RU132843U1

RU132843U1 - MAGNETO-HYDRODYNAMIC MEMBRANE PUMP

Info

Publication number: RU132843U1
Application number: RU2012157355/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Васильев
Original assignee: Сергей Александрович Васильев
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-09-27

Abstract

1. Мембранный насос с МГД-приводом, содержащий не менее чем один перекачивающий тракт, включающий впускной и выпускной клапаны и рабочую камеру с приводной мембраной, отличающийся тем, что дополнительно содержит отделенную от рабочей камеры приводной мембраной заполненную токопроводящей жидкостью приводную камеру, две противоположные стенки которой являются электродами, подключенными к источнику тока, и управляющую магнитную систему.2. Мембранный насос с МГД-приводом по п.1, отличающийся тем, что в качестве токопроводящей жидкости используют легкоплавкие металлы и/или сплавы.3. Мембранный насос с МГД-приводом по п.1, отличающийся тем, что в качестве управляющей магнитной системы используют цепь, включающую источник тока, стенки-электроды приводной камеры и токопроводящую жидкость.1. A diaphragm pump with an MHD drive, comprising at least one pumping path, including an inlet and an outlet valve and a working chamber with a driving diaphragm, characterized in that it further comprises a driving chamber filled with a conductive fluid separated from the working chamber by a driving membrane, two opposite walls which are electrodes connected to a current source, and a control magnetic system. 2. A membrane pump with an MHD drive according to claim 1, characterized in that low-melting metals and / or alloys are used as a conductive liquid. A membrane pump with an MHD drive according to claim 1, characterized in that a circuit comprising a current source, wall electrodes of the drive chamber and a conductive fluid is used as a control magnetic system.

Description

Полезная модель относится к насосостроению, в частности к мембранным (диафрагменным) насосам и может быть применена в различных областях техники для перекачивания жидких или газообразных сред.The utility model relates to pump engineering, in particular to membrane (diaphragm) pumps, and can be used in various fields of technology for pumping liquid or gaseous media.

Известен мембранный насос, содержащий заполненную рабочей жидкостью промежуточную камеру с приводной мембраной, соединенной с механическим приводом, и перекачивающий тракт, включающий впускной и выпускной клапаны и рабочую камеру с гидроприводной мембраной, расположенной между промежуточной и рабочей камерами и разделяющей рабочую и перекачиваемую жидкость (см. патент RU №4344, МПК⁶ F04B 43/00, опубликован 16.06.1997 г.).A membrane pump is known that contains an intermediate chamber filled with working fluid with a drive membrane connected to a mechanical drive and a pumping path, including an inlet and outlet valve and a working chamber with a hydraulic actuator located between the intermediate and working chambers and separating the working and pumped liquid (see patent RU No. 4344, IPC ⁶ F04B 43/00, published June 16, 1997).

Известный насос работает следующим образом.A known pump operates as follows.

Привод насоса, соединенный с приводной мембраной, совершает возвратно-поступательное движение. Перемещаясь в направлении от рабочей камеры, привод увлекает за собой приводную мембрану, рабочую жидкость, расположенную в промежуточной камере и гидроприводную мембрану. В рабочей камере насоса при этом создается разрежение. Одновременно с началом поступательного движения привода открывается впускной клапан перекачивающего тракта и перекачиваемая жидкость засасывается в рабочую камеру насоса. Пройдя мертвую точку, привод насоса начинает возвратное движение в сторону рабочей камеры. Одновременно закрывается впускной и открывается выпускной клапан. Приводная мембрана, перемещаемая приводом в сторону рабочей камеры, толкает рабочую жидкость, а та, в свою очередь - гидроприводную мембрану, уменьшая объем рабочей камеры и вытесняя перекачиваемую жидкость через выпускной клапан далее.The pump drive connected to the drive diaphragm makes a reciprocating motion. Moving in the direction from the working chamber, the drive carries along the drive membrane, the working fluid located in the intermediate chamber and the hydraulic drive membrane. In this case, a vacuum is created in the working chamber of the pump. Simultaneously with the beginning of the translational movement of the drive, the inlet valve of the pumping path opens and the pumped liquid is sucked into the working chamber of the pump. Having passed the dead center, the pump drive starts a return movement towards the working chamber. At the same time, the inlet closes and the exhaust valve opens. The drive membrane, moved by the drive towards the working chamber, pushes the working fluid, and that, in turn, the hydraulic drive membrane, reducing the volume of the working chamber and displacing the pumped fluid through the exhaust valve further.

Недостатками данного устройства являются невысокий КПД, связанный использованием механического привода, и необходимость периодических регламентных работ, в ходе которых требуется разборка насоса и дефектовка его деталей. Кроме того, данное устройство не способно обеспечить высокую точность дозирования, так как единичный объем прокачки является постоянным.The disadvantages of this device are the low efficiency associated with the use of a mechanical drive, and the need for periodic routine maintenance, during which disassembly of the pump and troubleshooting of its parts is required. In addition, this device is not able to provide high metering accuracy, since the unit pumping volume is constant.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка насоса, лишенного вышеуказанных недостатков.The objective of the proposed utility model is to develop a pump devoid of the above disadvantages.

Техническими результатами разработки являются дистанционная (не требующая разборки) возможность контроля состояния расходных элементов устройства, высокая точность дозирования перекачиваемой среды, минимизация энергетических потерь в приводном механизме.The technical results of the development are remote (not requiring disassembly) the ability to monitor the status of the consumable elements of the device, the high accuracy of the dosing of the pumped medium, and minimizing energy losses in the drive mechanism.

Технические результаты достигаются за счет того, что мембранный насос с МГД-приводом, содержащий не менее, чем один перекачивающий тракт, включающий впускной и выпускной клапаны и рабочую камеру с приводной мембраной, дополнительно содержит отделенную от рабочей камеры приводной мембраной заполненную токопроводящей жидкостью приводную камеру, две противоположные стенки которой являются электродами, подключенными к источнику тока, и управляющую магнитную систему.Technical results are achieved due to the fact that the membrane pump with an MHD drive, containing at least one pumping path, including an inlet and outlet valve and a working chamber with a driving membrane, additionally contains a drive chamber filled with a conductive liquid, separated from the working chamber by a driving membrane, two opposite walls of which are electrodes connected to a current source, and a control magnetic system.

В качестве токопроводящей жидкости возможно использование легкоплавких металлов и/или сплавов.As a conductive liquid, it is possible to use fusible metals and / or alloys.

В качестве управляющей магнитной системы может быть использована цепь, включающая источник тока, стенки-электроды приводной камеры и токопроводящую жидкость.As a control magnetic system, a circuit including a current source, wall-electrodes of the drive chamber and a conductive liquid can be used.

На нижеследующих фигурах представлены: на фиг.1 - принципиальная схема устройства, на фиг.2 - варианты исполнения управляющей магнитной системы.In the following figures are presented: in Fig. 1 is a schematic diagram of a device, in Fig. 2 are embodiments of a control magnetic system.

Мембранный насос с МГД-приводом содержит впускной 1 и выпускной 2 клапаны, рабочую камеру 3 с приводной мембраной 4, заполненную токопроводящей жидкостью приводную камеру 5 со стенками-электродами 6.The diaphragm pump with an MHD drive contains an inlet 1 and an outlet 2 valves, a working chamber 3 with a drive diaphragm 4, a drive chamber 5 with electrode walls 6 filled with conductive fluid.

Заявляемый насос работает следующим образом.The inventive pump operates as follows.

МГД-привод обеспечивает возвратно-поступательное движение приводной мембраны 4.MHD drive provides reciprocating movement of the drive membrane 4.

Перемещаясь в направлении от рабочей камеры 3, приводная мембрана создает в ней разрежение. Одновременно с началом движения приводной мембраны открывается впускной клапан 1 перекачивающего тракта и перекачиваемая жидкость (газ) засасывается в рабочую камеру насоса. Выпускной клапан 2 в это время остается закрытым. В момент начала возвратного движения приводной мембраны в сторону рабочей камеры закрывается впускной и открывается выпускной клапаны. Приводная мембрана, перемещаемая МГД-приводом в сторону рабочей камеры, уменьшает объем рабочей камеры и вытесняет перекачиваемую жидкость (газ) через выпускной клапан далее.Moving in the direction from the working chamber 3, the drive membrane creates a vacuum in it. Simultaneously with the beginning of the movement of the drive diaphragm, the inlet valve 1 of the pumping path opens and the pumped liquid (gas) is sucked into the working chamber of the pump. Exhaust valve 2 remains closed at this time. At the beginning of the return movement of the drive membrane towards the working chamber, the inlet closes and the exhaust valves open. The drive membrane, moved by the MHD drive toward the working chamber, reduces the volume of the working chamber and displaces the pumped liquid (gas) through the exhaust valve further.

МГД-привод насоса работает следующим образом.MHD pump drive operates as follows.

При включении источника тока между стенками-электродами 6 приводной камеры 5 через токопроводящую жидкость течет ток. Управляющая магнитная система обеспечивает магнитное поле в токопроводящей жидкости с составляющей, перпендикулярной направлению тока. Взаимодействие тока с магнитным полем приводит к появлению в жидкости электромагнитной силы согласно закону Ампера

, где под интегралом стоит векторное произведение плотности тока между металлическими стенками (электродами)

, и индукции магнитного поля

, при этом интегрирование ведется по всему объему протекания тока. Электромагнитная сила действует на токопроводящую жидкость, перемещая ее в определенном направлении, а та, в свою очередь, воздействует на приводную мембрану 4. Направление силы зависит от взаимного направления тока и магнитного поля в токопроводящей жидкости. Изменение величины и направления электромагнитной силы обеспечивает в итоге поступательное или возвратно-поступательное движение приводной мембраны.When you turn on the current source between the walls of the electrodes 6 of the drive chamber 5, a current flows through the conductive fluid. The control magnetic system provides a magnetic field in the conductive fluid with a component perpendicular to the direction of the current. The interaction of current with a magnetic field leads to the appearance of electromagnetic force in a liquid according to Ampere's law

where the integral is the vector product of the current density between the metal walls (electrodes)

, and magnetic field induction

while integration is carried out over the entire volume of current flow. The electromagnetic force acts on the conductive fluid, moving it in a certain direction, and that, in turn, acts on the drive membrane 4. The direction of the force depends on the mutual direction of the current and the magnetic field in the conductive fluid. Changing the magnitude and direction of the electromagnetic force ultimately provides translational or reciprocal motion of the drive membrane.

В зависимости от типа управляющей магнитной системы возможны следующие варианты управления МГД-приводом.Depending on the type of control magnetic system, the following control options for the MHD drive are possible.

Пример 1. Управляющая магнитная система создает постоянное магнитное поле. В этом случае она может состоять из постоянных магнитов или из соленоида и магнитопровода с полюсами, перпендикулярными стенкам-электродам 6 приводной камеры 5. Соленоид запитывается от автономного источника постоянного тока. При использовании постоянного магнитного поля возвратно-поступательное движение токопроводящей жидкости и, соответственно, приводной мембраны 4 обеспечивается знакопеременным током.Example 1. The control magnetic system creates a constant magnetic field. In this case, it can consist of permanent magnets or of a solenoid and a magnetic circuit with poles perpendicular to the wall-electrodes 6 of the drive chamber 5. The solenoid is fed from an autonomous DC source. When using a constant magnetic field, the reciprocating motion of the conductive fluid and, accordingly, the drive membrane 4 is provided by alternating current.

Пример 2. Источник тока обеспечивает постоянный ток к стенкам - электродам 6 приводной камеры 5. При использовании постоянного тока возвратно-поступательное движение приводной мембраны 4 обеспечивается знакопеременным магнитным полем. Магнитная система состоит из соленоида и магнитопровода с полюсами, перпендикулярными стенкам-электродам приводной камеры. Соленоид запитывается от автономного источника знакопеременного тока. Знакопеременный ток в соленоиде обеспечивает знакопеременное магнитное поле в приводной камере, обеспечивая возвратно-поступательное движение токопроводящей жидкости и приводной мембраны.Example 2. A current source provides direct current to the walls - electrodes 6 of the drive chamber 5. When using direct current, the reciprocating movement of the drive membrane 4 is provided by an alternating magnetic field. The magnetic system consists of a solenoid and a magnetic circuit with poles perpendicular to the walls-electrodes of the drive chamber. The solenoid is powered from an autonomous source of alternating current. The alternating current in the solenoid provides an alternating magnetic field in the drive chamber, providing reciprocating motion of the conductive fluid and the drive membrane.

Пример 3. Источник тока обеспечивает переменный ток к стенкам-электродам 6 приводной камеры 5. Магнитная система состоит из соленоида и магнитопровода с полюсами, перпендикулярными стенкам-электродам приводной камеры. Соленоид запитывается от автономного источника переменного тока. Сочетание переменного тока и переменного магнитного поля позволяет получить различные законы движения токопроводящей жидкости и приводной мембраны, что может быть использовано в специальных приложениях.Example 3. A current source provides alternating current to the walls-electrodes 6 of the drive chamber 5. The magnetic system consists of a solenoid and a magnetic circuit with poles perpendicular to the walls-electrodes of the drive chamber. The solenoid is powered by an autonomous AC source. The combination of alternating current and alternating magnetic field allows you to get different laws of motion of the conductive fluid and the drive membrane, which can be used in special applications.

Пример 4. Источник тока обеспечивает переменный ток к стенкам-электродам 6 приводной камеры 5. Магнитное поле в приводной камере создается исключительно протекающим в ней током. В этом случае стенки-электроды представляют собой параллельные диски, а ток течет в токопроводящей жидкости в направлении, совпадающем с осью дисковых стенок-электродов. Осевой ток создает азимутальное магнитное поле, с которым же и взаимодействует. Электромагнитная сила, возникающая от взаимодействия с собственным магнитным полем, всегда направлена радиально к оси.Example 4. A current source provides alternating current to the wall-electrodes 6 of the drive chamber 5. The magnetic field in the drive chamber is created solely by the current flowing therein. In this case, the wall-electrodes are parallel disks, and the current flows in the conductive fluid in the direction coinciding with the axis of the disk-wall electrodes. The axial current creates an azimuthal magnetic field, with which it interacts. The electromagnetic force arising from the interaction with its own magnetic field is always directed radially to the axis.

В процессе движения токопроводящей жидкости в приводной камере поперечно магнитному полю в жидкости возникает электродвижущая сила (ЭДС) Е=v·В·l, где v - составляющая скорости жидкости, перпендикулярная направлению магнитного поля, В - модуль вектора магнитной индукции, l - расстояние между стенками-электродами. Произведение ЭДС на силу тока определяет полезную мощность насоса. Поскольку ЭДС прямо пропорциональна скорости токопроводящей жидкости в приводной камере, а последняя прямо пропорциональна расходу насоса, следовательно, ЭДС прямо пропорциональна расходу насоса. Значение ЭДС, а значит и расход насоса, могут быть измерены с высокой точностью.During the movement of the conductive fluid in the drive chamber transverse to the magnetic field in the fluid, an electromotive force (EMF) E = v · V · l arises, where v is the component of the fluid velocity perpendicular to the direction of the magnetic field, B is the magnetic induction vector module, l is the distance between electrodes. The product of the EMF by the current determines the useful power of the pump. Since the EMF is directly proportional to the speed of the conductive fluid in the drive chamber, and the latter is directly proportional to the pump flow rate, therefore, the EMF is directly proportional to the pump flow rate. The EMF value, and hence the pump flow rate, can be measured with high accuracy.

Управление электрическими параметрами - током и магнитным полем позволяет манипулировать расходом насоса в широких пределах, обеспечивая удобную, быструю и точную регулируемость расхода.Management of electrical parameters - current and magnetic field allows you to manipulate the pump flow over a wide range, providing convenient, fast and accurate flow control.

Помимо этого измерение ЭДС позволяет осуществить непрерывный контроль над работоспособностью и целостностью приводной мембраны, как единственного изнашиваемого элемента в насосе. Меняя определенным образом силу тока и напряженность магнитного поля можно задавать необходимый закон движения исправной приводной мембраны. Повреждение мембраны приводит к изменению закона ее движения, и, как следствие, отражается на фактических значениях ЭДС в каждый момент времени. Сравнение фактического значения ЭДС с нормативным в каждый момент времени позволяет точно отслеживать степень износа приводной мембраны. Это дает возможность проводить профилактические работы только при критическом износе или повреждении приводной мембраны при отсутствии негативных последствий возможного аварийного останова насоса.In addition, the measurement of EMF allows continuous monitoring of the performance and integrity of the drive membrane, as the only wear element in the pump. By changing in a certain way the current strength and magnetic field strength, you can set the necessary law of motion of a working drive membrane. Damage to the membrane leads to a change in the law of its movement, and, as a result, is reflected in the actual values of the EMF at each moment in time. Comparison of the actual value of the EMF with the normative at each moment in time allows you to accurately monitor the degree of wear of the drive membrane. This makes it possible to carry out maintenance work only in case of critical wear or damage to the drive diaphragm in the absence of negative consequences of a possible emergency stop of the pump.

Claims

1. A diaphragm pump with an MHD drive, comprising at least one pumping path, including an inlet and an outlet valve and a working chamber with a driving diaphragm, characterized in that it further comprises a drive chamber filled with a conductive fluid, separated from the working chamber, and two opposite walls which are electrodes connected to a current source, and a control magnetic system.

2. A diaphragm pump with an MHD drive according to claim 1, characterized in that fusible metals and / or alloys are used as a conductive liquid.

3. A membrane pump with an MHD drive according to claim 1, characterized in that a circuit comprising a current source, wall electrodes of the drive chamber and a conductive fluid is used as a control magnetic system.