Спосіб подачі рідини із порожнини низького тиску в порожнину високого тиску та установка для його здійснення (варіанти)

Реферат: Спосіб передбачає певний порядок подачі рідини з порожнини низького тиску в одну або декілька проміжних порожнин, які виконують функцію термонасоса, а також пари з порожнини високого тиску в заповнену проміжну порожнину. За допомогою пари рідину з проміжної порожнини подають в порожнину високого тиску. Установка містить сполучені між собою порожнину низького тиску, порожнину високого тиску і термонасос. За першим варіантом термонасос виконаний у вигляді одної проміжної порожнини, всередині якої розташований поплавок. На внутрішніх поверхнях порожнини (у верхній і нижній частинах), а також на зовнішніх частинах поплавка закріплені магніти. За другим варіантом термонасос виконаний у вигляді двох сполучених між собою проміжних порожнин, кожна з яких забезпечена поплавком та електроконтактами рівнів наповнення рідиною. UA 102488 C2 (12) UA 102488 C2 UA 102488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі теплотехніки, зокрема до способу подачі рідини з порожнини низького тиску до порожнини високого тиску та установки для його здійснення. Відомі способи подачі рідини з порожнини низького тиску до порожнини високого тиску шляхом всмоктування цієї рідини об'ємним насосом та здійснення механічної роботи над рідиною, що призводить до підвищення її тиску, або передачу динамічного напору, який перетворюється в статичний напір у відцентрових або осьових насосах [див. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры - М.: Энергоатомиздат, 1984. - С. 13-24]. Ці способи потребують затрат електроенергії або механічної роботи, що пов'язані з великими втратами, внаслідок перетікання рідини через нещільність тощо. Відомий також спосіб, в якому використовують тепло для здійснення подачі рідини з порожнини низького тиску до порожнини високого тиску [див. Лехмус О.О. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. "Исследование безнасосной судовой эжекторной холодильной машины на фреоне -12" Николаев, НКИ, 1973 год.]. Даний спосіб включає наступні операції: а) випорожнення порожнини високого тиску та зрівняння тиску в ній з тиском в порожнині низького тиску шляхом перепуску залишків парової фази рідини в порожнину низького тиску; б) перетискування рідини з порожнини низького тиску до порожнини високого тиску. Цей спосіб має суттєві недоліки, які полягають в низькій економічній ефективності та недостатній надійності, що пов'язано зі значними втратами тепла, тривалими проміжками часу на подачу рідини та на процеси вирівнювання тиску між порожнинами. Але, як наведені, так і інші способи вирішують поставлену задачу іншим шляхом, а тому жоден із способів подачі рідини з порожнини низького тиску до порожнини високого тиску, які відомі заявникам, не може бути вибраний прототипом, а критика буде некоректною. Відома установка для подачі рідини з порожнини низького тиску до порожнини високого тиску. Установка містить сполучені між собою системою трубопроводів порожнину низького тиску (конденсатор), порожнину високого тиску (парогенератор), термонасос і зворотний клапан. Термонасос виконаний у вигляді корпусу з кришкою. Всередині корпусу розташовані поплавок, важіль, що ламається, тяга, клапан і штовхач [див. Красюк Л.С. Диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук. Фреоновые эжекторные холодильные машины малой производительности. Одесский технологический институт холодильной промышленности. - Одесса, 1971. - с. 65-67, рис. 17,18]. Дана установка вибрана прототипом. Прототип і установка, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: порожнина низького тиску; порожнина високого тиску; термонасос. Але установці за прототипом притаманні наступні недоліки. 1. Низька надійність механічної системи ламких важелів (перехід через мертву точку може заклинити через 2-3 ходи, що і спостерігалося під час випробувань). 2. Невдала схема подачі і виходу рідини, об'єднана в одному трубопроводі, що збільшує ризик утворення бульбашок пари внаслідок змінної температури в межах циклу. 3. Періодичність роботи насоса, велика ємність проміжної порожнини внаслідок наявності поплавка і важелів, а також значний час циклу перемикань системи важелів. В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб подачі рідини з порожнини низького тиску до порожнини високого тиску та установку для його здійснення, в яких шляхом зміни порядку виконання операцій, а також іншого конструкційно-схемного виконання як термонасоса, так і установки в цілому, забезпечити підвищення ефективності, за рахунок: мінімізації тривалості часу циклу, шляхом регулювання висоти та діаметра трубопроводів; зниження втрати тепла, маси та ексергії шляхом перепуску частки між проміжними порожнинами; організації безперервної подачі рідини шляхом використання двох або більшої кількості проміжних порожнин; гарантування відсутності утворення бульбашок в рідині внаслідок наявності ізоляційного шару внутрішньої поверхні проміжної порожнини на з'єднуючих трубопроводах. Поставлена задача вирішена групою винаходів, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом - способом подачі рідини з порожнини низького тиску до порожнини високого тиску та установкою для його здійснення. В першому винаході поставлена задача вирішена в способі подачі рідини із порожнини низького тиск) в порожнину високого тиску тим, що спочатку одну або декілька із проміжних 1 UA 102488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 порожнин термонасоса заповнюють рідиною, яку подають із порожнини низького тиску, після чого перекривають доступ рідини із заповненої проміжної порожнини термонасоса в порожнину низького тиску і подають рідину із заповненої проміжної порожнини термонасоса в порожнину високого тиску, потім рідину із порожнини низького тиску подають в другу проміжну порожнину термонасоса, а пару із порожнини високого тиску подають в першу проміжну порожнину термонасоса, заповнену рідиною, рідину із першої заповненої проміжної порожнини термонасоса подають в порожнину високого тиску, після спорожнення першої порожнини обидві проміжні порожнини термонасоса сполучають, при вирівнюванні тиску в обох проміжних порожнинах зв'язок між ними перекривають, проміжну порожнину, заповнену рідиною, сполучають з порожниною високого тиску, а пусту проміжну порожнину сполучаютьз порожниною високого тиску, після чого описаний цикл повторюють. В другому винаході поставлена задача вирішена в установці для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску, що містить сполучені між собою трубопроводами порожнину низького тиску, термонасос і порожнину високого тиску, тим, що термонасос виконаний у вигляді двох сполучених між собою проміжних порожнин, кожна з яких забезпечена поплавком та електроконтактами верхнього і нижнього рівнів наповнення рідиною, на перепускному трубопроводі, що з'єднує середні частини проміжних порожнин, установлений соленоїдний вентиль, на трубопроводі, що з'єднує верхні частини проміжних порожнин термонасоса і порожнину низького тиску, а також на трубопроводі, що з'єднує нижні частини проміжних порожнин термонасоса і порожнину високого тиску, установлені клапани, а на трубопроводі, що з'єднує верхні частини проміжних порожнин термонасоса і порожнину високого тиску, установлені соленоїдні вентилі. В третьому винаході поставлена задача вирішена в установці для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску, що містить сполучені між собою трубопроводами порожнину низького тиску, термонасос і порожнину високого тиску, тим, що термонасос виконаний у вигляді проміжної ємності, всередині якої розташований поплавок, при цьому на внутрішній поверхні верхньої і нижньої частин термонасоса, а також на зовнішніх поверхнях верхньої і нижньої частин поплавка закріплені постійні магніти або електромагніти, розташовані один проти одного різнойменними полюсами, а на трубопроводах установлені клапани. Винахід ілюструється кресленнями, де: фіг. 1 - принципова схема установки для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску, в якій термонасос виконаний у вигляді двох проміжних порожнин (варіант 1); фіг. 2 - принципова схема установки для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску, в якій термонасос виконаний у вигляді однієї проміжної порожнини (варіант 2); фіг. 3 - принципова схема установки для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску, в якій термонасос виконаний у вигляді трьох проміжних порожнин. Установка для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску за ПЕРШИМ ВАРІАНТОМ (фіг. 1) містить порожнину низького тиску (наприклад, конденсатор) 1, порожнину високого тиску (наприклад, парогенератор 2) і термонасос виконаний у вигляді двох сполучених між собою проміжних порожнин 3 і 4. В кожній проміжній порожнині 3 і 4 розташований поплавок 5. У верхніх частинах проміжних порожнин 3 і 4 установлені електроконтакти 6, а в нижніх частинах - електроконтакти 7. На трубопроводі 8, який з'єднує проміжні порожнини 3 і 4, установлено незворотні клапани 9. На трубопроводі 10, який з'єднує проміжні порожнини 3 і 4 і порожнину високого тиску 2, установлені соленоїдні вентилі 11. На трубопроводі 12, який з'єднує порожнину низького тиску 1 і другу проміжну порожнину 4, установлений соленоїдний вентиль 13. На трубопроводах, які з'єднують проміжні порожнини 3 і 4 з порожниною високого тиску 2, установлені клапани 14. На перепускному трубопроводі 15, що з'єднує середні частини проміжних порожнин 3 і 4, установлений перепускний соленоїдний вентиль 16. Порожнина високого тиску 2 за допомогою трубопроводу 17 сполучена з трубопроводом 14 і з нижніми частинами проміжних порожнин 3 і 4 за допомогою трубопроводу 18. Працює установка за ПЕРШИМ ВАРІАНТОМ у наступному порядку. Спочатку з порожнини низького тиску 1 по трубопроводу 12 заповнюють рідиною одну з проміжних порожнин, наприклад, 3. Після заповнення проміжної порожнини 3 рідиною закривають клапан 13, перекриваючи доступ рідини із проміжної порожнини 3 в порожнину низького тиску 1, відкривають клапан 18 і подають пару з порожнини високого тиску 2 в проміжну порожнину 3. 2 UA 102488 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Після випуску рідини з проміжної порожнини, наприклад, 3, шляхом витискання парою високого тиску, яка надходить з порожнини високого тиску 2, ця пара високого тиску через соленоїдний вентиль 16 випускається в наповнену рідиною другу проміжну порожнину 4 під рівень рідини, де конденсується та нагріває рідину, при цьому підвищує тиск в цій порожнині до проміжного значення. Після вирівняння тиску в обох проміжних порожнинах 3 і 4, їх роз'єднують шляхом закриття соленоїдного вентиля 16, а заповнену рідиною проміжну порожнину 4 сполучають з порожниною високого тиску 2. Таким чином, пара високого тиску не випускається в порожнину низького тиску 1, де її ексергія повністю витрачалась би марно, а частково використовується для підняття тиску в проміжній порожнині перед впуском пари високого тиску, тобто зменшуються втрати пари високого тиску. Окрім цього, не збільшується тепло, яке відводиться в порожнині низького тиску 1, що приводить до економії теплопередавальної поверхні. На фіг. 1 зафіксовано момент, коли через соленоїдний вентиль 16 з проміжної порожнини 4 до проміжної порожнини 3 перепускають частину пари високого тиску під рівень рідини. Далі соленоїдний вентиль 16 закривають, відкривають вентиль 11 на трубопроводі 17, поєднаний з порожниною 3, по якому пара високого тиску надходить до порожнини 3 та перетискує рідину через трубопровід до порожнини високого тиску 2. Водночас проміжна порожнина 4 поєднується з порожниною низького тиску 1 по паровому трубопроводу 12 через соленоїдний вентиль 13, пара з проміжної порожнини 4 переходить до порожнини низького тиску 1, доки тиск в обох порожнинах не зрівняється, тоді відкривається незворотний клапан 9 та рідина з порожнини низького тиску 1 надходить в проміжну порожнину 4 до заповнення на рівень, який контролює електроконтакт 6 в проміжній порожнині 4. Тимчасом рівень рідини в проміжній порожнині 3 добігає до електроконтакту 6, після чого соленоїдний вентиль 11 та незворотний клапан 14 на магістралі 17 закриваються. Далі відбувається перепуск пари високого тиску з порожнини 3 через соленоїдний вентиль 16 до порожнини 4 та здійснюється новий цикл. Установка для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску за ДРУГИМ ВАРІАНТОМ (фіг.2) містить порожнину низького тиску 1, порожнину високого тиску 2 і термонасос. Термонасос виконаний у вигляді проміжної порожнини 3, всередині якої розташований поплавок 5. На внутрішній поверхні нижньої частини проміжної порожнини 3 установлені постійні магніти або електромагніти 19, а на зовнішній поверхні нижньої частини поплавка 5 закріплені постійні магніти або електромагніти 20. Постійні магніти або електромагніти 19 і 20 розташовані один проти одного різнойменними полюсами. На внутрішній поверхні верхньої частини проміжної порожнини 3 установлені постійні магніти або електромагніти 21, а на зовнішній поверхні верхньої частини поплавка 5 закріплені постійні магніти або електромагніти 22. Постійні магніти або електромагніти 21 і 22 також розташовані один проти одного різнойменними полюсами. Нижня частина порожнини низького тиску 1 сполучена з термонасосом трубопроводом для подачі рідини 23, а верхня частина трубопроводом 24. На трубопроводах 23 і 24 установлені незворотні клапани (на кресленні не показано). Верхня частина порожнини високого тиску 2 сполучена з проміжною порожниною 3 трубопроводом для подачі пари 25, а нижня частина трубопроводом26 На трубопроводах 25 і 26 установлені незворотні клапани (на кресленні не показані). Установка за ДРУГИМ ВАРІАНТОМ працює наступним чином. В проміжній порожнині 3 постійні магніти або електромагніти 19 і 20 щільно прилягають (притягуються) один до одного і перекривають отвори трубопроводів 25, 26, які з'єднують проміжну порожнину 3 з порожниною високого тиску 2. При цьому клапани на трубопроводах 23, 24 відкриті і рідина з порожнини низького тиску 1 (наприклад, конденсатора) надходить до термонасоса. У міру надходження рідини на поплавок 5 діє виштовхуючи сила Архімеда. Коли вказана сила перевищить сукупність сили тяжіння і магнітної сили, поплавок 5 відривається від магніту 19, а магніт 22 притягується до магніту 21, перекриваючи отвори трубопроводів 23, 24. Проміжна порожнина 3 з'єднується з порожниною високого тиску 2 і рідина по трубопроводах 25, 26 надходить до неї під дією гравітаційних сил. Далі описаний цикл повторюється. Установка для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску за ТРЕТІМ ВАРІАНТОМ (фіг. 3) містить порожнину низького тиску 1, порожнину високого тиску 2 і термонасос, виконаний у вигляді трьох проміжних порожнин 3, 4, 27. Конструкція кожної проміжної порожнини 3, 4, 27 аналогічна тому, як описана в установці за ДРУГИМ ВАРІАНТОМ. 3 UA 102488 C2 5 10 На фіг. 3 показано момент, коли проміжну порожнину 3 заповнили рідиною з порожнини низького тиску 1 та відімкнули від неї. Проміжну порожнину 4 продовжують заповнювати рідиною з порожнини низького тиску 1, а з проміжної порожнини 27 закінчено випуск рідини в порожнину високого тиску 2 та проміжну порожнину 27 відімкнули від порожнини високого тиску 2. Далі парою високого тиску, яку направляють з порожнини високого тиску 2 по трубопроводу 31 в порожнину 4, перетискують рідину по трубопроводу 30 до порожнини високого тиску 2. В цей же час проміжну порожнину 27 закінчують наповнювати рідиною з проміжної порожнини низького тиску 1 по рідинному трубопроводу 29 та відмикають від цієї порожнини, перекриваючи трубопроводи 28 і 29. Водночас проміжну порожнину 3 паровим трубопроводом 31 та рідинним трубопроводом 30 поєднують з порожниною низького тиску 1, після чого починають заповнювати її рідиною низького тиску. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 1. Спосіб подачі рідини із порожнини низького тиску в порожнину високого тиску, який характеризується тим, що спочатку одну або декілька із проміжних порожнин термонасоса заповнюють рідиною, яку подають із порожнини низького тиску, після чого перекривають доступ рідини із заповненої проміжної порожнини термонасоса в порожнину низького тиску і подають рідину із заповненої проміжної порожнини термонасоса в порожнину високого тиску, потім рідину із порожнини низького тиску подають в другу проміжну порожнину термонасоса, а пару із порожнини високого тиску подають в першу проміжну порожнину термонасоса, заповнену рідиною, рідину із першої заповненої проміжної порожнини термонасоса подають в порожнину високого тиску, після спорожнення першої порожнини обидві проміжні порожнини термонасоса сполучають, при вирівнюванні тиску в обох проміжних порожнинах зв'язок між ними перекривають, проміжну порожнину, заповнену рідиною, сполучають з порожниною високого тиску, а пусту проміжну порожнину сполучають з порожниною високого тиску, після чого описаний цикл повторюють. 2. Установка для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску, що містить сполучені між собою трубопроводами порожнину низького тиску, термонасос і порожнину високого тиску, яка відрізняється тим, що термонасос виконаний у вигляді двох сполучених між собою проміжних порожнин, кожна з яких забезпечена поплавком та електроконтактами верхнього і нижнього рівнів наповнення рідиною, на перепускному трубопроводі, що з'єднує середні частини проміжних порожнин, установлений соленоїдний вентиль, на трубопроводі, що з'єднує верхні частини проміжних порожнин термонасоса і порожнину низького тиску, а також на трубопроводі, що з'єднує нижні частини проміжних порожнин термонасоса і порожнину високого тиску, установлені клапани, а на трубопроводі, що з'єднує верхні частини проміжних порожнин термонасоса і порожнину високого тиску, установлені соленоїдні вентилі. 3. Установка для подачі рідини з порожнини низького тиску в порожнину високого тиску, що містить сполучені між собою трубопроводами порожнину низького тиску, термонасос і порожнину високого тиску, яка відрізняється тим, що термонасос виконаний у вигляді проміжної порожнини, всередині якої розташований поплавок, при цьому на внутрішній поверхні верхньої і нижньої частин термонасоса, а також на зовнішніх поверхнях верхньої і нижньої частин поплавка закріплені постійні магніти або електромагніти, розташовані один проти одного різнойменними полюсами, а на трубопроводах установлені клапани. 4 UA 102488 C2 5 UA 102488 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6