close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7576

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7576
(13) C1
(19)
(46) 2005.12.30
(12)
7
(51) F 04B 47/00
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ПОДЪЕМА ЖИДКОСТИ
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20020497
(22) 2002.06.07
(43) 2003.12.30
(71) Заявитель: Научно-производственное
республиканское унитарное предприятие "Жилкоммунтехника" (BY)
(72) Авторы: Панасюк Анатолий Иванович; Кедо Сергей Антонович; Демочкин Владимир Петрович (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-производственное республиканское унитарное предприятие "Жилкоммунтехника" (BY)
(56) SU 1530804 A1, 1989.
SU 1258963 A1, 1986.
RU 2106529 C1, 1998.
RU 2020270 C1, 1994.
SU 1044740 A, 1983.
RU 2018034 C1, 1994.
RU 2016235 C1, 1994.
US 5048604, 1991.
US 5309998 A, 1994.
CA 2278359 A1, 2000.
BY 7576 C1 2005.12.30
(57)
1. Способ подъема жидкости путем периодического изменения давления в перекачиваемой среде за счет изменения объема внутренней среды в рабочей камере и обеспечения
колебательных движений гибкой диафрагме посредством воздействия исполнительным
Фиг. 1
BY 7576 C1 2005.12.30
оборудованием, вследствие чего происходит периодическое всасывание перекачиваемой
жидкости в насосную камеру и нагнетание потребителю, отличающийся тем, что используют рабочую камеру в виде расположенного на каркасе пневмоцилиндра с поршнем, связанным кинематически через шток с исполнительным оборудованием и соединенным
выходным напорным отверстием своей рабочей полости через промежуточный патрубок с
входным напорным отверстием насосной камеры, насосную камеру с всасывающим и нагнетательным гидроклапанами и соответствующими патрубками располагают на неограниченной глубине в источнике жидкости с соблюдением условия:
Vн.т. < Vп.ц.,
где Vп.ц. - объем рабочей полости пневмоцилиндра;
Vн.т. - внутренний объем общего нагнетательного трубопровода, определяемый формулой:
Vн.т. = Vн.п. + Vс.п.,
где Vн.п. - внутренний объем нагнетательного патрубка;
Vс.п. - внутренний объем сливного патрубка,
а также соблюдением условия:
Iп.п. > Нв.с.,
где Iп.п. - длина погруженной в источник жидкости нижней части промежуточного патрубка;
Нв.с. - необходимая высота первоначально выдавливаемого из промежуточного патрубка столба жидкости, определяемая формулой:
Нв.с. = Vв.с./Sп.п.,
где Vв.с. - необходимый объем первоначально выдавливаемого из промежуточного патрубка при закрытом всасывающем гидроклапане столба жидкости, соответствующий такому же объему шагового синхронного подъема в нагнетательном патрубке при открытом
нагнетательном гидроклапане аналогичного столба;
Sп.п. - площадь поперечного сечения промежуточного патрубка;
в качестве гибкой диафрагмы используют плавающую прослойку из воздухонепроницаемой
жидкости, размещенную в промежуточном патрубке, а в пневмоцилиндр при полном рабочем
ходе его поршня нагнетают сжатый воздух до необходимого первоначального давления Pmin,
обеспечивающего закрытие всасывающего и открытие нагнетательного гидроклапанов,
определяемого формулой:
Pmin = Fmin/Sп.п.,
где Fmin - необходимое первоначальное усилие для преодоления препятствий и обеспечения первого шагового подъема в нагнетатальном патрубке через открытый нагнетательный гидроклапан столба жидкости, определяемое формулой:
Fmin = D (Vв.с. + Vн.п. + Vк.н.),
где D - удельная плотность перекачиваемой жидкости;
Vн.п. - объем жидкости во внутренней полости нижней погруженной части нагнетательного патрубка;
Vк.н. - объем жидкости в канале насосной камеры, соединяющем входное напорное отверстие с выходным нагнетательным патрубком.
2. Устройство подъема жидкости, содержащее корпус, рабочую камеру с внутренней
средой переменного объема, исполнительное оборудование рабочей камеры, насосную
камеру с всасывающим и нагнетательным гидроклапанами, гибкую диафрагму между выходным напорным отверстием рабочей камеры и входным напорным отверстием насосной
камеры, всасывающий и нагнетательный патрубки, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в виде расположенного на каркасе пневмоцилиндра с рабочей полостью,
входным свободным и выходным напорным отверстиями и поршнем, кинематически свя2
BY 7576 C1 2005.12.30
занным через его шток с исполнительным оборудованием, а насосная камера с всасывающим и нагнетательным гидроклапанами и соответствующими патрубками размещена на
неограниченной глубине источника жидкости ниже его верхнего уровня и выполнена в
виде Y-образного тройника с нижним входным всасывающим отверстием, верхним выходным нагнетательным отверстием и верхним входным напорным отверстием, а также
внутренним плавно переходящим каналом, соединяющим между собой вышеуказанные
отверстия, при этом входное напорное отверстие насосной камеры соединено с выходным
напорным отверстием пневмоцилиндра через промежуточный патрубок, который расположен параллельно с нагнетательным патрубком и скреплен с ним хомутами посредством
стяжных болтов, снабжен торцевым патрубком с заглушкой для заливки воздухонепроницаемой жидкости, боковым воздухонагнетательным патрубком с пневмоклапаном и измерителем
давления, заполнен сжатым воздухом, первоначальное давление которого при полном рабочем ходе поршня пневмоцилиндра достаточно для выдавливания столба жидкости из
промежуточного в нагнетательный патрубок, при этом длина погруженной в источник
жидкости нижней части промежуточного патрубка больше высоты выдавливаемого из него столба жидкости, причем объем рабочей полости пневмоцилиндра больше внутреннего
объема общего нагнетательного трубопровода, а гибкая диафрагма размещена в промежуточном патрубке на границе раздела перекачиваемой жидкости и сжатого воздуха и выполнена в виде плавающей прослойки из воздухонепроницаемой жидкости.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что исполнительное оборудование рабочей
камеры выполнено в виде механизма возвратно-поступательного движения, состоящего из
закрепленной на каркасе U-образной стойки, на которой в подшипниках помещен приводной вал, на одном конце которого размещена рукоятка или шкив, связанный через ременную передачу со шкивом на валу электропривода или любого другого источника
вращательного движения, а на втором конце приводного вала закреплен кривошип, палец
которого помещен с возможностью свободного вращения во втулку, закрепленную на
конце шатуна, второй конец которого через шарнир соединен непосредственно со штоком
поршня пневмоцилиндра.
4. Устройство по пп. 2 или 3, отличающееся тем, что воздухонепроницаемая жидкость представляет собой растительное масло.
5. Устройство по любому из пп. 2-4, отличающееся тем, что всасывающий, нагнетательный и напорный патрубки, а также хомуты и стяжные болты выполнены из облегченного и антикоррозионного материала, например пластмассы.
Изобретение относится к насосостроению, касается способа и устройства для подъема
жидкости и может найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства
для передачи текучих сред.
Известен поршневой насос, содержащий колонку, напорный патрубок (выливной насос), поршень; напорный клапан, расположенный на поршне; рукоятку, кинематически
связанную с поршнем; фланец с всасывающим клапаном и всасывающим патрубком [1].
Этот насос не требует применения специального исполнительного электрооборудования, так как подъем воды осуществляется с помощью рукоятки посредством мускульной
силы. Однако он имеет существенный недостаток, так как с его помощью осуществляется
подъем воды из глубины не более 6 метров, что значительно ограничивает области применения этого насоса.
Известен глубинный штанговый насос, содержащий цилиндр со всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, соединенный с полой штанговой колонкой, составленной из отдельных штанг, поплавковый запорный клапан, установленный в полости
штанговой колонны перед входом в перепускной клапан, и исполнительное оборудование
с приводом [2].
3
BY 7576 C1 2005.12.30
К недостаткам этого насоса относится сложность его конструктивного выполнения и
неудобства обслуживания, так как при ремонтно-восстановительных работах требуются
значительные потери времени и высокая трудоемкость, что увеличивает материальные,
капитальные и эксплуатационные затраты, снижает эффективность работы. Причем в этом
насосе с увеличением глубины подъема воды увеличивается длина штанговой колонны и
насосно-компрессорных труб, что также увеличивает материальные и капитальные затраты.
Кроме того, с увеличением глубины подъема воды значительно увеличивается мощность привода исполнительного оборудования, так как он должен обеспечить возвратнопоступательное движение не только увеличенной массы полой штанговой колонны, но и
увеличенной массы помещенного в ней столба воды, в результате чего увеличиваются
энергетические и эксплуатационные затраты.
Применение для этого насоса металлических труб постепенно вызывает в них коррозию, которая со временем все больше засоряет подающую на поверхность воду, что ухудшает ее качество, а также в результате коррозии все металлические части быстро выходят
из строя, что значительно снижает долговечность и надежность работы насоса.
Известно устройство для откачки жидкости, включающее обсадную колонку и погружной насос с электродвигателем, напорным патрубком, уплотнительным элементом, грузонесущим тросом и энергопитающим кабелем [3].
К недостаткам этого устройства относится то, что электродвигатель расположен непосредственно в насосе и погружается вместе с ним в жидкую среду, поэтому предъявляются очень повышенные требования к изоляции токопроводящих частей, что значительно
усложняет изготовление и повышает его стоимость.
Однако повышенные требования к изготовлению не гарантируют в полной мере электробезопасность, так как при эксплуатации не исключаются повреждения изоляции и в
связи с этим возможны случаи поражения обслуживающего персонала электрическим током.
Кроме того, расположенный наружу вдоль напорного патрубка энергопитающий кабель подвержен еще большим повреждениям, что увеличивает случаи поражения обслуживающего персонала электрическим током и значительно снижает электробезопасность
и надежность работы насоса. Причем энергопитающий кабель в процессе эксплуатации
подвергается частым изгибам и в нем происходят не только механические повреждения
внешней электроизоляционной оболочки, но и происходят разрывы токопроводящих жил,
что значительно снижает надежность работы и долговечность насоса.
Известно устройство подъема жидкости, содержащее корпус, рабочую камеру с переменным внутренним объемом, исполнительное оборудование рабочей камеры, насосную
камеру с всасывающим и нагнетательным гидроклапанами, гибкую диафрагму между
входным напорным отверстием рабочей камеры и входным напорным отверстием насосной камеры, всасывающий и нагнетательный патрубки перекачиваемой жидкости [4].
В этом устройстве способ подъема жидкости осуществляется путем изменения давления в перекачиваемой среде за счет изменения объема внутренней среды в рабочей камере
и обеспечения колебательных движений гибкой диафрагме посредством воздействия исполнительным оборудованием, вследствие чего происходит периодическое всасывание
перекачиваемой жидкости в насосную камеру и нагнетание потребителю.
Этот способ подъема жидкости и устройство для его осуществления являются самыми
близкими к предлагаемому изобретению по их сущности и достигаемому результату.
Однако это изобретение также имеет определенные недостатки.
Во-первых, очень сложное конструктивное выполнение рабочей камеры, вертикально
расположенной на корпусе и заполненной текучей теплопроводной средой, в которой размещена емкость переменного объема, заполненная рабочим телом, расширяющимся при
нагреве, в результате чего требуются большие материальные и капитальные затраты.
Во-вторых, расположение на каркасе рабочей камеры совместно с насосной камерой, а
также совмещение выходного напорного отверстия рабочей камеры с входным напорным
4
BY 7576 C1 2005.12.30
отверстием насосной камеры через гибкую диафрагму не позволяет осуществлять подъем
жидкости из источников, расположенных на большой глубине, что ограничивает функциональные возможности и области применения.
В-третьих, применяемая диафрагма вследствие своих механических свойств имеет небольшую долговечность, поэтому в процессе эксплуатации будут частые ее замены и связанные с ремонтно-восстановительными работами простои, что значительно снижает
надежность и производительность устройства.
В-четвертых, применяемая диафрагма имеет постоянную амплитуду, пропорциональную разовому объему всасываемого столба жидкости, и отсутствует возможность регулирования ее величины, что значительно ограничивает функциональные возможности и
области применения устройства.
В-пятых, для обеспечения колебательных движений гибкой диафрагме применено
очень сложное, громоздкое и дорогостоящее исполнительное оборудование в виде нагревательной и холодильной установок с большим потреблением электроэнергии, что значительно повышает капитальные и эксплуатационные затраты.
В-шестых, текучая теплопроводная среда в рабочей камере, как и все жидкости, обладает
большой инерционностью, следовательно гибкой диафрагмой будут воспроизводиться
колебательные движения с незначительной частотой, что снижает производительность и
ограничивает области применения устройства.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, уменьшение металло- и энергоемкости, снижение коррозионности, повышение долговечности и надежности работы,
сокращение материальных и эксплуатационных затрат, улучшение условий обслуживания, расширение функциональных возможностей и областей применения предлагаемого
устройства и способа подъема жидкости.
Эта задача решается тем, что в способе подъема жидкости путем периодического изменения давления в перекачиваемой среде за счет изменения объема внутренней среды в
рабочей камере и обеспечения колебательных движений гибкой диафрагме посредством
воздействия исполнительным оборудованием, вследствие чего происходит периодическое
всасывание перекачиваемой жидкости в насосную камеру и нагнетание потребителю, в
соответствии с изобретением, используют рабочую камеру в виде расположенного на каркасе
пневмоцилиндра с поршнем, связанным кинематически через шток с исполнительным
оборудованием и соединенным выходным напорным отверстием своей рабочей полости
через промежуточный патрубок с входным напорным отверстием насосной камеры, насосную камеру с всасывающим и нагнетательным гидроклапанами и соответствующими
патрубками располагают на неограниченной глубине в источнике жидкости с соблюдением условия:
Vн.т. < Vп.ц.,
где Vп.ц. - объем рабочей полости пневмоцилиндра;
Vн.т. - внутренний объем общего нагнетательного трубопровода, определяемый формулой:
Vн.т. = Vн.п. + Vс.п.,
где Vн.п. - внутренний объем нагнетательного патрубка;
Vс.п. - внутренний объем сливного патрубка,
а также соблюдением условия:
Iп.п. > Нв.с.,
где Iп.п. - длина погруженной в источник жидкости нижней части промежуточного патрубка;
Нв.с.. - необходимая высота первоначально выдавливаемого из промежуточного патрубка столба жидкости, определяемая формулой:
Нв.с. = Vв.с./Sп.п.,
5
BY 7576 C1 2005.12.30
где Vв.с. - необходимый объем первоначально выдавливаемого из промежуточного патрубка при закрытом всасывающем гидроклапане столба жидкости, соответствующий такому же объему шагового синхронного подъема в нагнетательном патрубке при открытом
нагнетательном гидроклапане аналогичного столба;
Sп.п. - площадь поперечного сечения промежуточного патрубка;
в качестве гибкой диафрагмы используют плавающую прослойку из воздухонепроницаемой
жидкости, размещенную в промежуточном патрубке, а в пневмоцилиндр при полном
рабочем ходе его поршня нагнетают сжатый воздух до необходимого первоначального
давления Pmin, обеспечивающего закрытие всасывающего и открытие нагнетательного
гидроклапанов, определяемого формулой:
Pmin = Fmin/Sп.п.,
где Fmin - необходимое первоначальное усилие для преодоления препятствий и обеспечения первого шагового подъема в нагнетательном патрубке через открытый нагнетательный гидроклапан столба жидкости, определяемое формулой:
Fmin = D(Vв.с. + Vн.п. + Vк.н.),
где D - удельная плотность перекачиваемой жидкости;
Vн.п. - объем жидкости во внутренней полости нижней погруженной части нагнетательного патрубка;
Vк.н. - объем жидкости в канале насосной камеры, соединяющем входное напорное отверстие с выходным нагнетательным патрубком.
Кроме того, задача решается также тем, что в устройстве подъема жидкости, содержащем корпус, рабочую камеру с внутренней средой переменного объема, исполнительное оборудование рабочей камеры, насосную камеру с всасывающим и нагнетательным
гидроклапанами, гибкую диафрагму между входным напорным отверстием рабочей камеры и входным напорным отверстием насосной камеры, всасывающий и нагнетательный
патрубки, в соответствии с изобретением, рабочая камера выполнена в виде расположенного
на каркасе пневмоцилиндра с рабочей полостью, входным свободным и выходным напорным
отверстиями и поршнем, кинематически связанным через его шток с исполнительным
оборудованием, а насосная камера с всасывающим и нагнетательным гидроклапанами и
соответствующими патрубками размещена на неограниченной глубине источника жидкости
ниже его верхнего уровня и выполнена в виде Y-образного тройника с нижним входным
всасывающим отверстием, верхним выходным нагнетательным отверстием и верхним
входным напорным отверстием, а также внутренним плавно переходящим каналом, соединяющим между собой вышеуказанные отверстия, при этом входное напорное отверстие
насосной камеры соединено с выходным напорным отверстием пневмоцилиндра через
промежуточный патрубок, который расположен параллельно с нагнетательным патрубком
и скреплен с ним хомутами посредством стяжных болтов, снабжен торцевым патрубком с
заглушкой для заливки воздухонепроницаемой жидкости, боковым воздухонепроницаемым патрубком с пневмоклапаном и измерителем давления, заполнен сжатым воздухом,
первоначальное давление которого при полном рабочем ходе поршня пневмоцилиндра
достаточно для выдавливания столба жидкости из промежуточного в нагнетательный патрубок, при этом длина погруженной в источник жидкости нижней части промежуточного
патрубка больше высоты выдавливаемого из него столба жидкости, причем объем рабочей
полости пневмоцилиндра больше внутреннего объема общего нагнетательного трубопровода, а гибкая диафрагма размещена в промежуточном патрубке на границе раздела перекачиваемой жидкости и сжатого воздуха и выполнена в виде плавающей прослойки из
воздухонепроницаемой жидкости.
Исполнительное оборудование рабочей камеры выполнено в виде механизма возвратнопоступательного движения, состоящего из закрепленной на каркасе U-образной стойки, на
которой в подшипниках помещен приводной вал, на одном конце которого размещена
6
BY 7576 C1 2005.12.30
рукоятка или шкив, связанный через ременную передачу со шкивом на валу электропривода или любого другого источника вращательного движения, а на втором конце приводного вала закреплен кривошип, палец которого помещен с возможностью свободного
вращения во втулку, закрепленную на конце шатуна, второй конец которого через шарнир
соединен непосредственно со штоком поршня пневмоцилиндра.
Воздухонепроницаемая жидкость представляет собой растительное масло.
Всасывающий, нагнетательный и напорный патрубки, а также хомуты и стяжные болты выполнены из облегченного и антикоррозионного материала, например пластмассы.
На основании приведенных данных и сопоставления заявляемого объекта с аналогами
и прототипом видно, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию
изобретательский уровень и является новым, а его промышленная применимость подтверждается приведенным ниже подробным описанием конструктивного решения и принципа работы устройства.
На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства подъема жидкости; на
фиг. 2 - фиксация каркаса относительно обсадной трубы водозаборной скважины в виде
источника жидкости, разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 - конструктивное выполнение рабочей
камеры с воздушной средой; на фиг. 4 - компоновка исполнительного оборудования с
возможностью его универсального применения; на фиг. 5 - то же, вид Б на фиг. 4; на
фиг. 6 - конструктивное выполнение насосной камеры с возможностью создания минимального сопротивления для перекачиваемой жидкости; на фиг. 7 - функциональная
пневмогидравлическая схема устройства, фрагмент 1: поршень пневмоцилиндра в положении полного рабочего хода, внутренние полости нижних частей нагнетательного и
промежуточного патрубков по принципу сообщающихся сосудов заполнены до уровня,
соответствующего верхнему уровню источника жидкости - всасывающий и нагнетательный клапаны открыты внутренним давлением источника жидкости при сообщении каналов - плавающая воздухонепроницаемая диафрагма помещена в промежуточный патрубок
и находится в плотном контакте со стенкой его внутренней полости и перекачиваемой
жидкостью. На фиг. 8 - то же, фрагмент 2: в промежуточном патрубке находится сжатый
воздух с первоначальным необходимым давлением, достаточным для выталкивания посредством плавающей воздухонепроницаемой диафрагмы из промежуточного патрубка
столба жидкости высотой меньше длины его погруженной части и подъема аналогичного
столба жидкости в нагнетательном патрубке, объемы которых равны между собой, всасывающий гидроклапан закрыт, нагнетательный гидроклапан открыт; на фиг. 9 - то же,
фрагмент 3: поршень пневмоцилиндра в исходном положении - давление воздуха в промежуточном патрубке равно нулю за счет заполнения им освободившейся рабочей полости открыт всасывающий и закрыт нагнетательный гидроклапаны - фиксируется приподнятый
ранее столб жидкости в нагнетательном патрубке - в полость нижней части промежуточного патрубка всасывается жидкость до верхнего уровня источника и поднимается вместе
с ней плавающая воздухонепроницаемая диафрагма; на фиг. 10 - то же, фрагмент 4: поршень пневмоцилиндра в положении полного рабочего хода - за счет выдавленного воздуха
из рабочей полости пневмоцилиндра и созданного сопротивления в промежуточном патрубке образовано давление, достаточное для выталкивания из него посредством плавающей
воздухонепроницаемой диафрагмы нового столба жидкости, а также подъем в нагнетательном патрубке ранее поднятого столба жидкости - всасывающий гидроклапан закрыт, а
нагнетательный гидроклапан открыт.
Предлагаемое устройство для подъема жидкости содержит корпус 1, рабочую камеру 2
с внутренней средой переменного объема, исполнительное оборудование 3 рабочей камеры, насосную камеру 4 с всасывающим 5 и нагнетательным 6 гидроклапанами, гибкую
диафрагму 7 между выходным напорным отверстием 8 рабочей камеры и входным напорным отверстием 9 насосной камеры, всасывающий 10 и нагнетательный 11 патрубки перекачиваемой жидкости.
7
BY 7576 C1 2005.12.30
Корпус 1 выполняет функции грузонесущей платформы.
Рабочая камера 2 расположена на корпусе 1 и выполнена в виде пневмоцилиндра с рабочей полостью 12, входным свободным 13 и выходным напорным 8 отверстиями и
поршнем 14, кинематически связанным через свой шток 15 с исполнительным оборудованием 3.
Предложенное конструктивное выполнение рабочей камеры упрощает ее устройство,
значительно уменьшает габариты, общую массу и инерционность, снижает материальные
и капитальные затраты, улучшает условия обслуживания, повышает быстродействие, надежность работы и производительность устройства.
Исполнительное оборудование 3 выполнено в виде механизма возвратно-поступательного движения, состоящего из закрепленной на каркасе 1 U-образной стойки 16, на которой в подшипниках 17 помещен приводной вал 18, на одном конце которого имеется
возможность разместить рукоятку 19 или шкив 20, связанный через ременную передачу 21 со
шкивом 22 на валу 23 электропривода 24 или любого другого механизма вращательного
движения, а на втором конце приводного вала 18 закреплен кривошип 25, палец 26 которого помещен с возможностью свободного вращения во втулку 27, закрепленную на конце
шатуна 28, второй конец которого через шарнир 29 соединен непосредственно со штоком 15
поршня 14 пневмоцилиндра.
Это исполнительное оборудование маломощное с минимальным потреблением энергии, компактное в размещении, простое в изготовлении, удобное в обслуживании, малоинерционное и способное обеспечивать гибкой диафрагме частоту колебаний в широком
диапазоне, что значительно сокращает материальные, капитальные и эксплуатационные
затраты, расширяет функциональные возможности устройства и способствует повышению
его производительности.
Кроме того, это исполнительное оборудование способно обеспечивать перекачивание
и нагнетание жидкости потребителю не только там, где имеется электропривод или любой
другой механизм вращательного движения и где имеется соответствующий вид энергии,
но и там, где их нет, то есть с помощью рукоятки и мускульной силы, что значительно
расширяет области применения устройства.
Насосная камера 4 с всасывающим 5 и нагнетательным 6 гидроклапанами, а также с
всасывающим 10 и нагнетательным 11 патрубками размещена в расположенном на неограниченной глубине источнике 30 жидкости ниже его верхнего уровня 31.
Насосная камера 4 выполнена в виде Y-образного тройника с верхним входным напорным отверстием 9, нижним входным всасывающим отверстием 32, верхним выходным
нагнетательным отверстием 33 и внутренним плавно переходящим, соединяющим между
собой вышеуказанные отверстия каналом 34.
Предложенное выполнение соединяющего канала в насосной камере значительно
снижает сопротивление перекачиваемой жидкости и нагрузку исполнительному
оборудованию, уменьшает потребление энергии и эксплуатационные затраты.
В насосной камере 4 нижнее входное отверстие 32 соединено с всасывающим патрубком 10 через гидроклапан 5, верхнее выходное отверстие 33 соединено с нагнетательным
патрубком 11 через гидроклапан 6, а верхнее входное напорное отверстие 9 соединено с
выходным напорным отверстием 8 рабочей поршневой полости 13 пневмоцилиндра через
промежуточный патрубок 35, который расположен параллельно с нагнетательным патрубком 11 и закреплен к нему хомутами 36 посредством стяжных болтов 37.
Всасывающий 10, нагнетательный 11 и промежуточный 35 патрубки, а также хомуты 36
и стяжные болты 37 выполнены из облегченного и антикоррозионного материала, например пластмассы, что значительно уменьшает общую массу устройства, материальные и
капитальные затраты, а также исключает образование ржавчины и предотвращает засорение перекачиваемой жидкости.
Применение хомутов и стяжных болтов значительно упрочняет конструкцию, обеспечивает компактность и надежность работы устройства.
8
BY 7576 C1 2005.12.30
В промежуточном патрубке 35 помещена гибкая диафрагма 7, выполненная в виде
плавающей прослойки из воздухонепроницаемой жидкости, а также он и рабочая поршневая полость 13 пневмоцилиндра заполнены сжатым воздухом 38.
Промежуточный патрубок 35 дополнительно снабжен для заливки воздухонепроницаемой жидкости торцевым патрубком 39 с заглушкой 40 (фиг. 7) и боковым воздухонагнетательным патрубком 41 с пневмоклапаном 42 и измерителем 43 давления.
Пневмоклапан 42 предназначен для пропускания сжатого воздуха в промежуточный
патрубок 35 и препятствия его обратному выходу (фиг. 8).
Наличие воздушной среды в промежуточном патрубке и рабочей полости пневмоцилиндра дополнительно снижает общую массу устройства и способствует созданию его
компактности, уменьшению материальных и эксплуатационных затрат.
Предложенное разделение выходного напорного отверстия рабочей камеры и входного напорного отверстия насосной камеры, а также предложенное их соединение с промежуточным патрубком и размещение в нем гибкой диафрагмы позволило располагать
насосную камеру непосредственно в источнике жидкости и поставлять потребителю перекачиваемую жидкость из любой глубины, что значительно расширяет области применения
устройства.
Воздухонепроницаемая жидкость, в качестве гибкой диафрагмы 7, расположена в
промежуточном патрубке 35 на границе раздела перекачиваемой жидкости и сжатого воздуха и состоит, например, из растительного масла.
Такая диафрагма обладает хорошей всплываемостью в жидкой среде, достаточной
воздухонепроницаемостью и исключительной эластичностью и подвижностью, способствующей созданию плотного и надежного контакта с перекачиваемой жидкостью и стенками
промежуточного патрубка, что гарантирует ей высокую работоспособность и долговечность.
Большая долговечность этой диафрагмы исключает значительные потери времени на
ремонтно-восстановительные работы, что снижает эксплуатационные затраты, повышает
надежность работы и производительность устройства.
Такая диафрагма способна беспрепятственно осуществлять колебания с неограниченной
амплитудой, то есть способна выдавливать из промежуточного патрубка столб жидкости
неограниченной высоты и объема, а следовательно способна обеспечивать в нагнетательном патрубке шаговый подъем столба перекачиваемой жидкости также неограниченной
высоты и объема, что значительно расширяет функциональные возможности устройства и
способствует повышению его производительности.
Причем, при необходимости изменения амплитуды колебания в такой диафрагме не
требуется выполнение в ней конструктивно-размерных изменений, что также значительно
сокращает потери времени на ремонтно-восстановительные работы, уменьшает эксплуатационные затраты, повышает надежность работы и производительность устройства.
Таким образом, предложенная диафрагма фактически выполняет функции дистанционно вынесенного второго поршня пневмоцилиндра, а сжатый воздух - функции второго
штока (штанги) неограниченной длины, связанного с первым поршнем, при этом независимо от изменения длины второго штока (глубины водозаборной скважины) общая масса
устройства не меняется и всегда остается незначительной.
Применение измерителя давления позволяет визуально контролировать реальное состояние воздушной среды в промежуточном патрубке и рабочей полости пневмоцилиндра, а также позволяет своевременно реагировать при отклонениях от нормы, что улучшает
условия обслуживания, способствует повышению надежности и работоспособности
устройства.
Устанавливаемое первоначальное давление сжатого воздуха, при полном рабочем ходе поршня 14 пневмоцилиндра, должно быть достаточным для выдавливания из промежуточного патрубка 35 столба жидкости, а длина погруженной в источник 30 жидкости
9
BY 7576 C1 2005.12.30
нижней части промежуточного патрубка 35 больше высоты выдавливаемого из него столба жидкости (фиг. 8), а также объем рабочей полости пневмоцилиндра больше общего
внутреннего объема нагнетательного и сливного патрубков.
Такое распределение величины давления сжатого воздуха и длины погружения в источник жидкости нижней части промежуточного патрубка гарантирует надежность и высокую работоспособность устройства.
Глубина погружения насосной камеры 4 фиксируется поперечиной 43, установленной
между самым верхним хомутом 37, соединяющим верхние части нагнетательного 11 и
промежуточного 35 патрубков, и торцом обсадной трубы 44, например водозаборной
скважины в виде источника 30 жидкости, при этом верхняя часть нагнетательного патрубка 11 через муфту 45 соединена со сливным патрубком 46, стационарно закрепленным на
стойке 47 каркаса 1; верхняя часть промежуточного патрубка 35 через муфту 48 соединена
с торцевым патрубком 39, стационарно закрепленным на стойке 49 каркаса 1, который зафиксирован относительно обсадной трубы 44 посредством стопорных болтов 50.
Способ подъема жидкости реализуется следующим образом.
Подъем жидкости осуществляется путем периодического изменения давления в перекачиваемой среде за счет изменения объема внутренней среды в рабочей камере 2 и
обеспечения колебательных движений гибкой диафрагме 7 посредством воздействия
исполнительным оборудованием 3, вследствие чего происходит периодическое всасывание перекачиваемой жидкости в насосную камеру 4 и нагнетание потребителю.
При этом на каркасе 1 располагают рабочую камеру 2 в виде пневмоцилиндра, и его
поршень 14 через шток 15 кинематически связывают с исполнительным оборудованием 3,
а выходное напорное отверстие 8 рабочей поршневой полости 13 пневмоцилиндра через
промежуточный патрубок 35 соединяют с входным напорным отверстием 9 насосной камеры 4.
Насосную камеру 4 с всасывающим 5 и нагнетательным 6 гидроклапанами и соответствующими патрубками 10, 11 размещают в расположенном на неограниченной глубине
(Ни.ж.) источнике 30 жидкости с соблюдением соотношения:
Vн.т. < Vп.ц.,
где Vн.т. - внутренний объем общего нагнетательного трубопровода, определяемый формулой:
Vн.т. = Vн.п. + Vс.п.,
где Vн.п. - внутренний объем нагнетательного патрубка, определяемый формулой:
Vн.п. = Lн.п. ⋅ Sн.п.,
где Lн.п. - длина нагнетательного патрубка;
Sн.п. - площадь поперечного сечения нагнетательного патрубка, определяемая формулой:
Sн.п. = π ⋅ d2н.п./4,
где dн.п. - диаметр внутренней полости нагнетательного патрубка;
Vс.п. - внутренний объем сливного патрубка, определяемый формулой:
Vс.п. = lс.п. ⋅ Sс.п.,
где lс.п. - длина сливного патрубка;
Sс.п. - площадь поперечного сечения сливного патрубка, определяемая формулой:
Sс.п. = π ⋅ d2с.п./4,
где dс.п. - диаметр внутренней полости нагнетательного патрубка;
Vп.ц. - объем рабочей полости пневмоцилиндра, определяемый формулой:
Vп.ц. = lц ⋅ Sц,
где lц - длина рабочей полости пневмоцилиндра;
Sц - площадь поперечного сечения пневмоцилиндра, определяемая формулой:
10
BY 7576 C1 2005.12.30
Sц = π ⋅ d2ц/4,
где dц - диаметр рабочей полости пневмоцилиндра,
а также соблюдением соотношения:
lп.п. > Нв.с.,
где lп.п. - длина погруженной в источник 30 жидкости нижней части промежуточного патрубка 35;
Нв.с. - необходимая высота первоначально выдавливаемого из промежуточного патрубка 35 столба жидкости, определяемая формулой:
Нв.с. = Vв.с./Sп.п.,
где Vв.с. - необходимый объем первоначально выдавливаемого из промежуточного патрубка 35 при закрытом всасывающем гидроклапане 5 столба жидкости, соответствующий
такому же объему шагового синхронного подъема в нагнетательном патрубке 11 при открытом нагнетательном гидроклапане 6 аналогичного столба;
Sп.п. - площадь поперечного сечения промежуточного патрубка 35, определяемая формулой:
Sп.п. = π ⋅ d2п.п./4,
где dп.п. - диаметр внутренней полости промежуточного патрубка 35;
после чего в промежуточный патрубок 35 помещают гибкую диафрагму 7 в виде плавающей прослойки из воздухонепроницаемой жидкости (фиг. 7) и при полном рабочем ходе
поршня 14 нагнетают в него сжатый воздух (фиг. 8) до необходимого первоначального
давления (Pmin), обеспечивающего закрытие всасывающего 5 и открытие нагнетательного 6
гидроклапанов, определяемого формулой:
Pmin = Fmin/Sп.п.,
где Fmin - необходимое первоначальное усилие для преодоления препятствий и обеспечения первого шагового подъема в нагнетательном патрубке 11 через открытый нагнетательный гидроклапан 6 столба жидкости (Нш.с.), определяемое формулой:
Fmin = D(Vв.с. + Vн.п. + Vк.н.),
где D - удельная плотность перекачиваемой жидкости;
Vн.п. - объем жидкости во внутренней полости нижней погруженной части нагнетательного патрубка 11, определяемый формулой:
Vн.п. = lн.п. ⋅ Sн.п.,
где lн.п. - длина погруженной в источник 30 жидкости нижней части нагнетательного патрубка 11;
Vк.н. - объем жидкости в канале 34 насосной камеры 4, соединяющем входное напорное отверстие 9 с выходным нагнетательным отверстием 33, определяемый формулой:
Vк.н. = lк ⋅ Sк,
где lк - длина соединяющего канала 34;
Sк - площадь поперечного сечения соединяющего канала 34, определяемая формулой:
Sк = π ⋅ d2к/4,
где dк - диаметр соединяющего канала 34.
Убедившись в правильности установки глубины (lп.п.) погружения в источник 30 жидкости нижней части промежуточного патрубка 35 и правильности установки первоначального давления (Pmin) в нем сжатого воздуха, включают электропривод 24, в результате
чего вал 23 через шкивы 20, 22 и ременную передачу 21 осуществляет вращательное движение приводного вала 18 и кривошипа 25, а палец 26 кривошипа 25 через шатун 28 и
шток 15 осуществляет возвратно-поступательное движение поршня 14 в пневмоцилиндре.
11
BY 7576 C1 2005.12.30
Таким образом, поршень 14 в пневмоцилиндре сначала перемещают в исходное положение и освобождают рабочую полость 13 (фиг. 9), а через входное свободное отверстие 12
воздух выдавливается из штоковой полости пневмоцилиндра в атмосферу.
Освобождение рабочей полости 13 увеличивает объем воздушной среды и устраняет
давление первоначально сжатого воздуха.
Устранение давления в воздушной среде обеспечивает открытие всасывающего гидроклапана 5 и закрытие нагнетательного гидроклапана 6.
Закрытый нагнетательный гидроклапан 6 обеспечивает фиксацию в нагнетательном
патрубке 11 ранее поднятого столба жидкости.
Открытый всасывающий гидроклапан 5 обеспечивает по принципу сообщающегося
сосуда заполнение внутренней полости нижней погруженной части промежуточного патрубка 35 до верхнего уровня 31 источника 30 жидкости и синхронный подъем до этого же
уровня плавающей воздухонепроницаемой диафрагмы 7.
Затем исполнительное оборудование 3 перемещает поршень 14 в пневмоцилиндре из
исходного в рабочее положение и полностью вытесняет воздух из рабочей полости 13
(фиг. 10).
Вытеснение воздуха из рабочей полости 13 уменьшает объем воздушной среды и увеличивает давление сжатого воздуха в промежуточном патрубке 35.
Увеличение давления в воздушной среде обеспечивает закрытие всасывающего гидроклапана 5 и открытие нагнетательного гидроклапана 6, а также через плавающую воздухонепроницаемую диафрагму 7 обеспечивает вытеснение из промежуточного патрубка 35
нового столба жидкости и подъем через открытый гидроклапан 6 в нагнетательном патрубке 11 также нового столба жидкости совместно с ранее поднятым аналогичным столбом.
Таким образом, предложенная диафрагма фактически выполняет функции дистанционно вынесенного второго поршня пневмоцилиндра, а сжатый воздух - функции второго
штока (штанги) неограниченной длины, связанного с первым поршнем, при этом независимо от изменения длины второго штока (глубины водозаборной скважины) общая масса
устройства не меняется и всегда остается незначительной.
Далее все повторяется аналогично, то есть очередной подъем столба жидкости осуществляется также путем изменения давления в перекачиваемой среде за счет изменения
объема воздушной среды в рабочей камере и промежуточном патрубке и обеспечения колебательных движений плавающей воздухонепроницаемой диафрагме в промежуточном
патрубке, вследствие чего происходит периодическое всасывание перекачиваемой жидкости в насосную камеру и нагнетание потребителю.
На основании вышеизложенного видно, что предлагаемый способ подъема жидкости и
устройство для его осуществления имеют следующие преимущества.
Во-первых, предложенное конструктивное выполнение рабочей камеры в виде пневмоцилиндра с воздушной средой значительно уменьшает габариты, общую массу и инерционность, снижает материальные и капитальные затраты, улучшает условия обслуживания,
повышает быстродействие, надежность работы и производительность устройства.
Во-вторых, предложенное конструктивное выполнение исполнительного оборудования
является маломощным с минимальным потреблением энергии, компактным в размещении, простым в изготовлении, удобным в обслуживании, малоинерционным и способным
обеспечивать гибкой диафрагме частоту колебаний в широком диапазоне, что значительно
сокращает материальные, капитальные и эксплуатационные затраты, расширяет функциональные возможности устройства и способствует повышению его производительности.
В-третьих, кроме того, предложенное исполнительное оборудование способно обеспечивать перекачивание и нагнетание жидкости потребителям не только там, где имеется
необходимый вид энергии, но и там, где ее нет, то есть с помощью мускульной силы, что
значительно расширяет области применения устройства.
12
BY 7576 C1 2005.12.30
В-четвертых, предложенное конструктивное выполнение насосной камеры с плавно
переходящим, соединяющим всасывающее, напорное и нагнетательное отверстия каналом
позволило значительно снизить сопротивление перекачиваемой жидкости и снизить нагрузку исполнительному оборудованию, уменьшить потребление энергии и эксплуатационные затраты.
В-пятых, предложенное крепление промежуточного патрубка к нагнетательному патрубку посредством хомутов и стяжных болтов значительно упрочняет конструкцию, обеспечивает компактность и надежность работы устройства.
В-шестых, предложенное выполнение всех патрубков, хомутов и стяжных болтов из
облегченного антикоррозионного материала, например пластмассы, значительно уменьшает общую массу устройства, материальные и капитальные затраты, а также исключает
образование в них ржавчины и предотвращает засорение перекачиваемой потребителю
жидкости.
В-седьмых, предложенное разделение рабочей и насосной камер и предложенное соединение их промежуточным патрубком, а также предложенное размещение гибкой диафрагмы в промежуточном патрубке позволило располагать насосную камеру непосредственно в источнике жидкости и поставлять потребителю жидкость не только с малой, но
и большой (неограниченной) глубины, что значительно расширяет области применения
устройства.
В-восьмых, наличие воздушной среды в промежуточном патрубке и рабочей камере
(рабочей полости пневмоцилиндра) также снижает общую массу устройства и способствует созданию его компактности, уменьшению материальных, капитальных и эксплуатационных затрат.
В-девятых, предложенное выполнение гибкой диафрагмы в виде плавающей воздухонепроницаемой жидкости, например растительного масла, с исключительной эластичностью позволило создать плотный и надежный контакт с перекачиваемой жидкостью и
стенками промежуточного патрубка, что гарантирует ей высокую работоспособность и
долговечность.
В-десятых, повышенная долговечность плавающей воздухонепроницаемой диафрагмы исключает значительные потери времени на ремонтно-восстановительные работы, что
также уменьшает эксплуатационные затраты, повышает надежность работы и производительность устройства.
В-одиннадцатых, предложенная быстроподвижная диафрагма способна беспрепятственно осуществлять колебания с неограниченной амплитудой, пропорциональной высоте
выдавливаемого из промежуточного патрубка столба жидкости, что значительно расширяет функциональные возможности устройства и способствует повышению его производительности.
В-двенадцатых, при необходимости изменения величины амплитуды колебания в
предложенной диафрагме не требуется выполнение в ней конструктивно-размерных изменений, что также значительно сокращает потери времени на ремонтно-восстановительные
работы, уменьшает эксплуатационные затраты, повышает надежность работы и производительность устройства.
В-тринадцатых, предложенная диафрагма фактически выполняет функции дистанционно вынесенного второго поршня пневмоцилиндра, а сжатый воздух - функции второго
штока (штанги) неограниченной длины, связанного с первым поршнем, при этом независимо от изменения длины второго штока (глубины водозаборной скважины) общая масса
устройства не меняется и всегда остается незначительной.
В-четырнадцатых, применение измерителя давления позволяет визуально контролировать реальное состояние воздушной среды в промежуточном патрубке и рабочей камере
(рабочей полости пневмоцилиндра), а также позволяет своевременно реагировать при отклонениях от нормы, что улучшает условия обслуживания, способствует повышению надежности и работоспособности устройства.
13
BY 7576 C1 2005.12.30
В-пятнадцатых, предложенный способ распределения длины погружения в источник
жидкости нижней части промежуточного патрубка и величины первоначального давления
сжатого воздуха в этом патрубке, обеспечивающим выдавливание столба жидкости высотой, не превышающей длины погруженной нижней части промежуточного патрубка, гарантирует надежность и высокую работоспособность устройства.
Таким образом, на основании вышеизложенных доводов видно, что предлагаемое устройство подъема жидкости и способ работы на нем выгодно отличается от известных аналогичных устройств и способов работы на них, так как оно малозатратное, простое в
изготовлении, удобное в обслуживании, надежное в эксплуатации, высокопроизводительное,
с незначительной общей массой, большими функциональными возможностями, повышенной долговечностью и антикоррозионностью, незначительными энергопотребительскими
и капитальными затратами, при этом может широко применяться в различных отраслях
народного хозяйства для перекачки разнообразных жидкостей, в том числе для подъема
воды потребителям не только с малой, но и большой (неограниченной) глубины расположения источника, например, на дачных участках, в зонах отдыха, турбазах, санаториях,
военных лагерях, малых и больших населенных пунктах и т.д., причем не только там, где
имеется электрическая и другая энергия, но и там, где ее нет, поскольку предусмотрен
также вариант применения мускульной силы.
Источники информации:
1. Пашенков Я.М. и др. Сельскохозяйственное водоснабжение и буровое дело. - М.:
Сельхозиздат, 1951. - С. 111, 112; рис. 102.
2. А.с. СССР № 436170, МПК F 04B 47/00, 05.01.1973. - Опубл. 15.07.1974 // Бюл. № 26.
3. А.с. СССР № 1258963, МПК Е 03В 3/08, E 21В 23/00, 02.04.1986. - Опубл. 23.09.1986 //
Бюл. № 35.
4. А.с. СССР № 1530804, МПК F 04B 17/00, 06.04.1987. - Опубл. 23.12.1989 // Бюл. № 47.
Фиг. 2
Фиг. 3
14
BY 7576 C1 2005.12.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
15
BY 7576 C1 2005.12.30
Фиг. 9
Фиг. 10
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
204 Кб
Теги
by7576, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа