ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к устройствам для перекачивания жидкостей и газов и может быть использована в различных областях техники.
Известны диафрагменные вибрационные насосы, у которых эластичная диафрагма (мембрана) скреплена с ферромагнитным якорем однофазного электромагнита переменного тока. Изменение тока за период вызывает перемещение ферромагнитного якоря, что сопровождается разносторонним растяжением эластичной диафрагмы и с помощью клапанов происходит всасывание и нагнетание перекачиваемой жидкости (например, «Электромагнитный мембранный насос» по патенту №2029888, МПК F 04 B 43/04, 1995).
Недостатком этих насосов является малая производительность, т.к. амплитуда колебаний мембраны незначительна. Это объясняется тем, что при частоте переменного тока в сети 50 Гц происходит 100 перемещений якоря в 1 секунду, что приводит к быстрому выходу из строя эластичной диафрагмы. Кроме того, подача жидкости происходит только при одностороннем движении мембраны, т.е. носит пульсирующий характер.
Данный недостаток отсутствует в поршневых насосах в силу того, что в них нет эластичных диафрагм. Известны насосы, состоящие из спиральной и пластинчатых пружин, штока, якоря, поршня, шаровых опор для превращения возвратно-поступательного движения якоря электромагнита в возвратно-поступательное движение поршня (насос по патенту США №3740171, МПК F 04 B 17/04, 1973 г.).
Недостатком этих насосов является усложнение конструкции и снижение надежности.
Наиболее близким как по принципу работы, так и по техническому устройству к заявляемому является «Электромагнитный объемный насос двойного действия» (патент №2005911, МПК F 04 B 17/04, 1994 г.), в котором подача жидкости может осуществляться по двум трубопроводам. В нем повышение объемной подачи, повышение надежности и долговечности насоса достигается тем, что якорь электромагнита выполнен в виде армированного ферромагнитным материалом пластмассового поршня. Он совершает свободные колебания вдоль продольной оси трех катушек и находится внутри корпуса, выполненного в виде горизонтальной трубы из немагнитного материала (пластмасса, силикат или керамика). Причем каждая из катушек включена последовательно с диодами и питается от сети трехфазного тока напряжением 380 В (со сдвигом на 120° по отношению друг к другу). Использование трех катушек на одной оси позволяет увеличить ход поршня, а, следовательно, и объем перекачиваемой жидкости или газа за один ход поршня. Это увеличивает
1
2
его производительность и позволяет получить одновременно два потока с различными напорами H и Н. Таким образом, при любом ходе поршня происходит всасывание и нагнетание жидкости.
Однако для данного насоса характерен ряд недостатков.
1. Неэффективная работа насоса в процессе полного цикла его работы. В процессе первого периода изменения 3-х фазного напряжения (Т) последовательно срабатывают все три обмотки и происходит перемещение поршня вправо (по схеме). В свою очередь, это приводит к вытеснению перекачиваемой жидкости (газа) из рабочей полости насоса в напорную магистраль за время τ=Т=1/f=1/50=0,02с, где f=50 Гц - частота переменного тока.
2
Во время второго периода изменения 3-х фазного напряжения (Т) поршень должен переместиться влево за время τ=Т/8=1/8f=1/400==0,0025 с, преодолев зазор, равный суммарной ширине всех трех обмоток. При этом должна совершаться примерно такая же работа по засасыванию жидкости и одновременному созданию напора H Для этого насос должен создать очень большую магнитодвижущую силу, чтобы заставить поршень совершить такую работу. Но в этом случае работа, совершаемая поршнем при его движении вправо, будет неэффективна. Таким образом, работа данного насоса в лучшем случае будет неэффективной, а в худшем - нереальной.
2. Насос работает только от сети 3-х фазного напряжения.
3. В процессе перемещения поршень находится под воздействием периодически изменяемой как по величине, так и по направлению магнитодвижущей силы. В свою очередь, это может привести к возникновению колебаний жидкости, нагнетаемой насосом.
1
2
4. Напоры нагнетаемой жидкости H и Н носят пульсирующий (прерывистый) характер, что не всегда является необходимым.
Эти недостатки снижают эксплуатационные характеристики насоса. Таким образом, работа вышеописанного насоса в лучшем случае будет неэффективной, а в худшем - нереальной.
Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей насоса.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в следующем:
- повышении производительности насоса;
- использовании любых источников питания для работоспособности насоса;
- универсальность и разборность конструкции;
- возможность регулирования производительности насоса.
Поставленная задача решается тем, что электромагнитный насос содержит корпус в виде цилиндра, на наружной поверхности которого установлены катушки индуктивности, а внутри него - ферромагнитный поршень и систему клапанов. Дополнительно в него введены входной и выходной патрубки, объединенные симметричными разветвлениям л, между которыми установлен цилиндр таким образом, что он соединен с разветвлениями, образуя единую замкнутую гидравлическую систему. При этом детали насоса выполнены из немагнитного материала, а катушки индуктивности подключены к коммутирующему устройству
На фиг.1 представлена схема подключения электромагнитного насоса, на фиг.2 - устройство насоса, на фиг.3 - схема его работы.
Электромагнитный насос 1 подключен к источнику электрической энергии через коммутирующее устройство 2 (фиг.1). Назначение коммутирующего устройства 2 заключается в преобразовании любого источника переменного тока в постоянный ток требуемого напряжения и коммутации срабатывания катушек индуктивности в заданной последовательности как при прямом, так и при обратном перемещении поршня.
В свою очередь, электромагнитный насос 1 состоит из корпуса 3, выполненного в виде цилиндра из немагнитного материала, внутри которого установлен подвижный поршень 4, выполненный из ферромагнитного материала (фиг.2). Снаружи корпуса расположены катушки индуктивности 5, выводы которых соединены с коммутирующим устройством. Входной и выходной патрубки 6 имеют симметричные разветвления 7, диаметр которых выбирают из условия равенства площадей их проточных частей площади проточной части патрубка 6.
Каждое разветвление 7 имеет свою систему клапанов: впускные (всасывающие) клапаны (левый - 8, правый - 10) и выпускные (нагнетательные) клапаны (левый - 11, правый - 9).
Так как электромагнитный насос представляет собой разборную и переносную конструкцию, то перед работой необходимо его собрать. Разборная конструкция позволяет установить любые катушки индуктивности 5 и в любом количестве в зависимости от расхода перекачиваемой жидкости и от используемых источников питания. В комплекте насоса имеется коммутирующее устройство 2, которое позволяет подключить электромагнитный насос к любому источнику тока: переменному трехфазному, переменному однофазному, электрическому генератору, аккумуляторной батарее и т.д.
Насос работает следующим образом.
Перед включением электромагнитного насоса необходимо на коммутирующем устройстве 2 установить последовательность срабатывания катушек индуктивности 5 как
при прямом, так и при обратном перемещении поршня 4, а также частоту их срабатывания. При этом первой подключают обмотку, напротив которой находится поршень 4.
При подключении источника питания к катушке индуктивности 5 по ней потечет электрический ток. который создает вокруг нее магнитное поле. При этом, чем шире эта катушка, тем меньше магнитный поток формируется вне ее. В свою очередь, магнитный поток вызывает появление магнитодвижущей силы, направление которой определяется по правилу буравчика или по правилу правой руки. Внутри катушки индуктивности 5 сосредотачивается максимальная плотность энергии магнитного поля, а, следовательно, и максимальное значение магнитодвижущей силы. За счет действия этой силы, воздействующей на ферромагнитный поршень 4, последний начинает перемещаться.
Подключение катушек индуктивности 5 должно быть таким, чтобы магнитный поток был направлен только в одну сторону по ходу движения поршня 4. Например, направление магнитодвижущей силы вправо должно соответствовать перемещению поршня только вправо (фиг.3, а-в).
Предположим, что в исходном положении поршень 4 находится в крайнем левом положении (фиг.3,а). При подаче напряжения на первую обмотку возникает магнитодвижущая сила, которая стремится переместить поршень 4 вправо (фиг.3, б). При движении поршня 4 слева направо перед ним образуется область повышенного давления, что соответствует операции «Нагнетание», а за поршнем образуется область пониженного давления, что соответствует операции «Всасывание». Эти операции выполняются одновременно при одном движении поршня 4. Это приводит к открытию левого всасывающего клапана 8 и правого нагнетательного клапана 9. При подаче напряжения на вторую обмотку и отключении первой во второй обмотке возникает другая магнитодвижущая сила, которая также стремится переместить поршень 4 вправо. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет подано напряжение на последнюю в этом направлении (1, 2,...n) катушку индуктивности (фиг.3, в).
Затем коммутирующее устройство 2 изменяет последовательность срабатывания катушек (n...2, 1). Возникает магнитодвижущая сила, которая стремится переместить поршень 4 влево (фиг.3, г). При движении поршня 4 справа налево, перед ним также образуется область повышенного давления, что соответствует операции «Нагнетание», а за поршнем образуется область пониженного давления, что соответствует операции «Всасывание». Это приводит к открытию правого всасывающего клапана 10 и левого нагнетательного клапана 11 (фиг.3, д, е).
Входной и выходной патрубки 6 имеют симметричные разветвления 7, образуя единую замкнутую гидравлическую систему, что позволяет обеспечить непрерывность
нагнетаемого напора жидкости.
Таким образом, при любом перемещении поршня 4 происходит нагнетание жидкости.
Преимущества предлагаемого насоса:
- повышение объемной подачи перекачиваемой жидкости за счет ее непрерывности;
- возможность регулирования расхода жидкости путем изменения частоты срабатывания катушек индуктивности 5;
- использование любых источников питания для работоспособности насоса. Возможно даже ручное управление насосом в случае изготовления коммутирующего устройства в виде вращающегося барабана с подвижными контактами;
- универсальность и разборность конструкции позволяют широко использовать такой насос для бытовых нужд, даже в условиях отсутствия переменного тока. Он транспортабелен и удобен в обслуживании.