МАЯТНИКОВЫЙ ПРИВОД НАСОСА
PENDULUM PUMP DRIVE

Предлагаемое изобретение относится к устройствам подъема воды из резервуара, и может быть использовано для перекачивания воды для промышленных и хозяйственных нужд в энерго- и ресурсосберегающем режиме.
Известны насосы с приводами различного типа. Например, поршневой насос с кривошипно-шатунным приводом, кривошип которого непосредственно вращается валом двигателя (Башта Т.М., Руднев С.С. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Издательство «Машиностроение», Москва, 1982 г., стр. 275-276).
К недостаткам данного кривошипно-шатунного привода относятся сложность конструкции, а также прямая зависимость входной мощности привода от изменения выходной.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ручной насос для воды с маятником, приводимый в действие вручную при помощи качания маятника, содержащий погруженный в резервуар цилиндрический корпус насоса с выходной трубой, в котором соосно установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень с обратным клапаном, жестко закрепленным на нижнем конце штока, к верхнему концу штока шарнирно через рычаг прикреплена установленная на стойке кулиса, на которой на оси вращения закреплен маятник (патент YU 57799 A, опубл. 2001.05.28).
Недостатком прототипа является трудоемкость в эксплуатации в связи с наличием ручного привода маятника, низкая мощность насоса при относительно больших габаритах и, соответственно, высокая металлоемкость, а также невозможность осуществлять регулирование мощности привода.
Задачей изобретения является совершенствование привода насоса с возможностью регулирования его режима работы, изменение мощности, использование энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Технический результат достигается тем, что маятниковый привод насоса, содержащий погруженный в питающий резервуар цилиндрический корпус насоса с выходной трубой, в котором соосно установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень с обратным клапаном, поршень жестко закреплен на нижнем конце штока, верхний конец которого шарнирно через рычаг соединен с первым концом установленной на оси стойки кулисы, которая соединена через расположенную на ее втором конце ось крепления с приводным маятником, но в отличие от прототипа приводной маятник выполнен в виде ковшовой турбины с дебалансом, дополнительно снабжен приводом в виде электромотора и системой гидравлического регулирования, причем турбина с дебалансом расположена на одном валу с электромотором, фланец электромотора жестко закреплен на втором конце кулисы, под турбиной расположен сборный резервуар, соединенный через сливной шланг с питающим резервуаром, а система гидравлического регулирования включает гидравлический аккумулятор, тройник, нагнетательную трубу, нагнетательный и возвратный краны, переливной клапан и гибкий шланг с насадком, жестко закрепленным на кулисе и расположенным по касательной к лопаткам ковшовой турбины, при этом выходная труба насоса соединена через тройник с гидравлическим аккумулятором и нагнетательной трубой с расположенным внутри нее нагнетательным краном, на нагнетательной трубе также установлены два поперечных отвода с установленными внутри каждого из них, соответственно, возвратным краном и переливным клапаном, которые соединяют нагнетательную трубу с гибким шлангом.
Известен общий принцип работы насоса с приводом двойного маятника. Кулиса навешивается срединной часть на ось стойки и одним концом шарнирно соединяется через систему рычагов со штоком насоса, а другим концом с осью вращения маятника. Раскачивание маятника приводит к тому, что момент результирующей силы от действия силы тяжести, центробежной силы и силы инерции маятника относительно оси его закрепления периодически меняется, что приводит к периодически меняющейся силе воздействия на ось закрепления маятника, что, в свою очередь, вызывает раскачивание кулисы, а значит и к возвратно-поступательному движению штока насоса, который, двигаясь вниз, перемещает внутри цилиндра соединенный с ним поршень и через открывающийся обратный клапан в поршне засасывает из резервуара жидкость в полость цилиндра над поршнем, а двигаясь вверх, нагнетает жидкость поршнем в выходную трубу.
Существенные признаки изобретения обеспечивают достижение технического результата.
Для обеспечения механизации перекачивания жидкости из резервуара или подъема ее на необходимую высоту приводной маятник выполнен в виде ковшовой турбины с дебалансом, снабжен приводом в виде электромотора и системой гидравлического регулирования, турбина с дебалансом расположена на одном валу с электромотором причем фланец электромотора жестко закреплен на втором конце кулисы.
Предлагаемое устройство позволяет использовать ресурсосбережение за счет того, что под турбиной расположен сборный резервуар, соединенный через сливной шланг с питающим резервуаром. В данном резервуаре собирают ту часть перекачиваемой жидкости, которая в процессе регулирования попадает на лопасти ковшовой турбины.
Система гидравлического регулирования мощности привода позволяет регулировать мощность устройства, а также снижать затраты электроэнергии, потребляемой электромотором при снижении расхода перекачиваемой жидкости.
Повышение или снижение мощности насоса обеспечивают, соответственно, увеличением или уменьшением частоты колебаний кулисы и силы ее воздействия на шток поршня насоса, за счет изменения частоты вращения ковшовой турбины с дебалансом и изменения частоты вращения электромотора, что приводит также к изменению центробежной силы дебаланса. Частота колебаний кулисы и сила воздействия ее на поршень зависят от массы дебаланса, радиуса вращения дебаланса и частоты его вращения.
На чертеже представлена схема маятникового привода насоса.
Маятниковый привод насоса (чертеж) с системой гидравлического регулирования содержит цилиндрический корпус насоса 1, поршень 2, имеющий обратный клапан 8 и прикрепленный к нижнему концу штока 9, верхний конец которого шарнирно соединен с рычагом 3, он шарнирно крепится к первому концу кулисы 4, навешанной на ось вращения 11 стойки 10. Второй конец кулисы 4 жестко крепится к фланцу 24 электромотора 23, на вал 12 которого крепится ковшовая турбина 5 с дебалансом 13. Выходная труба насоса 7 соединена с одним выходом тройника 28, второй выход которого соединен с гидравлическим аккумулятором 14, а третий выход соединен с нижним концом нагнетательной трубы 17 с нагнетательным краном 18. К нагнетательной трубе подсоединены два поперечных отвода с подсоединенными на вход возвратным краном 19 и переливным клапаном 20, выходы которых выведены в общую трубу, на которую закреплен одним своим концом гибкий шланг 21, на другой конец которого крепится насадок 22, который жестко закреплен на кулисе 4 и направлен по касательной к лопаткам ковшовой турбины 5. Под ковшовой турбиной 5 установлен сборный резервуар 25 со сливной трубой 26.
Система гидравлического регулирования включает гидравлический аккумулятор 14, тройник 28, нагнетательную трубу 17, нагнетательный 18 и возвратный 19 краны, переливной клапан 20 и гибкий шланг 21 с насадком 22, жестко закрепленным на кулисе 4 и расположенным по касательной к лопаткам ковшовой турбины.
Устройство работает следующим образом.
Маятниковый привод насоса с системой гидравлического регулирования работает в двух режимах - полной мощности (расчетном) и энергосберегающем. Перед началом работы подают питание на электромотор 23 от источника электрической энергии, включают его и настраивают с помощью регулятора частоты вращения на расчетную частоту вращения вала 12. Закрепленная на валу 12 ковшовая турбина 5 с дебалансом 13 начинает вращаться и создавать переменную нагрузку через подшипники вала и фланец электромотора 24 на второй конец кулисы 4, что приводит к раскачиванию кулисы 4 и качанию электромотора 23 с ковшовой турбиной 5. В свою очередь, качающийся первый конец кулисы 4 через систему рычага 3 приводит к возвратно-поступательному движению шток 9 и, через него, поршень 2 насоса. Насос начинает работать и через выходную трубу насоса 7 подавать воду в гидравлический аккумулятор 14, заряжая его, а по нагнетательной трубе 17 через открытый нагрузочный кран 18 подавать под давлением жидкость потребителю. Таким образом, работа насоса выходит на полную (расчетную) мощность.
Для работы в энергосберегающем режиме, в случае уменьшения потребления жидкости потребителем (прикрытии или полном закрытии нагнетательного крана 18), давление в гидравлическом аккумуляторе 14 повышается, открывается переливной клапан 20 и часть жидкости (или вся жидкость в случае полного закрытия нагнетательного крана 18) через гибкий шланг 21 и насадку 22 направляется на лопатки ковшовой турбины 5, тем самым помогая электромотору 23 вращать ковшовую турбину 5. Это вызывает снижение потребления электрической энергии электромотором 23. При этом жидкость после ковшовой турбины не теряется, а собирается в сборный резервуар 25 и возвращается по сливной трубе 26 в питающий резервуар 6.
Система гидравлического регулирования позволяет добиться энергосбережения за счет переливного клапана 20, гибкого шланга 21 с насадком 22, жестко закрепленной на кулисе 4, и ковшовой турбины 5 следующим образом. Переливной клапан 20 регулируется пружиной на давление чуть большее, чем рабочее (ориентируясь на манометр гидравлического аккумулятора). Если потребителю жидкости потребуется меньший расход, он перекроет, например, нагнетательный кран 18, что приведет к увеличению давления в аккумуляторе 14 и перед переливным клапаном 20, который откроется и часть жидкости пойдет по гибкому шлангу к насадку 22, из которого струей будет подаваться на лопатки турбины 5 точно по касательной, так как насадок жестко закреплен на кулисе 5 и колеблется вместе с ней в такт колебаний ковшовой турбины. Это дополнительное воздействие струи на турбину 5 приведет к уменьшению нагрузки на электромотор 23, а следовательно, к снижению потребления им электроэнергии. Наибольшая разгрузка электромотора 23 предусмотрена при полном открытии возвратного крана 19 и закрытом нагнетательном кране 18. (Например, для кратковременной работы электромотора в режиме генератора при неразряженном гидравлическом аккумуляторе). При этом потребляемая гидроаккумулятором 14 жидкость не расходуется, а собирается сборным резервуаром 25 после ковшовой турбины 5, откуда она самотеком поступает в питающий резервуар по сливному шлангу 26. Гидроаккумулятор 14 обеспечивает равномерность подачи жидкости потребителю и стабильность мощности струи, подающейся на ковшовую турбину. При его отсутствии работа одного поршневого насоса приводит к неравномерности потока жидкости.
Применение маятникового привода для перекачивания воды, например, из водохранилища для подачи потребителям позволяет обеспечивать водоснабжение практически без потерь, регулировать расход воды в зависимости от количества потребителей при соблюдении режима энергосбережения.