Результат интеллектуальной деятельности: ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС

Изобретение относится к плунжерным насосам и может использоваться для перекачки воды, нефти, а также агрессивных жидкостей и жидкостей, содержащих механические примеси.

Известны плунжерные насосы по патентам на изобретение: ЕР 0256389 А2, МПК⁶ F04B 1/04 от 30.07.1987 г.; ЕР 0256 389 В1, МПК⁶ F04B 1/04 от 08.07.1992 г.; US 4605359, МПК⁶ F04B 27/04, F04B 49/06 от 12.08.1986 г.; US 4627793, МПК⁶ Е04В 23/14, F15B 21/04 от 09.09.1986 г.; US 5295797, МПК⁶ F07B 1/04 от 22.03.1994 г.; US 5642988, МПК⁶ F04B 27/04 от 01.07.1997 г.; US 7048516 В2, МПК⁶ F04B 1/04, F04B 27/04 от 23.05.2006 г.; WO 00/71895 А1, МПК⁶ F04B 1/107, F04B 1/04, от 30.11.2000 г.

Основной недостаток этих насосов заключается в том, что их плунжерные пары (цилиндр и плунжер) контактируют с перекачиваемой жидкостью. Для надежной работы этих насосов перекачиваемая жидкость должна быть очищена от механических примесей, должна обладать смазывающими свойствами и не должна вызывать коррозию плунжерных пар. Поэтому эти насосы быстро выходят из строя при перекачке воды, содержащей механические примеси и щелочную или кислотную среду.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является шланго-мембранно-поршневой насос фирмы "FELUWAPumpenGmbH", устройство которого представлено в ежеквартальном научно-техническом журнале «Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа» №3, 2001 г., стр. 43-49. Дополнительная информация представлена на сайте http://promhimtech.ru/produktsiya/obemnyie-membrannyie-nasosyi/membrannyie-shlangovyie-nasosyi-bolshoy-proizvoditelnosti-feluwa/.

Насос содержит корпус, цилиндры с поршнями (плунжерами), изолированные от перекачиваемой жидкости мембраной и шлангом (диафрагмой), вал и кривошипно-шатунные механизмы, кривошипы которых выполнены в виде диска.

Основной недостаток этого насоса заключается в том, что возвратно-поступательное движение поршня осуществляется посредством шатуна. Причем для каждого поршня необходим свой кривошипно-шатунный механизм. Это усложняет конструкцию. При этом создается боковая сила, действующая на поршень. Эта боковая сила приводит к износу поршневой пары и уплотнения. Для снижения боковой силы наибольший угол между шатуном и осью цилиндра в процессе работы должен быть минимальным. Величина этого угла зависит от отношения длины кривошипа к длине шатуна. Поэтому шатун по отношению к кривошипу стараются выполнить достаточно длинным. Но это приводит к увеличению массы шатуна и увеличению динамических нагрузок, что снижает надежность насоса и не позволяет увеличить число циклов в единицу времени.

Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в упрощении конструкции, снижении динамических нагрузок и повышении надежности плунжерных насосов.

Указанная задача в плунжерном насосе, содержащем корпус с плунжерными парами, каждая из которых изолирована от перекачиваемой жидкости эластичной диафрагмой, и вал с кривошипами, выполненными в виде диска, решается тем, что сжатие каждой диафрагмы осуществляется посредством единственного кривошипа, который связан с радиально расположенными плунжерами посредством их опор с возможностью перемещения последних по цилиндрической поверхности кривошипа без отрыва, а каждый из плунжеров снабжен по меньшей мере одним каналом, сообщающим полость его цилиндра в момент всасывания с масляной ванной насоса, причем насос снабжен гидрораспределителем, выполненным по принципу аксиально-поршневых насосов, а гидрораспределитель снабжен устройством для снижения осевой силы.

Проведенный научно-технический анализ предложения и уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение для специалиста не следует явным образом из уровня техники, при этом признаки изложенной совокупности взаимосвязаны, находятся в причинно-следственной связи с ожидаемым результатом и являются необходимыми и достаточными для его получения.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен фронтальный разрез плунжерного насоса с клапанным распределением жидкости;

на фиг. 2 изображен поперечный разрез плунжерного насоса с клапанным распределением жидкости;

на фиг. 3 изображен увеличенный фрагмент канала в плунжере, сообщающий полость его цилиндра с масляной ванной насоса;

на фиг. 4 изображен увеличенный фрагмент опоры плунжера;

на фиг. 5 изображен фронтальный разрез плунжерного насоса с гидрораспределителем;

на фиг. 6 изображен поперечный разрез плунжерного насоса с гидрораспределителем;

на фиг. 7 и фиг. 8 изображен увеличенный фрагмент механизма снижения осевой силы гидрораспределителя;

Плунжерный насос (см. фиг. 1 и фиг. 2) включает корпус 1 с радиальными отверстиями под плунжерные пары (цилиндры 2 и плунжеры 3). Радиальные отверстия сообщены с осевыми каналами 4, содержащими впускные 5 и выпускные 6 клапаны. Между клапанами 5 и 6 в каждом осевом канале 4 установлена герметичная эластичная диафрагма 7, которая отделяет плунжерные пары от агрессивной перекачиваемой жидкости 8 (показано крупными стрелками) и защищает их от преждевременного износа при попадании механических примесей. Для повышения надежности эластичная диафрагма 7 может быть выполнена многослойной. Полости цилиндров 2 и плунжеров 3 сообщаются с масляной ванной 9 насоса в момент всасывания посредством каналов 10 (см. фиг. 3), выполненных в плунжерах 3. В этот момент смазка 11 (показано мелкими стрелками) пополняет полости цилиндров 2 и плунжеров 3 (см. фиг. 1 и фиг. 2). Посредством смазки 11 плунжеры 3 сжимают диафрагмы 7 и вытесняют перекачиваемую жидкость 8 из насоса через выпускные клапаны 6 и выпускной патрубок 12.

Все плунжеры 3 в отличие от насоса фирмы "FELUWAPumpenGmbH" подвижно связаны с единственным кривошипом 13 посредством их опор 14 (см. фиг. 2 и фиг. 4), причем кривошип 13 выполнен в виде диска и создает плунжерам 3 возвратно-поступательное движение. Это обеспечивает минимальную боковую силу плунжеров и минимальную динамическую нагрузку при минимальных габаритах кривошипа по сравнению с шатунным механизмом. Например, при радиусе диска, равном 250, мм и эксцентриситете, равном 100 мм, боковая сила составляет F_t=F⋅sin(100/(2π⋅250))=0,064⋅F, где F - осевая сила плунжера. Чтобы снизить боковую силу до такой же величины, поршневой насос фирмы "FELUWAPmnpenGmbH" должен иметь шатун длиной 1571 мм при длине кривошипа 100 мм.

Опоры 14 (см. фиг. 2 и фиг. 4), выполнены с возможностью перемещаться по цилиндрической поверхности кривошипа 13 без отрыва при вытягивании плунжеров 3 (см. фиг. 1 и фиг. 2) из цилиндров 2. Кривошип 13 приводится во вращение валом 16. Все детали насоса размещены в обойме 17, закрытой крышками 18 и 19.

Плунжерный насос вместо впускных 5 и выпускных 6 клапанов может быть снабжен гидрораспределителем 20 (см. фиг. 5 и фиг. 6), действующим по принципу гидрораспределителей аксиально-поршневых насосов. Гидрораспределитель 20 установлен на валу 16, так же как и кривошип 13, и вращается синхронно с ним. Гидрораспределитель 20 снабжен механизмом снижения осевой силы, выполненным в виде двух отверстий 21 и 22 (см. фиг. 7 и фиг. 8), сообщающими напорную и всасывающую полости гидрораспределителя 20. Эластичные диафрагмы 7 могут быть выполнены в виде стаканов и встроены в гидроцилиндры 2 (см. фиг. 5 и фиг. 6).

Работает плунжерный насос следующим образом: при повороте кривошипа 13, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, часть плунжеров 3 вытягивается из цилиндров 2 кривошипом 13, а другая часть плунжеров 3 вталкивается в цилиндры 2. При вытягивании плунжеров 3 смазка 11 (показана мелкими стрелками) в каналах 4 освобождает диафрагмы 7 и перекачиваемая жидкость 8 (показана крупными стрелками) из всасывающего патрубка 15 через всасывающие клапаны 5 заполняет диафрагмы 7. При этом полости цилиндров 2 и плунжеров 3 пополняются смазкой 11 из масляной ванны 9 через каналы 10 (см. фиг. 3). При вталкивании плунжеров 3 (см. фиг. 1 и фиг. 2) в цилиндры 2 кривошипом 13 каналы 10 (см. фиг. 3) перекрываются и смазка 11 (см. фиг. 1) (показана мелкими стрелками) в каналах 4 сдавливает диафрагмы 7, вытесняя жидкость 8 (показана крупными стрелками) через выпускной клапан 6 и патрубок 12.

Работа плунжерного насоса с гидрораспределителем 20 (см. фиг. 5 и фиг. 6) осуществляется аналогичным образом за исключением того, что перекачиваемая жидкость 8 поступает в насос и выходит из него через гидрораспределитель 20. При выходе из гидрораспределителя 20 жидкость 8 давит на его стенки и тем самым создает осевую силу. Для снижения осевой силы в напорной полости гидрораспределителя 20 выполнено дроссельное отверстие 21 (см. фиг. 7), а во всасывающей полости выполнено дроссельное отверстие 22 (см. фиг. 8). При перетекании жидкости 8 из отверстия 21 в отверстие 22 создается давление в полости между крышкой 19 (см. фиг. 5) и наружной стенкой гидрораспределителя 20. Это давление компенсирует осевую силу.

Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в упрощении конструкции, снижении динамических нагрузок и повышении надежности плунжерных насосов.