ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС

Настоящая полезная модель относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, а конкретное - к насосам преимущественно для работы на несмазывающей жидкости, в том числе с абразивными включениями, и может, быть использована в нефтяной, химической, горной и металлургической и др. промышленности при перекачке или нагнетании жидкостей.
Известен плунжерный насос, содержащий корпус с размещенным в нем приводным механизмом, плунжер, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения от приводного механизма и образующий в корпусе камеру для нагнетаемой жидкости (Ю.А. Бочаров и В.П. Прокофьев Гидропривод кузнечно-прессовых машин, Москва. 1969 г, рис. 11.1).
Уплотнения плунжера в таких насосах осуществляют обычно с помощью контакных уплотнений, выполненных из мягкого материала, например из резины, кожи, пластмассы и т.п., и работающих с вьюокими усилиями прижима к поверхности плунжера.
Недостаток конструкции - сложность, связанная с наличием конструктивных решений, обеспечивающих сжатие контактирующих поверхностей уплотнения и плунжера (механическими или гидравлическими федствами), а также высокие эксплуатационные расходы, связанные с низкой теплостойкостью мягкого материала уплотнений и быстрым износом как самих уплотнений, так и плунжера, что приводит к частой замене деталей комплектом запчастей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является насос, описанный в патенте Германии № 2328963. Данный насос содержит корпус с размещенным в нем приводным механизмом, плунжер, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения от приводного механизма и образующий в
ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС
корпусе камеру для нагнетаемой жидкости. На конце плунжера, входящем в камеру для нагнетаемой жидкости, установлена уплотнительная втулка, внутренняя поверхность которой в сопряжении с плунжером образует подвижное щелевое уплотнение, между наружной поверхностью уплотнительной втулки и боковыми стенками камеры для нагнетаемой жидкости образован гарантированный зазор, а между ее торцевой поверхностью и соответствующей торцевой стенкой камеры для нагнетаемой жидкости со стороны входа плунжера в указанную камеру образован кольцевой вокруг плунжера герметизирующий стык.
Щелевые уплотнения, применяемые в данном насосе для герметизации плунжера, позволяют снизить интенсивность трения в сопряжении.
Однако в известном насосе трущиеся пары, образующие щелевые уплотнения (плунжер и уллотнительная втулка) изготавливаются, как правило, из металлов (сталь, бронза), что следует из решаемой данной конструкцией задачи - за счет упругой деформации уплотнительной втулки под действием давления нагнетания уменьшить зазор в щелевом уплотнении и, тем самым уменьшить утечки по щели. В то же время пара трения, составленная из металлических контртел, при смазке несмазывающей жидкостью (например, водой) практически неработоспособна, в связи с чем насосы с щелевыми уплотнениями используются почти исключительно для работы на маслах или других оиазывающих жидкостях.
В основу настоящей полезной модели положена задача создать плунжерный насос с повышенными эксплуатационными характеристиками при работе преимущественно на несмазывающей Ж1едкости, в том числе с абразивными включениями, путем повышения износо- и термостойкости трущихся подвижно-сопряженнь х плунжера и уплотнительной втулки.
Поставленная задача решается тем, что в плунжерном насосе, содержащем корпус с размещенным в нем приводным механизмом, плунжер, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения от приводного механизма и образующий в корпусе камеру для нагнетаемой жидкости, и уплотнительную втулку, установленную на конце плунжера, входящем в камеру для нагнетаемой жидкости, при этом внутренняя поверхность уплотнительной втулки образует подвижное щелевое уплотнение в сопряжении с плунжером, между наружной поверхностью уплотнительной втулки и боковыми стенками камеры для нагнетаемой жидкости образован гарантированный зазор, а между торцевой поверхностью уплотнительной втулки и соответствующей торцевой стенкой камеры для нагнетаемой жидкости со стороны входа плунжера в указанную камеру образован кольцевой вокруг плунжера герметизирующий стык, согласно полезной модели, уплотнительная втулка и плунжер выполнены из карбида кремния.
Карбид кремния образует наилучшие из известных в настоящее время пар трения (по износо- и термостойкости), однако имеют низкое сопротивление действию любых нагрузок, кроме сжимающих. Для уплотнительной втулки предлагаемого насоса, у которой окимающая нафузка на наружную поверхность выше, чем разжимающая нагрузка на внутреннюю (вследствие разности площадей наружной и внутренней поверхностей и прогрессивно падающим по длине втулки давлением в щелевом уплотнении по сравнению с постоянным по длине наружным давлением) в материале втулки имеют место только напряжения сжатия.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель поясняется конкретным примером его выполнения и сопровождающим чертежом, на котором изображена конструктивная схема плунжерного насоса, разрез по плунжеру и уплотнительной втулке.
Плунжерный насос содержит корпус 1 с размещенным в нем приводным механизмом 2, размещенным, например, в картере 3 для жидкой смазки и содержащим ползун 4, связанный посредством шатуна 5 с эксцентриковым валом 6. В корпусе 1 размещен также плунжер 7, который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения от приводного механизма 2 и образует в корпусе 1 камеру 8 для нагнетаемой жидкости.
поверхностью уплотнительной втулки 9 и боковыми стенками камеры 8 образован гарантированный зазор 11, а между ее торцевой поверхностью и соответствующей торцевой стенкой камеры 8 со стороны входа плунжера 7 в эту камеру образован кольцевой вокруг плунжера 7 герметизирующий стык 12.
На входе плунжера 7 в картер 3 размещено герметичное уплотнение 13. Кроме того, в корпусе 1 установлены всасывающий и нагнетательный клапаны14 и 15, соединяющие камеру 8 соответственно с всасывающей В и нагнетательной Н внешними магистралями насоса.
Плунжер 7 и уплотнительная втулка 9 выполнены из карбида кремния.
Плунжерный насос работает следующим образом.
При вращении эксцентрикового вала 6 плунжер 7 получает возвратно-поступательное движение, при этом происходят последовательные циклы заполнения камеры 8 из всасывающей магистрали В через всасывающий клапан 14 и вьп-еснение жидкости через нагнетательный клапан 15 в нагнетательную магистраль Н.
При перемещении плунжер 7 центрируется по корпусу 1 в сопряжении с уплотнениями 3, свободен от боковых усилий со стороны приводного механизма 2, которые воспринимаются ползуном 4, и нафужен только осевым усилием со стороны камеры 8, то есть в материале (карбиде кремния) плунжера 7 возникают только напряжения (жатия.
Уплотнительная втулка 9 ифает роль уплотнения высокого давления для камеры 8 и выполнена в виде плавающей втулки, центрированной по плунжеру 7. Это способствует устранению основных причин для появления кромочных явлений на втулке 9 и соответствующих напряжений.
Другие напряжения во втулке 9 определяются действующими усилиями.
В радиальном направлении втулка 9 окимается давлением, оказываемом на ее наружную поверхность, и разжимается давлением изнутри. Площадь наружной поверхности больше, чем внутренней, а действующие на эти площади давления не везде равны между собой с преобладанием
наружного давления. Наружное давление со стороны гарантированного зазора 11 неизменно по всей длине втулки 9 и равно давлению в камере 8, в то время, как внутреннее давление в щелевом уплотнении 10 прогрессивно ладает от входа, где оно равно давлению в камере 8, практически до нуля у выхода. Из этого вытекает, что в радиальном направлении по всем сечениям в материале уплотнительной втулки 9 действуют только напряжения сжатия.
В осевом направлении, согласно заложенному принципу работы, уплотнительная втулка 9 должна всегда прижиматься к герметизирующему стыку 12 давлением в камере 8 на свободный ее торец, то есть втулка 9 всегда сжата.
того, учитывая, что опорная площадка втулки 9 в герметизирующем стыке 12 при осевом ее окатии является полностью симметричной относительно оси приложения нагрузки, а площадь опорной площадки в общем незначительно отличается от прижимающей площади и размещена прямо напротив неё от оси, не существует сколь-нибудь значительных причин для появления изгибных напряжений.
Все вышесказанное означает, что в материалах как плунжера 7, так и уплотнительной втулки 9 действуют только напряжения окатия и эти детали можно изготавливать из высокотвердого материала - карбида кремния, у которого показатели, характеризующее трение и износ, практически в любой жидкой среде, в том числе несмазывающей, имеют самые высокие значения среди всех материалов.
В целом благодаря использованию настоящей полезной модели могут быть существенно улучшены технические характеристики плунжерных насосов:
-повышена надежность и долговечность пар трения и насоса;
-повышена быстроходность, а значит энергоемкость или габаритновесовые показатели;