Насос эксцентриковый
Изобретение относится к устройствам для перекачивания жидкостей, а именно к конструкции гидравлических эксцентриковых насосов. Насос состоит из корпуса (1) с входным (2) и выходным (3) отверстиями, эксцентрикового вала (4), расположенного на нем колеблющегося или вращающегося цилиндрического поршня (5) и разделителя (6), отделяющего зоны низкого и высокого давления. Внутри цилиндрического поршня выполнена полость, в которой расположен закрепленный на эксцентриковом валу противовес. Разделитель (6) выполнен в виде пластины, установленной одним концом на закрепленной в корпусе (1) оси, а вторым концом контактирующей с цилиндрическим поршнем (5). Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и увеличении коэффициента полезного действия насоса. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к устройствам для перекачивания жидкостей, а именно к конструкции гидравлических насосов. Известны механические насосы разных типов для перекачивания жидкостей под давлением: поршневые, мембранные, шестеренные, лопастные, винтовые, центробежные и т.д. Большинство этих насосов конструктивно сложны, требуют точного изготовления или имеют низкий коэффициент полезного действия. Они широко известны и подробно описаны в литературе (см., например, справочное пособие «Насосы», - М., «Машиностроение», 1979 г., с.12).
Известен эксцентриковый насос, названный в указанном пособии роликовым, состоящий из корпуса, эксцентрикового вала, расположенного на нем колеблющегося цилиндрического поршня и разделителя, отделяющего зоны высокого и низкого давления (там же, с.12-13). Этот насос по своей технической сущности наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.
В прототипе разделитель, отделяющий друг от друга зоны высокого и низкого давления, представляет собой пластину сложной формы, закрепленную на поршне, которая во время работы насоса перемещается в полости, которая недостаточно надежно уплотнена, из-за чего неизбежные утечки снижают КПД насоса. К тому же приводит и трение между разделителем и его уплотнениями. Кроме того, конструкция подвижных частей насоса не уравновешена, что приводит к его вибрации во время работы.
Целью изобретения является ликвидация указанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в эксцентриковом насосе, состоящем из корпуса с входным и выходным отверстиями, эксцентрикового вала, расположенного на нем вращающегося или колеблющегося цилиндрического поршня и разделителя, отделяющего зоны высокого и низкого давления, согласно изобретению внутри цилиндрического поршня выполнена полость, в которой расположен закрепленный на эксцентриковом валу противовес, уравновешивающий дебаланс элементов конструкции, перемещающихся при вращении эксцентрикового вала, причем разделитель выполнен в виде пластины, установленной на закрепленной в корпусе оси, а вторым концом контактирующей с поршнем, или выполнен в виде закрепленной на поршне плоской пластины и уплотнен в корпусе двумя стержнями из упругого антифрикционного материала, например полиуретана, или в виде упругой, например резиновой, пластины, закрепленной одним концом в корпусе, а вторым в цилиндрическом поршне, или выполнен в виде цилиндрического ролика из антифрикционного материала и подпружинен или в виде двух цилиндрических роликов, один из которых контактирует с поршнем и со вторым роликом, который в свою очередь контактирует со стенкой полости в корпусе, а в корпусе насоса выполнена полость, одна из стенок которой соприкасается с вторым роликом, причем внутри цилиндрического поршня выполнена полость, в которой расположен закрепленный на эксцентриковом валу противовес, уравновешивающий дебаланс элементов конструкции, перемещающихся при вращении эксцентрикового вала.
В предлагаемом изобретении конструкция разделителя представлена в нескольких вариантах, поэтому она поясняется чертежами, на которых изображены:
Вариант 1 - фиг. 1 - насос с вращающимся поршнем и разделителем в виде пластины, установленной в корпусе на оси и прижатой к поршню.
Вариант 2 - фиг.2 - насос с разделителем в виде плоской пластины с упругими уплотнителями.
Вариант 3 - фиг.3 - насос с разделителем из эластичной пластины.
Вариант 4 - фиг.4 - насос с разделителем в виде цилиндрического ролика.
Вариант 5 - фиг.5 - насос с разделителем в виде двух цилиндрических роликов.
Фиг.6 - сечение по линии А-А из фиг.1 (общее для всех вариантов).
Устроен предлагаемый насос следующим образом.
По первому варианту (фиг.1 и 6) насос содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями и установленные в корпусе эксцентриковый вал 4, цилиндрический поршень 5 и разделитель 6. Поршень 5 представляет собой цилиндрическую деталь с отверстием в центре, установленную на эксцентриковом валу 4 с возможностью вращения. Корпус 1 состоит из трех деталей: собственно корпуса 1 и боковых стенок - щек 7 и 8. В корпусе 1 имеется отверстие 9, диаметр которого больше диаметра поршня 5 на величину двух эксцентриситетов вала 4. К поверхности поршня 5 прижат разделитель 6, представляющий собой планку такой же ширины, как и поршень, закрепленную на оси 10. Поршень 5 на эксцентриковом валу 4 установлен посредством стенок 11 и 12, между которыми внутри поршня 5 на эксцентриковом валу 4 выполнен противовес 13.
По второму варианту (фиг.2) разделитель 14 выполнен в виде пластины, закрепленной на поршне 5 и входящей в полость 15, выполненную в корпусе 1. По обе стороны разделителя 6 в корпусе 1 установлены два уплотнителя - стержня 16, изготовленных из упругого антифрикционного материала, например полиуретана. Эти уплотнители заполняют собой зазор между корпусом 1 и разделителем 6 и препятствуют утечкам перекачиваемой жидкости при работе насоса.
По третьему варианту (фиг.3) пластина разделителя 6 выполнена из упругого материала, например резины, и при вращении эксцентрикового вала 4 изгибается примерно так, как показано на чертеже, то есть когда эксцентриситет вала 4 направлен влево, разделитель занимает положение, показанное сплошной линией, как на чертеже, когда он направлен вниз - положение, показанное штриховыми линиями, а когда эксцентрик направлен горизонтально, например влево - положение, показанное пунктиром. Для улучшения условий уплотнения зазора между поршнем 5 и поверхностью отверстия 9 поверхность поршня 5 покрыта слоем 17 эластичного материала, например резины или полиуретана.
По четвертому варианту (фиг.4) разделитель представляет собой ролик 18, изготовленный из антифрикционного материала, например фторопласта. Ролик установлен в корпусе 1 на оси 19, закрепленной в рычагах 20 (показаны пунктиром), установленных, в свою очередь, на оси 21 в корпусе 1.
Чтобы ролик 18 во время работы насоса мог в корпусе перемещаться, в корпусе 1 выполнена полость 22, размеры которой, как показано на чертеже, несколько больше, чем зона перемещения ролика 18 (его положение при подъеме поршня вверх показано штрихами).
Поршень 5 в этом варианте может вращаться, огибая при вращении эксцентрикового вала внутреннюю поверхность отверстия 9. Если, как показано на фиг.4, эксцентриковый вал вращается по часовой стрелке, то ролик 18, касаясь поршня 5, будет стремиться повернуться тоже по часовой стрелке. При этом рычаги 20 будут приподымать ролик 18, как бы отрывая его от поверхности поршня 5 и способствуя тем самым увеличению утечек из зоны нагнетания (зона В) в зону всасывания (зона Н) перекачиваемой жидкости. Поэтому для успешной работы этого варианта конструкции нужна пружина (не показана), прижимающая ролик 18 к поршню 5.
Для ликвидации этого недостатка предназначен пятый вариант исполнения.
По пятому варианту (фиг.5) разделитель состоит из двух роликов 14 и 22, изготовленных из антифрикционного материала, например фторопласта. Ролики установлены в корпусе 1 на осях 23 и 24, закрепленных в рычагах 25 (показаны пунктиром), установленных, в свою очередь, на оси 26 в корпусе 1.
Все разделители имеют ширину, равную ширине поршня 5, и установлены с допусковым зазором между ними и стенками 7 и 8 корпуса 1.
Предлагаемый насос работает следующим образом.
По первому варианту исполнения (фиг.1 и 6) цилиндрическое отверстие 9 в корпусе 1, в котором расположен поршень 5, по диаметру, как уже отмечалось, больше диаметра поршня 5 на величину удвоенного эксцентриситета эксцентрикового вала 4. Поэтому при вращении эксцентрикового вала 4 поршень 5 обкатывается по внутренней поверхности отверстия 9 в корпусе, что и вызывает появление в корпусе 1 зон В (зона всасывания) и Н (зона нагнетания). Благодаря движению поршня 5 объем этих зон постоянно изменяется. Если вал 4 вращается по часовой стрелке, как показано на фиг.1, то объем зоны Н растет, а жидкость в нее засасывается, а объем зоны В уменьшается, и жидкость из нее выдавливается через выходное отверстие 3.
Разделитель 6 при этом благодаря контакту его с поверхностью поршня 5 отделяет зоны Н и В друг от друга, препятствуя перетеканию жидкости из зоны низкого в зону высокого давления.
При вращении эксцентрикового вала 4 и движущегося вместе с ним поршня 5 возникают центробежные силы, приводящие к вибрации всего насоса. Это явление устраняется противовесом 13, посредством которого дебаланс системы устраняется.
По второму варианту (фиг.2) разделитель 14 предлагается выполнить в виде плоской пластины, закрепленной на поршне 5. Поршень при этом не вращается, а только колеблется, а поверхность его огибает изнутри поверхность отверстия 9. В остальном работа насоса ничем не отличается от работы его по первому варианту.
По третьему варианту (фиг.3) роль разделителя 6 выполняет гибкая пластина, выполненная из эластичного материала, например резины. Изгибаясь во время работы насоса, эта пластина выполняет ту же роль, что и разделитель 14 во втором варианте, так же надежно отделяя зону высокого давления от зоны низкого.
При работе по четвертому варианту (фиг.4) поршень 5 вращает ролик 18, который, благодаря минимальным зазорам между роликом 18 и поверхностями поршня и корпуса, разделяет зоны В и Н, обеспечивая такую же работу насоса, как в предыдущих вариантах.
По пятому варианту (фиг.5) ролики 14 и 22 устанавливаются так, чтобы был обеспечен контакт между ними и с поршнем и корпусом в точках М, N и Р.
Ролики установлены на осях 23 и 24, закрепленных в рычагах 25 (показаны пунктиром), установленных, в свою очередь, на оси 26 в корпусе 1. Благодаря этому направление вращения ролика 22 при его трении о поверхность корпуса 1 противоположно вращению ролика 14 и помогает ролику 14 прижиматься к поверхности поршня 5, содействуя тем самым более надежному разделению зон В и Н.
При этом перекачиваемая среда служит смазкой в зоне трения между роликом 22 и корпусом 1.
Как видно из чертежей, отличаясь друг от друга конструкцией разделителя, все предлагаемые варианты насоса работают практически одинаково. Они содержат всего несколько деталей простой конструкции. Во время работы насоса жидкость в нем не совершает вихревых движений, а напрямую перекачивается из зоны Н в зону В.
Это обеспечивает насосу простоту изготовления и высокий коэффициент полезного действия. Проверка работоспособности конструкции на изготовленных нами опытных образцах это подтвердила.
1. Насос эксцентриковый, состоящий из корпуса с входным и выходным отверстиями, эксцентрикового вала, расположенного на нем колеблющегося или вращающегося цилиндрического поршня и разделителя, отделяющего зоны высокого и низкого давления, отличающийся тем, что внутри цилиндрического поршня выполнена полость, в которой расположен закрепленный на эксцентриковом валу противовес, уравновешивающий дебаланс элементов конструкции, перемещающихся при вращении эксцентрикового вала.
2. Насос по п.1, отличающийся тем, что разделитель выполнен в виде пластины, установленной одним концом на закрепленной в корпусе оси, а вторым концом контактирующей с цилиндрическим поршнем.
3. Насос по п.1, отличающийся тем, что разделитель выполнен в виде плоской пластины, закрепленной в цилиндрическом поршне, и уплотнен в корпусе двумя стержнями из упругого антифрикционного материала, например полиуретана.
4. Насос по п.1, отличающийся тем, что разделитель выполнен в виде упругой, например резиновой, пластины, закрепленной одним концом в корпусе, а вторым в цилиндрическом поршне.
5. Насос по п.1, отличающийся тем, что разделитель выполнен в виде цилиндрического ролика, контактирующего с цилиндрическим поршнем и со стенкой корпуса, при этом в корпусе насоса выполнена полость, одна из стенок которой соприкасается с разделителем, причем объем этой полости больше того объема, в пределах которого перемещается разделитель.
6. Насос по п.1, отличающийся тем, что разделитель выполнен в виде двух цилиндрических роликов, один из которых контактирует с цилиндрическим поршнем и со вторым роликом, который в свою очередь контактирует со стенкой полости в корпусе.
