RU2389910C2

RU2389910C2 - Vibration pump

Info

Publication number: RU2389910C2
Application number: RU2008115277/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Сергеевич Поляков (RU); Анатолий Сергеевич Поляков
Original assignee: Анатолий Сергеевич Поляков
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2010-05-20
Also published as: RU2008115277A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: pump includes housing 1, electromagnet with shell-type magnetic circuit consisting of cores 2 and 3, electrical coil reel 5, yoke 4 and armature connected to shock absorber, cover plates 15 and 17, working chamber, suction valve 21 and outlet connection pipe 18. Magnetic circuit and yoke are made of electrical steel strap as a solid part. Armature is made in the form of bobbin 6 of electrical steel strap, the inner and outer diametre of which corresponds to inner and outer diametre of cores 2 and 3 and which is rigidly fixed in metal washer 7. Armature is rigidly connected through a stock to two rubber-metal shock absorbers. Metal insert of one of them is made in the form of plain washer with external and central discs and elastic part between them. On central disc there installed and rigidly attached to it is bushing with blind thread and transverse grooves. Insert of the other one is provided with central bushing with closed thread and transverse and longitudinal grooves. One of them is installed on upper edge of housing and fixed on it through top cover 15 so that working chamber 16 is formed, in connection pipes of which there arranged at one and the same level are working planes of supply 22 and suction 21 valves, and the other one is installed on its lower edge and fixed through lower cover.

EFFECT: increasing operating and technical characteristics of pump owing to effective use of magnetic field energy and owing to total stiffness of rubber-metal shock absorbers.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, к производству погружных насосов с электромагнитным вибрационным приводом и может быть использовано в быту для подъема воды из скважин, колодцев и других источников.The invention relates to electrical engineering, to the production of submersible pumps with an electromagnetic vibratory drive and can be used in everyday life for lifting water from wells, wells and other sources.

Известен погружной электромагнитный вибрационный насос (Патент России №2154198, Кл. 7 F04F 7/00), содержащий корпус, который имеет нижнюю и верхнюю крышки, где в нижней крышке установлена диафрагма, в верхней - выпускной клапан и выпускной патрубок, причем амортизатор размещен между верхней крышкой и корпусом, а магнитопровод вибратора выполнен по броневому типу и состоит из трех частей, а именно из двух цилиндрических сердечников из ленточной электротехнической стали, размещенных один в другом, где в образованном ими кольцевом зазоре и размещена катушка электрической обмотки, а третья часть магнитопровода - ярмо - выполнена в виде шайбы из пластин электротехнической стали и замыкает верхние торцы цилиндрических сердечников, причем центральный сердечник имеет осевое отверстие для прохода штока, а якорь выполнен аналогично ярму и закреплен на штоке между нижними торцами сердечников магнитопровода и диафрагмой.Known submersible electromagnetic vibration pump (Russian Patent No. 2154198, CL. 7 F04F 7/00), comprising a housing that has a lower and upper cover, where a diaphragm is installed in the lower cover, an exhaust valve and an exhaust pipe in the upper one, and a shock absorber located between the top cover and the housing, and the vibrator magnetic circuit is made in an armored type and consists of three parts, namely, two cylindrical cores made of electrical electrical steel tape, placed one in the other, where in the ring gap formed by them and placed the coil of the electric winding, and the third part of the magnetic circuit - the yoke - is made in the form of a washer from plates of electrical steel and closes the upper ends of the cylindrical cores, the central core having an axial hole for the passage of the rod, and the anchor is made similar to the yoke and mounted on the rod between the lower ends of the cores of the magnetic core and aperture.

Главным преимуществом указанного насоса является то, что усилие, создаваемое электромагнитом, непосредственно направлено на создание рабочего давления. Имея определенные преимущества перед другими аналогами, данный насос все же не лишен некоторых недостатков. В нем цилиндрические сердечники размещены один в другом и свободно установлены на ярмо, которое выполнено в виде шайбы из пластин электротехнической стали и служит для замыкания магнитопровода. Якорь электромагнита выполнен аналогично ярму. Магнитные потоки от сердечников проходят через ярмо и якорь по поперечным сечениям, а это ведет к магнитным потерям. Кажущаяся простота изготовления отдельных деталей цилиндрических сердечников и ярма нарушает целостность конструкции магнитопровода, что осложняет их жесткое крепление с корпусом. В верхней крышке насоса по его центральной оси установлен впускной клапан и кольцо для его подвески. Такое размещение впускного клапана не позволяет перегреться электромагнитной системе вибратора, но не дает возможности устанавливать на входе фильтрующий элемент. Клапан насоса закреплен специальным винтом и имеет плоскую рабочую поверхность, что часто приводит к его залипанию, и для устранения этого между поверхностью клапана и терцем крышки устанавливают гарантированный зазор, что приводит к уменьшению производительности из-за утечки. В данной конструкции насоса поршень установлен непосредственно над амортизатором и закреплен на штоке гайкой. Поршень и амортизатор изменяют объем камеры, в которой они установлены, при циклическом изменении положения якоря. Из этого следует, что при наличии выпускного клапана и достаточной жесткости амортизатора при закрытом его торце необходимость в поршне отпадает. Нижний конец штока вибратора закреплен в диафрагме, что позволяет увеличить расстояние между точками крепления в них штока, но диафрагма не обладает достаточной жесткостью и легко подвержена изгибу в месте соединения ее со штоком, что при достаточно большом диаметре якоря может привести к перекосу.The main advantage of this pump is that the force created by the electromagnet is directly aimed at creating working pressure. Having certain advantages over other analogues, this pump is still not without some drawbacks. In it, the cylindrical cores are placed one in the other and are freely mounted on a yoke, which is made in the form of a washer from plates of electrical steel and serves to close the magnetic circuit. The anchor of the electromagnet is made similar to the yoke. Magnetic fluxes from the cores pass through the yoke and the armature in cross sections, and this leads to magnetic losses. The apparent simplicity of manufacturing individual parts of the cylindrical cores and the yoke violates the integrity of the design of the magnetic circuit, which complicates their rigid mounting with the housing. An inlet valve and a ring for its suspension are installed in the upper cover of the pump along its central axis. This arrangement of the intake valve does not allow the electromagnetic system of the vibrator to overheat, but does not make it possible to install a filter element at the inlet. The pump valve is fixed with a special screw and has a flat working surface, which often leads to its sticking, and to eliminate this, a guaranteed clearance is established between the valve surface and the edge of the cap, which leads to a decrease in performance due to leakage. In this pump design, the piston is mounted directly above the shock absorber and secured to the stem with a nut. The piston and shock absorber change the volume of the chamber in which they are installed, with a cyclical change in the position of the armature. From this it follows that if there is an exhaust valve and sufficient stiffness of the shock absorber with its end closed, the need for a piston disappears. The lower end of the vibrator rod is fixed in the diaphragm, which allows to increase the distance between the points of attachment of the rod in them, but the diaphragm does not have sufficient rigidity and is easily prone to bending at the junction of the rod with the rod, which with a sufficiently large diameter of the armature can lead to skew.

Задачей изобретения является создание целостной конструкции магнитопровода электромагнита броневого типа, упрощение конструкции насоса при увеличении его надежности и производительности.The objective of the invention is to create a holistic design of the magnetic circuit of an armored-type electromagnet, simplifying the design of the pump while increasing its reliability and performance.

Техническим результатом изобретения является целостная конструкции магнитопровода электромагнита броневого типа, простота конструкции, увеличение надежности в сочетании с высокой производительностью.The technical result of the invention is a holistic design of the magnetic circuit of an armored-type electromagnet, simplicity of design, increased reliability in combination with high performance.

Указанные выше технические результаты обеспечиваются тем, что в предлагаемом вибрационном насосе, содержащем корпус, размещенный в нем электромагнит с магнитопроводом броневого типа, состоящим из цилиндрических сердечников с наружными и внутренними диаметрами, между которыми образован кольцевой зазор для катушки электрической обмотки, ярмо и якорь, который посредством штока связан с амортизатором, нижнею и верхнею крышки, рабочую камеру, всасывающий клапан и выпускной патрубок, магнитопровод броневого типа и ярмо выполнены из ленты электротехнической стали единой деталью, а якорь электромагнита выполнен в виде бабины из ленты электротехнической стали, внутренний и наружный диаметр которой соответствует внутреннему и наружному диаметру сердечников электромагнита и которая жестко закреплена в металлической шайбе, при этом он жестко соединен через шток с двумя резинометаллическими амортизаторами, металлическая вставка одного из них выполнена в виде плоской шайбы с наружным и центральным дисками и упругой частью между ними, а на центральный диск установлена и жестко с ним соединена втулка с глухой резьбой и поперечными проточками, металлическая вставка другого резинометаллического амортизатора выполнена с центральной втулкой с закрытой резьбой и с поперечными и продольными проточками, при этом один из них установлен на верхнем торце корпуса и закреплен на нем через верхнею крышку, с образованием рабочей камеры, в патрубках которой размещены на одном уровне рабочие плоскости клапанов нагнетания и всасывания, а второй установлен на его нижнем торце и закреплен через нижнюю крышку. Клапаны со стороны рабочей плоскости выполнены с полутороидальной выемкой, внутренний и наружный диаметр которой перекрывает пропускные отверстия и образует с наружным диаметром клапана уплотняющий пояс.The above technical results are ensured by the fact that in the proposed vibration pump containing a housing placed therein an electromagnet with an armored magnetic circuit consisting of cylindrical cores with outer and inner diameters, between which an annular gap is formed for the coil of the electric winding, a yoke and an armature, which through the rod is connected to the shock absorber, the lower and upper covers, the working chamber, the suction valve and exhaust pipe, the armored magnetic circuit and the yoke are made of tape e of electrotechnical steel as a single part, and the anchor of the electromagnet is made in the form of a bobbin of tape of electrotechnical steel, the inner and outer diameter of which corresponds to the inner and outer diameters of the cores of the electromagnet and which is rigidly fixed in a metal washer, while it is rigidly connected through the rod to two rubber-metal shock absorbers, metal the insert of one of them is made in the form of a flat washer with the outer and central disks and the elastic part between them, and a rigid disk is installed on the central disk about it is connected a sleeve with a blind thread and transverse grooves, a metal insert of another rubber-metal shock absorber is made with a central sleeve with a closed thread and with transverse and longitudinal grooves, one of them mounted on the upper end of the housing and mounted on it through the upper cover, with the formation of the working chamber, in the nozzles of which are located at one level the working plane of the discharge and suction valves, and the second is installed on its lower end and fixed through the bottom cover. The valves on the side of the working plane are made with a one and a half toroidal recess, the inner and outer diameter of which overlaps the through holes and forms a sealing belt with the outer diameter of the valve.

Выполнение магнитопровода из ленты электротехнической стали единой деталью позволяет уменьшить магнитные потери. Магнитные потоки между якорем и сердечниками электромагнита идут в продольном направлении, что тоже ведет к уменьшению потерь. Цельное изготовление магнитопровода обеспечивает его надежную установку и крепление в корпусе электромагнита. Рабочая камера насоса образована верхней крышкой и резинометаллическим амортизатором. Такое техническое решение позволяет отказаться от поршня в насосе, так как его роль выполняет резинометаллический амортизатор. Металлическая вставка резинометаллического амортизатора выполнена в виде плоской шайбы с наружным и центральным дисками и упругой частью между ними, а на центральный диск этой вставки установлена и жестко с ним соединена втулка с глухой резьбой и поперечными проточками, что позволяет упростить технологию изготовления этой вставки. Резинометаллический амортизатор с центральной упругой металлической частью позволяет уменьшить его габариты при увеличении жесткости и стабильности упругих свойств, что при тех же габаритах насоса позволяет увеличить глубину подъема воды. Металлическая часть другого амортизатора выполнена с центральной втулкой с закрытой резьбой и с поперечными и продольными проточками, что позволяет избежать поворота ее при креплении со штоком. На верхней крышке насоса выполнены два патрубка, в которых установлены всасывающий и нагнетающий клапаны, рабочие плоскости которых установлены на одном уровне. Это позволяет уменьшить рабочий объем камеры и избежать воздушной подушки. Клапаны со стороны рабочей плоскости выполнены с полутороидальной выемкой, внутренний и наружный диаметр которой перекрывает пропускные отверстия и образует с наружным диаметром клапана уплотняющий пояс. Такое устройство клапана, который изготовлен из упругой резины, устраняет его залипание к плоскости крышки и позволяет уменьшить утечки через клапан. Клапан закреплен на крышке неметаллическим фиксатором, что дало возможность избавить рабочую полость насоса от коррозионных деталей. Якорь электромагнита жестко соединен через шток с двумя резинометаллическими амортизаторами, один из которых установлен на верхнем торце корпуса и закреплен на нем через верхнюю крышку с образованием рабочей камеры, а второй установлен на нижнем его торце и закреплен через нижнюю крышку. Резинометаллический амортизатор на обоих торцах корпуса установлен одного вида (с центральной втулкой с закрытой резьбой и с поперечными и продольными проточками или с центральной упругой металлической частью).The implementation of the magnetic circuit of the tape of electrical steel as a single part can reduce magnetic loss. Magnetic fluxes between the armature and the cores of the electromagnet go in the longitudinal direction, which also leads to a decrease in losses. The integral manufacturing of the magnetic circuit ensures its reliable installation and fastening in the body of the electromagnet. The working chamber of the pump is formed by a top cover and a rubber-metal shock absorber. This technical solution allows you to abandon the piston in the pump, since its role is played by a rubber-metal shock absorber. The metal insert of the rubber-metal shock absorber is made in the form of a flat washer with the outer and central disks and an elastic part between them, and a sleeve with a blind thread and transverse grooves is installed and rigidly connected to it, which simplifies the manufacturing technology of this insert. A rubber-metal shock absorber with a central elastic metal part allows to reduce its dimensions while increasing the stiffness and stability of elastic properties, which with the same dimensions of the pump allows to increase the depth of water rise. The metal part of another shock absorber is made with a central sleeve with a closed thread and with transverse and longitudinal grooves, which avoids turning it when mounting with a rod. Two nozzles are made on the top cover of the pump, in which suction and discharge valves are installed, the working planes of which are installed at the same level. This reduces the working volume of the chamber and avoids the air cushion. The valves on the side of the working plane are made with a one and a half toroidal recess, the inner and outer diameter of which overlaps the through holes and forms a sealing belt with the outer diameter of the valve. Such a valve device, which is made of elastic rubber, eliminates its sticking to the plane of the cover and reduces leakage through the valve. The valve is fixed to the cover with a non-metallic clamp, which made it possible to rid the working cavity of the pump of corrosion parts. The electromagnet armature is rigidly connected through the rod to two rubber-metal shock absorbers, one of which is mounted on the upper end of the housing and mounted on it through the upper cover to form a working chamber, and the second is mounted on its lower end and fixed through the lower cover. The rubber-metal shock absorber at both ends of the housing is installed of the same type (with a central sleeve with a closed thread and with transverse and longitudinal grooves or with a central elastic metal part).

Такое устройство позволяет передать усилие, создаваемое электромагнитом, непосредственно на создание рабочего давления через верхний резинометаллический амортизатор и обеспечить жесткое крепление якоря через нижний резинометаллический амортизатор, а их суммарная жесткость дает возможность увеличить давление в рабочей камере насоса или его производительность.Such a device allows you to transfer the force created by the electromagnet directly to the creation of working pressure through the upper rubber shock absorber and to provide a rigid anchor through the lower rubber shock absorber, and their total stiffness makes it possible to increase the pressure in the working chamber of the pump or its performance.

На Фиг.1 представлен описываемый насос, на Фиг.2 - разрез А-А на Фиг.1.Figure 1 presents the described pump, figure 2 is a section aa in figure 1.

В корпусе 1 установлен и закреплен электромагнит, содержащий магнитопровод, который выполнен из ленты электротехнической стали единой деталью и состоит из внутреннего 2, наружного 3 цилиндрических сердечников и ярма 4, выполненного в виде бабины. В кольцевом зазоре между сердечниками установлена катушка электрической обмотки 5. Якорь электромагнита выполнен в виде бабины 6 из ленты электротехнической стали, внутренний и наружный диаметр которой соответствует внутреннему и наружному диаметру сердечников электромагнита и которая жестко закреплена в металлической шайбе 7. Якорь электромагнита штоком 8 через регулировочную шайбу 9 жестко закреплен одним концом в центральной втулке с глухой резьбой и поперечными проточками 10 резинометаллического амортизатора 11, а другой конец этого штока жестко закреплен в центральной втулке 12 резинометаллического амортизатора 13, которая имеет поперечные и продольные проточки 14. Крышка 15 и резинометаллический амортизатор 11 образуют рабочую камеру 16 и закреплены на корпусе 1. На этом же корпусе через крышку 17 на другом его торце закреплен резинометаллический амортизатор 13. Резинометаллические амортизаторы 11 и 13 конструктивно имеют различную жесткость и в зависимости от ориентации насоса на повышенный напор или увеличенный расход могут быть установлены на обоих торцах корпуса одного вида или только 11, или только 13. На крышке 15 выполнены два патрубка 18 и 19, в которых установлены и закреплены неметаллическими фиксаторами 20 клапаны всасывания 21 и нагнетания 22. Клапаны своими рабочими поверхностями установлены на одном уровне и выполнены с полутороидальной выемкой 23, образующей с наружным диаметром клапана уплотняющий пояс 24. Насос может быть укомплектован штуцером 25 и фильтром 26 и подвешивается к опоре через отверстие 27 в крышке, а электропитание к катушкам подается по кабелю 28.In the housing 1, an electromagnet is installed and fixed, which contains a magnetic circuit, which is made of electrical steel tape as a single part and consists of an inner 2, an outer 3 cylindrical cores and a yoke 4 made in the form of a babin. An electric coil 5 is installed in the annular gap between the cores. The electromagnet anchor is made in the form of a bobbin 6 of electrical steel tape, the inner and outer diameters of which correspond to the inner and outer diameters of the electromagnet cores and which is rigidly fixed in the metal washer 7. Electromagnet anchor with rod 8 through an adjustment the washer 9 is rigidly fixed at one end in the central sleeve with a blind thread and transverse grooves 10 of the rubber shock absorber 11, and the other end is about the rod is rigidly fixed in the Central sleeve 12 of the rubber shock absorber 13, which has transverse and longitudinal grooves 14. The cover 15 and the rubber shock absorber 11 form a working chamber 16 and are mounted on the housing 1. On the same body through the cover 17 on its other end is attached a rubber shock absorber 13. Rubber-metal shock absorbers 11 and 13 are structurally different in stiffness and, depending on the orientation of the pump for increased pressure or increased flow, can be installed on both ends of the housing of the type or only 11, or only 13. Two nozzles 18 and 19 are made on the cover 15, in which the suction 21 and discharge valves 22 are installed and secured with non-metal clips 20. The valves with their working surfaces are installed at the same level and are made with a half-toroidal recess 23, forming a sealing belt with an outer diameter of the valve 24. The pump can be equipped with a fitting 25 and a filter 26 and is suspended from the support through the hole 27 in the cover, and power to the coils is supplied via cable 28.

При подаче напряжения от сети переменного тока на электромагнит по кабелю 28 его якорь, жестко соединенный с резинометаллическими амортизаторами, совершает гармоничные колебания. Резинометаллический амортизатор, установленный в верхней части корпуса и образующий вместе с крышкой рабочую камеру, работает как поршень с частотой, равной двойной частоте питающего тока. За период колебаний происходят периодические изменения объема рабочей камеры 16. При увеличении объема рабочей камеры открыт всасывающий клапан 21, и жидкость, в которую погружен насос, заполняет ее, при этом нагнетающий клапан закрыт, а при уменьшении объема камеры всасывающий клапан закрыт, и жидкость, вытесняемая резинометаллическим амортизатором под действием непосредственно электромагнитной силы, через нагнетающий клапан 22 и штуцер 25 заполняет напорный трубопровод. Рабочая камера насоса не содержит деталей, подверженных коррозии, что позволяет использовать его для перекачивания питьевой воды и других чистых продуктов.When voltage is applied from the AC mains to the electromagnet via cable 28, its armature, rigidly connected to rubber-metal shock absorbers, makes harmonic oscillations. A rubber-metal shock absorber installed in the upper part of the housing and forming a working chamber together with the lid acts as a piston with a frequency equal to the double frequency of the supply current. During the period of oscillation, periodic changes occur in the volume of the working chamber 16. With an increase in the volume of the working chamber, the suction valve 21 is opened, and the liquid into which the pump is immersed fills it, while the discharge valve is closed, and with a decrease in the volume of the chamber, the suction valve is closed, and the liquid displaced by a rubber-metal shock absorber under the action of direct electromagnetic force, through the discharge valve 22 and the fitting 25 fills the pressure pipe. The working chamber of the pump does not contain parts susceptible to corrosion, which allows it to be used for pumping drinking water and other clean products.

Claims

1. A vibration pump comprising a housing, an electromagnet housed in it with an armored magnetic circuit consisting of cylindrical cores with outer and inner diameters, between which an annular gap is formed for the coil of the electric winding, a yoke and an armature, which is connected via a rod to the shock absorber, the lower and the upper cover, the working chamber, the suction valve and the exhaust pipe, characterized in that the armored magnetic circuit and the yoke are made of electrical steel tape as a single part, and the electric anchor The magnet is made in the form of a babin of electrical steel tape, the inner and outer diameter of which corresponds to the inner and outer diameters of the cores of the electromagnet and which is rigidly fixed in a metal washer, while it is rigidly connected through the rod to two rubber-metal shock absorbers, the metal insert of one of them is made in the form a flat washer with the outer and central disks and an elastic part between them, and a sleeve with a blind thread and transverse is mounted and rigidly connected to it on a central disk with holes, the metal insert of another rubber-metal shock absorber is made with a central sleeve with a closed thread and with transverse and longitudinal grooves, while one of them is mounted on the upper end of the housing and mounted on it through the upper cover with the formation of a working chamber, in the pipes of which are placed at the same level the working plane of the discharge and suction valves, and the second is installed on its lower end and is fixed through the bottom cover.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the working planes of the valves are made with one and a half toroidal recess, the inner and outer diameter of which overlaps the through holes and forms a sealing belt with the outer diameter of the valve.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the rubber-metal shock absorber at both ends of the housing is of the same type.