RU2066794C1

RU2066794C1 - Vibration pump

Info

Publication number: RU2066794C1
Application number: RU93033474A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Комаров; Анатолий Викторович Егоршев
Original assignee: Владимир Александрович Комаров; Анатолий Викторович Егоршев
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1996-09-20

Abstract

FIELD: manufacture of pumps for handling liquids. SUBSTANCE: vibration pump is provided with centering insert made in form of two truncated cones located on either side of piston. Bronze semispheres are located on insert on side of larger diameter. Vibration pump is also provided with water-repellent cover plates fitted on inner surface of housing, induction sensors of feedback circuit, permanent magnets and excitation amplifiers engageable with sensors and connected with their outputs. Input of excitation amplifier is connected with electromagnets of magnetic drive. Arranged in housing symmetrically relative to piston inside centering insert are flexible bellows made in form of truncated cones. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения, в частности, к вибрационным насосам, и позволяет повысить эффективность насоса за счет использования энергетически наивыгоднейших режимов работы. The invention relates to the field of pump engineering, in particular, to vibration pumps, and allows to increase the efficiency of the pump through the use of energy-most favorable operating modes.

Известен вибронасос, содержащий корпус, электромагнитный привод, размещенные в корпусе основную и малую дополнительную рабочие камеры со всасывающим и обратным клапанами, сообщенные с напорным каналом, и размещенные в каждой из камер эластичный рабочий орган со штоком, соединенный с электромагнитным приводом (авторское свидетельство N 1310530, кл. F 04 F 7/00, 1985). A known vibrating pump comprising a housing, an electromagnetic drive, a main and a small additional working chambers with a suction and non-return valves, connected to a pressure channel, and an elastic working body with a rod connected to an electromagnetic drive located in each of the chambers (copyright certificate N 1310530 , CL F 04 F 7/00, 1985).

Недостатком известного вибрационного насоса является его малый КПД из-за того, что упомянутый вибронасос не работает на энергетически наивыгоднейших режимах, так как в нем возбуждаются колебания рабочего органа с заданными колебаниями. A disadvantage of the known vibration pump is its low efficiency due to the fact that the said vibration pump does not work in the most energy-efficient modes, since oscillations of the working body with specified vibrations are excited in it.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является вибранасос, содержащий корпус, электромагнитный привод, включающий катушки соленоидов, установленные на торцевых стенках корпуса, поршень, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения между катушками соленоидов и с образованием двух рабочих камер, стаканы, связанные с поршнем и размещенные по обе его стороны с возможностью взаимодействия с катушками соленоидов, всасывающие и нагнетательные клапаны, установленные в рабочих камерах, и датчики положения поршня (авторское свидетельство 1610067, кл. F 04 B 17/04, 1989). The closest technical solution, selected as the closest analogue, is a vibration pump containing a housing, an electromagnetic drive including solenoid coils mounted on the end walls of the housing, a piston mounted in the housing with the possibility of reciprocating movement between the solenoid coils and with the formation of two working chambers cups associated with the piston and placed on both sides with the possibility of interaction with the coils of solenoids, suction and discharge valves installed in working chambers, and piston position sensors (copyright certificate 1610067, class F 04 B 17/04, 1989).

Недостатком вибронасоса, выбранного в качестве ближайшего аналога, является то, что электромагнитный привод указанного вибронасоса позволяет рабочему органу, выполненному в виде поршня, совершать возвратно-поступательные перемещения между катушками соленоидов только с заданной частотой. Колебания данного типа являются вынужденными и поэтому вышеуказанный насос не работает на энергетически наивыгоднейших режимах, что существенно уменьшает его КПД. The disadvantage of the vibration pump selected as the closest analogue is that the electromagnetic drive of the specified vibration pump allows the working body, made in the form of a piston, to make reciprocating movements between the coils of solenoids only with a given frequency. Oscillations of this type are forced and therefore the above pump does not work in the most energy-efficient modes, which significantly reduces its efficiency.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является увеличение КПД насоса за счет использования энергетически наивыгоднейших режимов работы. The technical problem solved by this invention is to increase the efficiency of the pump through the use of energy-most favorable operating modes.

Решением технической задачи является снабжение вибронасоса, содержащего корпус, электромагнитный привод, включающий катушки соленоидов, установленные на торцевых стенках корпуса, поршень, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения между катушками соленоидов и с образованием двух рабочих камер, стаканы, связанные с поршнем и размещенные по обе его стороны с возможностью взаимодействия с катушками соленоидов, всасывающие и нагнетательные клапаны, установленные в рабочих камерах, и датчики положения поршня, центрирующей вставкой из немагнитного материала в виде двух усеченных конусов, установленных по обе стороны поршня с бронзовыми полусферами со стороны его большего диаметра и жестко соединенных с поршнем со стороны меньшего диаметра, гидрофобными накладками, установленными на внутренней поверхности корпуса и контактирующими с бронзовыми полусферами, кронштейнами, на которых закреплены датчики в виде индукционных датчиков цепи обратной связи, постоянными магнитами, взаимодействующими с датчиками и установленными на поршне, усилителем возбуждения, соединенным с выходами датчиков, выход которого соединен с электромагнитами магнитного привода, упругими сильфонами в виде усеченных конусов, установленных симметрично в корпусе относительно поршня, стороны которых по большему диаметру установлены на торцевых стенках корпуса, а по меньшему на поршне, выполненном в виде подпружиненного диска из ферромагнитного материала. The solution to the technical problem is to supply a vibration pump containing a housing, an electromagnetic drive including solenoid coils mounted on the end walls of the housing, a piston mounted in the housing with the possibility of reciprocating movement between the solenoid coils and with the formation of two working chambers, cups connected to the piston and placed on both sides with the possibility of interaction with solenoid coils, suction and pressure valves installed in the working chambers, and position sensors a piston centering insert of non-magnetic material in the form of two truncated cones mounted on both sides of the piston with bronze hemispheres on the side of its larger diameter and rigidly connected to the piston on the side of a smaller diameter, hydrophobic plates mounted on the inner surface of the housing and in contact with bronze hemispheres, brackets on which the sensors are fixed in the form of induction sensors of the feedback circuit, with permanent magnets interacting with the sensors and mounted on the piston, exciter connected to the outputs of the sensors, the output of which is connected to the electromagnets of the magnetic drive, elastic bellows in the form of truncated cones mounted symmetrically in the housing relative to the piston, the sides of which are larger in diameter on the end walls of the housing, and the smaller on the piston, made in the form spring disk made of ferromagnetic material.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструктивная схема вибронасоса, поясняющая его работу, на фиг.2 представлена блок-схема вибронасоса. The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 is a structural diagram of a vibrating pump explaining its operation; Fig. 2 is a block diagram of a vibrating pump.

Вибронасос содержит корпус 1, выполненный цилиндрическим и состоящим, например, для удобства сборки и эксплуатации, из двух симметричных половин, соединенных между собой по фланцам, и снабженный крышками 2, установленными на торцевых стенках корпуса 1, при этом на крышках 2 выполнены попарно всасывающий 3 и нагнетательные 4 клапаны. Клапаны 3 и 4 выполнены сообщающимися с рабочими камерами и содержат рабочие элементы 5 с пружиной 6. Внутри корпуса 1 по его оси симметрии установлены электровибраторы электромагнитного привода, выполненные в виде катушек 7 соленоидов, содержащие каждый обмотку возбуждения 8 и сердечник 9. Поршень 10 выполнен в виде диска из ферромагнитного материала и соединенного с упомянутым диском стакана, входящего в кольцевой зазор между обмотками возбуждения 8 катушек 7 соленоидов и сердечников 9. Катушки 7 соленоидов, являясь электровибраторами, обеспечивают поршню 10, являющемуся, в свою очередь, подвижным ферромагнитным якорем для колебательной системы насоса, возвратно-поступательные перемещения между катушками 7 соленоидов относительно продольной оси последних. Между поршнем 10 и торцевыми стенками катушек 7 соленоидов установлены пружины 11, упирающиеся одним концом в плоскую поверхность поршня 10, а другим в торец катушек 7, обеспечивая поршню 10 равновесное положение в статическом состоянии. Поршень 10 осесимметрично закреплен на центрирующей вставке 12 из немагнитного материала, выполненной в виде двух усеченных конусов, при этом центрирующие вставки 12 установлены симметрично по обе стороны поршня 10 и снабжены опорными элементами 13 в виде полусфер для образования точечного контакта, выполненными из бронзы. При этом количество n опорных элементов 13 должно быть не менее трех (n≥3). Опорные элементы 13 опираются и контактируют с накладками 14, выполненными из гидрофобного материала, например, из фторопласта, для уменьшения коэффициента трения между опорными элементами 13 и контактирующей с ними поверхностью. Гидрофобные накладки 14 закреплены на внутренней поверхности корпуса 1. В районе малого диаметра усеченного конуса центрирующей вставки 12, примыкающего к поршню 10, предусмотрены кронштейны, находящиеся вне камер, образованных конусами центрирующих вставок 12, на которых закреплены постоянные магниты 15, взаимодействующие с датчиками 16, установленными на кронштейнах на корпусе 1. При этом датчики 16 являются датчиками цепи обратной связи и установлены в магнитном поле (N/S) постоянных магнитов 15 симметрично и на равных расстояниях относительно последних. Внутри корпуса 1 симметрично относительно поршня 10 установлены упругие сильфоны 17, выполненные в виде усеченных конусов с гофрированными стенками, стороны которых по большему диаметру установлены на торцевых стенках корпуса 1 и жестко зафиксированы на них крышкой 2, а по меньшему диаметру на поршне 10, образуя своими гофрированными стенками рабочие камеры переменного объема. Части корпуса 1 соединены между собой (а крышки 2 с корпусом 1), с помощью стяжных элементов 18. Для обеспечения работы насоса на резонансных режимах колебаний предусмотрена цепь обратной связи, в которой обмотки возбуждения 8 катушек 7 соленоидов электромагнитного привода соединены с выходами усилителя возбуждения 18, а входы последнего с выходами индукционных датчиков 16 и источником питания 20. The vibration pump comprises a housing 1, made cylindrical and consisting, for example, for ease of assembly and operation, of two symmetrical halves interconnected by flanges, and provided with covers 2 mounted on the end walls of the housing 1, while the suction 3 is made in pairs on the covers 2 and discharge 4 valves. Valves 3 and 4 are made in communication with the working chambers and contain working elements 5 with a spring 6. Inside the housing 1, along its axis of symmetry, electromagnetic actuators are installed, made in the form of coils 7 of solenoids, containing each excitation winding 8 and core 9. The piston 10 is made in the form of a disk of ferromagnetic material and a glass connected to the disk, which enters the annular gap between the field windings 8 coils 7 solenoids and cores 9. Coils 7 solenoids, being electric vibrators, provide The reciprocating piston 10, which, in turn, is a movable ferromagnetic armature for the oscillatory system of the pump, reciprocates between the coils 7 of the solenoids relative to the longitudinal axis of the latter. Between the piston 10 and the end walls of the coils 7 of the solenoids, springs 11 are mounted, abutting one end on the flat surface of the piston 10 and the other on the end face of the coils 7, providing the piston 10 with an equilibrium position in a static state. The piston 10 is axisymmetrically mounted on a centering insert 12 of non-magnetic material made in the form of two truncated cones, while the centering inserts 12 are mounted symmetrically on both sides of the piston 10 and are equipped with support elements 13 in the form of hemispheres for forming a point contact made of bronze. Moreover, the number n of supporting elements 13 should be at least three (n≥3). The supporting elements 13 are supported and in contact with the linings 14 made of a hydrophobic material, for example, fluoroplastic, to reduce the coefficient of friction between the supporting elements 13 and the surface in contact with them. Hydrophobic pads 14 are fixed on the inner surface of the housing 1. In the region of the small diameter of the truncated cone of the centering insert 12 adjacent to the piston 10, brackets are provided that are outside the chambers formed by the cones of the centering inserts 12, on which the permanent magnets 15 are attached, which interact with the sensors 16, mounted on brackets on the housing 1. In this case, the sensors 16 are sensors of the feedback circuit and are installed in the magnetic field (N / S) of the permanent magnets 15 symmetrically and at equal distances relative latest. Inside the housing 1 symmetrically relative to the piston 10, elastic bellows 17 are installed, made in the form of truncated cones with corrugated walls, the sides of which are larger in diameter on the end walls of the housing 1 and are rigidly fixed to them by a cover 2, and by a smaller diameter on the piston 10, forming corrugated walls working chambers of variable volume. The parts of the housing 1 are interconnected (and the covers 2 with the housing 1), using the clamping elements 18. To ensure the operation of the pump in resonant modes of vibration, a feedback circuit is provided in which the field windings 8 coils 7 of the electromagnetic drive solenoids are connected to the outputs of the field amplifier 18 and the inputs of the latter with the outputs of the induction sensors 16 and the power source 20.

Вибронасос работает следующим образом. Предварительно на усилитель возбуждения 19 подается питание с источника питания 20, например, от аккумулятора. Одновременно с подачей питания, в одном из индукционных датчиков 16, например, в верхнем согласно фиг.1, вырабатывается сигнал в виде э.д.с. индукции. Это происходит в соответствии с тем, что индукционные датчики 16 находятся в магнитном поле (N/S) постоянного магнита 15. Выработанный индукционным датчиком 16 сигнал в виде э.д.с. индукции подается на усилитель возбуждения 19 (фиг.1, фиг.2). С усилителя 19 уже усиленный сигнал подается на обмотки катушек 7 соленоидов, являющихся электровибраторами, например, на верхние согласно фиг.1. Возникающее при этом замкнутое магнитное поле, образованное при взаимодействии сердечника 9 и обмотки возбуждения 8 упомянутого электровибратора, будет воздействовать на плоский поршень 10, сообщая ему движение вдоль оси катушек 7, выталкивая составную часть поршня 10, выполненную в виде стакана, из кольцевого зазора электровибратора. Указанное конструктивное выполнение подвижного поршня (позиция 10 фиг.1) обеспечивает последнему линейные характеристики возвратно-поступательных перемещений в зазоре между верхним (по схеме на фиг.1) и нижним электровибраторами. Поршень 10, перемещаясь под действием магнитного поля (образованного верхним электровибратором) вниз по схеме на фиг.1, сжимает нижнюю по схеме фиг.1 пружину 11, накапливая в ней энергию. Одновременно открывается клапан 3 всасывающего патрубка (верхнего по схеме не фиг.1) и закрывается клапан 4 нагнетания в этой же части корпуса 1. Происходит всасывание жидкости в верхнюю рабочую гидрополость, ограниченную верхней крышкой 2 и стенками верхнего сильфона 17. При этом из нижней гидрополости (согласно фиг.1) происходит выдавливание жидкости через нижний нагнетательный клапан 4 в полость нагнетания исполнительного механизма (на схеме не показан). Нижний (по схеме фиг. 1) всасывающий клапан 3 при этом закрыт с помощью малой пружины 6, удерживающей тарелку клапана 5 на седле патрубка. Дойдя до равновесного положения, когда сила сжатия нижней большой пружины 11 будет равна силе воздействия электромагнитного поля верхнего электровибратора, центрирующая вставка 12, скользя закрепленными на ней опорными элементами 13 (выполненными в виде полусфер для обеспечения точечного контакта) по гидрофобным накладкам 14, установленным внутри корпуса 1, остановится. В момент остановки центрирующей вставки 12, э. д.с. в задействованном в первый полупериод колебаний индукционном датчике 16, находящемся в поле (N/S) постоянного магнита 15, станет равна "нулю" (так как нет движения катушки индуктивности датчика 15 в магнитном поле постоянного магнита), при этом прекратится подача сигнала с усилителя возбуждения 19 на задействованный в первый полупериод колебаний электровибратор (верхний по схеме фиг.1). Не получая противодействия со стороны задействованного в первый полупериод колебаний верхнего электровибратора (катушки 7 соленоида), нижняя по схеме фиг.1 пружина 11 (сжатая в первый полупериод колебаний) начнет разжиматься, перемещая центрирующую вставку 12 с закрепленными на ней постоянными магнитами 15 вверх по схеме фиг.1. Постоянные магниты 15 в этом случае начнут взаимодействовать уже с другими индукционными датчиками 16, а э.д.с. выработанная этими датчиками, поменяет свой знак на противоположный. Новый сигнал в виде э.д.с. индукции (противоположного знака) с датчика 16, работающего во второй полупериод колебаний; подается на усилитель возбуждения 19, а с него, уже усиленный, на нижний по схеме на фиг.1 электровибратор электромагнитного привода. Процесс колебаний второго полупериода аналогичен вышеизложенному. При этом открывается нижний всасывающий клапан 3 и верхний нагнетательный клапан 4. В нижнюю гидрополость жидкость всасывается, а из верхней гидрополости выталкивается через соответствующий клапан 4 в магистраль нагнетания исполнительного механизма. На данном этапе работы насоса перекрываются с помощью пружин 6 верхний по схеме на фиг.1 клапан всасывания 3 и нижний нагнетательный клапан 4. Таким образом возникают незатухающие механические колебания динамической системы "присоединенная масса жидкости" - упругие элементы" c частотой собственных колебаний, определяемой параметрами указанной системы. Жесткость динамической системы определяется параметрами упругих элементов (позиция II фиг. 1). Выбранная пара трения "фторопласт-бронза" (контактирование точки бронзового сферического опорного элемента 13 с поверхность фторопластовой накладки 14) обеспечивает системе минимальный коэффициент трения. Упругий сильфон 17 служит габаритами гидрополости переменного объема и выполняется из пластичного материала, способного выдерживать долговременные знакопеременные нагрузки с большой частотой. The vibrating pump operates as follows. Previously, the excitation amplifier 19 is supplied with power from a power source 20, for example, from a battery. Simultaneously with the power supply, in one of the induction sensors 16, for example, in the upper according to Fig. 1, a signal is generated in the form of an emf. induction. This occurs in accordance with the fact that the induction sensors 16 are located in the magnetic field (N / S) of the permanent magnet 15. The signal generated by the induction sensor 16 in the form of an emf induction is fed to the excitation amplifier 19 (figure 1, figure 2). From the amplifier 19, an already amplified signal is supplied to the windings of the coils 7 of the solenoids, which are electric vibrators, for example, to the upper ones according to Fig. 1. The resulting closed magnetic field generated by the interaction of the core 9 and the excitation winding 8 of the said electric vibrator will act on the flat piston 10, giving it movement along the axis of the coils 7, pushing the piston component 10, made in the form of a cup, from the annular gap of the electric vibrator. The specified design of the movable piston (position 10 of FIG. 1) provides the latter with linear characteristics of reciprocating movements in the gap between the upper (according to the scheme in FIG. 1) and lower electric vibrators. The piston 10, moving under the action of a magnetic field (formed by the upper electrovibrator) down in the circuit of FIG. 1, compresses the lower spring 11 in the circuit of FIG. 1, accumulating energy in it. At the same time, the valve 3 of the suction pipe (the upper one according to the diagram not shown in FIG. 1) opens and the discharge valve 4 in the same part of the housing 1 closes. The liquid is sucked into the upper working hydraulic cavity bounded by the upper cover 2 and the walls of the upper bellows 17. Moreover, from the lower hydraulic cavity (according to figure 1) there is an extrusion of fluid through the lower discharge valve 4 into the discharge cavity of the actuator (not shown in the diagram). The lower (according to the scheme of Fig. 1) suction valve 3 is closed with a small spring 6 holding the valve plate 5 on the seat of the nozzle. Having reached the equilibrium position, when the compression force of the lower large spring 11 is equal to the force of the electromagnetic field of the upper electric vibrator, the centering insert 12, sliding supporting elements 13 (made in the form of hemispheres to provide point contact) mounted on the hydrophobic plates 14 installed inside the case 1, will stop. At the time of stopping the centering insert 12, e. d.s in the induction sensor 16 involved in the first half-cycle of oscillations, located in the field (N / S) of the permanent magnet 15, will become "zero" (since there is no movement of the inductance coil of the sensor 15 in the magnetic field of the permanent magnet), the signal from the amplifier will stop excitation 19 on the electrovibrator involved in the first half-cycle of oscillations (the upper one according to the scheme of FIG. 1). Not receiving any opposition from the side of the upper electrovibrator involved in the first half-cycle of oscillation (solenoid coil 7), the lower spring 11 according to the scheme of Fig. 1 (compressed in the first half-oscillation period) will begin to expand, moving the centering insert 12 with the permanent magnets 15 fixed on it upwards according to the diagram figure 1. Permanent magnets 15 in this case will begin to interact with other induction sensors 16, and the emf developed by these sensors, will change its sign to the opposite. New signal in the form of an emf induction (opposite sign) from the sensor 16, working in the second half-cycle of oscillations; fed to the excitation amplifier 19, and from it, already amplified, to the lower one according to the scheme in FIG. 1, an electric vibrator of an electromagnetic drive. The oscillation process of the second half-cycle is similar to the above. This opens the lower suction valve 3 and the upper discharge valve 4. The liquid is sucked into the lower hydrocavity, and is pushed out of the upper hydrocavity through the corresponding valve 4 into the discharge line of the actuator. At this stage, the pump works are blocked by springs 6, the upper suction valve 3 and the lower discharge valve 4, according to the scheme in Fig. 1, thus, undamped mechanical vibrations of the dynamic system "connected mass of liquid" - elastic elements "with the natural frequency determined by the parameters the specified system. The stiffness of the dynamic system is determined by the parameters of the elastic elements (position II of Fig. 1). The selected pair of friction is "fluoroplastic-bronze" (contact point bronze spherical support of the element 13 with the surface of the fluoroplastic lining 14) provides the system with a minimum coefficient of friction.

Использование динамической системы и самовозбуждающегося с частотой собственных (резонансных) колебаний контура, снабженного цепью положительной обратной связи для поддержания колебаний динамической системы незатухающими с резонансной частотой колебаний, приводит к тому, что указанный вибронасос работает на энергетически наивыгоднейших режимах с точки зрения затрат энергии и возбуждения колебаний максимальной амплитуды. Этим достигается эффективность применения вибронасоса. Конструкция вибронасоса предполагает его использование в любом положении. The use of a dynamic system and a circuit self-excited with a frequency of natural (resonant) oscillations, equipped with a positive feedback circuit to maintain oscillations of a dynamic system with undamped resonant frequency, leads to the fact that the specified vibration pump operates in the most energy-efficient modes in terms of energy consumption and excitation of oscillations maximum amplitude. This achieves the effectiveness of the use of a vibrating pump. The design of the vibrating pump involves its use in any position.

Claims

A vibrating pump containing a housing, an electromagnetic drive including solenoid coils mounted on the end walls of the housing, a piston mounted in the housing with the possibility of reciprocating movement between the solenoid coils and with the formation of two working chambers, glasses connected to the piston and placed on both sides with the possibility of interaction with solenoid coils, suction and discharge valves installed in the working chambers, and piston position sensors, characterized in that it is provided with a centering the insert of non-magnetic material in the form of two truncated cones mounted on both sides of the piston with bronze hemispheres on the side of its larger diameter and rigidly connected to the piston on the side of the smaller diameter, hydrophobic plates mounted on the inner surface of the housing and in contact with bronze hemispheres, brackets, on which sensors are fixed in the form of induction sensors of the feedback circuit, by permanent magnets interacting with the sensors and mounted on the piston, by an excitation amplifier connected to the outputs of the sensors, the output of which is connected to the electromagnets of the magnetic drive, elastic bellows in the form of truncated cones mounted symmetrically in the housing relative to the piston, the sides of which are larger in diameter on the end walls of the housing, and in the smaller diameter on the piston, made in the form spring disk made of ferromagnetic material.