Устройство для теплового привода объемного насоса
Сущность изобретенил: нагреватель с расположенным над ним охладителем соединены между собой патрубком. Нижний конец патрубка расположен в приямке нагревателя . Верхнюю часть нагревателя с объемным насосом соединяет трубопровод. Разделительная подвижная перегородка образует рабочую и приводную камеры. Концевые емкости полого коромысла частично заполнены дебалансной жидкостью и кинематически связаны соответственно с перегородкой и штоком герметичных золотниковых переключателей с возможностью периодического перекрытия трубопроводов , сообщающих охладитель и нагреватель с приводной камерой. Верхний конец патрубка расположен в охладителе на отметке поверхности жидкого рабочего тела. 2 ил.
CO)03 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 F 04 В 19/24
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 ъ (21) 4858805/29 (22) 13.08.90 (46) 23.12.92. Бюл. ¹ 47 (75) В.Э.Коваленко и Э.П.Коваленко (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1315647; кл. F 03 6 7/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОГО ПРИВОДА ОБЪЕМНОГО НАСОСА (57) Сущность изобретения: нагреватель с расположенным над ним охладителем соединены между собой патрубком. Нижний конец патрубка расположен в приямке на- . гревателя. Верхнюю часть нагревателя с
Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для перекачки жидкости или газа за счет тепловой энергии перепада температур между двумя средами.
Известно устройство, позволяющее осуществлять тепловой привод центробежного насоса. Это устройство содержит парогенератор, соединенный трубопроводом с турбиной, к которой подсоединен конденсатор, из которого конденсированный жидкий фреон перекачивают в парогенератор, где
его испаряют. Подйчу тепло- и хладоносителей соответственно в парогенератор и конденсатор осуществляют с помощью насосов..
Недостатком этого устройства является то, что для привода объемного насоса требуется дополнительное устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и затраты механической энергии на привод трех насосов для перекачки жидкого фреона, теплоносиобьемным насосом соединяет трубопровод.
Разделительная подвижная перегородка .образует рабочую и приводную камеры.
Концевые емкости полого коромысла частично заполнены дебалансной жидкостью и кинематически связаны соответственно с перегородкой и штоком герметичных золотниковых переключателей с возможностью периодического перекрытия трубопроводов, сообщающих охладитель и нагреватель с приводной камерой. Верхний конец патрубка располо>кен в охладителе,на отметке поверхности жидкого рабочего тела. 2 ил. теля и охладителя, что снижает КПД устройства.
Известно устройстао, которое можно использовать для привода обьемного насоса. Оно содержит V-образную трубу, один конец которой герметизирован "жидким поршнем", а второй является глухим. Верхняя часть глухой трубы заполнена легкоиспаряющейся жидкостью и расположена в среде с более высокой температурой, чем температура среды, в которой расположена нижняя часть трубы. На повороте Ч-образной трубы расположен "жидкий поршень", плотность которого больше, чем плотность воды и легкоиспаряющейся жидкости. В трубе у ее свободного выхода расположен обратный клапан нагнетания, а ниже него к трубе подсоединен трубопровод, имеющий обратный клапан всасывания.
Недостатком этого технического решения является низкий КПД из-эа периодического перегревания жидкостей и
1783149 непроизводительного теплового обмена между зоной нагревания и охлаждения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство преобразования тепловой энергии в энергию изменения давления, содер-. жащее нагреватель и расположенный над ним охладитель, заполненные газом и жидкостью легкоиспаряющегася рабочего тела и соединеннйе между собой трубопроводом подачи жидкости из нагревателя в охладитель, вход в который расположен в приямке нагревателя, а выход — в охладителе выше максимально возможного уровня жидкости.
Охладитель и нагреватель также соединены вторым трубопроводом возврата, который предназначен для отвода жидкости из охладителя в нагреватель. Вход трубопровода возврата сообщен с нижней частью охладителя и в нем установлен открытый в сторону нагревателя обратный клапан. Верхняя часть нагревателя соединена с обьемным насосом трубопроводом.
Недостатком устройства является то, что часть энергии в нем затрачивается на прерывную циркуляцию части жидкого рабочего тела беэ его фазового превращения иэ нагревателя в охладитель по трубопроводу подачи и слива его из охладителя в нагреватель по трубопроводу, а также бесполезное периодическое перегревание жидкого рабочего тела: охлаждение его в охладителе при подаче из нагревателя и нагревание в нагревателе после сброса из охладителя, Это приводит к понижению КПД устройства.
Цель изобретения — повышение КПДустройства путем исключения необходимости перегревания и перекачки жидкого рабочего тела.
Указанная цель достигается тем, что насос снабжен разделительной подвижной перегородкой, разделяющей рабочую и, приводную камеры, а также коромыслом, имеющим емкости, расположенные на его концах; емкости коромысла заполнены дебалансовой жидкостью и кинематически связаны как с перегородкой насоса, так и штоком герметичных золотниковых переключателей, выполненных с возможностью поперемен ного перекрытия трубопрово дов, соединяющих охладитель и нагреватель с приводной камерой насоса, при этом верхний конец патрубка. сообщающего приямок нагревателя с охладителем, расположен в охладителе на отметке поверхности жидкого рабочего тела в нем, Подвижная перегородка обеспечивает необходимый силовой привод и режим ра10
15 телей герметичными позволяет увеличивать ность загрязнения окружающей, среды.
Признак, относящийся к расположению
20 верхнего конца патрубка, дает воэможность
55 боты кинематической связи: приводная камера — золотниковые переключатели.
Наличие коромысла, емкости которого расположены .на его концах и заполнены дебалансовой жидкостью, является необходимым элементом, обеспечивающим работоспособность кинематической системы и перекрытие трубопроводоз за возможно более короткий промежуток времени. Послед«ее обеспечивает сведение к минимуму непроизводительного обмена газообразным рабочим телом между нагревателем и охладителем.
Выполнение золотниковых переключаКПД устройства за счет исключения утечек рабочего тела, а также уменьшить опасстабилизировать и интенсифицировать процесс фазового. перехода рабочего тела в охладителе за счет поддержания в нем постоянной площади контактов рабочего тела, находящегося в жидкой и газообразной фазах, Каждый иэ вышеприведенных признаков является необходимым для достижения поставленной цели, а в совокупности обеспечивают повышение КПД устройства, Кроме того, соединение одного из подвижных торцов золотникового переключателя кинематически со счетчиком циклов открытия-закрытия трубопровода, на котором установлен переключатель, позволяет определить количество жидкости или газа, перекачиваемого и проходящего через устройство.
На фиг.1 показано устройство после отключения нагревателя от приводной камеры и подключения к ней охладителя (окончания цикла расширения приводной камеры и цикла нагнетания в рабочей камере насоса), поперечный разрез; на фиг.2 — то же, после подключения нагревателя к приводной камере и отключения охладителя от нее (окончание цикла сжатия приводной камеры и цикла всасывания в рабочей камере насоса).
Устройство содержит нагреватель 1 и охладитель 2, приямок 3, в котором расположен выход 4 из патрубка 5, вход 6 в который расположен на отметке уровня жидкого рабочего тела 7 в охладителе 2, Верхние части нагревателя 1 и охладителя 2 соединены трубопроводом 8 через золотниковые переключатели 9 и 10, а между ними через приводную камеру 11 объемного насоса 12.
Приводная камера 11 имеет общую подвижную перегородку 13 с рабочей камерой 14 насоса 12, Рабочая камера 14 имеет всасы1783149
20
40
55 вающий и нагнетательные трубопроводы соответственно с обратными клапанами 15 и 16, На подвижной перегородке 13 установлен груз 17 с возмо>кностью изменения массы, например, BbllloflHBtll ûé в виде короба с засыпкой песком, Неподвижные стенки камер 11 и 14 установлены на общей жесткой раме 18. К подвижной перегородке
13 жестко подсоединена вертикальная рама
19, в прорези которой размещен один конец
20 рычага полого коромысла 21, опертого на опору 22, и концевые, гидравлически соединенные между собой емкости 23 и 24, которые частично заполнены дебалансной жидкостью 25. Второй конец 26 рычага коромысла 21 расположен в рамке 27, жестко соединенной штоками 28 и 29 с соответственно торцами 30 и 31 золотниковых переключателей 9 и 10, Подви>кные торцы золотниковых переключа елей 9 и 10 жестко соединены между собой золотниковыми штоками 32 и ЗЗ, имеющими радиальные отверстия 34 и 35, позволяющие проход газа через них по трубопроводу 8 в одном из крайних положений штока. Причем, когда отверстия одного штока в одном крайнем положении позволяют проход газа через него, то отверстие второго ITQKG не совпадает с трубопроводом 8, и проход газа по нему блокируется этим штоко л, При противоположно л крайнем положении наблюдается обратная картина, К подвижным торцам герметично подсоединены одни л концом ,соответственно сильфонные камеры 36, 37 и 38, 39, второй конец которых соответственно подсоединен к соответственно неподвижным торцам 40, 41 и 42, 43.
Сильфонные камеры 36 и 37, 38 и 39 соответственно гидравлически соединены между собой газопроводами 44 и 45
На трубопроводе 8 установлен счетчик
46 циклов его открытия-закрытия, например, счетчик количества нажи 10!3 на его датчик 47 жесткой консоли 48, жестко прикрепленной к торцу 30. Полая часть коромысла 21, соединя тощего емкости 23 и 24, разделена перегородкой 49 с открытыми торцами.
Нагреватель 1 может быть выполнен в виде солнечного нагревателя одной из известных конструкций, включая фокусирующие коллекторы и аккумуляторы тепла (на фиг. не показаны).
Устройство работает следуloùèì образом, Нагреватель 1 расположен в среде, имеющей более высокую температуру, чем среда, в которой располо>кен охладиталь 2.
Например, I)Bi.pQDBTOflb 1 располо>кен в сбросной воде коммунального предприятия, нагревающей рабочее тело в нагревателе до температуры +30 С, а охладитель 2— в воздушной среде, охлаждающей рабочее тело в нем до температуры +15 С. В этом случае в нагревателе 1 давление газа Р1, например, фреона — 114, на линии насыщения равно 2,55 атм, а в охладителе 2 давление Рг = 1,54 атм, Под действием разности давления в патрубке 5 жидкий фреон-114 . вытесняется на высоту над его поВВрхНостью в нагревателе 1, равную (1)
gp где g — ускорение силы тяжести, p — плотность жидкого рабочего тела (фреона — 114 в данном случае).
Удельный обьем жидкого фреона U
=0,90 10 см /кг в пределах рассматриваемых температур (см, стр.393, там же).
Принимая во внимание, что рж = —, из
V1 соотношения (1) находим
9,81 (2.55 — 1,54) х
9,81 м/с х0,9010 см /кг 0,910 см =9 м ° (2) При Н) Н1 > (3) где Н вЂ” разница отметок уровней жидкого рабочего тела в охладителе 2 и нагревателе
1 (см, фиг.1 и 2), жидкое рабочее тело 7 при возрастании его отметки выше отметки входа 6 стекает по патрубку 5 из охладителя 2. При крайнем положении золотниково "o переключателя
10(см. фиг.1) газ из приводной камеры 11 по трубопроводу 8 поступает через отверстие
35 в охладитель 2 при условии, что груз 17 оказывает давление на подвижную перегородку 13, обеспечивающее, например, давление P> = 2,0 атм на газ, находящийся в камере 11, В результате газ из камеры 11 поступает в охладитель 2, где он конденсируется, и жидкое рабочее тело 7 в обьеме конденсированного ra3a стекает в патрубок
5 и поступает в нагреватель 1, При этом подвижная перегородка 13 опускается, вертикальная рамка 19 опускается, соответственно поворачивая коромысло 21 на опоре
22. При достижении близкого к горизонтальному положения дебалансная жидкость 25 из емкости 23 начинает сливаться в емкость
24. Перегородка 49 дает возмпжность отдельно жидкости 25 поступать в емкость 24 из емкости 23, а газу — из емкости 24 в емкость 23. При достижении определенной степени перелива жидкости 25 в емкость 24 коро:лысло 21 поворачивается, сдвигая штоки 28 и 29 вверх до крайнего положения, При
1703149 агом переключатель 10 закрывает поступление газа из камеры 11 в охладитель 2, и одновременно переключатель 9 открывает через отверстие 34 доступ газа из нагревателя 1 в камеру 11 (см. фиг.2). Газ под более высоким давлением из нагревателя 1 поступает в приводну о камеру 11, при этом подвижная стенка смещается вверх,, соответственно поворачивая коромысло 21 до тех пор, пока жидкость 25 из емкости 24 поступит в емкость 23 в обьеме, достаточном для поворота коромысла 21. В результате этого поворота блокируется постуйление газа из нагревателя 1 в камеру
11, и она гидравлически соединяется с охладителем 2. Далее процесс периодически повторяется. При смещении подвижной перегорЬдки 13 вниз в рабочей каморе 14 происходит процесс всэсывания жидкости через клапан 15, при смещении перегородки 13 вверх — рабочая камера 14 сжимается, и жидкость (газ) выталкивается из нее через клапан 16 в напорный трубопровод, Если
Н < Н1, 4) то жидкое рабочее тело 7 выдэзливается из нагревателя 1 в охладитель 2-.
Отс ода следует, чтобы обеспечить работоспособность устройства в режиме стекания конденсированного рабочего тела из охладителя 2 в нагреватель 1, необходимо соблюдение условия неравенства (3).
В одном из крайних положений торца
30 жесткая консоль 40 нажимает на датчик
47 счетчика 46 циклов, который регистрирует количество на>кимов, которые равны количеству рабочих циклов, совершенных объемным насосом.
Количество жидкости (газа), перекачивэемое рабочей камерой 14, равно
W = nihW, (5) где n — количество циклов (всасывания-нагнетания);
Л1И вЂ” количество жидкости (газа), перекачиваемое за один цикл, Значение ЖИ практически является постоянной величиной. Отсюда, зная посчетчику 46 количество циклов, а также al эченив
ЙИ, находим по зависимости (5) объем:кидкости, перекаченный насосом.
Аналогично можно определить количество газа, прошедшего через приводну о камеру 11 при постоянных значениях давления Р1 и Рг.
5 Регулируя массу груза 17, изменяют значение давления Рз, а следовательно, высоту всасывания и нагнетания рабочей камеры 14.
Г!редлагаемое устройство позволяет
10 осуществлять привод объемного насоса за счет тепла перепада естественных температур Ме>кду различными средствами, такими
I:aI: грунт, вода и воздух, например, между грунтом или водой водохранилища, име о 1 5 щи ми пол ожител ьную температуру зимой, при отрицательных температурах воздуха.
Оно позволяет перекачивать жидкость, а также газ. С помощью этого устройства целесообразно осуществлять подачу воздуха в
20 водоемы зимой для обогащения воды кислородом при борьбе с заморэми, а также подачу воды на Орошение, когда нагреватель 1 выполнен в виде солнечного нагревателя одной из известных конструкций, 25
Формула изобретения
Устройство для теплового привода обьемного насоса, содер>кащее нагреватель
30 и рэсполо>кенный над ним охлэдитель, соединенные между собой посредством патрубка, нижний конец которого располо>кен. в приямке нагревателя, и трубопровод, соединяюший верхн ою часть нагревателя с
35 объемным насосом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД, насос снабжен разделительной подвижной перегородкой с образованием рабочей и приводНой l 40 емкости которого частично заполнены дебалансной >кидкостыо и кинематически связаны соответственно с перегородкой насоса и штоком герметичных золотииковых переключателей с возможностью периодическо45 го перекрытия трубопроводов, сообщающих охладитель и нагреватель с приводной камерой насоса, при этом верхний конец пэтрубкэ расположЕн в охладителе на отметке поверхности жидкого 50 рабочего тела. 1783149 Редактор А.Пупрякова Заказ 4498 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, ул. Гагарина, 101 Составитель В.Коваленко Техред M.Moðãåíòàë Корректор И.Шмакова . М 17 1Z 11 1Е
