Пьезоэлектрический нагнетатель текучих сред
Владельцы патента RU 2612671:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к устройствам для нагнетания текучих сред и может быть использовано в промышленности, на транспорте и в быту при перекачивании жидкостей, а также иных несжимаемых и сжимаемых текучих сред. Нагнетатель состоит из корпуса, внутри которого установлены многослойные пьезокерамические элементы, выполненные в виде цилиндров, защищенных гибкими износостойкими оболочками. Электроды соединены с блоками управления для возбуждения колебаний. На торцах оболочек расположены крышки с присоединенными к ним трубопроводами с впускными и выпускными клапанами. Пьезокерамические элементы выполнены в виде одного цилиндра, помещенного внутри промежуточной трубки с двойными стенками, межстенное пространство которой заполнено эластичным гигроскопическим материалом. Между корпусом и промежуточной трубкой установлен трубчатый корпус с двойными стенками, межстенное пространство которого заполнено воздухом. Повышается напор насоса и кпд. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к устройствам для нагнетания текучих сред и может быть использовано в промышленности, на транспорте и в быту при перекачивании жидкостей, а также иных несжимаемых и сжимаемых текучих сред.
Известен пьезоэлектрический нагнетатель текучих сред, описанный в патенте RU 2452872 С1, 10.06.2012.
Пьезоэлектрический нагнетатель текучих сред состоит из пьезоэлементов, расположенных в корпусе и соединенных последовательно, электроды соединены к блокам управления для возбуждения колебаний, а нагнетание текучей среды происходит за счет изменения их длины.
Недостаток известного технического решения заключается в низкой эффективности нагнетателя.
Ближайшим аналогом заявленного технического решения является устройство для нагнетания текучих сред, описанное в патенте (RU 2295802 С2, 02.03.2007).
Известный нагнетатель состоит из корпуса, внутри которого установлены многослойные пьезокерамические цилиндры, защищенные гибкими износостойкими оболочками, электроды, соединенные с блоками управления для возбуждения колебаний, крышек, расположенных на торцах оболочек с присоединенными к ним трубопроводами с впускными и выпускными клапанами, прокладок и привода нагнетателя.
Достоинством известного устройства является высокая, по мнению авторов, производительность, надежность и универсальность.
Недостатком известного нагнетателя является сложность конструкции и относительно высокие габаритные размеры.
Задача, на решение которой направлено настоящее техническое решение, состоит в создании простого, малогабаритного, эффективного и надежного нагнетателя, способного проталкивать текучую среду через внутренний канал цилиндров.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении напора насоса, а также в увеличении его кпд.
Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном пьезоэлектрическом нагнетателе текучих сред, состоящем из корпуса, внутри которого установлены многослойные пьезокерамические элементы, выполненные в виде цилиндров, защищенных гибкими износостойкими оболочками, электроды, соединенные с блоками управления для возбуждения колебаний, крышек, расположенных на торцах оболочек, с присоединенными к ним трубопроводами с впускными и выпускными клапанами, прокладок и приводов, согласно изобретению, пьезокерамические элементы выполнены в виде одного цилиндра, помещенного внутри промежуточной трубки с двойными стенками, межстенное пространство которой заполнено эластичным гигроскопическим материалом, а между корпусом и промежуточной трубкой установлен трубчатый корпус с двойными стенками, межстенное пространство которой заполнено воздухом.
Эластичный гигроскопический материал может быть выполнен в виде пенорезины.
Эластичный гигроскопический материал может быть выполнен в виде гофрированной трубки с тупым углом ребер, при этом ребра снабжены отверстиями, позволяющим свободно проходить текучей среде сквозь упомянутые отверстия.
Выполнение пьезокерамических элементов в виде одного цилиндра, помещенного внутри промежуточной трубки с двойными стенками, межстенное пространство которой заполнено эластичным гигроскопическим материалом, а между корпусом и промежуточной трубкой установлен трубчатый корпус с двойными стенками, межстенное пространство которого заполнено воздухом, упрощает изготовление нагнетателя и повышает его кпд и габаритные размеры.
Выполнение эластичного гигроскопического материала в виде пенорезины также способствует упрощению технологических процессов по изготовлению нагнетателя.
Выполнение эластичного гигроскопического материала в виде гофрированной трубки с тупым углом ребер, снабженных отверстиями, позволяющими свободно проходить текучей среде сквозь них, дает большую возможность технологам для формирования конструкции нагнетателя.
Фиг. 1 - силовой блок нагнетателя, выполненный из пьезоэлементов в виде шайб.
Фиг. 2 - силовой блок нагнетателя в сборе (провода не изображены).
Фиг. 3 - промежуточная трубка, заполненная пенорезиной.
Фиг. 4 - общий вид нагнетателя с промежуточной пенорезиновой трубкой.
Фиг. 5 - блок электропитания пьезоэлектрического нагнетателя.
Фиг. 6 - промежуточная гофрированная трубка.
Фиг. 7 - общий вид нагнетателя с гофрированной трубкой.
Пьезоэлектрический нагнетатель 1 (фиг. 1) содержит блок шайб 2, изготовленных из пьезоэлементов, плотно прилегающих друг к другу и расположенных в виде столба с внутренней полостью 3.
Поверхность каждой шайбы снабжена электродами (на фиг. 1 не показаны), получающими питание от цепи переменного тока через трансформатор. Внутренняя и внешняя поверхности столба из шайб залиты внешним слоем из термостойкой резины (не показан).
С одной стороны от блока шайб расположена наружная шайба 4 (фиг. 2) с отверстием посередине с выходным штуцером 5. С другой стороны имеется такая же шайба 6 с отверстием посередине и штуцером 7. Шайба 4 и шайба 6 вместе с блоком из пьезоэлементов залиты внешним слоем терморезины. Блок шайб помещают внутри промежуточной трубки 8 (фиг. 3) с двойными стенками. Межстенное пространство промежуточной трубки 8 заполнено пенорезиной. Трубку 8, выполненную из плотной резины или гибкой пластмассы, устанавливают внутри трубчатого корпуса 9 (фиг. 4) с двойными стенками. Межстенное пространство трубчатого корпуса 9 заполнено воздухом. Вся конструкция вместе с трубчатым корпусом 9 помещена во внутренний канал, выполненный в виде общего корпуса 10, имеющего вид трубы, выполненной из жесткого материала, например металла или пластмассы. Для предотвращения смещения трубчатого корпуса 9 его закрепляют с двух сторон внутри общего корпуса 10 с помощью неподвижных заглушек 11 и 12. Трубчатый корпус 9 снабжен выводными шлангами 13 и 14. Шланг 14 содержит обратный клапан 15. Аналогичный обратный клапан устанавливают и в шланге 13. Обратные клапаны обеспечивают движению текучей среды только в одну сторону. В свою очередь, штуцер 5 блока шайб снабжен шлангом 16, а штуцер 7 соединен со шлангом 17. В шланге 16 имеется обратный клапан 18. Аналогичный обратный клапан устанавливают и в шланге 17. Обратные клапаны обеспечивают движение текучей среды только в одну сторону.
Электрическая схема питания пьезоэлектрического блока содержит понижающий трансформатор 19 (фиг. 5), в котором имеется обмотка высокого напряжения с проводами 20 и 21 и набор обмоток низкого напряжения с проводами, 22, 23, подающих питание к первой пьезоэлектрической шайбе, провода 24, 25 для питания второй пьезоэлектрической шайбы, провода 26 27 для питания третьей пьезоэлектрической шайбы и т.д. Частота питания трансформатора определяет производительность нагнетателя.
В варианте исполнения эластичный гигроскопический материал выполнен в виде гофрированной трубки 28 (фиг. 6) с тупым углом ребер, при этом ребра снабжены отверстиями (не показаны), позволяющими свободно проходить текучей среде сквозь них.
Общий вид нагнетателя с гофрированной трубкой 28 имеется на фиг. 7.
Пьезоэлектрический нагнетатель текучих сред действует следующим образом. При подаче питания на провода 22-27 и т.д. (фиг. 5) на шайбы 2 из пьезоэлементов (фиг. 1, 2, 4, 7) последние начнут изменять свои габаритные размеры. При определенной полярности сигнала внутренний и внешний размеры пьезоэлементов увеличиваются, при противоположной полярности эти размеры уменьшаются. В процессе увеличения внутреннего размера текучая среда будет стремиться заполнить образующийся вакуум, а при сжатии текучая среда будет вытолкнута во внешнее пространство. При этом обратные клапаны (фиг. 4, 7) обеспечивают протекание текучей среды только в одну сторону от шланга 17 к шлангу 18.
При наличии промежуточной трубки 8 (фиг. 3, 4) в процессе расширения модуля 1 его внешние стенки будут воздействовать на трубку 8, сжимая ее стенки. Находящаяся в трубке текучая среда будет вытесняться наружу по шлангу 13. Обратные клапаны в шлангах 13 и 14 обеспечат движение среды только в одну сторону от шланга 13 к шлангу 14. Сжатие модуля 1 приведет к тому, что находящаяся в межстенном пространстве промежуточной трубки 8 пенорезина будет восстанавливать свой объем, затягивая в пустоты текучую среду. Далее процесс повторяется.
Аналогичный описанному выше процесс будет происходить и при наличии гофрированной трубки 28 (фиг. 6, 7).
Таким образом, в данном предложении для нагнетания текучей среды используется весь объем пьезоэлементов. Это обстоятельство и способствует повышению кпд и производительности данного нагнетателя и снижению его габаритных размеров.
Пьезоэлектрический нагнетатель текучих сред может быть использован и на транспорте, и в промышленности, и в сельском хозяйстве, и в быту при перекачивании жидкостей с высоким напором и относительно небольшой подачей, где по массогабаритным показателям и показателям эффективности использование насосов других типов затруднено.
1. Пьезоэлектрический нагнетатель текучих сред, содержащий корпус, внутри которого установлены многослойные пьезокерамические элементы, выполненные в виде цилиндров, защищенных гибкими износостойкими оболочками, электроды, соединенные с блоками управления для возбуждения колебаний, крышки, расположенные на торцах оболочек, с присоединенными к ним трубопроводами с впускными и выпускными клапанами, прокладки и приводы, отличающийся тем, что пьезокерамические элементы выполнены в виде одного цилиндра, помещенного внутри промежуточной трубки с двойными стенками, межстенное пространство которой заполнено эластичным гигроскопическим материалом, а между корпусом и промежуточной трубкой установлен трубчатый корпус с двойными стенками, межстенное пространство которого заполнено воздухом.
2. Нагнетатель по п. 1, отличающийся тем, что эластичный гигроскопический материал выполнен в виде пенорезины.
3. Нагнетатель по п. 1, отличающийся тем, что эластичный гигроскопический материал выполнен в виде гофрированной трубки с тупым углом ребер, при этом ребра снабжены отверстиями, позволяющими свободно проходить текучей среде сквозь них.
