RU2603233C2 - Насосная установка с электроприводом - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройствам для перекачивания текучих сред и может быть использовано в промышленности, на транспорте и в быту при перекачивании жидкостей, иных несжимаемых и сжимаемых текучих сред, а также при добыче нефти из скважин. Насосная установка состоит из корпуса, электроприводного якоря, расположенного в корпусе, вытеснителя, расположенного в передней части корпуса. Электроприводной якорь и вытеснитель соединены. Электроприводной якорь состоит из соединенных последовательно заднего электроприводного распорного блока, электроприводного блока движения, выполненного с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении изменения своей длины, и переднего электроприводного распорного блока. В отличие от ближайшего аналога по меньшей мере одним электроприводным распорным блоком является магнитострикционный распорный блок и/или электроприводным блоком движения является магнитострикционный блок движения. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в расширении арсенала уже имеющихся технических средств. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в реализации этого назначения. 24 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам для перекачивания текучих сред и может быть использовано в промышленности, на транспорте и в быту при перекачивании жидкостей, иных несжимаемых и сжимаемых текучих сред, а также при добыче нефти из скважин.

Ближайшим аналогом заявленного технического решения является насосная установка с электроприводом для перекачивания текучих сред, описанная в патенте RU 2452872, опубликованном 10.06.2012, МПК⁸ F04B 9/00. Насосная установка состоит из корпуса, электроприводного якоря, расположенного в корпусе, а также расположенного в передней части корпуса вытеснителя. Электроприводной якорь и вытеснитель соединены между собой. Электроприводной якорь состоит из соединенных последовательно заднего электроприводного распорного блока, электроприводного блока движения, выполненного с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении изменения своей длины, а также переднего электроприводного распорного блока. Электроприводные распорные блоки и блок движения выполнены с использованием пьезоэлектрического материала, способного изменять свою длину при подведении к ним электрического потенциала, например из пьезокерамического материала.

Электрические импульсы, поступающие на электроприводные распорные блоки, вызывают их поочередную фиксацию внутри корпуса. Электроприводной блок движения под воздействием поступающего к нему электрического импульса осуществляет периодическое перемещение другого, не зафиксированного внутри корпуса распорного блока на один шаг. Это приводит к пошаговому перемещению вытеснителя относительно корпуса в одном направлении.

Пьезоэлектрические материалы, используемые в описанной конструкции, характеризуются определенной теплостойкостью (температура Кюри), низкими потерями энергии при работе, невысокой прочностью (хрупкостью). Однако существуют средства, изменяющие свои размеры при подведении к ним электрического напряжения, которые также могут быть применены в данной конструкции насоса. Это магнитострикционные устройства. Магнитострикционное устройство, как правило, состоит из замкнутого магнитопровода, материалом которого служит магнитострикционный материал, то есть материал, изменяющий свою длину при изменении в нем магнитного поля, и катушек индуктивности, создающих это магнитное поле. Большинство магнитострикционых материалов отличается большей в сравнении с пьезоэлектрическими материалами механической прочностью, что позволяет создать более надежную насосную установку. Определенный класс магнитострикционных материалов (с «гигантской» магнитострикцией), несмотря на хрупкость и высокую стоимость, отличает высокая жесткость и большие относительные удлинения при изменении магнитного поля. Достаточно значительное количество магнитострикционных материалов имеет большую теплостойкость в сравнении с пьезоэлектрическими материалами. Применение магнитострикционных устройств различного типа, в том числе в одной насосной установке, наряду с пьезоэлектрическими или вместо них, позволяет создавать насосные установки с электроприводом, имеющие более широкий диапазон эксплуатационных свойств, таких как ресурс работы, подача, максимальная температура, энергоэффективность, ремонтопригодность.

Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее техническое решение, состоит в расширении арсенала уже имеющихся технических средств (насосных установок с электроприводом), назначением которых является перекачивание жидкостей, иных несжимаемых и сжимаемых текучих сред. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в реализации этого назначения.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известной насосной установке с электроприводом, состоящей из корпуса, электроприводного якоря, расположенного в корпусе, а также расположенного в передней части корпуса вытеснителя, причем электроприводной якорь и вытеснитель соединены между собой, также электроприводной якорь состоит из соединенных последовательно заднего электроприводного распорного блока, электроприводного блока движения, выполненного с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении изменения своей длины, переднего электроприводного распорного блока, согласно заявленному изобретению в качестве по меньшей мере одного электроприводного распорного блока применен магнитострикционный распорный блок и/или в качестве электроприводного блока движения применен магнитострикционный блок движения.

За счет новой конструкции насосной установки с электроприводом удается расширить арсенал уже имеющихся технических средств - насосных установок с электроприводом - для перекачивания жидкостей, а также иных несжимаемых и сжимаемых текучих сред.

Указанные преимущества изобретения, а также его особенности поясняются лучшими вариантами выполнения со ссылками на чертежи.

Фиг.1 изображает продольный разрез корпуса насосной установки с электроприводом с магнитострикционными распорными блоками и магнитострикционным блоком движения. Вытеснителем является плунжер.

Фиг.2 - продольный разрез корпуса насосной установки с электроприводом с пьезоэлектрическими распорными блоками и магнитострикционным блоком движения. Вытеснителем является плунжер.

Фиг.3 - продольный разрез корпуса насосной установки с электроприводом с магнитострикционными распорными блоками и пьезоэлектрическим блоком движения. Вытеснителем является сильфонный вытеснитель.

Фиг.4 - магнитострикционный узел движения.

Фиг.5 - магнитострикционный распорный узел.

Фиг.6 - поперечный разрез насосной установки с электроприводом в области распорного магнитострикционного блока (провода не изображены).

Фиг.7 - поперечный разрез насосной установки с электроприводом в области магнитострикционного блока движения (провода не изображены).

Фиг.8 - поперечный разрез пьезоэлектрической насосной установки в области распорного пьезоэлектрического блока (провода не изображены).

Фиг.9 - поперечный разрез насосной установки с электроприводом в области пьезоэлектрического блока движения (провода не изображены).

Фиг.10 - продольный разрез пьезоэлектрического блока движения.

Насосная установка с электроприводом (фиг.1, 2, 3) содержит корпус 1 трубчатой формы и расположенный в нем электроприводной якорь 2. В установке в качестве электроприводных распорных блоков могут быть использованы магнитострикционные распорные блоки, в качестве электроприводного блока движения - магнитострикционный блок движения (фиг.1). Электроприводной якорь 2 в такой конструкции состоит из соединенных последовательно заднего магнитострикционного распорного блока 3, магнитострикционного блока движения 4, переднего магнитострикционного распорного блока 5.

Магнитострикционный блок движения 4 состоит из одного или нескольких последовательно соединенных магнитострикционных узлов движения 6. Магнитострикционный узел движения 6 (фиг.4, 7) состоит из магнитопровода прямоугольной формы. Вокруг двух противоположных стержней 7 магнитопровода расположены катушки индуктивности 8; стержни 7 магнитопровода ориентированы в направлении движения электроприводного якоря 2 (фиг.1) и выполнены из магнитострикционного материала. На концах стержней 7 (фиг.4) выполнены пазы 9 для последовательного механического соединения магнитопроводов магнитострикционных узлов движения между собой, а также с передним и задним распорными блоками.

Двумя другими противоположными стержнями магнитопровода прямоугольной формы являются постоянные магниты 10. Направление магнитного потока от постоянных магнитов 10 совпадает с направлением магнитного потока от катушек индуктивности 8 или противоположно ему.

В зависимости от требуемой подачи применяют необходимое количество магнитострикционных узлов движения 6 в магнитострикционном блоке движения 4 насосной установки.

Задний магнитострикционный распорный блок 3 (фиг.1) состоит из П-образной скобы 15 и магнитострикционных распорных узлов 11. П-образная скоба 15 состоит из двух продольных пластин и соединяющей их поперечной пластины. Поперечная пластина П-образной скобы 15 обращена вперед. Магнитострикционные распорные узлы 11 расположены между продольными пластинами П-образной скобы 15.

Магнитострикционный распорный узел 11 (фиг.5, 6) состоит из четырех стержней, образующих магнитопровод прямоугольной формы. Вокруг двух параллельных противоположных стержней 12 расположены катушки индуктивности 13. Два параллельных стержня 12 магнитопровода перпендикулярно соединены с продольными пластинами П-образной скобы. Стержни 12 выполнены из магнитострикционного материала.

Двумя другими стержнями магнитопровода прямоугольной формы являются постоянные магниты 14 (фиг.5). Направление магнитного потока, создаваемое постоянными магнитами 14, совпадает с направлением магнитного потока, создаваемым катушками индуктивности 13, или противоположно ему.

Магнитострикционный блок движения 4 своим задним концом, а именно - концами стержней 7 с пазами 9 - соединен с поперечной пластиной П-образной скобы 15 заднего магнитострикционного распорного блока 3.

Передний магнитострикционный распорный блок 5 (фиг.1) состоит из П-образной скобы 16 и магнитострикционных распорных узлов 11. П-образная скоба 16 состоит из двух продольных пластин и соединяющей их поперечной пластины. Поперечная пластина П-образной скобы 16 обращена назад. Магнитострикционные распорные узлы 11 расположены между продольными пластинами П-образной скобы 16. Два параллельных стержня 12 магнитопровода перпендикулярно соединены с продольными пластинами П-образной скобы 16.

Магнитострикционный блок движения 4 своим передним концом, а именно - концами стержней 7 (фиг.5) с пазами 9 - соединен с поперечной пластиной П-образной скобы 16 (фиг.1) переднего магнитострикционного распорного блока 5.

В зависимости от требуемого напора применяют необходимое количество магнитострикционных распорных узлов 11 в магнитострикционных распорных блоках 3 и 5 насосной установки.

Количество катушек индуктивности 8 (фиг.4) в каждом магнитострикционном блоке движения и 13 (фиг.5) в каждом магнитострикционном распорном блоке может быть иным, и расположены они могут быть на любом или на любых стержнях магнитопровода. Создание начального подмагничивания магнитопровода может не осуществляться, то есть в состав магнитопровода могуть входить стержни без остаточного намагничивания. Также подмагничивание магнитопровода может осуществляться дополнительным постоянным магнитом или постоянными магнитами, расположенными на одном или нескольких стержнях.

В передней части корпуса 1 (фиг.1) расположен вытеснитель. В качестве вытеснителя применен плунжер 17. Электроприводной якорь 2 и плунжер 17 соединены между собой при посредстве пластинчатой пружины 18, закрепленной в передней части П-образной скобы 16. Пластинчатая пружина 18 расположена перпендикулярно направлению движения плунжера 17. Края пластинчатой пружины 18 закреплены болтами на передних концах продольных пластин П-образной скобы 16. Задний конец плунжера 17 закреплен в середине пластинчатой пружины 18.

В установке в качестве электроприводных распорных блоков могут быть использованы пьезоэлектрические распорные блоки, а в качестве электроприводного блока движения - магнитострикционный блок движения (фиг.2). Электроприводной якорь 2 в такой конструкции состоит из соединенных последовательно заднего пьезоэлектрического распорного блока 19, магнитострикционного блока движения 4, переднего пьезоэлектрического распорного блока 20.

Задний распорный пьезоэлектрический блок 19 состоит из скобы 21 и пьезопакетов 22. Скоба 21 представляет собой П-образную деталь, состоящую из двух продольных пластин и соединяющей их поперечной пластины. Пьезопакеты 22 расположены между продольными пластинами скобы 21; своими торцами они соединены с этими продольными пластинами. Направления изменения длин пьезопакетов 22 при подведении к ним электрического напряжения перпендикулярны продольным пластинам скобы 22. Поперечная пластина П-образной скобы 21 заднего распорного пьезоэлектрического блока 19 обращена вперед.

Магнитострикционный блок движения 4 своим задним концом, а именно - концами стержневых сердечников 7 с пазами 9 - соединен с поперечной пластиной П-образной скобы 21 заднего пьезоэлектрического распорного блока 19.

Передний распорный пьезоэлектрический блок 23 состоит из скобы 24 и пьезопакетов 22. (фиг.2, 8). Скоба 24 представляет собой П-образную деталь, состоящую из двух продольных пластин и соединяющей их поперечной пластины. Пьезопакеты 22 расположены между продольными пластинами скобы 24. Направления изменения длин пьезопакетов 22 при подведении к ним электрического напряжения перпендикулярны продольным пластинам скобы 24. Поперечная пластина П-образной скобы 24 (фиг.2) переднего распорного пьезоэлектрического блока 23 обращена назад.

Магнитострикционный блок движения 4 своим передним концом, а именно - концами стержневых сердечников 7 с пазами 9 - соединен с поперечной пластиной П-образной скобы 24 переднего пьезоэлектрический распорного блока 23.

В передней части корпуса 1 расположен вытеснитель. В качестве вытеснителя применен плунжер 17. Электроприводной якорь 2 и плунжер 17 соединены между собой при посредстве упругого элемента 25, закрепленного в передней части П-образной скобы 24. Задний конец плунжера 17 закреплен в середине упругого элемента 25.

В зависимости от требуемого напора применяют необходимое количество пьезопакетов в распорных пьезоэлектрических блоках 19 и 23 насосной установки.

В насосной установке в качестве электроприводных распорных блоков могут быть использованы передний пьезоэлектрический, а задний - магнитострикционный распорные блоки, или передний магнитострикционный, а задний - пьезоэлектрический распорные блоки; при этом в качестве электроприводного блока движения применен магнитострикционный блок движения.

В установке в качестве электроприводных распорных блоков могут быть использованы магнитострикционные распорные блоки, а в качестве электроприводного блока движения - пьезоэлектрический блок движения (фиг.3). Электроприводной якорь 2 в такой конструкции состоит из соединенных последовательно заднего магнитострикционного распорного блока 19, пьезоэлектрического блока движения 26, переднего магнитострикционного распорного блока 20.

В пьезоэлектрическом блоке движения 26 между его передним и задним концами содержится ползун 27 (фиг.3, 10), который касается корпуса 1 изнутри. При большой длине пьезоэлектрического блока движения 26 ползунов может быть несколько, равномерно распределенных по длине блока. Касаясь внутренних стенок корпуса, ползуны не позволяют пьезоэлектрическому блоку движения 26 изгибаться при сжимающих нагрузках.

Корпус 1 насосной установки частично или полностью заполнен полиэтилсилоксановой жидкостью. В качестве заполняющей жидкости может быть применена иная жидкость. Для прохода жидкости при перемещениях электроприводного якоря 2 в ползуне 27 выполнены пазы 28 (фиг.9, 10), соединяющие внутреннюю полость корпуса сзади от ползуна с внутренней полостью корпуса спереди от ползуна.

Между передним концом пьезоэлектрического блока движения 26 и ползуном 27 содержится пьезопакет 22 (фиг.3, 9, 10). Второй пьезопакет 22 (фиг.1) содержится между ползуном 27 и задним концом пьезоэлектрического блока движения 26. Также пьезопакеты могут содержаться между ползунами (при нескольких ползунах).

В пьезоэлектрическом блоке движения дополнительно содержится сжимающий стержень 29 (фиг.9, 10). Он проходит от заднего конца пьезоэлектрического блока движения 26 (фиг.3) к его переднему концу. Соединение поперечной пластины П-образной скобы 15 (фиг.3, 10) заднего распорного магнитострикционного блока 11 и сжимающего стержня 29 (фиг.10) выполнено резьбовым. Соединение поперечной пластины П-образной скобы 16 (фиг.3) переднего распорного магнитострикционного блока 5 и сжимающего стержня 29 также выполнено резьбовым. Направления изменения длин пьезопакетов 22 при подведении к ним электрического напряжения совпадает с направлением сжимающего стержня 29.

Для дополнительного охлаждения пьезопакетов 22, а также возможного прохода жидкости внутри пьезоэлектрического блока движения 26 выполнен канал 30 (фиг.9, 10), сообщающий внутреннюю полость корпуса вблизи заднего конца пьезоэлектрического блока движения 26 с внутренней полостью корпуса вблизи переднего конца пьезоэлектрического блока движения. Сжимающий стержень 29 расположен внутри пьезоэлектрического блока движения 26 с зазором. Канал 30 образован зазором между сжимающим стержнем 29 и пьезоэлектрическим блоком движения 26. Каналы могут быть выполнены в деталях пьезоэлектрического блока движения 26 не в месте расположения сжимающего стержня 29.

В пьезоэлектрическом блоке движения 26 вблизи заднего конца выполнены отверстия 31 (фиг.3, 10), соединяющие канал 30 с внутренней полостью корпуса 1. Также в заднем распорном магнитострикционном блоке 3, а именно - в скобе 15, выполнены отверстия 32, соединяющие канал 30 с внутренней полостью корпуса 1. В пьезоэлектрическом блоке движения 26 вблизи переднего конца также выполнено отверстие 31, соединяющее канал 30 с внутренней полостью корпуса. Также в переднем распорном магнитострикционном блоке 5 выполнены отверстия, соединяющие канал 30 с внутренней полостью корпуса 1.

В насосной установке в качестве электроприводных распорных блоков могут быть использованы передний пьезоэлектрический, а задний - магнитострикционный распорные блоки, или передний магнитострикционный, а задний - пьезоэлектрический распорные блоки; при этом в качестве электроприводного блока движения применен пьезоэлектрический блок движения.

В магнитострикционном блоке движения 4 между его передним и задним концами содержится ползун 33 (фиг.1, 2, 7), который касается корпуса 1 изнутри. При большой длине магнитострикционного блока движения 4 ползунов может быть несколько, равномерно распределенных по длине блока. Касаясь внутренних стенок корпуса 1, ползуны не позволяют магнитострикционному блоку движения 4 изгибаться при сжимающих нагрузках. Поскольку корпус насосной установки, изображенной на фиг.1 и 2, также частично или полностью заполнен полиэтилсилоксановой или иной жидкостью, для ее прохода при перемещениях электроприводного якоря 2 в ползуне 33 выполнены пазы 34 (фиг.10), соединяющие внутреннюю полость корпуса 1 сзади от ползуна 33 с внутренней полостью корпуса 1 спереди от ползуна 33.

В насосной установке стержни магнитопроводов могут быть выполнены из электрически изолированных друг от друга пластин. Магнитострикционным материалом этих пластин или сплошных стержней магнитопровода может являться материал с гигантской магнитострикцией, например терфенол-Д или галфенол. Также в состав этого магнитострикционного материала может входить тербий и/или диспрозий.

В насосной установке слои и/или пластины пьезоэлектрического материала пьезопакетов 22 (фиг.2 и 3) могут быть выполнены из пьезокерамики. В состав пьезокерамики могут входить цирконат свинца, титанат свинца, титанат бария, титанат кальция в любых отношениях. Толщина слоев и/или пластин пьезоэлектрического материала находится в пределах от 0,005 до 50 миллиметров; электроды между слоями и/или пластинами пьезоэлектрического материала могут быть выполнены из серебра, или меди, или бериллиевой бронзы толщиной от 0,001 до 5 миллиметров.

В качестве вытеснителя насосной установки может применен сильфонный вытеснитель 37 (фиг.3). Сильфонный вытеснитель 37 состоит из сильфонной трубки 38, крышки сильфонного вытеснителя 39, герметично закрывающей сильфонную трубку 38 спереди, штока 40, соединенного с электроприводным якорем одним концом и с крышкой внутри сильфонной трубки 38 - другим концом. Задний край сильфонной трубки 38 герметично закреплен на корпусе 1 вокруг его внутренней полости. Сильфонная трубка 38 может быть мембранного типа или с радиусными вершинами и впадинами. В конструкцию сильфонного вытеснителя дополнительно может быть введен по меньшей мере один кольцевой ползун 41, закрепленный концентрично внутри сильфонной трубки 38 вокруг штока 40 и касающийся его. В кольцевом ползуне 41 выполнено по меньшей мере одно отверстие, соединяющее внутренние области сильфонной трубки 38 спереди и сзади кольцевого ползуна 41.

Электроприводной якорь 2 и задний конец штока 40 соединены между собой при посредстве двух параллельных пластинчатых пружин 18, закрепленных своими краями в передней части П-образной скобы 16 на некотором расстоянии друг от друга, обеспечиваемом проставками 42. Задний конец штока 40 закреплен в середине каждой из пластинчатых пружин 18.

Корпус 1 насосной установки может быть выполнен по меньшей мере из двух деталей, соединенных между собой с образованием внутренней полости и заднего отверстия внутренней полости. Во внутренней полости корпуса 1 находится электроприводной якорь 2.

Корпус 1 насосной установки может состоять из двух пластин трения 35 (фиг.6, 7, 8, 9) и двух щек 36. Пластины трения 35 расположены параллельно напротив друг друга; в промежутке между ними присоединены щеки 36 с образованием внутренней полости, переднего отверстия внутренней полости и заднего отверстия внутренней полости. Во внутренней полости находится электроприводной якорь 2 (фиг.1, 2, 3). Продольные пластины П-образных скоб 15,16, 21 и 24 заднего и переднего распорных блоков касаются изнутри пластин трения 35.

В конструкцию насосной установки может быть введена по меньшей мере одна гидрозащита 43 (фиг.1, 2), которая изолирует внутреннюю полость корпуса 1, в которой движутся электроприводные блоки, от перекачиваемой среды. Гидрозащита 43 выполнена из непроницаемого для жидкости тонкого материала, имеющая периферийный край и отверстие. Периферийный край гидрозащиты герметично закреплен в передней части корпуса 1 вокруг его внутренней полости. В отверстии гидрозащиты находится плунжер 17. Край отверстия гидрозащиты 43 герметично закреплен вокруг плунжера 17, герметизируя спереди внутреннюю полость корпуса 1, в которой находятся электроприводные блоки. В корпусе 1 между местом закрепления периферийного края гидрозащиты и местом контакта плунжера 17 с корпусом 1 выполнены сквозные отверстия 44.

Гидрозащита 43 может быть выполнена в виде эластичной мембраны, или диафрагмы, или сильфонной трубки. Сильфонная трубка гидрозащиты может быть мембранного типа или с радиусными вершинами и впадинами. Между передним и задним концами гидрозащиты 43 дополнительно может быть введен по меньшей мере один ползун 45, выполненный в виде кольца. Ползун 45 соосно и герметично соединен с гидрозащитой 43, а именно - с его сильфонными трубками. Ползун 45 касается плунжера 17. В ползуне 45 выполнено по меньшей мере одно отверстие, соединяющее внутренние области сильфонной трубки гидрозащиты 43 спереди и сзади ползуна 45.

В конструкцию насосной установки может быть введено сальниковое уплотнение 46 (фиг.1), герметично закрепленное в корпусе 1 в области между передним электроприводным распорным блоком и плунжером 17. Цилиндрическая поверхность плунжера 17 касается сальникового уплотнения 46 изнутри.

В конструкцию насосной установки может быть добавлен компенсатор, выполненный из непроницаемого для жидкости тонкого материала. Периферийный край компенсатора герметично закреплен вокруг отверстия в корпусе 1, герметизируя внутреннюю полость корпуса, в которой находятся электроприводные блоки. При этом корпус 1 частично или полностью заполнен жидкостью.

В насосную установку может быть дополнительно введен компенсатор 47 (фиг.1 и 3). Компенсатор 47 выполнен из непроницаемого для жидкости тонкого материала, например из стали или латуни. Неподвижный край компенсатора герметично закреплен вблизи заднего отверстия в корпусе 1 вокруг его внутренней полости. При этом корпус 1 частично или полностью заполнен жидкостью, например полиэтилсилоксановой жидкостью. Компенсатор 47 может быть выполнен в виде эластичной мембраны, или диафрагмы, или сильфонной трубки. Сильфонная трубка может быть применена с радиусными вершинами и впадинами или мембранного типа. Подвижный край сильфонной трубки компенсатора герметично закрыт крышкой 48. Крышка 48 касается корпуса 1 изнутри; в периферийной части крышки 48 выполнено по меньшей мере одно отверстие, сообщающее наружную поверхность сильфонной трубки компенсатора 47 с окружающей средой. В корпусе 1 ниже места закрепления периферийного края компенсатора 47 также может быть выполнено по меньшей мере одно отверстие, сообщающее наружную поверхность сильфонной трубки компенсатора 47 с окружающей средой.

Между передним и задним концами компенсатора 47 дополнительно введен ползун 49, выполненный в виде кольца. Ползун 49 соосно и герметично соединен с компенсатором 47, а именно - с его сильфонной трубкой. Ползун 49 касается корпуса 1 изнутри. В периферийной части кольца ползуна 49 выполнено по меньшей мере одно отверстие, сообщающее наружную поверхность сильфонной трубки компенсатора 47 спереди от ползуна 49 с наружной поверхностью сильфонной трубки компенсатора 47 сзади от ползуна 49.

В конструкцию насосной установки может быть добавлен компенсатор, выполненный в виде гироаккумулятора 50 (фиг.2). Крышка 51 закрывает заднее отверстие внутренней полости корпуса 1. Внутренняя полость корпуса 1 и гидроаккумулятор 50 соединены трубопроводом 52.

Соединения деталей корпуса 1 выполнены болтами 53 (фиг.6, 7, 8, 9) или резьбовыми шпильками. Они могут быть герметизированы эластичными уплотнениями и/или пропайкой оловом, оловянным припоем, серебряным припоем, медно-фосфорным припоем, латунью.

Для обеспечения циклической работы установки применен впускной клапан 54 (фиг.1, 2, 3) и выпускной клапан 55. Клапаны расположены в передней части корпуса 1 перед вытеснителем: плунжером 17 или сильфонным вытеснителем 37. Для исключения застойных зон, в которых обычно накапливаются механические примеси, вблизи задней наружной части сильфонного вытеснителя 37 могут быть введены дополнительные впускные клапаны 56 (фиг.3). Через эти клапаны при всасывании жидкость попадает через корпус 1 к задней наружной части сильфонного вытеснителя 37.

Электрический провод 57 одним концом присоединен к заднему электроприводному распорному блоку. Электрический провод 58 одним концом присоединен к электроприводному блоку движения. Электрический провод 59 одним концом присоединен к переднему электроприводному распорному блоку. Электрические провода 57, 58 и 59 вторыми концами подключены к электрическому разъему 60. Электрический разъем 60 может находиться в корпусе 1, обеспечивая подключение электрического кабеля питания с наружной стороны установки.

Кабель питания, подключаемый к установке с наружной стороны, может быть выполнен четырехжильным с тремя силовыми жилами и одной общей жилой. Также кабель питания может быть выполнен трехжильным с тремя экранированными жилами, каждая жила в этом случае будет иметь свой экран. Также в кабеле могут быть дополнительные жилы для датчиков обратной связи и приборов телеметрии.

Устройство работает следующим образом.

В первой фазе нагнетания задний электроприводной распорный блок насосной установки находится в распертом состоянии, то есть его П-образная скоба давит на корпус 1 изнутри в поперечном направлении. Это происходит вследствие подведения к данному блоку электрического напряжения по проводу 57, обеспечивающего распор. Передний электроприводной распорный блок в этой фазе находится в свободном состоянии, на него по проводу 59 подается напряжение, обеспечивающее отсутствие распора (в частном случае это напряжение равно нулю). Между П-образной скобой переднего электроприводного распорного блока и стенками корпуса 1 распорное усилие минимально или вовсе отсутствует. В то же время отсутствует зазор. Наличие зазора свидетельствует о неправильной настройке, неисправности, работе с запредельной температурой либо об износе установки. Зазор приводит к дополнительной вибрации, ухудшению напора и быстрому выходу устройства из строя.

Электроприводной блок движения насосной установки находится в сжатом состоянии. Это происходит вследствие подведения к данному блоку электрического напряжения по проводу 58, обеспечивающего сжатие. В частном случае это напряжение равно нулю.

Во второй фазе нагнетания электрическое напряжение для обеспечения растяжения поступает по проводу 58 на электроприводной блок движения, и этот блок увеличивает свою длину. При этом соединенный с ним передний электроприводной распорный блок перемещается на небольшое расстояние.

В третьей фазе нагнетания электрическое напряжение для распора по проводу 59 поступает на передний электроприводной распорный блок, и его П-образная скоба начинает давить на корпус 1 изнутри. Иначе говоря, этот блок переходит в распертое состояние. Одновременно с этим на провод 57 поступает электрическое напряжение, обеспечивающее отсутствие распора. Вследствие этого задний электроприводной распорный блок переходит в свободное состояние, то есть перестает давить на корпус 1 изнутри, или же оказывает минимально возможное давление. Однако зазор в этом случае между корпусом и его П-образной скобой также отсутствует.

В четвертой фазе нагнетания на провод 58 поступает электрический потенциал, обеспечивающий сжатие электроприводного блока движения. Этот блок переходит в свободное состояние, то есть уменьшает свою длину. При этом вперед на небольшое расстояние перемещается задний электроприводной распорный блок. В конце четвертой фазы на провод 59 поступает электрическое напряжение, переводящее передний электроприводной распорный блок в свободное состояние - перестает давить изнутри на корпус 1.

Такое чередование фаз обеспечивает пошаговое перемещение электроприводного якоря 2 вперед. Поскольку вытеснитель (плунжер 17 или сильфонный вытеснитель 37) связан с движущимися электроприводным якорем 2, вместе с ним вперед перемещается перекачиваемая среда, заполняющая пространство между вытеснителем и корпусом 1. Впускные клапаны 54 при этом закрыты, а выпускной клапан 55 - открыт. Через него перекачиваемая среда выходит из насосной установки под давлением.

Чередование фаз при нагнетании повторяется многократно до тех пор, пока вытеснитель перекачиваемой среды не достигнет крайнего переднего положения. Этот момент определяют по кривой изменения электрического тока в проводе 58. Также этот момент может контролироваться по датчику обратной связи положения электроприводного якоря 2 или вытеснителя.

После достижения вытеснителем перекачиваемой среды крайнего переднего положения начинается всасывание. В первой фазе всасывания задний электроприводной распорный блок находится в свободном состоянии, то есть его П-образная скоба не давит на корпус 1 изнутри, или давит с минимально возможным усилием.

Во второй фазе всасывания электроприводной блок движения увеличивает свою длину. При этом задний электроприводной распорный блок перемещается назад на небольшое расстояние.

В третьей фазе всасывания передний электроприводной распорный блок переходит в свободное состояние. Одновременно с этим задний электроприводной распорный блок переходит в распертое состояние, то есть начинает давить на корпус 1 изнутри.

В четвертой фазе всасывания электроприводной блок движения переходит в свободное состояние, то есть уменьшает свою длину. При этом назад на небольшое расстояние перемещается передний электроприводной распорный блок.

Подобное чередование фаз при всасывании повторяется многократно до тех пор, пока вытеснитель перекачиваемой среды не достигнет крайнего заднего положения. Момент достижения крайнего заднего положения определяют по изменению тока в проводе 58. Также этот момент может контролироваться по датчику обратной связи крайнего заднего положения электроприводных блоков (не показан).

Поскольку вытеснитель связан с движущимся назад электроприводным якорем 2, вместе с движением вытеснителя всасывается перекачиваемая среда. Впускные клапаны 54 при этом открыты, а выпускной клапан 55 - закрыт.

Компенсатор 47 или 50 за счет изменения своего объема компенсирует изменение объема жидкости, заполняющей корпус 1, при движении вытеснителя вверх или вниз.

Упругая связь между вытеснителем и электроприводным якорем 2 уменьшает передающиеся на вытеснитель вибрационные колебания, образующиеся при движении электроприводного якоря 2. Это уменьшает возможность возникновения кавитации перекачиваемой среды, а также продольную вибрацию установки.

Наиболее успешно заявленная насосная установка промышленно применима на транспорте и в промышленности при перекачивании жидкостей с высоким напором и относительно небольшой подачей, где по массогабаритным показателям и показателям эффективности использование насосов других типов затруднено, а также при добыче нефти из скважин.

Claims (25)

1. Насосная установка с электроприводом, состоящая из корпуса, электроприводного якоря, расположенного в корпусе, вытеснителя, расположенного в передней части корпуса; электроприводной якорь и вытеснитель соединены; электроприводной якорь состоит из соединенных последовательно заднего электроприводного распорного блока, электроприводного блока движения, выполненного с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении изменения своей длины, переднего электроприводного распорного блока, отличающаяся тем, что по меньшей мере одним электроприводным распорным блоком является магнитострикционный распорный блок и/или электроприводным блоком движения является магнитострикционный блок движения.

2. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что в электроприводном блоке движения между его передним и задним концами содержится по меньшей мере один ползун; ползун касается корпуса изнутри.

3. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что магнитострикционный блок движения состоит из одного или нескольких магнитострикционных узлов движения; магнитострикционный узел движения состоит из четырех стержней, образующих магнитопровод прямоугольной формы, в магнитопроводе вокруг по меньшей мере одного стержня расположена по меньшей мере одна катушка индуктивности; два стержня магнитопровода ориентированы в направлении движения электроприводного якоря и выполнены из магнитострикционного материала; магнитострикционные узлы движения последовательно механически соединены своими магнитопроводами.

4. Насосная установка по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере одним из стержней магнитопровода является постоянный магнит; в магнитопроводе направление магнитного потока от постоянного магнита совпадает с направлением магнитного потока от катушки индуктивности или противоположно направлению магнитного потока от катушки индуктивности.

5. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что электроприводным блоком движения является пьезоэлектрический блок движения; в пьезоэлектрическом блоке движения дополнительно содержится сжимающий стержень, сжимающий стержень расположен между задним концом пьезоэлектрического блока движения и его передним концом; соединение заднего электроприводного распорного блока и пьезоэлектрического блока движения выполнено резьбовым соединением сжимающего стержня с задним электроприводным распорным блоком; соединение переднего электроприводного распорного блока и пьезоэлектрического блока движения выполнено резьбовым соединением сжимающего стержня с передним электроприводным распорным блоком.

6. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно введен упругий элемент, соединяющий электроприводной якорь и вытеснитель.

7. Насосная установка по п.6, отличающаяся тем, что упругим элементом является пластинчатая пружина или спиральная пружина.

8. Насосная установка по п.5, отличающаяся тем, что сжимающий стержень расположен внутри пьезоэлектрического блока движения; зазором между сжимающим стержнем и пьезоэлектрическим блоком движения образован канал; в пьезоэлектрическом блоке движения вблизи заднего конца выполнено по меньшей мере одно дополнительное отверстие, соединяющее канал с внутренней полостью корпуса, и/или в заднем электроприводном распорном блоке выполнено по меньшей мере одно дополнительное отверстие, соединяющее канал с внутренней полостью корпуса; в пьезоэлектрическом блоке движения вблизи переднего конца выполнено по меньшей мере одно дополнительное отверстие, соединяющее канал с внутренней полостью корпуса, и/или в переднем электроприводном распорном блоке выполнено по меньшей мере одно дополнительное отверстие, соединяющее канал с внутренней полостью корпуса.

9. Насосная установка по п.5, отличающаяся тем, что в пьезоэлектрическом блоке движения между его передним концом и ползуном, между ползунами, между ползуном и задним концом пьезоэлектрического блока движения содержатся пьезопакеты; направление изменения длины пьезопакета при подведении к нему электрического напряжения совпадает с направлением стержня.

10. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что задний электроприводной распорный блок состоит из П-образной скобы и по меньшей мере одного магнитострикционного распорного узла; П-образная скоба состоит из двух продольных пластин и соединяющей их поперечной пластины; поперечная пластина П-образной скобы обращена вперед; магнитострикционный распорный узел расположен между продольными пластинами П-образной скобы; магнитострикционный распорный узел состоит из четырех стержней, образующих магнитопровод прямоугольной формы, в магнитопроводе вокруг по меньшей мере одного стержня расположена по меньшей мере одна катушка индуктивности; два параллельных стержня магнитопровода перпендикулярно соединены с продольными пластинами П-образной скобы и выполнены из магнитострикционного материала; электроприводной блок движения своим задним концом соединен с поперечной пластиной П-образной скобы заднего электроприводного распорного блока.

11. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что передний электроприводной распорный блок состоит из П-образной скобы и по меньшей мере одного магнитострикционного распорного узла; П-образная скоба состоит из двух продольных пластин и соединяющей их поперечной пластины; поперечная пластина П-образной скобы обращена назад; магнитострикционный распорный узел расположен между продольными пластинами П-образной скобы; магнитострикционный распорный узел состоит из четырех стержней, образующих магнитопровод прямоугольной формы, в магнитопроводе вокруг по меньшей мере одного стержня расположена по меньшей мере одна катушка индуктивности; два параллельных стержня магнитопровода перпендикулярно соединены с продольными пластинами П-образной скобы и выполнены из магнитострикционного материала; электроприводной блок движения своим передним концом соединен с поперечной пластиной П-образной скобы переднего электроприводного распорного блока.

12. Насосная установка по пп.10, 11, отличающаяся тем, что по меньшей мере одним из стержней магнитопровода является постоянный магнит; в магнитопроводе направление магнитного потока от постоянного магнита совпадает с направлением магнитного потока от катушки индуктивности или противоположно направлению магнитного потока от катушки индуктивности.

13. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что задний электроприводной распорный блок состоит из П-образной скобы и по меньшей мере одного пьезопакета; П-образная скоба состоит из двух продольных пластин и соединяющей их поперечной пластины; пьезопакет расположен между продольными пластинами П-образной скобы; направление изменения длины пьезопакета при подведении к нему электрического напряжения перпендикулярно продольным пластинам; поперечная пластина П-образной скобы обращена вперед; электроприводной блок движения своим задним концом соединен с поперечной пластиной П-образной скобы заднего распорного пьезоэлектрического блока.

14. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что передний электроприводной распорный блок состоит из П-образной скобы и по меньшей мере одного пьезопакета; П-образная скоба состоит из двух продольных пластин и соединяющей их поперечной пластины; пьезопакет расположен между продольными пластинами П-образной скобы; направление изменения длины пьезопакета при подведении к нему электрического напряжения перпендикулярно продольным пластинам; поперечная пластина П-образной скобы обращена назад; электроприводной блок движения своим передним концом соединен с поперечной пластиной П-образной скобы переднего распорного пьезоэлектрического блока.

15. Насосная установка по пп.3, 10, 11, отличающаяся тем, что магнитострикционным материалом является материал с гигантской магнитострикцией.

16. Насосная установка по пп.3, 10, 11, отличающаяся тем, что магнитострикционным материалом является терфенол-Д или галфенол.

17. Насосная установка по пп.3, 10, 11, отличающаяся тем, что в состав магнитострикционного материала входит тербий и/или диспрозий.

18. Насосная установка по пп.3, 10, 11, отличающаяся тем, что стержневые сердечники магнитопровода выполнены из электрически изолированных друг от друга пластин.

19. Насосная установка по пп.5, 8, 9, 13, 14, отличающаяся тем, что слои и/или пластины пьезоэлектрического материала пьезопакетов выполнены из пьезокерамики, в состав пьезокерамики входят цирконат свинца, титанат свинца, титанат бария, титанат кальция в любых отношениях; толщина слоев и/или пластин пьезоэлектрического материала находится в пределах от 0,005 до 50 миллиметров; электроды между слоями и/или пластинами пьезоэлектрического материала выполнены из серебра, или меди, или бериллиевой бронзы толщиной от 0,001 до 5 миллиметров.

20. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве вытеснителя применен плунжер или сильфонный вытеснитель.

21. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус состоит по меньшей мере из двух деталей, соединенных между собой с образованием внутренней полости и заднего отверстия внутренней полости; во внутренней полости находится пьезоякорь.

22. Насосная установка по пп.10, 11, 13, 14, отличающаяся тем, что корпус состоит из двух пластин трения и двух щек; пластины трения расположены параллельно напротив друг друга; в промежутке между ними присоединены щеки с образованием внутренней полости и заднего отверстия внутренней полости; во внутренней полости находится пьезоякорь; продольные пластины П-образных скоб распорных блоков касаются изнутри пластин трения.

23. Насосная установка по п.21, отличающаяся тем, что дополнительно введены компенсатор и крышка; компенсатор выполнен в виде сильфонной трубки мембранного типа или сильфонной трубки с радиусными вершинами и впадинами; неподвижный край сильфонной трубки герметично закреплен вокруг заднего отверстия внутренней полости; подвижный край сильфонной трубки герметично закрыт крышкой.

24. Насосная установка по п.21, отличающаяся тем, что дополнительно введены крышка и гидроаккумулятор; крышка закрывает заднее отверстие внутренней полости; внутренняя полость и гидроаккумулятор соединены трубопроводом.

25. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус частично или полностью заполнен жидкостью; или корпус частично или полностью заполнен полиэтилсилоксановой жидкостью.

Images