Устройство для перекачивания жидкости

(12) 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 Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства(57) Устройство для перекачивания жидкости, содержащее корпус с установленной в нем рабочей камерой, имеющей зоны испарения и конденсации и снабженной подвижной торцевой стенкой, поршнем и сильфонной камерой, заполненной легкокипящей жидкостью,отличающееся тем, что рабочая камера состоит из последовательно установленных барабанов, оси которых образуют многоугольник, плоскости их соседних торцевых стенок параллельны друг другу, а боковые стенки барабанов представляют собой закрепленные посредством карданных соединений равномерно по окружности торцевых стенок термочувствительные элементы, выполненные в виде, по крайней мере, пары соосных сильфонных камер, изготовленных из сплава с памятью формы и содержащих легкокипящую жидкость между своими сопряженными стенками, внутри которых размещены телескопические трубопроводы, гидравлически сообщенные между собой посредством полых осей вращения торцевых стенок барабанов. 37902007.08.30 Полезная модель относится к области энергетики и гелиотехники, в частности к преобразователям низкопотенциальной тепловой энергии в механическую работу, и может быть использована для автономной подачи воды в систему капельного полива сельскохозяйственных культур под действием теплового потока солнечной радиации, а также при аэрации рыбных прудов. 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, 2, 3, 4, 5 и 6. Недостатком этих аналогов является большая толщина рабочих термочувствительных элементов, малая скорость нагрев 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 испарения и конденсации и снабженной подвижной торцевой стенкой, поршнем и сильфонной камерой, заполненной легкокипящей жидкостью, изменяющей объем своей парожидкостной фазы с изменением температуры окружающей ее среды. Недостатком такого устройства для перекачивания жидкости является возвратно-поступательные и колебательные движения его рабочих органов, инерционность системы и невысокий к.п.д. Задачей полезной модели является повышение эффективности преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в работу по перекачиванию жидкости за счет максимального увеличения поверхностей теплообмена и результирующих сил сжатия и расширения боковых стенок рабочей камеры при минимальных ее габаритах. Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройстве для перекачивания жидкости, содержащем корпус с установленной в нем рабочей камерой, имеющей зоны испарения и конденсации и снабженной подвижной торцевой стенкой, поршнем и сильфонной камерой, заполненной легкокипящей жидкостью, рабочая камера состоит из последовательно установленных барабанов, оси которых образуют многоугольник, плоскости их соседних торцевых стенок параллельны друг другу, а боковые стенки барабанов представляют собой закрепленные посредством карданных соединений равномерно по окружности торцевых стенок 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, внутри которых размещены телескопические трубопроводы, гидравлически сообщенные между собой посредством полых осей вращения торцевых стенок барабанов. Технический результат в том, что в зоне испарения на солнечной стороне рабочей камеры развитая внешняя и внутренняя поверхность термочувствительных элементов позволяет преобразовывать большое количество тепловой энергии в результирующую силу их расширения под действием как удлинения боковых гофрированных стенок сильфонных камер, изготовленных из сплава с памятью формы, так и давления со стороны увеличивающейся в объеме паро-жидкостной среды на стенки этих камер. В результате чего все сидящие на непараллельных осях барабаны приводятся во вращение, чему способствуют противоположно направленные силы, сжимающие антиподные сильфонные камеры в теневой зоне конденсации рабочей камеры. Попеременно меняясь местами, сильфонные камеры каждого барабана то сжимаются в зоне конденсации, то разжимаются в зоне испарения, бесконечно повторяя цикл преобразования тепловой энергии в механическую работу. На фиг. 1 и 2 изображены продольный и поперечные разрезы устройства для перекачивания жидкости, на фиг. 3 - увеличенный фрагмент А термочувствительного элемента. 2 37902007.08.30 Устройство (фиг. 1) имеет корпус, представляющий собой многоугольный каркас, образованный установленным на опорах 1 валом 2, жестко связанным с ним полыми осями 3, верхними и нижними трубами 4 и 5. Полые оси 3 имеют внутри радиальную перегородку 6, разделяющую их полости на верхнюю полость 7, сообщающую всасывающий патрубок 8 с верхними отверстиями 9 полых осей 3, и нижнюю полость 10, сообщающую нагнетающий патрубок 11 через нижнюю трубу 5 с нижними осевыми отверстиями 12. На полых осях 3 (фиг. 2) смонтирована вращающаяся рабочая камера в виде последовательно установленных барабанов, параллельные соседние торцевые стенки 13 которых сидят на полых осях 3 с возможностью вращения, имеют радиальные каналы 14 и снабжены установленными равномерно по их окружности гибкими соединениями 15 карданного типа, соединяющими их с днищами 16 термочувствительных элементов 17. Между днищами 16 (фиг. 3) смонтированы соосные сильфонные камеры термочувствительных элементов 17 наружная 18 и внутренняя 19, изготовленные из сплава с памятью формы,например нитинола, между которыми помещена легкокипящая жидкость, например аммиак, двуокись азота 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 соединений 15, сообщены с радиальными каналами 14 торцевых стенок 13 барабанов. Возможна (фиг. 1) установка прозрачного покрытия 22 для создания парникового эффекта. Принцип работы заключается в следующем. Под воздействием теплового потока за счет солнечной радиации, проникающей через прозрачное покрытие 22, часть термочувствительных элементов 17, обращенных к солнцу,попадает в зону испарения рабочей камеры, нагревается, гофрированные стенки наружных сильфонных камер 18 передают тепло легкокипящей жидкости и от нес к гофрированным стенкам внутренних сильфонных камер 19, вследствие чего происходит удлинение коаксиальных сильфонных камер 19 из сплава с памятью формы. Создается давление 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. При отсутствии солнечной радиации происходит нагрев наружных и внутренних сильфонных камер 18 и 19 за счет тепла поверхностных слоев воды, аккумулированного в светлое время суток. В теневой зоне конденсации рабочей камеры (в нижних глубинных слоях более холодной воды) 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 гибкие соединения 15 карданного типа на торцевые стенки 13 барабанов происходит вращение последних на полых осях 3. При этом за счет разряжения, создаваемого во внутренних поршневых полостях сильфонных камер 19 и в телескопических трубопроводах 20, находящихся в зоне испарения рабочей камеры, 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 одних торцевых стенках 13 барабана и гофрированные шланги 21. Одновременно в теплоскопических трубопроводах 20,находящихся в зоне конденсации рабочей камеры, за счет сжатия происходит увеличение давления и вытеснение находящейся в них воды через гофрированные шланги 21 других торцевых стенок 13 барабана в радиальные каналы 14 в этих 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 с/х культур. Развитая поверхность теплопередачи при минимальном объеме теплоносителя, большая плотность упаковки гофр сильфонных камер, взаимодействие сил, действующих на боковые и торцевые стенки термочувствительных элементов в оптимальном четырех 3 37902007.08.30 угольном варианте расположения осей барабанов позволит 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4