close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9103

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9103
(13) C1
(19)
(46) 2007.04.30
(12)
7
(51) F 03G 6/02,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 04B 43/00
ОБЪЕМНЫЙ НАСОС С ТЕПЛОВЫМ ПРИВОДОМ
(21) Номер заявки: a 20040305
(22) 2004.04.06
(43) 2005.12.30
(71) Заявитель: Комиссаров Феликс Давидович (BY)
(72) Авторы: Комиссаров Феликс Давидович; Кудряшов Владимир Петрович; Конопля Евгений Федорович
(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 9103 C1 2007.04.30
(57)
Объемный насос с тепловым приводом, содержащий корпус, рабочий орган, выполненный в виде двух сильфонов с боковыми стенками из материала с термической "памятью формы", установленных концентрично с образованием герметичной межсильфонной
Фиг. 1
BY 9103 C1 2007.04.30
полости, сообщенной с трубопроводом системы циркуляции жидкого теплоносителя; рабочую камеру, сообщенную с всасывающим и нагнетательным клапанами и каналами насоса; последовательно установленные в системе циркуляции жидкого теплоносителя
тепловой генератор, внутренняя полость которого частично заполнена капиллярнопористым материалом, и запорный орган с управляющим устройством, выполненным в
виде чаши-накопителя с отверстием в днище, установленной против выхода нагнетательного канала насоса на подпружиненном рычаге, кинематически связанном с запорным органом, отличающийся тем, что толщина стенок сильфонов монотонно увеличивается
снизу вверх; тепловой генератор включает испаритель и ресивер, установленный вертикально так, что его основной объем размещен выше системы циркуляции жидкого теплоносителя с низкой температурой кипения и частично им заполнен, испаритель связан с
ресивером через трубку с входным газовым клапаном, размещенным выше уровня жидкого теплоносителя в ресивере; выходной клапан установлен в испарителе в трубке на уровне жидкого теплоносителя; в испарителе в качестве капиллярно-пористого материала
размещен плотный рулон мелкоячеистой сетки из нержавеющей стали; на входе в испаритель из системы циркуляции теплоносителя установлен всасывающий клапан, а на выходе
из испарителя - нагнетательный клапан; трубопроводы системы циркуляции теплоносителя на всей нагнетательной ветви и частично на всасывающей ветви стационарно 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 боковой поверхностью, покрытой снаружи теплоизоляционным материалом, 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 образуют 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; в
отверстии чаши-накопителя расположена пробка, нижняя часть которой содержит упор,
обеспечивающий открытие отверстия чаши-накопителя при ее наполнении; над испарителем расположен защитный экран переменной площади, а под испарителем установлен выполненный из трехслойного материала отражатель солнечной энергии.
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 гелионасос, содержащий внутренний и наружный сильфоны с торцами, установленными концентрично с образованием межсильфонной полости, заполненную термореактивной смесью. На входной и выходной патрубки установлены в торцах
внутреннего сильфона клапаны, а на входном патрубке установлена шторка с противовесом, имеющая возможность поворота на оси сильфонов, и периодически перекрывающая
поступление потока солнечной энергии на поверхность наружного сильфона, движение
которого ограничивается тросиком и пружиной. На переднем торце внешнего сильфона
установлены поворотные звенья. Тросик намотан на цилиндр и пропущен через роликовую опору, и зафиксирован фиксатором [1].
2
BY 9103 C1 2007.04.30
Гелионасос работает следующим образом. При отсутствии солнечных лучей шторка
открыта. С появлением солнечных лучей гелионасос начинает работать автоматически.
Нагреваясь, термореактивная смесь за счет повышения давления в объеме наружного
сильфона раздвигает сильфоны, при этом открывается всасывающий клапан и через входной патрубок засасывается жидкость, при этом фиксатор вытягивает тросик. При достижении расчетной длины сильфонов всасывание жидкости заканчивается. При закрытой
шторке термореактивная смесь за счет окружающего воздуха охлаждается, и сильфоны
сжимаются. При этом нагнетающий клапан открывается, и жидкость через выходной клапан вытесняется из насоса к потребителю. При следующем открывании шторки за счет
энергии солнечного потока наружный сильфон нагревается и цикл работы насоса повторяется.
К недостаткам данной конструкции гелионасоса следует отнести следующие: 1) размещение одного сильфона внутри другого при том, что во внутреннем сильфоне на концах входного и выходного патрубков установлены всасывающий и нагнетательный
клапаны и по внутреннему сильфону проходит перекачиваемая жидкость, температура
которой оказывает влияние на скорость перемещения сильфонов, т.е. на скорость работы
насоса, при очень низкой температуре перекачиваемой жидкости через поверхность внутреннего сильфона будет происходить утечка тепловой энергии, из объема межсильфонной
полости, так как внутренний сильфон не имеет термоизоляции, и при невысоком солнце в
весенний и осенний период в средней широте это может не позволить солнечному потоку
прогреть межсильфонную полость до температуры, достаточной для полного растяжения
сильфона, т.е. до начала работы насоса; 2) очень сложна схема устройства перемещающего шторку, из-за наличия узла связи, поворотных звеньев, скользящего сектора, цевок, роликовой опоры, фиксатора, спиральной пружины и тросика.
Известен объемный насос, содержащий насосную камеру, образованную сильфонным
элементом из материала с термической памятью, связанную с подвижной стенкой и днищем, установленным на неподвижной опоре. Стенка сильфонного элемента выполнена
монотонно увеличивающимся от днища до подвижной стенки. В днище встроен всасывающий патрубок с клапаном, а в подвижную стенку встроен нагнетательный патрубок с
клапаном, выполнение термоизолиронной 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 всасываю3
BY 9103 C1 2007.04.30
щий 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 по причине трудности осуществлять подвод тепла к боковой стенке сильфона; 2) неподвижность днища; 3) отсутствие покрытия наружной
стенки сильфона термоизолирующей перегородкой, которая бы исключала утечку тепловой энергии в окружающее пространство. 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 капиллярнопористым материалом, и имеет запорный орган с управляющим устройством, выполненным в виде чаши-накопителя с отверстием в днище, установленным на рычаге, имеющем противовес в виде пружины, кинематически связанным 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
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, заполненную 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 описания 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 (см. первый абзац - колонка 3
описания), в то время как тепловой генератор не обеспечен тепло сберегающим 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
4
BY 9103 C1 2007.04.30
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, передовая 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 капиллярнопористого материала объеме, истекая в это свободное пространство, в природе не достижимо, иначе мы бы наблюдали этот эффект уже при образовании небольшого холмика
при неглубокой ямке в грунте в условиях залегания грунтовых вод на небольшой глубине
(Политехнический словарь. Капиллярные явления. - С.210, закон Лапласа и рисунок к
этой статье, 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 необходима, 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 увеличить площадь поверхности теплового генератора облучаемой потоком солнечного излучения, а если уровень воды низок и прогрев межсильфонной
полости до температуры срабатывания сильфонов не достижим, 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, в виду 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 чашинакопителя; 5) наличие отверстия в чаше-наполнителе 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.
5
BY 9103 C1 2007.04.30
Поставленная задача заключается в том, что объемный насос с тепловым приводом
содержит корпус, рабочий орган, выполненный в виде двух сильфонов с боковыми 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 установленные в системе
циркуляции жидкого теплоносителя тепловой генератор, внутренняя полость которого
частично заполнена капиллярно-пористым материалом, и запорный орган с управляющим
устройством, выполненным в виде чаши-накопителя с отверстием в днище, установленной против выхода нагнетательного канала насоса на подпружиненном рычаге, кинематически связанном с запорным органом.
Отличительной особенностью является то, что толщина стенок сильфонов монотонно
увеличивается снизу вверх; тепловой генератор включает испаритель и ресивер, установленный вертикально так, что его основной объем размещен выше системы циркуляции
жидкого теплоносителя с низкой температурой кипения и частично им заполнен, испаритель связан с ресивером через трубку с входным газовым клапаном, размещенным выше
уровня жидкого теплоносителя в ресивере; выходной клапан установлен в испарителе в
трубке на уровне жидкого теплоносителя; в испарителе в качестве капиллярно-пористого
материала размещен плотный рулон мелкоячеистой сетки из нержавеющей стали; на входе в испаритель из системы циркуляции теплоносителя установлен всасывающий клапан,
а на выходе из испарителя - нагнетательный клапан; трубопроводы системы циркуляции
теплоносителя на всей нагнетательной ветви и частично на всасывающей ветви стационарно 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 боковой поверхностью, покрытой снаружи теплоизоляционным материалом, 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 образуют
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; в отверстии чаши - накопителя расположена пробка, нижняя часть которой содержит упор, обеспечивающий открытие отверстия чаши-накопителя при ее наполнении; над испарителем расположен защитный экран переменной площади, а под
испарителем установлен выполненный из трехслойного материала отражатель солнечной
энергии.
На фиг. 1 изображен объемный насос с тепловым приводом в положении его размещения в скважине или колодце в разрезе.
На фиг. 2 изображен объемный насос в положении перекрытия запорного органа
управляющим устройством в разрезе.
На фиг. 3 изображен запорный орган в разрезе.
Объемный насос содержит корпус 1, рабочий орган 2, имеющий два рабочих сильфона
3 и 4, межсильфонную полость 5, трубопровод 6, систему циркуляции 7, рабочую камеру
8, всасывающий 9 и нагнетательный 10 клапаны, каналы насоса 11 тепловой генератор 12,
внутренняя полость генератора 13, капиллярно-пористый материал 14, запорный орган 15,
6
BY 9103 C1 2007.04.30
управляющее устройство 16, отверстие в днище 17, выход нагнетательного канала водяного насоса 18, подпружиненный рычаг 19, испаритель 20, ресивер 21, трубка ресивера 22,
входной газовый клапан 23, выходной жидкостной клапан 24 ресивера, рулон 25 мелкоячеистой сетки, всасывающий клапан 26 испарителя, нагнетательный клапан 27 испарителя, нагнетательная ветвь теплоносителя 28, всасывающая ветвь теплоносителя 29,
теплоизолирующий материал 30, съемная теплоизоляция 31 всасывающего канала, цилиндрический стакан 32 с боковой теплоизоляционной поверхностью 33, перфорированное дно стакана 34, регулируемый упор 35, металлическое кольцо 36, выступы кольца 37,
уплотнительные кольца 38, поршень 39, дополнительный сильфон 40, воздушная подушка
41, поплавок 42, пробка 43, упор пробки 44, защитный экран 45, заправочный штуцер 46,
входной патрубок насоса 47, отражатель солнечной энергии 48, короб корпуса генератора
49, чаша-накопитель 50, выходной патрубок 51 водяного насоса.
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 46, установленный на ресивере 21, производится вакуумирование
ресивера 21, испарителя 20 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 20 полностью заполняются теплоносителем, а ресивер 21 заполняется до уровня теплоносителя в испарителе.
Штуцер 46 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. При попадании потока теплового излучения на поверхность испарителя 20,
происходит прогревание металлической поверхности испарителя 20, и тепловая энергия
через поверхность испарителя 20 передается пакету металлической нержавеющей сетки
25 через контактирующие с внутренней поверхностью испарителя 20 участки металлической сетки 25, и далее тепловая энергия от рулона металлической сетки 25 передается
теплоносителю во всем объеме испарителя 20. При этом температура теплоносителя в
объеме испарителя 20 повышается и теплоноситель начинает испарятся, отчего давление
в испарителе 20 повышается, при этом всасывающий клапан 26, установленный на левой
всасывающей ветви канала трубопровода 6 системы циркуляции 7 теплоносителя закрывается, а подпружиненный нагнетательный клапан 27 еще закрыт. При дальнейшем
возрастании давления паров теплоносителя за счет притока тепловой энергии, подпружиненный нагнетательный клапан 27, пересиливая сопротивление пружины, смещается со
своего седла и теплоноситель огибая нагнетательный клапан 27 устремляется в трубопровод 6. Так так в начальный момент чаша-накопитель 50 пуста и благодаря пружине на
подпружиненном рычаге 19 поднята, а запорный орган 15 установлен таким образом, что
проход теплоносителю в правую ветвь нагнетательного канала 28 трубопровода 6 в этом
случае открыт, то теплоноситель устремляется в отверстие запорного органа 15 и передает
свое тепло холодному теплоносителю в правой вертикальной ветви нагнетательного канала 28 трубопровода 6. Тепловая энергия по металлу трубы передается нижним слоям
теплоносителя, расположенным в теплоизолированных трубах 6 и теплоносителю, находящемуся в герметичной полости сильфонов 3 и 4 и далее по металлу в левую ветвь 29
трубопровода 6 системы циркуляции 7 теплоносителя. При этом температурный градиент
по трубопроводу распределяется таким образом, что максимальная температура достигается только в испарителе 20, а далее по трубопроводу 6 она убывает, и минимальная температура теплоносителя устанавливается в трубопроводе 6 вблизи всасывающего клапана
26 испарителя 20. Так как всасывающий клапан 26 несколько подпружинен, то он откры7
BY 9103 C1 2007.04.30
вается только тогда, когда давление теплоносителя в трубопроводе пересилит сопротивление пружины обратного всасывающего клапана 26. При достижении в герметичной
межсильфонной полости 5 теплоносителем температуры выше 30 °С, т.е. температуры
мартенситного превращения, происходит монотонное сокращение длины сильфонов 3 и 4,
связанное с увеличением толщины боковой стенки сильфона, и вода, находящаяся в объеме гидравлического насоса 11 через нагнетательный клапан 27 гидравлического насоса 11
постепенно выталкивается в пространство нагнетательного канала 29 и далее через выход
18 поступает в чашу-накопитель управляющего устройства 16. При полном заполнении
чаши-накопителя 50 происходит перевес правого плеча подпружиненного рычага 19 и
чаша-накопитель 50 постепенно опускается. При опускании чаши-накопителя 50 упор 44
пробки 43 упирается в дно приемной емкости и выталкивает пробку 43 из отверстия 15 в
дне чаши-накопителя 50, и отобранная вода медленно по причине величины отверстия изливается через отверстие 15 в дне чаши-накопителя 50 в приемный сосуд, чем обеспечивается время неподвижности теплоносителя в системе циркуляции, так как при опускании
чаши-накопителя управляющего устройства 16 происходит перекрытие запорного органа
15 и поступление горячего теплоносителя в правую ветвь нагнетательного канала 28 трубопровода 6 прекращается. 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 удлинение формы сильфонов 3 и 4, которое начинается в первую очередь с
нижнего гофра сильфона, как наименее металлоемкого, и поршень 39 гидравлического
насоса опускается по мере охлаждения каждой из его гофр из-за разной их металлоемкости. Входной всасывающий клапан 9 гидравлического насоса, установленный по центру
поршня 39, начинает контактировать с регулируемым упором 35, установленным с внутренней стороны перфорированного дна 34 перевернутого цилиндрического стакана 32, и
всасывающий клапан 9 насоса по мере удлинения сильфонов открывается, увеличивая
проходное отверстие во входном всасывающем патрубке 47, и в объем гидравлического
насоса поступает вода. При падении давления в испарителе 20 в результате остывания теплоносителя в результате его естественного охлаждения или перекрытия потока тепловой
энергии происходит падение давления в испарителе 20, и всасывающий клапан 26 испарителя 20 открывается, и поток отработанного охлажденного теплоносителя из левой ветви
всасывающего канала 29 трубопровода 6 системы циркуляции 7 теплоносителя поступает
в испаритель 20. Поток тепловой энергии поступает в объем испарителя 20, и цикл работы
гидравлического насоса повторяется. При избытке тепловой энергии, т.е. при высокой
температуре в окружающем пространстве, когда температура испарителя 20 повышается
настолько, что теплоноситель не может остыть ниже 15 °С используется механическое перекрытие площади потока солнечного излучения при помощи защитного экрана 45.
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, установка 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, рас8
BY 9103 C1 2007.04.30
считанный для разных температур окружающего воздуха или установленный из практики,
градиент падения температуры в системе циркуляции теплоносителя для получения максимального КПД объемного насоса; 3) установка в рабочем органе гидравлического насоса сильфонов, выполненных из материала с термической "памятью формы", боковая
стенка которых имеет монотонно увеличивающуюся материалоемкость каждого гофра
сильфона, обеспечивает постепенное изменение длины сильфона, начиная с менее металлоемкого, что делает процесс сокращения длины рабочего органа не столь резким как в
прототипе; 4) установка под испарителем отражателя потока тепловой и лучистой энергии
солнечного излучения позволяет максимально использовать энергию падающего потока
на поверхность испарителя и за счет использования отражающих свойств отражателя направлять ее на все стороны поверхности испарителя, а устройство вокруг испарителя защитного короба, обеспечивает экономию тепловой энергии воспринятой поверхностью
испарителя; 5) установка в отверстии чаши-накопителя пробки с регулируемым по длине
упором, обеспечивает медленное вскрытие просвета отверстия, благодаря чему процесс
перекрытия проходного отверстия в запорном органе осуществляется постепенно, что не
позволяет развиться гидравлическому удару, разрушительно действующему на герметичность системы циркуляции теплоносителя.
Установка с внешней боковой стороны цилиндрического стакана 32 поплавка 42,
обеспечивает поддержку корпуса 1 объемного насоса в воде на постоянном уровне, при
котором сильфоны 3 и 4 при их сокращении под действием тепловой энергии всегда располагаются выше уровня воды, что является необходимым для уменьшения ненужной
утечки тепловой энергии.
Установка в отверстие в днище 17 чаши-накопителя 50 запорного органа 15 пробки
43, имеющей в своей нижней части упор 44, обеспечивает вскрытие отверстия 17 при нарушении параллельности расположения подпружиненного рычага 19 при заполнении чаши-накопителя отбираемой водой.
Размещение в испарителе 20 капиллярно-пористого материала 14, выполненного из
мелкоячеистой металлической сетки в виде пакета 25 плотной упаковки рулонного типа,
обеспечивает хороший жесткий контакт мелкоячеистой нержавеющей сетки упаковки 25
сетки с металлом оболочки испарителя 20, что положительно сказывается на скорости передачи тепловой энергии от источника солнечной энергии или энергии другого источника
излучения, заполняющему испаритель 20 жидкому теплоносителю.
Установка на трубопроводе 6 системы циркуляции 7 теплоносителя ресивера 21, связанного с испарителем 20 трубками 22 газового и жидкостного сообщения с клапаном 23
на трубке газового сообщения, установленным в ресивере 21 выше слоя жидкого теплоносителя в нем, а по жидкому теплоносителю с обратным жидкостным клапаном 24, установленным на дне ресивера 21, обеспечивает сброс в ресивер 21 излишков газовой фазы
теплоносителя для обеспечения постоянного давления в испарителе 20, и подпитку жидким теплоносителем испарителя 20, при его утечке в процессе эксплуатации объемного
насоса.
Установка ресивера 21 в вертикальном положении при его небольшом диаметре относительно его высоты, обеспечивает быструю реакцию системы испаритель 20 - ресивер 21
при изменении давления в испарителе 20.
Установка на входе в испаритель 20 из системы циркуляции 7 теплоносителя входного
всасывающего клапана 26, а на выходе из испарителя нагнетательного клапана 27 обеспечивает перемещение подогретого до температуры кипения теплоносителя в нагнетательную ветвь канала 28 трубопровода системы циркуляции 7 теплоносителя за счет
повышения давления в испарителе 20 и его перемещение через открытый запорный орган
15 в межсильфонную полость 5 гидравлического насоса 11 для доставки перекачиваемой
воды к потребителю по нагнетательному каналу 18 корпуса 1 объемного насоса.
9
BY 9103 C1 2007.04.30
Установка внутри рабочей камеры 8 дополнительного сильфона 40, образующего с
всасывающим 9 и нагнетательным 10 клапанами на входном 47 и 51 выходном патрубках
в совокупности гидравлический насос 11, обеспечивает забор из скважины воды и перемещение ее по нагнетательному каналу 18 потребителю.
Установка на входе в испаритель 20 всасывающего клапана 26 обеспечивает перемещение отработанного охлажденного теплоносителя из системы его циркуляции 7 в испаритель 20, при понижении давления в испарителе 20, в результате поступления горячего
теплоносителя в нагнетательную ветвь трубопровода 28 системы циркуляции 7 теплоносителя при открытом запорном органе 15.
Установка на выходе из испарителя 20 подпружиненного нагнетательного клапана 27
обеспечивает сброс давления в испарителе 20 при достижении в нем достаточного давления для вскрытия нагнетательного клапана 27 и перемещение теплоносителя по нагнетательной ветви канала 28 системы циркуляции 7 теплоносителя и растяжения сильфонов 3
и 4 рабочей камеры 8 при прогреве герметичной межсильфонной полости 5 до температуры начала монотонного сокращения длины сильфонов, т.е. уменьшения объема рабочего
органа 2 при температуре теплоносителя более 30 °С.
Оборудование вокруг испарителя 20 защитного короба 49 обеспечивает экономию тепловой энергии воспринятой поверхностью испарителя за счет устранения ее утечки при
обдувании испарителя 20 холодным окружающим воздухом.
Установка в коробе 49 под испарителем 20 отражателя 48 тепловой и лучистой энергии,
выполненного из нескольких слоев материала, где верхний слой выполнен из тонкостенного
металла, например меди с отражающим полированным покрытием, под объемом цилиндра,
позволяет максимально использовать поток тепловой и лучистой энергии, прошедшей мимо
испарителя 20 и обратно направить этот поток на нижние поверхности испарителя 20.
Выполнение отражателя 48 тепловой и лучистой энергии многослойным, где нижний
слой его выполнен из теплозащитного материала обеспечивает исключение влияния окружающей среды на температуру поверхности нагревателя 20.
Оборудование корпуса испарителя 20 защитным экраном 45 переменной площади, позволяет ограничить поток тепловой энергии, падающей на его поверхность при высокой
температуре окружающего воздуха.
Установка в рабочем органе 2 гидравлического насоса 11 сильфонов 3 и 4, выполненных из материала с термической "памятью формы", боковая стенка которых имеет монотонно увеличивающуюся материалоемкость каждого гофра сильфона и обеспечивает
постепенное изменение длины каждого гофра сильфона, начиная с менее металлоемкого,
что делает процесс сокращения или увеличения общей длины рабочего органа 2 не столь
резким как в прототипе.
Установка в отверстии 17 в днище чаши-накопителя 50 пробки 43 с регулируемым
по длине упором 44 обеспечивает медленное вскрытие просвета отверстия 17, благодаря
чему процесс перекрытия проходного отверстия в запорном органе 15 осуществляется
постепенно, что не позволяет развиться гидравлическому удару, разрушительно действующему на герметичность системы циркуляции теплоносителя, а установка регулируемого упора 44 на пробке 43 дает возможность за счет регулирования длины упора 44,
выступающего из пробки 43, увеличить или уменьшить просвет отверстия в днище чаши-накопителя в начальный момент вскрытия пробки 43, что сказывается на скорости
заполнения нагнетательного канала 18 объема насоса 11 отбираемой водой и, следовательно, на протяжении времени остывания теплоносителя, что сказывается на температуре теплоносителя, поступающего через всасывающий клапан 26 в испаритель 20 и
следовательно на КПД объемного насоса.
Покрытие трубопроводов 6 системы циркуляции 7 теплоносителя теплоизолирующим
материалом 30 обеспечивает уменьшение сброса тепловой энергии, при работе объемного
насоса, в окружающее пространство.
10
BY 9103 C1 2007.04.30
Установка на нижней части корпуса 1 объемного насоса вокруг рабочей камеры 8
цилиндрического стакана 32 теплоизоляции 30 обеспечивает воздушную изоляцию
внешней поверхности рабочего органа 2 от контакта наружного сильфона 3 с холодной
водой, а оборудование наружной стороны цилиндрического стакана 32 теплоизолирующим материалом 33 обеспечивает уменьшение утечки тепловой энергии в окружающее
пространство.
Оборудование цилиндрического стакана 32 перфорированным дном 34, в центре которого установлен регулируемый упор 35, обеспечивает мгновенное вскрытие всасывающего клапана 9 гидравлического насоса 11 при опускании поршня 39 до перфорированного
дна 34 цилиндрического стакана 32 при соприкосновении всасывающего клапана 9 с регулируемым упором 35.
Прикрепление к нижней части герметичной межсильфонной полости 5 металлического кольца 36, имеющей по образующей, контактирующей с внутренней поверхностью стакана 32, выступы 37 направленные вверх и уплотнительные кольца 38 из фторопласта-4,
которое, кроме того, покрыто снизу теплоизолирующим материалом 30, образует вместе с
дном герметичной межсильфонной полости 5 поршень 39, 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 30 обеспечивает уменьшение потерь тепловой энергии на прогрев отбираемой
воды при погружении рабочей камеры 8 в грунтовую воду, что позволяет эффективно использовать тепловой поток солнечного или другого вида излучения и напрасно не подогревать откачиваемую воду, поскольку температура боковой стенки сильфонной камеры
остается практически постоянной.
Установка внутри рабочей камеры 8 дополнительного сильфона 40, который вместе с
входным 47 и выходным 51 патрубками и их клапанами 9 и 10 образует гидравлический
насос 11, обеспечивает вокруг сильфонов 3 и 4 рабочего органа 2 и дополнительного
сильфона 40 образование подвижной воздушной подушки 41, которая имеет сообщение с
воздушной средой между корпусом 1 объемного насоса и трубой нагнетательного канала
18, а так как воздух обладает меньшим коэффициентом теплопередачи, чем вода, то в
этом случае утечка тепловой энергии не значительна и постоянна в воздушном объеме
корпуса 1 объемного насоса.
Покрытие трубопроводов 6 системы циркуляции 7 теплоносителя теплоизолирующим
материалом 30, обеспечивает уменьшение потерь тепловой энергии и выброс ее в окружающее воздушное пространство.
Установка с внешней боковой поверхности цилиндрического стакана 32 поплавка 42,
обеспечивающего положение цилиндрического стакана 32 и корпуса 1 объемного насоса в
воде на постоянном уровне, когда бы сильфоны 3 и 4, только при сокращении их длины
под действием тепловой энергии, располагались постоянно выше уровня воды, способствует естественному воздушному охлаждению сильфонов и теплоносителя в них в этот
момент при перекрытии нагнетательной ветви трубопровода 6 запорным органом 11.
Установка в отверстие 17 в днище чаши-накопителя 50 запорного органа 15 пробки
43, имеющей в своей нижней части упор 44, обеспечивает вскрытие отверстия 17 в днище
чаши-накопителя 50 при нарушении параллельности расположения подпружиненного рычага 19, когда упор 44 при контакте с дном отборного сосуда поднимал пробку 43 и отобранная вода через отверстие 17 в днище чаши-накопителя 50 изливалась в отборный
сосуд.
Стационарное покрытие теплоизолирующим материалом 30 всей ветви нагнетательного канала 28 системы циркуляции 6 теплоносителя и частичное покрытие всасывающего канала 29 ветви системы циркуляции 6 теплоносителя стационарным теплоизоли11
BY 9103 C1 2007.04.30
рующим материалом 30, и оборудование наружного всасывающего канала 29 системы
циркуляции 6 теплоносителя съемными участками теплоизолирующего материала 31
обеспечивает установление заданного градиента падения температуры в системе циркуляции 7 теплоносителя для получения максимального КПД объемного насоса.
Источники информации:
1. А.с. SU 1767219, МПК F 04В 43/00, 1992.
2. А.с. SU 1423783, МПК F 04В 17//00, 43/00, 1988.
3. А.с. SU 1137239, МПК F 04В 43/00, 1985.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
12
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
215 Кб
Теги
by9103, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа