Патент на изобретение №2307958

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ВОДОМЕТНЫЙ НАСОС

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для использования в автономных газогенераторных когенерационных установках – мини-ТЭЦ, системах импульсного дождевания для полива сельхозугодий или пожаротушения, гидроударных диспергаторах твердых и жидких веществ. Импульсный водометный насос содержит трубопровод, нижний и верхний напорный баки, между которыми установлена камера сгорания, снабженная впускным и выпускным клапанами, запальной свечой. Насос снабжен соплом для выброса воды и установленными между камерой сгорания и верхним напорным баком ударным клапаном, перекрывающим вход в верхний напорный бак, и клапаном, состоящим из подвижной иглы-штока, расположенной в сопле и закрепленной на поршне, соединенным с пружиной. Увеличивается скорость выброса воды. 1 ил.

Предлагаемое изобретение предназначено для использования в автономных газогенераторных когенерационных установках – мини-ТЭЦ, системах импульсного дождевания для полива сельхозугодий или пожаротушения, гидроударных диспергаторах твердых и жидких веществ и т.д.

Известен импульсный дождевальный аппарат, состоящий из ствола и насадки с отверстием. На боковой поверхности ствола размещен водовоздушный бак, в верхней части которого установлено запальное устройство. Внутри ствола размещен запорный орган, выполненный в виде поршня и клапана. Водовоздушный бак верхней частью соединен с подпоршневой полностью ствола, сообщенной с атмосферой через обратный клапан (см. а.с. №501718, кл. А01G 25/00, В05В 1/08, опубликован 05.02.76, Бюл. №5). После воспламенения в баке горючей смеси под давлением расширяющихся газов поршень сдвигается и клапан открывает отверстие насадки, из которого происходит выброс порции воды и отработанных газов.

Недостатком импульсного дождевального аппарата является необходимость установки дополнительного источника энергии для достижения требуемой степени сжатия горючей смеси в баке, а также специальной распределительной системы для управления впускными клапанами.

Наиболее близким устройством, принятым в качестве прототипа, является насос Гемфри, представляющий собой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором роль поршня играет подвижный столб воды. После воспламенения смеси генераторного газа с воздухом в камере сгорания столб воды приводится в возвратно-поступательное движение внутри системы нижний бак – камера сгорания – верхний (напорный) бак, увлекая за собой каждый раз новую порцию воды из нижнего – в верхний напорный бак (Техническая энциклопедия, т.14 М.: ОГИЗ РСФСР, 1931, с.331-332).

Недостатком насоса Гемфри является относительно узкая область использования: подъем больших масс воды на небольшую высоту. Насос Гемфри, являясь эффективным преобразователем энергии сжигания топлива, в основном, в потенциальную энергию подъема воды, не содержит в своей технологической цепочке преобразователя этой энергии в кинетическую энергию импульсных выбросов воды.

Кинетическая энергия порции воды, движущейся с большой скоростью, может быть преобразована в короткие импульсы большой единичной мощности, следующие друг за другом. Именно такие источники энергии могут быть наиболее востребованным и во многих отраслях техники.

Таким образом, техническая задача изобретения заключается в расширении возможностей известного насоса Гемфри: кроме подъема больших масс воды на небольшую высоту, добавляется способность производить импульсный выброс порции воды, обладающей большой кинетической энергией, что позволяет использовать его в различных областях техники: в сельском хозяйстве для водоподьема, орошения или пожаротушения; в химической и горной промышленности для диспергирования, дробления материалов; в энергетике для превращения энергии сгорания топлива в кинетическую энергию импульсных выбросов жидкости для преобразования в электрическую и другие виды энергии и т.д.

Технический результат изобретения – увеличение скорости выброса воды, обеспечивающей короткие импульсные выбросы воды большой единичной мощности, следующие друг за другом.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном насосе, содержащем нижний и верхний напорный бак, между которыми установлена камера сгорания, снабженная впускным и выпускным клапанами, запальной свечой, согласно изобретению насос снабжен соплом для выброса воды и установленными между камерой сгорания и верхним напорным баком ударным клапаном, перекрывающим вход в верхний напорный бак, и клапаном, состоящим из подвижной иглы-штока, расположенной в сопле и закрепленной на поршне, соединенным пружиной.

Отличительной особенностью заявленного устройства является наличие новых конструктивных элементов, а именно дополнительное установление на входе верхнего напорного бака ударного клапана, и клапана, состоящего из подвижной иглы-штока, расположенного между камерой сгорания и верхним напорным баком. Эти клапаны образуют гидроударную систему, которая обеспечивает получение мощных импульсных циклически повторяющихся выбросов воды порциями из сопла клапана с подвижной иглой-штоком, при этом мощность выбросов может достичь до сотен кВт в зависимости от скорости закрытия ударного клапана.

Во время работы устройства при открытом ударном клапане жидкость направляется через него к верхнему напорному баку со скоростью, возрастающей по времени, и в момент, когда сила давления жидкости на ударный клапан превысит его вес, он поднимается вверх и перекрывает отверстие к верхнему напорному баку. При этом происходит гидравлический удар и повышается давление в трубопроводе и на поверхности поршня клапана, в результате чего игла-шток, перекрывающая сопло, поднимается вверх и жидкость, ускоренная гидравлическим ударом, выбрасывается с большой скоростью из сопла клапана. Таким образом, именно благодаря установке вышеуказанных клапанов, представляющих собой гидроударную систему, которая преобразует кинетическую энергию движущейся жидкости в энергию гидравлического удара за счет быстрого закрытия ударного клапана, стало возможным увеличение скорости выброса воды импульсами, дающей короткие импульсные выбросы воды большой единичной мощности, следующие друг за другом с большой частотой.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявления источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественным всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Заявленное изобретение поясняется чертежом, где схематично изображен импульсный водометный насос, общий вид.

Импульсный водометный насос состоит из нижнего 1 и верхнего напорного 2 баков, между которыми установлена камера сгорания 3, снабженная выпускным 4 и впускным 5 клапанами, и запальной свечой 6. Между камерой 3 и баком 2 установлены ударный клапан 7, перекрывающий вход в напорный бак 2, и клапан 8, состоящий из подвижной иглы-штока 9, расположенной в сопле 10 для выброса воды и закрепленной на поршне 11, соединенным пружиной 12. Насос также содержит трубопровод 13 и впускной клапан 14 для воды.

Предлагаемое устройство – импульсный водометный насос – работает следующим образом.

Принцип работы заявляемого импульсного водометного насоса аналогичен четырехтактному двигателю внутреннего сгорания, причем роль поршня играет возвратно-поступательно движущийся столб жидкости. При взрыве смеси горючего газа, вырабатываемой газогенераторной установкой на древесных и других отходах, каменном угле или любом другом топливе, и воздуха в камере сгорания 3, сгоревшие газы расширяются и перемещают столб воды через трубопровод 13 и ударный клапан 7 по направлению к верхнему напорному баку 2 до тех пор, пока не откроется выпускной клапан 4, через который отработавшие газы выходят наружу. При открытии выпускного клапана 4 открывается продувочный клапан, и камера сгорания 3 наполняется свежим воздухом. При движении воды по направлению к верхнему напорному баку 2 получается дополнительное расширение газов, давление становится меньше атмосферного, и вода засасывается через впускной клапан 14. Поступившая вода частью следует за движущимся столбом жидкости, частью заполняет камеру сгорания 3.

При открытом ударном клапане 7 происходит разгон жидкости в направлении к верхнему напорному баку 2 со скоростью, возрастающей по времени. При некотором значении скорости сила давления на ударный клапан 7 увеличивается настолько, что превышает его вес. При этом ударный клапан 7 под силой давления жидкости поднимается и закрывает отверстие в верхний напорный бак 2.

Во время подъема ударного клапана 7 происходит гидравлический удар и повышается давление в трубопроводе 13. Несмотря на то, что ударный клапан 7 не успел полностью закрыться, давление в трубопроводе 13 и на площадке поршня 11 клапана 8 доходит до величины, превышающей силу сжатия пружины 12. В результате игла-шток 9, перекрывающая сопло 10, отбрасывается назад и вода, ускоренная гидравлическим ударом, выбрасывается с большой скоростью из сопла 10. После выброса струи из-за падения давления сопло 10 перекрывается иглой-штоком 9, а отверстие к верхнему напорному баку 2 открывается за счет веса (опускания) ударного клапана 7 и столб воды начинает обратное движение. При обратном движении воды продолжается удаление сгоревших газов до момента, пока вода не достигнет выпускного клапана 4 и не запрет его, после чего наступает сжатие свежего воздуха в той части камеры сгорания 3, которая располагается выше выпускного клапана 4. Давление сжатого воздуха при этом достигает величины больше статистического давления, соответствующего высоте верхнего напорного бака 2, поэтому столб воды начинает двигаться по направлению к верхнему напорному баку 2, сопровождаемый повторным гидравлическим ударом, описанным выше.

Когда уровень воды в камере сгорания 3 достигнет выпускного клапана 4, давление в камере сгорания 3 будет очевидно равно атмосферному, и при дальнейшем движении снова наступает разрежение, открывается впускной клапан 5, и смесь газа и воздуха наполняет камеру сгорания 3. Повторное обратное движение столба воды сжимает рабочую смесь, после чего последнюю воспламеняют и начинается новый рабочий такт.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными имеет следующие преимущества:

– нет дополнительного источника энергии для достижения требуемой степени сжатия горючей смеси в камере сгорания;

– нет специальной распределительной системы для управления впускным клапаном;

– возможность получения коротких импульсных выбросов воды большой единичной мощности.

Формула изобретения

Импульсный водометный насос, содержащий трубопровод, нижний и верхний напорный баки, между которыми установлена камера сгорания, снабженная впускным и выпускным клапанами, запальной свечой, отличающийся тем, что насос снабжен соплом для выброса воды и установленными между камерой сгорания и верхним напорным баком ударным клапаном, перекрывающим вход в верхний напорный бак, и клапаном, состоящим из подвижной иглы-штока, расположенной в сопле и закрепленной на поршне, соединенным с пружиной.

РИСУНКИ