Способ перекачки химически агрессивных жидкостей и устройство для его осуществления
PUMPING OF CHEMICALLY AGGRESSIVE LIQUIDS, METHOD AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Группа изобретений предназначена для использования в авиационной технике, а именно в гидравлических системах в качестве насоса, и может найти применение в области машиностроения,
В известном устройстве - вибрационный насос Беляева (патент SU 781402) - используются система усеченных конусов, ультразвуковые преобразователи и концентраторы.
Недостатком этого насоса является сложность конструкции, а также использование ультразвука, что способствует эрозии поверхностей конструктивных элементов при перекачке химически агрессивных жидкостей.
Известен также способ перекачивания агрессивных жидкостей, заключающийся в вытеснении их из замкнутой емкости в резервуар за счет перепада давлений (патент РФ 2054374).
Недостатком этого способа является возможность утечек, вызванная множеством мест соединения трубопроводов и элементов конструкций, что может привести к загрязнению окружающей среды и возникновению пожаров.
Задачей предлагаемой группы изобретений является обеспечение экологической и пожарной безопасности и упрощение конструкции устройства.
Указанная задача достигается тем, что применяется способ перекачки химически агрессивных жидкостей, включающий периодическую подачу рабочей жидкости в тупиковый отвод корпуса и ее отвод из него, причем подача и отвод жидкости из тупикового отвода осуществляются с различными скоростями, а суммарный приток жидкости в тупиковый отвод в целом за период равен нулю, при этом устройство для перекачки химически агрессивных жидкостей содержит корпус и заглушенную гофрированную оболочку, причем корпус состоит из всасывающего и нагнетающего патрубков различного сечения, образующих несимметричный гидравлический канал, и тупикового отвода в месте соединения патрубков, а гофрированная оболочка присоединена к тупиковому отводу.
В предлагаемом способе перекачки химически агрессивных жидкостей используются инерционные свойства среды, а также гидравлическое сопротивление каналов передвижения жидкости.
Ниже приведены теоретические доказательства явления возникновения осредненного по времени направленного течения жидкости в несимметричных гидравлических каналах под воздействием периодически пульсирующего источника давления с различной крутизной фронтов нарастания и убывания давления, находящегося внутри несимметричного гидравлического канала (н.г.к.).
Способ перекачки химически агрессивных жидкостей и устройство для его осуществления поясняются следующими чертежами.
На фиг. 1 изображено устройство для перекачки химически агрессивных жидкостей.
На фиг. 2 схематично показан расход жидкости, поступающей через тупиковый отвод в н.г.к. в течение одного периода, причем скорость подачи жидкости больше скорости ее отвода.
На фиг. 3 схематично показан расход жидкости, поступающей через тупиковый отвод в н.г.к. в течение одного периода, причем скорость подачи жидкости меньше скорости ее отвода.
На фиг. 4 показаны фазы осредненного по времени направленного течения жидкости в широкую часть н.г.к. за один период.
На фиг. 5 показаны фазы осредненного по времени направленного течения жидкости в узкую часть н.г.к. за один период.
На фиг. 6 в качестве примера показана схема подключения устройства для перекачки агрессивных жидкостей.
1
2
1
2
0
Устройство состоит из всасывающего и нагнетающего патрубков 1, в месте соединения которых имеется тупиковый отвод 2 с присоединенной к нему гофрированной оболочкой 3 (фиг. 1). Всасывающий и нагнетающий патрубки образуют несимметричный гидравлический канал. При растяжении гофрированной оболочки 3 жидкость отводится через тупиковый отвод 2 из н.г.к. Патрубки различны по своему сечению и возникающие в них расходы жидкости также различны, при этом расход жидкости Q в широкой части н.г.к. больше расхода жидкости Q в узкой части н.г.к. и Q+Q=Q.
01
02
На фиг. 2 схематично показан расход жидкости через тупиковый отвод за один период Т. На графике по оси абсцисс отложено время t, по оси ординат - расход жидкости Q через тупиковый отвод. Q - расход жидкости, поступающей в н.г.к. через тупиковый отвод, Q - расход жидкости, отводящейся из н.г.к. На фиг. 4 показаны фазы (перечисление идет сверху вниз) осредненного по времени направленного течения жидкости в широкую часть н.г.к. за один период.
01
ш1
yl
I фаза. Большой приток жидкости Q через тупиковый отвод в н.г.к. обеспечивает большие импульсы жидкости W и W в широкой и узкой частях н.г.к. При этом, т.к. гидравлическое сопротивление широкой части н.г.к. меньше гидравлического сопротивления узкой части н.г.к., скорость жидкости в широком патрубке больше скорости жидкости в узком патрубке и
ш1
yl
W>W.
0
I
II фаза. Q=0. Жидкость в н.г.к. через тупиковый отвод не поступает. Суммарный импульс жидкости W направлен в широкую часть н.г.к.
02
01
ш2
y2
III фаза. В этой фазе осуществляется отвод жидкости из н.г.к., причем Q<Q (скорость отвода жидкости меньше скорости ее подачи). Поэтому импульсы жидкости в широкой и узкой частях н.г.к. W и W меньше соответствующих импульсов в первой фазе.
0
II
IV фаза. Q=0. Жидкость в н.г.к. через отвод не поступает. Суммарный импульс жидкости W направлен в узкую часть н.г.к.
02
01
II
I
Т.к. Q<Q (скорость отвода жидкости меньше скорости ее подачи), W<W и в целом за период жидкость получает импульс, направленный в широкую часть н.г.к. Т.о., возникает осредненное по времени направленное течение жидкости в широкую часть н.г.к.
На фиг. 5 показаны фазы осредненного по времени направленного течения жидкости в узкую часть н.г.к. за один период. Отличие от предыдущего случая заключается в том, что скорость подачи жидкости в н.г.к. через тупиковый отвод меньше скорости ее отвода (фиг. 3)
02
01
Q>Q,
ш2
y2
II
I
поэтому импульсы W и W больше соответствующих импульсов в первой фазе и суммарный импульс W больше суммарного импульса W. В итоге за период жидкость получает импульс, направленный в узкую часть н.г.к.
Т.о., возникает осредненное по времени направленное течение жидкости в узкую часть н.г.к.
Вкратце:
при подаче жидкости в н.г.к. (фиг. 2) суммарный импульс жидкости направлен в широкую часть н.г.к. и равен
I
01
W=kQ,
при отводе жидкости из н.г.к. суммарный импульс жидкости направлен в узкую часть н.г.к. и равен
II
02
W=kQ,
где k - коэффициент, зависящий от геометрических параметров н.г.к. и плотности жидкости;
01
Q - расход жидкости, поступающей в н.г.к.;
02
Q - расход жидкости, отводящейся из н.г.к.
01
02
I
II
При Q>Q, т.е. скорость подачи жидкости больше скорости ее отвода, (фиг. 2), W>W и суммарный импульс, который получает жидкость, находящаяся в н.г.к., за один период, направлен в сторону широкой части н.г.к.
Т.о., возникает осредненное по времени направленное течение жидкости в широкую часть н.г.к.
01
02
I
II
При Q<Q, т.е. скорость подачи жидкости меньше скорости ее отвода, (фиг. 3), W<W и суммарный импульс, который получает жидкость, находящаяся н.г.к., за один период, направлен в сторону узкой части н.г.к.
Т.о., возникает осредненное по времени направленное течение жидкости в узкую часть н.г.к.
Источником расхода жидкости (исполнительным органом) через отвод может служить заглушенная гофрированная оболочка (сильфон), которая не является механизмом и закон растяжения-сжатия которой может осуществляться, например, электромагнитом.
На фиг. 6 в качестве примера показана схема подключения устройства для перекачки агрессивных жидкостей, где 1 - всасывающий и нагнетающий патрубки, образующие н.г.к.; 2 - тупиковый отвод; 3 - гофрированная оболочка; 4 - резервуары с жидкостью; 5 - стыковочные штуцеры; 6 - запорные вентили; 7 - соединительный шланг для выравнивания давлений в резервуарах. В процессе работы гофрированная оболочка 3 совершает возвратно-поступательные движения. Когда жидкость подается через тупиковый отвод 2 в н.г.к. по закону, представленному на графике фиг. 2, происходит перекачивание жидкости из правого (по чертежу) резервуара в левый резервуар. Если же выполняется закон движения жидкости в н.г.к. по графику на фиг. 3, жидкость перекачивается из левого резервуара в правый. Запорные вентили 6 предназначены для перекрытия магистрали после окончания работ.