НАСОСНАЯ СИСТЕМА

НАСОСНАЯ СИСТЕМА
Настоящая полезная модель относится к системам высокого давления, в частности к системам высокого давления, имеющим плунжерный насос, предназначенный для создания высокого и точно регулируемого по величине давления жидкости.
Принципиально возможно создание в жидкости давления высокой величины с любой требуемой точностью, поскольку в жидкости, к которой приложено усилие сжатия, возникает сила противодействия прямо пропорциональная приложенному усилию. При этом может быть определён объём сжатой жидкости с помощью измерений взаимного положения измерительного цилиндра и плунжера насоса и введения расчётных поправок на изменение действительного объёма камеры измерительного цилиндра и плунжера насоса в зависимости от приложенного давления.
Известен насос для подачи жидкости при постоянном давлении, используемый в жидкостном хроматографе US 3847507. Насос имеет корпус, на котором установлен электродвигатель, приводящий во вращение плунжер через понижающую зубчатую передачу. Плунжер представляет собой винт, который взаимодействует с фиксировано установленной на нём ведущей гайкой. Ведущая гайка совершает возвратно-поступательные перемещения вдоль расположенного на корпусе направляющего стержня. Насос винтового типа не предназначен для измерения объёма прокачиваемой жидкости и не позволяет создавать высокие давления в диапазоне сотен мегапаскалей.
Известны способ и устройство для измерения изменений объёма JEP 0275825. Аппарат имеет измерительный цилиндр с камерой для пробы, плунжер, помещенный в эту камеру и снабженный датчиком перемещений, датчик температуры, расположенный внутри камеры, датчик давления и
F04B9/02
федство регулирования давления. В средстве регулирования давления использованы связи, нозволяюище создавать с помощью плунжера два альтернативных уровня давления, что удобно нри решении конкретной задачи измерения изменений объёма пластичных материалов в процессе их отвердения, для которой и было создано данное устройство. Однако для решения других задач, в частности, для непрерывного и плавного сжатия жидкостей с низкой вязкостью нужны другие связи, необходимые для непрерывного и плавного регулирования объёма и давления.
Известно также устройство для исследования процессов фильтрации и определения характеристик текучих сред и пористых тел RU 2129265, содержащее два гидроцилиндра с приводами плунжеров, при этом каждый привод выполнен с возможностью обеспечения поступательновращательного движения плунжера и поступательного движения привода посредством  «винт-гайка. Гайка каждого привода связана с торцом соответствующего корпуса гидроцилиндра пружиной. Устройство снабжено датчиком давления, который выполнен в виде индикатора, фиксирующего взаимное осевое смещение корпуса гидроцилиндра и гайки, и датчиком перемещений, который выполнен в виде индикатора, фиксирующего взаимное смещение порпшя и корпуса для гидроцилиндра.
Основным недостатком этого устройства является крепление гайки к торцу корпуса гидроцилиндра через гибкую пружину без какой-либо дополнительной связи между ними. Это приводит к торцовому биению гайки относительно корпуса гидроцилиндра из-за воздействия резьбы щпинделя на ппшндельную гайку, что влечёт за собой неточность измерений взаимного смещения шпиндельной гайки и корпуса гидроцилиндра датчиком перемещений.
Наиболее близкой по технической супщости и достигаемому результату является насосная система RU 21078387, в которой цилиндр с отверстием для плунжера установлен неподвижно. Насосная система
Ш1{00 1}4
содержит установочную плиту и соединённый с ней корпус, в нижней части которого установлен привод, создающий вращение и осевое перемещения пшинделя и содержащий электродвигатели и понижающую зубчатую передачу, связанную со шпинделем с помощью пшицевого соединения в его хвостовой части. Шпиндель, соединенный с плунжером, имеет вал и резьбу, на которую установлена гайка, соединенная пружиной с цилиндром, при этом шпиндельная гайка снабжена устройством, препятствующим её вращению и допускаюпщми её осевое движение относительно неподвижного щшиндра.
Устройство снабжено датчиком давления, который выполнен в виде индикатора, фиксирующего взаимное смещение щшиндра и гайки, и датчиком объёма, который выполнен в виде индикатора, фиксирующего взаимное смещение шпинделя и корпуса.
Насосная система содержит также устройство регулирования температуры. В качестве устройства регулирования температуры в системе использованы термостат, датчики температуры и блок управления.
Основным недостатком этой насосной системы является неточность измерений величины давления и объема при высоких давлениях в диапазоне сотен мегапаскалей. Ощибка в определении давления возникает в результате нар)Ш1ения параллельности торцов цилиндра и гайки относительно дрзт друга из-за силы реакции резьбы шпинделя на резьбу шпиндельной гайки, возникающей при нагружении пробы усилием сжатия при высоких давлениях. Причина такого нарушения кроется в системе крепления пружины: пружина крепится одним концом к торцу гайки, а другим концом к торцу цилиндра без дополнительной связи между ними.
Другим источником ошибок в онределении величины давления, а также объёма является то, что положение шш1нде.11я относительно цилиндра фиксируется поверхностями резьбового соединения пары «винтгайка и поверхностями пшицевого соединения, которые не обеспечивают соосности шпинделя относительно цилиндра.
Задачей решаемой заявляемой насосной системой является насосная система, в которой решена проблема точного измерения давления жидкости и точного одновременного измерения объёма сжатой жидкости при высоких давлениях в диапазоне сотен мегапаскалей.
Поставленная задача решается тем, что в насосной системе, содержаш;ей установочнз ю плиту, корпус, плунжер с продольной осью, шпиндель, соединенный с плунжером и имеющий вал и резьбу, шпиндельную гайку, установленную на шпинделе, неподвижный цилиндр, имеющий, для размещения в нём плунжера, отверстие, которое имеет возможность заполнения жидкой пробой, подлежащей испытаниям, пружину, привод, состоящий из двигателя и редуктора, для осуществления относительного вращения и относительных осевых перемещений плунжера по отношению к цилиндру, устройство для создания относительного вращения по отнощению друг к другу шпинделя и шпиндельной гайки, датчик давления, выполненный в виде индикатора, фиксирующего взаимное смещение цилиндра и шпиндельной гайки, датчик объёма, вьшолненный в виде индикатора, фиксирующего взаимное смещение плунжера и цилиндра, устройство для регулирования температуры пробы, содержащее термостат, датчики температуры и блок управления, согласно заявляемой полезной модели, насосная система снабжена стаканом, дно которого установлено между корпусом и торцом пружины, чашкой, установленной на корпусе соосно стакану, опорой скольжения, установленной между чашкой и цилиндром, в отверстие которой заведён плунжер, гильзой, на дне которой установлена шпиндельная гайка и во внутреннюю полость которой заведен стакан, втулкой, в отверстие которой заведен стакан, устройством, препятствуюшим вращению втулки, но допускающим её осевое движение.
Х/С) Ш
которое выполнено из шарикоподшипника, установленного на валике, соединенном с нижней частью гильзы, и опирающемся на прямолинейные направляющие втулки, основанием, на котором с одной стороны установлена втулка, а с другой стороны привод, муфтой, соединяющей выходной вал привода и шпиндель, вал которого установлен на основании в дв5гхрядный шариковый сферический подшипник.
Насосная система может быть дополнительно снабжена камерой для пробы, сообщающейся с отверстием щцшндра.
Таким образом, согласно заявляемой полезной модели осевые перемещения шшшдельной гайки по резьбе шпинделя относительно щшиндра направляют частично вложенные друг в друга стакан, гильза и втулка, фиксируюпще шпиндельную гайку от торцового биения на резьбе шпинделя относительно цилиндра, а опора скольжения и двухрядный сферический подшипник, в которых фиксируется пшиндель, дополнительно стабилизируют положение оси вращения шпинделя относительно цилиндра. Такое сочетание конструктивных элементов является новым и неожиданно позволяет обеспечить относительное движение шпршдельной гайки и цилиндра, а также шпинделя относительно цилиндра без торцовых и радиальных биений. Исключение радиальных и торцовых биений, вносящих ошибки в измерения величины давления и объёма, позволяет повысить точность измерений.
Особенности и преимущества настоящей полезной модели поясняют чертежи, где на фиг. 1 - изображён фронтальный вид насосной системы без разреза системы высокого давления, на фиг. 2 - вид сбоку на насосную систему с частичным разрезом системы высокого давления, на фиг. 3 осевой разрез опоры скольжения шпинделя и ушютнительного узла плунжера.
l Ш
Насосная система (фиг.1), содержит установочную плиту 1, стойки 2, на которых в верхней части закреплён корпус 3 системы высокого давления.
На корпусе 3 (фиг.2,3) с его внешней стороны установлена чашка 4, а с внутренней стороны корпуса - стакан 5, внутри которого установлена пружина 6, пршфепленная одним концом к дну стакана, а другим концом к фланцу шпиндельной гайки 7, натравляющие которой включают гильзу 8 и среднюю часть шпинделя 9, снабженную резьбой 10. Гильза 8 соосно установлена во втулку 11, фланец 12 которой соединен с основанием 13. Нривод, состоящий из электродвигателя 14 и редуктора 15, имеет выходной вал 16. Выходной вал 16 муфтой 17 соединен с нижней частью шпинделя 9, который закреплён в двухрядном шариковым сферическом подшипнике 18, установленном на основании 13.
Верхняя часть шпинделя 9 выполнена в виде плунжера 19, который расположен в отверстии 20 опоры скольжения 21, которая своей нижней цилиндрической частью соосно установлена в центральном отверстии 22 чашки 4, а своей верхней цилиндрической частью - в отверстии 23 цилиндра 24. Таким образом, взаимодействие между пружиной 6 и цилиндром 24 осуществляется, опосредовано, через дно стакана 5, чашку 4 и опору 21.
Для предотвращения вращения втулки 11 используется направляющее устройство, которое состоит из шарикоподшипника 25, установленного на валике 26, который в свою очередь крепится к нижней части гильзы 8. Шарикоподшипник 25 опирается на прямолинейные направляющие 27 втулки 11.
Цилиндр 24 имеет центральное отверстие 28, являющееся приемным для плунжера 19.
Отверстие 28 сообщается с камерой 29 для пробы, образованной контейнером 30, который соединен с цилиндром 24 через не нронускающее жидкость резьбовое соединение 31.
Датчик давления 32, выполненный в виде индикатора, фиксирующего взаимное смещение гильзы 8 относительно цилиндра 24, установлен на угловом кронштейне 33, который крепится к корпусу 3, и имеет чувствительный стержень 34, который упирается в зеркало 35, установленное на кронштейне 36, закрепленном на валике 26.
Датчик объёма 37, выполненный в виде индикатора, фиксирующего взаимное смещение плунжера 19 и цилиндра 24, установлен на стойках 2 и имеет чувствительный стержень 38, который упирается в зеркало 39, установленное на кронштейне 40, закрепленном на основании 13.
Для регулирования температуры пробы, насосная система содержит термостат 41, датчик температуры 42 и блок управления 43.
Между внутренним торцом отверстия 23 и верхним торцом опоры 21 расположены круглое кольцо 44 и предохранительные кольца 45, уплотняющие плунжер 19.
Насосная система работает следующим образом. Отверстие 28 цилиндра 24 и камера 29 для пробы контейнера 30 полностью заполняются исследуемой жидкой пробой. Проба поступает через отверстие в верхнем конце контейнера 30, которое затем закрывается пробкой датчика температуры 42. При включении щагового двигателя 14 пшиндель 9 через понижающий волновой редуктор 15, выходной вал 16 и муфту 17 приводится во вращение. При этом щаговый двигатель 14, волновой редуктор 15, основание 13 и втулка 11 перемещаются в осевом направлении, как одно целое, не вращаясь относительно цилиндра 24 из-за наличия системы прямолинейных направляющих 27 и шарикоподпшпника 25. Плунжер 19 движется по спирали относительно цилиндра 24 и, вращаясь, перемещается вверх внутри отверстия 28 цилиндра. Линейное
перемещение плунжера 19 относительно цилиндра 24 является функцией сжимаемости жидкой пробы или относительного изменения объёма пробы. Это линейное перемещение измеряется датчиком перемещений 37.
Осевая сила, возникающая при сжатии жидкой пробы и пропорциональная удлинению пружины 6, измеряется дистанционным измерительным устройством 32.
Реактивный момент шагового двигателя 14, приложенный к основанию 13 и обусловленный силами трения между резьбой 10 шпинделя 9 и гайкой 7, а также между плунжером 19 и уплотнительным кольцом 44, воспринимается установочной шштой 1 через пружину 6, корпус 3, стойки 2.
Нежелательные перекосы основания 13 относительно корпуса 3, а также нежелательные перекосы гайки 7 относительно корпуса 3, вызывающие ошибки в измерениях относительного изменения объёма и осевой силы при сжатии пробы, сведены к минимуму за счёт введения системы с достаточной угловой жесткостью, которую образуют цилиндрические поверхности стакана 5, гильзы 8 и втулки 11.
Кроме того, нежелательные радиальные биения шпинделя 9 относительно шпиндельной гайки 7 компенсируются в значительной мере двухрядным шариковым сферическим подшипником 17, обладающим самоустанавливаемостью.
Смещение оси выходного вала 14 привода относительно шпинделя 9 компенсируется муфтой 17.
Заявляемая насосная система позволяет измерять термодинамические параметры жидкостей при различных испытаниях.