Составной поршень диафрагменного насоса
COMPOSITE PISTON OF A DIAPHRAGM PUMP

Изобретение относится к диафрагменным насосам и предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности, в частности, при отборе жидкости из скважины, так же может быть использовано и в других отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Известен погружной скважинный диафрагменный насос, содержащий плунжерный насос с эксцентриковым приводом и возвратной пружиной, конический редуктор, асинхронный четырехполюсной электродвигатель, компенсатор температурного расширения масла, обратный и спускной клапаны, кабельную линию. Узлы насоса выполнены отдельными модулями и соединяются между собой при помощи фланцевых соединений, герметичность стыков обеспечивается кольцевыми радиальными уплотнениями, валы соединяются шлицевыми муфтами (см. патент RU №103144 МПК F04B 47/08).
Основным недостатком данного погружного скважинного диафрагменного насоса является сложность конструкции из-за передачи давления на перекачиваемую жидкость, используя между плунжером и мембраной рабочую жидкость, с целью исключения непосредственного контакта плунжера с мембраной.
Известен перистальтический насос, состоящий из соединенных между собой отдельных секций, где каждая секция содержит внутри корпуса эластичное тело. Внутри эластичного тела установлен кулачковый вал, контактирующий с поршнями, которые связаны с эластичным телом непосредственно, или через жидкость, или газ (см. патент RU №2645862, МПК F04B 43/12).
Основным недостатком такого перистальтического насоса является значительное растягивание и возможный из-за этого разрыв эластичного тела по краям поршня, в месте соприкосновения поршня с направляющим. Поэтому, невозможно применение данного типа насоса в случаях, когда необходимо создание больших давлений, что ограничивает глубину установки такого насоса в скважине.
Была поставлена задача на упрощение конструкции, увеличение надежности, долговечности, исключение разрыва эластичного тела в различных видах насосов, где используется диафрагма, мембрана, а также, тем самым, увеличении возможности создания больших давлений на перекачиваемую жидкость, и, соответственно, возможности использования таких насосов для установки на скважинах на значительных глубинах.
Указанная задача решается тем, что составной поршень диафрагменного насоса, содержащий толкатель с коаксиально установленными на нем кольцами, при этом толкатель выполнен с поверхностью, находящейся под углом к поверхности на корпусе, на которую опираются кольца, а также, вместо колец, возможна установка спирали.
Выполнение поршня диафрагменного насоса составным, содержащим толкатель с коаксиально установленными на нем кольцами, с выполнением толкателя с поверхностью, находящейся под углом к поверхности на корпусе, на которую опираются кольца, или с установкой вместо колец спирали, позволяет равномерно распределять растяжение по поверхности эластичного тела диафрагм, мембран, исключая разрыв эластичного тела. Это позволяет упростить конструкцию, увеличить надежность, долговечность, а также получить возможность создания больших давлений на перекачиваемой жидкости, и, соответственно, давая возможность использования таких насосов для установки на значительных глубинах.
На фиг. 1 схематично изображен диафрагменный насос с составным поршнем, состоящим из толкателя и колец или спирали, продольный разрез;
На фиг. 2 схематично изображен местный вид А, отдельно только детали корпуса, на фиг. 1;
На фиг. 3 схематично изображен сложный разрез В-В, отдельно только детали корпуса, на фиг. 2;
На фиг. 4 схематично изображен вариант отдельной детали толкателя;
На фиг. 5 схематично изображен вариант отдельной детали толкателя, вид Г на фиг. 4;
На фиг. 6 схематично изображен диафрагменный насос, разрез Б-Б, на фиг. 1, где составной поршень в крайнем нижнем сжатом положении;
На фиг. 7 схематично изображен диафрагменный насос, разрез Б-Б, на фиг. 1, где составной поршень в крайнем верхнем выдвинутом положении;
На фиг. 8 схематично изображен диафрагменный насос, разрез Б-Б, на фиг. 1, где между составным поршнем и диафрагмой насоса дополнительно установлена прокладка;
На фиг. 9 схематично изображен диафрагменный насос, разрез Б-Б, на фиг. 1, где диафрагма насоса установлена лишь над составным поршнем;
На фиг. 10 схематично изображен диафрагменный насос, разрез Б-Б, на фиг. 1, где вариант составного поршня выполнен из толкателя и колец, опирающихся друг на друга вдоль оси колец.
Составной поршень диафрагменного насоса, на примере кулачкового диафрагменного насоса, как частный случай, состоит из корпуса 1, внутри которого находится вал 2, на котором установлены эксцентрики 3, с установленными на них подшипниками 4, контактирующими с составными поршнями 5. Составные поршни 5 состоят из толкателя 6 с коаксиально установленными на него кольцами или спиралью 7. Поверх составных поршней 5 установлена диафрагма 8. Полость 9 над диафрагмой 8 заполнена перекачиваемой жидкостью. Также, к полости 9 подсоединены обратные клапаны 10 и 11.
Возможно, как вариант, изготовление составного поршня 5 в виде толкателя 6 и колец, опирающихся друг на друга вдоль оси колец.
Составной поршень диафрагменного насоса, на примере кулачкового диафрагменного насоса, как частный случай, работает следующим образом.
Приводимый во вращение электродвигателем (условно не показан) вал 2, воздействует одновременно на все составные поршни 5, установленные вокруг вала 2, через эксцентрики 3, и установленными на них подшипниками 4. Когда составной поршень 5 находится в крайнем нижнем сжатом положении, кольца или спираль 7 составного поршня 5 опираются на поверхность Д корпуса 1. При движении толкателя 6 составного поршня 5 в сторону крайнего верхнего выдвинутого положения, кольца или витки спирали 7 поочередно захватываются и выдвигаются поверхностью Е толкателя 6. Угол Y поверхности Е определяет значение относительного перемещения колец или витков спирали 7 относительно друг друга после выдвижения в крайнее верхнее положение. Кольца или витки спирали 7 воздействуют на диафрагму 8. Растяжение диафрагмы 8 распределится по всей поверхности соприкосновения составного поршня 5, а не исключительно лишь по периметру составного поршня 5, если бы поршень 5 был цельный. Составные поршни 5, периодически синхронно выдвигаясь, создают в полости 9 переменное давление. Соединенные с полостью 9 обратные клапаны 10 и 11 создают односторонне направленное движение перекачиваемой жидкости под давлением.
В случае, когда составной поршень 5 изготовлен в виде толкателя 6 и колец, опирающихся друг на друга вдоль оси колец, толкатель 6 воздействует лишь на одно центральное кольцо, воздействие от которого по цепочке передается остальным кольцам от центра к периферии.
Возможность осуществления изобретения и обеспечения при этом технического результата, выражающегося в упрощении конструкции, увеличении надежности, долговечности, исключении разрыва эластичного тела в различных видах насосов, где используется диафрагма, мембрана, увеличении возможности создания больших давлений на перекачиваемую жидкость, и возможности использования таких насосов для установки на скважинах на значительных глубинах, подтверждена приведенными чертежами и описанием перистальтического насоса.