Термомеханический насос Советский патент 1986 года по МПК F04B15/08 F04B19/24 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для перекачивания и повышения давления жидкостей и является усовершенствованием известного насоса по авт. св. № 1151710.

Цель изобретения - повышение эффективности работы насоса путем снижения его инерционности.

На фиг. 1 схематично показан термомеханический насос; на фиг. 2 - диаграмма изменения давления Р в полостях насоса по времени t.

Термомеханический насос содержит единый корпус 1 с теплым 2 и холодным 3 цилиндрами, поршни 4 и 5, жестко связанные между собой единым штоком 6, уплотне10

Таким образом, после закрытия клапанов 20 и 23 на поршни начинает действовать сила от разности давлений в полостях А и С цилиндра 2 и в полостях В и Д цилиндра 3. Так как цилиндр 2 относительно большего диаметра, то результирую щая сила направлена сверху вниз, т.е. поршни в дальнейшем перемешаются вниз под действием этой силы, причем величина этой силы по мере движения поршней увеличиваться до тех пор, пока в полостях А и В не будет достигнуто давление нагнетания, а в полостях С и Д давление не снизится до давления всасывания. После достижения в полостях А и В давления нагнетания открывается клапан 16, и перекачиваемая

ние 7 и 8, испарители 9 и 10 (зоны подвода жидкость поступает в трубопровод (не пока- тепла), рекуперативный теплообменник 11, конденсаторы 12 и 13 (зоны отвода тепла), всасывающие 14 и 15 и нагнетательные 16 и 17 клапаны, аккумуляторы энергии, например пружины 18 и 19, перепускные кла- 2о паны 20-23, размешенные соответственно в поршнях 4 и 5 теплого цилиндра и холодного цилиндра (соединительные каналы не обозначены). Цилиндр 3 и, соответственно, поршень 5 выполнены меньшего диаметра. Поршень 4 делит внутренний объем цилинд- 25 ра 2 на две полости А и С и, соответственно, поршень 5 делит внутренний объем цилиндра 3 на полости В и Д.

Насос работает следующим образом.

К теплому цилиндру 2 тепло подводят в испарителях 9 и 10 и поддерживают его при температуре выше, чем температура кипения перекачиваемой жидкости при давлении нагнетания, а от холодного цилиндра 3 тепло отводят в конденсаторах 12 и 13 и поддерживают при температуре ниже температуры конденсации жидкости при давлении всасывания.

35

зан). По достижении, давления всасывания в полостях С и Д начинается процесс всасывания жидкости через клапан 15. При подходе поршней к нижней мертвой точке пружина 18 сжимается, открываются клапаны 21 и 22 перепуска и за счет перетечки газа между полостями А и С через клапан 21 и перетечки жидкости между полостями Д и В через клапан 22 давление во всех полостях насоса быстро выравнивается. При этом закрываются нагнетательный 16 и всасывающий 15 клапаны. После выравнивания давления происходит реверсивное движе ние поршней вверх под действием сжатой пружины. Перепускные клапаны 21 и 22 закрываются, часть перекачиваемой жидкости из полости Д перемещается в полость А, причем,получая тепло, она испаряется и в полость А поступает в виде газа. Давление в этих полостях быстро растет, на поршни начинают действовать силы, результирующая которых направлена снизу вверх. Эта сила обеспечивает движение поршней до верхней мертвой точки. Цикл замыкают процессы, происходящие по аналогии с описанными, только сжимается пружина 19, а перепуск газа и жидкости в соответсвую- ц;их цилиндрах происходит через перепускные клапаны 20 и 23.

Происходящие в насосе процессы начинают рассматривать с положения поршней 4 и 5 в крайнем верхнем положении (фиг. 1). В этом положении клапаны 20 и 23 перепуска открыты, поэтому давление во всех полостях насоса одинаковое. Пружина 18 находится в свободном состоянии, а пружина 19 - в сжатом состоянии. Под действием силы со стороны сжатой пружины 19 вытеснители начинают двигаться вниз, клапаны 20 и 23 закрываются. Часть перекачиваемой жидкости из полости В перемещается через рекуперативный теплообменник 11 в полость А, где,получая тепло, она испаряется. Давление в связанных между собой полостях А и Б быстро растет, так как удельный объем образовавшегося газа больше удельного объема жидкости. В это же время газ из полости С перемещается порщнем 4 через рекуперативный теплообменник 11 в холодную полость Д, где в результате отвода тепла он конденсируется. В результате этого давление в полостях С и Д быстро снижается.

Таким образом, после закрытия клапанов 20 и 23 на поршни начинает действовать сила от разности давлений в полостях А и С цилиндра 2 и в полостях В и Д цилиндра 3. Так как цилиндр 2 относительно большего диаметра, то результирующая сила направлена сверху вниз, т.е. поршни в дальнейшем перемешаются вниз под действием этой силы, причем величина этой силы по мере движения поршней увеличиваться до тех пор, пока в полостях А и В не будет достигнуто давление нагнетания, а в полостях С и Д давление не снизится до давления всасывания. После достижения в полостях А и В давления нагнетания открывается клапан 16, и перекачиваемая

жидкость поступает в трубопровод (не пока-

жидкость поступает в трубопровод (не пока- о 5

- 5

зан). По достижении, давления всасывания в полостях С и Д начинается процесс всасывания жидкости через клапан 15. При подходе поршней к нижней мертвой точке пружина 18 сжимается, открываются клапаны 21 и 22 перепуска и за счет перетечки газа между полостями А и С через клапан 21 и перетечки жидкости между полостями Д и В через клапан 22 давление во всех полостях насоса быстро выравнивается. При этом закрываются нагнетательный 16 и всасывающий 15 клапаны. После выравнивания давления происходит реверсивное движение поршней вверх под действием сжатой пружины. Перепускные клапаны 21 и 22 закрываются, часть перекачиваемой жидкости из полости Д перемещается в полость А, причем,получая тепло, она испаряется и в полость А поступает в виде газа. Давление в этих полостях быстро растет, на поршни начинают действовать силы, результирующая которых направлена снизу вверх. Эта сила обеспечивает движение поршней до верхней мертвой точки. Цикл замыкают процессы, происходящие по аналогии с описанными, только сжимается пружина 19, а перепуск газа и жидкости в соответсвую- ц;их цилиндрах происходит через перепускные клапаны 20 и 23.

Пружины 18 и 19 рассчитываются из условия, что сила упругости каждой из них в сжатом состоянии должна быть достаточной для преодоления сил инерции покоя, силы тяжести поршней и штока, гидравлического сопротивления перемешаемой жидкости и силы трения уплотнений.

Клапаны 20, 21 и 22, 23 выполняются подпружиненными для обеспечения посадки на седло при равенстве давлений с обеих сторон.

Для пояснения работы насоса (фиг. 2) показан процесс изменения давления в насосе по времени.

Штриховой линией показано изменение давления в полостях С и Д (при движеНИИ поршней вниз), а сплошной линией - в А и В.

Процесс а-б соответствует открытому положению перепускных клапанов 20 и 23, б-в и б-в - соответственно, повышение давления в полостях С и Д и снижение давления в А и В. Процессы в-г и в -г - соответственно, нагнетание и всасывание жидкости, г-д и - выравнивание давления через перепускные клапаны 20 и 23, д-е соответствует открытому положению

клапанов 21 и 22. Далее процессы происходят аналогично описанным.

Расположение перепускных клапанов в обоих поршнях позволит существенно уменьшить инерционность насоса и повысить производительность. Действительно, если бы клапаны во втором поршне отсутствовали, то процесс снижения давления в сообшаю- щихся полостях шел бы по штрихпунктир- ной линии г-д и г -д (фиг. 2).

фиг. 2