Пневмогидравлический насос для наполнения и испытания ёмкостей высокого давления
PNEUMOHYDRAULIC PUMP FOR FILLING AND TESTING PRESSURE VESSELS

Пневмогидравлический насос для наполнения и испытания емкостей высокого давления относится к насосостроению и может найти применение в различных отраслях промышленности, в том числе судостроении, для перекачивания текучих сред и испытания на определенное давление емкостей, расположенных в местах, имеющих повышенные требования безопасности (затесненные помещения, пожаровзрывобезопасность, электробезопасность).
Предлагаемое изобретение относится к специальному технологическому оборудованию для испытания гидравлических устройств, как при строительстве, так и ремонте в энергомашиностроении и судостроении, при этом, испытуемое давление может достигать до 25 ÷ 30 МПа.
Ресурс и высокая надежность гидравлических устройств зависят от качества изготовления и проверяются гидравлическими испытаниями на прочность и герметичность. Эти требования изложены в соответствующих нормативных и конструкторских документах.
Испытания гидравлических устройств высокого давления предприятия судостроительной промышленности проводят на стапельных линиях или непосредственно на объекте, поэтому предлагаемая конструкция пневмогидравлического насоса должна быть мобильной, компактной и безопасной.
.
Известен пневмогидравлический насос по авторскому свидетельству № SU 1735612Пневмогидравлический насос содержит основной мультипликатор двустороннего действия, дополнительный мультипликатор одностороннего действия, два управляемых четырехчленных распределителя. Полости управления распределителей сообщены с пневмоклапаном и выходом клапана «или», входы которого сообщены с пневмоклапанами. Кинематическая связь обеспечивается профилированными кулачками, связанными с толкателем через ползушку, которая приводит в движение кулачок. Обеспечивается непрерывная подача рабочей жидкости в гидросистему. В момент переключения основного мультипликатора включается в работу дополнительный мультипликатор, так как срабатывание пневмоклапана осуществляется с выдержкой по времени.
При включении в работу основного мультипликатора дополнительный мультипликатор отводится на исходную позицию.
Недостатки изобретения: пневмогидравлический насос не может быть использован для наполнения и испытания судовых гидравлических механизмов и емкостей на стапельных линиях без принципиальных переделок конструкции и оснащения контрольно-измерительными приборами.
Известен малогабаритный пневмогидравлический насос для переносных домкратов, прессов и им подобных устройств по авторскому свидетельству №SU116214 класс 59а, 10.
С целью сокращения размеров и веса насоса, в нем применена съемная распределительная головка с золотником, взаимодействующим с поршнем через толкатель, причем втулка головки входит в рабочую полость цилиндра насоса и охватывается поршнем при одном из его рабочих ходов.
Недостатки изобретения: пневмогидравлический насос не может быть использован для наполнения и испытания судовых гидравлических механизмов и емкостей на стапельных линиях без принципиальных переделок конструкции и оснащения контрольно-измерительными приборами.
Известен пневмогидравлический насос по авторскому свидетельству №SU1404686. Пневмогидравлический насос, содержащий корпус, размещенный в корпусе подвижный цилиндр с крышками, установленный в цилиндре с образованием двух приводных камер и связанный с корпусом неподвижный поршневой блок, насосные камеры со всасывающими и нагнетательными клапанами и распределитель приводной среды. В торцах поршневого блока выполнены осевые расточки, цилиндр снабжен двумя плунжерами, закрепленными своими хвостовиками с возможностью радиального перемещения в крышках и входящими в осевые расточки поршневого блока с образованием в них насосных камер. Цилиндр снабжен продольной прорезью, а корпус - выступом, входящим в прорезь и связанным с поршневым блоком в его центральной части, причем распределитель приводной среды размещен в выступе, а клапаны в центральной части поршневого блока между расточками.
Недостатки изобретения: из-за малой величины подачи текучих сред пневмогидравлический насос целесообразно использовать только для испытания судовых гидравлических механизмов и емкостей на стапельных линиях, а для наполнения указанных механизмов и емкостей потребуется принципиальные изменения в конструкции этого насоса.
Несмотря на указанные недостатки, изобретение по а.с. № SU 1404686 является наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату и поэтому принято за прототип.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка простого и надежного устройства для работы в корабельных отсеках или затесненных помещениях с повышенными требованиями к электробезопасности и пожаровзрывобезопасности при наполнении и испытании оборудования и емкостей высокого давления.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение мобильности и компактности устройства, а также повышение его надежности при эксплуатации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что пневмогидравлический насос для наполнения и испытания емкостей высокого давления содержит корпус, патрубки, пневмоцилиндр, крышки, поршни с закрепленными плунжерами, входящими в осевые расточки патрубков с образованием в них насосных камер со стороны всасывающих и нагнетательных клапанов, распределитель приводной среды, общий манометр и предохранительный клапан, при этом насос снабжен вторыми пневмоцилиндром и распределителем приводной среды, и на корпусе неподвижно, противоположно друг другу размещены пневмоцилиндр для создания низкого давления и пневмоцилиндр для создания высокого давления с крышками, в каждом из которых смонтирован поршень, с противоположной стороны от насосных камер установлена направляющая с двумя упорами, регулирующими величины ходов поршней через пилотные распределители, установленные на кронштейнах крышек пневмоцилиндров, при этом на основании корпуса на стороне каждого из пневмоцилиндров установлен распределитель приводной среды, а в корпусе параллельно друг другу размещены всасывающие и нагнетательные клапаны линий высокого и низкого давлений.
В частном случае, диаметры каждого плунжера определены расчетным путем в зависимости от требуемых расходов и давлений для наполнения и испытания емкостей.
В другом частном случае, распределители приводной среды выполнены в виде силовых распределителей и подключены к пневмоисточнику через пилотные распределители, взаимодействующие с упорами.
1
На корпусе неподвижно и противоположно друг другу размещены два пневмоцилиндра с крышками, в которых смонтированы поршни, имеющие плунжеры со стороны всасывающих и нагнетательных клапанов, а с противоположной стороны - направляющие с упорами, регулирующими величины ходов поршней через пилотные распределители. Такая компоновка позволяет установить на корпусе два пневмоцилиндра с разными диаметрами плунжеров «D» и «D», которые позволяют создать две независимых гидравлических линии потоков рабочей жидкости для наполнения (линия низкого давления) и испытания на прочность, герметичность (линия высокого давления) устройств и емкостей объектов судостроения.
1
Закрепленные на поршнях и выведенные через уплотнения крышек пневмоцилиндров направляющие с упорами позволяют регулировать величины ходов поршней через пилотные распределители и расстояния «L» и «L» между упорами, что дает возможность регулирования подачи рабочей жидкости каждого плунжера.
Размещение в корпусе пневмогидравлического насоса параллельно друг другу всасывающих и нагнетательных клапанов линий высокого и низкого давлений подачи рабочей жидкости позволяет создать компактную и сравнительно легкую конструкцию пневмогидравлического насоса для заполнения и испытания емкостей с надежным ручным управлением.
Диаметр каждого плунжера и диаметр пневмоцилиндров определяется расчетным путем в зависимости от требуемых расходов и давлений для наполнения и испытания емкостей.
Например, исходя из заводских условий судостроительного завода и условий отсека строящегося судна необходим пневмогидравлический насос со следующей технической характеристикой, с учетом указанных исходных данных:
- давление сжатого воздуха в заводской сети, МПа
0,4 ÷ 0,5;
- давление рабочей жидкости в заводской магистрали, Мпа
0,5;
- давление, развиваемое насосом, МПа
высокого давления
30,0;
низкого давления
2,5;
- производительность при заполнении, л/мин
через линию высокого давления
2,0;
через линию низкого давления
30,0;
- ход поршня и плунжера, мм
65.
Результаты расчетов диаметров плунжеров и поршней пневмоцилиндров, количество двойных ходов:
- диаметры плунжеров, мм
высокого давления «D»
12;
низкого давления «D<sub>1</sub>»
55;
- диаметр поршней пневмоцилиндров «D<sub>2</sub>», мм
150;
- количество двойных ходов в минуту
120.
Результаты расчетов подтверждают компактность конструкции при использовании предлагаемого изобретения и оптимальной технической характеристики пневмогидравлического насоса.
Сущность и работа пневмогидравлического насоса для наполнения и испытания емкостей высокого давления поясняются в чертеже.
Пневмогидравлический насос для наполнения и испытания емкостей высокого давления содержит корпус 1, на котором неподвижно и противоположно друг другу размещены пневмоцилиндр 2 для создания низкого давления и пневмоцилиндр 3 для создания высокого давления рабочей жидкости.
В корпусе 1 смонтированы всасывающий клапан 4, нагнетательный клапан 5, каналы 6 и запорный кран 7 линии высокого давления, а параллельно им - всасывающий клапан 8, нагнетательный клапан 9, запорный кран 10, каналы 11 линии низкого давления.
К каналам 6 линии высокого давления и каналу 11 линии низкого давления подсоединен предохранительный клапан 12, обратный клапан 13 и манометр 14. Канал 15 соединяется с испытываемой емкостью, а через канал 16 и запорный кран 17 сбрасывается давление рабочей жидкости.
На основании 18 корпуса 1 устанавливаются силовые распределители 19 приводной среды. Высота основания 18 от опорной поверхности регулируется винтовыми опорами 20. К корпусу 1 соосно приварены патрубки 21 и 22. Патрубок 21 имеет осевую расточку 23, образующую камеру низкого давления 24 и блок шевронных уплотнений 25. Патрубок 22 имеет осевую расточку 26, образующую камеру высокого давления 27 и блок шевронных уплотнений 28.
Пневмоцилиндр 2 скомпонован из направляющей крышки 29 с кронштейном 30, на котором установлен пилотный распределитель 31 приводной среды, плунжерной крышки 32, обечайки 33, комплекта шпилек 34 с гайками и шайбами, поршня 35 в сборе, комплекта уплотнений 36, амортизаторов 37, и смонтирован на резьбе 38 патрубка 21. На поршне 35 установлен плунжер низкого давления 39 со стороны камер низкого давления 24, а с противоположной стороны - направляющая 40 с двумя упорами 41.
Пневмоцилиндр 3 скомпонован из направляющей крышки 42 с кронштейном 30, на котором установлен пилотный распределитель 31 приводной среды, плунжерной крышки 43, обечайки 33, комплекта шпилек 34 с гайками и шайбами, поршня 44 в сборе, комплекта уплотнений 36, амортизаторов 37, и смонтирован на резьбе 45 патрубка 22. На поршне 44 установлен плунжер высокого давления 46 со стороны камеры высокого давления 27, а с противоположной стороны - направляющая 47 с двумя упорами 48.
Входная магистраль 49 насоса подачи рабочей жидкости подключена к заводской магистрали через быстроразъемное соединение (БРС), а выходная магистраль 15 к испытуемой емкости.
Два силовых распределителя 19 приводной среды подключены к пневмоисточнику 50 через запорные воздушные краны 51, 52 и пилотные распределители 31, взаимодействующие с упорами 41 и 48, установленные на направляющих 40 и 47. Упоры 41 и 48 взаимодействуют на пилотные распределители 31, которые реверсируют силовые распределители 19 и происходит независимое возвратно-поступательное движение поршней 35 или 44 с плунжерами 39 или 46.
Насос имеет два рабочих режима:
- режим наполнения испытуемой емкости;
- режим испытания испытуемой емкости.
Для настройки работы насоса на режим наполнения испытуемой емкости открывается запорный кран 10, при этом запорный кран 7 закрыт. В соответствии с технологическим процессом, настраивается на определенное давление предохранительный клапан 12, закрывается запорный кран 17. Затем открывается запорный воздушный кран 51, при этом запорный воздушный кран 52 закрыт и сжатый воздух через силовой распределитель 19 поступает в пневмоцилиндр 2, где производится возвратно-поступательное движение поршня 35 с плунжером 39 и направляющей 40, которая взаимодействует с упорами 41 на пилотный распределитель 31. Расстояние «L» между упорами 41 установлено и соответствует величине хода плунжера 39. При выходе плунжера 39 из камеры низкого давления 24 происходит всасывание рабочей жидкости через всасывающий клапан 8, а при входе плунжера 39 в камеру низкого давления 24 производится нагнетание рабочей жидкости через нагнетательный клапан 9 и обратный клапан 13 по каналу 15 рабочая жидкость попадает в полость испытуемой емкости. При достижении заданного давления на предохранительном клапане 12 закрывается запорный кран 10 и запорный воздушный кран 51.
1
Для настройки работы насоса на режим испытания емкости высокого давления открывается запорный кран 7, запорный кран 10 закрыт. В соответствии с технологическим процессом, настраивается предохранительный клапан 12, закрывается запорный кран 17. Затем открывается запорный воздушный кран 52, при этом запорный воздушный кран 51 закрыт и сжатый воздух через силовой распределитель 19 поступает в пневмоцилиндр 3, где производится возвратно-поступательное движение поршня 44 с плунжером 46 и направляющей 47, которая взаимодействует с упорами 48 на пилотный распределитель 31. Расстояние «L» между упорами 48 установлено и соответствует величине хода плунжера 46. При выходе плунжера 46 из камеры высокого давления 27 происходит всасывание рабочей жидкости через всасывающий клапан 4, а при входе плунжера 46 в камеру высокого давления 27 производится нагнетание рабочей жидкости через нагнетательный клапан 5 и обратный клапан 13 по каналу 15 рабочая жидкость попадает в полость испытуемой емкости. При достижении заданного давления на предохранительном клапане 12 закрывается запорный кран 7, запорный воздушный кран 52 и открывается запорный кран 17 для сбрасывания давления с испытуемой емкости.
Таким образом, конструкция заявленного пневмогидравлического насоса обеспечивает мобильность, компактность, простую и надежную работу при наполнении и испытании емкостей высокого давления в корабельных отсеках и/или затесненных помещениях с повышенными требованиями к электробезопасности и пожаровзрывобезопасности.