Устройство для перекачивания жидкости

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ЖИДКОСТИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства(72) Авторы Капустин Николай Федорович Снежко Эдуард Константинович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Научнопрактический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства(57) Устройство для перекачивания жидкости, содержащее полые оси, образующие многоугольный каркас, на которых установлены своими торцевыми стенками с возможностью вращения барабаны, боковые стенки которых представляют собой закрепленные посредством карданных соединений равномерно по окружности торцевых стенок барабанов термочувствительные элементы, выполненные в виде, по крайней мере, двух соосных сильфонных камер, изготовленных из сплава с памятью формы и содержащих легкокипящую жидкость между своими сопряженными стенками, причем внутри сильфонных камер расположены телескопические перфорированные трубопроводы, гидравлически сообщающиеся между собой посредством гофрированных шлангов и радиальных каналов торцевых стенок барабанов, причем торцевые стенки соседних барабанов параллельны друг другу, а полые оси разделены радиальной перегородкой на верхнюю и нижнюю полости,сообщающиеся соответственно с всасывающим и нагнетающим патрубками. 12450 1 2009.10.30 Изобретение относится к области энергетики и гелиотехники, в частности к преобразователям низкопотенциальной тепловой энергии в механическую работу, и может быть использовано для автономной подачи воды в системах полива сельскохозяйственных культур (под действием теплового потока солнечной радиации), в солнечных водонагревателях и опреснителях. Известны устройства для перекачивания жидкости, выполненные в виде приводов непрерывного вращения, тепловращателей, теплонасосов и теплодвигателей с использованием проволок и пластин из сплава с памятью формы, изменяющих свои геометрические размеры при изменении температуры окружающей их среды 1-6. Недостатками этих аналогов являются большая толщина рабочих термочувствительных элементов, малая скорость нагрева и охлаждения, редкие циклы, малые обороты,мощность и к.п.д. Известен также тепловой двигатель со свободным поршнем, выполняющий функцию насоса, преобразующий низкопотенциальную тепловую энергию в механическую работу,взятый в качестве прототипа 7. Устройство содержит корпус с установленной в нем рабочей камерой, имеющей зоны нагрева и охлаждения и снабженной подвижной торцевой стенкой, поршнем и сильфонной камерой, заполненной легкокипящей жидкостью, изменяющей объем своей парожидкостной фазы с изменением температуры окружающей ее среды. Недостатками такого устройства для перекачивания жидкости являются возвратно-поступательные и колебательные движения его рабочих органов, инерционность системы и невысокий к.п.д. Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в работу по перекачиванию жидкости за счет максимального увеличения поверхностей теплообмена и результирующих сил сжатия и расширения рабочей камеры при минимальных ее габаритах. Технический результат заключается в том, что устройство для перекачивания жидкости содержит полые оси, образующие многоугольный каркас, на которых установлены своими торцевыми стенками с возможностью вращения барабаны, боковые стенки которых представляют собой закрепленные посредством карданных соединений равномерно по окружности торцевых стенок барабанов термочувствительные элементы. При этом термочувствительные элементы выполнены в виде, по крайней мере, двух соосных сильфонных камер, изготовленных из сплава с памятью формы и содержащих легкокипящую жидкость между своими сопряженными стенками. Причем внутри сильфонных камер расположены телескопические перфорированные трубопроводы, гидравлически сообщающиеся между собой посредством гофрированных шлангов и радиальных каналов торцевых стенок барабанов. Причем торцевые стенки соседних барабанов параллельны друг другу, а полые оси разделены радиальной перегородкой на верхнюю и нижнюю полости, сообщающиеся соответственно с всасывающим и нагнетающим патрубками. Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в зоне нагрева, на обращенных к солнцу сторонах барабанов, развитая поверхность сильфонных камер позволяет преобразовывать большое количество тепловой энергии в результирующую силу их расширения. Они расширяются под действием как удлинения боковых гофрированных стенок, изготовленных из термочувствительных сплавов с памятью формы, так и давления со стороны увеличивающейся в объеме легкокипящей жидкости на днища этих камер. В результате чего все сидящие на непараллельных полых осях торцевые стенки барабанов приводятся во вращение, чему способствуют противоположно направленные силы, сжимающие антиподные сильфонные камеры в зоне охлаждения на теневых сторонах барабанов. Попеременно меняясь местами, сильфонные камеры каждого барабана то сжимаются в зоне охлаждения, то разжимаются в зоне нагрева, повторяя цикл преобразования тепловой энергии в механическую работу. 2 12450 1 2009.10.30 На фиг. 1 и 2 изображены продольный и поперечный разрезы устройства для перекачивания жидкости, на фиг. 3 - увеличенный фрагмент А термочувствительного элемента. Устройство (фиг. 1) имеет корпус, представляющий собой установленый на опоре 1 и валах 2 с телескопическими соединениями многоугольный каркас, образованный полыми осями 3 и соединяющими их верхними и нижними телескопическими трубами 4 и 5. Внутренние полости осей 3 разделены радиальной перегородкой 6 на две полости. На верхнюю полость 7, сообщающую всасывающий патрубок 8 посредством верхних телескопических труб 4 с верхними радиальными отверстиями 9 полых осей 3, и на нижнюю полость 10, сообщающую нагнетающий патрубок 11 через нижнюю телескопическую трубу 5 с нижними радиальными отверстиями 12 (фиг. 2) полых осей 3. На полых осях 3 установлены вращающиеся барабаны, торцевые стенки 13 которых имеют радиальные каналы 14 и снабжены установленными равномерно по их окружности карданными соединениями 15, соединяющими их с днищами 16 термочувствительных элементов 17. Между днищами 16 смонтированы соосные сильфонные камеры наружная 18 (фиг. 3) и внутренняя 19, изготовленные из термочувствительного сплава с памятью формы, например нитинола, между которыми помещена легкокипящая жидкость, например аммиак, двуокись азота, декафторбутан и т.п. Внутри сильфонных камер 19 к днищам 16 прикреплены концы телескопических перфорированных трубопроводов 20, внутренние полости которых посредством смонтированных на днищах 16 гофрированных шлангов 21,проходящих внутри гибких карданных соединений 15, сообщены с радиальными каналами 14 торцевых стенок 13 барабанов. Возможна установка прозрачного покрытия 22 (фиг. 1) для создания парникового эффекта. Принцип работы заключается в следующем. Под воздействием теплового потока за счет солнечной радиации, проникающей через прозрачное покрытие 22, термочувствительные элементы 17 от наружных сильфонных камер 18 передают тепло легкокипящей жидкости и от нее к гофрированным стенкам внутренних сильфонных камер 19, вследствие чего происходит удлинение коаксиальных сильфонных камер 18 и 19 из сплава с памятью формы и создается давление на оба днища 16 термочувствительных элементов 17. Дополнительное давление на днища 16 оказывает увеличивающаяся в объеме парожидкостная среда легкокипящей жидкости в процессе ее объемного и (или) поверхностного кипения. В теневой зоне охлаждения емкости переменного объема происходят обратные процессы сжатия термочувствительных элементов 17, находящихся в этой зоне. В результате действия результирующих сил расширения и сжатия термочувствительных элементов 17 на днища 16 и через карданные соединения 15 на торцевые стенки 13 барабанов происходит вращение последних на полых осях 3. При этом за счет разрежения, создаваемого во внутренних полостях сильфонных камер 19 и телескопических трубопроводов 20, находящихся в зоне нагрева, происходит всасывание воды из верхних слоев водоема в эти полости через всасывающий патрубок 8,верхние трубы 4, верхние полости 7 полых осей 3, верхние отверстия 9 полых осей 3, радиальные каналы 14 в правых торцевых стенках 13 барабана и гофрированные шланги 21. Одновременно в телескопических трубопроводах 20, находящихся в зоне охлаждения, за счет сжатия происходит увеличение давления и вытеснение находящейся в них воды через гофрированные шланги 21 левых торцевых стенок 13 барабана в радиальные каналы 14 в этих же стенках и далее в нижние полости 9 осей 3 и через нижние отверстия 12, нижние трубы 5 и нагнетающий патрубок 11 в трубопровод, ведущий к фильтростанции системы капельного полива культур. Развитая поверхность теплообмена при минимальном объеме теплоносителя, большая плотность упаковки гофр сильфонных камер, взаимодействие сил, действующих на торцевые стенки барабанов в оптимальном прямоугольном варианте расположения осей ба 3 12450 1 2009.10.30 рабанов, позволяют создать очень компактное и недорогое устройство для перекачивания воды под капельный полив большой производительности. Так, для перекачивания воды с расходом 50 т/ч при среднесуточной плотности теплового потока за счет солнечной радиации порядка 400 Вт/м 2 потребуется устройство с габаритами не более 330,8 м, создающее давление воды на выходе до 0,1 МПа при вращении барабанов с угловой скоростью не более одного оборота в минуту. Источники информации 1. Патент РФ 2099595, МПК 037/06. 2. Патент РФ 2164311, МПК 037/06. 3. Патент РФ 2194188, МПК 037/06. 4. Патент РФ 2214532, МПК 037/06. 5. Патент 6851260, МПК 037/06. 6. Патент 3613589, МПК 037/06. 7. Патент РБ 8490, МПК 037/06. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4