Результат интеллектуальной деятельности: НАСОСНАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к системам высокого давления и может найти применение, в частности, в нефтяной и газовой промышленностях при физико-химических исследованиях образцов горных пород.

Известна насосная система, содержащая установочную плиту со стойками, основание, на котором снизу закреплен привод, включающий двигатель с редуктором, а сверху установлена направляющая втулка, устройство, препятствующее вращению втулки, но допускающее ее осевое движение, корпус, плунжер, шпиндель, соединенный с плунжером и имеющий резьбу, шпиндельную гайку, установленную на шпинделе, неподвижный цилиндр, имеющий отверстие для размещения в нем плунжера, датчики давления, объема и температуры (п-т РФ №2218478, МПК⁷ F04B 9/02, опубл. 2003.12.10).

Недостатком известной конструкции насосной системы является невозможность быстрой замены плунжера, а также большая амплитуда биения шпиндельной гайки, что способствует увеличению "шума" в оказаниях датчика давления.

Задача предлагаемой конструкции насосной системы - обеспечить быструю и легкую смену плунжера и уменьшить биение шпиндельной гайки.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в насосной системе, содержащей установочную плиту со стойками, основание, на котором снизу закреплен привод, включающий двигатель с редуктором, а сверху установлена направляющая втулка, устройство, препятствующее вращению втулки, но допускающее ее осевое движение, корпус, плунжер, шпиндель, соединенный с плунжером и имеющий резьбу, шпиндельную гайку, установленную на шпинделе, неподвижный цилиндр, имеющий отверстие для размещения в нем плунжера, датчики давления, объема и температуры, согласно изобретению, корпус закреплен на установленной на стойках плате с центральным отверстием, к которой на уровне шпиндельной гайки прикреплены с возможностью перемещения направляющие качения, центрирующие направляющую втулку, соединение плунжера и шпинделя выполнено разъемным, например, в виде цанги и размещено в переходнике, установленном между корпусом и неподвижным цилиндром, устройство, препятствующее вращению втулки, выполнено в виде четырех подшипников качения, каждый из которых закреплен на кронштейне и размещен в прорези стакана, в котором размещен двигатель и который прикреплен к основанию, при этом каждый кронштейн прикреплен к кольцу, которое с помощью шпилек крепится к плате. Кроме того, направляющие качения выполнены в виде двух полуколец, на каждом из которых закреплены по два подшипника. Кроме того, стойки выполнены наклонными. Кроме того, переходник и неподвижный цилиндр соединены между собой с помощью накидной гайки. Кроме того, на установочной плите закреплен вентилятор.

На чертеже изображена насосная система.

Насосная система состоит из установочной плиты 1 с закрепленными на ней вентилятором 2 и наклонными стойками 3. На противоположных концах четырех стоек 3 закреплена плата 4 с отверстием 5, в котором размещена направляющая втулка 6, соединенная с основанием 7, к которому прикреплен стакан 8 с прорезями 9. Внутри стакана 8 размещен двигатель 10, закрепленный на основании 7. К плате 4 с помощью четырех шпилек 11 прикреплено кольцо 12 с четырьмя кронштейнами 13, на каждом из которых размещен подшипник качения 14. Подшипники качения 14 входят в прорези 9 стакана 8. Двигатель 10 через муфту 15 соединен со шпинделем 16 и через него с плунжером 17. На плате 4 закреплен корпус 18 с отверстием 19, соосным отверстию 5. Внутри корпуса 18 размещена пружина 20, внутри которой соосно ей размещен шпиндель 16, соединенный с плунжером 17 разъемным соединением, выполненным в виде цанги 21 и накидной гайки 22. Корпус 18 соединен с неподвижным цилиндром 23, выполненным с отверстием 24, через переходник 25, выполненным с отверстием 26, при этом отверстия 24 и 26 соосны отверстию 5 платы 4. Переходник 25 соединен с неподвижным цилиндром 23 с помощью накидной гайки 27 и уплотнения 28. Пружина 20 соединена со шпиндельной гайкой 29, установленной на шпинделе 16. Датчик давления 30 опирается на упор 31 шпиндельной гайки 29. На плате 4 снизу закреплены с возможностью перемещения направляющие качения, выполненные в виде двух полуколец 32, на каждом из которых установлены по два подшипника качения 33, по которым скользит направляющая втулка 6. На основании 7 закреплен кронштейн 34 с пятой 35, на которую опирается чувствительный элемент датчика объема 36. Датчики 30 и 36 неподвижно закреплены на корпусе 18.

Насосная система работает следующим образом.

При исследовании образцов горной породы насосную систему присоединяют к кернодержателю, имеющему большой рабочий объем, заполняемый рабочей жидкостью, подаваемой из насосной системы плунжером 17. При этом отверстие 24 неподвижного цилиндра 23 полностью заполняется жидкой пробой и сверху закрывается пробкой датчика температуры (на чертеже не показано). При включении шагового двигателя 10 шпиндель 16 через муфтовое соединение 15 приводится во вращение. При этом шаговый двигатель 10, основание 7 и направляющая втулка 6 перемещаются в осевом направлении как одно целое, не вращаясь относительно неподвижного цилиндра 23 из-за наличия системы прямолинейных направляющих прорезей 9 стакана 8 и 4-х подшипников качения 14. Плунжер 17 вместе со шпинделем 16 движется по спирали относительно неподвижного цилиндра 23 и, вращаясь, перемещается вверх внутри отверстия 24. Линейное перемещение плунжера 17 является функцией сжимаемости жидкой пробы или относительного изменения объема пробы. Это линейное перемещение измеряется датчиком объема 36 с помощью кронштейна 34 и пяты 35.

Осевая сила, возникающая при сжатии жидкой пробы и пропорциональная удлинению пружины 20, измеряется датчиком давления 30, опирающимся на упор 31, который закреплен в шпиндельной гайке 29. Реактивный момент шагового двигателя 10, приложенный к стакану 8 и обусловленный силами трения в резьбе между шпинделем 16 и шпиндельной гайкой 29, а также между плунжером 17 и уплотнением 28, воспринимается установочной плитой 1 через подшипники качения 14, кронштейны 13, кольцо 12, шпильки 11, плату 4 и стойки 3.

Нежелательные перекосы направляющей втулки 6 относительно платы 4 и корпуса 18, а также нежелательные перекосы шпиндельной гайки 29 относительно корпуса 18, вызывающие ошибки в измерениях относительного объема и осевой силы при сжатии пробы, сведены к минимуму за счет введения системы с достаточной угловой жесткостью, которую образуют направляющие качения, выполненные в виде 2-х полуколец 32 с подшипниками качения 33, центрирующими втулку 6, а также кронштейнов 13 с подшипниками качения 14, вставленными в прорези 9 стакана 8. Выполнение направляющих качения таким образом позволяет уменьшить амплитуду биения шпиндельной гайки 29 и, соответственно, уменьшить "шумы" в показаниях датчика давления 30. Смещение оси выходного вала двигателя 10 относительно шпинделя 16 компенсируется муфтой 15. Наличие разъемного соединения плунжера 17 со шпинделем 16 в виде цанги 21 и накидной гайки 22 позволяет быстро менять плунжер 17 в паре с неподвижным цилиндром 23, отвернув накидную гайку 22 от плунжера 17. Это потребовало введения переходника 25 между корпусом 18 и неподвижным цилиндром 23. При этом накидная гайка 27 удерживает неподвижный цилиндр 23 от движения при наличии давления в отверстии 24 неподвижного цилиндра 23. Вентилятор 2 служит для охлаждения шагового двигателя 10 при длительной работе насосной системы. Увеличение высоты насосной системы за счет введения переходника 25 потребовало обеспечения ее устойчивости - для этого стойки 3 выполнены наклонными.

Предлагаемая конструкция насосной системы позволяет быстро менять плунжер в паре с неподвижным цилиндром, обеспечивает достаточную угловую жесткость шпиндельной гайки по отношению к датчику давления и уменьшает амплитуду ее биения.