Трубопровод-насос Советский патент 1992 года по МПК F04B19/24 F04B43/12 F17D1/12 

Изобретение относится к насосам с тепловым приводом и может быть использовано для водоподъема в низконапорных локальных системах орошения и пастбищного водоснабжения.

Известна гелионэгревательная система, содержащая гелиоиспаритель, располо- женный над ним бачок-дозатор и находящийся под ними конденсатор, сообщенный подводящим трубопроводом с ге- лиоиспарителем, а отводящим трубопроводом через конденсатосборник и обратный клапан - с бачком-дозатором. Конденсатор выполнен в виде насоса с отдельной мембранной герметичной газовой полостью и снабжен дополнительным обратным клапаном, установленным в отводящем трубопроводе конденсатора, а верхние точки гелиоиспарителя и бачка-дозатора сообщены дополнительным трубопроводом.

Недостатком этой системы является сложность конструкции и низкая производительность при работе на энергии изменяющейся во времени температуры среды, окружающей ее.

Известен объемный волновой насос, содержащий приводную и рабочую камеру, имеющие общую неподвижную и подвижную жесткие стенки. Подвижная стенка ка- меры приводного устройства выполнена в виде теплообменника, частично заполненного .термочувствительным рабочим телом. Полость теплообменника соединена с полостью камеры приводного устройства отверстиями. К рабочей камере со стороны неподвижной стенки подсоединены напорный и всасывающий трубопроводы с соответствующими клапанами.

Недостаток насоса - сложность его конструкции и низкая производительность при использовании для его привода тепловой энергии.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является

ч

00 СО

00

диафрагменный насос, содержащий корпус, перегородки, расположенные подлине корпуса с установленными в них последовательно-чередующимися впускными и выпускными клапанами, эластичный эле- мент, закрепленный между перегородками с образованием приводной камеры со стенкой корпуса и рабочей камеры в полости размещения клапанов. Причем приводная камера посредством трубопровода гидрав- лически связана с гидропульсатором, а в рабочей камере установлена перфорированная опорная труба,

Наличие опорной трубы в рабочей камере ограничивает ее рабочий объем, подача перекачиваемой жидкости и из рабочей камеры через отверстия в этой трубе приводит к непроизводител ьньГм потерям энергии, а размещение приводного устройства вне приводной камеры и наличие трубопровода, подсоединяющего его к приводной камере, увеличивает ее непроизводительный объем, в котором теряется энергия при изменении давления газа, Это в совокупности снижает производительность насоса.

Недостаток насоса - его низкая производительность при использовании для его привода тепловой энергии.

Цель достигается тем, что упругоэла- стичная стенка закреплена на внутренней стенке корпуса с образованием герметичных отсеков приводной камеры, заполненной термочувствительным рабочим телом, причем отсеки приводной камеры расположены последовательно по длине трубопро- вода.

1 Кроме того, упругоэластичный элемент выполнен трубчатым или в виде двух пластин, расположенных параллельно.

Выполнение упругоэластичной стенки, закрепленной на внутренней стенке корпуса с образованием герметичных отсеков приводной камеры, является необходимым условием для обеспечения требуемого изменения давления в отсеках, обеспечиваю- щего достижение поставленной цели.

Заполнение отсеков приводной камеры термочувствительным рабочим телом обеспечивает изменение их объема с изменением температуры рабочего тела и исключает непроизводительные затраты энергии на изменение давления в дополнительных емкостях. Расположение отсеков последовательно по длине трубопровода позволяет последовательно по длине трубопровода изменять температуру рабочего тела в них также в зависимости от температуры перекачиваемой жидкости, а следовательно, аналогично изменять объемы приводной камеры, чем приводить в действие рабочую

камеру, а в результате повысить производительность насоса.

Выполнение упругоэластичного элемента трубчатым дает возможность повысить производительность трубопровода - насоса при равномерном по поверхности трубопровода теплообмене с окружающей средой, а в виде двух пластин - при неравномерном теплообмене по периметру трубопровода, а также - расширяет возможности регулирования давления в рабочей камере, что позволяет расширить диапазон, в пределах которого возможно достижение поставленной цели.

На фиг.1 приводится трубопровод-насос при положении упругоэластичной стенки с охлажденным рабочим телом, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, при подогретом рабочем теле; на фиг.З - разрез А-А на фиг.1 (при упругоэластичной стенке, выполненной по всему периметру корпуса насоса); на фиг.4 - то же, при упруго-эластичной стенке, охватывающей половину периметра при охлажденном рабочем теле; на фиг.5 - то же, при нагретом рабочем теле.

Трубопровод-насос содержит трубооб- разный корпус 1, стенка 2 которого образует герметичную приводную камеру 3 с упруго- эластичной стенкой 4, которая через интервал по длине корпуса 1 закреплена на внутренней его стенке с образованием герметичных отсеков камеры 3. Стенка 4 и торцовые жесткие перегородки 5 образуют рабочую камеру 6. Одна торцовая перегородка 5 имеет обратный клапан 7, а вторая - клапан 8. Клапаны 7 и 8 выполнены пропускающими жидкость 9 в корпусе 1 в одном направлении. Приводные камеры 3, заполненные термочувствительным рабочим телом 10, имеют трубки 11 с вентилями. Внешняя поверхность стенки 2 выполнена поглощающей солнечные лучи, например, имеющей черный цвет. В случае перекачивания жидкости без изменения ее температуры упругоэластйчная стенка 4 выполнена теплоизолирующей, а для перекачивания с изменением ее температуры -теплопроводной. Упругоэластичнал стенка 4 может охватывать также частично стенку 2 корпуса 1 по ее периметру, как показано на фиг.4 и 5.

Трубопровод-насос работает следующим образом.

При изменении темперэт.уры воздуха или интенсивности солнечного облучения стенки 2 она изменяет свою температуру, при этом изменяется температура термочувствительного рабочего тела 10, например, водного раствора аммиака, в отсеках приводной камеры 3. Так, при нагревании рабочего тела 10. его обьем и давление увеличиваются, соответственно возрастает объем отсеков приводной камеры 3. При этом давление тела 10 передают через упруго-эластичную стенку 4 на перекачиваемую жидкость 9, которую выдавливают через клапан 8 в отводящий трубопровод потребителю. При уменьшении температуры среды, в которой находится корпус 1, или его облучения лучами, солнца, температура стенки 2 и рабочего тела уменьшается, дав- ление тела 10 падает и объем отсеков приводной камеры 3 сокращается. В результате давление в рабочей камере 6 падает и жидкость через клапан 7 всасывается в камеру 6 из подводящего трубопровода. При возра- станин температуры рабочего тела происходит снова процесс нагнетания и т.д.

Температура воздуха и интенсивность солнечной радиации непрерывно изменяются во времени. В годовом и суточном раз- резе существуют определенные циклы изменения температур во времени, на которые накладываются вероятностные изменения температур, зависящих от целого ряда обстоятельств. Такое изменение температу- ры воздуха и солнечной радиации во времени, носящее в осреднении циклический характер, является повсеместно распространенным и имеющим энергетический потенциал, приемлемый для практического использования для удовлетворения нужд потребителей в целом ряде случаев, особенно при отсутствии других видов энергии.

Подбором содержания аммиака в его водном растворе можно в достаточно широ- ких пределах подобрать такой диапазон изменения давления в отсеках приводной камеры 3, который обеспечил бы требуемый напор нагнетания и всасывания в рабочей камере б в пределах энергетических воз- можностей источника. Так, при содержании в каждом грамме.раствора S 0,350 г аммиака, которым заполнена приводная камера 3, при температуре рабочего тела 10, равной, например, в ночные часы 10°С,)давле- ние в приводной камере 3 будет равно около 0,8 атм. Близкое к этому давление будет в рабочей камере 6. В этом случае может быть осуществлено всасывание воды в рабочую камеру 6 на высоту до 2 метров. Если днем температура рабочего тела 10 достигнет 30°С, то на высоту 5 метров можно поднять на каждый 1 г раствора объем воды

W TW P- 0

где Р - давление.Ро - атмосферное давление, р-удельная плотность эммиэ а при Р0 1 атм и Т Si - содержание аммиака а 1 т раствора при Р 1,5 атм и Т - 30°С.

В рассматриваемом случае

... (0.350-0,332) 1,0 „

w1,5-0,000683

Si 17,5 см3/г .(2)

Отсюда следует, что если в отсеках приводной камеры 3 при температуре 10°С содержится 50 литров водного аммиака, то при температуре 30°С при достаточно малой силе упругости стенки 4 приводная камера 3 будет иметь объем при давлении в ней 1,5 атм

Wn 50 + 17,5 50 925 литров. (3)

Из соотношения (3) следует, что в этом случае объем рабочей камеры увеличится на объем

Wp 925 - 50 - 875 литров, т.е. 875 литров воды могут быть подняты на высоту до 5 метров.

При уменьшении температуры воздуха в следующую ночь до 15°С начнется процесс всасывания. В случае, если перекачивается подземная вода, имеющая температуру порядка 8°С, и стенка 4 выполнена теплопроводной, то произойдет дальнейшее охлаждение рабочего тела 10, при достижении температуры которым в 10°С стенка 4 возвращается в первоначальное положение, а следовательно, и всасывание 875 литров воды в рабочую камеру б при условии, что общий объем рабочей камеры позволяет такое изменение своего объема. Затем процессы повторяются с изменением температуры во времени рабочего тела 10 под тепловым воздействием окружающей его среды.

Выполнение стенки 4 упругоэластичной позволяет регулировать давление в рабочей камере по зависимости

Pnl-Py Pp,(4)

где Рп- давление рабочего тела 10 на стенку 4 со стороны приводной камеры; Ру - давление сил упругости стенки 4, направленные против давления Рп при растянутой стенке 4; Рр - давление в рабочей камере 6.

Так как значение Ру зависит от степени растяжения стенки 4, то подбором значения Ру можно обеспечить процесс всасывания при изменениях Рп в пределах выше атмосферного давления.

В случае выполнения стенки 4, охватывающей часть корпуса 1 по его периметру, как это показано на фиг.4 и 5, значение меняет свой знак в вогнутом положении стенки 4. Это расширяет возможности регулирования давления в рабочей камере 6 с помощью сил упругости стенки 4.

Заправку отсеков камеры 3 осуществляют через трубки 11 с вентилем.

При отсутствии необходимости в водоподъеме заявляемый трубопровод-насос

можно использовать для провода жидкости с. одном направлении, как трубопровод. Для этого удаляют рабочее тело 10 из отсеков камеры 3 через трубки 11.

Изобретение целесообразно использо- вать в системах низконапорного водоснабжения и орошения прежде всего в случаях отсутствий других источников энергии или удаленности от них. Оно является экологически чистым по источнику энергии, кото- рый является возобновляемым. В случае утечки аммиака из приводной камеры в рабочую камеру при использований воды на орошение, негативные экологические последствия также практически исключаются, так как аммиак является удобрением, широко используемым в этом качестве в сельском хозяйстве.

Существенным преимуществом изобретения является также подача воды при высоких температурах воздуха для локального подпочвенного орошения, когда растения испытывают недостаток воды в ней.

Формула изобретения

1. Трубопровод-насос, содержащий тру- бообразный корпус, перегородки, располо

женные по длине корпуса сустановленными в них последовательно-чередующимися впускными и выпускными клапанами, упру- гоэластичный элемент, закрепленный между перегородками с образованием приводной камеры со стенкой корпуса и рабочей камеры - в полости размещения клапанов, отл ичающийся тем, что, с целью повышения производительности при использовании для привода тепловой энергии, приводная камера заполнена термочувствительным рабочим телом, а уп- ругоэластичная стенка закреплена на внутренней стенке корпуса с образованием герметичных отсеков приводной камеры, расположенных последовательно по длине трубопровода.

2. Трубопровод-насос по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что упругоэластичный элемент выполнен трубчатым.

3. Трубопровод-насос поп. 1, отличающийся тем, что упругоэластичный элемент выполнен в виде двух пластин, расположенных параллельно,

Использование: для водоподъема в низконапорных локальных системах орошения и пастбищного водоснабжения. Сущность изобретения: перегородки расположены по длине трубообразного корпуса и в них установлены последовательно чередующиеся -. .- - лгл.иаа Sta -- JCsrf t ;. etSrЈi Ь. THJ 2 впускные клапаны. Упругоэластичный элемент закреплен между перегородками с образованием приводной камеры со стенкой корпуса и рабочей камеры - в полости размещения клапанов. Приводная камера заполнена термочувствительным рабочим телом. Упруго-эластичная стенка закреплена на внутренней стенке корпуса с образованием герметичных отсеков приводной камеры, расположенных последовательно по длине трубопровода. Упругоэластичный элемент выполнен трубчатым или в виде двух пластин, расположенных параллельно. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

П

П™

,

А -А

Фиг.З

Фиг. 5

А-А

А-А

10

Фиг. if