Свободнопоршневой насос

 

Использование: в качестве водоотливных средств на проходке глубоких стволов и скважин. Сущность изобретения: поршень установлен в трубчатом корпусе и жестко связан с осевым нагнетательным патрубком , Разделительный элемент установлен в корпусе с охватом осевого патрубка. Всасывающий и нагнетательный патрубки расположены в корпусе соответственно со стороны поршня и свободного конуса патрубка . Поршень подпружинен относительно разделительного элемента. Элемент установлен с возможностью перемещения относительно корпуса и патрубка. На свободном конце патрубка выполнен бурт. Элемент подпружинен относительно бурта. Свободный конец патрубка уплотнен относительно корпуса. На элементе размещены с возможностью перемещения относительно него переключатели датчиков концевых положений, выполненные в виде пальцев. Элемент расположен в корпусе с образованием герметичных полостей относительно поршня и уплотнения свободного конца патрубка. К полостям датчиками подключены патрубки подвода - отвода приводного газа. На корпусе установлена по меньшей мере одна электромагнитная катушка. Элемент выполнен из ферромагнитного материала . 3 з.п.ф-лы. 4 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s F 04 В 31/00, 47/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

t с) (21) 4848121/29 (22) 09,07,90 (46) 23.01.93, Бюл. ¹ 3 (75) E.Ñ,Ãóìåííèêoâ, В.Л.Виноградов и

В.Н,Покров (73) Е.С,Гуменников (56) Патент СССР № 6917, кл. F 04 В 47/04, 1927. (54) СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ НАСОС (57) Использование: в качестве водоотливных средств на проходке глубоких стволов и скважин. Сущность изобретения; поршень установлен в трубчатом корпусе и жестко связан с осевым нагнетательным патрубком, Разделительный элемент установлен в корпусе с охватом осевого патрубка, Всасывающий и нагнетательный патрубки расположены в корпусе соответственно со стороны поршня и свободного конуса патИзобретение относится к насосостроению и предназначено преимущественно в качестве водоотливных средств на проходе глубоких стволов и скважин, Известен малогабаритный поршневой насос для осуществления водоотлива на проходке стволов малого сечения (а,св, N

1325192, F 04 В 25/00, 1986), который содержит цилиндрический корпус пневмопривода, в котором размещен на осевом нагнетательном патрубке насосный цилиндр с поршнем, Пневмопривод и гидроцилиндр оборудованы подводными и расходными патрубками, а также золотниковыми и клапанными устройствами управления. Полости нагнетательных цилиндров

„„ Ц„„1790736 А3 рубка. Поршень подпружинен относительно разделительного элемента. Элемент установлен с возможностью перемещения относительно корпуса и патрубка. На свободном конце патрубка выполнен бурт. Элемент подпружинен относительно бурта. Свободный конец патрубка уплотнен относительно корпуса. На элементе размещены с возможностью перемещения относительно него пе- реключатели датчиков концевых положений, выполненные в виде пальцев.

Элемент расположен в корпусе с образованием герметичных полостей относительно поршня и уплотнения свободного конца патрубка. К полостям датчиками подключены патрубки подвода — отвода приводного газа. На корпусе установлена по меньшей мере одна электромагнитная катушка. Элемент выполнен из ферромагнитного материала. 3 з.п.ф-лы. 4 ил. оборудованы эластичными оболочковыми уплотнениями.

Недостатком устройства является стабильный выходной напор, зависящий только от давления сжатого воздуха в питающей сети. Это требует с понижением уровня забоя сооружаемого ствола выполнения ступенчатого водоотлива.

Известна конструкция насоса (патент

СССР ¹ 6917, кл. F 04 В 47/04, 1927), по числу общих конструктивных признаков принятого за прототип и содержащего свободный поршень в трубчатом корпусе, причем поршень жестко связан с осевым нагнетательным патрубком, а также разделительный элемент, установленный в корпу1790736 се с охватом осевого патрубка, всасывающие и нагнетательные патрубки и клапаны. размещенные в корпусе соответственно со стороны поршня и свободного конца патрубка, при этом поршень подпружинен относительно разделительного элемента.

Недостатком прототипа является узкая область технологических возможностей изза неизменного выходйого давления.

Целью изобретеййя-является расширение технологических возможностей путем повышения диапазона выходных давлений, Для этого в насосе, содержащем трубчатый корпус, поршень, установленный в корпусе и жестко связанный с осевым нагнетательным патрубком, разделительный элемент, установленный в корпусе с охватом осевого патрубка, всасывающие и нагнетательные клапаны, размещенные в 20 корпусе соответственно со стороны поршня и свободного конца патрубка, при этом поршень подпружинен относительно разделительного элемента, разделительный элемент установлен с возможностью перемещения относительно корпуса и патрубка, при этом на свободном конце патрубка выполнен бурт, а разделительный элемент подпружинен относительно этого бурта, причем свободный конец патрубка уплотнен Ьтносительно корпуса. Кроме того, насос снабжен датчиками концевых положений, при этом на разделительном элементе установлены с возможностью перемещения относительно последнего пере- 35 ключатели датчиков, выполненные в виде пальцев; кроме того, разделительный элемент установлен в корпусе с образованием герметичных полостей относительно поршня и уплотнения свободного конца патруб- 40 ка, при этом к герметичным полостям посредством датчиков подключены патрубки подвода и отвода приводного газа.

Кроме того, на корпусе насоса установлена по меньшей мере одна электромагнит- 45 ная катушка, а разделительный элемент выполнен из ферромагнитного материала.

Указанные отличительные признаки дают возможность многократного воздействия приводного поршня на насосный 50 поршень, накапливая с каждым собственным циклом, не совпадающим с насосным циклом, энергию возвратно-поступательного движения с помощью упругих элементов, например пружин, преодолевать внешний подпор из магистрального трубопровода и закачивать. новую порцию откачиваемой среды, Это может выполняться при сравнительно слабом воздействии привода на приводной поршень за счет постепенного накапливания кинематической энергии приводным поршнем, Единому изобретательскому замыслу соответствует и пневматическая и электромагнитная модель привода насоса, причем последняя имеет более широкую область использования, поскольку не требует компрессорного хозяйства.

На фиг, 1 дан общий вид пневмоприводной модификации устройства, разрез; на фиг. 2 — узел инерционного пневмопереключателя; на фиг. 3 — общий вид электромагнитной модификации устройства; на фиг, 4 — узел переключателя постоянного тока.

Поршневой высоконапорный насос с пневматическим приводом содержит трубчатый корпус 1, нижний торец которого связан с клапанной коробкой 2 с всасывающим клапаном 3 и всасывающей сеткой 4, Верхний торец с уплотнительным стаканом 5, непосредственно связанным с нагнетательным трубопроводом 6, оборудован обратным клапаном 7.

По оси корпуса 1 свободно. установлен патрубок 8, на нижнем конце которого жестко закреплен насосный поршень 9, Верхний конец патрубка 8 помещен внутри стакана 5 и может оборудоваться эластичным уплотнением, например, в виде вальцующейся трубчатой оболочки 10, при этом на патрубке 8 оболочка 10 герметично крепится изнутри, например, с помощью кольца

11.

Насосный поршень 9 также может быть уплотнен в насосной полости 12 с помощью эластичной рубашки 13, крепящейся к поршню с помощью прижимного кольца-обтекателя 14.

Полость корпуса 1 между поршнем 9 и стаканом 5 разделена подвижным разделительным элементом — массивным поршнем

15, установленным свободно на осевом патрубке 8 с уплотнениями 16 относительно корпуса и патрубка. Уплотнения могут закрепляться с помощью торцовых шайб 17, В теле приводного поршня 15 имеется по крайней мере два сверления 18, в которые зеркально установлены два стержня 19, причем заглубленные концы стержней имеют уширения (пятки) 20, опирающиеся в обоих крайних положениях на шайбы 17 непосредственно или через уплотнения 16, С обеих сторон приводного поршня 15 на трубчатой оси 8 установлены упругие элементы 21, например, в виде стальных пружин, причем верхний упругий элемент 21 ограничивается буртом 22, выполненным на патрубке 8, Упругие элементы, выполненные в виде жестких пружин, жестко крепят1790736 ся своими концами к ограничивающим упорам.

В верхнем и нижнем концах трубчатого корпуса 1 смонтированы золотниковые воздухораспределители 23, связанные с тру- 5 бопроводом 24 сжатого воздуха и выхлопным патрубком 25. В корпусе воздухораспределителя 23 помещен золотник 26 с пальцем 27 и пружиной 28, сила которой может регулироваться резьбовым кольцом 10

29, Соосно подходному каналу трубопровода 24 сжатого воздуха в корпусе воздухораспределителя 23 имеется отверстие 30, Длина упругих элементов 21 и их распорные усилия на приводной поршень 15 15 должны быть таковы, что в нерабочем положении стержень 19 нижнего расположения под действием своей тяжести удерживал золотник 26 нижнего распредустройства в положении "открыто" для подачи сжатого 20 воздуха.

Поршневой насос с электромагнитным приводом отличается тем, что корпусная труба 1 выполнена сборной и в зоне движения приводного поршня-сердечника 15 име- 25 ет по крайней мере одну электромагнитную катушку 31, Поршень-сердечник 15 имеет кольцевую проточку 32 и подшипники скольжения 33, В проточку 32 помещено свободно 30 инерционное кол ьцо-пере кл ючател ь 34.

Один из секторов сердечника 15 в буртах и кольца 34 снабжены соосными сверлениями (фиг,4), в которые помещены скользящие электропроводные втулки 35, 35 расклиненные в сверлениях с помощью изолирующих патрубков 36.

Через втулки 35 проходят четыре троллейных провода, причем одна пара из них, например пара 37, имеет непосредствен- 40 ную связь с источником постоянного тока, а другая пара 38 является продолжением концов обмотки катушки 31.

Электропроводные втулки в кольце-переключателе снабжены с обеих сторон на- 45 ружными контактами 39, а втулки, установленные в буртах, — наружными контактами 40. Контакты 39 и 40 s граничных положениях кольца-переключателя в проточке 32 имеют возможность взаимодейст- 50 вовать между собой, меняя направление постоянного тока в катушке 31 с каждым инерционным перемещением кольца-переключателя 34 (фиг. 4).

Устройство работает следующим абра- 55 зом.

В пневмоприводной модификации с подачей сжатого воздуха в трубопровод 24 через открытый нижний воздухораспределитель сжатый воздух нагнетается под приводной поршень 15, который двигается вверх, а стержень 19 остается в исходном положении до момента подхвата его пятки 20 в выходном заужении. Затем после разрыва контакта с нижним воздухораспределителем поршень идет по инерции с расширением порции сжатого воздуха, а золотник в этот момент открывает ему путь через выхлоп, До начала выхлопа в нижней полости верхний стержень достигает пальца 27 верхнего воздухораспределителя, запирает выхлоп и открывает впуск сжатого воздуха.

Производится резкое торможение приводного поршня за счет верхнего упругого элемента 21.

Первое колебание, возможно, и еще некоторое количество колебаний не обеспечит поршню 15 такой амплитуды, когда стержни

19 достигают 27 воздухораспределителей максимально задвинутыми в сверлении 18.

Они достигаются за счет инерции движения при изменении направления за счетупругих элементов 21.

С каждым циклом кинематическая энергия поршня увеличивается и наступает момент, когда массивный разделительный элемент 15 получает суммарную энергию такой величины, которая оказывается достаточной для вытеснения воды из полости 12 в трубопровод 6 посредством сжатия одного упругого элемента при одновременном растяжении второго упругого элемента, Некоторую часть энергии упругие элементы реактивно отдают разделительному поршню 15, который затем с помощью тех же упругих элементов, опирающихся на бурт 22, производит всасывание.

При сравнительно небольших в сравнении с подводимой энергией сжатого воздуха противодавлениях в трубопроводе насосный цикл будет совершаться, если не в каждом цикле приводного поршня, то при небольшом числе этих циклов, Большой напор требует увеличения циклов привода при уменьшении числа насосных циклов, Работа устройства с электромагнитным приводом аналогична описанной и отличается только типом энергоносителя.

Механическую работу инерционных ® стержней заменяет здесь инерционное кольцо-переключатель 34. которое в момент упругого торможения перекидывается в противоположную сторону проточки 32 и замыкает контакты 39 и 40, меняя направление постоянного тока по катушке 31.

Магнитное поле при этом меняет направление своего взаимодействия с сердечником 15 и действует точно так же, ка сжатый воздух.

1790736

20

30

Свободный пробег кольца 34 в проточке

32, как и свободный выбег стержней 19, обеспечивает переключение привода независимо от величины амплитуды колебания поршня или поршня-сердечника 15. Не име- 5 ет значения для йереключения привода и различная скорость движения поршня, коФормула изобретения

1. Свободнопоршневой насос, содержащий трубчатый корпус, поршень, установленный в кожухе и жестко связанный с осевым нагнетательным патрубком, разделительный элемент, установленный в корпусе с охватом осевого патрубка, всасывающий и нагнетательный патрубки, установленные в корпусе соответственно со стороны поршня и свободного конуса патрубка, при этом поршень подпружинен относительно разделительного элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем повышения диапазона выходных давлений, разделительный элемент установлен с возможностью перемещения относительно корпуса и патрубка, при этом на свободном конце патрубка выполнен бурт, а разделительный элемент подпружинен относительно бурта, причем свободный конец патрубка уплотнен относительно корпуса. торая резко нарастает с каждым циклом до совершения насосного цикла.

Использование изобретения преимущественно на проходке шахтных стволов позволит достигать различных напоров в соответствии с противодавлением в нагнетательной сети по мере углубления ствола или скважины.

2. Насос по п,1, отличающийся тем, что он снабжен датчиками кольцевых положений, при этом на разделительном элементе установлены с возможностью перемещения относительно последнего переключатели датчиков, выполненные в виде пальцев.

3. Насос по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что разделительный элемент установлен в корпусе с образованием герметичных полостей относительно поршня и уплотнения свободного конца патрубка, при этом к герметичным полостям посредством датчиков подключены патрубки подвода-отвода приводного газа.

4, Насос по и. 1 или 2,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что на корпусе установлена по меньшей мере одна электромагнитная катушка, а разделительный элемент выполнен из ферромагнитного материала. б

18

2j

19

1790736

11

7б

75

1790736

1790736

40

50

Составитель Е. Гуменников

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О. Юрковецкая

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 373 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5