МЕМБРАННЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области насосов, а именно тепловых насосов, и может быть использована в технологии перекачивания жидких и газообразных сред, предпочтительно в тех областях техники, где в качестве побочного продукта получают большое количество нагретых теплоносителей - жидких и газообразных.
Известен магнитожидкостный насос (см. патент РФ №2120566 МПК F04В 43/12, 1998), содержащий корпус, внутри которого размещена магнитная жидкость, образующая магнитожидкостную перегородку при взаимодействии с магнитным полем, создаваемым электромагнитной катушкой, установленной с возможностью вертикального перемещения вдоль корпуса.
Недостатком является энергоемкость в перекачивании жидких и газообразных сред из-за необходимости наличия трех электромагнитных катушек, последовательно подключаемых к различным источникам электропитания и обеспечивающим образование трех магнитожидкостных перегородок, из них две герметизирующие сечение корпуса на его концах.
Известен мембранный насос (RU патент 2272177, МПК F04В 43/00 F04В 19/24, 2006, Бюл. №8), содержащий корпус, внутренний объем которого разделен мембраной на две камеры, верхнюю и нижнюю, в нижней камере размещены впускной и выпускной клапаны, соединенные через патрубки с магистралями перекачиваемой среды, в нижней камере расположено рабочее тело, не взаимодействующее с мембраной.
Недостатком известного мембранного насоса является энергоемкость, обусловленная наличием теплообменника нагрева и охлаждения рабочего тела, сложностью поддержания процесса испарения и конденсации рабочего
тела в камере теплообменника, а также низкая производительность - за один цикл перекачивается малое количество жидкости.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение энергоемкости в технологии перекачивания жидких и газообразных сред путем выполнения мембраны из магнитной жидкости, что устраняет необходимость наличия в нижней камере повторяющихся процессов испарения и конденсации.
Технический результат, полученный при реализации предложенного технического решения, состоит в разработке конструкции насоса с более низкой энергоемкостью процесса перекачивания сред и достигается тем, что мембранный насос, содержащий корпус, внутренний объем которого разделен мембраной на две камеры, верхнюю и нижнюю, в нижней камере размещены впускной и выпускной клапаны, с патрубками для соединения с магистралями перекачиваемой среды, в нижней камере расположено рабочее тело с наличием воздушной полости между ним и мембраной, при этом мембрана выполнена из магнитной жидкости, расположенной над магистралями перекачиваемой среды с возможностью вертикального перемещения вверх и вниз и удерживаемой через воздушный зазор магнитным полем кольцевого магнита.
На фиг. приведена принципиальная схема предложенной конструкции мембранного насоса.
Мембранный насос состоит из корпуса 1, стенки которого выполнены из немагнитного материала, внутренний объем которого разделен мембраной 2 на две камеры верхнюю 3 и нижнюю 4, в нижней камере 4 размещены впускной 5 и выпускной 6 клапаны. Впускной клапан 5 посредством патрубка соединен с магистралью 7 перекачиваемой среды, а выпускной клапан 6 посредством патрубка соединен с магистралью 8 перекачиваемой среды. В нижней камере 4 расположено рабочее тело 9, с наличием воздушной полости 10 между рабочим телом 9 и мембраной 2. При этом мембрана 2 выполнена из магнитной жидкости и расположена над магистралями 7 и 8 перекачиваемой
среды с возможностью вертикального перемещения вверх и вниз и удерживается через воздушный зазор 11 магнитным полем кольцевого магнита 12.
Мембранный насос работает следующим образом.
0
f
Перед началом процесса перекачивания сред, например, воды, кольцевой магнит 12 располагается по высоте корпуса 1 над рабочим телом 9, образуя магнитное поле, которое через воздушный зазор 11 и немагнитную стенку корпуса 1 распространяется его объему. После чего в полученное магнитное поле вводится магнитная жидкость, которая и образует мембрану (см., например, , С.139-145, Полунин В.М. Акустические эффекты в магнитных жидкостях. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 208 с.; ил.), обеспечивающую герметичное разделение внутреннего объема корпуса 1 на две камеры: верхнюю, над мембраной из магнитной жидкости, и, соответственно, нижнюю, под мембраной. В нижней камере 4 между мембраной 2 из магнитной жидкости рабочим телом 9 имеется воздушная полость 10 высотой h. При этом в начале перекачивания высота рабочего тела 9 в нижней камере 4 корпуса 1 равна h. Кольцевой магнит 12 перемещается вертикально вверх посредством привода (на фиг. не показано) и через воздушный зазор 11 и немагнитную стенку корпуса 1 постоянно воздействует на мембрану 2, выполненную из магнитной жидкости, перемещая ее вертикально вверх (из положения I). При смещении мембраны вертикально вверх происходит разряжение в воздушной полости 10, вследствие чего открывается впускной клапан 5 и перекачиваемая среда по магистрали 7 через патрубок поступает в нижнюю камеру 4.
k1
В связи с разряжением в воздушной полости 10 возникает перепад давлений в нижней камере 4 (разряжение) и верхней камере 3 (атмосферное давление). При достижении некоторого критического значения перепада давлений P происходит разрыв, а затем и восстановление мембраны 2. Значение критического перепада давлений можно рассчитать (см., например, V.V.Kovarda, Y.Y.Mikhailova, V.M.Polunin, P.A.Ryapolov, E.K.Zubarev, S.S.Khotynyuk On the strength properties of the magnetic fluid membrane // Magnetohydrodynamics
1
k1
No. 3, Vol. 43, 2007, pp.333-344). Мембрана 2 поднимается до высоты h, перед достижением критического перепада давлений P (положение II), при этом в результате разряжения в нижнюю камеру 4 через впускной клапан 5 по магистрали 7 поступает перекачиваемая среда, сохраняя воздушную полость 10 между поднявшейся жидкостью в корпусе 1 и мембраной 2.
При заданном разряжении (в зависимости от плотности перекачиваемых сред и свойств магнитных жидкостей) мембрана 2 смещается вниз (из положения II), при этом в воздушной полости 10 давление увеличивается, в результате чего впускной клапан 5 закрывается, а выпускной клапан 6 открывается и перекачиваемая среда через патрубок по магистрали 8 перемещается к потребителю. Мембрана 2 смещается вниз до исходного положения (положение I).
Далее движение мембраны вверх и вниз продолжается циклически. Оригинальность представленного технического решения по перекачиванию сред, в том числе с различным температурным режимом (например, при использовании в качестве теплового насоса) достигается тем, что мембрана выполнена из магнитной жидкости и используется как элемент, обеспечивающий разряжение в нижней камере, то есть является двигателем перекачиваемых сред с минимизацией энергозатрат, обусловленных практическим отсутствием необходимости преодоления сил трения при перемещения мембраны из магнитной жидкости с соблюдением герметичного разделения камер корпуса насоса.