ПОРШНЕВОЙ НАСОС
PISTON PUMP

Изобретение относится к области механизации сельского хозяйства и может быть использовано для перемещения жидкостей.
Поршневые насосы по принципу действия относятся к объемному типу, для которых разность давлений возникает при вытеснении жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно, в частности при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре насоса.
Известен поршневой насос, содержащий привод вращающегося двигателя, механизм для передачи поступательного движения, цилиндр с образованием поршневой и штоковой полостей, поршень, снабженный уплотнительным элементом, поршневая полость сообщена с всасывающей и нагнетательной магистралями соответственно через всасывающий и нагнетательный клапаны, причем в поршневой полости установлен подвижный относительно поршня диск с образованием с ним камеры переменного объема, последняя сообщена через проточный канал и обратный клапан с источником промывочной жидкости [1].
Недостатком известного насоса является сложная конструкция. Сложность конструкции заключается в содержании таких элементов как привод, механизм для передачи поступательного движения, шток, камера переменного объема.
Также известен насос, содержащий корпус в виде статорной обмотки электродвигателя и трубчатый кольцевой орган из диэлектрического материала с входными и выходными отверстиями, в котором размещены стальные шарики, трубчатый кольцевой орган выполнен в виде жесткой спирали [2].
Недостатком известного насоса является сложная конструкция. Прототипом является поршневой насос, содержащий цилиндр, поршень, всасывающий и нагнетательный клапаны, всасывающую и нагнетательную трубы и привод перемещения поршня, включающий электродвигатель и шатунно-кривошипный механизм [3].
На фиг. 1 схематично изображен поршневой насос (прототип).
При движении поршня из крайнего левого положения в крайнее правое в цилиндре создается разрежение, вследствие чего поднимается всасывающий клапан 3 и жидкость во всасывающей трубе 5 поступает в цилиндр 1, двигаясь за поршнем 2. При ходе поршня справа налево в цилиндре создается избыточное давление, и клапан 3 опускается, нагнетательный клапан 4 поднимается и жидкость вытесняется поршнем в нагнетательную трубу 6. При многократном возвратно-поступательном движении поршня, которое производится с помощью шатунно-кривошипного механизма, жидкость попеременно всасывается и нагнетается по трубам 5 и 6.
Недостатками прототипа являются низкая производительность, большие энергозатраты и сложность конструкции, связанные с использованием в качестве привода перемещения поршня электродвигателя и шатунно-кривошипного механизма.
Цель изобретения - повышение производительности, снижение энергозатрат и упрощение конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что поршневой насос, содержащий цилиндр, поршень, всасывающий и нагнетательный клапаны, всасывающую и нагнетательную трубы и привод перемещения поршня, отличается тем, что привод перемещения поршня выполнен в виде неподвижно установленного в цилиндре перед поршнем и соосно расположенного к поршню соленоида, сердечник которого подпружинен и одним концом введен в отверстие соленоида, а другой его конец присоединен к поршню; к цилиндру большим основанием присоединен размещенный за поршнем и соосно установленный полый усеченный конус, нагнетательная труба присоединена к малому основанию этого конуса, всасывающая труба расположена на боковой стенке полого усеченного конуса цилиндра; к поршню со стороны расположения нагнетательной трубы присоединен большим основанием соосно расположенный полый усеченный конус с заглушенным малым основанием; сердечник соленоида подпружинен посредством сильфона, установленного снаружи соленоида и соосно ему и соединенного одним концом с задней стенкой цилиндра, а другим концом с поршнем.
На фиг. 2 схематично изображен осевой разрез предлагаемого поршневого насоса.
Насос содержит цилиндр 1, подпружиненный поршень 2, всасывающий и нагнетательный клапаны 3 и 4, всасывающую и нагнетательную трубы 5 и 6 и привод перемещения поршня, выполненный в виде соленоида 8, установленного в цилиндре перед поршнем неподвижно и соосно расположенного к поршню. Сердечник 8 соленоида 7 одним концом введен в отверстие 9 соленоида, а другой его конец присоединен к поршню.
К цилиндру 1 большим основанием присоединен размещенный за поршнем и соосно установленный полый усеченный конус 11. нагнетательная труба 6 с размещенным в ней нагнетательным клапаном 4 расположена соосно этому конусу и соединена с его малым основанием. Всасывающая труба 5 с размещенным в ней всасывающим клапаном 3 расположена на боковой стенке конуса 10.
К поршню 2 со стороны расположения трубы 6 большим основанием присоединен соосно расположенный полый усеченный конус 11, малое основание которого заглушено перегородкой 12.
Сердечник 8 соленоида подпружинен посредством сильфона 13 установленного соосно снаружи соленоида и соединенного одним концом с задней стенкой 14 цилиндра 1, а другим его концом - с поршнем 2.
поршневой насос работает следующим образом.
При подключении в сеть электрического тока соленоида 7 его а сердечник 8 совместно с поршнем совершает колебательное движение. При движении поршня 2 из крайнего правого положения в крайнее левое положение в рабочем пространстве цилиндра и в пространстве между конусами 10 и 11 создается разрежение, вследствие чего открывается всасывающий клапан 3 и жидкость по всасывающей трубе 5 устремляется в пространство между конусами, а затем в цилиндр.
При движении поршня 2 слева направо в рабочем пространстве цилиндра 1 и в пространстве между конусами 10 и 11 создается избыточное давление и всасывающий клапан 3 закрывается, а нагнетательный клапан 4 открывается и жидкость вытесняется поршнем в нагнетательный трубопровод 6.
В период всасывания жидкости сильфон 13 под давлением на него поршня 2 сжимается, а в период нагнетания жидкости он растягивается под действием сил упругости гофр сильфона и давления сердечника 8 на поршень 2. Сильфон 13 ограничивает движение поршня в обе стороны.
Герметичное соединение сильфона 13 с задней стенкой 14 цилиндра 1 и поршнем 2 исключает попадание жидкости в сильфон и на соленоид 7.
Производительность поршневого насоса с использованием в качестве привода перемещения поршня соленоида выше, а энергозатраты ниже, чем у поршневого насоса с приводом перемещения поршня, состоящим из электродвигателя и массивного шатунно-кривошипного механизма, в котором кривошип получает от электродвигателя вращательное движение, а шатун от кривошипа - вращательно-поступательное движение.
В таблице представлены данные по производительности и числу двойных ходов поршня.
Производительность предлагаемого насоса повышена за счет увеличения частоты колебаний поршня, что стало возможным благодаря выполнению привода перемещения поршня в виде малогабаритного неподвижного соленоида.
В прототипе привод перемещения поршня выполнен из соединенных между собой шарнирно длинномерных шатуна с его сложным вращательно-поступательным движением, кривошипа с его вращательным движением и шатуна с его поступательным движением.
Энергозатраты снижены за счет осуществления колебательного движения поршня в электромагнитном поле, создаваемым соленоидом.
В прототипе значительная часть энергии расходуется на приведение в движение массивных звеньев шатунно-кривошипного механизма и трение в шарнирах.
Упрощение конструкции достигнуто за счет замены в приводе перемещения поршня шатунно-кривошипного механизма на соленоид.
Литература
1 Авторское свидетельство СССР №151332, кл. F04B 15/02, 1985 г.
2 Авторское свидетельство СССР №1236156, кл. F04B 19/12, 1984 г.
3 Комиссаром Ю.А. Процессы и аппараты химической технологии / Ю.А. Комиссаров, Л.С. Гордеев, Д.П Вент. - М., Химия, 2011, с. 264, рис. 7.1.