Насос вібраційний

Насос вібраційний, який містить корпус з кришками, електромагнітний привод, що містить у собі котушки соленоїдів, установлені на торцевих стінках корпусу, поршень, установлений у корпусі з можливістю зворотно-поступального переміщення між котушками соленоїдів і з утворенням двох робочих камер, стакани, зв'язані з поршнем і розміщені з обох його сторін з можливістю взаємодії з котушками соленоїдів, усмоктувальні та нагнітальні клапани, встановлені в робочих камерах, і датчики положення поршня, який відрізняється тим, що він додатково оснащений центруючою вставкою, виконаною з немагнітного матеріалу у вигляді двох зрізаних конусів, установлених з обох сторін поршня, бронзовими напівсферами, розміщеними U 2 36138 1 3 36138 можливістю взаємодії з котушками соленоїдів, усмоктувальні та нагнітальні клапани, встановлені в робочих камерах, і датчики положення поршня [2]. Недоліками насоса вібраційного, що обраний за прототип, є те, що він має малий ККД через те, що згаданий насос вібраційний не працює на енергетично найвигідніших режимах, оскільки у ньому збуджуються коливання робочого органа із заданими параметрами коливань, що не залежать від характеристик в'язкості рідини, яка перекачується насосом в робочі порожнини машини, з якою з'єднаний насос. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом використання енергетично найвигідніших режимів роботи насоса забезпечити збільшення його коефіцієнта корисної дії (ККД). Суть корисної моделі в насосі вібраційному, який містить корпус з кришками, електромагнітний привод, що містить у собі котушки соленоїдів, установлені на торцевих стінках корпусу, поршень, установлений у корпусі з можливістю зворотнопоступального переміщення між котушками соленоїдів і з утворенням двох робочих камер, стакани, зв'язані з поршнем і розміщені з обох його сторін з можливістю взаємодії з котушками соленоїдів, усмоктувальні та нагнітальні клапани, встановлені в робочих камерах, і датчики положення поршня, досягається тим, що він додатково оснащений центруючою вставкою, виконаною з немагнітного матеріалу у вигляді двох зрізаних конусів, установлених з обох сторін поршня, бронзовими напівсферами, розміщеними на зовнішній поверхні згаданих зрізаних конусів з боку їхнього більшого діаметра, гідрофобними накладками, встановленими на внутрішній поверхні корпусу з можливістю контакту з бронзовими напівсферами, постійними магнітами, розташованими з можливістю взаємодії зі згаданими датчиками, підсилювачем збудження коливань, з'єднаним з виходами датчиків, вихід якого з'єднаний з котушками соленоїдів електромагнітного привода, джерелом живлення, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача збудження коливань, пружними сильфонами, виконаними у вигляді зрізаних конусів, установлених в корпусі симетрично щодо поршня, сторони яких по більшому діаметру закріплені на торцевих стінках корпусу, а по меншому діаметру - на поршні, пружинами, розташованими по осі поршня, при цьому зрізані конуси центруючої вставки жорстко закріплені один до одного з боку меншого діаметра конусів, постійні магніти жорстко закріплені на центруючій вставці, датчики положення поршня виконані у вигляді індукційних датчиків зворотного зв'язку і закріплені на внутрішній поверхні стінки корпусу поза робочими камерами, постійні магніти виконані розташованими між датчиками зворотного зв'язку симетрично, а пружини виконані такими, що опираються своїми торцевими частинами, відповідно, у поршень і корпус котушки соленоїда електромагнітного привода. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що насос вібраційний, що заявляється, відрізняється тим, що він додатково оснащений центруючою встав 4 кою, виконаною з немагнітного матеріалу у вигляді двох зрізаних конусів, установлених з обох сторін поршня, бронзовими напівсферами, розміщеними на зовнішній поверхні згаданих зрізаних конусів з боку їхнього більшого діаметра, гідрофобними накладками, встановленими на внутрішній поверхні корпусу з можливістю контакту з бронзовими напівсферами, постійними магнітами, розташованими з можливістю взаємодії зі згаданими датчиками, підсилювачем збудження коливань, з'єднаним з виходами датчиків, вихід якого з'єднаний з котушками соленоїдів електромагнітного привода, джерелом живлення, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача збудження коливань, пружними сильфонами, виконаними у вигляді зрізаних конусів, установлених в корпусі симетрично щодо поршня, сторони яких по більшому діаметру закріплені на торцевих стінках корпусу, а по меншому діаметру - на поршні, пружинами, розташованими по осі поршня, при цьому зрізані конуси центруючої вставки жорстко закріплені один до одного з боку меншого діаметра конусів, постійні магніти жорстко закріплені на центруючій вставці, датчики положення поршня виконані у вигляді індукційних датчиків зворотного зв'язку і закріплені на внутрішній поверхні стінки корпусу поза робочими камерами, постійні магніти виконані розташованими між датчиками зворотного зв'язку симетрично, а пружини виконані такими, що опираються своїми торцевими частинами, відповідно, у поршень і корпус котушки соленоїда електромагнітного привода. Таким чином насос вібраційний, що заявляється, відповідає критерію "новизна". Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на Фіг.1 представлена конструктивно-компонувальна схема насоса вібраційного, що пояснює його роботу, на Фіг.2 представлена блок-схема насоса вібраційного, на Фіг.3 показаний зовнішній вигляд частини поршня, на Фіг.4 показаний зовнішній вигляд центруючої вставки із закріпленими на ній напівсферами, на Фіг.5 показаний зовнішній вигляд пружного сильфона, який конструктивно виконаний у вигляді зрізаного конуса з гофрованими стінками. Насос вібраційний містить корпус 1, виконаний циліндричним із двох симетричних половинок, з'єднаних між собою по фланцях, і оснащений кришками 2, встановленими на торцевих стінках корпусу 1, при цьому на кришках 2 виконані попарно усмоктувальний 3 і нагнітальний 4 клапани. Клапани 3 і 4 виконані сполученими з робочими камерами і містять робочі елементи 5 з пружиною 6. Всередині корпусу 1 по його осі симетрії встановлений електромагнітний привод, виконаний у вигляді котушок 7 соленоїдів, кожний з яких містить обмотку збудження 8 і сердечник 9. Поршень 10 виконаний із феромагнітного матеріалу у вигляді диска і з'єднаного з вищезазначеним диском стакана, який входить у кільцевий зазор між обмотками збудження 8 котушок 7 соленоїдів і сердечників 9. Котушки 7 соленоїдів (виконуючи функції електровібраторів) забезпечують поршню 10, який є, в свою чергу, р ухомим феромагнітним якорем для коливальної системи насоса, зворотно 5 36138 поступальні переміщення між котушками 7 соленоїдів відносно їх подовжньої осі. Між поршнем 10 і торцевими стінками котушок 7 соленоїдів встановлені пружини 11, які опираються одним кінцем на плоску поверхню поршня 10, а другим кінцем на торець котушок 7, забезпечуючи поршню 10 рівноважне положення у статичному стані. Поршень 10 закріплений осесиметрично на центруючій вставці 12, яка виконана з немагнітного матеріалу. Центруюча вставка 12 виконана у вигляді двох зрізаних конусів, при цьому зазначені конуси центруючої вставки 12 встановлені симетрично з обох боків поршня 10 і оснащені опорними елементами 13 у вигляді напівсфер (для забезпечення точечного контакту). Опорні елементи 13 виконані з бронзи та з полірованою поверхнею. При цьому кількість n опорних елементів 13 повинна бути не менше трьох (n≥3). Опорні елементи 13 опираються і контактують з накладками 14, виконаними із гідрофобного матеріалу, наприклад, з фторопласту (як матеріалу, який має мінімальний коефіцієнт тертя) для зменшення коефіцієнта тертя між поверхнею накладки 14 і опорними елементами 13, що контактують з поверхнею накладки. Гідрофобні накладки 14 закріплені на внутрішній поверхні корпусу 1. В районі меншого діаметра зрізаного конуса центруючої вставки 12, приєднаної до поршня 10, виконані, як варіант конструктивного виконання, виступи, які знаходяться поза камерами, утвореними зовнішньою поверхнею конусів центруючих вставок 12. На зазначених виступах закріплені постійні магніти 15, що взаємодіють з датчиками 16, закріпленими на внутрішній стінці корпусу 1. При цьому датчики 16 виконують функції датчиків зворотного зв'язку. Конструктивно зазначені датчики 16 встановлюються в магнітному полі (N/S) постійних магнітів 15 симетрично на однакових відстанях від них. Всередині корпусу 1 симетрично відносно поршня 10 встановлені пружні сильфони 17, які конструктивно виконані у вигляді зрізаних конусів з гофрованими стінками. Сторони зазначених пружних сильфонів 17 за великим діаметром закріплені на торцевих стінках корпусу 1 і жорстко зафіксовані до них кришкою 2. За меншим діаметром пружні сильфони 17 закріплені на поршні 10, утворюючи своїми гофрованими стінками робочі камери змінного об'єму. Конструктивно корпус 1 може бути виконаний з двох симетричних частин, при цьому зазначені частини корпусу 1 з'єднуються між собою, а кришка 2 з корпусом 1 - за допомогою стяжних елементів 18. Для забезпечення роботи насоса на резонансних режимах коливань передбачено коло зворотного зв'язку, в якому обмотки збудження 8 котушок 7 соленоїдів електромагнітного привода з'єднані з виходами підсилювача збудження 19. Виходи підсилювача збудження 19 виконані з'єднаними з виходами індукційних датчиків 16 і джерела живлення 20. Насос вібраційний працює таким чином. Попередньо на підсилювач збудження 19 подається живлення з джерела живлення 20. Водночас з подачею живлення, в одному з індукційних датчиків 16 виробляється сигнал у вигляді електрорушійної сили індукції (ЕРС). Це відбувається тому, що індукційні датчики 16 знаходяться у маг 6 нітному полі (N/S) постійного магніту 15. Вироблений індукційним датчиком 16 сигнал у вигляді ЕРС індукції подається на підсилювач збудження 19 (див. Фіг.1 та Фіг.2). З підсилювача збудження 19 вже підсилений сигнал подається на обмотки котушок 7 соленоїдів, які є електровібраторами, наприклад, на верхній, згідно зі схемою на Фіг.1. Замкнуте магнітне поле (N/S), яке виникає при цьому (що утворюється при взаємодії сердечника 9 та обмотки збудження 8 зазначеного електровібратора), буде діяти на плоский поршень 10, передаючи йому рух вздовж осі котушок 7, виштовхуючи складову частину поршня 10, яка конструктивно виконана у вигляді стакана, з кільцевого зазору котушки 7 соленоїда (електровібратора). Таке конструктивне виконання рухомого поршня 10 забезпечує зазначеному поршню 10 лінійну характеристику зворотно-поступальних переміщень у зазорі між верхньою і нижньою котушками 7 соленоїда (верхнім та нижнім електровібраторами). Поршень 10, переміщуючись під дією магнітного поля (N/S), створеного верхнім електровібратором, вниз за схемою на Фіг.1, стискує нижню пружину 11, накопичуючи в ній енергію. Водночас відкривається клапан 3 усмоктувального верхнього патрубка і закривається клапан 4 нагнітання в тій же частині корпусу 1 (які розміщені на верхній, згідно зі схемою на Фіг.1, кришці 2). Відбувається всмоктування робочої рідини у вер хню робочу гідропорожнину, обмежену верхньою кришкою 2 і внутрішньою поверхнею стінок верхнього сильфона 17. При цьому з нижньої гідропорожнини видавлюється рідина через нижній нагнітальний клапан 4 в порожнину нагнітання виконавчого механізму (виконавчий механізм на схемах на Фіг.1-5 не показаний). Нижній всмоктувальний клапан 3 при цьому є закритим за допомогою малої пружини 6, яка утримує тарілку клапана 5 на сідловині патрубка. Дійшовши до рівноважного положення, коли сила стискання нижньої пружини 11 буде дорівнювати силі взаємодії електромагнітного поля верхньої котушки 7 соленоїда (верхнього електровібратора - за схемою на Фіг.1), центруюча вставка 12, ковзаючи закріпленими на ній опорними елементами 13 (які виконані у вигляді напівсфер для забезпечення точечного контакту) по гідрофобним накладкам 14, які встановлені всередині корпусу 1, зупиниться. В момент зупинки центруючої вставки 12 електрорушійна сила в задіяному в перший напівперіод коливань індукційному датчику 16, який знаходиться в полі постійного магніту 15, буде дорівнювати "нулю" (тому що немає руху постійного магніту 15). Згідно з зазначеним припиняється подача сигналу з підсилювача збудження 19 на задіяну в перший напівперіод коливань котушку 7 соленоїда (на верхній електровібратор - за схемою на Фіг.1). Не отримуючи протидії зі сторони задіяної в перший напівперіод коливань котушки 7 соленоїда (верхнього електровібратора), нижня (за схемою на Фіг.1) пружина 11, яка була стиснутою в перший напівперіод коливань, почне розтискуватися, переміщуючи центр уючу вставку 12 із закріпленими на ній постійними магнітами 15 вверх (за схемою на Фіг.1). Постійні магніти 15 у цьому випадку почнуть взаємодіяти вже з іншими 7 36138 індукційними датчиками 16, а ЕРС, що вироблена цими датчиками, змінить свій знак на протилежний. Новий сигнал у вигляді ЕРС індукції з датчика 16, який працює в другий напівперіод коливань, подається на підсилювач збудження 19, а з нього, вже підсилений, на нижню котушку 7 соленоїда (нижній електровібратор) електромагнітного привода. Процес коливань другого напівперіоду аналогічний вищевикладеному. При цьому відкривається нижній всмоктувальний клапан 3 і верхній нагнітальний клапан 4. У нижню гідропорожнину рідина всмоктується, а з верхньої гідропорожнини - виштовхується через відповідний нагнітальний клапан 4 (розміщений на нижній кришці 2) в магістраль нагнітання виконавчого механізму. На цьому етапі роботи насоса перекриваються за допомогою пружини 6 верхній усмоктувальний клапан 3 і нижній нагнітальний клапан 4. Таким чином, виникають незатухаючі механічні коливання динамічної системи "приєднана маса рідини - пружні елементи", з частотою власних коливань, яка визначається параметрами цієї системи. Жорсткість динамічної системи визначається параметрами пружних елементів 11 (див. Фіг.1). Вибрана пара тертя "фторопласт - бронза" та контакт точки бронзового сферичного опорного елемента 13 з поверхнею фторопластової накладки 14 забезпечують системі 8 мінімальний коефіцієнт тертя. Пружний сильфон 17 (див. Фіг.5) обумовлює габарити гідропорожнини змінного об'єму і виконується з пластичного матеріалу, здатного витримати довготривалі знакозмінні навантаження з великою частотою. Підвищення ефективності використання насоса вібраційного в порівнянні з прототипом досягається шляхом використання динамічної системи "приєднана маса рідини - пружні елементи" з частотою власних коливань, яка визначається параметрами цієї системи. Використання динамічної системи та контур у, який самозбуджується з частотою власних коливань, забезпеченого колом позитивного зворотного зв'язку для підтримання коливань динамічної системи незатухаючими з резонансною частотою, призводить до того, що зазначений насос вібраційний працює на енергетично найвигідніших режимах стосовно витрат енергії і збудження коливань максимальної амплітуди. Цим досягається ефективність використання насоса вібраційного. Конструкція насоса вібраційного забезпечує його використання та ефективну роботу в будь-якому положенні. Джерела інформації 1. А.с. СРСР №1310530, кл. F04F7/00, 1985, аналог. 2. А.с. СРСР №1610067, кл. F04В17/04, 1989, прототип. 9 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 36138 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601