Объемный насос

 

Использование:в гидравлике и пневматике. Сущность изобретения: рабочая камера выполнена в виде сильфона из материала с обратной термической памятью формы и имеет подвижную и неподвижные торцовые стенки. Нагревательные элементы расположены симметрично на некотором расстоянии по бокам сильфона вдоль его продольной оси. В центре подвижной торцовой стенки жестко установлен центральный прямоходовой направляющий шток, имеющий две опоры скольжения - внутри сильфона и снаружи его. Часть штока выполнена со сквозным выходным концом, который кинематически непосредственно связан с переключателем нагревательных элементов. 2 ил.

Изобретение относится к гидравлике и пневматике, а более конкретно к устройствам для создания потока рабочего тела (жидкости или газа) и сообщения ему кинетической или потенциальной энергии. С этой целью давно и широко применяются различные объемные насосы, которые создают поток рабочего тела за счет вытеснения его из рабочих камер, объем которых изменяется циклически.

Известны объемные насосы, работающие по принципу изменения объема рабочих камер в результате изменения формы активного элемента, выполненного из металла с обратимой термической памятью формы [1]. Насос содержит активный элемент в виде изогнутой многократно ленты из материала с обратимой термической памятью формы, установленной в цилиндре, которая распрямляется (частично) при прохождении через нее тока и толкает поршень в цилиндре, тем самым уменьшая объем рабочей камеры, и выталкивает рабочее тело, к примеру воздух, через выходной штуцер с клапаном. При отключении электрического тока активный элемент (лента) охлаждается и принимает первоначальную форму, втягивая поршень и засасывая рабочее тело в рабочую камеру. Так, циклически, включая и выключая активный элемент (ленту), производится перекачка рабочего тела.

К недостаткам этого насоса прежде всего следует отнести наличие цилиндра и подвижного поршня, образующих рабочую камеру. Это всегда вызывает паразитное трение о стенки цилиндра, наличие зазоров, через которые происходит утечка рабочего тела, повышенный износ, необходимость высокой чистоты и точности изготовления, а следовательно, высокую стоимость. Этот насос недостаточно компактен, поскольку состоит из последовательно расположенных рабочей камеры, поршня, активного элемента (ленты) Кроме того, активный элемент в форме ленты не может развить достаточных усилий для большего сжатия рабочего тела при его выталкивании.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является объемный насос [2], который содержит рабочий орган (активный элемент), выполненный в виде сильфона из металла с обратимой термической памятью формы. Сильфон имеет подвижную и неподвижную стенки, в которых установлены всасывающий и нагнетательный патрубки с клапанами. Рабочий орган насоса (рабочая камера) снабжен кольцевой термоизолирующей перегородкой, установленной соосно в сильфоне на подвижной стенке. Нагрев сильфона производится за счет солнечной радиации Q, а охлаждение - за счет перекачиваемой холодной воды.

Основным недостатком прототипа является то обстоятельство, что нагревание производится за счет потока солнечной радиации Q, а тогда неясно, каким образом прямолинейные солнечные лучи греют сильфон с двух взаимно противоположных сторон, ведь очевидно, что солнце может нагревать предмет (к примеру, тот же сильфон) только с одной стороны, а противоположная сторона полностью находится в тени и не нагревается солнцем, в результате чего происходят упругая деформация сильфона, искажение его формы, снижение КПД примерно на 50%. Если предположить другие источники нагревания, то об этом ничего не сказано ни в описании, ни в ограничительной, ни в отличительной частях формулы изобретения. Недостатком является и то, что при нагреве сильфона потоком солнечной радиации Q совершенно очевидно, что весь процесс работы такого насоса совершенно неуправляем, поскольку зависит от множества случайностей: погоды, времени года, местонахождении, времени дня и ночи и т. д. К недостаткам известного решения следует отнести и то обстоятельство, что сильфон греется снаружи постоянно, а охлаждение производится изнутри за счет поступления холодной перекачиваемой воды, при этом нагревание сильфона не прерывается, что препятствует его охлаждению и снижает эффективность работы. Следует отметить, что охлаждение водой сильфона производится только у днища на уровне всего 1...2 гофр, поскольку в остальной части между сильфоном и терморегулирующей перегородкой образован "глухой карман", в котором жидкость не имеет возможности перемещаться. Это снижает работоспособность и КПД насоса. Нет устройства для остановки насоса при необходимости.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и надежности работы объемного насоса.

Поставленная задача достигается тем, что объемный насос содержит рабочую камеру, выполненную в виде сильфона из материала с обратимой термической памятью формы, имеющую подвижную и неподвижную торцовые стенки, входные и выходные штуцера с клапанами, нагревательные элементы, расположенные на расстоянии симметрично по бокам сильфона вдоль его продольной оси, а в центре подвижной стенки жестко установлен (закреплен) прямоходовой направляющий шток, который имеет две опоры: внутри сильфона и снаружи его, причем наружная часть указанного штока выполнена со скошенным заходным концом, который связан кинематически непосредственно с переключателем нагревательных элементов.

Новизна предлагаемого решения заключается в том, что насос имеет два нагревательных одинаковых элемента, расположенных на некотором расстоянии от сильфона из металла с обратимой термической памятью формы, по его бокам симметрично вдоль продольной оси, а в центре подвижной торцовой стенки жестко установлен прямоходовой направляющий шток, который имеет две опоры: внутри сильфона и снаружи его, причем наружная часть указанного штока выполнена со скошенным заходным концом, который связан кинематически непосредственно с переключателем нагревательных элементов.

На фиг. 1 показан насос в исходном сжатом (начальном) положении, в цикле начала всасывания, вид сбоку в сечении вдоль продольной оси; на фиг. 2 - насос, в конечном положении, в цикле начала нагнетания, вид сверху.

Насос содержит П-образный корпус 1, к которому жестко крепится сильфон 2, выполненный из металла с обратимой термической памятью формы, посредством неподвижной торцовой стенки 3 (в виде фланца), содержащей входной штуцер 4 с клапаном 5 (к примеру, шариковым) и выходной штуцер 6 с клапаном 7. С противоположной стороны неподвижной торцовой стенки 3 сильфон содержит жестко установленную подвижную торцовую стенку 8, в центре которой жестко установлен (закреплен) центральный прямоходовой направляющий шток 9. Направляющий шток имеет две опоры скольжения: наружную опору 10 в корпусе 1 и внутреннюю опору 11 внутри сильфона 2 в бобышке 12 неподвижной торцовой стенки 3. Бобышка имеет радиальные отверстия 13 для прохода рабочего тела (жидкости или газа) и осевое резьбовое отверстие под пробку 14. Наружная часть направляющего штока 9 выполнена со скошенным заходным концом 15. Нагревательные элементы 16 (абсолютно идентичные по всем параметрам) расположены на некотором расстоянии симметрично по бокам сильфона вдоль его продольной оси и соединены с источниками электропитания через переключатель 17. Переключатель установлен на корпусе 1 с помощью уголка 18 и крепящих элементов 19 (к примеру, винтов), положение его по высоте регулируется прокладками 20.

В таком положении между подвижной торцовой стенкой 8 и корпусом 1 будет максимальное расстояние L_max, т.е. сильфон 2 находится в сжатом (исходном) положении и имеет длину h_cmin, что соответствует при включении циклу начала всасывания (фиг. 1). При этом положении электропитание отключено внешним выключателем 21.

При работе (фиг. 2) в начальный момент замыкается внешний выключатель 21, в результате чего через нагревательные элементы 16 идет электрический ток, который нагревает с двух противоположных сторон сильфон 2. По достижении определенной величины повышения температуры, заложенной в материал термической памяти сильфона, он принимает форму, соответствующую этой температуре, т. е. увеличивается (растягивается) по длине до H_cmax, и расстояние между подвижной торцовой стенкой 8 и корпусом 1 становится минимальным l_min, при этом через входной штуцер 4 и клапан 5 рабочее тело поступает внутрь сильфона 2, т.е. происходит всасывание. При этом направляющий шток 9 своим скошенным заходным концом 15 давит на кнопку переключателя 17, отключает нагревательные элементы 16 и держит его в таком положении до снижения температуры сильфона (охлаждения), также заложенной в термическую память его материала, пока он не вернется в исходное положение (фиг.1). При возврате в исходное положение направляющий шток 9 сходит с кнопки переключателя 17 и отключает нагревательные элементы 16, а рабочее тело выталкивается из сильфона 2 через выходной клапан 7 и штуцер 6 наружу. Когда сильфон снова нагревается до величины температуры, заложенной в термической памяти его материала, весь цикл повторяется.

Таким образом, попеременно нагреваясь и охлаждаясь, сильфон увеличивается и уменьшается в длину, изменяя каждый раз свой объем и попеременно то всасывает, то нагнетает рабочее тело (газ или жидкость), т.е. совершает циклические возвратно-поступательные движения, и перекачивает рабочее тело в автоматическом режиме. Для остановки объемного насоса достаточно отключить электропитание внешним выключателем 21.

Формула изобретения

ОБЪЕМНЫЙ НАСОС, содержащий рабочую камеру, выполненную в виде сильфона из материала с обратимой термической памятью формы, имеющую подвижную и неподвижную торцовые стенки, нагревательный элемент, входные и выходные штуцера с клапанами, отличающийся тем, что нагревательные элементы расположены симметрично на некотором расстоянии по бокам сильфона вдоль его продольной оси и снабжены переключателем, в центре подвижной торцовой стенки жестко установлен центральный прямоходовой направляющий шток, имеющий две опоры скольжения - внутри сильфона и снаружи его, причем часть штока выполнена со скошенным заходным концом для связи с переключателем нагревательных элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2