Плунжерный насос

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для перекачивания воды, нефти, агрессивных жидкостей и жидкостей, содержащих механические примеси. Насос содержит корпус с плунжерными парами, каждая из которых изолирована от перекачиваемой жидкости эластичной диафрагмой, и вал с кривошипами, выполненными в виде диска. Сжатие каждой диафрагмы осуществляется посредством единственного кривошипа, связанного с радиально расположенными плунжерами посредством их опор с возможностью перемещения последних по цилиндрической поверхности кривошипа без отрыва. Каждый из плунжеров снабжен по меньшей мере одним каналом, сообщающим полость его цилиндра в момент всасывания с масляной ванной насоса. Упрощается конструкция, снижаются динамические нагрузки, повышается надежность. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

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.

1. Плунжерный насос, содержащий корпус с плунжерными парами, каждая из которых изолирована от перекачиваемой жидкости эластичной диафрагмой, и вал с кривошипами, выполненными в виде диска, отличающийся 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.

2. Плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен гидрораспределителем.

3. Плунжерный насос по п. 2, отличающийся тем, что гидрораспределитель снабжен устройством для снижения осевой силы.

4. Плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что эластичная диафрагма выполнена многослойной.