RU45006U1

RU45006U1 - ELECTROMAGNETIC PUMP

Info

Publication number: RU45006U1
Application number: RU2004131752/22U
Authority: RU
Inventors: Ф.С. Шимчук
Original assignee: Саратовское акционерное производственно-коммерческое открытое общество "НЕФТЕМАШ"-САПКОН
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2005-04-10

Abstract

Электромагнитный насос относится к устройствам для перекачивания жидкостей и газов и может быть использован в различных областях техники. Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей насоса. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в повышении объемной подачи перекачиваемой жидкости за счет бесперебойной ее подачи, использовании любых источников питания для работоспособности насоса, универсальность и разборность конструкции, а также возможность регулирования производительности. Поставленная задача решается тем, что электромагнитный насос содержит корпус в виде цилиндра, на наружной поверхности которого установлены катушки индуктивности, а внутри него - ферромагнитный поршень, и систему клапанов. Дополнительно введены коммутирующее устройство, входной и выходной патрубки с двумя разветвлениями, между которыми установлен цилиндр таким образом, что он соединен с разветвлениями, образуя единую замкнутую гидравлическую систему. При этом детали насоса выполнены из немагнитного материала, а катушки индуктивности подключены к вновь введенному коммутирующему устройству. Преимущества предлагаемого насоса заключаются в повышении объемной подачи перекачиваемой жидкости за счет ее непрерывности, возможности регулирования производительности путем изменения частоты срабатывания кадушек индуктивности, использовании любых источников питания для работоспособности насоса. Возможно даже ручное управление насосом в случае изготовления коммутирующего устройства в виде вращающегося барабана с подвижными контактами. Универсальность и разборность конструкции позволяют широко использовать такой насос для бытовых нужд, даже в условиях отсутствия переменного тока. Он транспортабелен и удобен в обслуживании.An electromagnetic pump refers to devices for pumping liquids and gases and can be used in various fields of technology. The objective of the utility model is to expand the operational capabilities of the pump. The technical result that can be obtained using the utility model is to increase the volumetric supply of the pumped liquid due to its uninterrupted supply, using any power sources for the pump’s performance, versatility and collapsibility of the design, as well as the ability to control performance. The problem is solved in that the electromagnetic pump contains a housing in the form of a cylinder, on the outer surface of which inductors are installed, and inside it is a ferromagnetic piston, and a valve system. Additionally, a switching device, inlet and outlet pipes with two branches are introduced, between which the cylinder is mounted so that it is connected to the branches, forming a single closed hydraulic system. In this case, the pump parts are made of non-magnetic material, and the inductance coils are connected to the newly introduced switching device. The advantages of the proposed pump are to increase the volumetric supply of the pumped liquid due to its continuity, the ability to control performance by changing the frequency of operation of the inductance coils, using any power sources for the pump to work. It is even possible to manually control the pump in the case of manufacturing a switching device in the form of a rotating drum with movable contacts. The versatility and collapsibility of the design make it possible to widely use such a pump for domestic needs, even in the absence of alternating current. It is transportable and easy to maintain.

Description

Полезная модель относится к устройствам для перекачивания жидкостей и газов и может быть использована в различных областях техники.The utility model relates to devices for pumping liquids and gases and can be used in various fields of technology.

Известны диафрагменные вибрационные насосы, у которых эластичная диафрагма (мембрана) скреплена с ферромагнитным якорем однофазного электромагнита переменного тока. Изменение тока за период вызывает перемещение ферромагнитного якоря, что сопровождается разносторонним растяжением эластичной диафрагмы и с помощью клапанов происходит всасывание и нагнетание перекачиваемой жидкости (например, «Электромагнитный мембранный насос» по патенту №2029888, МПК F 04 B 43/04, 1995).Diaphragm vibration pumps are known in which an elastic diaphragm (membrane) is bonded to a ferromagnetic armature of a single-phase alternating current electromagnet. A change in current over a period causes the ferromagnetic armature to move, which is accompanied by the versatile stretching of the elastic diaphragm and with the help of the valves, the pumped liquid is sucked and pumped (for example, “Electromagnetic Diaphragm Pump” according to patent No. 2029888, IPC F 04 B 43/04, 1995).

Недостатком этих насосов является малая производительность, т.к. амплитуда колебаний мембраны незначительна. Это объясняется тем, что при частоте переменного тока в сети 50 Гц происходит 100 перемещений якоря в 1 секунду, что приводит к быстрому выходу из строя эластичной диафрагмы. Кроме того, подача жидкости происходит только при одностороннем движении мембраны, т.е. носит пульсирующий характер.The disadvantage of these pumps is their low productivity, because the amplitude of membrane vibrations is negligible. This is because at an AC frequency of 50 Hz, 100 movements of the armature occur in 1 second, which leads to a rapid failure of the elastic diaphragm. In addition, fluid supply occurs only with one-way membrane movement, i.e. is pulsating in nature.

Данный недостаток отсутствует в поршневых насосах в силу того, что в них нет эластичных диафрагм. Известны насосы, состоящие из спиральной и пластинчатых пружин, штока, якоря, поршня, шаровых опор для превращения возвратно-поступательного движения якоря электромагнита в возвратно-поступательное движение поршня (насос по патенту США №3740171, МПК F 04 B 17/04, 1973 г.).This disadvantage is absent in piston pumps due to the fact that they do not have elastic diaphragms. Known pumps, consisting of a spiral and leaf springs, rod, armature, piston, ball bearings to convert the reciprocating motion of the armature of the electromagnet in the reciprocating motion of the piston (pump according to US patent No. 3740171, IPC F 04 B 17/04, 1973 .).

Недостатком этих насосов является усложнение конструкции и снижение надежности.The disadvantage of these pumps is the complexity of the design and reduced reliability.

Наиболее близким как по принципу работы, так и по техническому устройству к заявляемому является «Электромагнитный объемный насос двойного действия» (патент №2005911, МПК F 04 B 17/04, 1994 г.), в котором подача жидкости может осуществляться по двум трубопроводам. В нем повышение объемной подачи, повышение надежности и долговечности насоса достигается тем, что якорь электромагнита выполнен в виде армированного ферромагнитным материалом пластмассового поршня. Он совершает свободные колебания вдоль продольной оси трех катушек и находится внутри корпуса, выполненного в виде горизонтальной трубы из немагнитного материала (пластмасса, силикат или керамика). Причем каждая из катушек включена последовательно с диодами и питается от сети трехфазного тока напряжением 380 В (со сдвигом на 120° по отношению друг к другу). Использование трех катушек на одной оси позволяет увеличить ход поршня, а, следовательно, и объем перекачиваемой жидкости или газа за один ход поршня. Это увеличивает The closest both to the principle of operation and to the technical device to the claimed one is “Electromagnetic double-acting positive displacement pump” (patent No. 20055911, IPC F 04 B 17/04, 1994), in which the liquid can be supplied through two pipelines. In it, an increase in the volumetric supply, an increase in the reliability and durability of the pump is achieved by the fact that the anchor of the electromagnet is made in the form of a plastic piston reinforced with ferromagnetic material. It makes free oscillations along the longitudinal axis of three coils and is located inside the case, made in the form of a horizontal pipe of non-magnetic material (plastic, silicate or ceramic). Moreover, each of the coils is connected in series with the diodes and is powered from a three-phase current network with a voltage of 380 V (with a shift of 120 ° relative to each other). The use of three coils on one axis allows to increase the piston stroke, and, consequently, the volume of pumped liquid or gas in one stroke of the piston. It increases

его производительность и позволяет получить одновременно два потока с различными напорами H₁ и Н₂. Таким образом, при любом ходе поршня происходит всасывание и нагнетание жидкости.its performance and allows you to get two streams simultaneously with different heads H ₁ and H ₂ . Thus, at any piston stroke, fluid is sucked and pumped.

Однако для данного насоса характерен ряд недостатков.However, this pump has a number of disadvantages.

1. Неэффективная работа насоса в процессе полного цикла его работы. В процессе первого периода изменения 3-х фазного напряжения (Т) последовательно срабатывают все три обмотки и происходит перемещение поршня вправо (по схеме). В свою очередь, это приводит к вытеснению перекачиваемой жидкости (газа) из рабочей полости насоса в напорную магистраль за время τ=Т=1/f=1/50=0,02с, где f=50 Гц - частота переменного тока.1. Inefficient pump operation during the full cycle of its operation. In the process of the first period of change of 3-phase voltage (T), all three windings are sequentially activated and the piston moves to the right (according to the scheme). In turn, this leads to the displacement of the pumped liquid (gas) from the working cavity of the pump to the pressure line during the time τ = T = 1 / f = 1/50 = 0.02 s, where f = 50 Hz is the frequency of the alternating current.

Во время второго периода изменения 3-х фазного напряжения (Т) поршень должен переместиться влево за время τ=Т/8=1/8f=1/400==0,0025 с, преодолев зазор, равный суммарной ширине всех трех обмоток. При этом должна совершаться примерно такая же работа по засасыванию жидкости и одновременному созданию напора H₂ Для этого насос должен создать очень большую магнитодвижущую силу, чтобы заставить поршень совершить такую работу. Но в этом случае работа, совершаемая поршнем при его движении вправо, будет неэффективна. Таким образом, работа данного насоса в лучшем случае будет неэффективной, а в худшем - нереальной.During the second period of change of the 3-phase voltage (T), the piston should move to the left during the time τ = T / 8 = 1 / 8f = 1/400 == 0.0025 s, overcoming the gap equal to the total width of all three windings. In this case, approximately the same work should be done on the suction of the liquid and the simultaneous creation of a pressure head H _2. For this, the pump must create a very large magnetomotive force to force the piston to perform such work. But in this case, the work performed by the piston when it moves to the right will be ineffective. Thus, the operation of this pump will be ineffective at best, and unreal at worst.

2. Насос работает только от сети 3-х фазного напряжения.2. The pump only runs on a 3-phase voltage network.

3. В процессе перемещения поршень находится под воздействием периодически изменяемой как по величине, так и по направлению магнитодвижущей силы. В свою очередь, это может привести к возникновению колебаний жидкости, нагнетаемой насосом.3. In the process of moving the piston is under the influence of periodically changing both in magnitude and in the direction of the magnetomotive force. In turn, this can lead to oscillations of the fluid pumped by the pump.

4. Напоры нагнетаемой жидкости H₁ и Н₂ носят пульсирующий (прерывистый) характер, что не всегда является необходимым.4. The pressure of the injected fluid H ₁ and H ₂ are pulsating (intermittent) in nature, which is not always necessary.

Эти недостатки снижают эксплуатационные характеристики насоса. Таким образом, работа вышеописанного насоса в лучшем случае будет неэффективной, а в худшем - нереальной.These shortcomings reduce the performance of the pump. Thus, the operation of the pump described above will be ineffective at best, and unreal at worst.

Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей насоса.The objective of the utility model is to expand the operational capabilities of the pump.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в следующем:The technical result that can be obtained using the utility model is as follows:

- повышении производительности насоса;- increase pump performance;

- использовании любых источников питания для работоспособности насоса;- the use of any power sources for the pump;

- универсальность и разборность конструкции;- universality and folding design;

- возможность регулирования производительности насоса.- the ability to control pump performance.

Поставленная задача решается тем, что электромагнитный насос содержит корпус в виде цилиндра, на наружной поверхности которого установлены катушки индуктивности, а внутри него - ферромагнитный поршень и систему клапанов. Дополнительно в него введены входной и выходной патрубки, объединенные симметричными разветвлениям л, между которыми установлен цилиндр таким образом, что он соединен с разветвлениями, образуя единую замкнутую гидравлическую систему. При этом детали насоса выполнены из немагнитного материала, а катушки индуктивности подключены к коммутирующему устройствуThe problem is solved in that the electromagnetic pump contains a housing in the form of a cylinder, on the outer surface of which inductors are installed, and inside it is a ferromagnetic piston and a valve system. Additionally, inlet and outlet nozzles are introduced into it, united by symmetrical branches L, between which a cylinder is mounted so that it is connected to the branches, forming a single closed hydraulic system. In this case, the pump parts are made of non-magnetic material, and the inductors are connected to a switching device

На фиг.1 представлена схема подключения электромагнитного насоса, на фиг.2 - устройство насоса, на фиг.3 - схема его работы.Figure 1 presents the connection diagram of the electromagnetic pump, figure 2 is a pump device, figure 3 is a diagram of its operation.

Электромагнитный насос 1 подключен к источнику электрической энергии через коммутирующее устройство 2 (фиг.1). Назначение коммутирующего устройства 2 заключается в преобразовании любого источника переменного тока в постоянный ток требуемого напряжения и коммутации срабатывания катушек индуктивности в заданной последовательности как при прямом, так и при обратном перемещении поршня.The electromagnetic pump 1 is connected to a source of electrical energy through a switching device 2 (figure 1). The purpose of the switching device 2 is to convert any alternating current source into direct current of the required voltage and to switch the operation of the inductors in a given sequence for both direct and reverse movement of the piston.

В свою очередь, электромагнитный насос 1 состоит из корпуса 3, выполненного в виде цилиндра из немагнитного материала, внутри которого установлен подвижный поршень 4, выполненный из ферромагнитного материала (фиг.2). Снаружи корпуса расположены катушки индуктивности 5, выводы которых соединены с коммутирующим устройством. Входной и выходной патрубки 6 имеют симметричные разветвления 7, диаметр которых выбирают из условия равенства площадей их проточных частей площади проточной части патрубка 6.In turn, the electromagnetic pump 1 consists of a housing 3 made in the form of a cylinder of non-magnetic material, inside of which a movable piston 4 is installed, made of ferromagnetic material (figure 2). Outside the housing are inductors 5, the terminals of which are connected to a switching device. The inlet and outlet nozzles 6 have symmetrical branches 7, the diameter of which is chosen from the condition that the areas of their flowing parts are equal to the area of the flowing part of the nozzle 6.

Каждое разветвление 7 имеет свою систему клапанов: впускные (всасывающие) клапаны (левый - 8, правый - 10) и выпускные (нагнетательные) клапаны (левый - 11, правый - 9).Each branch 7 has its own valve system: inlet (suction) valves (left - 8, right - 10) and exhaust (discharge) valves (left - 11, right - 9).

Так как электромагнитный насос представляет собой разборную и переносную конструкцию, то перед работой необходимо его собрать. Разборная конструкция позволяет установить любые катушки индуктивности 5 и в любом количестве в зависимости от расхода перекачиваемой жидкости и от используемых источников питания. В комплекте насоса имеется коммутирующее устройство 2, которое позволяет подключить электромагнитный насос к любому источнику тока: переменному трехфазному, переменному однофазному, электрическому генератору, аккумуляторной батарее и т.д.Since the electromagnetic pump is a collapsible and portable design, it is necessary to assemble it before operation. The collapsible design allows you to install any inductor 5 and in any quantity, depending on the flow rate of the pumped liquid and on the power sources used. The pump kit includes a switching device 2, which allows you to connect the electromagnetic pump to any current source: three-phase alternating current, single-phase alternating current, electric generator, battery, etc.

Насос работает следующим образом.The pump operates as follows.

Перед включением электромагнитного насоса необходимо на коммутирующем устройстве 2 установить последовательность срабатывания катушек индуктивности 5 как Before turning on the electromagnetic pump, it is necessary on the switching device 2 to establish the sequence of operation of the inductors 5 as

при прямом, так и при обратном перемещении поршня 4, а также частоту их срабатывания. При этом первой подключают обмотку, напротив которой находится поршень 4.with direct and reverse movement of the piston 4, as well as the frequency of their operation. In this case, the winding is first connected, opposite which there is a piston 4.

При подключении источника питания к катушке индуктивности 5 по ней потечет электрический ток. который создает вокруг нее магнитное поле. При этом, чем шире эта катушка, тем меньше магнитный поток формируется вне ее. В свою очередь, магнитный поток вызывает появление магнитодвижущей силы, направление которой определяется по правилу буравчика или по правилу правой руки. Внутри катушки индуктивности 5 сосредотачивается максимальная плотность энергии магнитного поля, а, следовательно, и максимальное значение магнитодвижущей силы. За счет действия этой силы, воздействующей на ферромагнитный поршень 4, последний начинает перемещаться.When a power source is connected to an inductor 5, an electric current flows through it. which creates a magnetic field around her. Moreover, the wider this coil, the less magnetic flux is formed outside it. In turn, the magnetic flux causes the appearance of a magnetomotive force, the direction of which is determined by the rule of the gimlet or by the rule of the right hand. Inside the inductor 5 focuses the maximum energy density of the magnetic field, and, therefore, the maximum value of the magnetomotive force. Due to the action of this force acting on the ferromagnetic piston 4, the latter begins to move.

Подключение катушек индуктивности 5 должно быть таким, чтобы магнитный поток был направлен только в одну сторону по ходу движения поршня 4. Например, направление магнитодвижущей силы вправо должно соответствовать перемещению поршня только вправо (фиг.3, а-в).The connection of the inductors 5 should be such that the magnetic flux is directed only in one direction in the direction of movement of the piston 4. For example, the direction of the magnetomotive force to the right should correspond to the movement of the piston only to the right (Fig. 3, a-c).

Предположим, что в исходном положении поршень 4 находится в крайнем левом положении (фиг.3,а). При подаче напряжения на первую обмотку возникает магнитодвижущая сила, которая стремится переместить поршень 4 вправо (фиг.3, б). При движении поршня 4 слева направо перед ним образуется область повышенного давления, что соответствует операции «Нагнетание», а за поршнем образуется область пониженного давления, что соответствует операции «Всасывание». Эти операции выполняются одновременно при одном движении поршня 4. Это приводит к открытию левого всасывающего клапана 8 и правого нагнетательного клапана 9. При подаче напряжения на вторую обмотку и отключении первой во второй обмотке возникает другая магнитодвижущая сила, которая также стремится переместить поршень 4 вправо. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет подано напряжение на последнюю в этом направлении (1, 2,...n) катушку индуктивности (фиг.3, в).Assume that in the initial position, the piston 4 is in the extreme left position (figure 3, a). When voltage is applied to the first winding, a magnetomotive force arises, which tends to move the piston 4 to the right (Fig. 3, b). When the piston 4 moves from left to right, an increased pressure region forms in front of it, which corresponds to the “Forcing” operation, and behind the piston a reduced pressure region forms, which corresponds to the “Suction” operation. These operations are performed simultaneously with one movement of the piston 4. This leads to the opening of the left suction valve 8 and the right discharge valve 9. When voltage is applied to the second winding and the first is turned off, another magnetomotive force arises in the second winding, which also tends to move the piston 4 to the right. This process will continue until voltage is applied to the last in this direction (1, 2, ... n) inductor (Fig. 3, c).

Затем коммутирующее устройство 2 изменяет последовательность срабатывания катушек (n...2, 1). Возникает магнитодвижущая сила, которая стремится переместить поршень 4 влево (фиг.3, г). При движении поршня 4 справа налево, перед ним также образуется область повышенного давления, что соответствует операции «Нагнетание», а за поршнем образуется область пониженного давления, что соответствует операции «Всасывание». Это приводит к открытию правого всасывающего клапана 10 и левого нагнетательного клапана 11 (фиг.3, д, е).Then, the switching device 2 changes the sequence of operation of the coils (n ... 2, 1). There is a magnetomotive force, which tends to move the piston 4 to the left (Fig.3, g). When the piston 4 moves from right to left, an area of increased pressure also forms in front of it, which corresponds to the “Forcing” operation, and behind the piston a region of reduced pressure forms, which corresponds to the “Suction” operation. This leads to the opening of the right suction valve 10 and the left discharge valve 11 (Fig.3, d, e).

Входной и выходной патрубки 6 имеют симметричные разветвления 7, образуя единую замкнутую гидравлическую систему, что позволяет обеспечить непрерывность The inlet and outlet nozzles 6 have symmetrical branches 7, forming a single closed hydraulic system, which allows for continuity

нагнетаемого напора жидкости.pumped fluid pressure.

Таким образом, при любом перемещении поршня 4 происходит нагнетание жидкости.Thus, with any movement of the piston 4, fluid injection occurs.

Преимущества предлагаемого насоса:The advantages of the proposed pump:

- повышение объемной подачи перекачиваемой жидкости за счет ее непрерывности;- increase the volumetric flow of the pumped fluid due to its continuity;

- возможность регулирования расхода жидкости путем изменения частоты срабатывания катушек индуктивности 5;- the ability to control the flow of fluid by changing the frequency of operation of the inductors 5;

- использование любых источников питания для работоспособности насоса. Возможно даже ручное управление насосом в случае изготовления коммутирующего устройства в виде вращающегося барабана с подвижными контактами;- the use of any power sources for the operability of the pump. It is even possible to manually control the pump in the case of manufacturing a switching device in the form of a rotating drum with movable contacts;

- универсальность и разборность конструкции позволяют широко использовать такой насос для бытовых нужд, даже в условиях отсутствия переменного тока. Он транспортабелен и удобен в обслуживании.- versatility and collapsibility of the design make it possible to widely use such a pump for domestic needs, even in the absence of alternating current. It is transportable and easy to maintain.

Claims

An electromagnetic pump containing a housing in the form of a cylinder, on the outer surface of which inductors are installed, and inside it is a ferromagnetic piston, and a valve system, characterized in that a switching device, an input and output nozzles are introduced, combined by two branches, between which the housing is installed such so that it is connected to the branches, forming a single closed hydraulic system, the inductors are connected to the switching device, while the pump parts are made of it agitation material.