Электрогидравлический насос
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к насосостроению и предназначено как для перекачки обычной воды или её смесей, имеющих загрязнения различного характера, так и агрессивных или ядовитых технических жидкостей с приданием перекачиваемому продукту высокого давления и проведения попутного обеззараживания или отделения растворенных газов в перекачиваемой жидкости.
Электрогидравлический насос предназначен для создания высоких и сверхвысоких давлений, пульсирующего, или постоянного потока перекачиваемой жидкости и может быть использован при резке, шлифовании, полировании материалов тонкой струей жидкости, додавливании изделий, штампуемых на гидропрессах, штамповке изделий на гидропрессах с резиновым пуансоном, штамповке утяжеленной струей жидкости, электрогидравлической очистке изделий, подаче рабочих жидкостей в химических аппаратах высоких давлений.
При создании внутри объема жидкости специально сформированного импульсного высоковольтного электрического разряда в зоне последнего развиваются сверхвысокие давления, которые можно широко использовать в практических целях так, впервые в 1950 г. Л. А. Юткиным был сформулирован предложенный им новый способ трансформации электрической энергии в механическую, названный автором электрогидравлическим эффектом.
Принцип работы любого электрогидравлического насоса основан на действии электрогидравлического удара в жидкости,
при котором образуется кавитационная полость и жидкость
с огромной скоростью выбрасывается через напорный клапан под действием сверхвысоких давлений, верхний предел которых ограничен только мощностью силовой электрогидравлической установки и прочностью камеры насоса и ресивера. Электрогидравлические насосы любой конструкции отличаются простотой и компактностью, отсутствием движущихся частей, легкостью управления и регулирования, большим диапазоном действия.
Насос объёмного типа, работающий за счет электрогидравлического эффекта, может быть одноступенчатым и тогда обратный переток из камеры ресивера в камеру нагнетания устраняется с помощью обратных клапанов, а регулирование подачи и напора производится простым увеличением мощности электрического импульса, подаваемого на рабочие электроды. См. рис. 1
Насос объёмного типа, работающий за счет электрогидравлического эффекта, может быть многоступенчатым и представляет собой цилиндрическую гидравлическую камеру, разделенную на отсеки. При этом рабочие искровые промежутки располагаются на определенном расстоянии друг от друга в общей камере или в каждом из отсеков рабочей камеры, между которыми устанавливаются обратные клапаны. СМ. рис. 2
В данном случае на рисунке изображен многоступенчатый прямоточный насос с герметичными, изолирующими, гибкими элементами из полимера, или искусственного каучука, позволяющими перекачивать огнеопасную жидкость. Однако в такой конструкции есть недостаток, свойственный работе всех насосов объёмного типа – пульсация давления. Погасить её можно с помощью включения на выходном патрубке насоса дополнительного элемента – демпфера. См. рис. 3.
Насос объёмного типа, работающий за счет электрогидравлического эффекта, является по сути оригинальным гидравлическим «линейным ускорителем» жидкости, а будучи выполненным в виде замкнутого кольца, явится своеобразным
гидравлическим «циклотроном». См. рис. 4.
Объемный насос, работающий за счет электрогидравлического эффекта ( рис. 4) состоит из корпуса 1, разделенного на четыре секции с рабочей камерой 15 в каждой секции и двумя электродами — положительным 6 и отрицательным 7, выполненных неразъёмным соединением на изоляторах в стенках каждой рабочей камеры 15, отделенных перегородками с крышкой обратного клапана 4, посаженной на патрубок 10, с внутренним каналом 5 в каждой из перегородок, рабочее положение клапанов – нормально закрытое. Кроме того, в трёх угловых патрубках, соединяющих рабочие камеры 15 размещены газоотделители 2, в форме циклонов, отводящих и закручивающих часть потока перекачиваемой жидкости, для лучшего отделения паров и газов из перекачиваемой жидкости, отведенных от основного потока перекачиваемой жидкости, за счет тороидальной формы корпуса насоса, с калиброванными по весу стальными шариками отсекателей 3, вес которых рассчитан так, что они всплывают в перекачиваемой жидкости, перекрывая канал 18 в верхней опоре шарика. Шарики отсекателя свободно лежат на опорах 17, позволяя свободно выходить накопившимся газам, которые накапливаются в газоотделителях во время работы объёмного насоса. Но как только полость газоотделителя наполняется перекачиваемой жидкостью, шарик отсекателя всплывает и перекрывает канал 18, предотвращая утечку перекачиваемой жидкости. См. рис. 5.
Обратные клапана 4 крепятся в перегородках каждой секции на патрубках 10, имеющих канал 5, заканчивающихся специальной фаской, предназначенной для плотной посадки крышки обратного клапана 4. В крышке обратного клапана 4 выполнены наклонные каналы 8 для прохода перекачиваемой жидкости в момент создания давления в рабочей камере 15 таким образом, чтобы во время этого движения создавалось вращательное движения крышки обратного клапана 4 с целью равномерного износа посадочных поверхностей крышки обратного клапана 4. Каждый патрубок 10, имеющий канал 5 оборудован специальными фасками для крепления возвратной пружины 9, которая может быть посажена либо просто внатяг, либо по резьбовым каналам, выполненным на посадочных поверхностях каждой крышки обратного клапана 4 и патрубка 10.
В корпусе объёмного насоса 1 выполнен всасывающий патрубок 11, расположенный во всасывающей полости корпуса 1 объёмного насоса, отделенной от напорной полости этого насоса с напорным патрубком 14, перегородкой 12. В центре предлагаемого объёмного насоса выполнен блок управления 13, в котором расположен генератор импульсов тока (См. Рис. 6) с блоком управления (на схеме не показан).
Пока идет рабочий процесс в двух противоположных камерах, в блоке управления проводящая полоска 21, на вращающемся распределителе импульсов электроэнергии 20 замыкает контакты 22 следующих противоположных рабочих камер, в которых повторяется рабочий цикл, описанный выше. Таким образом, подача предлагаемого объёмного насоса зависит от скорости вращения распределителя импульсов электроэнергии, а величина напора — от мощности импульса электрического разряда в перекачиваемой жидкости.
Предлагаемый объёмный насос работает следующим образом. Перед началом работы этот насос необходимо полностью заполнить перекачиваемой жидкостью, или предлагаемый объёмный насос должен быть подключен к лини перекачки жидкости таким образом, чтобы во всасывающем патрубке создавался подпор (давление выше атмосферного) поскольку предлагаемый насос не самовсасывающий, а все обратные клапана в нормальном положении закрытые. С началом работы подается импульс электрической энергии на положительный и отрицательный электроды двух противоположных секций. В результате электрического разряда, в жидкости развивается стример, протягивающийся от положительного до отрицательного электрода, температура внутри которого достигает 40 000 градусов по Цельсию, что способствует превращению жидкости в пар. Однако время жизни этого канала измеряется в микросекундах и настолько мало, что только небольшая часть жидкости, по которой прошел канал стримера превратилась в насыщенный пар, однако внутри этого стримера создалось давление до 2000 МПа.
Этапы развития электрического заряда в ионопроводящей жидкости:
б) «молодого» — начало развития стримера; в) в конце импульса (Рис. 7).
- Боковые «усы» развивающегося стримера;
- Газовая оболочка испарившейся жидкости вокруг канала стримера;
- Главный канал стримера, к которому присоединяются «усы» в процессе роста;
- Канал «уса» стримера, который продолжает нарастать;
- Газовая оболочка «уса» стримера, которая нарастает с увеличением «уса»;
- Электрод.
В момент создания давления обратный клапан, отделяющий рабочую камеру от меж секционного патрубка, открывается и выпускает в него порцию перекачиваемой жидкости. После этого импульса, также в течении короткого промежутка времени, измеряемого микросекундами, выделившее тепло поглощается перекачиваемой жидкостью и в рабочей камере создается разрежение, которое теперь воздействует на оба обратных клапана. С напорной стороны закрывает, а с всасывающей стороны открывает. И новая порция перекачивающей жидкости поступает в рабочую камеру.
В случае, если важна работа объёмного насоса без пульсаций давления в напорной полости этого насоса, в конструкцию добавляется ресивер с демпфером 23, наполненным инертным газом или воздухом, с герметичной, гибкой перегородкой 24, которая и будет сглаживать скачки давления в напорном патрубке предлагаемого объёмного насоса. Как показано на рис. 8.
