ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НАСОС

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НАСОС


RU (11) 2263227 (13) C1

(51) 7 F04B17/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004110306/06 
(22) Дата подачи заявки: 2004.04.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.04.05 
(45) Опубликовано: 2005.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 436508 A, 18.12.1974.

SU 1151711 A, 23.04.1985.

US 5662461 A, 02.09.1997.

US 5509792 A, 23.04.1996. 

DE 19525097 A, 25.01.1996. 
(72) Автор(ы): Халюткин В.А. (RU); Четвериков А.Н. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет (RU) 
Адрес для переписки: 355017, г.Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12, ФГОУ ВПО СтГАУ, ОИС (патентный отдел) 

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НАСОС

Устройство относится к области насосостроения, использующее для своей работы электрическую энергию, в частности к электромагнитным насосам, у которых приводом или силовым элементом является электромагнит, использующий энергию накопительного конденсатора. Электромагнитный насос состоит из электромагнита, корпуса водяного насоса в виде цилиндра, стакана с окнами, соединяющего их, якоря с резьбовым отверстием. Шток насоса с резьбовой частью ввинчивается в резьбовое отверстие якоря. Поршень с впускным клапаном укреплен на другом конце штока. Рабочая пружина надета на шток и упирается одним концом в поршень, а другим - в регулировочную гайку, находящуюся на резьбе упорной втулки, надетой на шток со стороны якоря и упирающейся в корпус электромагнита. В корпусе электромагнита расположена обмотка. К корпусу водяного насоса подсоединена подающая труба с вмонтированным в нее выпускным клапаном. Техническим результатом изобретения является снижение энергии, потребляемой электромагнитным насосом, и увеличение его производительности за счет изменения конструкции и снижения сил инерции. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к насосостроению, с использованием для своей работы электрической энергии, в частности к электромагнитным насосам, у которых приводом или силовым элементом является электромагнит, использующий энергию накопительного конденсатора.

Уровень техники

Известен электромагнитный насос, который содержит электромагнит, водяной насос, подводящую электропроводку, блок управления, накопительный конденсатор и источник электроэнергии (ФЭП или ВЭА с аккумулятором или без него). (См. А.с. СССР №1096397 А, F 04 D 15/00, а также патент Российской Федерации №2005918 С1, F 04 D 15/00).

Недостатком указанного электромагнитного насоса является несовершенство конструкции его основных узлов, то есть электромагнита, насоса и их взаимодействия, что выражается в малой производительности и большом расходе электроэнергии.

В приведенных А.с. №1096397 А, F 04 D 15/00 и патенте №2005918 C1, F 04 D 15/00 основное внимание уделено совершенствованию электросхемы управления электромагнитом насоса и крайне мало сказано о конструкции самого насоса электромагнита и их взаимодействия. 

Подтверждением этому является статья Абрамова Н.Д. Повышение эффективности пастбищных ветрогелионасосных установок. Техника в сельском хозяйстве, 1988, №1. С.15-18, автор которой является держателем вышеуказанных А.с. №1096397 и патента №2005918.

Известна пастбищная ветрогелионасосная установка, в которой применен проходной поршневой насос известной конструкции. Он содержит цилиндр, в котором перемещается поршень. Впускной клапан располагается в самом поршне, а выпускной клапан находится в подсоединенной к цилиндру трубе, по которой вода подается к потребителю. В статье указаны параметры насоса - площадь днища равна 16 см 2, ход поршня равен 5 см, а высота подачи составляет 14 м.

Насосы такой конструкции называются проходными, потому что вода проходит через поршень с вмонтированным в него впускным клапаном.

(См. "Малая механизация в приусадебном и фермерском хозяйствах". Под редакцией члена-корреспондента Украинской академии аграрных наук И.П.Масло. - Киев: Урожай, 1996. С.303)

Наиболее близким к заявленному устройству согласно имеющемуся описанию является электромагнитный насос, состоящий из электромагнита и соединенного с ним поршневого водяного насоса, представляющих собой единый агрегат, содержащий: корпус электромагнита и корпус водяного насоса в виде цилиндра, жестко соединенные между собой; якорь электромагнита и поршень водяного насоса, жестко соединенные между собой; впускной клапан, вмонтированный в поршень водяного насоса; падающую трубу, жестко соединенную с корпусом водяного насоса; выпускной клапан, вмонтированный в падающую трубу, функционирующие так, что при включении электромагнита якорь воздействует на поршень в направлении подачи воды (см. патент №2005918 C1, F 04 D 15/00).

Основным недостатком электромагнитного насоса данной конструкции является то, что при срабатывании электромагнита якорь толкает поршень в направлении подачи воды. При этом электромагниту приходится преодолевать силу инерции столба перемещаемой воды, на что требуются дополнительные затраты электроэнергии, накопленной в конденсаторе. Следовательно, требуется большее время на зарядку конденсатора, что снижает производительность электромагнитного насоса. Помимо этого, требуется более мощный электромагнит, что также ведет к еще большему расходу энергии накопительного конденсатора.

Раскрытие изобретения 

Техническим результатом изобретения является снижение энергии, потребляемой электромагнитным насосом, и увеличение его производительности за счет изменения конструкции и снижения сил инерции.

Указанный технический результат достигается тем, что электромагнитный насос, состоящий из электромагнита и соединенного с ним поршневого водяного насоса, представляющий собой единый агрегат, содержит: корпус электромагнита и корпус водяного насоса в виде цилиндра, жестко соединенные между собой; якорь электромагнита и поршень водяного насоса, жестко соединенные между собой; впускной клапан, вмонтированный в поршень водяного насоса; подающую трубу, жестко соединенную с корпусом водяного насоса; выпускной клапан, вмонтированный в подающую трубу, дополнительно между якорем электромагнита и поршнем водяного насоса установлен шток, на одном конце которого крепится поршень, а на другом конец имеется резьбовая часть, которой он ввинчивается в резьбовое отверстие в якоре с возможностью регулирования за счет этого его рабочей длины; на шток надета рабочая пружина, упирающаяся одним концом в поршень, а другим концом упирающаяся в регулировочную гайку, находящуюся на резьбе упорной втулки, надетой на шток со стороны якоря и упирающейся в корпус электромагнита, а между корпусом электромагнита и корпусом водяного насоса установлен стакан с окнами, жестко соединяющий их между собой, при этом шток, рабочая пружина, регулировочная гайка и втулка располагаются внутри стакана, а функционирование электромагнита предусмотрено так, что при его включении якорь движется в направлении сжатия рабочей пружины.

Краткое описание чертежей

Предлагаемый электромагнитный насос представлен на чертеже.

Осуществление изобретения

Электромагнитный насос состоит из: электромагнита 1, корпуса водяного насоса в виде цилиндра 2, стакана 3 с окнами, соединяющего их, якоря 4 с резьбовым отверстием 5, штока 6 с резьбовой частью 7, которой он ввинчивается в резьбовое отверстие 5 якоря 4; поршня 8, с впускным клапаном 9, укрепленных на другом конце штока 6, рабочей пружины 10, надетой на шток 6 и упирающейся одним концом в поршень 8, а другим - в регулировочную гайку 11, находящуюся на резьбе упорной втулки 12, надетой на шток 6 со стороны якоря 4 и упирающейся в корпус электромагнита 1, в корпусе электромагнита 1 расположена обмотка 13, а к корпусу водяного насоса 2 подсоединена подающая труба 14 с вмонтированным в нее выпускным клапаном 15.

Работает электромагнитный насос следующим образом.

При накоплении в накопительном конденсаторе (не показан) достаточного количества энергии он подключается к обмотке 13 с помощью блока управления (не показан), и электромагнит срабатывает, втягивая якорь 4 во внутрь обмотки 13, размещенной в электромагните 1. При этом якорь 4, воздействуя через шток 6 и поршень 8, сжимает рабочую пружину 10. Одновременно при втягивании якоря 4 и перемещения поршня 8 создается разрежение в цилиндре 2, выпускной клапан 15 закрывается, а впускной клапан 9 в поршне 8 открывается, и вода заполняет полость цилиндра водяного насоса 2.

При отключении накопительного конденсатора обмотка 13 обесточивается, и сила притяжения исчезает.

Сжатая рабочая пружина 10 начинает разжиматься и перемещать поршень 8. При этом под давлением воды впускной клапан 9 закрывается, а выпускной клапан 15 открывается, и порция воды под воздействием рабочей пружины 10 и поршня 8 подается к потребителю по подающей трубе 14 до тех пор, пока шток 6 не упрется в выпускной клапан 15. При этом все детали электромагнитного насоса занимают исходное положение, и он готов к следующему срабатыванию. Упорная втулка 12 и регулировочная гайка 11, размещенные в стакане 3 с окнами, служат для регулировки усилия пружины 10.

Таким образом, цикл электромагнитного насоса состоит из сжатия рабочей пружины 10 с одновременным всасыванием порции воды и разжатия рабочей пружины 10 с одновременной подачей порции воды к потребителю. 

Используя данные, приведенные в статье Абрамовым Н.Д., представляется возможным подтвердить преимущества нашего изобретения приведенными ниже расчетами.

При указанных площади днища, равной 16 см2, ходе поршня 5 см и высоте подачи 14 м масса m, кг перемещаемого столба воды будет составлять:

m=S·h·, 

где S - площадь днища поршня, равная 0,0016 м2 ;

h - высота подъема воды, 14 м;

- плотность воды, 1000 кг/м3,

m=0,0016·14·1000=22,4 кг.

Ускорение a, получаемое массой воды в подающей трубе, находится из формулы:



где - длина хода поршня, 0,05 м;

t - время срабатывания электромагнита, 0,2...0,4 с;



Сила F инерции равна

Fин=a·m, F ин=62,5·22,4=1400 Н.

Помимо этого, на якорь электромагнита будет воздействовать и сила давления столба воды. 

Fст=h·S ·q, 

Fст=14·0,0016·1000·9,8=219,5 Н.

Полная сила, которую должен преодолевать якорь электромагнита, будет равна

F=Fин+Fа,

F=1400+219,5 Н=1619,5 Н.

Из расчета следует, что во время работы насоса полная сила больше силы статического давления столба жидкости в 6,4 раза.

Следовательно, если исключить силы инерции, то при одинаковой производительности и высоте подъема воды расход энергии можно сократить в 6,4 раза, или же при одинаковой затрате энергии во столько же раз повысить производительность или высоту подъема воды.

Преимущество заявленного электромагнитного насоса перед прототипом состоит в следующем:

- при срабатывании электромагнита, время которого длится 0,2...0,4 с, якорь сжимает рабочую пружину, усилие на которой составляет 219,5 Н, и не преодолевает силы инерции столба воды, которая составляет 1400 Н. Сила, которую должен преодолеть якорь электромагнита, будет в n раз меньше



- при сжатии пружины ее сопротивление возрастает, но возрастает и сила притяжения, поскольку зазор между якорем и магнитопроводом уменьшается, что позволяет сжать пружину до большего значения выталкивающей силы;

- при разжатии пружина будет преодолевать только силу давления столба жидкости. Ее разжатие будет происходить медленнее, чем срабатывание якоря, поэтому сила инерции столба воды будет сведена к нулю, а расход энергии уменьшится в 6,4 раза;

- имеется возможность регулировать усилие пружины в зависимости от высоты подачи воды;

- наличие штока с резьбой и возможность регулировать его рабочую длину позволяет регулировать ход поршня и производительность электромагнитного насоса;

- наличие стакана позволяет предварительно сжать рабочую пружину и за счет этого уменьшить длину упорной втулки конструкции в целом, а окончательное регулирование усилия выполнить посредством изменения рабочей длины штока и регулировочной гайкой. 

Указанные особенности заявленного электромагнитного насоса позволяют за счет сведения силы инерции столба воды к нулю снизить расход электроэнергии, запасаемой в накопительном конденсаторе, в 6,4 раза, а следовательно, сократить время его подзарядки, увеличить частоту срабатывания электромагнита и повысить производительность насоса, или же при одинаковом расходе электроэнергии и производительности увеличить высоту подачи воды.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод о том, что по сравнению с прототипом и другими рассмотренными аналогичными насосами заявленный электромагнитный насос имеет ряд существенных преимуществ, позволяющих применять его для подачи воды в отдаленных от линий электропередач регионах, используя электроэнергию, получаемую от ФЭП и ВЭА.

Анализ известных технических решений в исследуемой области и в смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них сочетания признаков, сходных с сочетанием признаков заявленного устройства, выполняющего те же функции.

Экономическая эффективность от использования заявленного устройства заключается в том, что: 

- снижается расход энергии на работу электромагнитного насоса;

- повышается производительность электромагнитного насоса;

- повышается коэффициент использования солнечной и ветровой энергии в электронасосных установках.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Электромагнитный насос, состоящий из электромагнита и соединенного с ним поршневого водяного насоса, представляющий собой единый агрегат и содержащий корпус электромагнита с размещенной внутри обмоткой и корпус водяного насоса в виде цилиндра, жестко соединенные между собой, якорь электромагнита и поршень водяного насоса, соединенные жестко между собой, впускной клапан, вмонтированный в поршень водяного насоса, подающую трубу, жестко соединенную с корпусом водяного насоса, выпускной клапан, вмонтированный в подающую трубу, отличающийся тем, что между якорем электромагнита и поршнем водяного насоса установлен шток, на одном конце которого крепится поршень, а другой конец имеет резьбовую часть, которая вворачивается в якорь с возможностью регулирования за счет этого его рабочей длины, на шток надета рабочая пружина, упирающаяся одним концом в поршень, а другим концом упирающаяся в регулировочную гайку, находящуюся на резьбе упорной втулки, надетой на шток со стороны якоря и упирающейся в корпус электромагнита, а между корпусом электромагнита и корпусом водяного насоса установлен стакан с окнами, жестко соединяющий их между собой.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru