Термомеханический насос

 

1. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ НАСОС , содержащий корпус с горячим и холодным цилиндрами, поршни, размещенные в цилиндрах и разделяющие объем каждого из них на две рабочие полости, шток, проходящий в корпусе и соединяющий поршни , теплообменник, подключенйый к рабочим полостям цилиндров, и клапаны всасывания и нагнетания, установленные в холодном цилиндре, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем увеличения удельной производительности, насос снабжен аккумуляторами энергии поршней , поршни снабжены клапанами перепуска рабочего тела между полостями, а диаметр горячего цилиндра выполнен больще диаметра холодного. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что аккумуляторы энергии выполнены в виде пружин, размещенных в обеих полостях холодного цилиндра насоса. (Л с 01

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(59 F 04 В 15/08, 19/24 ti3, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сд 4

СР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3549781/25-06 (22) 15.02.83 (46) 23.04.85. Бюл. № 15 (72) Ю. В. Синявский, Ю. В. Подметухов и Г. Ю. Соснина (71) Московский ордена Ленина и ордена

Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.512 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 808689, кл. F 04 В 19/24, 1976. (54) (57) 1. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЛ НАСОС, содержащий корпус с горячим и холодным цилиндрами, поршни, размещенные в цилиндрах и разделяюшие объем каждо„„SU„„1151710 А го из них на две рабочие полости, шток, проходящий в корпусе и соединяющий поршни, теплообменник, подключенный к рабочим полостям цилиндров, и клапаны всасывания и нагнетания, установленные в холодном цилиндре, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем увеличения удельной производительности, насос снабжен аккумуляторами энергии поршней, поршни снабжены клапанами перепуска рабочего тела между полостями, а диаметр горячего цилиндра выполнен больше диаметра холодного.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что аккумуляторы энергии выполнены в виде пружин, размещенных в обеих полостях холодного цилиндра насоса.

1151710 том состоянии. Под действием пружины 19 поршни начинают движение вниз, клапан

20 закрывается. При дальнейшем движении поршней вниз (под действием пружины) жидкость из полости В переталкивают в полость А, при этом жидкость испаряется, в результате подвода тепла в теплообменнике

11 и к цилиндру 2.

Суммарный объем полостей В и А увеличивается (объем полости А растет быст50

Изобретение относится к обработке машиностроения, а именно к компрессоростроению и может быть использовано при наличии лишь тепловой энергии при отсутствии механической или электрической, например, при подъеме воды из колодцев в пустыне.

Целью изобретения является повышение эффективности путем увеличения удельной производительности.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема терм омеханического насоса; на фиг. 2 — графики изменения давления в полостях насоса.

Термомеханический насос содержит корпус 1 с двумя цилиндрами 2 и 3, в которых размещены поршни 4 и 5 двойного действия, соединенные штоком 6 через уплотнение 7 и 8, причем поршень 4 делит объвм соответствующего цилиндра на полости А и С, соединенные между собой каналами 9 и 10 через теплообменник 11, а поршень 5 — на

В и D, соединенные между собой каналами

12 и 13 также через теплообменник 11. Полости В и D снабжены всасывающими 14, 15 и нагнетательными 16 и 17 клапанами.

В компрессоре имеются аккумуляторы энергии движения поршней в каждом направ- 25 ленни, выполненные, например, в виде пружины 18 и 19, один из поршней, например поршень 4 снабжен клапанами.20 и 21 перепуска рабочего тела между полостями цилиндра и выполнен относительно большего диаметра.

Термомеханический насос работает следующим образом.

Цилиндр 2 обогревают снаружи и таким образом в полостях А и С поддерживают относительно высокую тем пературу — выше, . 35 чем температура кипения перекачиваемой жидкости при давлении нагнетания. Цилиндр 3 наоборот охлаждают и поддерживают в полостях В и D температуру ниже температуры конденсации жидкости при давлении всасывания. 40

Осуществляемые в машине процессы начнем рассматривать с положения поршней 4 и 5 в крайнем верхнем (фиг. 1) положении. В этом положении клапан перепуска 20 открыт, поэтому давление во всех по- 4 лостях машины одинаковое. Пружина 18 (аккумулятор энергии движения вниз) находится в свободном состоянии, а пружина

19 (аккумулятор движения вверх) — в сжарее, чем уменьшается объем полости В), давление в этих полостях увеличивается, так как удельный объем образовавшегося пара больше удельного объема жидкости.

В это же время пар из полости С переталкивают в полость D. В результате отвода тепла от него в теплообменнике 11 и в цилиндре 3 пар конденсируется, поэтому давление в полостях С и D снижается, хотя суммарный объем этих полостей несколько умен ьш ается.

Таким образом, после закрытия клапана

20 на поршни начинает действовать сила от разности давлений в полостях А и С (цилиндр 2) и В и D (цилиндр 3). Так как цилиндр 2 относительно большего диаметра, то результирующая сила направлена сверху вниз, эта результирующая сила по мере движения поршней увеличивается до тех пор, пока в полостях А и В не достигнуто давление нагнетания Р„, а в полостях С и D давление не снизится до давления всасывания Рв,. В дальнейшем эта сила постоянная и определяется разностями давлений Р„и

РвсПосле достижения в полостях А и В давления Рн открывается клапан 16 и перекачиваемая жидкость нагнетается из полости

В в трубопровоц (на фиг. 1 не показан). В то же время, когда в полостях С и D давление снижается до Рв,, открывается клапан 15 и идет процесс всасывания новой порции жидкости в полость D.

Во второй половине хода поршней их энергия поступательного движения частично аккумулируется (сжимается пружина 18), что приводит к некоторому уменьшению скорости движения поршней. При подходе поршней к нижней мертвой точке хвостовик клапана перепуска 21 упирается в крышку цилиндра 2, клапан 21 отрывается и за счет переточки пара между полостями А и С давление во всех полостях машины выравнивается: в полостях А и В несколько снижается, а в полостях С и D повышается.

При этом закрываются нагнетательный клапан 16 и всасывающий клапан 15.

Так как давление во всех полостях одинаковое, то единственная сила, действующая в этот момент на поршни, сила пружины 18. Под действием этой силы в движении поршней наступает реверс: поршни начинают движение вверх. Жидкость из полости D переталкивается в полость С, при этом она испаряется вследствие подвода тепла в теплообменнике 11 и в цилиндре 2.

Соответственно пар из полости А переталкивается в полость В и при этом конденсируется вследствие отвода тепла в теплообменнике ll и цилиндре 3. Поэтому в полостях

С и D давление повышается, а в полостях

А и В понижается. В результате на поршни действуют силы, результирующая от кото1151710 гН

Pdc

ВНИИПИ Заказ 2288/25 Тираж 586 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 рых направлена снизу вверх. Эта результирующая сила обеспечивает движение поршней вплоть до верхней мертвой точки. По мере движения поршней вверх давление в полостях С и D повышается до Р„, затем открывается клапан 17 и идет процесс нагнетания из полости D. Для поддержания давления Р„часть жидкости продолжают переталкивать из полости D в полость С через теплообменник 11, где она нагревается и затем испаряется.

° В это время в полостях А и В давление понижается до P затем открывается клапан 14 и осуществляется процесс всасывания новой порции жидкости. При этом пар из полости А продолжают переталкивать в полость В через теплообменник 11, где он охлаждается и затем конденсируется.

Во второй половине хода энергию движения поршней частично аккумулирует пружина

19, которая сжимается. При достижении поршнями верхней мертвой точки хвостовик клапана 20 упирается в крышку цилиндра 2, клапан открывается. За счет перепуска пара из полости С в полость А давление во всех полостях машины выравнивается. На поршни теперь действует только сила сжатой пружины 19, что обеспечивает реверс движения поршней. При отходе поршней от верхней мертвой точки клапан 20 закрывается и начинается переталкивание жидкости из полости В в А и пара из полости С и D в соответствии с процессами, описанными выше.!

Естественно предлагаемый нами термомеханический насос может перекачивать (повышать давление) только те жидкости, которые не разлагаются при температуре кипения.

Изменение давления. в полостях машины по времени показано на фиг. 2. Штриховой линией показано изменение давления в полостях А и В, а сплошной линией в С и D

Процессы а - б и а -: б — выравнивание давления в полостях в момент открытия клапана перепуска 20. Процесс б — Ь соответствует времени открытого положения клапана 20 при реверсе движения поршней вблизи верхней мертвой точки. Процессы в - г и в-г — снижение давления в полостях С и D и рост давления в полостях

А и В после закрытия клапана 20. Процессы г - д и г-д соответственно всасывание и

10 нагнетание жидкости В г д и д открывается перепускной клапан 21; давление в полостях выравнивается (г е). В г ж 21 закрывается и в дальнейшем идет повышение давления в полостях С и D и снижение дав15 ления в А и В. Цикл замыкают процессы всасывания в полости В процесс(з-a) и нагнетания в полости D (процесс з -Ы). Далее все процессы повторяются. По фиг. 2 видно, что введение перепускных клапанов 20 и 21 позволяет не только существенно уменьшить мощность аккумуляторов энергии движения поршней (пружин), но и повысить удельную производительность насоса. Действительно, если бы клапаны 20 и 21 отсутствовали, то процесс понижения давления

25 в сообщающихся полостях, например, в полостях А и В шел бы штрихпунктирной линией д - з." Следовательно, в этом случае процесс всасывания был бы короче по времени на AL, т.е. уменьшилась бы производительность машины за цикл.

Пружины 18 и 19 рассчитываются из условия, что сила упругости в сжатом состоянии пружины должна быть достаточной для преодоления сил трения, инерции покоя, а также силы тяжести поршней (для пружины 18).

З5 Клапаны 20 и 21 выполняются подпружиненными для обеспечения посадки на седло при равенстве давлений с обеих сторон. Сила упругости этих пружин выше, чем усилие на клапан при максимальном пере40