close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9042

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9042
(13) C1
(19)
(46) 2007.04.30
(12)
7
(51) F 04G 6/02,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 04B 43/00
ОБЪЕМНЫЙ НАСОС С ТЕПЛОВЫМ ПРИВОДОМ
(21) Номер заявки: a 20040333
(22) 2004.04.13
(43) 2005.12.30
(71) Заявитель: Комиссаров Феликс Давидович (BY)
(72) Авторы: Комиссаров Феликс Давидович; Комиссарова Татьяна Феликсовна (BY)
(73) Патентообладатель: Комиссаров Феликс Давидович (BY)
(56) SU 1137239 А, 1985.
SU 688689, 1979.
SU 1250708 A1, 1986.
SU 1393926 A1, 1988.
RU 2062355 C1, 1996.
RU 2190777 C2, 2002.
EP 0454909 A1, 1991.
WO 85/05656 A1.
BY 9042 C1 2007.04.30
(57)
1. Объемный насос с тепловым приводом, содержащий корпус, рабочий орган, выполненный в виде двух сильфонов с боковыми гофрированными стенками из материала с
термической "памятью формы", установленных концентрично с образованием герметичной межсильфонной полости, сообщенной с трубопроводом системы циркуляции жидкого
теплоносителя; рабочую камеру, сообщенную с всасывающим и нагнетательным клапанами и каналами насоса; последовательно установленный в системе циркуляции жидкого
теплоносителя тепловой генератор, внутренняя полость которого частично заполнена капиллярно-пористым материалом, отличающийся тем, что толщина стенок сильфонов выполнена монотонно увеличивающейся снизу вверх; тепловой генератор выполнен в виде
Фиг. 1
BY 9042 C1 2007.04.30
двух блоков, включающих совмещенный с жидкостным насосом перекачки жидкого теплоносителя с низкой температурой кипения нагреватель и парогенератор, выполненный в
виде испарителя и пароперегревателя паровой фазы теплоносителя и разделенный в средней части перегородкой, причем нагреватель и парогенератор помещены последовательно
в общий короб с возможностью взаимодействия при перемещении горячего теплоносителя и обогащении его паровой фазой; жидкостной насос выполнен в виде сильфона с обладающими эффектом термической "памяти формы" гофрами, толщина которых возрастает
от правой подвижной к левой неподвижной торцевым стенкам сильфона, в которых установлены входной и выходной патрубки с всасывающим и нагнетательным клапанами,
причем входной патрубок жестко установлен в неподвижной стенке, а в передней части
имеющего возможность перемещения в трубе парогенератора правого выходного патрубка установлен нагнетательный клапан так, что от места его установки до конца трубы остается свободный участок, причем правый выходной патрубок присоединен к правой
торцевой подвижной стенке жидкостного насоса посредством цилиндра со скользящим
уплотнением, при этом выходной патрубок шлифован снаружи и размещен с возможностью перемещения до правой стенки парогенератора в жестко скрепленной с ней шлифованной изнутри трубе парогенератора, перфорированной по краям, при этом отверстия в
передней части трубы парогенератора выполнены большего диаметра, чем в задней ее
части перед правой стенкой парогенератора; в качестве капиллярно-пористого материала
на перфорированную трубу парогенератора, выступающую в полость жидкостного насоса,
плотной посадкой надет выполненный из тонкой нержавеющей стали цилиндрический
рулон мелкоячеистой сетки, плотно контактирующий с внутренней поверхностью корпуса
парогенератора и разделенный в своей нижней части на испарительный и пароперегревательный участки; с наружной стороны корпуса парогенератора концентрично патрубку
парогенератора жестко прикреплена нагнетательная ветвь трубопровода системы циркуляции теплоносителя с размещенным в ней управляющим клапаном, в нижней части короба генератора тепловой энергии и парогенератора, отделенного от него своей левой
неподвижной стенкой, установлен отражатель лучистой солнечной энергии полуцилиндрической формы с боковыми стенками, выполненный трехслойным, при этом нижний
слой выполнен из теплоизоляционного материала, средний слой – из тонкостенного металла с хорошей теплопроводностью и малой теплоемкостью, а верхний слой выполнен с
гладкой полированной поверхностью со светоотражающим покрытием, все стенки короба
с наружной стороны покрыты теплоизоляционным материалом, в левой части короба над
генератором тепловой энергии установлена защитная шторка, закрепленная на двух установленных на осях рычагах с противовесами; пружинный фиксатор размещения шторки в
горизонтальном положении установлен на левой неподвижной стенке парогенератора,
управляющий элемент механизма перемещения защитной шторки закреплен на вертикальном выступе правой подвижной торцевой стенки сильфона, на правой нижней поверхности защитной шторки напротив центральной оси генератора тепловой энергии
размещен выступ - балансир противовесам, установленным по бокам защитной шторки у
передней и задней стенок короба на косынках, и контактирующий с управляющим элементом
фиксации защитной шторки в горизонтальном положении, к боковым поверхностям второго гофра от левой неподвижной стенки генератора тепловой энергии прикреплены два
упора, выполненные с возможностью воздействия на толкатели смещения противовесов с
устойчивого вертикального положения защитной шторки; на наружной поверхности парогенератора перпендикулярно потоку солнечной энергии установлены экран - ограничитель переменной площади и заслонка с переменной площадью проходного отверстия;
трубопроводы системы циркуляции теплоносителя на нагнетательной ветви и частично на
всасывающей ветви покрыты теплоизоляционным материалом, а трубопровод всасывающей ветви на наружном участке покрыт съемной теплоизоляцией; в нижней части корпуса
вокруг рабочей камеры жестко закреплен перевернутый цилиндрический стакан с покры2
BY 9042 C1 2007.04.30
той снаружи теплоизоляционным материалом боковой поверхностью и перфорированным
дном, в центре которого установлен регулируемый упор; вокруг дна герметичной межсильфонной полости жестко закреплено покрытое снаружи теплоизоляционным материалом металлическое кольцо, на котором внутри образующей поверхности стакана
расположены направленные вверх выступы и уплотнительные кольца из фторопласта-4,
при этом металлическое кольцо совместно с дном герметичной межсильфонной полости
образует поршень, имеющий возможность перемещения относительно перевернутого цилиндрического стакана при изменении длины сильфонов, теплоизолированных с внешней
и внутренней сторон; рабочая камера образована дополнительным сильфоном, установленным внутри сильфонов рабочего органа с образованием воздушной подушки, сообщенной с полостью корпуса; снаружи перевернутого цилиндрического стакана установлен
поплавок поддержки корпуса на постоянном уровне, обеспечивающем расположение
сильфонов выше уровня воды.
2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкого теплоносителя с низкой
температурой кипения применяют спирт или эфир.
3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что управляющий клапан выполнен двухседельным, при этом затворы расположены на противоположных концах штока и передний затвор выполнен плоским, а задний выполнен в виде конуса, причем переднее седло
выполнено плоским, а заднее - в виде обратного конуса с отверстием посередине.
Изобретение относится к насосостроению, а именно к объемным насосам с тепловым
приводом, и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства для
подъема воды из скважин.
Известен объемный насос, содержащий рабочий орган, например диафрагму, и связанные с ним приводные элементы, выполненные из термообработанного материала, способного при нагреве принимать полученную в процессе термообработки конфигурацию,
который с целью увеличения рабочего объема и соответственно подачи насоса, приводные
элементы выполнены в виде последовательно соединенных для сложения этих деформаций приводных звеньев, например в виде многовитковой пружины. В части получения необходимой механической энергии для обеспечения перемещения диафрагмы насоса под
действием тепловой энергии используется электроуправляемая цепь, обеспечивающая поочередное воздействие электрического тока на отдельные элементы многовитковой пружины путем периодического нагревания звеньев протекающим через них током, так как
эти звенья соединены между собой последовательно, то их деформация складывается в
одном направлении. Циклическое перемещение приводных звеньев и всего приводного
элемента, связанного с диафрагмой, бызывает изменение объема насосной камеры, при
этом перекачиваемая среда поступает в камеру через всасывающий клапан и нагнетается к
потребителю через нагнетательный клапан [1].
К недостаткам данного устройства насоса следует отнести следующие: 1) применение
диафрагмы в качестве элемента, передающего силу воздействия приводного элемента на
прокачиваемую жидкость. Перемещение диафрагмы вызывает изменение объема насосной камеры. Но как элемент, закрепленный по краям насосной камеры, где прогиб диафрагмы осуществляется по одной линии по месту ее крепления, она недолговечна при
применении данного насоса для прокачки больших объемов воды в разных атмосферных
условиях, как, например, из колодцев, из-за достаточно большого числа переменно направленных колебаний; 2) использование для прогрева приводного элемента электрического тока требует применения особых мер защиты при прокачке токопроводящих сред.
Известен объемный насос, содержащий насосную камеру, образованную сильфонным
элементом из материала с термической "памятью формы", связанную с подвижной стенкой и днищем, установленным на неподвижной опоре. Сильфонный элемент выполнен из
3
BY 9042 C1 2007.04.30
материала, толщина которого монотонно увеличивается от днища до подвижной стенки. В
днище встроен всасывающий патрубок с клапаном, а в подвижную стенку встроен нагнетательный патрубок с клапаном. Выполнение термоизолированной перегородки из эластичного материала, закрепленной на внутренней поверхности насоса, позволяет эффективно
использовать тепловой поток, поскольку он не затрачивается на нагрев жидкости, и сохранить стабильность температуры перекачиваемой жидкости [2].
Объемный насос работает следующим образом. В исходном положении сильфон находится в растянутом состоянии и заполнен перекачиваемой жидкостью. При подводе тепла извне его боковая стенка нагревается и сокращается по своей высоте. При этом шаг
гофр боковой стенки уменьшается и вместе с ним уменьшается и объем насосной камеры.
Перекачиваемая жидкость вытесняется через нагнетательный клапан и нагнетательный
патрубок. При нагреве обратное мартенситное превращение начинается не по всей длине
сильфонного элемента, а первоначально в менее металлоемкой его части, т.е. оно плавно
распространяется по всей длине сильфонного элемента от днища насоса к его подвижной
стенке. По мере протекания обратного мартенситного превращения сильфонная стенка
сжимается, причем формоизменение сильфонного элемента начинается первоначально в
наиболее утоненной его части, а затем постепенно охватывает все более материалоемкие
его слои. После завершения такта нагнетания подвод тепла прекращается. Стенки сильфонного элемента охлаждаются естественным путем и, частично, перекачиваемой жидкостью, оставшейся в насосной камере. При охлаждении в материале сильфонного элемента
протекает прямое мартенситное превращение (причем первоначально в наиболее утоненных слоях), под действием которого сильфонный элемент (боковая стенка) растягивается.
При растяжении сильфонного элемента происходит такт всасывания перекачиваемой
жидкости в насосную камеру, при этом нагнетательный клапан закрывается, а всасывающий клапан открывается. Для осуществления нагнетания вновь подводится тепло к боковой сильфонной стенке.
К недостаткам объемного насоса следует отнести следующие: 1) невозможность производить отбор воды из колодцев; 2) неподвижность днища; 3) отсутствие покрытия наружной
стенки сильфона термоизолирующей перегородкой. Все указанные недостатки не позволяют использовать данную конструкцию объемного насоса для отбора воды из колодцев.
Наиболее близким к заявляемому является объемный насос с тепловым приводом, содержащий рабочий орган, по меньшей мере частично выполненный из материала, обладающего эффектом термической "памяти формы", и имеющий два сильфона, установленных
концентрично с образованием между собой герметичной межсильфонной полости, подключенной к трубопроводу системы циркуляции теплоносителя, который выполнен замкнутым по концам на межсильфонную полость и имеет на втором конце тепловой генератор,
внутренние полости которых частично заполнены капиллярно-пористым материалом, и
имеет запорный орган с управляющим устройством, выполненным в виде чаши-накопителя
с отверстием в днище, установленном на рычаге, имеющем противовес в виде пружины,
которое кинематически связанном с запорным органом, а полость внутреннего сильфона
образует с нагнетательным и всасывающим клапанами рабочую камеру [3].
Устройство работает следующим образом. Теплоноситель по капиллярно-пористому
материалу поднимается из межсильфонной полости в полость теплового генератора. Под
действием подводимого к генератору тепла, например солнечной радиации, теплоноситель нагревается, а запорный орган в это время открыт и подогреваемый теплоноситель из
генератора поступает в межсильфонную полость. Под действием тепла теплоносителя
сильфоны, образующие межсильфонную полость, разогреваются выше температуры мартенситного превращения и скачкообразно принимают укороченную форму, запомненную
материалом с термической "памятью формы" в процессе его термообработки, когда сильфоны помещают в укороченный штамп и отжигают до температуры выше 30 °С. В процессе сокращения сильфонов происходит наполнение жидкости через нагнетательный
4
BY 9042 C1 2007.04.30
клапан и нагнетательный канал к потребителю. При этом происходит наполнение чашинакопителя, и она, утяжелившись, опускается, закрывая через рычаг запорный орган, который отсекает поступление подогретого теплоносителя из генератора в межсильфонную
полость. Под действием окружающей среды происходит охлаждение сильфонов ниже
температуры мартенситного превращения, которые скачкообразно принимают удлиненную форму, запомненную материалом с термической "памятью формы" в процессе термообработки, когда сильфон помещают в удлиненный штамп. И отжигают до температуры
ниже 15 °С. В процессе удлинения сильфонов перекачиваемая жидкость поступает через
всасывающий клапан и заполняет рабочую камеру, и чаша-накопитель опорожняется через отверстие в днище и поднимается, переводя запорный орган в открытое состояние.
К недостаткам устройства следует отнести следующие: 1) согласно описанию видно:
подогретый теплоноситель из теплового генератора поступает в межсильфонную полость,
и под действием тепла теплоносителя сильфоны разогреваются выше температуры мартенситного превращения и скачкообразно принимают укороченную форму, что достижимо при температуре выше 30 °С. Авторы не указывают, как они в данном устройстве
могут обеспечить такую относительно высокую температуру теплоносителя в межсильфонной полости при использовании солнечной радиации (первый абзац - колонка 3 описания), в то время как тепловой генератор не обеспечен теплосберегающим устройством,
не имеет защиты от утечек уже поглощенной солнечной радиации, и к тому же трубопроводы системы циркуляции теплоносителя на всем своем протяжении не покрыты теплоизолирующими материалами, а сильфоны рабочей камеры помещены в некоторый
достаточно большой объем воды, где теплоотдача высока, и при этом сильфоны с наружной стороны и со стороны рабочей камеры не термоизолированы, поэтому температура
теплоносителя в межсильфонной полости из-за большой теплоотдачи через поверхности
сильфонов будет повышаться медленно постепенно, передавая тепло окружающей воде.
Учитывая, что в рабочую камеру объемного насоса теплоноситель поступает периодически, то во время пауз его движения, при пульсирующей работе рабочей камеры, он успевает остыть во всей системе циркуляции теплоносителя до температуры окружающего
пространства. И его требуется каждый раз подогревать снова и снова. При этом потери
тепловой энергии многократно превосходят энергию, преобразуемую в полезную работу;
2) перемещение теплоносителя под действием капиллярных сил из глубины колодца по
капиллярно-пористому материалу в объем теплового генератора возможно, но скорость
его перемещения не высока, а чтобы капиллярная вода могла скапливаться в объеме теплового генератора при его описанном устройстве, в его свободном от капиллярно-пористого
материала объеме, истекая в это свободное пространство, в природе недостижимо, иначе
мы бы наблюдали этот эффект уже при образовании небольшого холмика при неглубокой
ямке в грунте в условиях залегания грунтовых вод на небольшой глубине (см. Политехнический словарь, статью "капиллярные явления" С.210, закон Лапласа, и рисунок к этой
статье, и А.с. СССР 937761), тем более что в объеме теплового генератора происходит
только нагрев и испарение капиллярной жидкости, и имеется пространство, свободное от
капиллярно-пористого материала, то есть имеет место разрыв капиллярно-пористого материала, где капиллярные силы уже не действуют. Тем более что на этом участке теплового
генератора не организован конденсатор, где могли бы пары теплоносителя сконденсироваться, образуя жидкость, которая заполнила бы трубопровод от теплового генератора до
запорного органа. Таким образом, для обеспечения работы данного устройства необходимы, или организация подпорного устройства и установка на трубопроводе всасывающего
и нагнетательного клапанов, или применение принудительной циркуляции теплоносителя,
с использованием различного рода тепловых насосов; 3) использование солнечной радиации как источника тепловой энергии возможно, если устранить все непроизводительные
потери ее на всем протяжении движения теплоносителя по трубопроводу системы циркуляции теплоносителя и непосредственно на тепловом генераторе, и, кроме того, необходимо
5
BY 9042 C1 2007.04.30
увеличить площадь поверхности теплового генератора, облучаемой потоком солнечного
излучения, а если уровень воды низок и прогрев межсильфонной полости до температуры
срабатывания сильфонов недостижим, то прогрев теплоносителя можно осуществлять за
счет других видов тепловой энергии, как-то, например, паяльной лампой, а прогрев электрической энергией с помощью омических нагревателей потребует жесткого соблюдения
техники безопасности ввиду присутствия влаги; 4) исходя из чертежа на фиг. 1 видно, что
объем нагнетательного канала многократно больше объема рабочей камеры, а это говорит
о том, что для того чтобы объемный насос начал работать, необходимо, чтобы объем воды,
наполнившей за один цикл рабочую камеру, был бы, как минимум, равен объему воды, заполнившей нагнетательный вертикальный канал и полный объем чаши-накопителя, поэтому требуется согласовать эти объемы. Что возможно только при уменьшении диаметра
трубы вертикального нагнетательного канала и объема чаши-накопителя; 5) наличие отверстия в чаше-накопителе для слива отобранной воды требует установки в отверстие
пробки для обеспечения баланса объемов воды в вертикальном канале, чаше-накопителе и
в рабочей камере (п. 4), которая должна выходить из отверстия только тогда, когда правая
часть рычага вместе с чашей-накопителем опустится в водоприемный сосуд.
Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства, которое бы исключило все недостатки прототипа и позволило бы максимально повысить производительность насоса при использовании маломощных источников энергии.
Поставленная задача заключается в том, что объемный насос с тепловым приводом,
содержащий корпус, рабочий орган, выполненный в виде двух сильфонов с боковыми
гофрированными стенками из материала с термической "памятью формы", установленных
концентрично с образованием герметичной межсильфонной полости, сообщенной с трубопроводом системы циркуляции жидкого теплоносителя; рабочую камеру, сообщенную с
всасывающим и нагнетательным клапанами и каналами насоса; последовательно установленный в системе циркуляции жидкого теплоносителя тепловой генератор, внутренняя
полость которого частично заполнена капиллярно-пористым материалом.
Отличительной особенностью является то, что толщина стенок сильфонов выполнена
монотонно увеличивающейся снизу вверх; тепловой генератор выполнен в виде двух блоков, включающих совмещенный с жидкостным насосом перекачки жидкого теплоносителя с низкой температурой кипения нагреватель и парогенератор, выполненный в виде
испарителя и пароперегревателя паровой фазы теплоносителя и разделенный в средней
части перегородкой, причем нагреватель и парогенератор помещены последовательно в
общий короб с возможностью взаимодействия при перемещении горячего теплоносителя
и обогащения его паровой фазой; жидкостной насос выполнен в виде сильфона с обладающими эффектом термической "памяти формы" гофрами, толщина которых возрастает
от правой подвижной к левой неподвижной торцевым стенкам сильфона, в которых установлены входной и выходной патрубки с всасывающим и нагнетательным клапанами,
причем входной патрубок жестко установлен в неподвижной стенке, а в передней части
имеющего возможность перемещения в трубе парогенератора до конца трубы остается
свободный участок, причем правый выходной патрубок присоединен к правой торцевой
подвижной стенке жидкостного насоса посредством цилиндра со скользящим уплотнением,
при этом выходной патрубок шлифован снаружи и размещен с возможностью перемещения до правой стенки парогенератора, перфорированной по краям, при этом отверстия в
передней части трубы парогенератора выполнены большего диаметра, чем в задней ее
части перед правой стенкой парогенератора; в качестве капиллярно-пористого материала
на перфорированную трубу парогенератора, выступающую в полость жидкостного насоса,
плотной посадкой надет выполненный из тонкой нержавеющей стали цилиндрический
рулон мелкоячеистой сетки, плотно контактирующей с внутренней поверхностью корпуса
парогенератора и разделенный в своей нижней части на испарительный и пароперегревательный участки; с наружной стороны корпуса парогенератора концентрично патрубку
6
BY 9042 C1 2007.04.30
парогенератора жестко прикреплена нагнетательная ветвь трубопровода системы циркуляции теплоносителя с размещенным в ней управляющим клапаном, в нижней части короба генератора тепловой энергии и парогенератора, отделенного от него своей левой
неподвижной стенкой, установлен отражатель лучистой солнечной энергии полуцилиндрической формы с боковыми стенками, выполненный трехслойным, при этом нижний
слой выполнен из теплоизоляционного материала, средний слой - из тонкостенного металла с хорошей теплопроводностью и малой теплоемкостью, а верхний слой выполнен с
гладкой полированной поверхностью со светоотражающим покрытием, все стенки короба с
наружной стороны покрыты теплоизоляционным материалом, в левой части короба над
генератором тепловой энергии установлена защитная шторка, закрепленная на двух установленных на осях рычагах с противовесами; пружинный фиксатор размещения шторки в
горизонтальном положении установлен на левой неподвижной стенке парогенератора,
управляющий элемент механизма перемещения защитной шторки закреплен на вертикальном выступе правой подвижной торцевой стенки сильфона, на правой нижней поверхности защитной шторки напротив центральной оси генератора тепловой энергии размещен
выступ - балансир противовесам, установленным по бокам защитной шторки у передней и
задней стенок короба на косынках, и контактирующий с управляющим элементом фиксации защитной шторки в горизонтальном положении, к боковым поверхностям второго
гофра от левой неподвижной стенки генератора тепловой энергии прикреплены два упора,
выполненные с возможностью воздействия на толкатели смещения противовесов с устойчивого вертикального положения защитной шторки; на наружной поверхности парогенератора перпендикулярно потоку солнечной энергии установлены экран - ограничитель
переменной площади и заслонка с переменной площадью проходного отверстия; трубопроводы системы циркуляции теплоносителя на нагнетательной ветви и частично на всасывающей ветви покрыты теплоизоляционным материалом, а трубопровод всасывающей
ветви на наружном участке покрыт съемной теплоизоляцией; в нижней части корпуса вокруг рабочей камеры жестко закреплен перевернутый цилиндрический стакан с покрытой
снаружи теплоизоляционным материалом боковой поверхностью и перфорированным
дном, в центре которого установлен регулируемый упор; вокруг дна герметичной межсильфонной полости жестко закреплено покрытое теплоизоляционным материалом металлическое кольцо, на котором внутри образующей поверхности стакана расположены
направляющие вверх выступы и уплотнительные кольца из фторопласта-4, при этом металлическое кольцо совместно с дном герметичной межсильфонной полости образует
поршень, имеющий возможность перемещения относительно перевернутого цилиндрического стакана при изменении длины сильфонов, теплоизолированных с внешней и внутренней сторон; рабочая камера образована дополнительным сильфоном, установленным
внутри сильфонов рабочего органа с образованием воздушной подушки, сообщенной с
полостью корпуса; снаружи перевернутого цилиндрического стакана установлен поплавок
поддержки корпуса на постоянном уровне, обеспечивающем расположение сильфонов
выше уровня воды, отличающийся тем, что в качестве жидкого теплоносителя с низкой
температурой кипения применяют спирт или эфир, отличающийся тем, что управляющий
клапан выполнен двухседельным, при этом затворы расположены на противоположных
концах штока и передний затвор выполнен плоским, а задний выполнен в виде в виде конуса, причем переднее седло выполнено плоским, а заднее - в виде обратного конуса с отверстием посередине.
На фиг. 1 изображен объемный насос с тепловым приводом в положении его размещения в скважине или колодце в разрезе.
На фиг. 2 изображены два блока: нагреватель, совмещенный с жидкостным насосом
перекачки теплоносителя, и парогенератор в разрезе в позиции начала прогрева теплоносителя при открытой защитной шторке.
7
BY 9042 C1 2007.04.30
На фиг. 3 изображены два блока: нагреватель и парогенератор в разрезе в позиции
достижения сильфоном наибольшей своей длины при температуре выше 30 °С перед сокращением его длины.
На фиг 4 изображен объемный насос в положении перекрытия запорного органа
управляющим устройством в разрезе.
Объемный насос содержит корпус 1, рабочий орган 2, имеющий два рабочих сильфона 3
и 4, межсильфонную полость 5, трубопровод 6, систему циркуляции теплоносителя 7, рабочую камеру 8, полость внутреннего сильфона 9, всасывающий 10 и нагнетательный 11
клапаны гидронасоса 12, тепловой генератор 13, капиллярно-пористый материал 14, внутреннюю полость 15 теплового генератора, нагреватель 16, жидкостной насос 17, парогенератор 18, испаритель 19, пароперегреватель 20, перегородку 21, общий короб 22, сильфон
жидкостного насоса 23, неподвижную торцевую стенку 24, подвижную торцевую стенку 25,
входной 26 и выходной 27 патрубки, всасывающий клапан 28, нагнетательный клапан 29,
цилиндр 30 со скользящим уплотнением 31, трубу парогенератора 32, перфорацию 33 трубы,
правую неподвижную стенку 34 парогенератора, левую неподвижную стенка 35 парогенератора, цилиндрический рулон 36 мелкоячеистой сетки, испарительный 37 и пароперегревательный участки 38 рулона, щель 39 между перегородкой и корпусом парогенератора,
нагнетательную ветвь 40 трубопровода, управляющий клапан 41, отражатель 42 лучистой
солнечной энергии с боковыми стенками 43, нижний теплозащитный слой отражателя 44,
средний тонкостенный слой 45 металла, верхний слой 46 со светоотражающим покрытием,
теплоизоляционное покрытие стенок короба 47, защитную шторку 48 с рычагами 49 и
противовесами 50, пружинный фиксатор 51, управляющий элемент 52, выступ-балансир 53,
косынки 54, штуцер 55, гофр 56, упоры 57, толкатели 58, экран-ограничитель 59, заслонку 60,
теплоизоляционный материал трубопроводов 61, съемную теплоизоляцию 62 всасывающей ветви трубопровода, перевернутый цилиндрический стакан 63, покрытый теплоизоляционным материалом 64, перфорированное дно 65 стакана, регулируемый упор 66, металическое кольцо 67 с выступами 68 и уплотнительными кольцами 69 из фторопласта, образующее
поршень 70, дополнительный сильфон 71, воздушную подушку 72, поплавок 73, двухседельный управляющий клапан 74 с затворами 75, шток затвора 76, плоский 77 и конусный
затворы 78, седло плоского затвора 79, седло конусного затвора 80, отверстие в конусном
седле 81, пружину затвора 82, выходной трубопровод 83, входной 84 и выходной 85 патрубки водяного насоса, нагнетательный канал воды 86.
На фиг. 1 изображен объемный насос с тепловым приводом в разрезе в положении
размещения его в колодце или скважине. Объемный насос содержит рабочий орган 2,
имеющий два рабочих сильфона 3 и 4, образующих между собой межсильфонную полость
5, трубопровод 6, систему циркуляции теплоносителя 7, рабочую камеру 8, полость внутреннего сильфона 9, образованную входным 26 и выходным 27 патрубками с их клапанами,
всасывающим 28 и нагнетательным 29, и дополнительным сильфоном 71. Гидравлический
насос 12 помещен вместе с рабочей камерой 8 в объем перевернутого цилиндрического
стакана 63, имеющего перфорированное дно 65, поверхности которых покрыты теплоизоляционным материалом 64. Сильфоны 3 и 4 с наружной и внутренней сторон покрыты
теплоизоляционным материалом 61 для исключения утечки тепловой энергии в перекачиваемую воду. С наружной стороны к перевернутому стакану 63 прикреплен поплавок 73,
который обеспечивает поддержание корпуса насоса 1 на постоянном уровне в воде колодца даже при изменении уровня воды в колодце в период межсезоний, т.е. при его падении.
Герметичная межсильфонная полость 5 подключена к трубопроводу системы циркуляции
теплоносителя 7, в цепь которой последовательно подсоединен тепловой генератор 13,
состоящий из двух блоков нагревателя 16, совмещенного с жидкостным насосом 17 перекачки теплоносителя, который выполняет функцию накопителя тепловой энергии, и парогенератора 18, включающего в себя испаритель 19 и пароперегреватель 20, размещенные в
объеме одной обечайки. Тепловой генератор 13 помещен в общий короб 22. Под тепло8
BY 9042 C1 2007.04.30
вым генератором в корпусе короба размещен отражатель потока солнечного излучения 42.
Рабочий орган 2 гидравлического насоса 12 (фиг. 4), его сильфоны 3 и 4 выполнены из материала, обладающего эффектом "памяти формы", боковые гофрированные стенки которых имеют монотонно увеличивающуюся толщину, начиная от всасывающего клапана 10
до нагнетательного клапана 11, что обеспечивает при прогреве поверхностей сильфонов 3
и 4 до температуры 30 °С вначале увеличение длины сильфонов 3 и 4, а затем постепенное
плавное сокращение их длины при достижении температуры выше 30 °С. При остывании
теплоносителя до температуры 15 °С происходит удлинение сильфонов 3 и 4. В процессе
сокращения сильфонов 3 и 4 происходит нагнетание воды через нагнетательный 11 в объем
трубы нагнетательного канала 86 к потребителю. При естественном охлаждении сильфонов 3 и 4 под действием окружающей среды ниже температуры мартенситного превращения
сильфонов 3 и 4 происходит плавное их удлинение, что приводит к всасыванию в объем
гидравлического насоса 12 окружающей воды через всасывающий клапан 10, и далее цикл
повторяется при следующем поступлении в объем межсильфонной полости 5 горячего теплоносителя.
На фиг. 2 изображены блоки генератора тепловой энергии 13, состоящие из накопителя тепловой энергии (теплоноситель) и нагревателя 16, совмещенного с жидкостным насосом
17 перекачки теплоносителя и парогенератора 18, включающего в себя испаритель 19 и
пароперегреватель 20, размещенные в объеме одной обечайки. Жидкостной насос образован сильфоном 23 и торцевыми неподвижной стенкой 24 и подвижной торцевой стенкой
25, в которых установлены входной патрубок 26 и с всасывающим клапаном 28 и выходной патрубок 27 с нагнетательным клапаном 29. Парогенератор 18 размещен с правой
стороны от жидкостного насоса 17 и ограничен с левой стороны левой неподвижной стенкой 35. По центральной оси корпуса парогенератора 18 в его объеме установлена труба 32,
жестко скрепленная с левой 34 и правой 35 его стенками, которая своим левым концом
размещена в объеме жидкостного насоса 17. В объеме трубы 32 размещен выходной патрубок 27, связанный с правой подвижной торцевой стенкой 25 жидкостного насоса 17 посредством цилиндра 30. В трубе парогенератора 32 парогенератора 18 в ее начале, размещенной в парогенераторе 18, образована перфорация 33 с увеличенным диаметром отверстий,
а в ее конце перфорация 33 выполнена с уменьшенным диаметром отверстий общей площадью, превышающей не менее чем в два раза перфорацию в начале трубы. И притом
перфорация 33 в конце трубы 32 выполнена вблизи правой неподвижной стенки 34. В выходном патрубке 27 нагнетательный клапан 29 размещен в правой половине выходного
патрубка таким образом, что после нагнетательного клапана 29 остается еще некоторый
участок выходного патрубка 27, во внутреннем объеме которого может разместиться достаточное количество жидкого горячего теплоносителя, обогащенного паровой фазой, который в конце цикла будет вытеснен в нагнетательную ветвь трубопровода 40 через
управляющий клапан 41 и объем которого будет достаточен для заполнения нагнетательной
ветви трубопровода 40 вплоть до межсильфонной полости 5 гидравлического насоса 12.
На фиг. 3 жидкостной насос 17 изображен в положении, когда правая подвижная торцевая
стенка 25 под действием тепловой и лучистой энергии солнечного излучения сместилась
со своего стартового положения в правую сторону к неподвижной стенке 35 парогенератора 18, что видно по пунктирной линии, отображающей перемещение выходного патрубка 27. При этом передняя часть выходного патрубка 27 уже перекрыла своим телом
перфорации 33 в начале трубы 32 и что говорит о том, что часть горячего теплоносителя
прошла уже через объем парогенератора 18 через увеличенные отверстия перфорации 33 в
начале трубы 32, и подвергается нагреву за счет тепловой энергии, прошедшей через обечайку парогенератора 18, и возгонке. На фиг. 2 видно, что объем парогенератора заполнен
цилиндрическим рулоном 36 мелкоячеистой металлической сетки, выполняющей роль капиллярно-пористого материала 14, т.е. фитиля, способствующего перемещению жидкого
теплоносителя от центральной оси трубы 32 парогенератора 18 через отверстия перфора9
BY 9042 C1 2007.04.30
ции 33 в начале трубы 32. Над объемом жидкостного насоса 17 пунктирной линией показано расположение защитной шторки 48 в момент начала всасывания отработанного теплоносителя через всасывающий клапан 28 по причине перемещения левой подвижной
торцевой стенки 25 и образования в объеме жидкостного насоса 17 разряжения.
Блок генератора 13 тепловой энергии, совмещенный с жидкостным насосом 17 прокачки теплоносителя, работает следующим образом. В исходном положении сильфон
жидкостного насоса 17 находится в растянутом состоянии и заполнен перекачиваемым
охлажденным жидким теплоносителем. При открытой защитной шторке 48 и подводе потока тепловой и лучистой энергии солнечного или другого вида излучения извне перпендикулярно боковой поверхности сильфона 23 его боковая стенка нагревается и, при
достижении температуры теплоносителя выше 30 °С, сокращается по своей длине. При
этом происходит процесс сокращения шага гофр боковой стенки сильфона 23 начиная с гофры наименьшей толщины, и далее по мере увеличения толщины гофр постепенно монотонно
происходит уменьшение объема насосной камеры. При сокращении длины сильфона 23
происходит перемещение подвижной торцевой стенки 25 справа налево, что приводит к
перемещению выходного патрубка 27 с нагнетательным клапаном 29. Перекачиваемая
жидкость вытесняется через нагнетательный клапан 29 в объем парогенератора 18 через
перфорированную трубу 33 парогенератора 18, в объем цилиндрического рулона 36 мелкоячеистой сетки, обладающей свойствами капиллярно-пористого материала 14, и при
этом происходит охлаждение цилиндрического рулона 36. А так как поток лучистой и тепловой энергии солнечного излучения беспрерывно обогревает поверхность парогенератора 18, то в его объеме происходит быстрое испарение жидкого теплоносителя, за счет
большой теплоемкости цилиндрического рулона 36 мелкоячеистой сетки, и жидкий теплоноситель закипает практически мгновенно, и давление его паров повышается настолько,
что позволяет открыть управляющий клапан 41 запорного органа, и, пересилив сопротивление пружины 82 управляющего клапана 41, поток горячего теплоносителя, обогащенного его парами, устремляется через нагнетательный патрубок 27 в трубопровод 83 и
достигает объема межсильфонной полости 5 рабочего органа 2, вытесняя из объема межсильфонной полости 5 остывший в ней теплоноситель, который перемещается по левой
вертикальной ветви трубопровода 6 системы циркуляции теплоносителя 7 через всасывающий клапан 28.
Работа объемного насоса.
Габариты объемного насоса рассчитываются в зависимости от глубины уровня воды
по месту отбора. Для подготовки объемного насоса к работе через заправочный штуцер
55, установленный на пароперегревателе 20, производится вакуумирование парогенератора 18, испарителя 19 и трубопровода 6 системы циркуляции 7 теплоносителя, а затем производится его заправка жидким теплоносителем в объеме, предварительно рассчитанном,
при температуре несколько ниже температуры по месту установки рабочего органа 2 в колодце или скважине в положении, когда сильфоны 3 и 4 рабочей камеры 8 находятся в
растянутом состоянии, причем заполнение производится до положения, когда трубопровод 6 и испаритель 19 полностью заполняются теплоносителем, а парогенератор заполняется до уровня теплоносителя в испарителе 19. Штуцер 55 перекрывают. Производят
опробование срабатывания сильфонов 3 и 4 при температуре выше мартенситного превращения металла сильфонов. После этого объемный насос опускают в скважину или колодец и жестко закрепляют в вертикальном положении.
Объемный насос работает следующим образом. В исходном положении сильфон 23
жидкостного насоса 17 находится в растянутом состоянии и заполнен перекачиваемой
жидкостью. При подводе тепла извне его боковая гофрированная стенка нагревается до
температуры 30 °С и плавно сокращается по своей длине. При этом шаг гофр 56 боковой
стенки уменьшается и вместе с ним уменьшается и внутренний объем жидкостного насоса 17.
Перекачиваемая жидкость вытесняется через нагнетательный клапан 29 и выходной 27
10
BY 9042 C1 2007.04.30
патрубок во внутренний канал перфорированной трубы 33. При нагреве обратное мартенситное превращение начинается не по всей длине сильфонного элемента, а первоначально
в менее металлоемкой его части, т.е. оно плавно распространяется по всей длине сильфонного элемента от неподвижной стенки 24 насоса к его подвижной стенке 25. По мере
протекания обратного мартенситного превращения сильфон сжимается, причем формоизменение сильфонного элемента начинается первоначально в наиболее утоненной его части, а
затем постепенно охватывает все более материалоемкие его слои. После завершения такта
нагнетания подвод тепла прекращается по причине перекрытия защитной шторкой 48 воздушного пространства над сильфоном жидкостного насоса 17. Стенки гофрированные
сильфонного элемента охлаждаются естественным путем и, частично, перекачиваемой
жидкостью, оставшейся в насосной камере. При охлаждении в материале сильфонного
элемента протекает прямое мартенситное превращение (причем первоначально в наиболее
утоненных слоях), под действием которого сильфонный элемент (боковая стенка) растягивается. При растяжении сильфонного элемента происходит такт всасывания перекачиваемой жидкости в насосную камеру, при этом нагнетательный клапан 29 закрывается, а
всасывающий клапан 28 открывается. Для осуществления нагнетания вновь подводится
тепло к боковой сильфонной стенке.
При попадании потока теплового излучения на поверхность испарителя 19 происходит
прогревание металлической поверхности испарителя 19, и тепловая энергия через поверхность испарителя 19 передается металлу рулона 36 металлической нержавеющей сетки
через контактирующие с внутренней поверхностью испарителя 19 участки металлической
сетки и далее передается теплоносителю во всем объеме испарителя 19. При этом температура теплоносителя в объеме испарителя 19 повышается и теплоноситель начинает испаряться, отчего давление в испарителе 19 повышается.
При открывании защитной шторки 48 поток солнечного излучения попадает на поверхность сильфона 23 и на отражатель 42 и прогревает поверхность сильфона 23, в результате
чего тепловая энергия в результате конвективного теплообмена между нагреваемой поверхностью и движущейся средой передается циклически перемещающемуся потоку жидкого теплоносителя, который прогревается до температуры его кипения. При прогреве
теплоносителя во всем его объеме до температуры выше 30 °С материал сильфона 23 изменяет свою форму, начиная с наиболее утонченной части гофры, которая принимает
укороченную форму в результате обратного мартенситного превращения. А сокращение
следующей более утолщенной части гофры происходит несколько позднее по причине более позднего достижения в ней обратного мартенситного превращения. И так процесс сокращения длины сильфона 23 происходит постепенно, т.е. более замедленно, чем если бы
его гофры были сделаны из металла одинаковой толщины. В этом случае процесс сокращения длины сильфона 23 происходил бы одновременно по всей его длине, т.е. скачкообразно, что нежелательно для данной конструкции жидкостного насоса 17.
В процессе сокращения длины сильфона 23 подвижная торцевая стенка 25 начинает
свое перемещение, увлекая за собой жестко связанный с ней цилиндр 30, жестко связанный с ним выходной перфорированный патрубок 27 с установленным в нем нагнетательным клапаном 29. При этом перемещении подвижной торцевой стенки 25 давление в
полости жидкостного насоса теплоносителя несколько возрастает и всасывающий клапан 28
закрывается, а нагнетательный клапан 29 открывается, выпуская из объема жидкостного
насоса 17 горячий теплоноситель в образующуюся полость перфорированной трубы 33,
где давление паровой фазы теплоносителя несколько повышается. При движении подвижной торцевой стенки 25 в левую сторону управляющий элемент 52 положения шторки
своим усилием воздействует на противовес 50 защитной шторки 48 и защитная шторка 48
под собственным весом поворачивается на своей оси и плавно опускается на корпус короба 22, и фиксируется в горизонтальном положении пружинным фиксатором 51, перекрывая доступ потоку солнечного излучения в пространство короба 22 над сильфоном 23. С
11
BY 9042 C1 2007.04.30
этого момента начинается естественное охлаждение поверхности сильфона 23. При охлаждении поверхности сильфона 23 происходит и охлаждение теплоносителя в объеме жидкостного насоса 17. При достижении температуры поверхности сильфона 15 °С происходит падение давления газовой фазы теплоносителя и одновременное увеличение длины
сильфона в результате прямого мартенситного превращения в материале сильфона 23, что
приводит к перемещению подвижной торцевой стенки 25 в правую сторону. При перемещении торцевой подвижной стенки 25 в правую сторону всасывающий клапан 28 входного патрубка 26 открывается и отработанный остывший теплоноситель из левой ветви
трубопровода 6 системы циркуляции теплоносителя 7 всасывается в объем жидкостного
насоса 17 и приводит к дальнейшему остыванию теплоносителя до температуры ниже
15 °С. При этом в результате того, что процесс увеличения длины сильфона 23 осуществляется постепенно, то при завершении этого процесса подвижная торцевая стенка 25 доходит до своего крайнего положения, и упирается в пружину фиксатора, и высвобождает
фиксатор от его зацепления с защитной шторкой 48, а так как выступ правой торцевой
подвижной стенки скользит по нижнему выступу-балансиру 53 защитной шторки 48, то
происходит приподнимание защитной шторки 48 от ее горизонтального положения и, при
этом нарушается неустойчивое равновесие между противовесом и защитной шторкой 48 и
противовес 50 поднимает правый край защитной шторки 48, и она под весом противовеса
50 мгновенно поворачивается вокруг оси и занимает свое устойчивое вертикальное положение.
Выполнение парогенератора 18, состоящего из нагревателя 16, выполненного в виде
полого металлического цилиндра, расположенного горизонтально, в объем которого
вставлен цилиндрический рулон 36 мелкоячеистой металлической сетки, выполненной из
тонкой нержавеющей стальной проволоки, который работает как капиллярно-пористый
материал 14, выполняющий роль фитиля по перемещению жидкой фазы теплоносителя по
всем радиальным направлениям от центра, расположенного в цилиндре перфорированного нагнетательного патрубка 27, по которому перемещается горячий жидкий теплоноситель, при этом плотный контакт мелкоячеистой металлической сетки, выполняющей роль
капиллярно-пористого материала 14, с внутренней поверхностью цилиндрического металлического корпуса способствует быстрому прогреву теплоносителя до температуры ее кипения при достаточном притоке тепловой энергии и превращает в этом случае этот блок в
парогенератор 18, обеспечивающий протекающую по перфорированному патрубку 27
жидкую фазу теплоносителя перегретым паром, в результате проникновения по капиллярам пористого материала 14 струек перегретой жидкой фазы теплоносителя, исходящих
из отверстий в нагнетательном патрубке 27. При этом всасывающий клапан 28, установленный на левой всасывающей ветви канала трубопровода 6 системы циркуляции 7 теплоносителя закрывается, а подпружиненный управляющий клапан 41 еще в это время
закрыт. При дальнейшем возрастании давления паров теплоносителя за счет притока тепловой энергии подпружиненный управляющий клапан 41, пересиливая сопротивление пружины 82, отходит от своего седла, и теплоноситель, огибая управляющий клапан 41, устремляется в трубопровод 6. Теплоноситель устремляется в отверстие в конусном седле 81 и
передает свое тепло холодному теплоносителю в правой нагнетательной вертикальной
ветви трубопровода 40.
Работа гидронасоса. Тепловая энергия по металлу нагнетательного канала 40 гидронасоса 12 в результате конвективной теплопередачи передается нижним слоям теплоносителя,
расположенным в теплоизолированном трубопроводе 6, и теплоносителю, находящемуся
в герметичной полости сильфонов 3 и 4 и далее по металлу в левую ветвь трубопровода 6
системы циркуляции 7 теплоносителя. При этом температурный градиент по трубопроводу 6 распределяется таким образом, что максимальная температура достигается только в
пароперегревателе 20, а далее по трубопроводу 6 она убывает, и минимальная температура
теплоносителя устанавливается в трубопроводе 6 вблизи всасывающего клапана 28. Так
12
BY 9042 C1 2007.04.30
как всасывающий клапан 28 несколько подпружинен, то он открывается только тогда, когда
давление теплоносителя в трубопроводе пересилит сопротивление пружины обратного
всасывающего клапана 28, т.е. тогда, когда давление теплоносителя в трубопроводе 6 несколько превысит давление теплоносителя в испарителе 19. При достижении в герметичной
межсильфонной полости 5 теплоносителем температуры выше 30 °С, т.е. температуры
мартенситного превращения, происходит последовательное монотонное сокращение длины гофров сильфонов 3 и 4, и вода, находящаяся в объеме гидронасоса 12, через нагнетательный клапан 11 гидронасоса 12 выталкивается в пространство нагнетательного канала 86 и
поступает далее в приемный сосуд. В это время теплоноситель, находящийся в трубопроводе 6 системы циркуляции 7 теплоносителя, естественным путем за счет теплоотдачи в
окружающую среду охлаждается. При достижении теплоносителем, находящимся в герметичной межсильфонной полости 5 рабочей камеры 8, температуры ниже 15 °С происходит постепенное монотонное удлинение сильфонов по причине изменения формы
нижней наиболее тонкой гофры, и далее изменения форм гофр сильфонов 3 и 4 будут происходить по мере достижения материалом гофр температуры ниже 15 °С в зависимости от
их материалоемкости, и поршень 70 гидравлического насоса 12 опускается, его входной
всасывающий клапан 10, установленный по центру поршня 70, открывается под действием
регулируемого упора 66, установленного по центру с наружной стороны перфорированного дна 65 перевернутого цилиндрического стакана 63, и в объем гидронасоса 12 поступает
вода. При падении давления в объеме жидкостного насоса 17, которое происходит в результате остывания теплоносителя по причине отсечения потока солнечной энергии защитной шторкой 48, и в дальнейшем, в результате естественного остывания теплоносителя
в сильфоне 23, происходит падение давления в объеме жидкостного насоса 17, и всасывающий клапан 28, установленный во входном патрубке 26, открывается, и поток отработанного теплоносителя из левой ветви всасывающего канала трубопровода 6 системы
циркуляции 7 теплоносителя поступает в объем жидкостного насоса 17, При подъеме защитной шторки 48 в результате воздействия управляющего элемента 52, установленного
на подвижной торцевой стенке 25 на фиксатор 51, поток тепловой энергии вновь поступает в объем короба 22 на поверхность испарителя 19 и на отражатель 42, и цикл работы
гидравлического насоса 12 повторяется.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция объемного насоса с тепловым
приводом для извлечения воды из глубины скважины или колодца имеет следующие преимущества: 1) по причине оборудования трубопроводов системы циркуляции теплоносителя,
сильфонов гидравлического насоса, защитного цилиндрического стакана, переменной емкости теплоизолирующим материалом и организации теплоизоляции за счет образования
подвижной воздушной подушки, образованной в межстеночном пространстве рабочего
органа, имеющей сообщение с воздушной средой корпуса объемного насоса и трубой нагнетательного канала, установки в рабочем органе дополнительного сильфона позволило
значительно уменьшить тепловые потери и повысить КПД насоса; 2) полной теплоизоляцией нагнетательного канала системы циркуляции теплоносителя и частичным покрытием
всасывающей ветви канала системы циркуляции теплоносителя теплоизоляционным материалом, а также оборудованием наружного участка этого канала съемными участками
теплоизолирующего материала, устанавливается определенный, рассчитанный для разных
температур окружающего воздуха, или установленный из практики, градиент падения
температуры в системе циркуляции теплоносителя для получения максимального КПД
объемного насоса.
Выполнение парогенератора, состоящего из нагревателя 16, выполненного в виде полой металлической трубы, расположенного горизонтально, в объем которого вставлен цилиндрический рулон 36 мелкоячеистой металлической сетки, выполненной из тонкой
нержавеющей стальной проволоки, который работает как капиллярно-пористый материал
14, выполняющий роль фитиля по перемещению жидкой фазы теплоносителя по всем ра13
BY 9042 C1 2007.04.30
диальным направлениям от центра перфорированного выходного нагнетательного патрубка 27, по которому перемещается горячий жидкий теплоноситель, способствует быстрому поступлению горячего теплоносителя к поверхности парогенератора 18. Плотный
контакт мелкоячеистой сетки с внутренней поверхностью металлической трубы способствует
быстрому прогреву горячего теплоносителя до температуры его кипения при достаточном
притоке тепловой энергии и превращает в этом случае этот прибор в парогенератор 18,
обеспечивающий протекающую по перфорированному патрубку жидкую горячую фазу
теплоносителя перегретым паром, в результате проникновения по капиллярам пористого
материала 14 струек перегретой жидкой фазы теплоносителя, исходящих из отверстий в
выходном нагнетательном патрубке 27.
Размещение в парогенераторе 18 капиллярно-пористого материала 14, выполненного
из мелкоячеистой металлической сетки в виде рулона 36 плотной упаковки, обеспечивает
хороший жесткий контакт мелкоячеистой нержавеющей сетки с металлом оболочки испарителя 19, что положительно сказывается на скорости передачи тепловой энергии от источника солнечной энергии или источника другого вида теплового излучения заполняющему
испаритель 19 жидкому теплоносителю.
Выполнение в генераторе 13 тепловой энергии сильфона 23 жидкостного насоса 17
для перекачки теплоносителя из материала с термической "памятью формы" обеспечивает
при нагреве боковой гофрированной поверхности сильфона 23 обратное мартенситное
превращение, которое начинается сразу не по всей длине сильфонного элемента, а первоначально начинается в менее металлоемкой его части, т.е. оно плавно распространяется по
всей длине сильфонного элемента от правой подвижной торцевой стенки 25 насоса к его
левой неподвижной торцевой стенке 24. По мере протекания обратного мартенситного
превращения гофрированная сильфонная стенка сжимается, первоначально в наиболее
утоненной его части, а затем постепенно охватывает все более материалоемкие его гофры 56.
При использовании в качестве материала для изготовления сильфона 23 мартенситных
сталей или сплавов, обладающих эффектом запоминания формы, наблюдается эффект,
при котором при охлаждении сильфонного элемента происходит прямое мартенситное
превращение (причем первоначально в наиболее утоненных слоях), под действием которого сильфонный элемент (боковая гофрированная стенка) растягивается.
Выполнение сильфонного элемента из материала, обладающего эффектом запоминания формы, в совокупности с неподвижной торцевой стенкой 24 и подвижной торцевой
стенкой 25, входным патрубком 26 и выходным патрубком 27 с их клапанами образует
объемный жидкостной насос 17 для перекачки теплоносителя, объем которого при охлаждении увеличивается из-за протекания в материале сильфонного элемента прямого мартенситного превращения (причем первоначально в наиболее утоненных слоях). При
растяжении сильфонного элемента происходит такт всасывания перекачиваемой жидкости в насосную камеру, при этом нагнетательный клапан 29 закрывается, а всасывающий
клапан 28 открывается. Для осуществления нагнетания вновь подводится тепло к боковой
гофрированной стенке сильфона 23.
Установка на входе в испаритель 19 из системы циркуляции 7 теплоносителя входного
всасывающего клапана 28, а на выходе из испарителя - нагнетательного клапана 29 обеспечивает перемещение подогретого до температуры кипения теплоносителя в нагнетательную ветвь 40 канала трубопровода 6 системы циркуляции 7 теплоносителя за счет
повышения давления в испарителе 19 и перемещение теплоносителя через открытый
управляющий клапан 41 в межсильфонную полость 5 гидравлического насоса 12 для доставки перекачиваемой воды к потребителю по нагнетательному каналу 86 корпуса объемного насоса 1.
Установка внутри рабочей камеры 8 дополнительного сильфона 71, образующего с
всасывающим 10 и нагнетательным 11 клапанами на входном 26 и выходном 27 патрубках
в совокупности гидравлический насос 12, обеспечивает забор из скважины воды и перемещение ее по нагнетательному каналу 86 потребителю.
14
BY 9042 C1 2007.04.30
Установка на входе в испаритель 19 всасывающего клапана 28 обеспечивает перемещение отработанного охлажденного теплоносителя из системы его циркуляции 7 в пароперегреватель 20, при понижении давления в пароперегревателе 20, в результате поступления горячего теплоносителя из парогенератора в нагнетательную ветвь трубопровода 40
системы циркуляции 7 теплоносителя при открытом запорном органе 41.
Установка на выходе из нагревателя 16 подпружиненного нагнетательного клапана 29
обеспечивает сброс давления в нагревателе 16 при достижении в нем достаточного давления для вскрытия нагнетательного клапана 29 и перемещение теплоносителя по нагнетательной ветви канала 40 системы циркуляции 7 теплоносителя и растяжения сильфонов 3
и 4 рабочей камеры 8 при прогреве герметичной межсильфонной полости 5 до температуры плавного сокращения их длины, т.е. уменьшения объема рабочего органа 2 при температуре теплоносителя более 30 °С.
Покрытие трубопроводов 6 системы циркуляции 7 теплоносителя теплоизолирующим
материалом 61 обеспечивает уменьшение сброса тепловой энергии при работе объемного
насоса в окружающее пространство.
Установка на нижней части корпуса 1 объемного насоса вокруг рабочей камеры 8 цилиндрического стакана 63 обеспечивает воздушную изоляцию внешней поверхности рабочего органа 2 от контакта наружного сильфона 3 с холодной водой, а оборудование
наружной стороны цилиндрического стакана 63 теплоизолирующим материалом 61 обеспечивает уменьшение утечки тепловой энергии в окружающее пространство.
Оборудование цилиндрического стакана 63 перфорированным дном 65, в центре которого установлен регулируемый упор 66, обеспечивает мгновенное вскрытие всасывающего клапана 10 гидравлического насоса 12 при опускании поршня 70 до перфорированного
дна 65 цилиндрического стакана 63 при соприкосновении всасывающего клапана 10 с регулируемым упором 66.
Прикрепление к нижней части герметичной межсильфонной полости 5 кольцевой металлического кольца 67, имеющего по образующей, контактирующей с внутренней поверхностью стакана 63, выступы 68, направленные вверх, и уплотнительные кольца 69 из
тефлона, которая, кроме того, покрыта снизу теплоизоляционным материалом 64, образует вместе с дном герметичной межсильфонной полости 5 поршень 70, имеющий возможность перемещаться при удлинении и сокращении длины сильфонов 3 и 4 рабочего органа 2,
уменьшает утечку тепловой энергии за счет устранения контакта сильфонов 3 и 4 с отбираемой водой.
Оборудование сильфонов 3 и 4 с внешней и внутренней стороны теплоизоляционным
материалом 64 обеспечивает уменьшение потерь тепловой энергии при погружении рабочей камеры 8 в грунтовую воду.
Установка внутри рабочей камеры 8 дополнительного сильфона 71, который вместе с
входным 84 и выходным 85 патрубками и их клапанами 10 и 11 образует гидравлический
насос 12, обеспечивает вокруг сильфонов 3 и 4 рабочего органа 2 и дополнительного
сильфона 71 образование подвижной воздушной подушки 72, которая имеет сообщение с
воздушной средой между корпусом 1 объемного насоса и трубой нагнетательного канала 40.
Покрытие трубопроводов 6 системы циркуляции 7 теплоносителя теплоизолирующим
материалом 61 обеспечивает уменьшение потерь тепловой энергии и предотвращает выброс ее в окружающее пространство.
Установка с внешней боковой поверхности цилиндрического стакана 63 поплавка 73
обеспечивающего положение цилиндрического стакана 63 и корпуса 1 объемного насоса в
воде на постоянном уровне, когда бы сильфоны 3 и 4, при сокращении их длины под действием тепловой энергии, располагались постоянно выше уровня воды, способствует естественному воздушному охлаждению сильфонов 3 и 4 и теплоносителя в них при
перекрытии нагнетательной ветви трубопровода 40 управляющим клапаном 41.
Установка с внешней боковой стороны цилиндрического стакана 63 поплавка 73 обеспечивает поддержку корпуса 1 объемного насоса в воде на постоянном уровне, при кото15
BY 9042 C1 2007.04.30
ром сильфоны 3 и 4 при сокращении их длины под действием тепловой энергии всегда
имели расположение выше уровня воды, что необходимо для уменьшения ненужной утечки тепловой энергии, как было бы, если бы они находились все время в воде.
Стационарное покрытие теплоизолирующим материалом 61 всей ветви нагнетательного канала 40 системы циркуляции 7 теплоносителя и частичное покрытие всасывающего канала ветви системы циркуляции 7 теплоносителя стационарным теплоизолирующим
материалом 61, и оборудование наружного всасывающего канала системы циркуляции 6
теплоносителя съемными участками теплоизолирующего материала 62 обеспечивают установление заданного градиента падения температуры в системе циркуляции 7 теплоносителя для получения максимального КПД объемного насоса.
Источники информации:
1. А.с. СССР 566022, МПК F 04В 43/04, 1977.
2. А.с. СССР 1423783, МПК F 04В 17/00, 1988.
3. А.с. СССР 1137239, МПК F 04В 43/00, 1985.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
426 Кб
Теги
by9042, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа