ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НАСОС
ELECTROMAGNETIC PUMP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к гидравлическим насосам, в частности к электромагнитным насосам возвратно-поступательного действия, и может быть использовано для перекачки и создания высокого давления текучих сред.
Уровень техники
Известен электромагнитный насос, содержащий корпус, внутри которого размещен неподвижный магнитопровод с двумя соосными катушками, между которыми установлен подвижный якорь на штоке, концы штока жестко закреплены в установленных в корпусе мембранах, образующих рабочие камеры в торцевых частях корпуса, оба конца штока упираются через упругие элементы в неподвижные части аппарата, причем, шток снабжен двумя упорами, каждый из которых жестко закреплен на нем между мембраной и магнитопроводом, корпус выполнен из двух магниторазвязанных полукорпусов из магнитопроводящего материала, жестко связанных через герметизирующую прокладку между собой, катушки с обмотками управления и подмагничивания установлены в каждом из них, стенки каждой рабочей камеры со стороны, противоположной мембране, выполнены в виде клапанного узла с впускными и выпускными быстродействующими клапанами в виде смыкающихся кольцевых манжет, а упругий элемент выполнен в виде кольца с поперечным сечением в виде усеченного конуса из эластичного материала с отверстием внутри него, установленного в обойму в виде двух соосных со штоком концентрических цилиндров, закрепленную на внешнем торце магнитопровода, а упоры упираются в упругие элементы (см. патент РФ №2037253, кл. F04B 17/04).
Недостатки данного аналога в следующем: конструкция является недостаточно технологичной, невозможность ее включения трубопроводную систему, сложность забора нагнетаемой жидкости, несовершенная клапанная система.
Известен электромагнитный насос, содержащий цилиндр и магнитный поршень с проходным каналом, в котором встроен обратный клапан, а также две размещенные вдоль оси цилиндра электрические катушки с витками, расположенными по спирали с возможностью электромагнитного взаимодействия с поршнем и охватывающими цилиндр, имеющий впускной и выпускной патрубки, электрические катушки выполнены с распределением витков, плавно изменяющимся вдоль оси цилиндра с формированием выпуклой внешней поверхности каждой катушки в виде тела вращения с образующей, состоящей из, по меньшей мере, одного участка параболы, при этом обратный клапан выполнен с двумя соосными седлами, одно из которых выполнено с возможностью герметичного разделения полостей цилиндра, а другое - с возможностью пропускания рабочей среды (см. патент РФ №63465, кл. F04B 17/04).
Недостатки данного аналога в следующем: магнитная система является не эффективной, а также он снабжен корпусом, снабженным подводом для хладоносителя, это не всегда нужно, так как проходящая через насос жидкость охлаждает его.
Известен электромагнитный насос, состоящий из электромагнита и соединенного с ним поршневого водяного насоса, представляющий собой единый агрегат и содержащий корпус электромагнита с размещенной внутри обмоткой и корпус водяного насоса в виде цилиндра, жестко соединенные между собой, якорь электромагнита и поршень водного насоса, соединенные жестко между собой, впускной клапан, вмонтированный в поршень водяного насоса, подающую трубу, жестко соединенную с корпусом водного насоса, выпускной клапан, вмонтированный в подающую трубу, при этом между якорем электромагнита и поршнем водяного насоса установлен шток, на одном конце которого крепится поршень, а другой конец имеет резьбовую часть, которая вворачивается в якорь с возможностью регулирования за счет этого его рабочей длины, на шток надета рабочая пружина, упирающаяся одним концом в поршень, а другим концом упирающаяся в регулировочную гайку, находящуюся на резьбе упорной втулки, надетой на шток со стороны якоря и упирающейся в корпус электромагнита, а между корпусом электромагнита и корпусом водного насоса установлен стакан с окнами, жестко соединяющий их между собой (см. патент РФ №2263227, кл. F04B 17/04).
Недостатки данного аналога в следующем: магнитная система является не эффективной, так как электромагнит работает только в одну сторону, в другую сторону движение осуществляется за счет пружины. Также в насосе создается не постоянный поток жидкости.
В качестве прототипа выбрана конструкция электромагнитного насоса, содержащего статор, якорь-поршень и пружину, установленную на одном торце якоря-поршня, при этом статор содержит цилиндрический корпус и размещенную в корпусе намагничивающую катушку, насос дополнительно содержит клапанный отсек, соединенный с корпусом статора со стороны пружины, а в корпусе статора установлена вторая намагничивающая катушка, отделенная от первой намагничивающей катушки прокладкой из немагнитного материала, при этом катушки снабжены магнитными полюсами, разделенными втулками из немагнитного материала, причем якорь-поршень выполнен в виде трубы из немагнитного материала, на которую насажены кольца из магнитного и немагнитного материала, а кольца якоря-поршня и магнитные полюса намагничивающих катушек установлены с возможностью создания продольной магнитодвижущей силы, действующей на якорь-поршень в прямом и обратном направлениях, при этом на торце трубы якоря-поршня со стороны пружины установлена насадка из немагнитного материала с внутренним отверстием, служащая гидростатическим сопротивлением, а в клапанном отсеке размещен шарик, выполненный с возможностью перекрытия рабочего канала, при этом на внутренней поверхности клапанного отсека установлены ограничители хода якоря-поршня (см. патент РФ №2074983, кл. F04B 17/04).
Прототип имеет следующие недостатки: недостаточно эффективная магнитная система на единицу массы и мощности, а следовательно, и низкий коэффициент полезного действия, а также наличие только одного клапанного отсека.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут, сводится к существенному упрощению процесса сборки конструкции и повышению производительности (наличие двух намагничивающих катушек, работающих от сети 50 Гц, и вторичного поршневого механизма).
Технический результат достигается с помощью электромагнитного насоса, содержащего статор цилиндрической формы с намагничивающими катушками, разделенными между собой промежуточными полюсами, и якоря-поршня, выполненного в виде трубы из немагнитного материала, на которую насажены магнитные и немагнитные элементы, статор, образованный двумя симметричными броневыми магнитопроводами, которые состоят из основных и закрепленных в них при помощи резьбового соединения промежуточных полюсов, магнитопроводы собираются болтовыми соединениями через уплотнительную гидроизоляционную прокладку, внутри статора собраны магнитные и немагнитные уплотнительные элементы, причем электромагнитный насос снабжен вторичным поршневым механизмом с возможностью создания бесперебойного потока жидкости, состоящим из трубы, вторичного поршня и клапанного механизма, смонтированного внутри трубы при помощи резьбового соединения, клапанный механизм вторичного поршня одностороннего действия и состоит из шарика-клапана и седла с ограничителем хода, труба вторичного поршня жестко закреплена в цилиндре при помощи упора и резьбового соединения.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлен общий вид электромагнитного насоса.
Осуществление изобретения
Электромагнитный насос состоит из статора (на чертеже не обозначен), который собран из двух симметричных броневых магнитопроводов (на чертеже не обозначен). В свою очередь, магнитопровод состоит из основного полюса 1 и промежуточного полюса 2, закрепленного в основном полюсе 1 при помощи резьбового соединения 3. Магнитопроводы собираются болтовыми соединениями 4 через уплотнительную гидроизоляционную прокладку 5. Рабочая поверхность основного полюса 1 покрыта тонким слоем немагнитного материала 6, 7 (для избегания залипания якоря). Также в статоре находятся две намагничивающие катушки, нижняя 8 и верхняя 9, изолированные прокладками 10, 11.
Якорь-поршень (на чертеже не обозначен) электромагнитного насоса состоит из немагнитной трубы 12, на которую насажены магнитные 13 и немагнитные 14 элементы. Также на немагнитной трубе 12 закреплены поршни, нижний 15 и верхний 16, которые находятся в цилиндрах: соответственно нижний в нижнем цилиндре 17, верхний в верхнем цилиндре 18. Цилиндры, в свою очередь, соединены со статором при помощи резьбового соединения 19 и 20. Также в немагнитной трубе 12 якоря-поршня (на чертеже не показан) имеется внутренний поршень 21, и в нижней части вовнутрь трубы вкручивается (резьбовое соединение 22) клапанный механизм одностороннего действия (на чертеже не обозначен). В клапанный механизм входят шарик-клапан 23 и седло с ограничителем хода 24.
В электромагнитном насосе имеется вторичный поршневой механизм (на чертеже не обозначен) для создания бесперебойного потока жидкости, состоящий из трубы 25, закрепленного на ней вторичного поршня 26 и клапанного механизма (на чертеже не показан), смонтированного внутри трубы 25 при помощи резьбового соединения 27. Клапанный механизм вторичного поршневого механизма также одностороннего действия и состоит из шарика-клапана 28 и седла с ограничителем хода 29. Труба вторичного поршня 25 жестко закреплена в верхнем цилиндре 18 при помощи упора 30 и резьбового соединения 31.
Электромагнитный насос соединяется с всасывающим 32 и напорным 33 трубопроводом через фланцевое соединение 34 нижнее и 35 верхнее и уплотнительные прокладки 36 и 37 болтовым соединением 38 и 39.
Также в электромагнитном насосе внутри трубы 12 образуются камера 40 и подготовительная камера 41, которая соединяется с напорным трубопроводом 33 через отверстие 42.
Электромагнитный насос работает следующим образом.
При отсутствии тока в намагничивающих катушках 8, 9 якорь-поршень находится в исходном состоянии, так называемой нижней мертвой точке. Если насос погружен в воду, то из всасывающего трубопровода 32 под действием атмосферного давления она поступает в камеру 40 и заполняет ее. Шарик-клапан 23 находится в равновесном состоянии (не тонет, не плавает) и удерживается седлом с ограничителем хода 24.
При подаче напряжения на верхнюю намагничивающую катушку 9 через нее протекает ток, который создает переменное магнитное поле. Силовые линии магнитного поля встречают на своем пути магнитные сопротивления в виде воздушного зазора и немагнитных элементов 14, замыкаются через верхний магнитный полюс статора 1 и магнитный элемент 13 якоря-поршня и создают магнитодвижущую силу (МДС). Под действием МДС якорь-поршень перемещается вверх. Жидкость сжимается в замкнутом объеме камеры 40 и поступает через клапанный механизм вторичного поршня (на чертеже не показан) в напорный трубопровод 33 и через отверстие 42 в подготовительную камеру 41.
При подаче напряжения на нижнюю намагничивающую катушку 8 в ее обмотке протекают аналогичные электромагнитные процессы, и якорь-поршень (на чертеже не показан) передвигается вниз до достижения нижней мертвой точки, создается наибольшая МДС. Так как вторичный поршень 26 остается неподвижным, а якорь-поршень и немагнитная труба 12 опускаются вниз, в камере 40 создается область пониженного давления, и жидкость устремляется в нее, одновременно из подготовительной камеры 41 за счет внутреннего поршня 21 через отверстие 42 жидкость выдавливается в напорный трубопровод 33.
По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемое изобретение имеет ряд преимуществ.
А именно в данном электромагнитном насосе благодаря двойной поршневой системе создается постоянный поток жидкости. Его можно использовать как в системе для повышения давления жидкости, так и непосредственно для подъема жидкости с большой глубины.
Данная конфигурация магнитной системы позволяет перераспределить и увеличить магнитный поток в области рабочего зазора, а следовательно, повысить коэффициент полезного действия электромагнитного насоса.
Повышается коэффициент полезного действия электромагнитного насоса на 30%.
Улучшаются массогабаритные показатели.
Снижаются затраты на эксплуатацию.
Увеличивается быстрота хода якоря.