Мембранный (диафрагменный) насос-дозатор высокого давления с магнитным гидродинамическим приводом

Полезная модель относится к насосостроению, в частности к мембранным (диафрагменным) насосам и может быть применена в различных областях техники для перекачивания жидких или газообразных сред. Мембранный насос с МГД-приводом содержит не менее, чем один перекачивающий тракт, включающий впускной и выпускной клапаны и рабочую камеру с приводной мембраной. Кроме того заявляемый насос дополнительно содержит отделенную от рабочей камеры приводной мембраной, заполненную токопроводящей жидкостью приводную камеру, две противоположные стенки которой являются электродами, подключенными к источнику тока, и управляющую магнитную систему. В качестве токопроводящей жидкости возможно использование легкоплавких металлов и/или сплавов. Использование данного технического решения позволяет дистанционно (без разборки) контролировать состояние расходных элементов устройства, обеспечивает высокую точность дозирования перекачиваемой среды и минимизацию энергетических потерь в приводном механизме.

Полезная модель относится к насосостроению, в частности к мембранным (диафрагменным) насосам и может быть применена в различных областях техники для перекачивания жидких или газообразных сред.

Известен мембранный насос, содержащий заполненную рабочей жидкостью промежуточную камеру с приводной мембраной, соединенной с механическим приводом, и перекачивающий тракт, включающий впускной и выпускной клапаны и рабочую камеру с гидроприводной мембраной, расположенной между промежуточной и рабочей камерами и разделяющей рабочую и перекачиваемую жидкость (см. патент RU 4344, МПК⁶ F04B 43/00, опубликован 16.06.1997 г.).

Известный насос работает следующим образом.

Привод насоса, соединенный с приводной мембраной, совершает возвратно-поступательное движение. Перемещаясь в направлении от рабочей камеры, привод увлекает за собой приводную мембрану, рабочую жидкость, расположенную в промежуточной камере и гидроприводную мембрану. В рабочей камере насоса при этом создается разрежение. Одновременно с началом поступательного движения привода открывается впускной клапан перекачивающего тракта и перекачиваемая жидкость засасывается в рабочую камеру насоса. Пройдя мертвую точку, привод насоса начинает возвратное движение в сторону рабочей камеры. Одновременно закрывается впускной и открывается выпускной клапан. Приводная мембрана, перемещаемая приводом в сторону рабочей камеры, толкает рабочую жидкость, а та, в свою очередь - гидроприводную мембрану, уменьшая объем рабочей камеры и вытесняя перекачиваемую жидкость через выпускной клапан далее.

Недостатками данного устройства являются невысокий КПД, связанный использованием механического привода, и необходимость периодических регламентных работ, в ходе которых требуется разборка насоса и дефектовка его деталей. Кроме того, данное устройство не способно обеспечить высокую точность дозирования, так как единичный объем прокачки является постоянным.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка насоса, лишенного вышеуказанных недостатков.

Техническими результатами разработки являются дистанционная (не требующая разборки) возможность контроля состояния расходных элементов устройства, высокая точность дозирования перекачиваемой среды, минимизация энергетических потерь в приводном механизме.

Технические результаты достигаются за счет того, что мембранный насос с МГД-приводом, содержащий не менее, чем один перекачивающий тракт, включающий впускной и выпускной клапаны и рабочую камеру с приводной мембраной, дополнительно содержит отделенную от рабочей камеры приводной мембраной заполненную токопроводящей жидкостью приводную камеру, две противоположные стенки которой являются электродами, подключенными к источнику тока, и управляющую магнитную систему.

В качестве токопроводящей жидкости возможно использование легкоплавких металлов и/или сплавов.

В качестве управляющей магнитной системы может быть использована цепь, включающая источник тока, стенки-электроды приводной камеры и токопроводящую жидкость.

На нижеследующих фигурах представлены: на фиг.1 - принципиальная схема устройства, на фиг.2 - варианты исполнения управляющей магнитной системы.

Мембранный насос с МГД-приводом содержит впускной 1 и выпускной 2 клапаны, рабочую камеру 3 с приводной мембраной 4, заполненную токопроводящей жидкостью приводную камеру 5 со стенками-электродами 6.

Заявляемый насос работает следующим образом.

МГД-привод обеспечивает возвратно-поступательное движение приводной мембраны 4.

Перемещаясь в направлении от рабочей камеры 3, приводная мембрана создает в ней разрежение. Одновременно с началом движения приводной мембраны открывается впускной клапан 1 перекачивающего тракта и перекачиваемая жидкость (газ) засасывается в рабочую камеру насоса. Выпускной клапан 2 в это время остается закрытым. В момент начала возвратного движения приводной мембраны в сторону рабочей камеры закрывается впускной и открывается выпускной клапаны. Приводная мембрана, перемещаемая МГД-приводом в сторону рабочей камеры, уменьшает объем рабочей камеры и вытесняет перекачиваемую жидкость (газ) через выпускной клапан далее.

МГД-привод насоса работает следующим образом.

При включении источника тока между стенками-электродами 6 приводной камеры 5 через токопроводящую жидкость течет ток. Управляющая магнитная система обеспечивает магнитное поле в токопроводящей жидкости с составляющей, перпендикулярной направлению тока. Взаимодействие тока с магнитным полем приводит к появлению в жидкости электромагнитной силы согласно закону Ампера , где под интегралом стоит векторное произведение плотности тока между металлическими стенками (электродами) , и индукции магнитного поля , при этом интегрирование ведется по всему объему протекания тока. Электромагнитная сила действует на токопроводящую жидкость, перемещая ее в определенном направлении, а та, в свою очередь, воздействует на приводную мембрану 4. Направление силы зависит от взаимного направления тока и магнитного поля в токопроводящей жидкости. Изменение величины и направления электромагнитной силы обеспечивает в итоге поступательное или возвратно-поступательное движение приводной мембраны.

В зависимости от типа управляющей магнитной системы возможны следующие варианты управления МГД-приводом.

Пример 1. Управляющая магнитная система создает постоянное магнитное поле. В этом случае она может состоять из постоянных магнитов или из соленоида и магнитопровода с полюсами, перпендикулярными стенкам-электродам 6 приводной камеры 5. Соленоид запитывается от автономного источника постоянного тока. При использовании постоянного магнитного поля возвратно-поступательное движение токопроводящей жидкости и, соответственно, приводной мембраны 4 обеспечивается знакопеременным током.

Пример 2. Источник тока обеспечивает постоянный ток к стенкам - электродам 6 приводной камеры 5. При использовании постоянного тока возвратно-поступательное движение приводной мембраны 4 обеспечивается знакопеременным магнитным полем. Магнитная система состоит из соленоида и магнитопровода с полюсами, перпендикулярными стенкам-электродам приводной камеры. Соленоид запитывается от автономного источника знакопеременного тока. Знакопеременный ток в соленоиде обеспечивает знакопеременное магнитное поле в приводной камере, обеспечивая возвратно-поступательное движение токопроводящей жидкости и приводной мембраны.

Пример 3. Источник тока обеспечивает переменный ток к стенкам-электродам 6 приводной камеры 5. Магнитная система состоит из соленоида и магнитопровода с полюсами, перпендикулярными стенкам-электродам приводной камеры. Соленоид запитывается от автономного источника переменного тока. Сочетание переменного тока и переменного магнитного поля позволяет получить различные законы движения токопроводящей жидкости и приводной мембраны, что может быть использовано в специальных приложениях.

Пример 4. Источник тока обеспечивает переменный ток к стенкам-электродам 6 приводной камеры 5. Магнитное поле в приводной камере создается исключительно протекающим в ней током. В этом случае стенки-электроды представляют собой параллельные диски, а ток течет в токопроводящей жидкости в направлении, совпадающем с осью дисковых стенок-электродов. Осевой ток создает азимутальное магнитное поле, с которым же и взаимодействует. Электромагнитная сила, возникающая от взаимодействия с собственным магнитным полем, всегда направлена радиально к оси.

В процессе движения токопроводящей жидкости в приводной камере поперечно магнитному полю в жидкости возникает электродвижущая сила (ЭДС) Е=v·В·l, где v - составляющая скорости жидкости, перпендикулярная направлению магнитного поля, В - модуль вектора магнитной индукции, l - расстояние между стенками-электродами. Произведение ЭДС на силу тока определяет полезную мощность насоса. Поскольку ЭДС прямо пропорциональна скорости токопроводящей жидкости в приводной камере, а последняя прямо пропорциональна расходу насоса, следовательно, ЭДС прямо пропорциональна расходу насоса. Значение ЭДС, а значит и расход насоса, могут быть измерены с высокой точностью.

Управление электрическими параметрами - током и магнитным полем позволяет манипулировать расходом насоса в широких пределах, обеспечивая удобную, быструю и точную регулируемость расхода.

Помимо этого измерение ЭДС позволяет осуществить непрерывный контроль над работоспособностью и целостностью приводной мембраны, как единственного изнашиваемого элемента в насосе. Меняя определенным образом силу тока и напряженность магнитного поля можно задавать необходимый закон движения исправной приводной мембраны. Повреждение мембраны приводит к изменению закона ее движения, и, как следствие, отражается на фактических значениях ЭДС в каждый момент времени. Сравнение фактического значения ЭДС с нормативным в каждый момент времени позволяет точно отслеживать степень износа приводной мембраны. Это дает возможность проводить профилактические работы только при критическом износе или повреждении приводной мембраны при отсутствии негативных последствий возможного аварийного останова насоса.

1. Мембранный насос с МГД-приводом, содержащий не менее чем один перекачивающий тракт, включающий впускной и выпускной клапаны и рабочую камеру с приводной мембраной, отличающийся тем, что дополнительно содержит отделенную от рабочей камеры приводной мембраной заполненную токопроводящей жидкостью приводную камеру, две противоположные стенки которой являются электродами, подключенными к источнику тока, и управляющую магнитную систему.

2. Мембранный насос с МГД-приводом по п.1, отличающийся тем, что в качестве токопроводящей жидкости используют легкоплавкие металлы и/или сплавы.

3. Мембранный насос с МГД-приводом по п.1, отличающийся тем, что в качестве управляющей магнитной системы используют цепь, включающую источник тока, стенки-электроды приводной камеры и токопроводящую жидкость.