Термомеханический насос

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5171 19) (11) Т СССРОТКРЫТИЙ ПИСАНИ ОБРЕТЕ ВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ(71) Московский ордена Ленина и орденаОктябрьской Революции энергетическй институт(54) (57) 1. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЛ НАСОС, содержащий корпус с горячим и холодным цилиндрами, поршни, размещенныев цилиндрах и разделяющие объем каждос 59 Г 04 В 15/08, 19/2 го из них на две рабочие полости, шток, проходящий в корпусе и соединяющий поршни, теплообменник, подключенный к рабочим полостям цилиндров, и клапаны всасывания и нагнетания, установленные в холодном цилиндре, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем увеличения удельной производительности, насос снабжен аккумуляторами энергии поршней, поршни снабжены клапанами перепуска рабочего тела между полостями, а диаметр горячего цилиндра выполнен больше диаметра холодного.2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что аккумуляторы энергии выполнены в виде пружин, размещенных в обеих полостях холодного цилиндра насоса.том состоянии, Под действием пружины 19 поршни начинают движение вниз, клапан20 закрывается. При дальнейшем движении поршней вниз (под действием пружины) жидкость из полости В переталкивают в полость А, при этом жидкость испаряется, в результате подвода тепла в теплообменнике 11 и к цилиндру 2,Суммарный объем полостей В и А увеличивается (объем полости А растет быст 50 55 Изобретение относится к обработке машиностроения, а именно к компрессоростроению и может быть использовано при наличии лишь тепловой энергии при отсутствии механической или электрической, например, при подъеме воды из колодцев в пустыне.Целью изобретения является повышение эффективности путем увеличения удельной производительности.На фиг. 1 изображена принципиальная схема терм омеханического насоса; на фиг. 2 - графики изменения давления в полостях насоса.Термомеханический насос содержит корпус 1 с двумя цилиндрами 2 и 3, в которых размещены поршни 4 и 5 двойного действия, 15 соединенные штоком 6 через уплотнение 7 и 8, причем поршень 4 делит объем соответствующего цилиндра на полости А и С, соединенные между собой каналами 9 и 10 через теплообменник 11, а поршень 5 - на В и Р, соединенные между собой каналами 12 и 13 также через теплообменник 11. Полости В и Р снабжены всасывающими 14, 15 и нагнетательными 16 и 17 клапанами, В компрессоре имеются аккумуляторы энергии движения поршней в каждом направ ленни, выполненные, например, в виде пружины 18 и 19, один из поршней, например поршень 4 снабжен клапанами.20 и 21 перепуска рабочего тела между полостями цилиндра и выполнен относительно большего диаметра.30Термомеханический насос работает следующим образом.Цилиндр 2 обогревают снаружи и таким образом в полостях А и С поддерживают относительно высокую тем пературу - выше,. 35 чем температура кипения пере качивае мой жидкости при давлении нагнетания. Цилиндр 3 наоборот охлаждают и поддерживают в полостях В и Р температуру ниже температуры конденсации жидкости при давлении всасывания. 40Осуществляемые в машине процессы начнем рассматривать с положения поршней 4 и 5 в крайнем верхнем (фиг. 1) положении, В этом положении клапан перепуска 20 открыт, поэтому давление во всех по лостях машины одинаковое. Пружина 18 (аккумулятор энергии движения вниз) находится в свободном состоянии, а пружина 19 (аккумулятор движения вверх) - в сжарее, чем уменьшается объем полости В), давление в этих полостях увеличивается, так как удельный объем образовавшегося пара больше удельного объема жидкости. В это же время пар из полости С переталкивают в полость Р. В результате отвода тепла от него в теплообменнике 11 и в цилиндре 3 пар конденсируется, поэтому давление в полостях С и Р снижается, хотя суммарный объем этих полостей несколько умен ьш ается.Таким образом, после закрытия клапана 20 на поршни начинает действовать сила от разности давлений в полостях А и С (цилиндр 2) и В и Р (цилиндр 3). Так как цилиндр 2 относительно большего диаметра, то результирующая сила направлена сверху вниз, эта результирующая сила по мере движения поршней увеличивается до тех пор, пока в полостях А и В не достигнуто давление нагнетания Р, а в полостях С и Р давление не снизится до давления всасывания Рв,. В дальнейшем эта сила постоянная и определяется разностями давлений Ри вс.После достижения в полостях А и В давления Рн открывается клапан 16 и перекачиваемая жидкость нагнетается из полости В в трубопровод (на фиг. 1 не показан). В то же время, когда в полостях С и Р давление снижается до Рц, открывается клапан 15 и идет процесс всасывания новой порции жидкости в полость Р.Во второй половине хода поршней их энергия поступательного движения частично аккумулируется (сжимается пружина 18), что приводит к некоторому уменьшению скорости движения поршней. При подходе поршней к нижней мертвой точке хвостовик клапана перепуска 21 упирается в крышку цилиндра 2, клапан 21 отрывается и за счет переточки пара между полостями А и С давление во всех полостях машины выравнивается: в полостях А и В несколько снижается, а в полостях С и Р повышается. При этом закрываются нагнетательный клапан 16 и всасывающий клапан 15.Так как давление во всех полостях одинаковое, то единственная сила, действующая в этот момент на поршни, сила пружины 18. Под действием этой силы в движении поршней наступает реверс: поршни начинают движение вверх. Жидкость из полости Р переталкивается в полость С, при этом она испаряется вследствие подвода тепла в теплообменнике 11 и в цилиндре 2. Соответственно пар из полости А переталкивается в полость В и при этом конденсируется вследствие отвода тепла в теплообменнике 11 и цилиндре 3. Поэтому в полостях С и Р давление повышается, а в полостях А и В понижается, В результате на поршни действуют силы, результирующая от кото1151710 НИИПИ Заказ 2288/25 Тираж 586 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул писное ектная,3рых направлена снизу вверх. Эта результирующая сила обеспечивает движение поршней вплоть до верхней мертвой точки. По мере движения поршней вверх давление в полостях С и Р повышается до Р, затем открывается клапан 17 и идет процесс нагнетания из полости Р. Для поддержания давления Рчасть жидкости продолжают переталкивать из полости Р в полость С через теплообменник 11, где она нагревается и затем испаряется.В это время в полостях А и В давление понижается до Р затем открывается клапан 14 и осуществляется процесс всасывания новой порции жидкости. При этом пар из полости А продолжают перетал кивать в полость В через теплообменник 11, где он охлаждается и затем конденсируется. Во второй половине хода энергию движения поршней частично аккумулирует пружина 19, которая сжимается. При достижении поршнями верхней мертвой точки хвостовик клапана 20 упирается в крышку цилиндра 2, клапан открывается. За счет перепуска пара из полости С в полость А давление во всех полостях машины выравнивается. На поршни теперь действует только сила сжатой пружины 19, что обеспечивает реверс движения поршней. При отходе поршней от верхней мертвой точки клапан 20 закрывается и начинается переталкивание жидкости из полости В в А и пара из полости С и Р в соответствии с процессами, описанными выше. Естественно предлагаемый нами термомеханический насос может перекачивать (повышать давление) только те жидкости, которые не разлагаются при температуре кипения.Изменение давления в полостях машины по времени показано на фиг. 2. Штриховой линией показано изменение давления в полостях А и В, а сплошной линией в С и Р Процессы а - б и а -: б - выравнивание давления в полостях в момент открытия клапана перепуска 20. Процесс б - Ьсоответствует времени открытого положения клапана 20 при реверсе движения поршней вблизи верхней мертвой точки. Процессы в - г и в-г - снижение давления в полостях С и Р и рост давления в полостяхА и В после закрытия клапана 20. Процессы г- ди г-д соответственно всасывание и10 нагнетание жидкости В г д и д открывается перепускной клапан 21; давление в полостях выравнивается (г е). В г ж 21 закрывается и в дальнейшем идет повышениедавления в полостях С и Р и снижение дав 15ления в А и В, Цикл замыкают процессывсасывания в полости В процессз-ц) и нагнетания в полости Р (процесс з-Ы). Далеевсе процессы повторяются. По фиг. 2 видно,что введение перепускных клапанов 20 и 21позволяет не только существенно уменьшить мощность аккумуляторов энергии движения поршней (пружин), но и повыситьудельную производительность насоса, Действительно, если бы клапаны 20 и 21 отсутствовали, то процесс понижения давления25в сообщающихся полостях, например, в полостях А и В шел бы штрихпунктирной линией д - з," Следовательно, в этом случаепроцесс всасывания был бы короче по времени на АЙ, т.е. уменьшилась бы производительность машины за цикл,Пружины 18 и 19 рассчитываются изусловия, что сила упругости в сжатом состоянии пружины должна быть достаточнойдля преодоления сил трения, инерции покоя,а также силы тяжести поршней (для пружины 18).35 Клапаны 20 и 21 выполняются подпружиненными для обеспечения посадки наседло при равенстве давлений с обеих сторон. Сила упругости этих пружин выше, чемусилие на клапан при максимальном пере 40 паде давлений.