Устройство для перекачивания жидкости для капельного полива овощей в открытом грунте

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ЖИДКОСТИ ДЛЯ КАПЕЛЬНОГО ПОЛИВА ОВОЩЕЙ В ОТКРЫТОМ ГРУНТЕ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства(72) Авторы Аутко Александр Александрович Самосюк Владимир Георгиевич 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 для капельного полива овощей в открытом грунте, содержащее полые втулки, 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 втулки разделены 17733 1 2013.12.30 радиальной перегородкой на верхнюю и нижнюю полости, сообщающиеся соответственно с всасывающим и нагнетающим патрубками посредством соединительных верхних и нижних телескопически сочлененных трубок, при этом полые втулки закреплены на вертикально установленной опоре при помощи радиально установленных телескопически сочлененных валов, отличающееся тем, что телескопически сочлененные валы снабжены дополнительными термочувствительными элементами, выполненными в виде установленных соосно указанным валам внутренних и наружных камер переменного объема,один конец которых закреплен на одной части телескопического сочленения вала, а другой - на второй части телескопического сочленения вала, причем между камерами переменного объема термочувствительных элементов находится легкокипящая жидкость,наружные камеры переменного объема выполнены из светопроницаемого материала, а внутренние камеры переменного объема выполнены из светонепроницаемого материала,при этом дополнительные термочувствительные элементы снабжены светоотражателями,выполненными в форме двух полуцилиндров разного диаметра и установленными на торцевых стенках камер переменного объема. 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 капельного полива овощей и других сельскохозяйственных культур в открытом грунте под действием теплового потока солнечной радиации. 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 коэффициент полезного действия (КПД). Известен тепловой двигатель со свободным поршнем, выполняющий функцию насоса,преобразующий низкопотенциальную тепловую энергию в механическую работу 7. Недостатками такого устройства для перекачивания жидкости являются возвратнопоступательные и колебательные движения его рабочих органов, инерционность системы и невысокий КПД. Известно также устройство для перекачивания жидкости, взятое за прототип, содержащее полые втулки, 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. Внутри соосных сильфонных камер расположены телескопические перфорированные трубопроводы, гидравлически сообщающиеся между собой посредством гофрированных шлангов и радиальных каналов торцевых стенок барабанов, причем торцевые стенки барабанов параллельны друг другу, а полые втулки разделены радиальной перегородкой на верхнюю и нижнюю полости, сообщающиеся соответственно с всасывающим и нагнетающим патрубками посредством соединительных верхних и нижних телескопически сочлененных трубок. При этом полые втулки закреплены на вертикально установленной опоре при помощи радиально установленных телескопически сочлененных валов 8. 17733 1 2013.12.30 Однако это устройство обладает недостатком, заключающимся в том, что оно имеет сравнительно низкий КПД. 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, что повышает производительность устройства в целом. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для перекачивания жидкости для капельного полива овощей в открытом грунте, содержащем полые втулки, 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 втулки разделены радиальной перегородкой на верхнюю и нижнюю полости, сообщающиеся соответственно с всасывающим и нагнетающим патрубками посредством соединительных верхних и нижних телескопически сочлененных трубок, при этом полые втулки закреплены на вертикально установленной опоре при помощи радиально установленных телескопически сочлененных валов, телескопически сочлененные валы снабжены дополнительными термочувствительными элементами,выполненными в виде установленных соосно указанным валам внутренних и наружных камер переменного объема, один конец которых закреплен на одной части телескопического сочленения вала, а другой - на второй части телескопического сочленения вала,причем между камерами переменного объема термочувствительных элементов находится легкокипящая жидкость, а наружные камеры переменного объема выполнены из светопроницаемого материала, а внутренние камеры переменного объема выполнены из светонепроницаемого материала, при этом дополнительные термочувствительные элементы снабжены светоотражателями, выполненными в форме двух полуцилиндров разного диаметра и установленными на торцевых стенках камер переменного объема. Таким образом, совокупность заявленных новых признаков позволяет повысить эффективность преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в работу по перекачиванию жидкости за счет максимального увеличения поверхности теплообмена за счет автоматического увеличения рабочей поверхности термочувствительных элементов при увеличении плотности солнечной радиации, что приводит к повышению производительности устройства и, соответственно, к интенсивности полива. Таким образом, с увеличением теплового потока солнечной радиации овощи получают дополнительную влагу, что способствует повышению урожайности. Заявляемое устройство изображено на фигурах, где на фиг. 1 изображен продольный разрез одного из четырех секторов заявляемого устройства (в плане) на фиг. 2 изображен поперечный разрез по А-А на фиг. 1 на фиг. 3 изображен увеличенный поперечный разрез по Б-Б дополнительного термочувствительного элемента, изображенного на фиг. 1. Устройство для перекачивания жидкости для капельного полива овощей в открытом грунте содержит корпус, представляющий собой установленный на вертикально направленной опоре 1 и радиально расположенных в горизонтальной плоскости валах 2, имеющих телескопические соединения, многоугольный каркас (на фиг. 1 четырехугольный),образованный полыми втулками 3 и соединяющими их верхними и нижними телескопическими трубами 4 и 5 (фиг. 1 и 2). Внутренние полости втулок 3 разделены радиальной 3 17733 1 2013.12.30 перегородкой 6 на две полости - на верхнюю полость 7, соединяющую всасывающий патрубок 8 посредством верхних телескопических труб 4 с верхними радиальными отверстиями 9 полых втулок 3, и на нижнюю полость 10, соединяющую нагнетательный патрубок 11 через нижнюю телескопическую трубу 5 с нижними радиальными отверстиями 12 полых втулок 3 (фиг. 1). На полых втулках 3 установлены вращающиеся барабаны,торцевые стенки 13 которых имеют радиальные каналы 14 и снабжены установленными по их окружности карданными соединениями 15, соединяющими их с днищами 16 термочувствительных элементов 17. Между днищами 16 смонтированы соосно сильфонные камеры переменного объема - наружная камера 18 (фиг. 1) и внутренняя камера 19,изготовленные из термочувствительного сплава с памятью формы, например нитинола,между которыми помещена легкокипящая жидкость, например аммиак, двуокись азота или декафторбутан. Внутри сильфонных камер 19 к их днищам 16 прикреплены концы телескопических перфорированных трубопроводов 20, внутренние полости которых посредством смонтированных на днищах 16 гофрированных шлангов 21, проходящих рядом с гибкими карданными соединениями 15, сообщены с радиальными каналами 14 торцевых стенок 13 барабанов. Телескопические соединения валов 2 выполнены в виде полых цилиндров 22, внутри которых проходят поршни (на фиг. 1 не показаны), образующие с полыми цилиндрами 22 телескопические соединения. Соосно полым цилиндрам 22 с поршнями на разъемных частях валов 2 установлены дополнительные камеры переменного объема - внутренняя светонепроницаемая камера 23 и наружная светопроницаемая камера 24, между которыми помещена легкокипящая жидкость 25 (фиг. 1 и 3). Своими торцевыми стенками 26 дополнительные камеры 23 и 24 переменного объема крепятся к периферийной и центральной частям валов 2. Соосно валам 2 устройство снабжено дополнительными вогнутыми светоотражателями, выполненными в форме двух соосных полуцилиндров 27 и 28 разного диаметра, установленных на торцевых стенках 26 периферийной и центральной частей валов 2 соответственно. Заявляемое устройство для перекачивания жидкости для капельного полива овощей в открытом грунте работает следующим образом. Под воздействием теплового потока (за счет солнечной радиации) в горячей (освещенной солнцем) зоне термочувствительные элементы 17 передают тепло от стенок наружных сильфонных камер 18 содержащейся в них легкокипящей жидкости и от нее к гофрированным стенкам внутренних сильфонных камер 19, вследствие чего происходит удлинение стенок коаксиальных сильфонных камер 18 и 19, изготовленных 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 кипения. В холодной (теневой) зоне в емкостях камер 17 переменного объема происходят обратные процессы - сжатия этих камер 17 и сокращения сильфонных камер 18 и 19, находящихся в этой зоне. В результате действия попеременного воздействия результирующих сил расширения и сжатия термочувствительных элементов 17 на днища 16 и через карданные соединения 15 на торцевые стенки 13 барабанов происходит вращение последних относительно полых втулок 3. При этом за счет разрежения, создаваемого во внутренних полостях сильфонных камер 19 и телескопических перфорированных трубопроводов 20, находящихся в горячей зоне, происходит всасывание воды из верхних слоев водоема в эти полости через всасывающий патрубок 8, верхние трубы 4, верхние полости 7 полых втулок 3, верхние отверстия 9 полых втулок 3, радиальные каналы 14 в правых торцевых стенках 13 барабана и гофрированные шланги 21. Одновременно в телескопических трубопроводах 20, находящихся в холодной зоне, 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 4 17733 1 2013.12.30 этих же стенках и далее в нижние полости 9 втулок 3 и через нижние отверстия 12, нижние трубы 5 и нагнетающий патрубок 11 в трубопровод, ведущий к фильтростанции системы капельного полива овощных культур. При изменении величины плотности солнечной радиации в сторону увеличения или уменьшения сфокусированная светоотражателями 27 и 28 солнечная энергия изменяет температуру легкокипящей жидкости 25, увеличивая или уменьшая объем жидкости соответственно, при этом происходит увеличение или уменьшение длины телескопических валов 2 и телескопических перфорированных трубопроводов 20, а также увеличение или уменьшение площади рабочей поверхности термочувствительных элементов 17 соответственно. Таким образом, рабочий ход телескопических перфорированных трубопроводов 20 изменяется, изменяя производительность устройства для перекачивания в ту или иную сторону, т.е. автоматически при увеличении плотности потока солнечной радиации происходит увеличение производительности устройства и наоборот. Создается оптимальный режим полива для интенсивного роста овощей в открытом грунте. Таким образом, 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 барабанов, позволяет создать компактное и недорогое устройство. Источники информации 1.2099595, МПК 03 7/06. 2.2164311, МПК 03 7/06. 3.2194188, МПК 03 7/06. 4.2214532, МПК 03 7/06. 5.6851260, МПК 03 7/06. 6.3613589, МПК 03 7/06. 7.8490, МПК 03 7/06. 8.12450, МПК 037/06 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5