Профессор, доктор технических наук, профессор кафедры теплогазоснабжения и вентиляции Брестского государственного технического университета Северянин Виталий Степанович

Данное устройство относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения с качающимися рабочими органами и может быть использовано в системах водоснабжения и канализации как насос, смеситель, турбулизатор, движитель.

Гидромашина для напорного перемещения главным образом капельной жидкости в результате преобразования подводимой энергии в гидравлическую, механическую энергию потока жидкости. Передача энергии потоку, в частности, происходит движущимся в потоке телом, потребляющим внешнюю энергию. Таким телом может служить лопасть вращающегося насосного колеса. Лопасть под углом отбрасывает массу жидкости, генерируя поток. Известные многочисленные устройства аналогичного назначения состоят из расположенного в потоке колеса с лопастями, колесо вращается внешним двигателем при помощи вала, соединенного с двигателем. Недостатки аналогов – сложность конструкции, необходимость сальникового уплотнения вала.

При расположении двигателя в виде отдельного блока лопастей и двигателя внутри потока жидкости отпадает необходимость в сальнике, но электропитание подается сквозь стенку насоса. Такие устройства состоят из лопастей, движущихся внутри корпуса, отбрасывающих жидкость по направлению течения. Группа таких лопастей компонуется как вращающееся колесо, что усложняет конструкцию и действие насоса, требуется точное изготовление, необходима надежная герметизация корпуса, усложняется монтаж и ремонт. Эти недостатки определяют направление совершенствования устройства.

Цель настоящей разработки – создание устройства для прокачки жидкости с независимым свободно перемещающимся в потоке жидкости рабочим движущим органом с двигателем вне этого потока.

Задача, на решение которой направлена данная разработка – организация напорного и всасывающего действия механически не закрепленного в корпусе рабочего органа путем воздействия на него электромагнитными приспособлениями. Технический результат – насос нового типа для систем водоснабжения, канализации.

Это достигается тем, что насос сконструирован из корпуса и расположенной в нем лопасти в виде пластины. Корпус выполнен с прямоугольным поперечным сечением из немагнитного материала, а пластина прямоугольной формы – из ферромагнитного материала, снаружи корпуса смонтировано четыре электромагнита – два у одного конца пластины, два – у другого, электромагниты подсоединены к источнику электроэнергии через скользящий контакт, секторные контакты, подвижный контакт с управляющим двигателем.

На чертеже представлена принципиальная схема заявляемой конструкции с органами управления, где обозначено: 1 – корпус, 2 – пластина, 3 – электромагниты: 3А – входной левый, 3Б – входной правый, 3В – выходной левый, 3Г – выходной правый, 4 – секторный контакт, 5 – подвижный контакт, 6 – скользящий контакт, 7 – управляющий двигатель. Стрелки: простая – вход жидкости, всас; двойная – выход жидкости, напор. Положение пластины 2 у левой боковой поверхности корпуса 1, у электромагнитов 3А и 3В – «а»; концы пластины 2 у электромагнитов 3Б и 3В – «б»; пластина 2 у правой боковой поверхности, у электромагнитов 3Б и 3Г – «в»; концы пластины 2 у электромагнитов 3А и 3Г – «г»; возврат в исходное положение – «а» (штрих-пунктирные линии).

Устройство состоит из корпуса 1 прямоугольного поперечного сечения, длина больше ширины, изготовлен из пластмассы или другого немагнитного материала, имеющего входной патрубок (здесь — сверху) и напорный, выходной – снизу. Все поверхности корпуса 1плоские. Снаружи на широких плоских противоположных стенках, между которыми свободно расположена пластина 2, смонтированы электромагниты – у входного патрубка 3А и 3Б, у выходного – 3В и 3Г. Пластина 2 прямоугольной формы изготовлена из ферромагнитного материала (например, железо-никелевые сплавы), сочетается по размерам и контуру так, чтобы свободно принимала положения а, б, в, г. Все электромагниты 3А, 3Б, 3В, 3Г одинаковые, состоят из электрической катушки и сердечника; один конец катушки заземлен, другой – подсоединен к соответствующему (см. чертеж) секторному контакту 4.

Секторный контакт 4 состоит из девяти одинаковых (только один из них разделен на две части, здесь – 3А и 3В) плоских дугообразных секторов, отделенных друг от друга зазором, скомпонованных по окружности. Каждый сектор электрически соединен с необходимым электромагнитом (на чертеже надпись на секторе соответствует нужному электромагниту). Именно показанная последовательность, количество и расположение относительно общей окружности обеспечивают заданное движение пластины 2. Изображение секторного контакта 4 масштабно увеличено.

Над дугами контактного сектора, образующими секторный контакт 4, смонтирован подвижный контакт 5. Это токопроводящий стержень, концами касающийся плоских частей секторного контакта 4, имеет посередине ось. Ось контактирует со скользящим контактом 6, соединенным с внешним энергоисточником, через включатель.

Подвижный контакт 5 имеет свой привод, это управляющий двигатель 7, через редуктор связанный с осью подвижного контакта 5. Общий выключатель и воздействие на управляющий двигатель 7 – через отдельный щит.

Вся схема управления может иметь другое материально-техническое исполнение, например, с использованием электроники. Приведенное выше описание может служить базой для такого перехода.

Действует устройство следующим образом. Исходное положение пластины 2 в корпусе 1 – «а» (может быть другое, последующее действие будет как описано далее). Включены электромагниты 3А и 3В, подвижный контакт 5 соединяет дуги 3А и 3В секторного контакта 4 (5 – по горизонтали), т.к. напряжение от скользящего контакта 6 по подвижному контакту 5 параллельно подается на них. Пластина 2 притянута к левой стенке корпуса 1.

Включается двигатель управляющий 7, он поворачивает (здесь – по часовой стрелке) подвижный контакт 5 до соприкосновения его концов с 3Б и 3В. Срабатывают электромагниты 3Б и 3В (последний включен еще по предыдущему действию). Поэтому верхний конец пластины 2 притягивается к правой стенке корпуса 1, нижний остается внизу, у левой. Пластина 2 поворачивается, создается разрежение слева от нее, повышенное давление – справа от нее, т.е. в корпус 1 сверху засасывается среда, а снизу – выталкивается (переход от «а» к «б»).

Затем подвижный контакт 5 при повороте по часовой стрелке (действие двигателя управляющего 7) соединяет дуги секторного контакта 4 – 3Б и 3Г, работают электромагниты 3Б и 3Г, пластина 2 притягивается к правой стенке корпуса 1, во время этого движения жидкость (среда) интенсивно выдавливается вниз, при подсосе сверху (переход от «б» к «в»).

Далее вращение подвижного контакта 5 соединяет дуги 3А и 3Г, электромагниты 3А и 3Г поворачивают пластину 2 в положение «г». Переход «в-г» способствует общему движению среды (сверху – разрежение, снизу — напор).

Последний этап в цикле – переход от «г» к «а». Подвижный контакт 5 коммутирует 3А и 3В. Пластина 2 интенсивно выталкивает из-под себя среду (жидкость) вниз, создавая напор ее движения, сверху засасывается новая порция. При действии управляющего двигателя 7 цикл повторяется, и создается общее непрерывное течение среды в корпусе 1 устройства.

Суммарный расход среды зависит, кроме габаритов, от частоты смены позиций «а-б-в-г», т.е. от вращения подвижного контакта 5, задаваемого управляющим двигателем 7. Развиваемый напор обусловлен конструкционным качеством и потребляемой электроэнергией.

Для создания обратного потока достаточно изменить вращение подвижного контакта на противоположное, редуктором или управляющим двигателем 7. Возможный ударный шум гасится жидкостью, в которой он возникает.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для транспортировки жидких или газообразных сред заключается в надежности и конструкционной простоте, обусловленной герметичным характером создания течения, без ввода в поток энергетических элементов, без механических и электрических связей сквозь стенки потока, возможности прокачки разнообразных жидкостей и газов. Поэтому целесообразная область его применения – различные системы водоснабжения, канализации, а в судостроении как эффективные движители.