия на деформируемую стенку и через нее на перекачиваемый материал. Также предусмотрены устройство, создающее «бегущую волну» в материале между входным и выходным отверстиями, упруго деформируемая стенка, которая обладает сопротивлением изгибу, и расположенное между приводным устройством и упруго деформируемой стенкой передающее усилие устройство, которое содержит соединительный элемент, расположенный между приводным устройством и точкой передачи усилия упруго деформируемой стенке. Описаны различные варианты привода. Устройство может быть использовано в качестве судового движителя. В результате наложения на основное движение дополнительного движения в другом направлении основное движение преобразуется в импульсное, которое сопровождается волновым движением материала и позволяет существенно снизить трение между гибкой и неподвижной стенками рабочей камеры и уменьшить их абразивное истирание. 2 н. и 24 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Способ подачи способного к перекачиванию материала (газообразных, жидких, пастообразных или гранулированных материалов) через рабочую камеру, имеющую, по меньшей мере, одно входное и одно выходное отверстия, а также, по меньшей мере, одну упруго деформируемую стенку, приводимую в движение приводным устройством в направлении, перпендикулярном или параллельном движению прокачиваемого через камеру материала, отличающийся тем, что упруго деформируемую стенку приводят в движение в импульсном волновом режиме, в качестве упруго деформируемой стенки используют стенку, обладающую сопротивлением изгибу, упруго деформируемую стенку возбуждают и приводят в движение путем дискретного воздействия на нее в связанных друг с другом точках, в которых на стенку передается усилие возбуждения, в упруго деформируемой обладающей сопротивлением изгибу стенке возбуждают непрерывную волну, распространяющуюся на деформируемом участке стенки за точками приложения к ней усилия возбуждения, и создают в перекачиваемом материале определенным образом направленную бегущую волну.2. Устройство для осуществления способа по п.1, имеющее рабочую камеру (14, 31, 32, 36, 45), определяющую направление движения материала, проходящего через нее от входного отверстия к выходному отверстию (от 15, 16, 25, 27 к 30, 46, 47) и имеющую, по меньшей мере, одну упруго деформируемую стенку (11, 19, 39, 41, 44), а также, по меньшей мере, одно приводное устройство (2-10, 21-26), воздействующее на упруго деформируемую стенку (11, 19, 39, 41, 44) в точке передачи усилия для перемещения через камеру материала, отличающееся тем, что в приводном устройстве (2-10, 21-26) имеется устройство, предназначенное для пульсирующего воздействия на деформируемую стенку (11, 19, 39, 41, 44) и через нее на перекачиваемый материал, а также предусмотрены устройство, создающее "бегущую волну" в материале между входным и выходным отверстиями (16, 28, 47), упруго деформируемая стенка, которая обладает сопротивлением изгибу, и расположенное между приводным устройством и упруго деформируемой стенкой передающее усилие устройство, которое содержит соединительный элемент, расположенный между приводным устройством и точкой передачи усилия упруго деформируемой стенке, и обеспечивает возможность распространения волнового движения, возникающего при деформации стенки в точках передачи усилия, за пределы этих точек.3. Устройство по п.2, в котором упруго деформируемая стенка (11, 19) вместе с расположенной напротив нее неподвижной стенкой (13, 24) рабочей камеры (14, 26, 31, 32) образуют при уменьшении расстояния между ними бегущую линию уплотнения, которая вытянута в направлении, перпендикулярном движению материала через рабочую камеру.4. Устройство по п.3, в котором упруго деформируемая стенка (11, 19) имеет участки (17, 18), образующие клапаны для входного и выходного отверстий (15 и 16).5. Устройство по п.3 или 4, в котором линия уплотнения между упруго деформируемой стенкой (11, 19) и неподвижной стенкой (13, 20) рабочей камеры, образованная с помощью приводного устройства (2-10; 21-26), перемещается в направлении (V) движения материала через рабочую камеру.6. Устройство по любому из пп.2-5, в котором, по меньшей мере, часть упруго деформируемой стенки (11, 19) рабочей камеры выполнена в виде мембраны, которая приводится в движение приводным устройством (2-10, 21-26) в пульсирующем режиме и возбуждает в материале бегущую волну.7. Устройство по любому из пп.2-6, содержащее шатун (5), передающий возвратно-поступательное движение упруго деформируемой стенке (11, 19) рабочей камеры, направляющее устройство (7), которое направляет совершающий возвратно-поступательное движение шатун (5) определенным образом и генерирует бегущую волну, и закрепленный на дальнем конце шатуна (5) элемент, который воздействует на упруго деформируемую стенку (11, 19) рабочей камеры и помимо возвратно-поступательного движения под действием приводного устройства (2) имеет возможность качания в направлении, перпендикулярном движению материала через рабочую камеру.8. Устройство по п.7, в котором имеется образующий замок несущий элемент (8), который изгибается в направлении, перпендикулярном возвратно-поступательному движению, и передает возвратно-поступательное движение и качание ползуна, генерирующие бегущую волну, упруго деформируемой стенке (11) рабочей камеры.9. Устройство по п.8, в котором образующий замок несущий элемент (8) представляет собой ползун, расположенный между дальним концом шатуна (5) и упруго деформируемой стенкой (11) рабочей камеры.10. Устройство по пп.7, 8 или 9, в котором образующий замок несущий элемент (8) выполнен в виде балки прямоугольной формы, вытянутой в направлении, перпендикулярном движению материала через рабочую камеру.11. Устройство по любому из пп.7-10, в котором между образующим замок несущим элементом (8) и упруго деформируемой стенкой (11) рабочей камеры расположена упругая пластина (10), которая передает движения шатуна упруго деформируемой стенке (11) рабочей камеры.12. Устройство по п.11, в котором упругая пластина (10) изготовлена из упругих материалов, таких как металл или армированная пластмасса.13. Устройство по любому из пп.2-6, в котором приводное устройство содержит несколько расположенных друг за другом приводных элементов (22), которые воздействуют на упруго деформируемую стенку (19) рабочей камеры в направлении, перпендикулярном направлению (V) движения материала через рабочую камеру, и в регулируемом режиме передают пульсирующие усилия на упруго деформируемую стенку (19).14. Устройство по п.13, в котором упруго деформируемая стенка рабочей камеры содержит мембрану (19) вытянутой формы, которая соответствует конструкции приводного устройства, содержащего несколько приводных элементов (22).15. Устройство по п.14, в приводе которого имеется кулачковый вал (21) и несколько кулачков (22), которые взаимодействуют с ползунами (23-26), которые, в свою очередь, воздействуют на мембрану (19).16. Устройство по п.14, содержащее трубчатый корпус (20), стенка (20; 33) которого образует неподвижную стенку рабочей камеры.17. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором в трубчатом корпусе (20) расположены две параллельные друг другу мембраны (19), между которыми расположено приводное устройство (21-26) двойного действия.18. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором рабочая камера (31) трубчатого корпуса (33) имеет в поперечном сечении круглую форму.19. Устройство по любому из пп.2-17, в котором приводное устройство содержит магнитные элементы или пьезоэлементы.20. Устройство по п.19, в котором магнитные элементы или пьезоэлементы содержат электрический генератор и/или устройство управления.21. Устройство по п.19 или 20, в котором упруго деформируемая стенка рабочей камеры изготовлена из намагничиваемого материала.22. Устройство по любому из пп.2-21, которое можно использовать в качестве судового движителя.23. Устройство по п.22, которое используется в качестве судового движителя и расположено внутри или снаружи корпуса судна, в котором имеется входное отверстие (46), расположенное ниже ватерлинии, выходное отверстие (47), расположенное на корме, и расположенная между этими отверстиями рабочая камера (45).24. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором упруго деформируемая стенка (39, 41) рабочей камеры содержит мембрану с неподвижно зажатым внешним краем (42), которая независимо от своего рабочего положения имеет форму кривой, позволяющей избежать выпучивания/вытягивания мембраны.25. Устройство по п.24, в котором мембрана (7.1-7.4) содержит гидравлические или пневматические элементы, определяющие профиль мембраны, которая при этом может самостоятельно совершать непрерывные волновые движения.26. Устройство по любому из пп.19-25, в котором мембрана содержит заделанные в нее гибкие вытянутые и плоские или имеющие форму волокон пьезоэлементы.