Насос
PUMP

Изобретение относится к устройствам для перекачивания густых жидкостей с абразивами, в частности к поршневым насосам.
Известен насос, содержащий корпус с нагнетательным коллектором и всасывающей полостью и приводом, в корпусе жестко установлен по крайней мере один цилиндр, выполненный в виде стакана, с размещенным в нем с образованием рабочей полости поршнем, связанным со штоком, пропущенным через центральное отверстие в донной части стакана, рабочая полость цилиндра сообщена с нагнетательным коллектором через нагнетательный клапан, обратная сторона которого служит седлом всасывающего клапана, выполненного в виде охватывающей поршень втулки, снабженной горловиной, расположенной в рабочей полости, установленной подвижно относительно цилиндра и поршня и имеющей привод ее возврата к седлу, а рабочая полость сообщена через кольцевой канал между седлом и горловиной втулки со всасывающей полостью корпуса, и крышку (см. описание изобретения к а.с. СССР №1368482, МПК F04B 15/00 от 03.02.86 г.).
Недостатками известного насоса является недостаточная надежность работы, значительная трудоемкость обслуживания гидравлической части насоса из-за невозможности обеспечения качественной сборки и проверки работоспособности каждого цилиндра вследствие подетальной сборки гидравлической части в корпусе насоса. Кроме того, крышка цилиндра нагружена пульсирующей нагрузкой. Вследствие закрытия всасывающего клапана в начале цикла нагнетания насос имеет значительные объемные потери, пульсации давления. Сопряжение втулки с цилиндром требует изготовления отдельного цилиндра для каждого типоразмера поршня, что влечет собой значительную трудоемкость изготовления.
Известен насос, содержащий корпус с нагнетательным коллектором и всасывающей полостью и приводом, корпус выполнен как минимум с одним отверстием для размещения цилиндра, выполненного в виде стакана с центральным отверстием в донной части и с возможностью его фиксации посредством разъемного соединения, и разобщения нагнетательного коллектора от всасывающей полости и атмосферы, нагнетательный клапан и седло установлены внутри цилиндра перед крышкой, закрепленной посредством разъемного соединения, а в цилиндре выполнено как минимум одно сквозное радиальное отверстие для сообщения нагнетательной полости с нагнетательным коллектором, а также продольные пазы перед седлом и как минимум одно радиальное отверстие в донной части, при этом с оборотной стороны поршня в штоке выполнен, ответно центральному отверстию, бурт (см. патент РФ №№2286480, МПК F04B 15/00 от 20.05.2005 г).
Недостатками известного насоса являются значительные объемные потери и неравномерность нагнетания вследствие запаздывания закрытия всасывающего клапана из за посадки всасывающего клапана на седло в начале цикла нагнетания. Кроме того, возможно возникновение чрезмерно низкого давления в штоковой полости в начале цикла нагнетания.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение объемной подачи путем снижения запаздывания закрытия всасывающего клапана и исключение возникновения чрезмерно низкого давления в штоковой полости.
Решение технической задачи достигается тем, что в насосе, содержащем корпус с нагнетательным коллектором и всасывающей полостью и приводом, в котором выполнен как минимум одно отверстие для размещения цилиндра, выполненного в виде стакана с центральным отверстием в донной части и с возможностью его фиксации посредством разъемного соединения, и разобщения нагнетательного коллектора от всасывающей полости и атмосферы, нагнетательный клапан и седло установлены внутри цилиндра перед крышкой, закрепленной посредством разъемного соединения, поршень со штоком, обратная сторона нагнетательного клапана служит седлом всасывающего клапана, выполненного в виде охватывающий поршень втулки с образованием рабочей и штоковой полостей, в цилиндре выполнено как минимум одно сквозное радиальное отверстие для сообщения нагнетательной полости с нагнетательным коллектором, а также продольные пазы перед седлом и как минимум одно радиальное отверстие в донной части цилиндра для сообщения соответственно рабочей и штоковой полости со всасывающей полостью, при этом с оборотной стороны поршня в штоке выполнен, ответно центральному отверстию в донной части цилиндра, бурт, согласно техническому решению, шток снабжен упором, а бурт штока выполнен в виде втулки с возможностью ограниченного осевого перемещения вдоль штока между поршнем и упором и подпружинен относительно поршня.
В бурте выполнена, как минимум, одна сквозная продольная канавка с образованием канала между поверхностями канавки и штока, а упор выполнен с возможностью перекрытия прохода канала.
Бурт выполнен составным, включающим два кольца, между которыми установлено уплотнительное кольцо.
Бурт штока или донная часть цилиндра снабжены самоуплотняемой манжетой, ответно выполненной сопрягаемому узлу.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен общий вид гидравлической части насоса (продольный разрез одного цилиндра);
на фиг. 2 - нагнетательный коллектор (разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - вариант исполнения бурта штока с уплотнительным элементом;
на фиг. 4, 5 - узел Б (бурт штока) на фиг. 1 (варианты исполнения бурта штока);
на фиг. 6 - вариант исполнения насоса с уплотнительным устройством донного отверстия цилиндра в стакане.
Насос содержит корпус 1 (фиг. 1) с нагнетательным коллектором 2 (фиг. 2) и всасывающей полостью 3 и приводом 4. В корпусе 1 выполнено как минимум одно отверстие 5 для размещения как минимум одного цилиндра 6, закрепленного в отверстии 5 с возможностью его фиксации, посредством разъемного соединения, например, гайки 7 и разобщения нагнетательного коллектора 2 от всасывающей полости 3 и атмосферы. Отверстие 5 выполнено сопрягаемым с поверхностью цилиндра 6, например, ступенчатым с упором 8.
Внутри цилиндра 6 с образованием рабочей 9 и штоковой 10 полостей размещен поршень 11, который связан со штоком 12, снабженным буртом 13, с возможностью ограниченного перемещения вдоль штока 12 между поршнем 11 и упором 14, и подпружиненным пружиной 15 относительно поршня 11 с возможностью взаимодействия с упором 14.
Шток 12 пропущен через центральное отверстие 16 в донной части цилиндра 6. Бурт выполнен ответно центральному отверстию 16 с возможностью герметизации штоковой полости 10, и на внутренней поверхности бурта 13 выполнена, например, как минимум одна сквозная продольная канавка с образованием канала 17, имеющего сообщать всасывающую полость 3 со штоковой полостью 10. Упор 14 выполнен с возможностью герметизации канала 17.
Шток 12 цилиндра 6 закреплен на приводе 4 посредством быстросъемного фиксатора 18.
Рабочая полость 9 цилиндра 6 сообщена с нагнетательным коллектором 2 через нагнетательный клапан 19. Обратная сторона нагнетательного клапана 19 служит седлом 20 всасывающего клапана 21, выполненного в виде охватывающей поршень 11 втулки с горловиной, расположенной в рабочей полости 9 с образованием кольцевого канала 22 между горловиной втулки 21 и цилиндром 6.
Всасывающий клапан 21 установлен подвижно относительно цилиндра 6 и поршня 11 и имеет привод возврата к седлу 20 в виде полости управления, представляющую собой штоковую полость 10.
Нагнетательный клапан 19 и седло 20 установлены внутри цилиндра 6 перед крышкой 23, закрепленной в последнем посредством разъемного соединения, например, гайки 24. Между седлом 20 и крышкой 23 установлен, например, распорный элемент 25, выполненный, например, в виде втулки со сквозными радиальными отверстиями (условно не указаны), для фиксации седла 20. Нагнетательный клапан 19 снабжен, например, пружиной 26.
В цилиндре 6 выполнено, как минимум, одно сквозное радиальное отверстие 27 для сообщения нагнетательной полости 28 с нагнетательным коллектором 2 и продольные сквозные пазы 29 в передней части цилиндра 6, ближе к горловине втулки, для сообщения рабочей полости 9 со всасывающей полостью 3. В цилиндре 6 выполнено, как минимум, одно сквозное радиальное отверстие 30 с возможностью сообщения штоковой полости 10 со всасывающей полостью 3.
В корпусе 1 (фиг. 1) может быть выполнена цилиндрическая расточка в зоне размещения сквозного радиального отверстия 27 цилиндра 6, образующая кольцевую камеру 31 для соединения с нагнетательным коллектором 2.
Бурт 13 (фиг. 3 и 4) может быть снабжен уплотнительным элементом 32, выполненным, например, в виде манжеты.
Бурт 13 (фиг. 5) может быть выполнен составным, включающим кольца 33 и 34 с установленным между ними уплотнительным элементом 35, выполненным, например, в виде кольца. Наружный диаметр уплотнительного элемента 35 больше диаметра колец 33, 34, и выполнен ответно центрального отверстию 16. В кольцах 33 и 34 может быть выполнена, как минимум, одна продольная канавка с образованием канала 17, а переднее кольцо 33 бурта 13 и упор 14 выполнены с возможностью перекрытия прохода канала 17.
Днище цилиндра 6 (фиг. 6) может быть оснащено уплотнительным элементом 36, например, в виде кольца, ответно выполненным бурту 13.
Насос работает следующим образом.
Пусть поршень 11 (фиг. 1) находится в левом крайнем положении. При этом нагнетательный клапан 19 чуть приподнят над седлом 20 из-за запаздывания закрытия. Давление в рабочей полости равно давлению нагнетания.
При ходе поршня 11 (фиг. 1) вправо давление в полости 9 снижается, клапан 19 опускается на седло 20. Жидкость из штоковой полости 10 управления через отверстия 16 и 30 перетекает во всасывающую полость 3 насоса. Всасывающий клапан 21 под действием сил трения и силы, определяемой перепадом давлений в рабочей полости 9 и в штоковой полости 10, перемещается вправо.
При перемещении всасывающего клапана 21 вправо из всасывающей полости 3 через продольные пазы 29 цилиндра 6 и кольцевой канал 22 жидкость перетекает в рабочую полость 9. Объем поступающей при этом жидкости из всасывающей магистрали (на фиг. не показана) меньше объема рабочей полости 9 и равен разности объемов рабочей полости 9 и штоковой полости 10 управления, Поэтому давление во всасывающей полости 3 изменяется незначительно.
При дальнейшем перемещении всасывающий клапан 21 перекрывает боковое отверстие 30 в цилиндре 6, что приводит к возрастанию давления в полости 10 управления и замедлению перемещения всасывающего клапана 21. Всасывающий клапан 21 при подходе к крайнему правому положению взаимодействует с днищем цилиндра 6 и останавливается.
При подходе поршня 11 к правому крайнему положению передняя часть бурта 13 штока 12 перекрывает отверстие 16 в днище цилиндра 6, что вызывает повышение давления в полости 10 управления. При движении поршня 11 в давление в полости 10 поднимается еще и под действием создавшегося перепада давления происходит перемещение всасывающего клапана 21 влево, в сторону седла 2. В конце хода всасывания всасывающий клапан 21 закрывается, а штоковая полость 10 управления сообщается со всасывающей полостью через боковые каналы 30.
В начале перемещения поршня 11 влево, в сторону рабочей полости 9, всасывающий клапан 21 дополнительно прижимается к седлу 20 возникающими между поршнем 11 и всасывающим клапаном 21 силами трения и силой от перепада давления. При этом давление в штоковой полости 10 снижается. Под действием создавшегося перепада давления бурт 13 перемещается влево, сжимая пружину 15 и отрываясь от упора 14. Жидкость из всасывающей полости 3 через каналы 17 перетекает в полость 10. Кроме того, перемещение бурта 13 влево относительно штока 12 также способствует поддержанию давления в полости 10.
С ростом давления в рабочей полости 9 нагнетательный клапан 19 открывается и жидкость из рабочей полости 9 поступает в нагнетательную полость 28, а далее через радиальное отверстие 27 из нагнетательной полости 28 поступает в кольцевую камеру 31 (фиг. 2) и в нагнетательный коллектор 2.
При дальнейшем перемещении поршня 11 влево бурт 13 отходит от отверстия 16, что приводит к сообщению полости 10 управления со всасывающей полостью 3. Бурт 13 под действием усилия пружины возвращаются в исходное положение до его взаимодействия с упором 14.
При оснащении бурта 13 манжетой 32 (фиг. 3 и 4), ответно выполненной отверстию 16 в днище цилиндра 6, в конце цикла всасывания, когда бурт 13 перекрывает отверстие 16, то манжета 32 взаимодействует с поверхностью отверстия 16. Под действием создавшегося перепада давления между полостями 10 и 3, рабочая кромка манжеты 32 прижимается к поверхности отверстия 16, герметизируя штоковую полость 10. Далее всасывающий клапан 21 под действием повышенного давления в штоковой полости 10 перемещается влево и закрывается.
При обратном ходе поршня 11 влево, давление в штоковой полости 10 резко снижается и под действием создавшегося перепада давления рабочая кромка манжеты 32 прижимается к бурту 13, а сам бурт 13 перемещается влево, отрываясь от упора 14. Давление в полости 10 поддерживается за счет перемещения влево самого бурта 13, перетечки жидкости через щель между манжетой и поверхностью отверстия 16.
При выполнении бурта 13 составным из колец 33, 34 и уплотнительного кольца 35 (фиг. 5), при вхождении бурта 13 в отверстие 16 в начале цикла всасывания, давление в полости 10 повышается. Под действием перепада давления между полостями 10 и 3, кольцо 34, взаимодействующее с пружиной 15, прижимает уплотнительное кольцо 35. Под действием осевого сжатия диаметр уплотнительного кольца 35 увеличивается, герметизируя полость 10. Далее всасывающий клапан 21 под действием повышенного давления в штоковой полости 10 перемещается влево и закрывается. При дальнейшем перемещении поршня 11 влево бурт 13 отходит от отверстия 16, что приводит к сообщению полости 10 управления со всасывающей полостью 3.
Бурт 13, а значит и кольца 33, 34 и 35 под действием усилия пружины возвращаются в исходное положение до взаимодействия кольца 33 с упором 14.
Оснащение днища цилиндра 6 уплотнительным элементом, выполненным в виде кольца 36 (фиг. 6) с возможностью взаимодействия с днищем цилиндра 6, позволяет снизить удар и шум при посадке клапана 21 на днище цилиндра 6 при одновременном снижении трудоемкости изготовления узла.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет существенно снизить запаздывание закрытия всасывающего клапана, исключить возникновение в штоковой полости чрезмерно низкого давления.