НАСОС ДЛЯ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к области машиностроения и преимущественно может быть использована в конструкциях электрических насосов для перекачки и нагрева жидкостей.
Известен электрогидравлический насос замещения (SU 1035296 А, 1983), который используется при погружении его в водоем и содержит герметичную рабочую камеру с всасывающим и нагнетательным патрубками, присоединенными к рабочей камере в нижней ее части и снабженными прямым и обратным клапанами соответственно, и расположенный в рабочей камере испаритель, который выполнен в виде стержневого металлического электрода, вертикально установленного внутри изолирующего цилиндра с отверстием в верхней его части.
Одним из недостатков указанного известного насоса является достаточно высокое энергопотребление. Это объясняется тем, что поскольку стержневой электрод, установленный в изолирующем цилиндре, проходит практически по всей высоте рабочей камеры, закипание воды внутри изолирующего цилиндра, необходимое для парообразования и увеличения давления в рабочей камере, происходит только после прогрева всей находящейся в камере воды до достаточно высокой температуры, составляющей на практике около 80°С. Локальное расположение в плане изолирующего цилиндра и существенно меньший его диаметр по сравнению с горизонтальным размером рабочей камеры, а также расположение изолирующего цилиндра практически по всей высоте рабочей камеры приводит к конвективному охлаждению его водой, находящейся в рабочей камере, в результате чего вода в изолирующем цилиндре не закипает, пока не прогреется весь объем воды в рабочей камере.
Другой недостаток указанного известного насоса заключается в недостаточно высокой производительности, что обусловлено существенным значением времени цикла его работы. Это связано со значительным временем охлаждения рабочей камеры и конденсации образовавшегося в ней пара, без завершения которых не может начаться очередной цикл всасывания воды.
Наиболее близким по конструкции к настоящей полезной модели следует считать электрогидравлический насос замещения (RU 2096667 С1, 1997). Указанный известный электрогидравлический насос замещения, являющийся ближайшим аналогом, содержит герметичную рабочую камеру с всасывающим и нагнетательным патрубками, присоединенными к рабочей камере в нижней ее части и снабженными прямым и обратным клапанами соответственно, и расположенный в рабочей камере испаритель, который выполнен в виде металлического цилиндрического стакана, коаксиально расположенного в рабочей камере на высоте, составляющей не менее 0,7 от высоты рабочей камеры, и металлического стержневого электрода, размещенного в цилиндрическом стакане на его оси. Кроме того, известный электрогидравлический насос замещения снабжен вертикальными ребрами, расположенными на наружной поверхности рабочей камеры и закрытыми кожухом, и вентилятором, расположенным сверху над рабочей камерой.
Снабжение наружной поверхности рабочей камеры известного электрогидравлического насоса замещения, являющегося ближайшим аналогом, вертикальными ребрами, закрытыми кожухом, и установленным сверху над камерой вентилятором, включаемым в цикле всасывания воды на продув наружного воздуха снизу вверх, позволило по сравнению с другими известными аналогами сократить время цикла всасывания воды путем ускорения охлаждения рабочей камеры. Снижение энергопотребления путем уменьшения объема доводимой до кипения воды в стакане и снижения температуры и объема нагрева воды в рабочей камере в этом известном техническом решении, являющимся ближайшим аналогом, достигается исключением (на протяжении большей части цикла вытеснения воды) конвективного перемешивания воды в рабочей камере путем отделения цилиндрического стакана от поверхности воды в рабочей камере слоем пара за счет расположения открытого сверху цилиндрического стакана с электродом в верхней части рабочей камеры коаксиально ей на уровне не менее 0,7 от высоты рабочей камеры. При этом образующийся при закипании воды в цилиндрическом стакане пар, выходя из кольцевого зазора между стенками цилиндрического стакана и рабочей камеры, нагревает их и давит на поверхность воды, одновременно равномерно обогревая ее поверхность.
Вместе с тем, известный электрогидравлический насос замещения, являющийся ближайшим аналогом, характеризуется достаточно большим временем цикла его работы. Как отмечено в описании изобретения (RU 2096667 С1, 1997), при объеме рабочей камеры 6-8 л и подъеме жидкости, например, воды на высоту 8 м полный цикл работы этого насоса составляет 10-15 минут.
Наличие в конструкции электрогидравлического насоса замещения, являющегося ближайшим аналогом, вентилятора приводит к увеличению энергопотребления.
В случае применения насоса, являющегося ближайшим аналогом, для нагнетания воды использование в его конструкции для нагревания воды электрода вызывает электролиз воды, что приводит к снижению качества нагнетаемой насосом воды, не позволяющему использовать ее, например, для пищевых нужд.
Кроме того, наличие вентилятора, вертикальных ребер и кожуха усложняют конструкцию ближайшего аналога.
Задачами настоящей полезной модели являются повышение производительности, снижение энергопотребления и упрощение конструкции насоса для жидкости, а в случае использования его для нагнетания воды, кроме того, повышение качества нагнетаемой воды.
Поставленные задачи решаются, согласно настоящей полезной модели, тем, что насос для жидкости, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, герметичную рабочую камеру с всасывающим и нагнетательным патрубками, снабженными прямым и обратным клапанами соответственно, и расположенный в верхней части рабочей камеры испаритель в виде стакана с размещенным в нем нагревательным элементом, отличается от ближайшего аналога тем, что всасывающий патрубок установлен в верхней части рабочей камеры выше стакана, а в качестве нагревательного элемента использован резистивный нагревательный элемент, установленный в донной части стакана.
При этом резистивный нагревательный элемент выполнен на основе нихромовой проволоки.
Размещение всасывающего патрубка в верхней части рабочей камеры выше стакана испарителя обеспечивает уменьшение времени рабочего цикла насоса для жидкости, приводящее к повышению его производительности. Это происходит потому, что при окончании стадии нагнетания жидкости из рабочей камеры, когда резистивный нагревательный элемент отключается от источника электрической энергии и благодаря своим свойствам быстро остывает, из-за попадания пара в нагнетательный патрубок его обратный клапан призакрывается, давление в рабочей камере из-за начала конденсации пара понижается и приоткрывается прямой клапан всасывающего патрубка. В результате этого сначала совсем незначительное количество холодной жидкости из всасывающего патрубка поступает в рабочую камеру сверху, вызывая интенсивную конденсацию пара. Далее вследствие снижения давления в рабочей камере через полностью открытый прямой клапан всасывающего патрубка рабочая камера и стакан испарителя наполняются жидкостью. В результате этого время рабочего цикла насоса для жидкости существенно уменьшается. Как определили авторы настоящей полезной модели при испытаниях созданного ими опытного образца насоса для жидкости на основе настоящей полезной модели, при тех же исходных данных, для которых выше были приведены сведения о параметрах ближайшего аналога, то есть при объеме рабочей камеры 6-8 л и подъеме жидкости, например, воды на высоту 8 м полный цикл работы этого насоса не превышает 4-5 минут.
Размещение резистивного нагревательного элемента в донной части стакана испарителя обеспечивает преобразование в парообразную фазу практически всей находящейся в стакане испарителя жидкости. Это, с одной стороны, способствует повышению производительности насоса на стадии нагнетания жидкости, а, с другой стороны, обеспечивает то, что в процессе парообразования жидкости в стакане и уменьшения объема жидкости в нем вся площадь поверхности нагревательного элемента остается погруженной в остаток жидкости, обеспечивая ее дальнейший нагрев и парообразование, что предотвращает нерациональное использование электрической энергии, способствует повышению коэффициента полезного действия и позволяет снизить энергопотребление.
Обусловленное наличием перечисленных отличительных признаков настоящей полезной модели повышение производительности насоса для жидкости позволило отказаться от использования в его конструкции вентилятора, кожуха и вертикальных ребер, необходимых в конструкции ближайшего аналога для ускорения процесса конденсации жидкости и снижения времени рабочего цикла, что обеспечило снижение энергопотребления и упрощение конструкции насоса для жидкости.
Поскольку при использовании в качестве нагревательного элемента испарителя резистивного нагревательного элемента через находящуюся в рабочей камере воду, в отличие от ближайшего аналога, электрический ток не протекает, нагнетаемая вода не подвергается электролизу. В результате этого не ухудшаются потребительские свойства перекачиваемой воды, используемой, например, для пищевых нужд, а качество ее по сравнению со случаем использования ближайшего аналога повышается.
Отмеченное свидетельствует о решении декларированных выше задач настоящей полезной модели благодаря наличию у насоса для жидкости перечисленных выше отличительных признаков.
На чертеже показан вертикальный разрез насоса для жидкости, где 1 - корпус, 2 - крышка, 3 - рабочая камера, 4 - всасывающий патрубок, 5 - нагнетательный патрубок, 6 - стакан, 7 - нагревательный элемент, 8 - электрод, 9 - пробка, 10 - прямой клапан и 11 - обратный клапан.
Насос для жидкости содержит корпус 1, например, цилиндрической формы с крышкой 2, в результате соединения которых образована герметичная рабочая камера 3. В выполненных в крышке 2 отверстиях установлены всасывающий патрубок 4 и нагнетательный патрубок 5 соответственно снаружи и внутри рабочей камеры 3 с обеспечением герметичности их присоединения, причем входное отверстие нагнетательного патрубка 5 размещено в донной части корпуса 1. Всасывающий патрубок 4 и нагнетательный патрубок 5 снабжены соответственно прямым клапаном 10 и обратным клапаном 11. Кроме того, всасывающий патрубок 4 содержит пробку 9, герметично установленную в верхней его части с помощью резьбового соединения. Насос для жидкости также содержит испаритель, который выполнен в виде полого открытого сверху стакана 6, имеющего, например цилиндрическую форму, установленного в верхней части корпуса 1 на нагнетательном патрубке 5 с образованием зазора между нижней поверхностью крышки 2 и верхней кромкой стакана 6 и зазора между наружной боковой поверхностью стакана 6 и внутренней боковой поверхностью корпуса 1. Испаритель также содержит резистивный нагревательный элемент 7, который выполнен, например, на основе нихромовой проволоки и установлен в донной части стакана 6 на двух электродах 8, герметично закрепленных в крышке 2 с помощью изоляторов. Электроды 8 подключены к источнику электропитания, причем один из них через коммутирующее устройство (на чертеже не показаны). Насос для жидкости снабжен датчиком уровня жидкости (на чертеже не показан), который выполнен подобно датчику, используемому в рассмотренных выше аналогах, установлен в донной части внутри корпуса 1 и подключен к коммутирующему устройству (на чертеже не показано). В результате этого обеспечивается возможность отключения нагревательного элемента 7 от источника электропитания (при завершении стадии нагнетания) коммутирующим устройством по сигналу с датчика уровня жидкости, когда в результате нагнетания жидкости ее уровень в рабочей камере 3 понизится до заданного значения.
Насос для жидкости работает следующим образом
Перед включением насоса для жидкости трубу всасывающего патрубка 4 опускают в перекачиваемую жидкость. Вывинчивают из всасывающего патрубка 4 пробку 9, заполняют через это отверстие рабочую камеру 3 и всасывающий патрубок 4 жидкостью и затем ввинчивают пробку 9.
При подключении электродов 8 через коммутирующее устройство к источнику электропитания (на чертеже не показаны) через нагревательный элемент 7 протекает электрический ток, нагревая нагревательный элемент 7 и жидкость, находящуюся в стакане 6. При нагреве жидкости и образовании пара давление в рабочей камере 3 повышается, прямой клапан 10 всасывающего патрубка 4 закрыт, открывается обратный клапан 11 нагнетательного патрубка 5 и под действием давления пара жидкость вытесняется из рабочей камеры 3 через нагнетательный патрубок 5 потребителю. При понижении уровня жидкости в рабочей камере 3 в результате ее вытеснения через нагнетательный патрубок 5 по сигналу с датчика уровня жидкости (на чертеже не показан) коммутирующее устройство отключает от источника электропитания (на чертеже не показаны) нагревательный элемент 7, который благодаря своим свойствам быстро остывает. При окончании стадии нагнетания жидкости из рабочей камеры 3 из-за попадания пара в нагнетательный патрубок 5 давление в рабочей камере 3 понижается, его обратный клапан 11 прикрывается и приоткрывается прямой клапан 10 всасывающего патрубка 4. В результате незначительное количество холодной жидкости из всасывающего патрубка 4 поступает в рабочую камеру 3 сверху, попадая в стакан 6 и в объем рабочей камеры 3, расположенный под стаканом 6, и вызывая интенсивную конденсацию пара. Далее вследствие снижения давления в рабочей камере 3 обратный клапан 11 нагнетательного патрубка 5 окончательно закрывается и через открытый прямой клапан 10 всасывающего патрубка 4 рабочая камера 3 и стакан 6 испарителя наполняются жидкостью.
По сигналу с датчика уровня жидкости (на чертеже не показан) коммутирующее устройство подключает к источнику электропитания (на чертеже не показаны) нагревательный элемент 7, в результате чего цикл работы насоса для жидкости повторяется.
Таким образом, полезная модель обеспечивает повышение производительности, снижение энергопотребления и упрощение конструкции насоса для жидкости, а в случае использования его для нагнетания воды, кроме того, повышение качества нагнетаемой воды.