ДИАФРАГМЕННЫЙ НАСОС С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ, СОДЕРЖАЩИЙ СПЕЦИАЛЬНО ВЫДЕЛЕННУЮ ЛИНИЮ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ГАЗА
DIAPHRAGM PUMP WITH HYDRAULIC CONTROL CONTAINING A SPECIALLY DEDICATED LINE FOR GAS REMOVAL

Область техники
Изобретение относится к дифрагменному насосу с гидравлическим регулированием, содержащему специально выделенную линию удаления газов.
Уровень техники
Диафрагменные насосы с гидравлическим регулированием обычно содержат дозирующую головку, содержащую первую часть с насосной камерой и вторую часть, в которой имеется гидравлическая камера, заполненная жидкостью для гидравлического регулирования и отделенная от насосной камеры диафрагмой, а также корпус для средств обеспечения дозирования, в котором размещены средства привода поршня насоса при его перемещении в гидравлической камере вдоль заданной оси перемещения.
Обычно указанные насосы снабжены клапаном регулирования давления в гидравлической камере, в частности, чтобы избежать какого-либо повреждения диафрагмы или закупоривания насоса. Указанный клапан обычно расположен в непосредственной близости от самой высокой точки гидравлической камеры в рабочем положении насоса и содержит полый корпус, который сообщается с гидравлической камерой посредством откалиброванного обратного клапана, при этом обратный клапан открывается, когда давление в гидравлической камере превышает предварительно заданную пороговую величину давления, для того чтобы отвести часть жидкости из гидравлической камеры в полый корпус клапана.
Кроме того, клапан может обеспечить удаление воздушных пузырей, которые присутствуют в гидравлической камере.
Однако удаление воздуха, как было установлено, имеет ограничение, в частности, связанное с уменьшенными поперечными сечениями каналов, которые соединяют гидравлическую камеру с полым корпусом клапана. По этой причине в определенных случаях пузыри могут оставаться зажатыми в гидравлической камере или каналах, соединяющих указанную камеру с полым корпусом клапана. Это действительно имеет место, например, в насосах, в которых корпус для средств дозирования заполнен воздухом, что приводит к поступлению незначительного количества воздуха в гидравлическую камеру при каждом перемещении в процессе совершения хода поршня, и, таким образом, к относительно высокой концентрации пузырей в гидравлической камере.
Присутствие пузырей воздуха в жидкости, находящейся в гидравлической камере, и в каналах, сообщающихся с гидравлической камерой, обуславливает тенденцию значительного ухудшения рабочих характеристик насосов, и приводит, в частности, к значительным потерям их производительности. Этот недостаток дополнительно увеличивается для насосов с небольшой производительностью.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в том, чтобы предложить диафрагменный насос с гидравлическим регулированием, который может обеспечить непрерывное удаление значительной части газов, присутствующих в жидкости, для гидравлического регулирования.
Для достижения указанной задачи предлагается диафрагменный насос с гидравлическим регулированием, содержащий:
- дозирующую головку, содержащую первую часть с насосной камерой и вторую часть, в которой расположена гидравлическая камера, заполненная жидкостью для гидравлического регулирования и отделенная от насосной камеры диафрагмой;
- корпус для средств дозирования, в котором размещены средства привода поршня насоса, обеспечивающие его перемещение в гидравлической камере вдоль оси перемещения;
- по меньшей мере одно уплотнение, установленное на поршне в месте соединения второй части и корпуса для средств дозирования;
- клапан для регулирования давления, установленный в зоне расположения самой высокой точки гидравлической камеры в рабочем положении насоса, при этом клапан содержит полый корпус, который сообщается с гидравлической камерой посредством обратного клапана, который открывается в направлении от гидравлической камеры в сторону полого корпуса;
- средства удаления газа, которые специально предназначены для данной гидравлической жидкости, при этом указанные средства содержат по меньшей мере одну линию удаления газа, которая образована во второй части дозирующей головки и проходит не параллельно указанной оси перемещения поршня так, что первый конец этой линии удаления газа, который образует самую низкую точку указанной линии, имеет выход в месте соединения поршня и уплотнения, а второй конец линии, который образует самую высокую точку указанного тракта, выходит в корпус клапана выше места размещения обратного клапана.
Таким образом, насос содержит специально сформированную линию удаления газа, которая проходит по возможности ближе к границе раздела между корпусом для средств дозирования и указанной второй частью головки. В результате воздух, который поступает из корпуса для средств дозирования ко второй части головки в каждый момент перемещения поршня, легко выходит в полый корпус клапана. Это обеспечивает непрерывное удаление из насоса значительного количества газов.
Кроме того, такое решение ограничивает переход воздушных пузырей из корпуса для средств дозирования в гидравлическую камеру. При этом количество воздушных пузырей в гидравлической камере остается ограниченным, или они вообще отсутствуют.
В этом случае рабочие характеристики насоса достаточно высокие и постоянные во времени.
Изобретение является, в частности, подходящим для насосов с низкой производительностью, поскольку они более чувствительны к присутствию воздуха в их гидравлической камере.
Следует принимать во внимание, что в настоящем описании термины «высокая точка», «низкая точка», «ниже», «выше» и «над» следует понимать, как относящиеся к положению насоса при техническом обслуживании, т.е. в положении, в котором насос опирается на опору, и клапан ориентирован так, что проходит в направлении, противоположном указанной опоре.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - диафрагменный насос с гидравлическим регулированием в соответствии с изобретением, вид в поперечном разрезе, на котором показана только часть корпуса для средств дозирования.
Фиг. 2 - диафрагменный насос с гидравлическим регулированием в соответствии с вариантом осуществления изобретения, вид части насоса в поперечном разрезе.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан диафрагменный насос с гидравлическим регулированием в соответствии с изобретением, который в данном случае представляет собой насос среднего или высокого давления с низкой производительностью.
Насос содержит дозирующую головку 1, содержащую первую часть 2, которая вместе с диафрагмой 3 насоса образует насосную камеру 4. Насосная камера 4 соединена с внешним объектом с помощью всасывающего канала 5 и подающего канала 6, которые снабжены обратными клапанами, размещенными в корпусах этих клапанов.
Диафрагма 3 в данном случае представляет собой толстую диафрагму. Указанная диафрагма 3 выполнена упруго деформируемой относительно ее формы в исходном положении (показанная на фиг. 1 форма), которая соответствует ее положению в конце такта всасывания насоса. Жесткость диафрагмы 3 такова, что мощность всасывания насоса определяется способностью диафрагмы 3 возвращаться самой в исходное положение. Диафрагма такого типа хорошо известна из уровня техники, например, из документа FR 2934332 и не будет здесь описана более подробно.
Дозирующая головка 1 содержит, кроме того, вторую часть 7, в которой находится гидравлическая камера 8. Поверхность диафрагмы 3, противоположная поверхности, обращенной в сторону насосной камеры 4, называется задней поверхностью, и она подвержена действию давления гидравлической жидкости, действующей в гидравлической камере 8. Во второй части 7 головки выполнены каналы 23 для перетекания гидравлической жидкости из гидравлической камеры 8 к задней поверхности диафрагмы 3.
Вторая часть 7 дозирующей головки, кроме того, содержит вставку 9, которая установлена во второй части 7 вдоль горизонтальной оси X таким образом, что первый торец 9а вставки 9 обращен в сторону диафрагмы 3, а второй торец 9b вставки 9 выступает из второй части 7 наружу. Во вставке 9 имеется локальное сужение 10 внешней образующей поперечного сечения, которое вместе со второй частью 7 образует камеру 11 откачки.
Кроме того, вторая часть 7 содержит канал 12 откачки, соединяющий камеру 11 откачки с внешней стороной насоса. Канал 12 откачки проходит во второй части 7 вертикально от камеры 11 откачки в нижнем конце второй части 7.
Насос, кроме того, содержит поршень 13, который размещен во вставке 9 и проходит вдоль оси X так, что первый конец 13а поршня проходит в гидравлическую камеру 8, а второй конец 13b выходит из вставки 9 наружу.
Поршень 13 приводится в движение механически и перемещается в гидравлической камере 8 вдоль оси X с помощью средств привода, включающих в себя двигатель и привод, которые сами по себе известны и полностью здесь не описаны.
Средства привода поршня 13 для его перемещения установлены в корпусе 14 для средств дозирования насоса. В частности, в данном случае корпус 14 для средств дозирования содержит камеру 15, которая примыкает ко второй части 7 головки и в которой второй конец 13b поршня 13 присоединен к средству привода, предназначенному для перемещения поршня, при этом указанная камера сообщается с окружающим воздухом. В этом случае вторая часть 7 головки объединена с корпусом 14 для средств дозирования посредством второго торца 9b вставки 9 с образованием границы между второй частью 7 и корпусом 14 для средств дозирования.
Поскольку корпус 14 для средств дозирования заполнен воздухом, в то время как вторая часть 7 дозирующей головки заполнена жидкостью для гидравлического регулирования, необходимо обеспечить герметичность второй части 7. В связи с этим насос снабжен уплотнением 16, размещенным на поршне 13 в месте стыка второй части 7 головки и корпуса 14 для средств дозирования. Уплотнение 16 размещено в полости гнезда, имеющегося на втором конце 9b вставки 9. В данном случае уплотнение 16 представляет собой манжетное уплотнение.
Следует отметить, что насос содержит небольшое количество жидкости для гидравлического регулирования. Кроме того, дозирующую головку 1 без труда можно отсоединить от остальной части насоса, поскольку отсутствует необходимость в предварительном опорожнении дозирующей головки 1 или корпуса 14 для средств дозирования.
Кроме того, насос содержит клапан 17 регулирования давления в гидравлической камере 8.
Клапан 17 в данном случае размещен во второй части 7 головки в зоне расположения самой высокой точки гидравлической камеры 8 насоса, находящегося в рабочем положении. Клапан 17 расположен вертикально и содержит нижнюю часть 18, установленную в гнезде 19, выполненном во второй части 7, выше вставки 9, и верхнюю часть 20, которая опирается на нижнюю часть и проходит в указанное гнездо 19 лишь частично. В данном случае нижний конец верхней части 20 клапана содержит внутреннюю резьбу 21 для закрепления указанной верхней части на нижней части 18 клапана и внешнюю резьбу 22 для ее закрепления на второй части 7 головки.
Клапан 17 дополнительно снабжен выпускным обратным клапаном 24, который откалиброван. Обратный клапан 24 в этом случае размещен в указанном клапане 17 на границе между его нижней частью и верхней частью. Обратный клапан 24, таким образом, определяет границу полого корпуса 25 вместе с верхней частью 20. Обратный клапан 24 сконфигурирован с возможностью открытия в направлении от гидравлической камеры 8 в сторону полого корпуса 25, если давление в гидравлической камере 8 превышает пороговую величину, которую можно регулировать путем настройки обратного клапана 24, например, с помощью резьбы. Клапан 17, кроме того, содержит основной канал 26, который выполнен в нижней части 18 так, что его выход расположен ниже обратного клапана 24, и соединен с гидравлической камерой 8 с помощью канала 27, выполненного во второй части.
Таким образом, если в насосной камере 4 происходит закупоривание, жидкость для гидравлического регулирования, находящаяся в гидравлической камере 8, может быть выпущена из указанной гидравлической камеры 8 через основной канал 26 и затем через выпускной обратный клапан 24 может вытекать в полый корпус 25. Таким образом, клапан 17 позволяет уменьшить избыточное давление в гидравлической камере 8.
Следует отметить, что объем гидравлической жидкости для гидравлического регулирования, которая содержится в гидравлической камере 8, изменяется, в частности, во время выпуска жидкости из гидравлической камеры 8 с помощью обратного клапана 24, или из-за воздушных пузырей, которые появляются в процессе перемещения поршня 13 в гидравлической камере 8, или из-за изменения настройки режима работы насоса, что приводит к изменению хода поршня и, следовательно, к производительности насоса. Для исключения этого недостатка клапан 17 снабжен средствами компенсации утечек жидкости для гидравлического регулирования, заполняющей гидравлическую камеру 8.
Указанные средства известным образом включают в себя линию пополнения жидкости, которая соединяет полый корпус 25 клапана 17 с основным каналом 26, отведенным от обратного клапана 24. В данном случае линия пополнения содержит первый канал 28 пополнения, который проходит вертикально через нижний участок 18 между полым корпусом 25 и пополняемым объемом 29, ограниченным нижним торцом нижней части 18 клапана 17 с одной стороны, и соответствующей полостью 19 второй части 7 головки, с другой стороны. Указанная линия пополнения, кроме того, содержит второй канал 30, проходящий вертикально от указанного объема 29 пополнения к основному каналу 26. Во втором канале 30 размещены два одноходовых, последовательно размещенных обратных шаровых клапана 31 со свободно плавающими шарами, при этом направление, соответствующее открытию этих двух обратных клапанов 31, проходит от полого корпуса 25 в сторону гидравлической камеры 8.
Движение поршня 13 в обратном направлении происходит с упругим возвращением диафрагмы 3 в ее исходное положение. Если это положение достигается, прежде чем поршень 13 достигнет своей обратной «мертвой точки», в гидравлической камере 8 устанавливается низкое давление, что приводит к всасыванию объема гидравлической жидкости, поступающей из полого корпуса 25, через два последовательно размещенных обратных клапана 31. При этом клапан 17 позволяет также устранить возможность создания чрезмерно низкого давления в гидравлической камере 8.
Клапан 17, кроме того, снабжен выпускным каналом 32, который отведен от обратного клапана 24, обеспечивая непрерывное удаление пузырей воздуха, которые могут присутствовать в гидравлической камере 8. При этом воздух проходит через основной канал 26 и указанный выпускной канал 32, и поступает в полый корпус клапана 17. Часть воздушных пузырей в результате выходит через основной канал 26.
Основной канал 26 расположен выше гидравлической камеры 8 для того, чтобы можно было использовать накапливание воздуха естественным путем в верхней точке указанной гидравлической камеры 8, что облегчает выпуск воздушных пузырей, содержащихся в гидравлической камере 8, в клапан 17.
Насос содержит также средства удаления воздуха, которые предназначены специально для жидкости, используемой для гидравлического регулирования. Специальные средства выпуска воздуха включают линию удаления воздуха, которая сформирована во второй части 7 головки.
В данном случае линия удаления воздуха содержит первый канал 33, который проходит в поперечном направлении через вставку 9 так, что его нижний конец выходит в зону стыка поршня и уплотнения, а верхний конец выходит в выпускную камеру 11. Таким образом, первый канал 33 расположен по возможности ближе к зоне поступления воздуха из корпуса 14 для средств дозирования, что позволяет собрать весь воздух. В этом случае первый канал 33 проходит в направлении клапана 17 и поперек оси X.
Линия удаления газа содержит второй канал 34, который проходит в поперечном направлении во второй части 7 головки так, что его нижний конец выходит в выпускную камеру 11, а верхний конец выходит в окружающий воздух, что облегчает техническое обслуживание, при этом верхний конец второго канала 34 закрыт заглушкой 35. Второй канал 34 расположен так, что его нижний конец выходит в верхнюю часть выпускной камеры 11, причем по существу на том же уровне, что и верхний конец первого канала 33. Таким образом, первый канал 33 и второй канал 34 сообщаются посредством выпускной камеры 11. Предпочтительно второй канал 34 спроектирован так, что его нижний конец выходит выше верхнего конца первого канала 33, что обеспечивает более эффективное сообщение между этими двумя каналами, и, следовательно, более эффективное удаление газа. В этом случае второй канал проходит в направлении, противоположном расположению клапана 17 и поперек оси X.
Кроме того, линия удаления газа содержит третий канал 36, который проходит в поперечном направлении во второй части 7 так, что его нижний конец выходит во второй канал 34 в верхнем конце второго канала 34, а его верхний конец выходит в гнездо 19, в котором размещен клапан 17. В данном случае третий канал 36 проходит в направлении клапана 17, поперек оси X.
Линия удаления газа содержит также четвертый канал 37, который проходит через одну из стенок верхней части 20 клапана так, что его первый конец соединяется с верхним концом третьего канала 36, а второй конец выходит в полый корпус 25 клапана. В этом случае четвертый канал 37 проходит по существу горизонтально.
В результате нижний конец первого канала 33 образует первый конец линии удаления газа и расположен в самой нижней точке указанной линии, в то время как второй конец четвертого канала 37 образует второй конец линии удаления газа и расположен в самой верхней точке указанной линии.
При функционировании насоса воздух, поступающий из корпуса 14 для средств дозирования, непрерывно отводится с помощью линии удаления газа, при этом для прохождения в полый корпус 25 клапана воздух последовательно проходит через первый канал 33, второй канал 34, третий канал 36 и четвертый канал 37. Кроме того, линия удаления газа собирает воздух в непосредственной близости от уплотнения 16, так что лишь небольшое количество воздуха, поступившего из корпуса 14 для средств дозирования, достигает гидравлической камеры 8, или воздух в гидравлическую камеру 8 вообще не поступает. Это предотвращает ухудшение рабочих характеристик насоса. Кроме того, поскольку линия удаления газа выходит в верхний участок 20 клапана 17, в линии пополнения жидкости находится незначительное количество воздуха (или он вообще отсутствует), и поэтому в гидравлическую камеру 8 пузыри воздуха не поступают или практически не поступают на стадии компенсации утечек гидравлической жидкости в гидравлической камере 8. Таким образом, рассмотренные специальные средства удаления газа обеспечивают весьма эффективное и непрерывное удаление воздуха, присутствующего в гидравлической камере.
Линия удаления газа в данном случае сформирована так, чтобы транспортировать воздух в клапан 17 путем его выпуска в клапан 17 в точке выше места расположения обратного клапана 24.
Таким образом, даже если ход поршня 13 будет изменен, удаление воздуха всегда будет эффективным.
Обычно линия удаления газа сформирована так, что объем гидравлической жидкости, находящейся между четвертым каналом 37 (выходящим в клапан 17) и пополняемым объемом 29, превышает максимальный рабочий объем насоса.
Предпочтительно различные каналы линии удаления газа имеют поперечное сечение, превышающее поперечное сечение каналов, соединяющих гидравлическую камеру 8 с клапаном 17, и сечение основного канала 26. Поперечное сечение указанных каналов линии удаления газа позволяет предотвратить удерживание пузырей, зажатых во внутреннем объеме указанной линии удаления газа, при этом удаляемые пузыри в линии удаления газа являются более многочисленными.
В данном случае второй канал 34 линии удаления газа имеет большее поперечное сечение, чем первый канал 33, третий канал 36 и четвертый канал 37 линии удаления газа. Второй канал 34 линии удаления газа обычно имеет поперечное сечение, которое в 2 - 4 раза больше поперечного сечения первого канала 33 линии удаления газа. Это позволяет эффективно удалять пузыри из первого канала 33 в третий канал 36.
При использовании насоса, выполненного в соответствии с изобретением так, как это описано выше, жидкость для гидравлического регулирования присутствует только во второй части 7 дозирующей головки. Следовательно, жидкость присутствует и находится под давлением в гидравлической камере 8, а также проточных каналах 23 и 27, которые соединяют гидравлическую камеру 8 с клапаном 17, и в основном канале 26. Указанная жидкость находится под давлением, которое ниже или равно атмосферному давлению, в остальной части клапана 17 (полый корпус 25 и линия пополнения жидкости), в линии удаления газа, в выпускной камере 11 и выпускном канале 12.
Большая часть подлежащего удалению воздуха безусловно находится в месте соединения второй части 7 головки и корпуса 14 для средств дозирования и отводится через линию удаления газа, и поэтому в меньшей степени присутствует (или даже отсутствует) в гидравлической камере 8. Воздух предпочтительно отводится через клапан 17, в частности, через основной канал 26 и канал 32 выпуска.
Насос, соответствующий изобретению, обеспечивает, таким образом, эффективное и непрерывное удаление воздуха, находящегося в гидравлической жидкости, и предотвращает присутствие в гидравлической камере 8 избыточно большого количества пузырей воздуха. Производительность насоса в соответствии с изобретением, таким образом, является неизменной, точно заданной и стабильной.
Следует понимать, что изобретение не ограничивается описанным осуществлением, и различные иные варианты могут быть осуществлены без выхода за пределы объема изобретения, определяемого формулой изобретения.
В частности, насос может иметь конфигурацию, которая отличается от описанной выше. Так, на фиг. 2 показан вариант осуществления изобретения (конструктивные элементы, которые являются общими с рассмотренным выше и обозначены на фиг. 2 такими же номерами позиций, увеличенными на сто), в котором канал 140, соединяющий выпускную камеру 111 с камерой пополнения жидкости, выполнен во второй части 107. Обычно указанный соединительный канал 140 имеет выход в нижнюю часть линии пополнения, в данном случае в объем 129 для пополнения жидкости. Это не слишком снижает эффективность удаления воздуха через линию удаления воздуха вследствие использования оптимальной конфигурации указанной линии удаления газа между первым каналом 133 и вторым каналом 134, которая обеспечивает предпочтительный подъем воздушных пузырей через второй канал 134, а не через соединительный канал 140.
Линия удаления газа может также иметь конфигурацию, в целом отличающуюся от показанной на фигурах, и в этом случае указанная линия может содержать иное число каналов, и указанные каналы могут быть ориентированы иначе. Например, второй канал может проходить вертикально или в поперечном направлении относительно клапана. Первый канал и второй канал могут быть соединены друг с другом без использования промежуточной выпускной камеры. Специально предназначенные средства удаления газа могут включать некоторое число линий удаления газа.
Кроме того, клапан может иметь конфигурацию, в целом отличающуюся от показанной на фигурах. Клапан может представлять собой клапан, описанный в документе ЕР 2394056.
Диафрагма может отличаться от описанной выше. Диафрагма может быть выполнена составной, содержащей толстую внутреннюю стенку, окруженную двумя тонкими металлическими стенками, как это описано в документах FR 2670537 и FR 2934332.
Насос дополнительно может содержать устройство для обнаружения разрушения диафрагмы. Клапан может содержать любое известное устройство для удаления газа из жидкости для гидравлического регулирования, которое отличается от описанной выше линии удаления газа.