Способ теплового привода объемного насоса и тепловой привод

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ (21) 4806725/29 (22) 28.03.90 (46) 30.07.92. Бюл. М 28 (75) Э,П.Коваленко (56) Авторское свидетельство СССР

М 1216420, кл, F 03 G 7/06, 1986. ,(54) СПОСОБ ТЕПЛОВОГО ПРИВОДА ОБЬЕМНОГО НАСОСА И ТЕПЛОВОЙ ПРИВОД (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к техническим реШениям преобразования тепловой энергии в механическую эйергию. возвратно-поворотного движения, и может быть использовано для привода в действие объемнйх насосов и одновременно регулирования водных экосистем водоемов и водохранилищ. Целью изобретения. является расширение возможности использования теплового привода для объемных насосов путем использования тепловой энергии перепада температур между верхним и нижним слоями жидкости, когда верхний слой имеет более высокую температуру, чем нижний. Способ включает попеременный нагрев и охлаждение теплообменной камеры, расположенной на одИзобретение относится к машиностроению, а именно к техническим решениям преобразования тепловой энергии в механическую энергию возвратно-поворотного движения, и может быть использовано для. привода в действие объемных насосов и одновременно для интенсификации теплообмена в водоемах и водохранилищах.

По авт. св, СССР hb 73913. 1948 г, известна солнечная силовая установка для оросительных целей, позволяющая преобразовывать тепловую энергию солнечных лучей в меха„„ЯД„„)751397 А1 (я)з F 04 В 17/00, F 03 0 7/06 ном конце коромысла-с попеременным соответственно выделением из рабочей жидкости газа и его поглощением этой жидкостью, дебаланс сил, действующий на коромысло, создают изменением момента сил выталкивания жидкости, действующих на приводную камеру, находящуюся на втором конце коромысла, посредством увеличения и уменьшения объема приводной камеры, при этом регулируют величину внешнего давления жидкости, передавае-. мого внутрь приводной камерй, в зависимости от глубины погружения. Устройство содержит теплообменную и приводную камеры, расположеннйе на противоположных концах пустотелого коромысла, в центре теплообменной камеры расположен вход в коромысло, приводная амера переменного объема имеет наборную, подвижную вдоль оси стенку, а коромысло выполнено опирающимся на раму, жестко соединенную вверху с плавающим объектом, на котором установлен объемный насос, связанный гибкой связью с осью коромысла. 2 с,п.

Ф-лы,2 ил. ническую возвратно-поворотного движения. Работа установки основана на принципе изменения давления паров при нагревании и охлаждении рабочего тела, которое вызывает перемещение жидкости, а вместе с ней и перемещение центра тяжести система сосудов, соединенных друг с другом.

Недостатком известного технического решения является то, что оно не позволяет использовать тепло перепадов температур между различными слоями воды.

1751397

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является техническое решение по авт. св, СССР М 1216420, кл. F 03 6 7/06, 1986.

По этому способу рабочую жидкость в одной камере только нагревают, а в другой только охлаждают в разных фазах процесса при контакте камер в их нижнем положении соответственно с подогретым жидким теплоносителем и с жидким охладителем, давiie%ie"."газа изменяют при Изменении температуры рабочей жидкости, момент дебаланса создают перемещением под действием этого давления дополнительной дебалансовой жидкости из камеры, расположенной на нижнем плече коромысла, в камеру, расположенную на верхнем плече коромысла, до перемещения последней в нижнее, а первой — в верхнее положение, и сливом рабочей жидкостй из верхней камеры в нижнюю., Устройство для осуществления способа содержит подогреваемую и охлаждаемую рабочие камеры, частично заполненные рабочей жидкостью, соединенные между собой жидкостеводом и расположенные. на протйвоположных плечах коромысла. Подогреваемая камера установлена над подогретым жидким теплоносителем, а охлаждаемая камера — над жидким охладителем, В подогреваемой камере выделена эластичной пленкой емкость переменного объема, соединенная трубопроводом с упругой емкостью переменного обьема, установленной на противоположном плече коромысла, Емкости и трубопровод заполнены дополнительной дебалансной жидкостью.

Недостатком известного технического решения является его неработоспособность при использовании тепловой энергии перепада температур между верхним и нижним слоями воды водоема, имеющего в нижнем слое пониженную температуру по сравнению с вйшележащим слоем воды, Целью изобретения является возможность использования теплового привода для объемного насоса и расширение функциональных воэможностей путем использования теплового привода для обьемного насоса.

Цель — воэможность использования теплового привода для объемного насоса— достигается тем, что дебаланс сил создают изменением момента сил выталкивания жидкости, действующих на приводную камеру, находящуюся на одном конце коромысла, путем увеличения и уменьшения ее объема соответственно нагреванием и охлаждением легкоиспаряющегося жидкого рабочего тела в теплообменной камере, которая расположена на другом конце пустотелого коромысла. Давление внутри приводной камеры регулируют изменением

5 массы подвижной ее крышки и глубины погружения камеры посредством изменения угла поворота коромысла.

Расширение функциональных возможностей путем использования теплового п ри10 вода объемного насоса обеспечивается тем, что привод снабжен плавающей платформой, на которой размещены объемный насос со всасывающим и нагнетательным трубопроводами и жесткая рама с махови15 ком и гибкой связью, соединяющей между собой коромысло с рабочим органом насоса через блок, установленный на плавающей платформе, причем коромысло выполнено .имеющим теплоизолирующие стенки и его

20 вход с теплообменную камеру расйоложен в ее центре, а уровень жидкого рабочего тела в любом положении теплообменной камеры находится ниже входного отверстия коромысла, При этом приводная камера вы25 полнена в виде сильфона из теплоиэолирующего материала с наборной крышкой, установленной с возможностью осевого перемещения.

Признаки, связанные с изменением мо30 мента сил выталкивания жидкости, как и каждый в отдельности, являются необходимыми для того, чтобы обеспечить возможность использования. теплового привода для объемного насоса в том случае, когда

35 температура волы v ее поверхности ниже, чем температура ее на глубине, Этим обеспечивают требуемое уменьшение обьема приводной камеры в слое воды с повышенной температурой и увеличение ее объема в слое

40 воды спониженной температурой,,а в результате создают дебаланс сил, необходимый для. работы теплового привода.

Каждый признак в отдельности и все в ..совокупности, определяющие изобретение

45 как устройство, являются необходимыми для расширения функциональных воэмож ностей путем использования теплового привода для объемного насоса. Снабжение привода плавающей платформой обеспечи50 вает мобильность привода, соединение гибкой связи коромысла с рабочим органом, а также обеспечение взаимосвязи коромысла, камер, рабочего тела и их выполнение согласно приведенным признакам дает воз55 можность расширить функциональные возможности вышеназванным путем.

На фиг.1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа в положении закончившегося всплывания приводной камеры; на фиг,2 — то же, в поло1751397 жении. закончившегося опускания приводной камеры.

Устройство содержит плавающую платформу 1, на которой размещен объемный насос 2, имеющий всасывающий 3 и нагне- 5 тательный 4 трубопроводы. К плавающей платформе 1 жестко присоединена рама 5 с маховиком 6, который гибкой связью 7 соединяет полое коромысло 8 с рабочим органом 9 насоса 2, например, через блок, 10 установленный на платформе 1. Коромысло

8 имеет теплоизолирующие стенки. Вход 10 коромысла 8 расположен в центре теплообменной камеры 11. а уровень легкоиспаряющегося жидкого рабочего тела в любом 15 положении камеры 11 находится ниже входа 10. Приводная камера 12 выполнена в виде сильфона 13 из теплоизолирующего материала и имеет наборную крышку 14, которая установлена с возможностью пере- 20 мещения вдоль продольной оси коромысла

8, Плавающая платформа 8 установлена на якорях 15 и может быть выполнена в виде катамэранэ. Теплообменнэя камера 11 частично заполнена легкоиспаряющейся раба- 25 чей жидкостью 16, например фреоном-114 (C2F4Cfz). Ось 17. жестко связанная с коромыслам 8 и маховиком 6, установлена с возможностью поворота нэ раме 5. Рабочий орган 9 насоса 2 выполнен, например, в 30 виде массивной подвижной стенки с возможностью перемещения вдоль направляющих 18, имеющих нэ концах ограничители хода.

Устройство, реализующее предлагае- 35 мый способ, работает следующим образом.

При положении камер; показанном на фиг.1, рабочая жидкость 16, находящаяся в камере 11, охлаждается водой нижнего ее слоя. В результате давление пэров жидко- 40 сти 16 в камере 11, внутри коромысла 8 и в приводной камере 12 уменьшается. Под давлением массы крышки 14 при снижении давления паров в камере 12 происходит уменьшение ее объема. В случае некоторой 45 конденсации паров жидкости 16 на внутренних стенках коромысла 8 и камеры 12 сконденсированная жидкость 16 стекает по коромыслу 8 обратно в камеру 11, Когда выполнится неравенство 50

Яп11г1+ Ягл2г2 + Яглзгз — Р1г4 — Z1<

< ЯМ1Й1+ ЯМ2В2+ ЯМЗВЗ Z2, (1) где g —; m1,mz,п|з — 55 масса соответственно камеры 11, рабочего тела 16, коромысла 8 от его начала в камере

11 до оси 17; R1 — сила натяжения гибкой связи 7; г1,г2,гз,г4 — соответственно плечо приложения сил gm1,gmz,gmý и Р1 относительно оси 17; М;,М2,Мз — соответственно масса крышки 14, приводной камеры 12, коромысла 8 от камеры 12 до оси 17;

R1,R2,Rç — соответственно плечо приложения сил 9М1,9М2,9Мз; Z1 и Z2 — соответственно момент силы выталкивания жидкостью объемов коромысла и камеры

11, расположенных слева от оси 17, то же коромысла, камеры 12 и крышки 14, расположенных справа от оси 17 (см, фиг.1), то коромысло 8 поворачивается и камера 12 опускается вниз, а камера 11 поднимается вверх, пока не займет положение, показанное на фиг.2. При этом в насосе 2 происходит процесс нагнетания жидкости из его рабочей камеры:в трубопровод 4 под действием силы массы рабочего органа 9 насоса 2, При этом в нижнем положении камеры

12 при ее охлаждении все члены неравенства (1), за исключением g M1R1 и Z2, остаются постоянными. Абсолютные значения моментов gM1R 1 и Z2 уменьшаются с уменьшением объема камеры 12, в то время как абсолютное значение суммы этих моментов увеличивается, В результате коромысло 8 занимает полажение, при котором камера 11 займет верхнее полажение, а камера 12 — нижнее (см. фиг.2). Находясь в верхнем слое воды, имеющим повышенную температуру, рабочая жидкость 16, находящаяся в камере 11, нагревается, давление в ней паров жидкости 16 увеличивается. соответственно увеличивается давление внутри коромысла 8 и камеры 12, камера 12 расширяется, причем увеличение давления воды на крышку 14 компенсируется составляющей силой массы крышки 14, направленной в этом положении камеры 12 против силы давления воды. При этом слив жидкого рабочего тела 16 из камеры 11 в камеру 12 исключается благодаря тому, что отметка жидкого рабочего тела 16 в камере 12 остается ниже отметки входа в коромысло 8.

После того, как из-за увеличения объема камеры 12 выполнится неравенство

gm1<1+ Ял12г2+ ЯглЗгЗ Р1 г4 1

> gM1R1+ gMzRz+ gМзВз — Zz, (2) коромысло 8 поворачивается, причем камера 12 всплывает и камера 11 опускается.

При этом рабочий орган 9 насоса 2 поднимается и в нем происходит процесс всасывания. После того, как камеры 11 и 12 занимают крайнее положение, кончается процесс всасывания в насосе 2, камеры 11 охлаждается, обьем камеры 12 уменьшается и процесс повторяется.

1751397

В случае, если заборный конец всасывающего трубопровода 3 расположен в нижних слоях воды водоема, а отводной конец нагнетательного трубопровода 4 — над верхним слоем воды, то более холодная вода нижних слоев с низким содержанием кислорода обогащается кислородом и поступает в верхний слой воды, уменьшая его температуру, чем можно угнетать, например, развитие . сине-зеленых водорослей и одновременно разрушать тепловой клин водохранилища.

В случае, если заборный конец всасывающего трубопровода 3 находится в верхнем слое воды, э отводной конец нагнетательного трубопровода 4 — в нижних слоях воды, то более теплая поверхностная вода, обычно имеющая большое содержание кислорода, чем придонная вода, поступает в нижние придонные слои воды, повышая сидержание кислорода в них, а, например, сине-зеленые водоросли, собранные с поверхности и поступившие в нижние слои, угнетаютСя и их развитие замедляется.

Работаюэее устройство создает местные неравномерности в распределении температур, что приводит к соЗданию конвективных течений, чем также интенсифицируется тепло- и массообмен между различными слоями воды, а также между ней и воздушной средой. Все это позволяет существенно ограничивать негативные экологические последствия образования теп.лового клина в водохранилищах.

Предлагаемое техническое решение позволяет также использовать наличие рассматриваемого перепада температур в водоемах, характерное для них особенно в летние безоблачные периоды, для подачи воды из водоема на орошение именно тогда, когда имеется необходимость в орошении.

В этом случае размещением конца всасывающего трубопровода 3 по глубине водоема можно регулировать температуру перекачиваемой воды, Размещение заборного конца в верхнем слое водоема позволяет собирать сине-зеленые водоросли и подавать их вместе с водой на орошение, чем удобрять орошаемые земли фосфором и азотом.

Устройство можно также использовать для сбора с поверхности сине- зеленых водо рослей и гидротранспортировки их в нако пители для переработки на удобрения. Это позволяет также уменьшить содержание в водоемах азота и особенно фосфора, чем ограничивать возможности массового развития сине-зеленых водорослей и замедлить процесс эвтрофирования водоема.

Предлагаемое техническое решение целесообразно для регулирования водных экосистем водоемом и водохранилищ, прежде всего на которых наблюдается мас5 совое развитие сине -зеленых водорослей в летние периоды года, Формула изобретения

1. Способ теплового привода объемного насоса путем попеременного нагрева и

10 охлаждения теплообменной камеры, расположенной на одном конце полого коромысла с попеременным соответственно выделением из рабочей жидкости газа и

ere поглощением этой жидкостью, возврат15 но-поворотного перемещения коромысла под действием дебаланса действующих на него сил, от л ич а ю щи и с я тем, что, с целью возможности использования теплового привода для объемного насоса, деба-

20 ланс сил создают изменением момента сил выталкивания жидкости, действующих на приводную камеру, находящуюся на одном конце коромйсла, посредством увеличения и уменьшения ее объема соответственно на25 греванием и охлаждением жидкого рабочего тела, находящегося в теплообменной камере, расположенной на другом конце коромысла, при этой регулируют величину внешнего давления жидкости, передавае30 мого внутрь приводной камеры, путем изменения ее массы и глубины ее погружения посредством изменения угла поворота коромысла.

2, Тепловой привод, содержащий тепло35 обменную камеру„частично заполненную легкокипящей жидкостью, и привбдную камеру, расположенные на противоположных концах пустотелого коромысла, закрепленного на жесткой опоре, о т л и ч а ю щ и й40 с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем использования теплового привода для объемного . насоса, привод снабжен плавающей платформой, на которой размещены объемный

45 насос со всасывающим и нагнетэтельным трубопроводами и рама с маховиком и гибкой связью, соединяющей между собой рабочий орган насоса и коромысло, последнее

- выполнено в теплоиаолирующими стенка50 ми, в центре теплообменной камеры расположен вход в коромысло, а уровень легкокипящей жидкости в любом положении теплообменной камеры находится ниже входного отверстия коромысла, при этом

55 приводная камера выполнена в виде сильфона из твплоизолирующего материала с наборной крышкой, установленной с возможностью осевого перемещения.

1751397

1751397

Составитель Э,Коваленко

Редактор Т,Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор Н.Милюкова

Заказ 2674 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.; 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, улХагарина, 191