Способ перекачки химически агрессивных жидкостей и устройство для его осуществления

Группа изобретений предназначена для использования в авиационной технике, а именно в гидравлических системах в качестве насоса, и может найти применение в области машиностроения,

В известном устройстве - вибрационный насос Беляева (патент SU 781402) - используются система усеченных конусов, ультразвуковые преобразователи и концентраторы.

Недостатком этого насоса является сложность конструкции, а также использование ультразвука, что способствует эрозии поверхностей конструктивных элементов при перекачке химически агрессивных жидкостей.

Известен также способ перекачивания агрессивных жидкостей, заключающийся в вытеснении их из замкнутой емкости в резервуар за счет перепада давлений (патент РФ 2054374).

Недостатком этого способа является возможность утечек, вызванная множеством мест соединения трубопроводов и элементов конструкций, что может привести к загрязнению окружающей среды и возникновению пожаров.

Задачей предлагаемой группы изобретений является обеспечение экологической и пожарной безопасности и упрощение конструкции устройства.

Указанная задача достигается тем, что применяется способ перекачки химически агрессивных жидкостей, включающий периодическую подачу рабочей жидкости в тупиковый отвод корпуса и ее отвод из него, причем подача и отвод жидкости из тупикового отвода осуществляются с различными скоростями, а суммарный приток жидкости в тупиковый отвод в целом за период равен нулю, при этом устройство для перекачки химически агрессивных жидкостей содержит корпус и заглушенную гофрированную оболочку, причем корпус состоит из всасывающего и нагнетающего патрубков различного сечения, образующих несимметричный гидравлический канал, и тупикового отвода в месте соединения патрубков, а гофрированная оболочка присоединена к тупиковому отводу.

В предлагаемом способе перекачки химически агрессивных жидкостей используются инерционные свойства среды, а также гидравлическое сопротивление каналов передвижения жидкости.

Ниже приведены теоретические доказательства явления возникновения осредненного по времени направленного течения жидкости в несимметричных гидравлических каналах под воздействием периодически пульсирующего источника давления с различной крутизной фронтов нарастания и убывания давления, находящегося внутри несимметричного гидравлического канала (н.г.к.).

Способ перекачки химически агрессивных жидкостей и устройство для его осуществления поясняются следующими чертежами.

На фиг. 1 изображено устройство для перекачки химически агрессивных жидкостей.

На фиг. 2 схематично показан расход жидкости, поступающей через тупиковый отвод в н.г.к. в течение одного периода, причем скорость подачи жидкости больше скорости ее отвода.

На фиг. 3 схематично показан расход жидкости, поступающей через тупиковый отвод в н.г.к. в течение одного периода, причем скорость подачи жидкости меньше скорости ее отвода.

На фиг. 4 показаны фазы осредненного по времени направленного течения жидкости в широкую часть н.г.к. за один период.

На фиг. 5 показаны фазы осредненного по времени направленного течения жидкости в узкую часть н.г.к. за один период.

На фиг. 6 в качестве примера показана схема подключения устройства для перекачки агрессивных жидкостей.

Устройство состоит из всасывающего и нагнетающего патрубков 1, в месте соединения которых имеется тупиковый отвод 2 с присоединенной к нему гофрированной оболочкой 3 (фиг. 1). Всасывающий и нагнетающий патрубки образуют несимметричный гидравлический канал. При растяжении гофрированной оболочки 3 жидкость отводится через тупиковый отвод 2 из н.г.к. Патрубки различны по своему сечению и возникающие в них расходы жидкости также различны, при этом расход жидкости Q₁ в широкой части н.г.к. больше расхода жидкости Q₂ в узкой части н.г.к. и Q₁+Q₂=Q₀.

На фиг. 2 схематично показан расход жидкости через тупиковый отвод за один период Т. На графике по оси абсцисс отложено время t, по оси ординат - расход жидкости Q через тупиковый отвод. Q₀₁ - расход жидкости, поступающей в н.г.к. через тупиковый отвод, Q₀₂ - расход жидкости, отводящейся из н.г.к. На фиг. 4 показаны фазы (перечисление идет сверху вниз) осредненного по времени направленного течения жидкости в широкую часть н.г.к. за один период.

I фаза. Большой приток жидкости Q₀₁ через тупиковый отвод в н.г.к. обеспечивает большие импульсы жидкости W_ш1 и W_yl в широкой и узкой частях н.г.к. При этом, т.к. гидравлическое сопротивление широкой части н.г.к. меньше гидравлического сопротивления узкой части н.г.к., скорость жидкости в широком патрубке больше скорости жидкости в узком патрубке и

W_ш1>W_yl.

II фаза. Q₀=0. Жидкость в н.г.к. через тупиковый отвод не поступает. Суммарный импульс жидкости W_I направлен в широкую часть н.г.к.

III фаза. В этой фазе осуществляется отвод жидкости из н.г.к., причем Q₀₂<Q₀₁ (скорость отвода жидкости меньше скорости ее подачи). Поэтому импульсы жидкости в широкой и узкой частях н.г.к. W_ш2 и W_y2 меньше соответствующих импульсов в первой фазе.

IV фаза. Q₀=0. Жидкость в н.г.к. через отвод не поступает. Суммарный импульс жидкости W_II направлен в узкую часть н.г.к.

Т.к. Q₀₂<Q₀₁ (скорость отвода жидкости меньше скорости ее подачи), W_II<W_I и в целом за период жидкость получает импульс, направленный в широкую часть н.г.к. Т.о., возникает осредненное по времени направленное течение жидкости в широкую часть н.г.к.

На фиг. 5 показаны фазы осредненного по времени направленного течения жидкости в узкую часть н.г.к. за один период. Отличие от предыдущего случая заключается в том, что скорость подачи жидкости в н.г.к. через тупиковый отвод меньше скорости ее отвода (фиг. 3)

Q₀₂>Q₀₁,

поэтому импульсы W_ш2 и W_y2 больше соответствующих импульсов в первой фазе и суммарный импульс W_II больше суммарного импульса W_I. В итоге за период жидкость получает импульс, направленный в узкую часть н.г.к.

Т.о., возникает осредненное по времени направленное течение жидкости в узкую часть н.г.к.

Вкратце:

при подаче жидкости в н.г.к. (фиг. 2) суммарный импульс жидкости направлен в широкую часть н.г.к. и равен

W_I=kQ₀₁,

при отводе жидкости из н.г.к. суммарный импульс жидкости направлен в узкую часть н.г.к. и равен

W_II=kQ₀₂,

где k - коэффициент, зависящий от геометрических параметров н.г.к. и плотности жидкости;

Q₀₁ - расход жидкости, поступающей в н.г.к.;

Q₀₂ - расход жидкости, отводящейся из н.г.к.

При Q₀₁>Q₀₂, т.е. скорость подачи жидкости больше скорости ее отвода, (фиг. 2), W_I>W_II и суммарный импульс, который получает жидкость, находящаяся в н.г.к., за один период, направлен в сторону широкой части н.г.к.

Т.о., возникает осредненное по времени направленное течение жидкости в широкую часть н.г.к.

При Q₀₁<Q₀₂, т.е. скорость подачи жидкости меньше скорости ее отвода, (фиг. 3), W_I<W_II и суммарный импульс, который получает жидкость, находящаяся н.г.к., за один период, направлен в сторону узкой части н.г.к.

Т.о., возникает осредненное по времени направленное течение жидкости в узкую часть н.г.к.

Источником расхода жидкости (исполнительным органом) через отвод может служить заглушенная гофрированная оболочка (сильфон), которая не является механизмом и закон растяжения-сжатия которой может осуществляться, например, электромагнитом.

На фиг. 6 в качестве примера показана схема подключения устройства для перекачки агрессивных жидкостей, где 1 - всасывающий и нагнетающий патрубки, образующие н.г.к.; 2 - тупиковый отвод; 3 - гофрированная оболочка; 4 - резервуары с жидкостью; 5 - стыковочные штуцеры; 6 - запорные вентили; 7 - соединительный шланг для выравнивания давлений в резервуарах. В процессе работы гофрированная оболочка 3 совершает возвратно-поступательные движения. Когда жидкость подается через тупиковый отвод 2 в н.г.к. по закону, представленному на графике фиг. 2, происходит перекачивание жидкости из правого (по чертежу) резервуара в левый резервуар. Если же выполняется закон движения жидкости в н.г.к. по графику на фиг. 3, жидкость перекачивается из левого резервуара в правый. Запорные вентили 6 предназначены для перекрытия магистрали после окончания работ.